(1) 課題番号：908
(2) 実施機関名：名古屋大学大学院環境学研究科
(3) 課題名：海溝型巨大地震の地震サイクルモデリング研究
(4) 本課題の5ヵ年計画の概要とその中での平成14年度までの成果：
(4-1)対応する新建議の項目： ３． (１) 地殻活動シミュレーション手法
(4-2) 関連する「建議」の項目：
１．-(1)イ．； -(2)ア． イ． ウ． エ．； -(3)ウ．； -(4)ア． ；３．-(1)ア．；-(2)イ．；
(4-3)「5ヵ年計画全体としてのこの研究課題概要と到達目標」に対する到達した成果：
すべりと状態に依存する摩擦構成則が長期の地震サイクルシュミレーションに有効であるとの立場に立ち、日本海溝沿いの東北日本と南海トラフ沿いの西南日本を比較対照して、プレート境界面の摩擦パラメータ分布の第1世代モデルを模索し、プレート形状を考慮した２Ｄ及び３Ｄ粘弾性媒質中における地震サイクルモデルのプロトタイプを構築する。
１）スーパーコンピュタ用大規模計算ＧｅｏＦＥＭ地震サイクルモジュールの開発の一環として，ＷＳレベルで海溝型巨大地震の地震発生サイクルの準静的モデリングを行う。すなわち、摩擦パラメータの分布並びにプレートの形状が地震サイクルに及ぼす影響の基礎的な評価を行い、地震活動パターンや地殻変動から推定されるプレート間ジオデティックカップリング等から摩擦パラメータの基本的空間分布パターンを抽出して、東北日本と西南日本における海溝型巨大地震発生サイクルのプロトタイプモデルを構築する。また、２）断層面に摩擦構成則を適用したシミュレーション実験を通じて、スロースリップと大地震の発生環境に関する知見を得て、南海トラフ沿いの巨大地震の震源過程の多様性の解明を目指す。
(5) 平成14年度成果の概要
(5-1) 課題提案の背景： 主たる項目と同じ
(5-2) 実施項目： 主たる項目と同じ
(5-3) 平成14年度に実施された研究の概要：
本年度は以下の２つのサブテーマに着目して次の研究を実施した。
１）西日本における準静的な応力の蓄積過程，
２）速度状態依存摩擦測に基づく沈み込み帯３次元地震発生サイクルシミュレーション
(5-4) 「平成14年度の到達目標」に対する成果の概要：
主な成果は，それぞれ以下のようである．
１）西日本における準静的な応力の蓄積過程
これまでは、長期の地震サイクルシュミレーションには「すべりと状態に依存する摩擦構成則」を用いたシミュレーションが有効であるとの立場から、日本海溝沿いの東北日本と南海トラフ沿いの西南日本を比較対照して、プレート境界面の摩擦パラメータ分布の第1世代モデルを模索してきた。そして、プレート形状を考慮した２次元及び３次元粘弾性媒質中における地震サイクルモデルについての基礎的検討、すなわち運動学的地震サイクルモデルの検討を行ってきた。13年度は東北日本を扱ったので、14年度には、GeoFEMにより西日本の海溝沿いの巨大地震発生サイクルが、内陸の地震発生におよぼす影響を考察した（図908-1）。南海トラフ沿いに３次元的に複雑な形状で沈み込むフィリピン海プレートを含む３次元粘弾性FEM西南日本モデルを構築し、過去300年の南海トラフ巨大地震サイクルシミュレーションを行った。そして、フィリピン海プレートの沈み込みと３回の南海トラフ巨大地震発生による内陸活断層面上におけるクーロン破壊応力の時間変化ΔCFFを計算し、実際に生じた内陸地震の発生時期と比較してみた。その結果、粘弾性媒質の応答によって複雑に時間変化することが分かった。とくに兵庫県南部地震断層の震源域では、これまで弾性的モデルから予想されるものとは異なり、上部マントルの粘弾性緩和を考慮した破壊応力変化に対応して発生していることが分かった（図908-2）。
次に、西南日本内陸での東西圧縮場およびGPS観測で発見されたひずみ集中帯（NKTZ:新潟—神戸変動帯）の成因について定量的解析を行った。この歪集中帯（NKTZ）生成メカニズムに対して、粘弾性媒質の考慮により、関東沖から沈み込む太平洋プレートが、海溝において系の緩和時間よりも長期にわたりプレート境界地震を生じないで固着していれば、内陸部へプレート沈み込みによる圧縮力を効率的に伝達することを示した（図908-3）。また、NKTZにひずみを集中させるには、地殻の不均質性も必要であることを定量的に示した（図908-4）。以上によって、単純なモデルによる検証ではあるが、西南・中部日本の地殻変動が、第一近似的には太平洋プレートとフィリピン海プレートの二つの沈み込みと上部マントルの粘弾性の影響を考えることによってほぼ定量的にモデル化できることがわかった。(Hyodo & Hirahara、 2003a; 2003b)。
２）速度状態依存摩擦測に基づく沈み込み帯３次元地震発生サイクルシミュレーション
