3．地殻活動シミュレーション手法と観測技術の開発　（1）地殻活動シミュレーション手法

機関名略称：
国土地理院→地理院
防災科学研究所→防災科研
産業技術総合研究所→産総研
海上保安庁水路部→水路部
通信総合研究所→通総研

（1．1）具体的目標

（ア）シミュレーションモデルの開発

（a）地殻内流体の挙動とその地震発生に対する力学的効果に関する研究。
（b）断層間相互作用による断層成熟度の変化についての研究。
（c）下部地殻流動特性とプレート内応力の蓄積・解放過程のシミュレーション研究。
（d）地殻応力・歪変化シミュレーション手法に関する研究。
（e）地殻活動予測の統合並列シミュレーションモデルの開発。

（イ）データ基盤の整備とデータ解析・同化システムの開発。

（a）地殻活動データの解析・同化並列ソフトウェアの開発。

（1．2）実施状況

（ア）シミュレーションモデルの開発

（a）地殻内流体の挙動とその地震発生に対する力学的効果に関する研究。

• 余震の発生に流体が及ぼす影響について数値シミュレーションを行い、大森公式及びグーテンベルグ・リヒターの式が統一的に再現できることを示した。（大学）
• グーテンベルグ・リヒターの式を満たす地震は繰り返しすべりを起こしている破壊であることが分かった。（大学）
• 余震系列については、初期には比較的大きなイベントが起きる傾向があるなど、観測事実と調和的な結果が得られた。（大学）
• 複数の流体源がある場合や、未破壊領域の透水性がゼロに近いような場合は、二次余震が生じ得ることが分かった。（大学）

（b）断層間相互作用による断層成熟度の変化についての研究（平成12年度から開始）。

• 互いに平行ではあるが同一平面上にはない亀裂の動的な合体過程のシミュレーションを行い、一定速度で進むSH型亀裂の場合の相互作用を明らかにした。（大学）
• 強度や応力降下量分布に不均質がある場合、或いは亀裂が任意形状をしている場合の数学的定式化を進めた。（大学）

（c）下部地殻流動特性とプレート内応力の蓄積・解放過程のシミュレーション研究（平成12年度後期から開始）。

• 内陸活断層の地震発生過程のモデル化に向けた基礎研究として、異方的な流動特性を持つ粘弾性物体の力学的応答の定式化とそれに基づく数値計算アルゴリズムの開発を進めた。（大学）
• 比較のために、既に開発済みの弾性－粘弾性成層構造モデルのプログラムを用いて、薄い粘弾性中間層が介在する場合の内部変形シミュレーションを行った。（大学）

（d）地殻応力・歪変化シミュレーション手法に関する研究（平成11年度から開始）。

（1）逆解析手法に基づく地殻応力場の推定。

• GPS観測網データから日本列島域の地殻応力を推定するためのグリーン関数のスペクトル分解に基づく逆解析理論を構築した。（大学）
• 応力成分を生成する応力関数を推定するための逆解析理論を構築し、最小二乗法推定による平滑化では消去される局所的な変形の変動を計算できるようにした。（大学）

（2）3次元モデルに基づく日本列島の応力場等の推定。

• 日本列島域の3次元有限要素法モデルを構築し、プレート運動を外部境界条件としてGPS観測網データから推定される日本列島域の変位速度場を再現した。（大学）
• 上記モデルを用いて、日本列島域の地殻及び上部マントルの3次元応力場を推定した。（大学）
• 有限要素法を用いて、南関東地域を対象として、媒質の不均質性を考慮に入れた静力学的応力場のモデルを作成し、ある場所で地震が発生したときに、他の場所での応力の変化が求められるようにした。これによって、関東地震のあとの大きな余震はクーロン破壊関数が大きな値をとるところで発生したことを見いだした。（気象庁）
• 東海地域を対象として、"3次元モデルによるプレート沈み込みシミュレーションを行い、地震前の地殻変動の評価を通して東海地震発生までのシナリオを作成すること"を目的とし、プレート形状、媒質の粘弾性、不均質、プレート境界面での各種の摩擦則、沈み込み速度のゆらぎなどの基本的性質を取り込んだシミュレーションプログラムのプロトタイプを作成した。特に媒質が均質な弾性体、摩擦則が速度・状態依存でプレート形状のみを取り込んだモデルについて詳しい計算を行った。この結果、東海地震の一つのシナリオが得られた。そのシナリオによれば、"（1）プレートの結合域と環状の応力蓄積域が形成され、時間の進行と共に収縮し、応力蓄積域の周辺でプレスリップが起き、（2）地震数年前に、掛川・御前崎間の沈降が隆起に転じ、（3）プレスリップに伴う地表面での体積歪変化は10－8程度で、主歪の軸は数十度回転し、（4）環状の応力蓄積域の通過に伴い微小地震活動が変化する可能性がある"等が示唆される。（気象庁）

（e）地殻活動観測データの総合解析技術の開発（平成10年度から開始）。

• 離散的データから連続的地殻変動の時空間分布を推定する解析ソフトウェアを開発した。（地理院）
• アセノスフェアの粘弾性の効果を考慮して地殻変動データからプレート境界面のすべり履歴を推定するインバージョン解析ソフトウェアを開発した。（地理院） ・地殻変動及び地震発生物理の解明に必要なデータベースを作成した。また、シミュレーションの要素技術である粘弾性を考慮した3次元有限要素プログラムのプロトタイプを開発した。（地理院）

（f）地殻活動予測の統合並列シミュレーションモデルの開発（科学技術振興調整費総合研究：第1期、大学及び関係諸機関：防災科研、建築研究所国際地震工学部、地理院、気象庁気象研究所）。

• 日本列島域の地殻・マントル構造に関して、中解像度（6分メッシュ）のプレート境界形状モデルを開発する一方、プレート境界の摩擦特性を規定する構成則の環境条件依存性を実験的に定量評価し、地震発生場における構成パラメータの深さ分布モデルを作成した。
• 地震発生サイクル過程に関しては、強度回復メカニズムを内包する断層構成則を導入し、横ずれ型プレート境界での3次元準静的地震発生サイクル・シミュレーション・モデルを完成させた。
• 動的地震破壊過程に関しては、半無限弾性体中の屈曲・分岐断層での動的破壊伝播の3次元シミュレーションモデルを開発し、準静的地震発生サイクル・モデルとシステム結合することで、地震発生サイクルの全過程のシミュレーションに成功した。

（イ）データ基盤の整備とデータ解析・同化システムの開発

（a）地殻活動データの解析・同化並列ソフトウェアの開発。

• 基盤的地震観測網及び関東・東海観測網から得られたデータに基づき、膨大な数の地震の震源や発震機構を精度よく求め、その結果や波形データを公開するためのシステム開発を行った。またS／Nの小さい微動を検出し、その震源を決定するためのシステム開発も行い、地殻深部で発生する微動を発見した。このほか、自動震源決定に、P波が未到着であるという時刻データを加えることにより、P波が最初の観測点に到達してから数秒間で、正確な震源を決定するための新しい解析手法の開発も行った。（防災科研）