地震サイクル
Natural phenomenon
沈み込み帯の地震サイクルにおける、地震間期、地震前期、地震後期を示す図。プレートは地震間期にたわんで応力を蓄積し、元の位置に戻って応力を解放します。

地震サイクルとは、継続的な応力の蓄積と周期的な応力解放の結果として、同じ断層で地震が繰り返し発生する現象を指します。 [1] [2]地震サイクルは、沈み込み帯や大陸断層など、さまざまな断層で発生する可能性があります。[3] [4]地震の規模に応じて、地震サイクルは数十年、数世紀、またはそれ以上続くことがあります。[1] [5]サンアンドレアス断層のパークフィールド部分はよく知られた例であり、同様の位置にあるM6.0の地震が30～40年ごとに機器記録されています。[6]

理論

1910年にハリー・F・リードが1906年のサンフランシスコ地震の地表破壊記録に基づいて弾性反発理論を提唱し、蓄積された測地データからプレート運動による継続的な応力負荷が実証された後、20世紀後半には「周期的」地震再発の理論が形成され始めました。[1]

応力蓄積と弾性反発

地震サイクル理論は、応力蓄積仮説と弾性反発理論を組み合わせたものである。[1]完全な地震サイクルは、地震間期、地震前期、地震時、地震後期に分けられる。[1]地震間期には、プレート運動により固着断層に応力が蓄積する。[2]地震前期には、この応力が破壊限界に近づき、地震の前兆現象が発生することがある。[1]この応力が最終的に破壊限界を超えると、断層が動き始め、両側が以前の位置に戻り、地震によって蓄積された応力が解放される。地震後期には、応力の再分配によって断層の他の部分が緩和され、余効滑りが発生することがある。[1]地球のプレート運動は常に断層に応力をかけているため、このサイクルは繰り返される可能性が高い。[2]

スプリングスライダーモデルの図。粗い表面上のブロックは、一定速度uで引っ張られるスプリングに接続されています。

スプリングスライダーモデル

単純なバネ・スライダー結合モデルは、地震サイクルの繰り返しを説明するのに役立ちます。[1]その前提は、粗い表面に接触している静止したブロックが、一定速度で引っ張られるバネによって引きずられるというものです。このプロセスにより、バネに応力が継続的に蓄積されます。抗力が静摩擦限界f(0)を超えると、ブロックは地表に沿って滑ります。[1] [2]動摩擦が静摩擦よりも小さいと仮定すると、[7]ブロックの初期の動きは不安定であり、これは断層の破壊に相当します。ブロックが新しい場所で停止すると、応力が再び蓄積し始めます。バネ・スライダーモデルの結合システムは、グーテンベルク・リヒターの法則をうまく再現しました。[7]

破裂の種類

地震の再発に関する単純なモデルは完全に予測可能ですが、現実世界では、応力の不均一な蓄積、時間とともに変化する地殻強度、流体の移動など、多くの要因が周期の長さを大きく変化させる可能性があります。[2] [8]状況によっては、応力は急速な破壊、非地震性スロースリップ、あるいは群発地震によって解放される可能性があります。これらの異なるタイプのスリップの不規則性を理解することは、地震周期を理解する上で非常に重要です。[8] [9] [10]

観察

これまでのところ、完全な地震サイクルはほとんど記録されておらず、測地学と地質学のデータが地震サイクルのさまざまな段階を分析するための重要な情報源となっている。[1]

測地測定

測地学的測定は、地震サイクルにおける地震間期の応力蓄積と地震後期の応力再分配を検証するための重要なツールです。例えば、過去数十年間に収集されたGPSデータは、サンアンドレアス断層系における着実な歪み蓄積[11]と、応力蓄積によって引き起こされた南海トラフ沈み込み帯のプレートの継続的な地表隆起を示しています[1] 。干渉レーダー（InSAR）技術を用いたサンアンドレアス断層系南部の滑り速度の解析からも、この断層が地震間期の終わりに近づいている可能性が示唆されています[12] 。また、 GPSおよびInSAR測定により、沈み込み帯と大陸断層の両方で、地震間期のかなりの量の非地震性スロースリップとクリープも発見されています[8]。

