【研究領域課題番号】19K04031 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

カイコウラ地震 / 動的破壊シミュレーション / 地震発生 / H行列 / 地震サイクル / 高性能計算 / 高速領域分割法 / モデル / シミュレーション / 並列計算 / 地震 / 動的破壊 / 地震シーケンス / FDP / H-行列法 / 境界積分方程式法 / 境界要素法 / 北海道胆振東部地震 / Ridgecrest earthquake / 破壊 / スーパーコンピュータ

【研究成果の概要】

境界積分方程式法を用いた完全動的破壊シミュレーションおよび準動的地震サイクルシミュレーションに対して，高性能並列計算機（HPC）環境へのアルゴリズム最適化を行い，超大規模計算でしか実行できない現実的な地震現象のモデル化を行っている．これまで，高速
領域分割法（FDPM）に基づく動的破壊伝播シミュレーションを用いて，2016年カイコウラ（ニュージーランド）地震，2011年福島県浜通りの地震，2011年・2015年茨城県北部の地震について，断層の3次元複雑性を考慮したモデル化を行い，実際に観測された動的破壊過程の再現およびパラメタスタディによるモデル挙動の評価を実施した．また，準動的地震サイクルシミュレー ションコード（HBI）に，格子H行列法の汎用ライブラリであるHACApKを実装し，超大規模並列において通常H行列の実装を凌駕する性能を持つことを示した．本コードの計算結果 は，南カリフォルニア地震センターの実施する国際的なコード評価プログラムに投稿し性能評価された．さらに本手法を用いて断層形状複雑性を考慮したモデルにより余震の発生過程をシミュレートすることに初めて成功するとともに，断層の屈曲構造が地震規模の長時間統計に与える効果を一般的に明らかにした．また，中央構造線活断層帯を対象として，実際の断層における応力蓄積と地震発生過程のサイクルのモデル化を行った．さらにH行列法をこれまでの静的問題から動的問題への適用を可能とするFDP=H行列のアルゴリズム開発を行い，3次元動弾性変位波動問題に対してHACApKを拡張し実装した．本アルゴリズムの計算性能を評価したところ，近似精度と数値計算効率化の両面で期待通りの結果を得た．

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2019-04-01 - 2024-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究領域課題番号】18KK0095 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

カイコウラ地震 / 動的破壊シミュレーション / 地震発生 / レオロジー / スロー地震 / 微動 / マルボロ断層 / モデル / 巨大地震 / シミュレーション / 動的破壊 / 古地震 / ドローン / UAV / 内陸地震 / 地震破壊 / 連動型地震 / 大規模計算 / 活断層 / 地震 / ニュージーランド / Kaikoura

【研究成果の概要】

断層の３次元形状は，大地震の規模を含む動的な破壊過程の一つの支配的な要素であるが，定量的な理解やモデル検証には未だに大きな課題がある．本研究では，2016年M7.9カイコウラ（ニュージーランド）地震に伴って観測された全長約200kmにおよぶ多数断層の破壊過程のモデル化を通じて，自然地震現象の定量的な理解を行っている．これまでにM7.9地震の滑り分布の主たる特徴の再現には成功した．その上で，１）当該地震時にHope断層という震源域の第一級活断層が連動破壊しなかった要因，２）各部分断層が破壊した経路や順番についての詳細な理解，３）断層深部の形状とレオロジー特性の推定，に焦点を当てている．１）まず昨年度までに得られた最新の古地震学研究の成果を整理して，Hope断層の最新活動は176年前から285年前までの間に推定され，地震後経過率としては57%から160%の間に対応することが分かった．一方で，Hope断層の地震後経過率に対応する応力蓄積率を変化させたパラメタスタディにより，動的破壊シミュレーションを実行することでHope断層が連動破壊しない応力蓄積率を求めたところ，およそ70%程度であるとの結果が得られた．古地震学的研究での推定値は，誤差範囲が大きいものの，シミュレーション結果と互いに矛盾しないことが分かった．２）最近の研究で従来の震源域内陸側に位置する断層の役割を重視する解釈とは異なり沖合側に位置する断層を重視する見解が示された．この見解の妥当性をシミュレーションでありうる応力状態の範囲でパラメタスタディにより調べたところ，従来の見解をサポートするという結果が得られた．３）震源域を含む広域で展開されている臨時地震観測点の記録を網羅的に調べたところ，これまで見つかっていた深部微動の震源分布が活断層の地表トレースと良い対応関係を持つことが明らかとなった．

【研究種目】国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))

【研究期間】2018-10-09 - 2023-03-31

【配分額】7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)

【研究分野】固体地球惑星物理学

【研究領域課題番号】26400444 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地震 / 深発地震 / 異常震域 / MOW / 地震波伝播シミュレーション / 太平洋プレート / 差分法 / シミュレーション / 地震波 / 地震波伝播 / スラブ内地震 / 数値シミュレーション / 強震動 / プレート内地震 / コンピュータシミュレーション

