11:15 AM - 11:30 AM
[S08-07] Numerical simulation of earthquake generation cycle using multiscale circular patch model
【はじめに】 地震活動が活発な地域では、様々な規模の地震が発生しているが、マグニチュードの分布は、一般的にべき乗則に従い、小さい地震ほどたくさん発生している。日本海溝を対象とした我々の先行研究では、過去に発生したM9地震とM7クラスの地震の震源域を矩形や円でモデル化した地震発生サイクルの数値シミュレーションを行ってきた [Nakata et al., 2016; 2023]。これらの先行研究で再現した地震活動は、過去に発生した地震の一部に過ぎない。そこで、本研究では、地震サイクルを通した長期にわたる地震発生過程を理解するために、日本海溝沿いの三陸沖で発生する幅広いマグニチュードの地震に、マルチスケール円形パッチモデル [Ide and Aochi, 2005; Aochi and Ide, 2009; Ide and Aochi, 2013]を適用して、準動的な地震発生サイクルシミュレーションを行った。
【手法】 マルチスケール円形パッチモデルは、Ide and Aochi [2013]では、2011年東北地方太平洋沖地震の複雑な動的破壊過程を説明するために用いられたものを参考にした。彼らは、気象庁カタログを基に、過去に発生したM>6.5の地震を規模別にグループ分けし、各グループの地震の震源域を同じ半径の円で近似した。各地震の震源位置に配置した円形パッチでは、すべり弱化距離Dcを円の半径に比例して変化させることで、空間的に不均質な階層構造を与えていた。本研究では、Ide and Aochi [2013]でモデル化した地震のうち、三陸沖領域にのみ着目する。従って、最大規模の地震は、1896年明治三陸地震 (M = 8)である。2番目に大きな規模のグループは、Mj = 7.1～7.6の6地震、3番目はMj = 6.6～7.2の9地震である。さらに、気象庁カタログから、1923年1月～2023年3月に発生した、震源深さ60 km以浅・Mj = 5.6～6.5の362地震を、4番目のグループとして追加した。
地震発生サイクルシミュレーションの数値計算は、先行研究 [Nakata et al., 2016; 2021; 2023]と同様の物理法則、初期値、境界条件、プレート境界面形状等で実施した。ただし、M5クラスの地震まで再現するために、プレート境界面を先行研究よりも細かく分割した。そこで、計算規模を小さくするために、モデル領域は先行研究よりも狭い三陸沖のみとした。本手法では、Dcは特徴的すべり量Lに相当する。A-Bはモデル領域全体で一様に、すべり速度弱化とした。
【結果・議論】 Ide and Aochi [2013]に倣って、全ての地震をそのままLの不均質に反映させると、グループ4の多数のパッチが合わさって見かけ上大きなパッチとなり、モデル領域のほとんどをカバーしてしまうため、階層構造が不明瞭になる。その結果、過去の地震のすべり分布の多くを、シミュレーションで説明することはできなかった。そこで、距離の近い地震をまとめてグループ4のパッチ数を1/10以下に減らしたところ、複数のパッチが適度に重なり合った4階層の構造によって、中～大規模地震が、複雑なすべり分布や繰り返し間隔を示すようになった。講演では、いくつかのモデルの結果を比較することで、階層構造を取り入れた効果について議論する。本研究の結果は、動的破壊過程だけではなく、地震サイクルにおいても、階層構造モデルが本質的に重要であることを示唆している。
【謝辞】 本研究のシミュレーション結果は、東北大学サイバーサイエンスセンターの大規模科学計算システムおよびJAMSTECのスーパーコンピュータ「地球シミュレータ」を利用して得られたものです。
【手法】 マルチスケール円形パッチモデルは、Ide and Aochi [2013]では、2011年東北地方太平洋沖地震の複雑な動的破壊過程を説明するために用いられたものを参考にした。彼らは、気象庁カタログを基に、過去に発生したM>6.5の地震を規模別にグループ分けし、各グループの地震の震源域を同じ半径の円で近似した。各地震の震源位置に配置した円形パッチでは、すべり弱化距離Dcを円の半径に比例して変化させることで、空間的に不均質な階層構造を与えていた。本研究では、Ide and Aochi [2013]でモデル化した地震のうち、三陸沖領域にのみ着目する。従って、最大規模の地震は、1896年明治三陸地震 (M = 8)である。2番目に大きな規模のグループは、Mj = 7.1～7.6の6地震、3番目はMj = 6.6～7.2の9地震である。さらに、気象庁カタログから、1923年1月～2023年3月に発生した、震源深さ60 km以浅・Mj = 5.6～6.5の362地震を、4番目のグループとして追加した。
地震発生サイクルシミュレーションの数値計算は、先行研究 [Nakata et al., 2016; 2021; 2023]と同様の物理法則、初期値、境界条件、プレート境界面形状等で実施した。ただし、M5クラスの地震まで再現するために、プレート境界面を先行研究よりも細かく分割した。そこで、計算規模を小さくするために、モデル領域は先行研究よりも狭い三陸沖のみとした。本手法では、Dcは特徴的すべり量Lに相当する。A-Bはモデル領域全体で一様に、すべり速度弱化とした。
【結果・議論】 Ide and Aochi [2013]に倣って、全ての地震をそのままLの不均質に反映させると、グループ4の多数のパッチが合わさって見かけ上大きなパッチとなり、モデル領域のほとんどをカバーしてしまうため、階層構造が不明瞭になる。その結果、過去の地震のすべり分布の多くを、シミュレーションで説明することはできなかった。そこで、距離の近い地震をまとめてグループ4のパッチ数を1/10以下に減らしたところ、複数のパッチが適度に重なり合った4階層の構造によって、中～大規模地震が、複雑なすべり分布や繰り返し間隔を示すようになった。講演では、いくつかのモデルの結果を比較することで、階層構造を取り入れた効果について議論する。本研究の結果は、動的破壊過程だけではなく、地震サイクルにおいても、階層構造モデルが本質的に重要であることを示唆している。
【謝辞】 本研究のシミュレーション結果は、東北大学サイバーサイエンスセンターの大規模科学計算システムおよびJAMSTECのスーパーコンピュータ「地球シミュレータ」を利用して得られたものです。