地震発生論セミナー2009

概要

日時
毎週月曜16:30~
場所
理学部1号館710号室
テーマ
断層のスケーリング
内容

テクトニック応力の蓄積から準静的な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の全過程を, 岩石実験, データ解析, モデル計算等の様々なアプローチを通じて理解する.

主催教員
井出 哲 (固体講座), 中谷正生 (地震研究所)
世話人
太田和晃 (固体講座), 平野史朗 (地震研究所)

参考 : 2006年度, 2007年度, 2008年度

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ロードマップ

断層に関する既存の理論
運動学的断層モデル
動力学的断層モデル
平面断層に関するスケーリング則
応力降下量, 破壊エネルギーなどの規模依存性
滑り量と断層長との関係
断層形状に関するスケーリング則
断層面のフラクタル性の観察
断層形状を表現する数学的モデルの提唱
破砕帯の空間分布

ルール・方針

  • 全員, 論文は事前に読んでくる(理解できなくとも良い)
  • 発表者は, 前の週の終わりに10分程度の次回予告を行なう
  • 各回の担当者は初回に決定

日程表

夏学期
日付 回数 予定論文 担当 補足
4月13日 00 なし 平野 趣旨説明と担当決め
4月20日 01 Aki and Richards (2002) 10.1.1-10.1.5 田村 pdf version
4月27日 02 Aki and Richards (2002) 10.1.6-10.1.7 丸山
5月04日 GW
5月11日 03 Aki and Richards (2002) 10.2.1-10.2.4 栗原
5月18日 連合大会
5月25日 04 Aki and Richards (2002) 11 直井
6月01日 05 Xia, Chalivendra, and Rosakis (2006) 横田 予告
6月08日 06 McGarr (1999)Ide and Beroza (2001) 太田 予告
6月15日 07 Cocco and Tinti (2008) 前田 予告
6月22日 08 Scholz (1982)Romanowicz and Ruff (2002) 宮林 予告
6月29日 09 Matsu'ura and Sato (1997) 平野 予告
7月06日 10 Martel and Shacat (2006) 塩味 予告 pdf-ver
7月13日 11 招待講演
7月20日 海の日
7月27日 12 予備日
冬学期
日付 回数 予定論文 担当 補足
10月05日 00 なし 太田 趣旨説明と担当決め
10月12日 体育の日
10月19日 01 Kim and Sanderson (2004) 横田 pdf-ver
10月26日 02 Bonnet et al. (2001) 平野 予告
11月02日 03 Bonnet et al. (2001) 平野
11月09日 04 Kagan (2007) 栗原 予告
11月16日 05 Otsuki and Dilov (2005)Otsuki (2007) 田村 予告
11月23日 勤労感謝の日
11月30日 06 Renard et al. (2006)Sagy, Brodsky and Axen (2007) 藤田・ 予告
12月07日 07 Keulen et al. (2007) 丸山 予告
12月14日 AGU Meeting
12月21日 冬期休業
12月28日 冬期休業
1月04日 冬期休業
1月11日 冬期休業
1月18日 08 Lyakhovsky et al. (1997) 桑野
1月25日 09 Lyakhovsky and Ben-Zion (2008) 太田 予告

