Friday Seminar (15 April 2022) Franco Tapia (ERI)

Rheology of dense granular suspensions: Particle shape matters

Failure and flow of granular materials are involved in many natural disasters like avalanches, landslides, magma flows, debris flow, etc, and also many industrial processes. Several peculiar phenomena such as shear rate dependence behaviour, yield stress ratio onset, normal stress difference, etc., distinguish them dramatically from classical Newtonian flows. These kinds of phenomena seem to be strongly ruled by the microscopic nature of inter-particle interaction forces and particle coupling with interstitial fluid. While hydrodynamic interactions or lubrication forces between the particles are important in the dilute regime, they become of lesser significance when the concentration is increased, and direct particle contacts become dominant in the rheological response. Despite that these materials  have been studied extensively, none of which is clearly understood so far.

Depending on boundary condition and stress distribution, dense granular flows can shows two different regimes : (i) rate-independent quasi-static flow, for moderate shear rate deformation, partially well described by continuous viscous-plastic models, inspired by soils mechanics, and (ii) rate-dependent behaviour, in which shear a normal stresses shows a power law function of the shear rate deformation in volume imposed rheology. In this frame of work, jamming transition is presented in a classical viscous approach as a shear viscosity divergence. In order to unifies these two regimes, a non-classical rheology is suggested, wherein normal pressure, P, is imposed on the sample instead of the volume. Thus, a non-classical-frictional approach is suggested, in which the effective friction coefficient, defined by the ratio of macroscopic shear and normal stresses, and the flowable global solid-volume fraction are mainly controlled by an empirical power-law function of the ratio of macroscopic shear rate deformation and the normal pressure (perpendicular to the gradient direction).

In the present seminar we will present a general scope of main concepts concerning granular flows, we will also present some experimental observations and the main impact on the pursuit of a physical model for heterogeneous flows.

紀伊半島南東沖の浅部超低周波地震:活動様式の多様性

武村俊介1・小原一成1・汐見勝彦2・馬場慧1
Takemura, S.1, Obara, K.1, Shiomi, K.2, and Baba, S.1 (2022).
Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 127 (3), e2021JB023073, doi:10.1029/2021JB023073

1東京大学地震研究所, 2防災科学技術研究所

 
 本研究では紀伊半島南東沖で発生する浅部超低周波地震(通常の地震と比べてゆっくりとしたすべり現象“スロー地震”の1種)に着目し、Takemura et al. (2019) (解説記事:https://www.eri.u-tokyo.ac.jp/research/10595/)の結果を、震央位置決定とすべり過程(震源時間関数)推定の2点について刷新することで、紀伊半島南東沖における浅部スロー地震の詳細な発生様式を明らかにした。

 図1aに2004年4月から2021年3月にかけて発生した浅部超低周波地震による地震モーメントの積算値(積算モーメント)の空間分布を示す。紀伊半島南東沖では、沈み込んだ古銭洲海嶺の西端でモーメント解放が特に大きく、浅部超低周波地震が活発であることがわかる(図1aの色の濃い領域)。海底地震計を用いた研究でも、古銭洲海嶺と浅部スロー地震の関係が指摘されていたが、本研究によりその関係が長期間にわたることが示された。

 浅部超低周波地震活動の時空間特性は多様である。図1bに解析期間中に確認された浅部超低周波地震活動(以下、エピソードと記す)の活動域を示す。2004年9月、2009年3月および2020年12月に開始した規模の大きなエピソードの活動域は、図1aで示した浅部超低周波地震活発域全体にわたる。一方で、小規模なエピソードでは活発域の一部のみで発生し、活動は多様である。このような活動の多様性は、巨大地震発生域に隣接した浅部プレート境界のせん断応力あるいは流体の時空間変化に対応していると考えられ、今後も継続的なスロー地震モニタリングが必要である。

 
 詳細は、https://doi.org/10.1029/2021JB023073 を御覧ください。また、本研究で検知した浅部超低周波地震とその震源時間関数カタログは、 https://doi.org/10.5281/zenodo.5211090 より取得可能です。

