（2）研究課題（または観測項目）名
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
（5）本課題の平成16年度からの5ヵ年の到達目標と、それに対する平成18年度実施計画の位置付け
岩石実験の結果に基づく摩擦構成則を利用して現実的な地震発生サイクルシミュレーションモデルを構築する．これを用いて，三陸沖および駿河・南海トラフ沿い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ことにより，この地域のプレート境界での摩擦構成則パラメターの空間分布を推定する．さらに，プレート境界型の巨大地震と内陸活断層との相互作用もモデルに組み込み，内陸地震の発生に関する知見を得る．過去の大地震の発生系列を説明するだけではなく，将来の大地震発生の予測を目指す．
平成18年度は，すべり速度状態依存摩擦法則と弾性体モデルとを用いて，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い，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と比較することにより，プレート境界面上の摩擦パラメターの空間分布の推定を進める．さらに，より現実的なモデル構築のために，粘弾性媒質や曲がったプレート境界面を考慮した地震サイクルシミュレーションの開発を進める．
（6）平成18年度実施計画の概要
平成17年度までに，すべり速度状態依存摩擦法則と均質無限および均質半無限弾性体モデルとを用いて，千島海溝南部，三陸沖および駿河・南海トラフの大地震発生サイクルの数値シミュレーションを行い，大まかな大地震発生系列との比較を行うことによって，プレート境界面上の摩擦パラメターの空間分布の推定を行ってきた．平成18年度は，測地データや小繰り返し地震等のデータから推定されるアスペリティ周囲の非地震性すべり特性とシミュレーションを比較することにより，より詳細な摩擦パラメター分布の推定を行う．また，複数のセグメント間の相互作用を考慮したシミュレーションを行うことにより，大地震発生間隔の揺らぎの原因や大きさについて考察する．媒質の非弾性変形による応力緩和の影響や，プレート形状が非地震性すべり過程や応力集中過程に及ぼす影響などを考慮するために，現実的な地震サイクルシミュレーションモデルの開発を進める．駿河・南海トラフの地震サイクルについては屈曲したプレート境界面形状を考慮したモデルを開発し地震サイクルシミュレーションを行う．東北日本については粘弾性媒質を考慮したモデルを開発して余効変動についてのシミュレーションを行う．
（7）平成18年度成果の概要
- （1） 余効すべりや余震域の拡大を支配する摩擦パラメターについて，数値シミュレーションの結果を用いて考察した（Kato, 2007）．余効すべりや余震域の拡大速度は，定常的摩擦の速度依存性を支配するパラメターA-Bに依存することがわかった．この結果を用いて，三陸沖と十勝沖での摩擦特性の違いについて議論した．シミュレーションの結果は，2003年十勝沖地震の余効すべりの速度と応力の関係から推定したA-Bの値と調和的であった．また，十勝沖での巨大地震の発生サイクルと，その周辺での地震活動を理解する目的で，地球シミュレーターを用いて千島海溝南部の地震サイクルシミュレーションを行った（堀，2006；関連研究課題番号 海洋研究開発機構 4001）．
- （2） 多数の断層セグメント間の相互作用を考慮して地震発生サイクルのシミュレーションを行った（Kato et al., 2007）．モデルは中国鮮水河断層を模したもので，過去の地震活動記録を参考にして，長さ約350キロメートルの断層を9つのセグメントに分割した．地震が発生するセグメントでは速度弱化の摩擦特性，セグメント間は速度強化の摩擦特性を仮定した．セグメント間の摩擦特性は次の2種を考えた．（a）強い速度強化と小さな特徴的すべり量．（b）弱い速度強化と大きな特徴的すべり量．どちらの場合も，セグメント間では余効すべりが発生するが，（a）の場合は余効すべりの時間変化は対数関数で記述できるのに対し，（b）の場合は余効すべりの立ち上がり時間が短く，比較的早く余効すべりが減衰する（図1）．余効すべりにより，地震が発生したセグメントの隣のセグメントに応力が伝播するが，余効すべりの時間関数に違いにより応力の伝播の仕方も（a）と（b）では異なる．