地震サイクル

地震サイクルとは、継続的な応力の蓄積と周期的な応力の解放の結果として、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、同様の場所で発生したM6.0の地震が30～40年ごとに機器で記録されているよく知られた例です。^[6]

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によって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]

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、地震時期、地震後期に分けることができる。 [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可能性がある。^[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可能性がある。^[1]地球のプレート運動は断層に常に応力を与えるため、このサイクルはおそらく繰り返されるだろう。^[2]

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]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ことです。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。抗力が静止摩擦限界f(0)を超えると、ブロックは地表に沿って滑ります。^{[1] [2]}動摩擦が静止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]

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、不均一な応力蓄積、時間とともに変化する地殻強度、流体の移動など、現実世界の多くの要因が周期の長さを大幅に変える可能性があります。^{[2] [8]さまざまな条件下では、応力は急速な破壊、非地震性}スロースリップ、または群発地震によって解放されます。これらの異なる滑りタイ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]}

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確認するための重要なツールです。たとえば、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^[11]の安定したひずみ蓄積と、応力蓄積によって引き起こされた南海沈み込み帯の上にあるプレートの継続的な表面隆起を示しています。^[1]干渉レーダー (InSAR)技術による南サンアンドレアス断層系の滑り速度の分析も、この断層が地震間期の終わりに近づいている可能性を示唆しています。^[12] GPSと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]

地質調査は、古代の地震の再発を明らかに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、断層を横切る水路は遮断され、オフセットされた水路は放棄され、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]過去8000年間に}アルプス断層で連続して発生した24回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たことが堆積層のずれと成長の記録から発見されている。^[14]

バネ・スライダーモデルよりも複雑ではあるが、断層破壊の動的モデル化は構成フレームワーク（速度・状態摩擦則や弾性方程式など）に基づいており、地震サイクル解析で広く使用されている。^[10]動的断層モデル化により、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]

速度と状態の摩擦則は、動的断層モデル^{[8] [10] [15]}に広く適用されており、断層の滑り特性に重大な影響を与えます。^{[10] [16]}速度と状態の摩擦則では、摩擦係数は滑り速度 (速度) とシステム条件 (状態) の両方の関数であると想定されています。^{[16] [17] [18] [19]}速度と状態の摩擦則では、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]速度と状態の摩擦関係は、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]}

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ちます。速度と状態の摩擦法則に基づいて、断層帯の幾何学的および弾性パラメータに関連する、ゆっくりした滑りイベントから急速な破壊地震への移行が発見されました。^{[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ります。^[15]ただし、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、モデリングアプローチが提案された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ります。^[21]

多くの科学者は依然として地震の予測は困難または不可能であると考えているが、^[22]地震サイクル理論とモデリングは、ハザード予測値を生成するために長い間参考にされてきた。たとえば、経験的モデルは、近い将来にサンフランシスコ湾岸地域を襲う大地震の可能性を予測するために適用されてきた。 ^[23]さらに、科学者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、完全に動的なモデルを確立した。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うまく再現し、将来の地震予測に有望である。^[5]