平成18年度年次報告

（1）実施機関名

独立行政法人防災科学技術研究所

（2）研究課題（または観測項目）名

地震発生と波動伝播の連成シミュレーション

（3）最も関連の深い建議の項目

• 2．（1）ア　日本列島域

（4）その他関連する建議の項目

• 1．（3）イ　地震波動伝播と強震動
• 2．（1）ウ　予測シミュレーションモデルの高度化

（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

　本研究課題は平成17年度まで東京大学大学院理学系研究科を中心として行われてきた課題の一部を分離したものとして位置づけられる。最終目標は複雑なテクトニック環境下にある日本列島域を一つのシステムとしてモデル化し、プレート運動に起因する準静的な応力蓄積から破壊核の形成を経て動的波動伝播に至る大地震の発生過程を、膨大な地殻活動データと高度なモデル計算を併合した大規模シミュレーションにより定量的に予測することであるが、本課題では、動的破壊が始まると同時に周囲に波動が伝播していく部分のシミュレーションを行う。今後3年間においては、海溝型地震のシミュレーションをプレート形状モデルに基づき断層形状をモデル化し、プレート運動を考慮した準静的な応力蓄積によって得られた応力分布を用いて、地震の動的破壊過程を再現し、そこから発生する地震波動の伝播を推定する。

（6）平成18年度実施計画の概要

　沈み込み帯に発生する地震をターゲットとして、プレート運動を考慮した準静的な応力蓄積によって得られた応力分布を用いて地震の動的破壊過程を再現し、そこから発生する地震波動の伝播を推定する。動的破壊伝播と波動伝播のプログラムを連成させることにより観測データと比較可能なシミュレーションを行い、シミュレーション精度の検討を行う。

（7）平成18年度成果の概要

　超高速・大容量計算機環境と精緻なモデル化・統合化によって、複数の現象が相互に影響しあうマルチスケール・マルチフィジックス現象を研究の対象とした「マルチスケール・マルチフィジックス現象の統合シミュレーション」研究領域において、プレート運動による地殻応力の蓄積を経て大地震が発生し、地震波が構造物を揺らし、津波が海岸部を襲うまでの一連の過程を再現・予測する観測・計算融合の階層連結型高精度シミュレーションシステムを開発することを目標として「観測・計算を融合した階層連結地震・津波災害予測システム」というタイトルでJSTのCRESTプロジェクトが平成17年10月より開始された。そのサブテーマとして、プレート運動に基づく地震発生サイクルのシミュレーションから得られる地震発生直前の応力場とそこでの構成関係を用い、地震破壊の動的伝播のシミュレーションを行い、得られたすべり時間関数を用いて、その地震破壊によって生じる地震動の計算を行った。さらに、計算された地震動は、他のグループが行っている津波の発生や大規模構造物の振動へと計算が引き継がれていく。
　今年度は、2003年十勝沖地震（マグニチュード8.0）をターゲットとしたシミュレーションを行った。プレートの沈み込みによって蓄積された応力の開放過程として、大地震が発生し、その結果、北海道の各地において強震動が観測される。このシナリオに基づき、なるべく現実に近いモデルを用い、計算された地震波形を実際に十勝沖地震の際に観測された観測波形と比較する事で、モデルと与えるパラメータの改良を行い、より現実的な予測シミュレーションのための枠組みを作っていく事を目的とした。
　動的破壊伝播の計算は、三角要素を用いた境界積分方程式法（Fukuyama et al., 2002 AGU; Tada et. al., 2000 Comp. Mech.; Tada, 2006 GJI）によって行った。初期応力分布およびすべりの構成則は、橋本・他（2006　地震学会）によって計算されたslip and time dependent constitutive law（Aochi and Matsu'ura, 2002 PAGEOPH）に基づいており、断層面の形状は、プレート形状モデル（Hashimoto et al., 2004 PAGEOPH）によって与えられる。さらに、そこで得られたすべり時間関数を用いて、観測されるであろう地震動を有限差分法（Aoi and Fujiwara, 1998 BSSA）により計算を行った。震源時間関数は、動的破壊過程の計算から得られたすべり時間関数に、ここで対象としているlocalな構造に対応した周波数をもつ帯域通過フィルタ（0.3Hz（ヘルツ））に通したものを用い、差分の震源項として入力し、地表での地震動を計算した。
　観測波形に厳密にfitさせる事を目標とはしていないものの、おおまかなアスペイティがあったとして、そこがプレート運動によってどのように応力蓄積をし、動的破壊が起こり、波動伝播していくかを計算していったのであるが、観測結果との比較はおおむね良好であった。細かい違いはあるものの、観測された最大地動速度分布と計算によって予測された最大地動速度分布の一致も悪くは無かった。
　このように、プレート運動から、地震発生、波動伝播と、それぞれにモデルを構築し、それらを結合し、一つの統一のとれたモデルとすることで、将来観測されるであろう地震動を合理的に予測できる道筋が構築されると考えられる。

（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）

• Fukuyama, E. and Mikumo, T., 2006, Dynamic rupture propagation during the 1891 Nobi, central Japan, earthquake: A possible extension to the branched fault, Bull. Seismol. Soc. Am., 96, 1257-1266.
• Fukuyama, E., S. Aoi, C. Hashimoto and M. Matsu' ura, 2006, Joint simulation of earthquake dynamic rupture and seismic wave propagation, Proc. First International Symposium for “Integrated Predictive Simulation System for Earthquake and Tsunami Disaster”, 245-253.
• 福山英一・青井真・橋本千尋・松浦充宏，2006，地震の動的破壊と波動伝播の連成シミュレーション，日本地震学会秋季大会，2006年11月，名古屋市，A61．

（9）実施機関の参加者氏名または部署等名

地震研究部　3名

（10）問い合わせ先

• 部署等名：独立行政法人防災科学技術研究所企画部広報普及課
• 電話：029-851-1611
• FAX：029-851-1622
• E-mail：toiawase@bosai.go.jp