（a）の方が（b）よりも長い時間かけて応力が伝わるため，（a）では，隣接するセグメントで発生する地震の時間差は比較的長く，ばらつきが大きいのに対して，（b）では，地震発生の時間差は比較的短い．この違いは，各セグメントでの地震発生間隔の統計的性質にも影響を与える．（a）では地震発生間隔の分布はBPT（Brownian Passage Time）分布または対数正規分布でほぼ説明できるが，（b）では,そのような分布では説明できない（図2）．断層が分岐する場所の近くなど，断層間相互作用が強いと思われる場所で，地震発生間隔のばらつきが大きく，相互作用が小さいと考えられる場所で，ばらつきが小さかった．この結果は，地震発生の長期予測の際に，相互作用の大きさによってばらつきの大きさを変えるべきことを示している．また，すべり量の時間変化を調べたところ，時間予測モデルも規模予測モデルもシミュレーション結果をよく説明することはできなかった．
- （3） 地震サイクルシミュレーションモデルに粘弾性的応答を導入するため、三陸沖の構造探査データから推定されたプレート境界形状を含む粘弾性有限要素モデルを構築し、東北日本下の上部マントルの粘性構造を再決定した。1896年陸羽地震の余効変動を計算し、水準点での余効変動時系列、変動の空間パターンを比較した。その結果、構造探査に基づくプレート境界形状を採用すると、先行研究で指摘されている太平洋スラブがマントル内の流動を妨げるような幾何学的効果は小さく、地表で観測される地殻変動の時定数には、地殻・上部マントルの弾性構造不均質の影響が卓越していることを確認した（関連研究課題番号 海洋研究開発機構 4001）。
- （4） 媒質の粘弾性的応答を考慮して，三陸沖プレート境界でのすべり速度の時空間変化を推定するための予備的解析を行った。水準・GPS観測の観測配置（図3）、観測期間に対応する人工データを生成し、すべり速度インバージョンでの分解能を評価した。人工データは、図4（a）に示すプレート境界でのすべり速度の時空間的変化に対する地表での粘弾性応答にノイズを加えて生成した。速度の空間変化はプレート境界の深さ方向にのみ変化すると仮定している。水準データのみを使用した場合（図4（b））、観測路線から外れた海側では、すべり速度分布をほとんど再現できないが、GPS水平動データを加えることにより海側でのすべり速度の推定がかなり改善される（図4（c））。図4（d）のように海側に仮想的な海底GPS観測点を追加すれば、海底下でのすべり速度がより正確に再現されることがわかった（兵藤・他，2006；関連研究課題番号 海洋研究開発機構 4001）。
（8）平成18年度の成果に関連の深いもので、平成18年度に公表された主な成果物（論文・報告書等）
- 堀高峰，2006，地震サイクルの数値シミュレーションから見た北海道東部の大地震発生様式，月刊地球，28（7），481-486．
- 兵藤守・堀高峰・平原和朗，2006，不均質粘弾性媒質中の辷り応答を用いた三陸沖のプレート間カップリングの時空間変化の推定，日本地震学会講演予稿集2006年度秋季大会，P020．
- Kato, N., 2007, Expansion of aftershock areas caused by propagating postseismic sliding, Geophys. J. Int., 168, 797-808.
- Kato, N., X. Lei, and X. Wen, 2007, A synthetic seismicity model for the Xianshuihe fault, southwestern China: simulation using a rate- and state-dependent friction law, Geophys. J. Int. (in press).
（9）実施機関の参加者氏名または部署等名
加藤尚之
他機関との共同研究の有無
有
名古屋大学 平原和朗，海洋研究開発機構 堀高峰，兵藤守，馬場俊孝，東京学芸大学 里嘉千茂
GPSデータ（青の菱形）を使用し求めた解。（d）（c）に海底観測データ（赤の菱形）を加えた場合の解。
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u0log
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0の摩擦パラメターを仮定．右図はセグメント境界域で非常に大きいL（