地震サイクルシミュレーションの高度化

課題番号1801

（1） 実施機関名：

京都大学大学院理学研究科

（2） 研究課題（または観測項目）名：

地震サイクルシミュレーションの高度化

（3）関連の深い建議の項目：

1．（4）イ．断層滑りと破壊の物理モデルの構築

（4）その他関連する建議の項目：

1．（2）イ．プレート境界巨大地震
1．（4）ア．構造共通モデルの構築

（5）優先度の高い地震・火山噴火との関連：

東北地方太平洋沖地震

（6）平成25年度までの関連する研究成果（または観測実績）の概要：

地震サイクルシミュレーションの高度化 

• ABAQUSによる簡単な地震サイクルモデルの構築

業績リスト

• Hirahara, K., Interplate earthquake fault slip during periodic earthquake 　cycle in a viscoelastic medium at a subduction zone, Pure Apply. Geophys., 159, 2201-2220, 2002.
• Hirahara, K., Toward advanced earthquake cycle simulation, Journal of Disaster, Research, 4, 99-105, 2009

（7）本課題の5か年の到達目標：

 　速度状態依存の摩擦（RSF）則に基づく地震サイクルシミュレーションにより、過去の地震発生履歴の再現がなされ、地震発生予測に繋げようとする研究が進んできた。しかしながら、現行の地震サイクルシミュレーションの多くは、主として計算上の制約から、
　1)媒質の簡単化：均質半無限弾性媒質を仮定
　2)動的破壊過程の簡単化：準動的地震サイクルシミュレーション
といった現実とは異なる簡単化が行われている。本研究では、こういった簡単化に　対する地震サイクルシミュレーションの高度化に関して以下の研究課題を扱う。
　本研究課題は2次元モデルを用いる基礎的研究であり、1)と2)を扱う。これには商用有限要素法ソフトウェアABAQUSを用いる。工学分野では広く用いられてきた商用ソフトウェアであるが、最近ではABAQUSは理学的な不均質粘弾性媒質中での地殻変動研究にも用いられるようになっている。しかし、ABAQUSの特徴である接触解析機能は、ほとんど用いられていない。
　本課題ではこの接触解析機能を用いたRSF則に基づく、地震サイクルシミュレーションモデルを構築する。1)の媒質の問題について、まず重力場における、沈み込むプレートおよび地殻・マントルウェッジでの不均質粘弾性構造を考慮した2次元地震サイクルモデルを構築する。これにより、不均質弾性・粘弾性媒質が地震サイクルに及ぼす影響を評価する。また、2次元断面としては、2011年東北地方太平洋沖地震を含む断面とし、特に島弧地殻・マントルウェッジ内に不均質粘弾性構造を導入し、東北地方太平洋沖地震サイクルそのものおよびサイクル中における島弧変動に及ぼす影響を調べる。これらのモデルは陰解法によるABAQUS_standardを用いて開発する。
　なお、これまでの地震サイクルシミュレーションでは、すべり応答関数を用いた境界要素法によるものが主流であった。ここでは、以下の動的サイクルへの発展性を考えて、有限要素法による領域解法を試みる点が新規性に富む。また、プレートを一定速度で沈み込ませ、プレート境界をマスタースレーブ法による接触問題として扱い、プレート境界でのすべり発展および上盤側の粘弾性応答を見積もる点が大きな特徴である。ただ、予備的シミュレーションでは、プレートを一定速度で沈み込ませる方法では、一定角度で沈み込むプレートしか扱えず、また安定した接触解析を行う点で問題があり、プレート境界深部例えば150km以深でプレート収束速度に対応するすべり速度を与えて、それより以浅を接触解析とする解法への変更を考えている。
上記モデルは、準動的地震サイクルモデルである。ところが最近、平面断層ではあるが、2)の動的破壊過程を含むシミュレーションでは、準動的地震サイクルシミュレーションとは大きく異なる結果が報告され、地震サイクルにおける動的破壊過程の重要性が指摘されている。難しい問題となろうが、2)の問題すなわち波動放射を含む動的破壊過程を、上記不均質モデルに組み込んだ、動的地震サイクルシミュレーションに挑む。この動的破壊過程には、陽解法のABAQUS_explicitに切り替えてシミュレーションを行う。

（8）本課題の5か年計画の概要：

　H26年度においては、ABAQUS粘弾性地震サイクル1次モデル（簡単な不均質構造で接触解析に重点をおいて開発）を構築する。 

• 重力の与え方の検討
• 沈み込むプレートの屈曲を扱うプレート相対運動の与え方の検討

H27年度においては、ABAQUS粘弾性地震サイクル2次モデル（実際の海底地形や弾性・粘弾性構造）を構築し、動的破壊過程組み込みの検討を行う。

H28年度においては、動的破壊過程を含む、ABAQUS 2次元不均質粘弾性東北日本地震サイクルモデルを構築する。また論文化に着手する

H29年度においては、論文を出版する。ABQUSモジュールのマニュアルを作成する

H30年度においては、ABAQUS地震サイクルモデルのまとめを行う

（9）実施機関の参加者氏名または部署等名：

京都大学大学院理学研究科：平原和朗・宮崎真一

他機関との共同研究の有無：
京都大学防災研究所：西村卓也
東京大学地震研究所：亀　伸樹
東北大学大学院理学研究科附属地震・噴火予知研究観測センター：太田雄策

（10）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：京都大学大学院理学研究科
電話：075－753－3946
e-mail：hrahara@kugi,kyoto-u.ac.jp
URL：

（11）この研究課題（または観測項目）の連絡担当者

氏名：平原和朗
所属：京都大学大学院理学研究科