サンアンドレアス断層を横切るウォレス・クリークのオフセット。現在の水路オフセットは最近の断層破壊を反映している。現在の水路の左側には、複数の古い断層破壊を反映した複数の廃水路がある。

地質学的証拠

地質調査は、古代の地震の再発を発見するために使用されるもう1つの方法です。カリゾ平原のウォレスクリークにあるサンアンドレアス断層を横切る水路の複数のオフセットは、断層破壊の再発の典型的な証拠です。[1] [4]地震が発生すると、断層を横切る水路が遮断され、オフセットされた水路が放棄され、新しい水路が形成されます。放棄された水路のセットが発見されており、複数の古代地震サイクルの名残であると考えられています。[1]堆積物の記録は、古代の地震を見つけるためのもう1つの重要な手がかりです。例としては、何世紀にもわたって繰り返された巨大地震によって引き起こされた南海沈み込み帯近くの室戸岬の海岸隆起記録、過去7000年間に10回の潜在的な沈み込み地震によって引き起こされたヒクランギ沈み込み縁近くの海岸隆起と津波記録、 [3]および過去8000年間にアルプス断層で連続して発生した24の地震によって記録された堆積物の蓄積があります。 [13]モンゴルでは過去5万年以内に3回の大陸地震が繰り返されていることも、堆積層のずれや成長の記録から発見されている。 [14]

動的故障モデリング

バネ・スライダモデルよりも複雑な断層破壊の動的モデリングは、構成枠組み（速度・状態摩擦則や弾性方程式など）に基づいており、地震サイクル解析において広く用いられている。[10]動的断層モデリングにより、断層破壊サイクル挙動におけるさまざまな断層パラメータの役割を調べることができ[10]、多くの地震観測結果を再現することができる。[8]

速度と状態の摩擦の法則

速度-状態摩擦法則は動的断層モデルに広く適用されており[8] [10] [15]、断層の滑り特性に決定的な影響を与えます。[10] [16]速度-状態摩擦法則では、摩擦係数は滑り速度 (速度) とシステムの状態 (状態) の両方の関数であると仮定しています。[16] [17] [18] [19]速度-状態摩擦法則では、滑り速度が急激に増加し、その後徐々に減少して新しい定常値に達すると、摩擦係数が増加します。 [16]速度-状態摩擦関係は、熱活性化、実際の接触面積 (原子スケール)、分子結合効果などの一連の要因の影響を受けます。 [16] [19] [20]

最近の動向

動的断層モデリングは、地震サイクルを駆動するメカニズムを説明するのに役立つ。速度・状態摩擦則に基づき、断層帯の幾何学的および弾性パラメータに関連した、スロースリップイベントから急速破壊地震への移行が発見されている。 [10]応力伝達を簡素化する計算速度の速い準動的モデルにより、塑性効果を考慮した新しいモデルが可能になる。[15]しかし、同じシステムの準動的モデルと完全動的モデルを比較すると、モデリング手法が提案されている地震サイクルの滑り特性に大きな影響を与えることがわかる。[21]

地震予測アプリケーション

多くの科学者は依然として地震予測を困難あるいは不可能だと考えているものの[22]、地震サイクル理論とモデリングは長年にわたり、ハザード予測値を算出するために活用されてきました。例えば、経験的モデルは、近い将来サンフランシスコ湾岸地域を襲う大地震の発生確率を予測するために適用されてきました。 [23]さらに、科学者たちはサンアンドレアス断層のパークフィールド部分について、完全な動的モデルを確立しました。このモデルは、過去半世紀の地震記録と一致する完全な地震サイクルを再現することに成功しており、将来の地震予測に有望な可能性を示しています。[5]

参考文献

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