Reproducing dynamic earthquake rupture processes by large scale simulations

通过大规模模拟再现动态地震破裂过程

• 批准号: 19K04031
• 负责人: 安藤 亮輔
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K04031/
• 关键词: 境界要素法; 動的破壊シミュレーション; 地震; 非平面断層形状; 階層行列法; 高速計算; 並列計算; 断層; カイコウラ地震; 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; 動的破壊; 地震シーケンス; FDP; H-行列法; 境界積分方程式法; 北海道胆振東部地震; Ridgecrest earthquake; 破壊; スーパーコンピュータ

合成開口レーダーや稠密地震計観測網の整備など近年の観測技術の発達により高分解能で地震時地殻変動や断層の三次元形状を観測的に捉えることが可能となってきている．このような高分解能データと比較可能な現実的シミュレーションを実現するため， 本研究では，高効率な数値解析手法の開発と，系統的な観測との比較によるモデルの実証的研究を行っている．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の高効率手法の開発として，これまで開発を進めているFDP=格子階層行列法について，波動伝播の走時の近似精度を3次元問題に対して詳細に調べ，震源-観測点間距離の階層近似に対して良い収束性が得られることを確認した．さらに，FDP法に用いるI領域での畳み込み演算についてタイムステップMに対して従来のO(M)からO(1)へと縮減できる新たなアルゴリズムを構築した．従来のCPU演算のためのコードを，GPUとベクトル加速機上でも使用可能となるようにコードを改造した．3次元断層形状モデルの構築法に関して，平均滑り速度を用いた新たな断層傾斜角の推定手法を開発した．可観測な広域応力場に対して可観測な断層滑り速度ベクトルが断層傾斜角の関数となることを利用して，逆問題として定式化したものである．本手法を中国四川地域に存在するWenchuan－Maoxien断層帯に適用して断層形状モデルを構築した．さらに，動的破壊シミュレーションを複数の条件設定において実行することで，本断層帯でのシナリオ地震を作成するとともに，地域での地震動の分布を評価した．本成果は，国際誌に投稿中である．2016年熊本地震の3次元断層形状を詳細化して，合成開口レーダー観測で推定されている多数の分岐断層を考慮するモデル化を行った．動的破壊シミュレーションを実施し，合成開口レーダーの詳細観測と整合的な分岐断層の滑り方向の分布が得られることを確認した．

The preparation of synthetic aperture and dense seismic network has been improved in recent years, and the development of high resolution technology has made it possible to detect the three-dimensional shape of crustal movement and faults during earthquakes. This study is aimed at developing high efficiency numerical analysis methods and comparing systematic measurements. The development of the high efficiency method of the boundary integral equation method using the fully dynamic method is discussed. The development of the method is discussed in detail. The approximation accuracy of the ratio propagation time is confirmed by the three-dimensional problem. The hierarchical approximation of the distance between the source and the measurement point is discussed in detail. In addition, the FDP method uses the central algorithm in the middle of the I domain to construct a new algorithm for the O(M) domain. The CPU has been used to calculate the fault angle, GPU and accelerator, and it is possible to modify the fault shape and structure of the 3D fault. The inverse problem can be formulated by using a measurable domain force field to measure the fault slip velocity and the correlation between the fault dip angle and the fault inclination angle. This method is applicable to the Wenchuan-Maoxien fault zone existing in Sichuan Province of China. In this paper, the author reviews the distribution of earthquake in the fault zone. This work is submitted to the International Journal. The shape of the three-dimensional fault of the Kumamoto earthquake in 2016 is detailed, and the synthetic opening is measured to estimate the majority of the branching faults. A detailed survey of the fracture and slip directions of the integrated bifurcation faults was carried out to confirm the results.

项目成果

Paradox of modelling curved faults revisited with general non-hypersingular stress Green’s functions

用一般非超奇异应力格林函数重新审视弯曲断层建模的悖论

• DOI: 10.1093/gji/ggaa172
• 发表时间: 2020
• 期刊: Geophysical journal international
• 影响因子: 2.8
• 作者: Daisuke Sato;Pierre. Romanet and Ryosuke Ando
• 通讯作者: Pierre. Romanet and Ryosuke Ando

Rupture segmentation caused by fault bends in simulated earthquake sequences

模拟地震序列中断层弯曲引起的破裂分段

• 发表时间: 2021
• 作者: 小澤創;安藤亮輔
• 通讯作者: 安藤亮輔

Numerical simulations of mainshock and aftershock sequences on geometrically complex fault zones

几何复杂断层带主震和余震序列的数值模拟

• 发表时间: 2020
• 作者: 小澤創;安藤亮輔
• 通讯作者: 安藤亮輔

GNS Science/Canterbury University(ニュージーランド)

GNS科学/坎特伯雷大学（新西兰）

Community‐Driven Code Comparisons for Three‐Dimensional Dynamic Modeling of Sequences of Earthquakes and Aseismic Slip

• DOI: 10.1029/2021jb023519
• 发表时间: 2021-11
• 期刊: Journal of Geophysical Research: Solid Earth
• 作者: Junle Jiang;B. Erickson;Valère Lambert;J. Ampuero;R. Ando;S. Barbot;C. Cattania;Luca Dal Zilio;B. Duan;E. Dunham;A. Gabriel;N. Lapusta;Duo Li;Meng Li;Dunyu Liu;Yajing Liu;S. Ozawa;C. Pranger;Y. van Dinther