断層ガウジにおける低速・高速すべりの局在化と破壊エネルギースケーリング

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:地震物理学や摩擦の研究者にとって、すべり局在化と破壊エネルギーのスケーリングに関する新たな理論的枠組みを提供する。

断層ガウジにおける遅いすべりと速いすべりの局在化は、地震およびスローすべりイベントのメカニズムを理解する上で極めて重要な役割を果たす可能性がある。ここでは、この局在化に伴う破壊エネルギーと、その後の熱的弱化を調査する。我々は、高ひずみ速度でのフラッシュヒーティングと間隙流体の熱圧力化を伴う速度・状態依存摩擦に支配されるガウジに対して、数値シミュレーションを補完した解析的枠組みを構築する。このモデルは、初期の分布せん断から地震時主すべり「面」への遷移をすべり量 $δ_{\mathrm{loc}} \approx γ_c h$ で捉え、破壊エネルギーの分解 $G = G_\mathrm{loc}(h) + ΔG(δ)$ を与える。局在化に関連する最小成分 $G_\mathrm{loc}$ はガウジ厚さ $h$ に比例し、これはさらに断層サイズに線形に比例する。フラッシュヒーティングは、高速の地震時すべりに対して局在化後にのみ活性化され、急激な強度低下を生じさせ、$G_\mathrm{loc}$ の大きさに寄与する。局在化後の項 $ΔG$ は、効率的な熱圧力化により地震時すべりとともに増加し、$h$ には依存しない。局在化は、速度弱化および速度強化の両方のガウジに対して予測される。なぜなら、過渡的な状態発展がすべり速度の増加後に見かけの弱化を駆動するからである。これらの結果は、せん断帯厚さ、臨界すべり量、および破壊エネルギーのスケーリングに関する現場、実験室、および地震学的観測を統合し、小規模イベントがスケール依存の $G_\mathrm{loc}$ によって支配される一方で、大規模な破壊が $ΔG$ の優位性によりますます断層不変となる理由を明確にする。我々の枠組みは、ガウジ厚さと地震時破壊エネルギーの下限値との関係、およびスローすべり過渡現象と高速地震のメカニズムに関する検証可能な予測を提供する。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

The localization of slow and fast slip in fault gouges may play a crucial role in understanding the mechanics of earthquakes and slow slip events. Here, we investigate the fracture energy accompanying this localization and the subsequent thermal weakening. We develop an analytical framework, complemented by numerical simulations, for a gouge governed by rate-and-state-dependent friction with flash-heating at high strain rate and thermal pressurization of pore fluids. The model captures the transition from initially distributed shearing to a co-seismic principal slip ``surface'' at slip $δ_{\mathrm{loc}} \approx γ_c h$, and yields a decomposition of the fracture energy, $G = G_\mathrm{loc}(h) + ΔG(δ)$. The minimum, localization-related component $G_\mathrm{loc}$ scales with gouge thickness $h$, which in turn scales linearly with fault size. Flash heating is activated only upon localization for fast earthquake slip, producing an abrupt strength drop, and contributing to the magnitude of $G_\mathrm{loc}$. The post-localization term $ΔG$ increases with co-seismic slip due to efficient thermal pressurization and is insensitive to $h$. Localization is predicted to occur for both rate-weakening and rate-strengthening gouges because transient state evolution drives apparent weakening after a slip-rate increase. These results unify field, laboratory, and seismological observations of shear band thickness, critical slip, and fracture-energy scaling, and they clarify why small events can be governed by scale-dependent $G_\mathrm{loc}$ whereas large ruptures become increasingly fault-invariant as $ΔG$ dominates. Our framework provides testable predictions for the relation of gouge thickness to lower bounds of co-seismic fracture energy, and the mechanics of slow-slip transients and fast earthquakes.