図1. (a)浅部超低周波地震による17年間の積算モーメントの空間分布と(b)浅部超低周波地震活動の活動域。図中の破線は南海トラフ、点線はPark et al. (2004)による古銭洲海嶺の位置を示す。

デコルマの形状が超低周波地震をコントロールする

橋本善孝・佐藤茂行(高知大学)・木村学(JAMSTEC)・木下正高(東京大学地震研究所)・宮川歩夢(産業技術総合研究所)・グレゴリー・ムーア(ハワイ大学)・中野優(JAMSTEC)・白石和也(JASMTEC)・山田泰広(九州大学)

Décollement geometry controls on shallow Very Low Frequency Earthquakes, Yoshitaka Hashimoto, Shigeyuki Sato, Gaku Kimura, Masataka Kinoshita, Ayumu Miyakawa, Gregory F. Moore, Masaru Nakano, Kazuya Shiraishi and Yasuhiro Yamada, Scientific Reports (2022) https://doi.org/10.1038/s41598-022-06645-2

 
 沈み込みプレート境界において、スロー地震の観測が多く報告されています。スロー地震は巨大地震に比べて著しく遅く、一般的なプレート運動よりも速いすべりによる地震です。スロー地震の発生メカニズムを理解することは巨大地震のメカニズムの理解にもつながると考えられており、将来の地震の予測や減災に役立つものとして注目されています。一つの仮説として、沈み込みプレート境界上の物質や圧力の不均質な分布がスロー地震を引き起こすと提案されていますが、その天然における不均質分布を高解像で示した例はありませんでした。

 本研究では、紀伊半島沖南海トラフにおける3次元地震波反射断面を用いて浅部沈み込みプレート境界の地形を立体的に表し、広域的な圧力の向きに応じて面のすべりやすさ及び開きやすさの分布を検討しました。その結果、すべりやすい領域が北北東―南南西方向に配列していることが明らかとなりました。同地域には浅部超低周波地震(スロー地震の一種)が観測されており、この浅部超低周波地震の配列が上記のすべりやすい領域とほぼ平行に分布していることが分かりました。これは、すべりやすい領域で超低周波地震が発生していることを示唆します。

  沈み込みプレート境界上のすべりやすさ・開きやすさの分布は地形と広域的な圧力にのみから推定されるもので、物質の性質は全く考慮していません。このすべりやすさの分布と超低周波地震の分布に関係があることから、超低周波地震は沈み込みプレート境界の地形に第一義的にコントロールされていると考えられます。

左図:赤線は紀伊半島沖南海トラフ3次元地震波反射断面の領域、赤領域は超低周波地震の分布、黒線の四角は中央図の解析範囲を示します。中央図:浅部プレート境界面上のすべりやすさの分布。赤がすべりやすい領域を、青がすべりにくい領域を示します。右図:同地域における超低周波地震の分布。北北東―南西方向への配列が見られます。

【研究速報】2022年3月16日23:36分頃の福島県沖の地震


ウェブサイト立ち上げ:2022年3月17日

 
 3月26日夜(23:36頃)に福島県沖の深さ57㎞でM7.4の地震が発生しました.この地震により宮城県・福島県で震度6強が観測されました.また,津波注意報が発表され,20㎝程度の津波が観測されています.この地震の発震機構(メカニズム解)は逆断層型でした.震源の深さとメカニズム解から,東北地方の下に沈み込む太平洋プレート内で発生したスラブ内地震と考えられます.

 今回の地震の震源付近では,2021年2月13日にM7.3 の地震(スラブ内地震)が発生しています.今回の地震の震源(破壊開始点)は昨年の地震とほぼ同じ場所でしたが,今回の方が地震の規模がやや大きく,破壊域も昨年とはやや異なっているようです.


地震研の研究者による研究速報を以下に随時掲載いたします.


