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大規模非線形粘弾性有限要素計算に基づいた地震サイクルシミュレーション

机译:基于大规模非线性粘弹性有限元计算的地震循环仿真

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摘要

様々な観測データと計算機環境の整備により,断層破壊から都市応答までの物理シミュレーションに基づいた地震被害推定への期待が高まっている[1].固体地球分野で地震発生の準備から発生までの過程の研究のためのツールとして用いられてきた地震サイクルシミュレーションを,数百年以上の時間スケールで実施し,その結果から地震発生シナリオを抽出することで,そのような地震被害推定への入力がより適切に設定可能になると期待される.地震サイクルシミュレーションでは,媒質中の既存の弱面を仮定し,そこに摩擦構成則を仮定する.摩擦面上で発生するすべりを地震とみたて,2枚のプレートの相対運動などの駆動力に対するすべりの自発的な発生·進展を計算する.媒質として半無限均質弾性体を仮定し,すべりに対する媒質応答の解析的表現(例えばOkada[7])をベースとした境界要素法によりサイクルを計算する手法が多く用いられてきた(例えばHyodo and Hori[2]).一方で,プレートの沈み込みによりM9 クラスの巨大地震が発生する沈み込み帯においては三次元的な構造不均質性が大きく,また深部のマントルは数年以上の時間スケールでは粘弾性旳な特徴を示すことで知られる.これらを考慮することは,半無限弾性体によるサイクル計算の適用範囲外である.これらを扱う方法としては,媒質の応答計算を有限要素法などの数値計算が考えられる.このようなアプローチは,大規模な震源域での数百年分の計算を考えた場合,自由度10~9以上の弾性·粘弾性変形問題を少なくとも数万ステップ解く問題となるため,従来は計算コストの問題で実現が難しかった.しかし,近年開発されてきているスーパーコンピュータに適した高速有限要素ソルバー[3]の導入で解決可能と考えられる.そこで本研究ではIchimura et al.[3]が開発した線形粘弾性有限要素解析による地殻変動計算手法を非線形粘弾性計算に拡張し,地震サイクルシミュレーションに適用する.本論文では,開発した手法の概要を紹介する.さらに,規範旳な問題における解析例と,地震サイクルの一部分とみなせる2011年東北地方太平洋沖地震の地震後地殻変動計算への適用例を示す.
机译:各种观测数据和计算机环境的发展正在增加基于从故障故障对城市反应的地震损伤估算的预期[1]。制备固态全球地震循环模拟领域的地震发生的准备研究工具是在一定程度上进行的一亿多年来进行,并且通过从结果中提取地震场景,这种反对这种地震损坏的输入估计是预期可适当的可配置的。地震循环仿真假设a介质中的弱表面并在那里呈现摩擦构成。在摩擦平面上发生的两片滑动片,在驱动力上计算出自发的开发和开发,例如板的相对运动。假设一个半无限均匀的弹性体作为介质,并基于介质对滑移的响应的分析表示(例如冈田[7])已经使用许多方法来通过边界元方法计算循环,(例如,Hyodo和Hori [2])。另一方面,在俯冲区域,在俯冲地震发生的情况下,由于板的水槽发生,三维动态结构异质性大,众所周知,深层地幔显示粘弹性特性超过几年的时间尺度。考虑​​这些是半无限弹性体作为处理方式的循环计算的范围,可以认为有限元方法的数值计算可以被认为是处理它们的方法。这种方法考虑大量的大规模计算由于具有10至9个或更多的自由度的弹性和粘弹性变形的问题是至少几千步,因此由于计算成本的问题难以实现。但是,它一直适合超级计算机近年来已经发展起来。它被认为通过引入快速有限元求解器[3]来解决。因此,在本研究中,通过Ichimura等人开发的线性粘弹性有限元分析的地壳运动计算方法。 [3]扩展到非线性粘弹性计算,适用于地震循环仿真。在本文中,我们将介绍开发方法的概述。此外,2011年Tohoku地区太平洋地震的正常问题和地震中的分析例子可以被视为地震周期的一部分,示出了应用程序的示例。

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