論文リスト

夏学期
意図 文献
00 趣旨説明と担当決め
なし
01 運動学的断層モデル
Aki and Richards (2002) Quantitative Seismology 2nd ed. 10.1.1-10.1.5
02 運動学的断層モデル
Aki and Richards (2002) Quantitative Seismology 2nd ed. 10.1.6-10.1.7
03 運動学的断層モデル
Aki and Richards (2002) Quantitative Seismology 2nd ed. 10.2.1-10.2.4
04 動力学的断層モデル
Aki and Richards (2002) Quantitative Seismology 2nd ed. 11
05 破壊過程における自己相似性
Xia, Chalivendra, and Rosakis, 2006 Observing ideal “self-similar” crack growth in experiments. Engineering Fracture Mechanics 73 (2006) 2748-2755
光弾性実験による, 破壊伝播過程における自己相似性の観察.
06 応力降下量について
McGarr, 1999 On relating apparent stress to the stress causing earthquake fault slip. J. Geophys. Res., Vol. 104, No. B2, pp. 3003–3011
Ide and Beroza, 2001 Does apparent stress vary with earthquake size? GRL, 28(17), 3349-3352, 2001
応力降下量が幅広い地震モーメントの範囲において一定であるという結果の紹介など.
07 破壊エネルギーについて
Cocco and Tinti, 2008 Scale dependence in the dynamics of earthquake propagation: Evidence from seismological and geological observations. Earth and Planetary Science Letters 273 (2008) 123–131
断層運動の過程において破壊に消費されたエネルギー量は地震モーメントとの間にベキ乗則をもつ.
08 地震発生層の厚みによるスケーリングの変化
Scholz, 1982 SCALING LAWS FOR LARGE EARTHQUAKES: CONSEQUENCES FOR PHYSICAL MODELS. Bulletin of the Seismological Society of America, 72, 1-14
Romanowicz and Ruff, 2002 On moment-length scaling of large strike slip earthquake and the strength of faults. GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 29, NO. 12, 1604
大規模な地震では, 地震モーメントは断層長の3乗ではなく, 2乗あるいは1乗に比例する.
09 地震発生層の厚みによるスケーリングの変化
Matsu'ura and Sato, 1997 Loading mechanism and scaling relations of large interplate earthquakes. Tectonophysics Volume 277, Issues 1-3, 15 August 1997, Pages 189-198
地震モーメントと断層長の関係の変化を, 地震発生層の厚みを考慮した数値モデルにより再現.
10 滑り分布と応力降下量分布
Martel and Shacat, 2006 Mechanics and Interpretations of Fault Slip. Earthquakes: Radiated Energy and the Physics of Faulting (Geophysical Monograph)
多数の断層について, その滑り分布を求め, 断層長で規格化して分類. そこから更に滑り分布のパターン毎に断層面上の応力降下量の分布を求めた.
冬学期
意図 文献
01 断層長と最大滑り量との一連の研究
Kim and Sanderson, 2004 The relationship between displacement and length of faults: a review. Earth-Science Reviews 68 (2005) 317–334
断層長と最大滑り量との比例関係についての地質学的研究のレビューと, 過去の研究における観測精度からくる測定誤差に関する指摘. セグメント構造を持つ場合のベキ乗則の変化.
02, 03 断層のフラクタル性の観察
Bonnet, Bour, Odling, Davy, Main, Cowie, and Berkowitz, 2001, SCALING OF FRACTURE SYSTEMS IN GEOLOGICAL MEDIA, Reviews of Geophysics, 39, 3 / August 2001 pages 347-383
岩石の破壊面のフラクタル次元について、レビューと考察、現状の問題点の指摘を行なう。フラクタル次元の計測手法、破壊面のネットワーク形成の物理的考察、多くの先行研究による次元解析結果の比較、自己相似性が成立する上限、下限について、等話題多数。
04 地震活動のフラクタル分布
Kagan, 2007, Earthquake spatial distribution: the correlation dimension, Geophysical Journal International, Volume 168, Number 3, March 2007 , pp. 1175-1194(20)
特定地域、あるいはグローバルなカタログを元に、震源分布のフラクタル性を解析する。correlation dimension の評価方法を重要視している。
05 断層形状の数学的モデル
Otsuki, K. and Dilov, T., 2005, Evolution of hierarchical self-similar geometry of experimental fault zones: Implications for seismic nucleation and earthquake size. JGR, 110, B03303, doi: 10.1029/2004JB003359
Otsuki, 2007, Dependence of surface fracture energy on earthquake size: A derivation from hierarchical self-similar fault zone geometry, GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 34, L20305
断層の厚みを仮定し、その中に自己相似的な階層構造を仮定すると、局所的には破壊エネルギーがスケールに依存することが分かる。
06 断層のフラクタル性の観察
Renard, F., C. Voisin, D. Marsan, and. J. Schmittbuhl, 2006, High resolution 3D laser scanner measurements of a strike-slip fault quantify its morphological anisotropy at all scales, GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 33, L04305, doi:10.1029/2005GL025038
Sagy, Brodsky, and Axen, 2007, Evolution of fault-surface roughness with slip, Geology, March 2007; v.35; no.3; p.283-286
表面の粗さを測定する技術Liderにより、天然に露出した断層の滑り面の凹凸を測定した結果、滑りに平行/垂直な各方向のPower Spectral Densityは異なることを発見した。
07 断層ガウジの粒径分布
Keulen et al., 2007, Grain size distributions of fault rocks: A comparison between experimentally and naturally deformed granitoids., Journal of Structural Geology, Volume 29, Issue 8, August 2007, Pages 1282-1300
断層ガウジ内の粒径分布について、天然断層および実験サンプルの観察に基づき、そのフラクタル性を解析する。先行研究では様々なフラクタル次元が報告されていたが、天然・実験のいずれの結果からも、数um程度のスケールを境に次元が変わる事が分かった。
08 Damage rheology
Lyakhovsky, V., Y. Ben-Zion, and A. Agnon, 1997, Distributed damage, faulting, and friction, J. Geophys. Res., 102(B12), 27,635–27,649.
次回の論文のための準備として、Damage rheology について学ぶ。熱力学第2法則から導かれる Damage parameter の時間発展則により、非線形な物性の変化が記述される。このパラメータは現実には破砕など何らかの非弾性変形の分布を空間的に均したものと見ることができる。
09 Damage zone と破壊領域とのスケール則
Lyakhovsky, V. and Y. Ben-Zion, 2008, Scaling relations of earthquakes and aseismic deformation in a damage rheology model, Geophysical Journal International, Volume 172, Number 2, February 2008 , pp. 651-662(12)
Damage parameter の時間発展を用い、断層の傍に形成される Damage zone が破壊領域のサイズにスケールされる事を示す。

連絡先

  • 世話人:太田和晃 (固体講座 D1) : ohta@eps.s, 平野史朗 (地震研究所 D1) : hirano@eri