非平衡物理学に基づくスロー地震と通常の地震の統一的理解

2020 年度 実績報告書

• 研究領域: スロー地震学
• 研究課題/領域番号: 16H06478
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 波多野 恭弘 大阪大学, 理学研究科, 教授 (20360414)
• 研究分担者: 住野 豊 東京理科大学, 理学部第一部応用物理学科, 准教授 (00518384) ; 鈴木 岳人 青山学院大学, 理工学部, 助教 (10451874) ; 山口 哲生 九州大学, 工学研究院, 准教授 (20466783)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2021-03-31
• キーワード: スロー地震 / 非線形動力学

研究実績の概要

1) 弾性体や流体を用いたアナログ実験　不均一な断層面における地震活動をモデル化するため、ゲル表面に複数のアスペリティを配置した摩擦実験を行った。実験の特色は、駆動速度の制御のみならず高分子ゲルの強度不均一性の調整まで可能にしたことである。その結果、高速すべりに先行して発生するゆっくりすべりの時空間的挙動を捉えることに成功した。さらに、さまざまな動的挙動（応力・ひずみ場とすべり量の時空プロファイルや弾性波の検出）をその場観察により取得することで、すべり発生メカニズムを明らかにすることができた。これらに加えて摩擦構成則の定量化も行い、室内実験系から断層スケールへ外挿する理論的根拠を示した。
流体系モデリングでは、幅広い時間スケールにまたがる埋め込まれたノイズが地震発生に与える効果を明らかにするために、粉粒体を混合した上で剪断実験系を構築した。その結果、岩石実験でみられる空間パターンをよく再現した。時空ダイナミクスも可視化し、スロー地震の発生過程に共通する変形挙動を見出した。
2) プレート境界の数理モデル構築と解析　高速／低速という震源の運動の違いをより一般的な力学的挙動としてとらえなおすことを目的とした数理モデリング研究を行なった。滑り速度のみに依存する簡素な摩擦則を仮定することで定常的な断層端伝播の有無と、存在する場合はその伝播速度を解析的に求めた。ここでは地球に固有の特徴に依らずとも、そういった摩擦則に高速で安定な伝播と減衰していく伝播の二つが内在していることを明らかにした。また岩石中の流れが乱流になる・ならないが高速・ゆっくりの滑り過程に対応する可能性について示唆した研究もある。ここで見出した多孔質媒質中の乱流エネルギー・散逸率の初期値鋭敏性は地球科学に限らず工学的応用も期待される内容である。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Experiments on seepage-triggered cliff landslides using cohesive wet sand (2022)
  • 著者名/発表者名: Shibuya Fumi、Sumita Ikuro
  • 雑誌名: Progress in Earth and Planetary Science 巻: 9 ページ: 43
  • DOI: 10.1186/s40645-022-00501-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Characteristic Sensitivity of Turbulent Flow within a Porous Medium under Initial Conditions (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Takehito
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 90 ページ: 024401～024401
  • DOI: 10.7566/JPSJ.90.024401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Earthquake sensitivity to tides and seasons: theoretical studies (2021)
  • 著者名/発表者名: P?tr?lis Fran?ois、Chanard Kristel、Schubnel Alexandre、Hatano Takahiro
  • 雑誌名: Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment 巻: 2021 ページ: 023404～023404
  • DOI: 10.1088/1742-5468/abda29
  • 査読あり
• [雑誌論文] Excitation of airwaves by bubble bursting in suspensions : regime transitions and implications for basaltic volcanic eruptions (2021)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Kana、Sumita Ikuro
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 73 ページ: 143
  • DOI: 10.1186/s40623-021-01472-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fragility and an extremely low shear modulus of high porosity silicic magma (2020)
  • 著者名/発表者名: Namiki Atsuko、Tanaka Yukie、Okumura Satoshi、Sasaki Osamu、Sano Kyohei、Takeuchi Shingo
  • 雑誌名: Journal of Volcanology and Geothermal Research 巻: 392 ページ: 106760～106760
  • DOI: 10.1016/j.jvolgeores.2019.106760
  • 査読あり
• [雑誌論文] Topology and Toughening of Sparse Elastic Networks (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Tetsuo、Onoue Yudai、Sawae Yoshinori
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 124 ページ: 068002
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.068002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two Floating Camphor Particles Interacting through the Lateral Capillary Force (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirose Yuhei、Yasugahira Yusuke、Okamoto Mamoru、Koyano Yuki、Kitahata Hiroyuki、Nagayama Masaharu、Sumino Yutaka
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 ページ: 074004～074004
  • DOI: 10.7566/JPSJ.89.074004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spontaneous deformation and fission of oil droplets on an aqueous surfactant solution (2020)
  • 著者名/発表者名: Okada Masahide、Sumino Yutaka、Ito Hiroaki、Kitahata Hiroyuki
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 102 ページ: 042603
  • DOI: 10.1103/PhysRevE.102.042603
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aversion of Pedestrians to Face-to-Face Situations Eases Crowding (2020)
  • 著者名/発表者名: Yajima Sho、Yoshii Kiwamu、Sumino Yutaka
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 ページ: 074003～074003
  • DOI: 10.7566/JPSJ.89.074003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Subsonic to Intersonic Transition in Sliding Friction for Soft Solids (2020)
  • 著者名/発表者名: Yashiki Takuya、Morita Takehiro、Sawae Yoshinori、Yamaguchi Tetsuo
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 124 ページ: 238001
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.238001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Failure processes of cemented granular materials (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Yuta、Biswas Soumyajyoti、Hatano Takahiro、Goehring Lucas
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 102 ページ: 052903
  • DOI: 10.1103/PhysRevE.102.052903
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unique universal scaling in nanoindentation pop-ins (2020)
  • 著者名/発表者名: Sato Yuji、Shinzato Shuhei、Ohmura Takahito、Hatano Takahiro、Ogata Shigenobu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 ページ: 4177
  • DOI: 10.1038/s41467-020-17918-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Creep failure in a threshold-activated dynamics: Role of temperature during a subcritical loading (2020)
  • 著者名/発表者名: Roy Subhadeep、Hatano Takahiro
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 2 ページ: 023104
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.2.023104
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Self-Formed Double Tribolayers Play Collaborative Roles in Achieving Superlow Friction in an Aqueous Environment (2020)
  • 著者名/発表者名: Ootani Yusuke、Xu Jingxiang、Takahashi Naoki、Akagami Kenta、Sakaki Satoshi、Wang Yang、Ozawa Nobuki、Hatano Takahiro、Adachi Koshi、Kubo Momoji
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 124 ページ: 8295～8303
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.0c02068
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Stress Relaxation above and below the Jamming Transition (2020)
  • 著者名/発表者名: Saitoh Kuniyasu、Hatano Takahiro、Ikeda Atsushi、Tighe Brian P.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 124 ページ: 118001
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.118001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Universal Relaxation Dynamics of Sphere Packings below Jamming (2020)
  • 著者名/発表者名: Ikeda Atsushi、Kawasaki Takeshi、Berthier Ludovic、Saitoh Kuniyasu、Hatano Takahiro
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 124 ページ: 058001
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.058001
  • 査読あり / オープンアクセス