地震破壊における核形成のメカニズム

地震は地球内部で発生する動的せん断破壊であるが、その動的せん断破壊が開始するには、それに先立つ破壊核の形成過程が存在しなければならない。本研究では、先ず、破壊核の形成過程を支配する物理法則を、自己相似性を持った断層面の摩擦すべりを考えることで、理論的に導いた。この物理法則は、断層面に働くせん断応力と相対変の関係(構成関係)として表現される。構成関係は、断層面の硬さや粗さといった物理的性質に強く依存しており、従って、一般的には場所の関数である。このことを念頭に置いて、次に、外部応力の増大に伴う破壊核の形成過程を、数値シミュレ-ションを行うことにより、詳しく調べた。明らかになったことは、断層面が一様な性質を持っている場合、従って構成関係が場所に依らない場合には、破壊核の形成は起こらないということである。断層面上に弱い部分があると、そこから破壊核の形成が始まる。外部応力と増大に伴い、破壊核は徐々に成長するが、その際、エンド・ゾ-ンと呼ばれる断層端の応力集中領域が外側へと移動することが確かめられた。断層面の弱い領域内に局所的に強い部分(アスペリティ-)が存在する場合には、その強い部分での構成関係の違いによって、全く異なった核形成過程を示すことが明らかにされた。例えば、アスペリティ-部分の構成関係が高く幅の狭い応力のピ-クを持った場合は、そこで動的破壊が発生するが、それは局所的なものであり、全領域に広がることはない。構成関係が低く幅の広い応力のピ-クを持つ場合は、アスペリティ-部分の動的破壊は起こらず、準静的に破壊核が成長していく。又、構成関係が高く幅の広い応力のピ-クを持つ場合は、アスペリティ-部分の破壊が、そのまま全領域に及ぶような大破壊へと発展する。こうした数値シミュレ-ションの結果から、破壊核の形成過程は多様であり、その多様性は断層面に沿った構成関係の変化に起因していることが明らかになった。

地震は地球内部で発生する動的せん断破壊であるが、その動的せん断破壊が開始するには、それに先立つ破壊核の形成過程が存在しなければならない。本研究では、先ず、破壊核の形成過程を支配する物理法則を、自己相似性を持った断層面の摩擦すべりを考えることで、理論的に導いた。この物理法則は、断層面に働くせん断応力と相対変の関係(構成関係)として表現される。構成関係は、断層面の硬さや粗さといった物理的性質に強く依存しており、従って、一般的には場所の関数である。このことを念頭に置いて、次に、外部応力の増大に伴う破壊核の形成過程を、数値シミュレ-ションを行うことにより、詳しく調べた。明らかになったことは、断層面が一様な性質を持っている場合、従って構成関係が場所に依らない場合には、破壊核の形成は起こらないということである。断層面上に弱い部分があると、そこから破壊核の形成が始まる。外部応力と増大に伴い、破壊核は徐々に成長するが、その際、エンド・ゾ-ンと呼ばれる断層端の応力集中領域が外側へと移動することが確かめられた。断層面の弱い領域内に局所的に強い部分(アスペリティ-)が存在する場合には、その強い部分での構成関係の違いによって、全く異なった核形成過程を示すことが明らかにされた。例えば、アスペリティ-部分の構成関係が高く幅の狭い応力のピ-クを持った場合は、そこで動的破壊が発生するが、それは局所的なものであり、全領域に広がることはない。構成関係が低く幅の広い応力のピ-クを持つ場合は、アスペリティ-部分の動的破壊は起こらず、準静的に破壊核が成長していく。又、構成関係が高く幅の広い応力のピ-クを持つ場合は、アスペリティ-部分の破壊が、そのまま全領域に及ぶような大破壊へと発展する。こうした数値シミュレ-ションの結果から、破壊核の形成過程は多様であり、その多様性は断層面に沿った構成関係の変化に起因していることが明らかになった。