| Project/Area Number |
22K03782
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
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| Research Institution | Hirosaki University (2024)
Ritsumeikan University (2022-2023) |
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Principal Investigator |
平野 史朗 弘前大学, 理工学研究科, 助教 (60726199)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2025: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
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| Keywords | 震源力学 / 震源時間関数 / 確率微分方程式 / 地震発生物理学 / 数理地震学 / 断層 / 強震動予測 / 断層運動 / 震源過程 / 地震 / 震源物理学 / 破壊力学 |
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| Outline of Research at the Start |
地震時には, 地下の断層と呼ばれる破壊面に沿って岩石が高速で滑ることが知られている. この破壊と滑りは殆ど毎時刻, 地球の何処かで生じ, 殆どはごく小さいまま終わってしまうが, ごく稀に何らかの理由で大きく成長する. つまり断層滑りが始まってから終わるまでにどのような過程を辿るのかが, 地震発生物理学にとっての関心事である.
本研究では, この断層滑りの成長と停止を, 確率的に捉えようとするものである. 過年度の成果にて, 地震時に断層で解放される力が成長する確率を評価する数理モデルを提唱済みであり, これを拡張して, より複雑な地震や一連の地震活動の時系列をも理論的に理解することを目指す.
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| Outline of Annual Research Achievements |
地震時の断層破壊の時空間的な広がりを、確率的にモデル化する研究を遂行中である。2025年度には、本プロジェクト開始前に得られていた点震源モデルを、まず1次元の断層モデルに拡張した。その結果、断層挙動について震源過程逆解析から得られているいくつかの経験則を再現する確率モデルが得られた。このモデル単独でも、空間的な拡がりと確率過程の両方を考慮したことで、点震源モデルでも決定論的有限断層モデルでも考えられなかった振る舞いが得られた。
中でも興味深いのは、破壊がS波速度に近い速さで拡がった後、高速滑り領域が破壊と逆向きに戻っていく事例が度々見られたことである。このような破壊伝播は、断層の「ブーメラン破壊」として近年複数見つかり、注目されている現象である。これを再現する定量的なモデルは未だ少なく、本研究がその一例として先駆的な役割を果たす可能性が示唆される。
更に、このモデルを空間2次元の断層にも拡張した。2次元断層は多くの地震の挙動に近いと考えられる、より現実的なモデルである。1次元モデルでは高周波放射が強すぎるという問題が残っていたが、1次元から2次元にすることで、数学的には解の滑らかさが上がり、問題が解消されることを期待した。しかし数値シミュレーションでは、滑らかさが上がり過ぎたためか、確率的なノイズを入れているにも関わらず、常に当方的な破壊が拡がり、同程度の規模で停止するという、地震の多様性とは適合しない結果しか得られなかった。
以上の結果を、日本地球惑星科学連合、日本応用数理学会、日本地震学会、米国地球物理学連合の年会で発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本課題で当初から取り組みを予定していた、確率的な震源過程のモデル化を時空間に拡張するアプローチができつつある。空間1次元モデルについては、一部の経験則を説明できない結果となったが、震源力学では定性的な破壊過程の説明が1次元でも可能であれば得られる示唆は多く、これまでに多数の1次元モデル研究が実施され有益な結果をもたらしている。また2次元モデルにおいても、空間方向のノイズの相関を導入するなど、今後考慮すべきいくつかの方向性が既に考えられている。
また、本課題では確率的な震源過程を震源力学の理論的研究に留めるだけでなく、これを強震動シミュレーションへの入力としても利用可能にするという副次的効果を見込んでいる。これについては、先行プロジェクトで得られていた点震源における確率的震源時間関数を、継続時間と高周波強度をパラメタとして与えて生成するプログラムを作成し、オンラインリポジトリに公開した [ https://github.com/ShiroHirano/StochasticSTF ]。このプログラムは4言語で書かれ、多くのユーザが容易に利用可能であることから、強震動シミュレーションへの応用が直ちに始められる状況にある。
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| Strategy for Future Research Activity |
既に検討した2次元の確率的震源モデルにおいては、時空間白色ノイズと呼ばれる確率項を微分方程式に含んでいる。白色ノイズは時間および空間方向に沿って全くの無相関 (相互相関関数が Dirac's δ function) という特徴を持つが、これが観測における経験則にそぐわない結果に繋がった可能性がある。時間方向については、先行課題において白色ノイズで成功していたが、それとは独立に空間方向のノイズの性質を変更する余地が残されている。この点について様々なパターンを検証する。それが経験則をどの程度説明しうるかを検証し、経験則のうち再現可能なものとそうでないものを見極めることで、本質的にこのモデルの適用範囲を明確にし、論文として出版することを目指す。
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