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

基本信息

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

项目摘要

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．

合成孔径雷达和密集地震仪观测网络等观测技术的最新进展，使得高分辨率观测地震时地壳变形和断层三维形状成为可能。为了实现可以与如此高分辨率数据进行比较的真实模拟，本研究正在开发一种高效的数值分析方法，并通过与系统观测进行比较来对模型进行实证研究。作为使用边界积分方程法开发全动态裂缝模拟的高效方法的一部分，我们使用 FDP = 晶格分层矩阵法研究了三维问题的波传播走时的近似精度，其中到目前为止，我们对该方法进行了详细研究，并证实了震中与观测点之间距离的分层近似获得了良好的收敛性。此外，我们构建了一种新算法，可以将 FDP 方法中使用的 I 域中的卷积运算从传统的时间步长 M 的 O(M) 减少到 O(1)。我们修改了传统CPU计算的代码，使其也可以在GPU和矢量加速器上使用。关于构建3D断层形状模型的方法，我们开发了一种使用平均滑移速度估计断层倾角的新方法。利用可观测的断层滑动速度矢量是可观测的广域应力场的断层倾角的函数这一事实，将其公式化为反问题。我们将该方法应用于中国四川地区的汶川-茂县断裂带，构建了断裂形状模型。此外，通过在多种条件下运行动态破裂模拟，我们为该断层带创建了地震场景，并评估了该地区地震运动的分布。该结果目前正在提交给国际期刊。我们改进了 2016 年熊本地震的三维断层形状，并创建了一个模型，该模型考虑了合成孔径雷达观测估计的许多分支断层。我们进行了动态破裂模拟，并证实分支断层滑移方向的分布与合成孔径雷达的详细观测结果一致。

项目成果

期刊论文数量（22）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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

GNS科学/坎特伯雷大学（新西兰）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

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

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
So Ozawa; Ryosuke Ando
通讯作者：
Ryosuke Ando

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

地震序列和抗震滑动三维动态建模的社区驱动代码比较

DOI：
10.1029/2021jb023519
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Jiang Junle;Erickson Brittany A.;Lambert Val?re R.;Ampuero Jean‐Paul;Ando Ryosuke;Barbot Sylvain D.;Cattania Camilla;Zilio Luca Dal;Duan Benchun;Dunham Eric M.;Gabriel Alice‐Agnes;Lapusta Nadia;Li Duo;Li Meng;Liu Dunyu;Liu Yajing;Ozawa So;Pranger Casper;D
通讯作者：
D

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