【研究成果の概要】

日本海下で起きる深発地震の広帯域地震波形を調査し、深さ400 km以深の地震においてS波初動部の波形が変化し、低周波数の先駆波が見られることを明らかにした。これをスラブ内部に相転移遅れにより生じた薄い、くさび形状の低速度層（MOW）によるものと考え、2010年２月12日に発生したウラジオストックの深発地震（578 km, Mw6.8）の地震波形を差分法に基づき計算し、MOWの存在を確認するとともに、その物性（低速度異常）を明確化した。スラブ深部のMOWは、周波数2-４Hzの地震波をスラブ上部に向け強く放射することで、MOWが無い場合の３倍の導波効果を生み出していることを確認した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)

【研究分野】固体地球惑星物理学

【研究領域課題番号】25800253 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地震 / スロー地震 / 摩擦 / 破壊 / 東北地方太平洋沖地震 / 断層 / 沈み込み帯 / シミュレーション / 動的破壊 / 東北沖地震 / 大地震 / 前震 / 動的弱化 / 滑り速度強化 / 地震発生物理学 / レオロジー / 断層構成則 / 地震破壊 / 超巨大地震

【研究成果の概要】

2011年東北地方太平洋沖地震について，前震による低速な余効滑りと本震による高速滑りの観測データをも用いて，広い速度レンジでの天然断層の摩擦特性を推定した．摩擦特性の推定のために，境界積分方程式法を用いた数値計算を行い，観測により求められた滑りを入力として得られた応力変化を計算した．その結果，前震の余効滑り領域において，10**-6 [m/s]程度の低速滑り時には弱い速度強化特性を示したのに対し，1 [m/s]程度の高速滑り時には強い速度弱化特性を示していたことが明らかとなった．

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】固体地球惑星物理学

【研究領域課題番号】25287109 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

スロースリップ / 海底圧力計 / シミュレーション / 房総沖 / 海底地殻変動 / プレート境界構造 / 反射波強度分布 / 地震 / 地球変動予測 / 固体地球物理学 / 海底変動

【研究成果の概要】

房総沖スロースリップ（SSE）を解明するために以下を行った。観測研究では、すべり分布を明らかにするため海底圧力計を用いた観測を行った。2014年1月ごろSSEが発生しその変動を捉えることに成功した。この際、圧力計データをパラメトリックモデルで解析する方法を開発した。
シミュレーション研究では、その基礎となる房総沖の構造の決定と房総沖SSEを再現するモデルの開発を行った。構造では、房総沖のフィリピン海プレート上面の形状が面的に求まった。また、SSE領域から強い反射波を確認した。房総沖SSEの再現については、2011年まではほぼ再現できたが2014年については再現できず、今後の課題となった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2018-03-31

【配分額】18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円)

【研究分野】固体地球惑星物理学

【研究領域課題番号】20840048 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地震現象 / 地震災害・予測 / テクトニクス / データ同化 / 地震 / 室内実験 / 摩擦 / 破壊 / シミュレーション / 動力学的モデル / 計算力学 / 地震発生予測

【研究成果の概要】

本研究では,物理モデルを用いた地震発生の予測を目指して,室内実験系での模擬地震を用いて,データ同化手法を開発している.データ同化とは,断層の固着滑りを表現する物理モデルを構築し,観測データによりモデルの未知パラメタを推定し,将来予測をするといった手法である.そのために,本研究期間内においては,実験装置の立ち上げとデータ取得,物理モデルのシミュレーションのための数値計算コードの開発を行った.また,そのシミュレーションコードを用いて実際の地震のモデル化を行った.

【研究種目】若手研究(スタートアップ)

【研究期間】2008 - 2009

【配分額】3,276千円 (直接経費: 2,520千円、間接経費: 756千円)

【研究分野】固体地球惑星物理学

【研究領域課題番号】20540405 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地震災害・予測 / 地震 / シミュレーション / 地殻 / 不均質構造 / 短波長不均質構造 / 並列計算 / 地震災害

【研究成果の概要】

地殻・マントル不均質性の定量化と、広帯域強震動シミュレーションモデルの構築に向け、地下構造におけるスケール数km以下の短波長不均質構造の分布特性を、1) P波の放射特性の崩れの周波数依存性・距離依存性、2) P波のTransverse成分への振幅の漏れ強度、の二つの観点から、Hi-net高密度地震観測データによる近地の地震波形解析と、コンピュータシミュレーションにより評価した。広帯域地震動シミュレーションモデルの高精度化と、地球シミュレータを用いた大規模を行った。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】社会システム工学

【研究領域課題番号】14380189 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地震被害 / 被害関数 / 被害推定 / 木造住宅 / 耐震診断 / 応答スペクトル / 地震 / 建物被害関数 / 地理情報システム / データベース / 地域性 / シミュレーション / 2000年鳥取県西部地震 / 2001年芸予地震