*報道関係の皆さまへ:図・動画等を使用される際は、「東京大学地震研究所」と、クレジットを表示した上でご使用ください。また、問い合わせフォームよりご連絡ください。


W-phase解析結果 (モーメントテンソル解)
 世界中で観測された、この地震による地震波の記録からWフェーズを取り出し、Kanamori and Rivera (2008)の方法で解析した モーメントテンソルインバージョンによるメカニズム解です。

(地震火山情報センター:鶴岡 弘 准教授)

開催報告:懇談の場「地震研の中のもう一つの「地震・火山研究」」

地震研究所と参加者とのコミュニケーション促進の場である「懇談の場」が2022年3月16日にオンラインで開催されました。「地震研の中のもう一つの「地震・火山研究」」について、地震火山噴火予知研究推進センター 大園 真子 准教授 / 地震・火山噴火予知研究協議会 企画部 副部長によるお話でした。

第1012回地震研究所談話会開催のお知らせ

下記のとおり地震研究所談話会を開催いたしますので、ご案内申し上げます。今回は、コロナウィルス感染対策として、地震研究所の会場での開催は行いません。WEB会議システムを利用した参加のみとなります。参加に必要な設定URL・PWDについては、参加をご希望される方宛に別途ご連絡をいたしますので、共同利用担当宛(k-kyodoriyo@eri.u-tokyo.ac.jp)お問い合わせください。

なお、お知らせする設定URLの二次配布はご遠慮ください。また、著作権の問題がありますので、配信される映像、音声の録画、録音を固く禁じます。

                記

日  時  令和4年3月18日(金)午後1時30分~ インターネット WEB会議

  1. 13:30-13:45

演題:ブロードバンド・バイブレーター震源を用いた超高分解能反射法地震探査による活断層の構造

イメージングの可能性【R2年度所長裁量経費成果報告】

著者:〇石山達也、佐藤比呂志(静岡大)、加藤直子(日本大)、齋藤秀雄・阿部 進(地科研)

要旨: 近年開発されたブロードバンド(広帯域)バイブレータ震源を用いた、活断層の超高分解能反射法地震探査のフィジビリティ実験について報告する。

2. 13:45-14:00

演題:Migration-based event location for local earthquakes recorded in Ocean Bottom Seismometers (OBSs).【成果発表補助 成果報告】

著者○米島慎二・望月公廣

要旨: 海底地震計に適用可能な震源決定法を開発したので報告する。

https://doi.org/10.1785/0120210109

3. 14:00-14:15

演題:畳み込みニューラルネットワークによる地震波形古記録からの深部低周波微動の検出

【R2年度所長裁量経費成果報告】

著者:金子亮介・〇長尾大道・伊藤伸一・鶴岡 弘・小原一成

要旨: 畳み込みニューラルネットワークを適用し、熊野観測点の地震波形古記録画像(1966~1977年)から微動検出を試みた結果について報告する。

参考文献:https://doi.org/10.1007/978-3-030-75015-2_4

4. 14:15-14:30

演題:伊豆大島海陸電磁気観測報告【R2年度所長裁量経費成果報告】

著者:〇小山崇夫・馬場聖至、多田訓子(海洋研究開発機構)、臼井嘉哉・上嶋 誠

要旨: 伊豆大島島内および周辺海域で今年度実施した電磁気構造探査の観測報告をいたします。

○発表者

※時間は質問時間を含みます。

※談話会のお知らせが不要な方は下記までご連絡ください。

〒113-0032 東京都文京区弥生1-1-1 

東京大学地震研究所研究支援チーム

E-mail:k-kyodoriyo@eri.u-tokyo.ac.jp

※次回の談話会は令和4年4月22日(金)午後1時30分~です。

【共同プレスリリース】スーパーコンピュータ「富岳」とAIを活用した地域コミュニティ型避難の実証実験を川崎市で実施ー災害時のより安全な避難を後押しする津波浸水予測AIの社会実装に向けてー


国立大学法人東北大学災害科学国際研究所、国立大学法人東京大学地震研究所、富士通株式会社、川崎市は、2022年3月12日(土曜日)に行われる川崎区総合防災訓練において、スーパーコンピュータ「富岳」の津波シミュレーションで構築したAIによる高解像度かつリアルタイムな浸水予測データを活用する避難の実証実験を実施します。