地下への流体圧入は微小地震を誘発し得るが、その破壊の複雑性と停止機構は十分に解明されておらず、地圏エネルギー利用に伴う地震ハザードの評価を制約している。本研究では、最大粗さ波長、粗さ振幅、動摩擦を変化させた自己相似的な粗い断層上での1395件の三次元動的破壊シミュレーションのアンサンブルを用い、断層の粗さが流体によって加圧された断層の応答をどのように調整するかを調査する。破壊の伝播と停止は、間隙圧勾配がもたらす大規模な不均質性と、断層形状の変化によって生じる局所的なせん断応力および法線応力の不均質性との競合に支配されることを示す。その結果、動的破壊の複雑性はMw約1の流体誘発微小地震の規模ですでに出現し、断層の粗さが加速・減速過程を促進し、場合によってはパルス状の破壊挙動を生じさせることが明らかになった。最大粗さ波長は、アスペリティとバリアの有効性を決定することで破壊の複雑性を制御し、それによって破壊の成長と到達可能な最大マグニチュードを規定する。シミュレーションで得られたマグニチュードは本質的に二峰性を示し、断層の粗さと摩擦が、破綻した核形成から自己停止型および暴走型の破壊への臨界遷移を決定する。さらに、粗さ振幅が小さい滑らかな断層ほど、破壊先端でより高い載荷状態を徐々に形成し、主として亀裂状の伝播を示すコヒーレントな破壊を促進する。断層の粗さは応力再分配に影響を及ぼし、破壊先端の伝播を駆動する局所的なエネルギー収支に空間変動をもたらす。このことは、凝集域寸法と破壊速度の空間変動によって裏付けられる。以上の知見は、誘発地震の最大規模を信頼性高く推定するには、初期応力条件に加えて断層形状の複雑性も考慮する必要があることを示している。
https://doi.org/10.31223/x5q210