(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（地球惑星科学専攻）

(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ヶ年計画全体の目標

　平成13年度からの３ヶ年計画として，当初，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を構築することを目標とした．平成16年度スタートの次期計画案で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位置付けられるに至り，平成15年度以降は，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，その中に上記目標を組み込んでいくこととした．

　(4-4) ５ヶ年計画の実施状況の概要と主要な成果

　平成12年度までに，科学技術振興調整費研究の一環として，強度回復メカニズムを内包する断層構成則を用いた横ずれプレート境界での３次元準静的応力蓄積モデルを完成させ，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を可能にした．平成13年度からは，内陸活断層での応力蓄積・解放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を進める一方，デタッチメントから分岐する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年度後半から日本列島域の地殻活動シミュレーションモデルの開発に着手し，平成14年度にはモデリングのベースとなる日本列島周辺域の３次元プレート境界形状モデルを完成させ，GPSデータのインバージョン解析により，日本列島周辺域のプレート境界におけるすべり遅れ分布（固着域の分布）を推定した．平成15年度には，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，太平洋プレートの沈み込みに伴う1968年十勝沖地震の震源域での準静的応力蓄積過程のシミュレーションと３次元屈曲断層での破壊伝播シミュレーションをシステム結合することにより，2003年時点で次の十勝沖地震が発生する可能性の検証を行った（図１）．また，３次元プレート境界形状モデルを用いて太平洋プレート及びフィリピン海プレートの定常沈み込みに伴う地殻変形運動を再現するとともに，プレート収束運動の１割が地殻内変形で解消される (衝突率10％) とすると，東北日本弧の地殻内応力の蓄積パターンが合理的に説明されることを示した（図２）．

　(4-5) ５ヶ年で得られた成果の地震予知研究における位置づけ

　上記の成果は，平成16年度スタートの次期計画で重点項目として位置付けられている日本列島域の地殻活動予測シミュレーションモデル開発の基礎研究として，充分な意義を持つものである．

　(4-6) 当初目標に対する到達度と今後の展望

　地殻内広域応力場の形成が根源的にはプレート間相互作用によるということが定量的に示されたことで，将来的に内陸活断層での応力蓄積・解放過程を日本列島域の全体モデルの中に組み込んでいくことことが可能となった．

　(4-7) 共同研究の有無：有り

　　　　Crustal Activity Modelling Program／Solid Earth Simulator Project

＜科学技術振興調整費総合研究（平成10年度〜14年度）の一環＞

(5) この研究によって得られた成果を公表した文献のリスト

　(5-1) 過去５年間に発表された主要論文（５編程度以内）

Hashimoto, C. and M. Matsu’ura, 3-D physical modelling of stress accumulation processes at transcurrent plate boundaries, Pure Appl. Geophys., 157, 2125-2147, 2000.

Aochi, H., E. Fukuyama, and M. Matsu’ura, Spontaneous rupture propagation on a non-planar fault in 3D elastic medium, Pure Appl. Geophys., 157, 2003-2027, 2000.

Aochi, H. and M. Matsu’ura, Slip- and time-dependent fault constitutive law and its significance in earthquake generation cycles, Pure Appl. Geophys., 159, 2029-2047, 2002.

Hashimoto, C. and M. Matsu’ura, 3-D simulation of earthquake generation cycles and evolution of fault constitutive properties, Pure Appl. Geophys., 159, 2175-2199, 2002.

Fukuyama, E, C. Hashimoto, and M. Matsu’ura, Simulation of the transition of earthquake rupture from quasi-static growth to dynamic propagation, Pure Appl. Geophys., 159, 2057-2066, 2002.

　(5-2) 平成15年度に公表された論文・報告

Fukahata, Y., Y. Yagi, and M. Matsu’ura, Waveform inversion of earthquake rupture processes using ABIC with two sorts of prior constraints: Comparison between proper and improper formulations, Geophys. Res. Lett., 30, 1305, doi:10.1029/2002GL016293, 2003.

Fukahata, Y., A. Nishitani, and M. Matsu’ura, Geodetic data inversion using ABIC to estimate slip history during one earthquake cycle with viscoelastic slip-response functions, Geophys. J. Int., 156, 140-153, 2004.

Donnellan, A., J. Rundle, J. Ries, G. Fox, M. Pierce, J. Parker, R. Crippen, E. DeJong, B. Chao, W. Kuang, D. McLeod, M. Matsu’ura, and J. Bloxham, Illuminating Earth’s interior through advanced computing, Computing in Science & Engineering, 6, 36-44, 2004.

Hashimoto, C., K. Fukui, and M. Matsu’ura, 3-D modelling of plate interfaces and numerical simulation of long-term crustal deformation in and around Japan, Pure and Applied Geophysics, 161, 2004 (in press).

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.

橋本千尋・中島研吾・福井健史・佐藤利典・岩崎貴哉・松浦充宏，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，月刊地球，Vol.25 (No.9), 675-681, 2003．

松浦充宏，地殻活動の予測シミュレーションとモニタリング，月刊地球，Vol.25 (No.10), 767-772, 2003．

Matsu’ura, M., Development of a physics-based predictive simulation model for crustal activity in and around Japan: Toward scientific forecast of earthquake generation, IUGG 23rd General Assembly, Sapporo, 2003.7.1.

Matsu’ura, M., C. Hashimoto, and E. Fukuyama, 3D simulation of the entire process of earthquake generation at subduction-zone plate boundaries, AGU 2003 Fall Meeting, San Francisco, 2003.12.11.

Terakawa, T. and M. Matsu’ura, Absolute strength of the San Andreas fault inferred from 3D loading simulation and seismological data analysis, AGU 2003 Fall Meeting, San Francisco, 2003.12.12.

(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１．1968年十勝沖地震 (M8.2) の震源域における応力蓄積—解放過程の予測シミュレーション（Matsu’ura, Hashimoto & Fukuyama, AGU 2003 Fall Meeting）．左：プレート沈み込みによる震源域での準静的な応力蓄積過程．右：t = 35 yr の応力状態で強い擾乱を与え強制的に動的破壊を起こそうとしたシミュレーション．この場合，震源域の応力蓄積が臨界状態に達していないので，動的破壊は加速することなく停止する．

図２．太平洋プレートの定常沈み込みによる東北日本弧の長期的な地殻内偏差応力の蓄積レート（Matsu’ura, Hashimoto & Fukuyama, AGU 2003 Fall Meeting）． (a) プレート収束運動を沈み込みで完全に解消している場合（衝突率0％）, (b) 衝突率30％の場合, (c) 衝突率10% の場合. 西南日本については，伊豆半島の付け根で完全衝突，それ以外のプレート境界では完全沈み込みとしている．震源球の大きさは応力蓄積レートの常用対数に比例する．