2021 Fiscal Year Research-status Report
Estimation of stress accumulation under Hokkaido, Japan, using 3D finite element modeling and analysis of geodetic data
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19K04033
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
橋間 昭徳 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海域地震火山部門(地震津波予測研究開発センター), 特任副主任研究員 (90600461)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 千島海溝 / 有限要素モデル / クーロン破壊関数 / 震源断層 / すべり速度欠損 / インバージョン / 東北日本 / 2019年山形沖地震 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、昨年度行った北海道下の応力計算にもとづき、北海道、東北地方を含むより広い領域についてGNSSデータインバージョンを行い、2011年東北沖地震前についてすべり固着分布を得、同領域について応力計算を行った。また、2019年に発生した山形沖地震について、2011年東北沖地震による影響を見積もった。2つの研究内容の詳細は以下の通りである。
(1)北海道-東北地方のGNSS観測網による地殻変動データから日本-千島海溝のすべり速度欠損（固着）分布をインバージョンによって求めた。一方、日本海溝における2011年東北沖地震のすべりと余効すべりは、Hashima et al. (2016, EPS)、Freed et al. (2017, EPSL)によって求められている。これらのすべり速度欠損分布を有限要素モデルに入力して、北海道域の応力蓄積速度場と北海道-東北地方の震源断層上におけるクーロン破壊関数（ΔCFF）を求めた。震源断層については、今年度は日本海沿岸域に加えて東北地方の陸域のものも計算した。結果、2011年以前については、ほぼ全域の震源断層で地震破壊に対し促進的であることを示す。一方、2011年以降については、北海道周辺では正のΔCFFを得る一方、東北地方では、2011年東北沖地震の影響のため負のΔCFFとなった。
(2)2019年山形沖地震の周囲については、2011年東北沖地震後、顕著に地震活動の低下が見られる。この地域の地震活動の解明のため、2011年東北沖地震による地震後の応力変化および地震前後のGNSSデータ解析を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究では、三年間の研究期間で、北海道－千島海溝系についてa) 有限要素モデル（FEM）の構築、b) 測地データインバージョン、c) 応力計算の3項目を行うこととしている。研究を効率的に進めるために、申請者の過去研究を適宜参照しながら行う。
a)のFEM構築は一昨年度にほぼ終了した。
b)については、国土地理院GEONETのGNSSデータを使用した。昨年度は千島海溝のすべり速度欠損分布を求めたが、2011年東北沖地震の影響を正確に見積もるため、千島－日本海溝の統一的なインバージョンによってすべり速度欠損分布を求めた。
c)については得られたすべり速度欠損分布をFEMに入力し、北海道－東北地方の応力分布を求める、この地域の震源断層面にかかるクーロン破壊関数も求めた。また、この結果を申請者が過去に行ったDislocation理論による応力計算の結果（Hashima et al., 2014, PAGEOPH）と比較し、2019年山形沖地震の地震発生について検討した。
以上により、a-b)についてはほぼ終了した。2022年度はこれらを用いて、c)の内部構造と震源断層の活動性の関係を検討していくことになる。対象領域を北海道だけでなく、東北日本全体に広げて検討する。以上で行った研究の成果については、JpGU2021、2021年度地震学会などの学会で発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までに整備したシミュレーションモデルとインバージョンプログラムのもと、今後は具体的に北海道－東北日本の地殻変動データを用いて研究を進めていく。
まず、北海道―東北日本の地殻変動の基本的な性質を調べるために、昨年度検討したすべり欠損速度分布を用いてフォワード計算を行う。特に、内部構造、特にリソスフェア－アセノスフェア境界（弾性－粘弾性層境界）が与える影響を調べ、北海道下の地震波速度構造分布との整合性を検討する。GNSSデータからは、スラブにより冷却された上盤マントルの先端部分（Cold Nose）や前弧－背弧の構造不均質の影響が指摘されている。これらの影響と、より広域的な大陸／海洋プレート構造、マントルの成層構造を合わせて、沈み込み帯の構造を絞り込む。特に2011年東北沖地震によって引き起こされた2019年山形沖地震と2021年、2022年福島沖地震に着目し、陸域、スラブ内地震の発生を応力蓄積メカニズムの観点から検討する。
インバージョンで得られたプレート間の固着レートをFEMに入力し、地下の応力蓄積速度を求める。震源断層の形状から断層面上の応力ベクトルを計算し、さらに断層破壊に対する応力の影響を評価するクーロン破壊関数（ΔCFF）を求める。近年提唱されたΔEFS（Energetic-based failure stress）による地震活動予測の有効性についても検討する。
以上で行う研究の成果をJpGU2022、AGU2022で発表し、論文にまとめる。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍により、海外学会費や出張費を使う必要がなくなった。未使用額は翌年度に繰り越し、物品費やソフトウェア、データ費またはバックアップのためのハードディスク費として使用する。また研究計画の地殻変動解析を当初北海道のみに限定していたが、東北地方を含む東日本全体に拡大したため、それに対応する用途（計算機、ソフトウェアライセンス、関連文献、データバックアップなど）に使用する。
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