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プレート境界地震のための地殻活動予測シミュレーション・データ同化システムの構築

課題番号:1702

(1)実施代表機関名:

名古屋大学

(2)研究課題名:

プレート境界地震のための地殻活動予測シミュレーション・データ同化システムの構築

(3)最も関連の深い建議の項目:

1.地震・火山現象予測のための観測研究の推進
(2)地震・火山現象に関する予測システムの構築
(2‐1)地震発生予測システム
 ア.地殻活動予測シミュレーションとデータ同化

(4)その他関連する建議の項目:

1.地震・火山現象予測のための観測研究の推進
(2)地震・火山現象に関する予測システムの構築
(2‐1)地震発生予測システム
 イ.地殻活動予測シミュレーションの高度化

(5)平成20年度までの関連する研究成果の概要:

 「地震予知のための新たな観測研究計画(第2次)」で実施された「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」(東京大学大学院理学系研究科,「南海トラフ巨大地震発生サイクルシミュレーションモデルの構築」(名古屋大学大学院環境学研究科)および「固体地球総合研究」(海洋研究開発機構)等の課題において,日本列島や南海トラフ地域などを対象とした大地震発生サイクルシミュレーションのプロトタイプモデルが構築され,プレート境界およびその周辺における力学的挙動を再現することに成功した。

(6)本課題の平成21年度からの5ヶ年の到達目標:

 本課題では,第2次計画までに開発された地殻活動予測シミュレーションモデルをさらに改良し発展させるとともに、地震活動、地殻変動等の観測データの情報をシミュレーションに取り入れるためのデータ同化システムのプロトタイプを開発し、プレート境界地震の発生履歴の再現やプレート境界の摩擦特性の推定等を行う。さらに、これらのシステムおよびモニタリングシステムを構成要素とする地震発生予測システムの全体像を設計し、プロトタイプシステムを実際のデータに適用してプレート境界におけるすべりの時空間発展や地震発生を予測するデータ同化・予測実験を行う。こうした研究を通して本格的な地震発生予測システムの構築に向けて準備を整える。

(7)本課題の5ヶ年計画の概要:

(a) 地殻活動予測シミュレーションモデルの開発研究および予測実験

 日本列島全域を対象とした地震発生シミュレーションの為の数値計算コードの改良と最適化を行なう.また,プレート境界面の摩擦特性の推定に向けた地殻変動解析モデルの構築を進める。
 また,沈み込むプレートの3次元形状を考慮し、規模依存の破壊エネルギー摩擦特性分布を用いた、半無限均質弾性媒質中における南海トラフおよび千島海溝巨大地震発生サイクルシミュレーションを行い、歴史地震に見られる、大きな発生間隔・規模・東西セグメントの破壊時間差を再現するモデル作成を行うとともに,シミュレーションコードの高速化を進める。さらに,すべり応答関数計算を高度化するため,GeoFEMコードを改良して均質粘弾性媒質モデル作成の効率化を図る。
 一方,これまでのシミュレーションであまり考慮されていなかった.応力や摩擦パラメータ等の短波長不均一が地震サイクルや予測に及ぼす影響をシミュレーションにより調べる。
 さらに,プレート境界と内陸地震の相互作用の理解と活動度予測のための、計算効率の高い不連続体セルモデルシミュレーションモデル構築において、成層粘弾性媒質中でのすべり応答関数を用いた粘弾性地震発生サイクルシミュレーションに取り掛かる。

 平成21年度は,南海トラフ、日本海溝、千島海溝等のプレート境界を対象に、シミュレーションモデルを作成する。フォワード計算により、応力相互作用の評価を行う。
 平成22年度は,不均質粘弾性構造、動的破壊過程、プレート境界地震と内陸地震の相互作用等を考慮して、モデルの高度化を進める。相互作用評価を継続する。
 平成23年度は,モデル高度化を継続する。過去の大地震発生系列を再現するシミュレーションにより、摩擦特性等を推定する。近年の大地震の破壊過程、余効すべり過程のシミュレーションにより、摩擦特性等を推定する。
 平成24年度は,シミュレーションによる摩擦特性等の推定の継続。プレート境界と内陸の相互作用のシミュレーション。摩擦パラメータ推定の不確定性が予測精度に及ぼす影響の評価を行う。
 平成25年度は,これまでに推定された摩擦パラメータ等に基づき、予測シミュレーションを試行する。予測シミュレーションの誤差を評価する。シミュレーションに基づき、西南日本内陸の地震活動の変化について議論する。

