(1) 課題番号：0703

(2) 実施機関名：東京大学大学院理学系研究科

(3) 課題名：

　 下部地殻の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

 

(4) 本課題の5ヵ年計画の概要とその中での平成13年度までの成果

　(4-1) 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：3 - (1)ア

 

　(4-3) 「5ヵ年計画全体としての研究課題の概要と到達目標」に対する成果：

　本研究課題は，下部地殻の異方的流動特性と活断層深部の現実的な構造及び摩擦特性を考慮に入れた，内陸活断層での応力蓄積・解放過程のシミュレーション・モデル構築を目的として，平成13年度から正式にスタートした課題である．それ以前は，地球シミュレータ関連の科学技術振興調整費総合研究の一環として，プレート相対運動が駆動するプレート境界での地震発生サイクルのモデル化を進めてきた．そして平成12年度には，断層強度回復のメカニズムを内包する構成則（Aochi & Matsu’ura, 2003）を用いた横ずれプレート境界での３次元準静的地震発生サイクルモデルを完成させ (Hashimoto & Matsu’ura, 2003)，それを動的地震破壊伝播モデルとシステム結合することにより，テクトニック応力の蓄積から破壊核の形成を経て動的破壊の開始・伝播・停止に至る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（Fukuyama, Hashimoto & Matsu’ura, 2003）．本研究課題がスタートした平成13年度からは，内陸活断層の地震発生過程のモデル化に関する研究にも着手し，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る一方，デタッチメントから分岐する衝上断層の地質学的時間スケールでの挙動を数値シミュレーションにより明らかにした．平成13年度後半には，横ずれプレート境界での成果を踏まえて，日本列島域の地殻活動シミュレーションのためのモデル開発に着手し，先ず３次元プレート境界形状のプロトタイプ・モデルの作成とそれを用いた日本列島周辺域の長期的地殻変形運動パターンの計算を行った（橋本・松浦，2003）．

 

(5) 平成14年度成果の概要

　(5-1) 全体計画骨子の補足説明３「具体的な課題提案の背景」の実施項目：

　　主：(3) 内陸活断層周辺における不均質な応力・歪場の成因

　　関連：(1) 広域応力場とその形成メカニズム，(5) 断層強度と応力の時空間分布

 

　(5-2) 平成14年度項目別実施計画の実施項目：

　　主：6.「地殻活動シミュレーション手法」研究計画　(3)

 

　(5-3) 平成14年度に実施された研究の概要：

　平成14年度前半には，モデリングのベースとなる日本列島周辺域の中解像度（8 km メッシュ）３次元プレート境界形状スタンダード・モデルを完成させた（Hashimoto, Fukui & Matsu’ura, 2003）．地球シミュレータが一般運用を開始した平成14年度後半からは，前年度に開発した横ずれプレート境界での準静的地震発生サイクル・シミュレーション・コードのベクトル化及び並列化を進め，全長1200 km のサン・アンドレアス断層系に適用できるように拡張した（図１）．また，完成した３次元プレート境界形状スタンダード・モデルを用いて，北米，太平洋及びフィリピン海の三つのプレートが複雑に相互作用する関東地域の長期的地殻変形運動を計算し，下末吉期及び完新世の海成段丘面高度から推定されるこの地域の地殻隆起速度の特徴的パターンが，太平洋及びフィリピン海の二つの海洋プレートの定常的な沈み込み運動によって合理的に説明できることを示した（図２及び３）．

 

　(5-4) 「平成14年度の到達目標」に対する成果の概要：

　日本列島域の地殻活動モデリングのベースとなる３次元プレート境界形状スタンダード・モデルが完成したことにより，定常的なプレート沈み込みに伴う日本列島域の３次元地殻変形・応力場の計算が可能になった．また，このスタンダード・モデルを用いれば，GPSデータのインバージョン解析からプレート境界でのすべり遅れ分布が推定でき，そのすべり遅れ分布を与えれば地震発生サイクルに伴う地殻変形・応力場の計算が可能となる．こうして，内陸活断層地震の原因となる地殻変形及び応力蓄積の基本的メカニズムが明らかになった．本研究課題の当初目標は，下部地殻の異方的流動特性と活断層深部の現実的な構造及び摩擦特性を考慮に入れ，内陸活断層での応力蓄積・解放過程のシミュレーション・モデルを構築することであった．しかし，平成16年度スタート予定の次期計画案で「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」が重点項目として取り上げられるようになったことから，本研究課題を日本列島域の全体システムの一部として位置付け直す必要が生じてきた．そこで，平成15年度の計画では，先ず日本列島域の地殻活動シミュレーション・モデルのプロトタイプを開発し，その上で内陸活断層地震の発生メカニズムを日本列島域の全体モデルの中に組み込んでいくこととした．

 

　(5-5) 共同研究の有無：有り

　　　　(Crustal Activity Modelling Program / Solid Earth Simulator Project)

 

　(5-6) 平成13年度に公表された成果：

[1] Aochi, H. and M. Matsu’ura, Slip- and time-dependent fault constitutive law and

           its significance in earthquake generation cycles, Pure and Applied Geophysics,

           Vol. 159, 2029-2047, 2002.

[2] Hashimoto, C., and M. Matsu’ura, 3-D simulation of earthquake generation cycles

           and evolution of fault constitutive properties, Pure and Applied Geophysics, Vol.

           159, 2175-2199, 2002.

[3] Fukuyama, E, C. Hashimoto and M. Matsu’ura, Simulation of the transition of

           earthquake rupture from quasi-static growth to dynamic propagation, Pure and

           Applied Geophysics, Vol. 159, 2057-2066, 2002.

[4] Hashimoto, C., K. Fukui, and M. Matsu’ura, 3-D modeling of plate interfaces and

           numerical simulation of long-term crustal deformation in and around Japan,

           Pure and Applied Geophysics, 2003 (accepted).

[5] 橋本千尋・松浦充宏，プレート沈み込みに伴う日本列島周辺域の長期的地殻変動シミ

           ュレーション，月刊地球，Vol. 25, No. 2, 119-124, 2003.

 

(6) この課題の実施担当連絡者

　氏名：松浦　充宏

　電話：03-5841-4318

　FAX：03-5841-8791

　E-mail：matsuua@eps.s.u-tokyo.ac.jp

 

 

図の説明：

 

図１．プレート相対運動が駆動するサン・アンドレアス断層系での応力蓄積過程のシミュレーション（中島研吾・橋本千尋・松浦充宏，2002年地震学会秋期大会）．地震発生領域の固着から25年経った時点でのスナップショット．パークフィールド・セグメントは不安定破壊開始の直前状態にある．

 

図２．関東周辺域の陸上及び海底地形 (a) と３次元プレート境界形状 (b)．太平洋プレートとフィリピン海プレートの上面が10 km間隔の等深度線で示されている（福井健史・橋本千尋・深畑幸俊・松浦充宏，2003年地球惑星科学合同大会）．

 

図３．太平洋及びフィリピン海の二つの海洋プレートの定常沈み込みによる関東地域の長期的地殻運動パターン（福井健史・橋本千尋・深畑幸俊・松浦充宏，2003年地球惑星科学合同大会）．(a)プレート沈み込みモデルから理論的に計算される地殻の隆起速度（mm/yr）．(b)下末吉期及び完新世の海成段丘面高度から推定される地殻の隆起速度（mm/yr）．