3.2.4 観測や室内実験と理論を結びつける研究

(a) 地球のグローバルな変形・重力変動の理論の高度化

球対称な粘弾性体地球モデルについて,コサイスミックな地球内部変形の理論的な定式化を行い,点震源が励起するグリーン関数の計算を完成させた.他のこれまでの研究では,非圧縮性を仮定したり,自己重力を無視したりなど不十分な仮定にもとづいて定式化されていたが,本研究によりこれらの仮定を外した一般的な取り扱いが可能となった.

 この理論を用いて,地表のみならず,地球「内部」の体積歪分布や,応力分布の計算が可能となる.また,3次元的な粘性構造を考慮した球体モデルにおいて,粘弾性緩和によるポストサイスミックな重力場変化を正確に見積もる手法を開発した.曲率,自己重力,圧縮性の3者を支配方程式に沿って厳密に取り入れたものは初めてである.このモデルを2004年スマトラ島沖地震に適用し,GRACE衛星重力データを余効すべりと粘弾性緩和の重ね合わせによって説明できることを示した.現在,地震研究所のWEB上でこの計算を行うソフトウェアの開発を進めている.

(b) 微動・スロースリップイベントのトリガリングの研究

微動やスロースリップイベントの発生頻度がdecadalに変動することを短周期の潮汐の振幅が18.6年等の周期で長期的に変調することで定量的に説明できることを世界で初めて示した.長期的な地震活動にもこの潮汐との一致が見られ,地震発生予測を高度化し得る一つの新しい結果が得られた.

 (c) プレート境界の沈み込み物質についての室内実験

沈み込み境界浅部では,堆積泥の化学的膠結作用を考慮することが必要である.そこで,東大生産技術研究所と共同して,アナログ物質として普通ポルトランドセメントを硬化させた円柱試料の三軸圧縮試験を行ったところ,30-400MPaという広い封圧範囲にわたって延性変形中の歪み-強度曲線がオーバーラップしており,大理石や石灰岩などの軟岩の試験でみられる,延性変形しつつも強度が封圧に正の依存性をもつ広い中間領域が存在しない.また,BEI-SEMでの観察でも,試料の大部分を占めるセメント水和物の分子構造変化を示唆する画像明度の変化があり,低い応力でも変形がほぼ全面的に結晶塑性によって賄われることが示唆される.また,プレート境界深部での脆性—延性遷移領域での変形挙動を調べるため,高圧熱水下で大変位の剪断実験ができる試験機の開発を東大理学部と共同して行っている.