10:15 〜 10:30
[S08-04] 振動によるせん断粉体の流動化における粒子数の影響
ある震源から放射された地震波は他の地震を誘発しうる。これは、地震波による動的歪が断層に作用するためである。地震の動的誘発はnear-field(震源から10km以内)だけでなく、far-field(震源から1000km以上遠方)でも観測される。とりわけ、far-fieldの観測は、O(10-6~-9)の動的歪が地震を誘発することを示した(e.g., Hill and Prejean 2015)。このような小さな動的歪によって地震が誘発される理由の一つは、振動によってガウジが流動化するためと考えられている。例えば、Ferdowski et al. (2015)は、粒子シミュレーションにより、振動によってせん断粉体が流動化することや、流動化に必要な動的歪の閾値(critical strain)がO(10-6)となることを示した。しかし、critical strainがO(10-6)より小さくなることを示した研究結果はこれまで報告されていない。このため、O(10-6)より小さい動的歪によって発生する動的誘発地震においても、振動によるせん断粉体の流動化が重要な役割は果たしうるかは明らかとなっていない。
Lerner and Procaccia (2009)は、粒子シミュレーションにより、粒子数が増えるほど粉体の降伏応力が低下することを示した。つまり、粒子数が増えるほど、より小さなせん断応力で粉体が流動化することを示した。critical strainにもこうした粒子数依存性はあるだろうか。つまり、粒子数が増えるほど、より小さな動的歪で粉体が流動化することや粒子数が増えることでcritical strainがO(10-6)より小さくなることがあるだろうか。
本研究では、粒子シミュレーションにより、critical strainの粒子数依存性を調べた。具体的には、断層ガウジを2枚の基板で閉じ込め、片方の基板をバネ定数kのバネを介して一定速度Vで引っ張るというモデルに、一過性の振動を印加することによって、critical strainの粒子数依存性を調べた。
数値計算の結果から、印加する振動周波数によらず、粒子数が増えるにつれcritical strainが小さくなることが分かった。とりわけ、第一共鳴周波数の振動を印加した場合、粒子数が1376ではcritical strainはO(10-6)であったが、粒子数が22002ではcritical strainはO(10-8)となった。これは、粒子数の増加によってforce chainが長くなることで、より小さな動的歪でforce chainを破壊できるようになるためと考えられる。
我々の結果は、O(10-6)より小さい動的歪によって発生する動的誘発地震においても、振動によるせん断粉体の流動化が重要な役割を果たすことを示唆している。
Lerner and Procaccia (2009)は、粒子シミュレーションにより、粒子数が増えるほど粉体の降伏応力が低下することを示した。つまり、粒子数が増えるほど、より小さなせん断応力で粉体が流動化することを示した。critical strainにもこうした粒子数依存性はあるだろうか。つまり、粒子数が増えるほど、より小さな動的歪で粉体が流動化することや粒子数が増えることでcritical strainがO(10-6)より小さくなることがあるだろうか。
本研究では、粒子シミュレーションにより、critical strainの粒子数依存性を調べた。具体的には、断層ガウジを2枚の基板で閉じ込め、片方の基板をバネ定数kのバネを介して一定速度Vで引っ張るというモデルに、一過性の振動を印加することによって、critical strainの粒子数依存性を調べた。
数値計算の結果から、印加する振動周波数によらず、粒子数が増えるにつれcritical strainが小さくなることが分かった。とりわけ、第一共鳴周波数の振動を印加した場合、粒子数が1376ではcritical strainはO(10-6)であったが、粒子数が22002ではcritical strainはO(10-8)となった。これは、粒子数の増加によってforce chainが長くなることで、より小さな動的歪でforce chainを破壊できるようになるためと考えられる。
我々の結果は、O(10-6)より小さい動的歪によって発生する動的誘発地震においても、振動によるせん断粉体の流動化が重要な役割を果たすことを示唆している。