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力学シミュレーションで解明する地震活動の物理

公募研究

研究領域超深度掘削が拓く海溝型巨大地震の新しい描像
研究課題/領域番号 24107703
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東京大学

研究代表者

波多野 恭弘  東京大学, 地震研究所, 准教授 (20360414)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2014-03-31
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2013年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2012年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワードグーテンベルク・リヒター則 / 大森・宇津則 / 離散要素モデル / 大森則
研究概要

グーテンベルク・リヒター則や大森・宇津則のパラメターの揺らぎは地震活動を特徴づける重要な指標と見なされ、少なからぬ興味を持って研究されてきた。ごく近年になって、「b 値と c 値が地震のメカニズム解に有意に依存する」という研究が現れている。この結果をもって「b 値と c 値は地震発生場における差応力が大きいと減少する」という興味深い仮説が提唱されている。 しかし断層にかかる応力の測定は事実上不可能であり、この仮説を直接検証 するすべはない。したがって研究者にできる唯一の仕事は、何らかのモデル(実験・数値問わず)を用いてその仮説を検証し、背後にあるメカニズムを解明することである。
本研究では、一定速度での変形を受ける内陸地殻を模擬した離散要素モデルに注目し、モデルにおける「地震活動」の統計的性質を長時間シミュレーションによって調べた。H24年度においては、モデル内においてGutenberg-Richter則と大森則を確認し、b値とc値が破壊発生時の剪断応力の減少関数であることを発見した。さらに、b値とc値の応力依存性に関して定量的関係式を数値的に明らかにすることができた。さらに、H25年度においては、対応する抽象的な数理モデルを構築し、余震発生過程が一般化されたアレニウス則で決定されるとの仮定のもと、c値の応力依存性の定量的関係式を導出した。この関係式を離散要素モデルシミュレーションの結果を比較し、両者が半定量的に整合することを確認した。最後に、シミュレーション・数理モデルと、実際の地震活動との比較を行った。地震活動における断層剪断応力の絶対値は当然分からないものの、c値の深さ依存性を応力依存性と読み替えることにより、シミュレーション・数理モデルと定性的に同じ振る舞いが確認された。この振る舞いを与える本質的メカニズムは一般化されたアレニウス則にあり、今後更なる観測研究によってその妥当性を検証していくことが必要である。

現在までの達成度 (区分)
理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2013 2012 2011

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Granular friction in a wide range of shear rates2013

    • 著者名/発表者名
      O. Kuwano, R. Ando, and T. Hatano
    • 雑誌名

      AIP Conf. Proc.

      巻: 1542 ページ: 32-37

    • DOI

      10.1063/1.4811863

    • NAID

      120007118544

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Crossover from negative to positive shear rate dependence in granular friction2013

    • 著者名/発表者名
      O. Kuwano, R. Ando, and T. Hatano
    • 雑誌名

      Geophys. Res. Lett.

      巻: 40 号: 7 ページ: 1295-1299

    • DOI

      10.1002/grl.50311

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Statistical physics of fracture, friction, and earthquakes2012

    • 著者名/発表者名
      H. Kawamura, T. Hatano, N. Kato, S. Biswas, B.K. Chakrabarti
    • 雑誌名

      Reviews of Modern Physics

      巻: 84 号: 2 ページ: 839-884

    • DOI

      10.1103/revmodphys.84.839

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Origin of the velocity-strengthening nature of granular friction2011

    • 著者名/発表者名
      T.Hatano, O.Kuwano
    • 雑誌名

      Pure and Applied Geophysics

      巻: 170 号: 1-2 ページ: 3-11

    • DOI

      10.1007/s00024-011-0409-9

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Granular fricion in a wide range of shear rates2013

    • 著者名/発表者名
      波多野 恭弘
    • 学会等名
      Powders and Grains 2013
    • 発表場所
      Novotel Sydney Brighton beach(シドニー、オーストラリア)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Seismicity in frictionless grains under shear2013

    • 著者名/発表者名
      波多野恭弘
    • 学会等名
      Complex Dynamics of Granular Systems
    • 発表場所
      Kavli Institute for Theoretical Physics China(北京、中国)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Earthquake Prediction and Forecast in Japan2012

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Hatano
    • 学会等名
      4th Hungary-Japan workshop on statistical physics of breakdown phenomena
    • 発表場所
      デブレツェン、ハンガリー
    • 年月日
      2012-09-08
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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