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地震の個性や不均質を記述する確率微分方程式論的断層モデル

Research Project

Project/Area Number 18K13637
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
Research InstitutionRitsumeikan University

Principal Investigator

平野 史朗  立命館大学, 理工学部, 助教 (60726199)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2019: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2018: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Keywords破壊力学 / 震源物理学 / 確率微分方程式 / モーメントレート関数 / 地震学 / 断層破壊 / 地震 / 断層滑り / 動的破壊過程 / 固体地球科学 / 動的破壊
Outline of Annual Research Achievements

前年度までに想定していた時空間分布についてのモデル化から、時間分布に限ったモデル化へと方針を切り替えた。それによって、これまで導入が困難であったノイズ項の取り扱いについて適切なモデルを考案した。具体的には、 Bessel 過程の名で知られる確率微分方程式の解2つの畳み込み積分を考え、これが断層面上のモーメントレート関数(滑り速度履歴の空間積分に比例する量)であると見做すと、以下の経験則を満たすことを確認できた:
(1)非負・連続かつ単峰であり、0から始まって有限時間内に収束する。 (2)Fourier 振幅スペクトルの高周波成分が周波数の-2乗に比例して減衰する。(3)時間積分した関数が時間の3乗に比例して増加する。(4)最終的なモーメントの発生頻度が Gutenberg-Richter 則を満たす。
すなわちこのモデルでは、これまでの決定論的な震源モデルはもちろん、近年少数ながら試みられるようになってきた確率論的震源モデルにおいても同時には満たされなかった複数の性質が満たされる。
また、このモデル化が巧くいく理由を説明するにあたり、断層面上の応力の時間変化と、それによる断層自身へのフィードバックが、いずれも Bessel 過程で記述されるという仮説を提唱した。特に上記経験則(4)については、 Bessel 過程を記述する確率微分方程式のパラメタが特定の値でなければ満たされないことが判明した。
以上の成果を、2021年3月にオンラインで開催された東京大学地震研究所共同利用研究集会「ローカルな不均質性」などで発表した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2020年度においてはパンデミックにより研究時間や研究交流・学会参加などが大幅に制約され、従来の方向性でのモデル化、および成果の公表は叶わなかった。一方で先述のように方針転換を図った結果、常微分方程式ではあるものの確率微分方程式としての断層挙動の新しいモデルを提案することができつつある。既に理論的・数学的背景は整理され、数値シミュレーションのためのコーディングも順調で、多数の計算を実施して平均やばらつきといった統計的性質を抽出するフェイズにある。新たな方針の下では、従来モデルと比べると断層挙動の空間的不均質について得られる知見が乏しいという側面がある。しかし一方で数学的な裏付けや、今後実施すべき数値シミュレーションの方向性がより明確になった。その意味では当初計画以上の進展であると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

最終年度においては、成果の公表に注力する。まずは概ね必要な理論的枠組みが完成したため、この内容を国内外のオンライン学会で発表する。また数値シミュレーションによる知見を増やし、査読付き国際誌への投稿準備を進める。

Report

(3 results)
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report

Research Products

(6 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Presentation] Bessel 過程による, 断層滑り時刻歴のトイモデル2021

    • Author(s)
      平野史朗
    • Organizer
      東京大学地震研究所共同利用研究集会「ローカルな不均質性」
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] An empirical PDE for slip along earthquake faults2020

    • Author(s)
      Shiro Hirano
    • Organizer
      The Second Russia-Japan Workshop "Mathematical analysis of fracture phenomena for elastic structures and its applications" - 20th Conference of Continuum Mechanics Focusing on Singularities (CoMFoS20)
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] An observation-based differential equation of spatio-temporal slip distribution2019

    • Author(s)
      Hirano, S.
    • Organizer
      American Geophysical Union 2019 Fall Meeting
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 不均質な滑り分布と地震活動モデルの整合性2018

    • Author(s)
      平野史朗
    • Organizer
      日本地震学会2018年秋季大会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] Aftershocks and the GR law due to a heterogeneous slip model2018

    • Author(s)
      Shiro Hirano
    • Organizer
      American Geophysical Union 2018 Fall Meeting
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Friction vs. damage: dynamic self-similar crack growth revisited2018

    • Author(s)
      Shiro Hirano
    • Organizer
      CoMFoS18:Mathematical Analysis of Continuum Mechanics and Industrial Applications
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2021-12-27  

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