2020 Fiscal Year Annual Research Report
Sensitivity of earthquakes to stress perturbation: theory and experiment
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19H01811
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
波多野 恭弘 大阪大学, 理学研究科, 教授 (20360414)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 地震 / 潮汐 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地震発生頻度が応力摂動に対して鋭敏に応答する条件を解明することを目的として、断層破壊過程を力学的にモデル化し、応力摂動のもとで滑り破壊がいかに発生し進展するか、その物理的機構を調べている。2020年度においては、地震発生率に対する応力摂動の影響に加えて、すべりの動的伝播過程に対する応力摂動の影響も考察の対象とした。一般には断層面の法線方向応力と剪断応力の両方が摂動によって変化しうるが、その割合は断層方位に応じて異なる。そして両者はすべりダイナミクスに対して異なる影響を与えることを指摘した。つまり、剪断応力の変化は弾性的駆動力を変化させるが、それはすべりが開始する時刻のみに影響する。他方、法線応力の変化は摩擦力に影響を与える。静止摩擦の変化はすべりが開始する時刻に影響し、これは剪断応力が変化する場合と同様である。しかしこれに加えて、法線応力の変化は動摩擦も変化させるので、すべりダイナミクスにも影響がある。これらの考察をもとに、すべりの伝播過程に対する応力摂動の影響を定量的に論じた。具体的には、断層面を離散化した動的モデル（Burridge-Knopoffモデル）に用いて、応力摂動が地震発生率や規模別頻度分布に与える影響を調べた。
地震発生率は応力摂動の時間変化率に比例して増減し、その幅は摂動の周期に反比例することを解析的計算から予想し、モデルにおいてもそれらの挙動を確認した。2019度に行った連続体力学に基づくモデルにおいては、地震発生率の変化が応力振幅の絶対値に依存しており、ここでの結果と著しく異なるが、モデルによるこの違いを解析的に説明した。規模別頻度についても調べ、法線応力が摂動を受ける際にb値が変動することを示した。
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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
昨年度においては地震断層について弾性体力学と速度・状態依存摩擦法則に基づいたモデル化を行なっていたが、このモデルでは「前駆滑り」と呼ばれる局所的な遅いすべりが地震性すべりまで加速され断層面を伝播するに至るまでの過程しか扱えず、すべりの伝播過程までは扱えなかった。従って、応力摂動の重要な効果である規模別頻度分布への影響を論じることができなかった。今年度はBurridge-Knopoffモデルというやや簡単な離散モデルではあるが、規模別頻度分布への応力摂動の影響を定量的に論じることができ、結果も解析的に説明することができた。また、剪断応力と法線応力の影響の違いを論じることで、断層方位への依存性も重要であることを示せたのは当初の計画にはなかった成果である。
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| Strategy for Future Research Activity |
静止摩擦・動摩擦という摩擦でモデル化される不安定すべりにおいては、法線応力への摂動が動摩擦を通じてグーテンベルク・リヒター則のb値に影響を与える一方、剪断応力への摂動は地震発生率にのみ影響を与えることが判明した。このことを観測データから検証するために以下のことを検討したい。応力摂動として潮汐を考えた場合、低角度の断層と高角度の断層を比較すると、低角度の断層においては法線応力はより変動する。反対に高角度の断層においては剪断応力への影響がより大きい。両者の規模別頻度を別々にとることで、本モデルでのシナリオが検証できる可能性を検討したい。また、すべりの伝播においては応力降下量も重要で、これは静止摩擦に依存する可能性もある（静止摩擦が大きいと応力降下も大きい傾向がある可能性）。静止摩擦が可変にできるモデルでこのことを検討したい。
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