2019 Fiscal Year Annual Research Report
複雑な形状の断層における地震破壊の数値シミュレーション研究
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19J21676
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
小澤 創 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | 地震サイクル / 動的破壊 / シミュレーション / 物理モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，主に以下の3つの研究に取り組んだ．
（1）非平面断層における動的地震サイクルシミュレーション：これまで開発してきたフラクタル的な凸凹形状を持つ断層における地震サイクル準静的な境界法コードと，スタンフォード大学のエリック・ダンハム氏のグループが開発している動的な有限差分コードを併用することでシミュレーションした．凸凹に由来する応力不均質性がどのように発生する地震の性質に影響するか，媒質の非弾性変形を考慮したモデルで調べた．破壊伝播速度の揺らぎがサイクルを通じて大きくなり，非弾性変形もより局在化するという結果が得られた．また，応力の増加レートの空間不均質性により，地震の発生間隔が短く応力降下量が減少することがわかった．成果を日本地震学会やアメリカ地球物理連合で発表した．
（2）複雑形状な断層帯における余震活動のシミュレーション：2次元の地震サイクルシミュレーションを用いて，主断層の周りの小断層で発生する余震活動を再現した．主断層の凸凹が周りの不均質な応力場を生み出し，断層近傍での余震発生を促進する結果が得られた．これは，有限幅の余震領域や多様なメカニズム解などの観測による先行研究と整合的である．また，余震の時間減衰はよく知られた大森則に従い，時間とともに余震領域が拡大するという観測事実も再現できた．そのため，断層近傍の余震のメカニズムとしてもっともらしいシナリオを提示できたと考えられる．
（3）3次元非平面地震サイクルシミュレーションコードの開発：今までのコードを発展させて3次元任意形状の断層における地震サイクルシミュレーションコードを開発した．特に，自由な滑り方向，半無限グリーン関数の実装，格子H行列による高速化などにより，先行研究で行われた「止むを得ない仮定」を外したシミュレーションが可能になった．
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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
2次元の動的サイクルシミュレーションにより，破壊過程の複雑化や地震発生間隔の変化など，いくつかの興味深い知見が得られた．しかし同時に，動的破壊過程中の非弾性変形だけでは，応力不均質の増大を抑えて長期的に定常なサイクルシミュレーションを行うことは難しいことが判明した．そのため，今後粘弾性緩和などを用いた計算手法の改善を行う必要がある．凸凹な主断層と周囲の小断層における余震のシミュレーションについては当初計画になかったものだが，余震の時空間分布について複数の重要な観測事実を再現するなど，科学的に興味深い知見がいくつも得られている．3次元非平面のサイクルシミュレーション計算コード開発もほぼ完了した．特に計算科学の専門家と協力して従来のH行列法だけでなく，格子H行列法による実装をできたことで，当初計画以上にマルチコアで高速なシミュレーションを行うことが可能になったのも特筆すべきことである．総合して，概ね順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
計算コードの開発は完了したので，今後はスーパーコンピュータを用いて，2次元・3次元の両方で凸凹断層における準動的なサイクルシミュレーションを広く行う．断層のセグメンテーションと発生する規模別頻度分布を調べる．また，実際の地震活動をもっともよく説明する点過程モデルであるETASによってシミュレーションで得られた地震カタログが再現できないか検証する．これらの研究を総合して断層形状の複雑さと地震活動の複雑さの関係を明らかにする．
余震のシミュレーションについては，今後アフタースリップや流体拡散などの現状の我々のモデルに取り入れていない要素についても検討を進め，様々なモデルの優劣を比較していく．また，鳥取県西部地震の観測で得られている詳細な余震カタログを解析することで，我々の理論モデルの観測説明能力を評価する．
3次元の半空間非平面地震サイクルシミュレーションコードを用いて，トランスプレッシブなテクトニクスにおける横ずれ断層の地震サイクルを研究する．特に横ずれテクトニクスにおいて浅部によく見られるフラワー構造の地震サイクルにおける役割を調べる．
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