断層帯内の流体移動と地震発生の動的相互作用の数値シミュレーションによる研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12640402
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 山下 輝夫 東京大学, 地震研究所, 教授 (10114696)
• Keywords: 断層 / 透水係数 / 空隙率 / 破壊 / 地震 / 余震 / 群発地震 / シミュレーション

Research Abstract

断層帯は、一般に地下流体の流路となっていると考えられているが、最近の室内実験によるとこのような流体は、断層破壊に大きな影響を及ぼしていると考えられている。本研究においては、余震発生過程に及ぼす流体移動の効果をシミュレーションにより考察した。本研究で想定するモデルにおいては、断層帯内の水力学的パラメタの時空間変化を通して断層破壊と流体移動の間に非線形の相互作用が生ずる。
断層帯内部の流体の移動速度については、まずForchheimer方程式を仮定して計算を実行した。この方程式では、流体の移動速度は空隙水圧の非線形関数になっており、準静的領域において妥当と考えられているDarchy方程式を高速領域まで拡張したものである。これにより、動的領域での流体移動の効果を考察した。しかし、計算結果には、Darchy方程式を仮定した場合と、Forchheimer方程式を仮定した場合の間で、ほとんど差異は現れないことがわかった。動的領域の考察には、今後はNavier-Stokesの方程式を仮定した計算を行う必要があろう。
以上の理由により、流体移動にっいてはDarchy方程式を仮定してシミュレーションを実行した。流体移動を考えることにより、一見多様かつ複雑な余震現象が統一的に説明できることがわかった。たとえば、グーテンベルグ・リヒターの式や大森公式が同時に説明できるし、二次余震についても断層帯の水力学的性質から説明できることもわかった。また、従来の余震モデルでは、理解が困難だった「繰り返し滑り」という現象も本研究で開発されたモデルで説明可能である。