数値シミュレーションと室内実験の融合から探る断層帯における不均質構造の成長

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地殻の不均質性と地震波形の関係を，地震学的パラメタを用いて表現することができれば，地震波形を読み解くことで断層成長に伴う構造変化が推定できるようになるかもしれない．そこで，媒質特性の実測が可能な実験室において取得した波形と，数値計算波形との比較を試みた．昨年度までに，実験室スケールの媒質形状が波形に与える影響を調べるための，差分法を用いた3次元の波動伝播シミュレーションコードの作成・計算と，ステンレス試料の透過波形の取得が完了した．今年度は，コードの改良と計算の実施，岩石試料の圧縮破壊にともなう透過弾性波計測を行った．まず，3D波動伝播シミュレーションに用いる試料モデルの上下端に吸収境界を導入し，円筒軸に平行な方向と垂直な方向に伝播する波を別々に評価することで，反射・変換波の特性をより詳細に調べることができるようにした．その結果，試料の角で次々と表面波への変換が起こり，縦方向に伝播していく様子が観察された．次に，より断層に近い条件での比較を目指して，岩石試料の圧縮破壊試験を実施した．直径50mm高さ100mmの円柱形花崗岩試料を，封圧50MPaの条件下で載荷し，実験中に繰り返し透過させた弾性波を集録した．回収した試料をX線CTスキャンで観察したところ，内部にひとつの大きな亀裂面が生成されていた．このような，破壊面を含む岩石試料内における波動伝播の特性を調べるために，計算コードのさらなる改良をおこない，亀裂面を組み込んだ媒質モデルにおける波動伝播を計算した．その結果，破壊面の先端で回折波が生じる様子や，破壊面に沿うように界面波が生じて伝播していく様子が観察された．