2016 Fiscal Year Research-status Report
海溝型巨大地震発生の理解と予測を目指した粘弾性地震発生サイクルシミュレーション
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16K17789
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
大谷 真紀子 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 活断層・火山研究部門, 研究員 (80759689)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 地震発生サイクル / 粘弾性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は「断層面の三次元幾何形状を考慮した境界積分法(BIEM)粘弾性準動的地震発生サイクルモデル(ECS)」を構築し、南海トラフで発生する複数のすべり現象の相互作用を、粘弾性応答の効果を考慮し検証することを目的とする。
平成28年度においては、まず、これまで用いてきたBIEM弾性準動的ECSへの粘弾性効果の導入を行った。粘弾性効果の導入を行う際に必要となる履歴積分の計算についてメモリ変数を用いた粘弾性応答の評価方法(平原・他, 2012)を導入し、粘弾性準動的ECSを構築した。本手法において、ある時間ステップの粘弾性応答は前時間ステップにおける変数の漸化式として表される。テストケースとして二次元平面断層について計算を行っているが、本手法はそのまま三次元幾何形状を考慮した断層面に対して適用可能である。今後空間方向の近似を行う。
また、異なるスケールのすべり現象の相互作用を検証するために、応力蓄積過程・地震時のふるまいを近似的に扱うRSQSim(Dieterich, 1995)に習いサイクル計算コードを構築し、これに上記メモリ変数を用いた粘弾性応答効果の導入を行った。本手法では各地点のすべり状態のステージを固着・核形成過程・地震時の三段階に分け、次のステージへの遷移にかかる時間を近似計算により準解析的に求めることで大幅に計算時間を短縮する。１自由度の場合は近似をしない場合とほぼ同等にふるまうが、２自由度以上の場合には連続体で見られる破壊領域先端における応力集中などが見られず、注意が必要である。現段階ではテストケースとして二次元断層面を仮定した計算を行っているが、本手法もそのまま三次元に拡張可能である。
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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
粘弾性応答導入の際に問題となる履歴積分の扱いについて、計画時には、過去の履歴の打ち切りなどにより計算の削減を行う予定であったが、メモリ変数による方法(平原・他, 2012)を用いた方が、計算の精度が高いと思われるため、こちらを選択した。メモリ変数を用いた場合の計算量は、要素数Nに対してO(N**2)で増加し、弾性体を仮定した場合の計算と同等である。空間方向の削減はまだ実施できていないが、最終年度に行う予定であったRSQSimの導入を始めており、計画は現在のところ概ね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
H28年度において取り入れたRSQSimは、ある地点が非地震性にも高速にもすべるなどの複雑なふるまいを再現することができない。また、破壊領域先端における応力集中など考慮できない点があるため、今後、孤立した小さな地震に対してのみRSQSimを用い、複雑なすべり現象を扱うことができるようにRSQSimを使わない計算と組み合わせる。
その後、上記計算コードについて、空間方向の近似を行う。これまでBIEM弾性準動的ECSではH行列法を用いて、計算量をO(N**2)からO(NlogN)に削減して計算を行ってきた。しかしながら、メモリ変数を用いた計算ではこれをそのまま適用することができない。そこで、粘弾性応答の計算時にすべりを平均化するなどの工夫を行いH行列法の導入を試みる。また、最近粘弾性応答を弾性体中におけるひずみ応答関数のみを用いて考慮する方法が考えられ、サイクル計算が行なわれている (Barbot and Fialko, 2010, Lambert and Barbot, 2016)。彼らの方法も同じく計算量はO(N**2)であるが、粘弾性領域の媒質を計算領域として分割して扱う必要があるため計算量はメモリ変数を用いた場合よりも大きく増加する。しかしながらH行列法との相性が良いと考えられるため、今後こちらの方法についても並行して有用性を考えていく予定である。
また、南海トラフで発生する巨大地震について、粘弾性応答を考慮した地震発生サイクルモデルを構築する。
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| Causes of Carryover |
研究の進捗状況により、予定していた海外での成果発表を取りやめたため、次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
H29年度では、H28年度及びH29年度の成果を取りまとめて随時国内・国外発表を行う。
H29年度においては実際に南海トラフで発生する地震を対象とした地震発生サイクルモデルの構築を行う。計算が大規模であり、また本物の断層上摩擦特性は現時点では全くの未知数であり複数のケースの計算を行う必要があるため、計算結果を保存するために大容量の記憶媒体が必要である。そこで、H28年度に購入した計算機で用いることのできる外付けHDDを購入する。
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