速度状態依存摩擦則に基づいて、海溝軸走行に均質な摩擦パラメータ分布を持つ沈み込み帯における、３次元地震発生サイクルシミュレーションを行い、海溝沿いの長さHと地震発生様式の変化を調べた。その結果、(1)海溝沿いの長さ(H) <300kmでは、走向方向の中央部で発生する固有地震が周期的に発生するのに対し、(2)400km<H<800kmでは、遷移的な傾向を示した。すなわち、地震の大きさがある程度の範囲で変調する挙動を示し、中央部だけでなく領域の両端でも地震が発生した。この場合両端近くでは、通常の地震とゆっくり地震になる場合が見られた。(3)H=1000kmでは、色々な場所で色々な大きさを持つ通常の地震とゆっくり地震が発生した（図908-5）。(2)と(3)の場合には、限られたマグニチュード範囲ではあるが、Gutenberg-Richter則に近い、地震規模頻度分布が得られた。これらのすべりの多様性は自発的に発生した不均質な応力分布によって生み出されている、
という結果を得た (Hirose & Hirahara、 2002) 。
(5-5) 共同研究の有無：
・主として「地球シミュレーター計画」によっている：
(5-6) 平成14年度に公表された成果
[1] 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.
[2] Hirahara,
K., A simple review on the simulation of earthquake cycle at subduction zones, in Seismotectonics
in Convergent Plate Boundary Eds. by Y. Fujinawa and
A. Yoshida, pp. 273-282, Terra Scientific Publishing Company(TERRAPUB) ,
[3] Hirose, H. and K. Hirahara, A model for complex slip behavior on a large
asperity at subduction zones, Geophys.
Res. Lett., 29, 22, 2968, 10.1029/2002GL015825, 2002.
[4] Hyodo, M.
and K. Hirahara, GeoFEM kinematic earthquake cycle simulation in southwest
[5] Hyodo, M.
and K. Hirahara, Modeling of Stress Accumulation
Process on Inland Faults in Central Japan, Earth Planets and Space, (accepted),
2003b.
[6] 兵藤 守・平原和朗, 運動学モデルによる南海トラフの地震サイクルシミュレーション, 月間地球号外, 38, 特集「西日本の地震活動」56-62, 2002.
[7] Iizuka, M., D. Sekita, H. Suito, M. Hyodo, K. Hirahara, D. Place, P. Mora, O. Hazama and H. Okuda,
Parallel simulation system for earthquake generation: fault analysis modules
and parallel coupling analysis, Concurrency Computat.:
Pract. Exper., 14, 499-519,
2002.
[8] 光井能麻・平原和朗，バネ−ブロックモデルによる南海トラフ巨大地震発生サイクル
シミュレーション，号外地球 38、特集「西日本の地震活動」50-55,
2002.
[9] Mitsui, N. and K. Hirahara, Simple spring-mass model simulation of earthquake cycle along the Nankai trough, southwest
[10] Suito, H.,
M. Iizuka and K. Hirahara,
3-D viscoelastic FEM modeling of crustal
deformation in northeast
(6) この課題の実施担当連絡者（氏名、電話、FAX, e-mail）
氏名：平原
和朗 Tel：０５２-７８９-３６５１ Fax：０５２-７８９-３０３３
E-mail： hirahara@eps.nagoya-u.ac.jp
図の説明：
図908-1：フィリピン海プレートの３D構造を含んだ西南日本の３Dメッシュ（物性定数は表参照）
図908-2：濃尾地震と神戸地震断層における地震サイクルに伴う応力変化
図908-3：新潟—神戸変動帯（NKTZ）と東西圧縮場の成因.（左上図）：太平洋プレートの沈み込み方向に沿ったGPS変動.（右図）：関東沖から沈み込む太平洋プレートが圧縮応力を効率良く内陸奥深くまで伝達してNKTZができる.
図908-4：（左上図）西南・中部日本の地殻変動の３D粘弾性モデル断面.（左下図）NKTZは東西圧縮場で弾性的地殻が15km程度と薄ければ説明可能.（右図）東北南部から関東南部での粘性緩和を考慮した地殻変動（図908-3の左上図中のO-O’を基準にした）.
図908-5：海溝に沿う長さ(H)1000kmの場合のすべり速度変化、中央付近の同じ場所でスロースリップと地震が時々発生.
