地震発生と波動伝播の連成シミュレーション

平成20年度年次報告

課題番号：3016

（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20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。平成19年度に引き続き、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伝播の推定を行う。

（6）平成20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。昨年度までは、観測データの整っている2003年十勝沖地震をターゲットとして検討を行ったが、今年度は、これまで行ってきたシミュレーション研究の枠組において、過去の地震記録はないが今後発生の予測される地域の地震動をどのように推定すべきかの検討を行う事に主眼を置く。

（7）平成20年度成果の概要：

　今年度は，南海・東南海地震をターゲットとしたシミュレーション研究を今後推進するための準備として，自由表面が存在する場合の逆断層における動的破壊計算を行えるよう，プログラム開発を行った．南海・東南海地震を引き起こすフィリピン海プレートは，太平洋プレートと比べ，沈み込み角が浅いため，地震時の断層破壊をシミュレーションする際には，自由表面の影響を考慮する必要がある．そこで，これまで，無限媒質中において計算を行ってきた境界積分方程式法の計算コードを，自由表面を含む半無限媒質に対しても計算できるように，拡張をおこなった．拡張は，自由表面エレメントを導入し，断層エレメントと同時に境界積分方程式を同時にといていくことで行った．自由表面エレメントの導入により，断層近傍の地震動も同時に計算できるようになり，断層直上の特異な地震動を再現する事にも使えそうである．
　来年度以降は，このコードを南海トラフ沿いの地震発生シミュレーションに利用し，南海・東南海地震の発生シミュレーションに役立てる予定である．また，今回開発したコードは，内陸の活断層の地震にも適用できる事から，内陸において発生した大地震（たとえば，2008年岩手宮城地震）等にも適用していく予定である．

図1：自由表面を導入した，境界積分方程式法での計算例

（8）平成20年度の成果に関連の深いもので、平成20年度に公表された主な成果物（論文・報告書等）：

　Fukuyama, E., R. Ando, C. Hashimoto, S. Aoi, and M. Matsu’ura, （2008） Modeling of the 2003 Tokachi‐oki, Japan, Earthquake: Stress Accumulation, Dynamic Rupture and Ground Motions, 6th ACES International Workshop, Cairns, Australia, 11 ‐ 16 May 2008.
　Fukuyama, E., （2009）, Dynamic rupture propagation of the 1995 Kobe, Japan, earthquake, In: Fault‐zone Properties and Earthquake Rupture Dynamics, edited by E. Fukuyama, International Geophysics Series, 94, 269‐283, Elsevier.
　Fukuyama, E. and K. Mizoguchi, （2009）, Constitutive parameters for earthquake rupture dynamics, IUTAM Symposium: Dynamic Fracture and Fragmentation, March 8‐12, 2009,  Austin, Texas
　福山英一, （2009）, 地震の動的破壊パラメータ, 地震第2輯, 印刷中.
　Fukuyama, E., R. Ando, C. Hashimoto, S. Aoi, and M. Matsu'ura, （2009） A Physics‐based simulation of the 2003 Tokachi‐oki, Japan, earthquake toward strong ground motion predictions, Bull. Seismol. Soc. Am., submitted.

（9）本課題の5ヵ年の成果の概要：

　本テーマは，平成18年度から開始され，平成20年度までの3年間，JSTのCRESTプロジェクト「 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」のサブテーマ「地震発生と波動伝播の連成シミュレーション」のもとで行ってきた．平成18年度は、2003年十勝沖地震をターゲットとして、プレートの沈み込みによってアスペリティ領域に蓄積された応力が大地震によって開放され、強震動を生成していく様子を再現するシミュレーションを行った。アスペリティの性状をうまく設定する事で、観測される強震動分布を比較的うまく再現できる事がわかった。アスペリティの設定には，GPSデータによるプレートのすべり遅れ量の推定が有効である事がわかった．平成19年度は、アスペリティ上における破壊開始点の不確定性が、その後に観測される地震動にどのような影響を及ぼすかを調べた。発震点の位置の違いによって、観測される地震動は2 04倍変化する事がわかった。これは、盆地構造などの3次元速度構造による増幅によるばらつきよりは小さいが、適切に考慮されるべきパラメータである。平成20年度は，次期5年計画に向け，計算手法の高度化をはかり，calibrationのための地震が存在しない南海・東南海地震のシミュレーションを精度よく，しかも効率良く行えるように準備を行った．地震の動的破壊の計算に自由表面が導入出来るようになった事で，複雑形状の断層をよりリアルに再現する事が可能となった．

（10）実施機関の参加者氏名または部署等名：

　地震研究部　3名
　他機関との共同研究の有無：有
　東京大学大学院理学系研究科 4名、東京大学地震研究所 3名、東京大学人工物工学センター 1名、国土地理院 2名、東京工業大学 1名、上智大学 1名

（11）公開時にホームページに掲載する問い合わせ先：

　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
　e‐mail：toiawase@bosai.go.jp