【研究成果の概要】

本研究では、建物被害推定精度の向上を目指し、木造建物の耐震性能の地域性に着目し、新たな被害関数の提案を行った。
まず、木造住宅の耐震性能の地域的な違いについて、耐震診断データをもとに分析した。耐震改修事業者より約3万棟の診断データを入手し、北海道・東北・関東・北陸・中部・東海・関西・山陰・山陽・四国・九州の11地域で集計し、診断評点分布の比較を行なった。その結果、関西地方で壁量が比較的少ない建物が多く、水平抵抗力の点で劣ること、北陸・東北といった積雪地域で壁配置等の問題から偏心の恐れのある建物が多いことなど地域的な違いが明らかとなった。
次に、耐震診断データに着目し,建物耐震性能の分布から応答スペクトルにより一部損壊被害を予測する被害関数の定式化を行った。そして、1995年兵庫県南部地震に関し、精度の検証を行った。
また、半壊・全壊といった大被害に対しても被害率評価ができるよう被害関数を拡張するため、被害推定に適した入力地震動の分析を行なった。実地震記録とそのスケーリング波計900波を用い、木造建物の動的解析モデルにより固有周期・壁量をパラメータとして数値解析を行った。その結果、被害判定閾値の変位における割線剛性に対応する固有周期の変位応答(減衰定数20%)の相関が高く、被害関数の入力として適していることが明らかとなった。
最後に、前項目の結果を受け、大被害時の周期伸びを考慮した変位応答スペクトルを入力とした被害関数の定式化を行った。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2002 - 2003

【配分額】13,600千円 (直接経費: 13,600千円)

【研究分野】固体地球物理学

【研究領域課題番号】11740259 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地震 / シミュレーション / 境界積分方程式法 / 断層面形状 / 亀裂

【研究成果の概要】

2軸圧縮載荷において複雑な形状を持つ剪断型亀裂の動的破壊成長シミュレーションを行い、非直線的な破壊面形成において放射される地震波の特性について調べた。計算は自ら開発した境界積分方程式法によるコードを利用して行った。最終的に屈曲により自発停止した破壊の成長過程において放射される弾性波の特徴を明らかにする目的で、特に、地震破壊成長停止の古典的モデルである「バリアモデル(破壊強度の局所的増大により破壊成長が停止)」と「負の応力降下量モデル(応力降下量が比較的広い領域で負になることにより破壊成長が停止)」から放射される弾性波との比較を行い、それぞれの特徴を調べた。弾性波の観測点はX1軸(初期亀裂延長方向)上に置く。変位速度波形のX1軸直交成分を比較すると、バリアモデルによる波形と我々の自発的破壊停止モデルによる波形は大まかな一致を示した。これは、自発的破壊停止モデルでは屈曲後ほとんど成長を行わず、全体として急激な停止を行うためである。負の応力降下量モデルでは、破壊成長が徐々に減速し停止にいたるため、相対的に短周期成分が欠けることとなった。したがって、自発的破壊停止モデルにより放射される弾性波は、実際上バリアモデルから放射されるものとほとんど同一であると言える。

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】1999 - 2000

【配分額】2,200千円 (直接経費: 2,200千円)

【研究分野】自然災害科学

【研究領域課題番号】06558053 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地震 / 屋内収容物 / 転倒 / DEM / シミュレーション / 振動台実験

【研究成果の概要】

近年のわが国の地震では、家具などの転倒による室内での人的・物的被害が、負傷者の大きな割合を占めるようになってきた。このような背景から、本研究では屋内収容物の地震時転倒などの挙動に関する振動台実験と,個別要素法(DEM)に基づく解析手法の開発を行った.まず,さまざまな大きさの木製ブロックに対して振動台実験を実施し,ブロックのロッキングから転倒に至る挙動を,加速度計およびビデオで記録した.次にこの数値手法によりシミュレーション解析を行い,手法の精度の検証を行った・この結果,DEMは,ロッキングから転倒に至る非線形な応答挙動を,単体ブロックおよび組み合わせブロックについて良く再現した。また,上下動を同時に加えた場合や,背面に壁がある場合などについても,定量的によい一致が得られ,DEMのこの問題への適用性が示された.
つぎに、実地震波が入力した場合に,単体ブロックが転倒する確率を簡易に評価する方法を検討した。実地震波を用いた転倒シミュレーションを条件を変えて多数行い,ブロックの高さ/幅比,大きさをパラメータとする統計的な転倒予測関数を提案した.さらに,建物モデルの地震応答解析と転倒シミュレーション解析の2段階からなるシステムを構築した。
この研究成果は,屋内収容物の地震時転倒危険度評価において,有用な方法を提示するものと考えられる.

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1994 - 1996

【配分額】8,500千円 (直接経費: 8,500千円)