(b) 地殻変動データを用いたデータ同化手法の開発と同化実験

 プレート境界地震の余効すべりなどゆっくりとした断層運動を対象として,GPSデータなど地殻変動データから, 速度・状態依存摩擦構成則で用いられる摩擦パラメータや, すべり速度等の初期値を推定する手法を開発する.単純なバネ・ブロックモデルや複数のセルモデルを用いた研究を進めるとともに,2次元の連続体モデル(1次元断層)による解析手法について検討する.

 平成21年度は,地殻活動予測システムの全体設計、パラメータ最適化手法、逐次データ同化手法の検討を行う。
 平成22年度は,地殻活動予測システムの全体設計を完了し、パラメータ最適化手法、逐次データ同化手法の開発、試験を行う。
 平成23年度は,データ同化の解析事例を増やし、手法の高度化を行う。
 平成24年度は,予測シミュレーションと連携したデータ同化実験のためのシステム開発を行う。
 平成25年度は,予測シミュレーションとデータ同化システムを連携させた予測システムのプロトタイプを稼働させる。

(c)地震活動データの活用手法の開発

 繰り返し地震をもれなく抽出し、すべり量分布の推定の精度を上げるため、幅広い規模の地震に適用できる新たな繰り返し地震抽出基準の策定を行う。具体的には、釜石沖等のすでに知られていて、現在の波形相似性の基準では抽出されない中規模繰り返し地震を用い、波形の相似性からこれらの繰り返し地震を同定できる基準を調べる(解析周波数帯、ウインドウ等の工夫)。次に、この基準を用い、過去の波形記録を系統的に探索する。
 関東地方及び東海・東南海地域の微小地震活動度の長期的変化を高信頼度で推定する。そのためには、時間的・空間的に均質な地震カタログを作成する必要がある。東京大学地震研究所の微小地震観測網で1994年から2007年までに観測されたM3以上の地震の震源とMの再決定を実施する。その際、使用する観測点は1994年当時の配置に固定し、新しい観測点を導入したことによる影響を除去する。(北大・地震研)
 測地データに加えて小繰り返し地震のデータを用いて、余効すべりの時間発展を推定する手法を確立する。特に、異種データの重み付けや滑りの空間分布に対する penalty 項の与え方について種々検討を行い、最適なものを見いだす。

 平成21年度は,波形の相関、詳細な震源決定や、発生間隔等をもとに、小繰り返し地震を抽出する最適な手法の開発を開発する。また、地震活動から応力変化を推定する手法を開発する。
 平成22年度は,小繰り返し地震とGPSデータを用いてプレート間すべりの推定を行う手法を開発する。 また、地震活動データから応力変化の推定を試み、その有効性を検証する。
 平成23年度は,開発した手法を用いて、プレート境界のすべりの時空間発展を推定する。また、推定された応力変化がプレート境界のすべりによるものと仮定して、すべりの時空間発展について知見を得る。
 平成24年度は,地震活動データから推定されたすべり変化と数値シミュレーションを比較することにより、プレート境界の摩擦特性、応力について知見を得る。
 平成25年度は,地震活動データを用いたデータ同化手法について検討する。

(8)実施機関の参加者氏名または機関名:

名古屋大学大学院環境学研究科:鷺谷威、橋本千尋,伊藤武男
東京大学地震研究所:加藤尚之、加藤照之,五十嵐俊博、福田淳一
京都大学大学院理学研究科:平原和朗、宮崎真一
京都大学防災研究所 橋本学
東北大学大学院理学研究科:内田直希、松澤暢
北海道大学大学院理学研究院:勝俣啓
海洋研究開発機構 堀高峰

(9)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:名古屋大学大学院環境学研究科
電話:052‐789‐3046
e‐mail: web‐master@seis.nagoya‐u.ac.jp
URL: http://www.seis.nagoya‐u.ac.jp/

お問合せ先

研究開発局地震・防災研究課

(研究開発局地震・防災研究課)

-- 登録:平成22年02月 --