断層やプレート境界に応力や摩擦特性などの不均一性がある場合、断層は複数のセグメントに分割でき、これら複数セグメントが同時に破壊される場合（連動破壊）、時間遅れを伴って破壊される場合、単独で破壊される場合などがある。複数セグメントがどのように破壊されるかは単純ではなく、たとえば、東海、東南海、南海のセグメントがどのように破壊されるかについて、明確な規則性は見つかっていない。本研究では、断層が複数セグメントに分かれている場合、これらセグメントがどのように破壊されるかを数値シミュレーションにより検討する。現時点で可能なことは、どのような状況であればどのような破壊になるか、ということを調べることである。現実のプレート境界の状況などが十分な精度でわかっていないため、南海トラフで次に発生する地震がどのようなものになるかについて予測するのは難しいことは注意する必要がある。

プレート境界の地震発生サイクルシミュレーションモデル開発

東南海・南海地震の動的破壊過程のシミュレーションを行った。GPSデータからプレート境界のすべり遅れ速度分布を推定し、これが前回の巨大地震（1944年東南海地震、1946年南海地震）から継続しているものと仮定すれば、プレート境界面でのすべり遅れ蓄積量が推定できる。さらに、これからプレート境界面でのせん断応力分布を推定することができる。このせん断応力分布を初期条件として、摩擦特性の分布や初期破壊を適切に仮定することにより、東南海地震・南海地震の動的破壊過程の数値シミュレーションを行った。同じ初期応力分布を仮定しても、破壊開始点の位置により、東南海・南海の連動破壊になったり、単独の破壊で終わってしまう場合など、発生する地震は異なる性質をもつことが明らかになった。これは、地震性すべりによる応力が破壊過程に影響を及ぼすためである。

単純なモデルを使う利点は、非常に広範囲のパラメタ依存性や、地震サイクルの統計的性質を調べることが可能なことである。２自由度および３自由度のバネーブロックモデルを用いて、地震サイクルのシミュレーションを行った結果、以下のことがわかった。

1. ブロック間の結合がある程度強くなると、カオス的なものも含め複雑な地震サイクルが現れる傾向がある。
2. １つのブロックで地震性すべりと非地震性すべりが発生することがある。
3. ２つのブロックでの破壊時刻の時間差がゼロに近い場合に頻度のピークがある場合でも、時間差が数十年になる可能性もある。

破壊開始点における応力集中が十分に大きくなり破壊成長により解放されるエネルギーが破壊エネルギーよりもおおきくなると地震は発生する。固着している領域と非地震性すべり域の境界で応力集中は最大になると考えられ、非地震性すべりの増大により、時間とともに応力集中は大きくなる。線形破壊力学に基づく計算によると、破壊開始点における破壊エネルギーGcはVpl2Tr2に比例することが期待される（Vplはプレート相対運動速度、Trは地震発生間隔）。