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2.地殻活動の予測シミュレーションとモニタリングのための観測研究の推進

(1) 地殻活動予測シミュレーションモデルの構築

 地殻活動シミュレーション研究の目標は、隣接するプレート同士が複雑に相互作用する日本列島域を一つのシステムとしてモデル化し、常時観測網からの膨大な地殻活動データをリアルタイムで解析することにより、プレ-ト相対運動に起因する歪エネルギーの蓄積から、ゆっくりとした震源核の形成を経て、急激な破壊の開始・伝播・停止に至る大地震発生過程の定量的な予測を行うことにある。
 上記の目標を達成するために、日本列島及びその周辺域を対象とした地殻活動予測シミュレーションモデルを開発する。また、稠密な観測が行われている特定の地域において、より詳細な地域モデルを開発し、活動予測シミュレーションを行う。さらに、これらのシミュレーションモデルを継続的に高度化していくために、地震発生の物理・化学過程に関する基礎的なシミュレーション研究を推進する。このような観点から、平成19年度は以下の研究を行う。

ア. 日本列島域

 数値シミュレーションと地震・地殻変動観測の融合にむけて、平成18年度に定式化した直接的及び間接的先験情報併用の新しい測地データ・インバージョン解析法による日本列島全域を対象とした解析プログラムを開発し、国土地理院のGPSデータに適用することで日本列島周辺域のプレート境界でのすべり/すべり遅れ分布を推定する。この解析結果に基づき、日本列島全域を対象とした地殻内応力場のシミュレーションを行う。その結果とCMT(セントロイド・モーメント・テンソル)解析によって得た地殻応力を比較し、過去の大地震が再現できるように、シミュレーションモデルを規定するパラメータの調整を行う。
 プレート境界における地震の破壊過程について、プレート運動に基づいた応力分布を用いて地震の動的破壊過程のシミュレーションを実施し、地震波動の伝播を推定する。さらに、シミュレーション結果を観測データと比較し、精度の検討を行う。

イ. 特定の地域

プレート境界型地震発生サイクル・シミュレーションモデルの構築
 プレート境界の摩擦がすべり速度状態依存摩擦法則従うとした弾性体モデルを用いて、千島海溝南部、三陸沖、駿河・南海トラフにおける大地震発生サイクルの数値シミュレーションを行う。過去の地震サイクル、地震性すべりや余効すべりの空間分布等の観測データを再現できるようなモデルを構築することを通して、プレート境界面上の摩擦パラメータの推定を行う。また,余効変動などに対する粘弾性の効果をシミュレーションによる調べ、余効変動を余効すべりによる効果と粘弾性的変形とに分離することを試みる。
南海トラフ沿い巨大地震発生サイクル・シミュレーションモデルの構築
 地球シミュレータを用いてフィリピン海プレートの三次元形状や摩擦パラメータの不均質を導入したシミュレーションを実行し、実際の南海トラフ沿いの複雑な地震発生サイクルを再現するとともに、ゆっくり滑りの発生原因を探る。また、シミュレーション精度向上のために、不均質な粘弾性的性質を持った三次元地殻マントルモデルを用いた応答計算の効率化を図る。
 モデルを規定するパラメータの影響を探るために用いている不連続単純セルモデルに粘弾性を導入する。また、不連続単純セルモデルと連続モデルの比較検証を行う。

ウ. 予測シミュレーションモデルの高度化

 GPSデータを用いて、2003年十勝沖地震及び2005年宮城県沖の地震を対象に断層面の摩擦構成則パラメータを推定する。成層構造中の断層破壊のシミュレーションを実行し、構造境界が断層破壊面の形成過程に与える影響について考察する。破壊強度に影響を及ぼす断層帯中の流体圧は、摩擦熱による温度変化や流体の拡散により変化するが、これらの効果を考慮したシミュレーションの結果に基づき、動的断層運動のエネルギー収支についての検討を行う。内陸大地震の応力蓄積過程を解明するために、プレートの沈み込みという外力と内的な非弾性変形を考慮した非線形粘弾塑性有限要素法による、島弧地殻、上部マントルの変形過程のシミュレーションを実施する。沈み込み帯における地下の三次元構造を考慮して、大地震(M8クラスを想定)の余効変動のシミュレーションを行い、余効変動が当該地域およびその周辺の地殻変動に及ぼす影響を定量的に明らかにする。


「地殻活動予測シミュレーションモデルの構築」研究課題(または観測項目)

機関 番号 研究課題(または観測項目)名
東京大学地震研究所 1411 三陸沖および南海トラフのプレート境界型地震発生サイクルシミュレーションモデルの構築
1412 予測シミュレーションモデル高度化のための手法開発
東京大学大学院理学系研究科 1502 日本列島域の地殻活動予測シミュレーションモデルの開発
名古屋大学 1704 南海トラフ沿い巨大地震発生サイクルシミュレーションモデルの構築
独立行政法人防災科学技術研究所 3016 地震発生と波動伝播の連成シミュレーション
国土地理院 6024 有限要素法およびその拡張によるプレート境界域周辺の地殻変動シミュレーション


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