- TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU DỰ BÁO ĐỘNG ĐẤT. - CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VÙNG PHÁT SINH ĐỘNG ĐẤT MẠNH. - Lãnh thổ Việt Nam nằm gần nơi tiếp xúc giữa 2 vành đai hoạt động địa chấn lớn nhất trên Trái đất: Vành đai động đất Thái Bình Dương và vành đai Địa Trung Hải – Hymalaya. - Các tài liệu lịch sử cùng với các tài liệu điều tra thực địa và quan sát bằng máy móc cho thấy trên lãnh thổ nghiên cứu đã xảy ra những trận động đất mạnh như: trận động đất cấp 8 xảy ra vào năm 114 ở bắc Đồng Hới. - các trận động đất cấp 7, cấp 8 xảy ra ở Hà Nội vào các năm . - động đất cấp 8 ở khu vực Nho Quan vào năm 1635. - động đất cấp 8 vào năm 1821 ở Nghệ An, cấp 7 ở Phan Thiết vào các năm 1882, 1887. - Từ năm 1900 đến nay, đã có hai trận động đất cấp 8 ở Điện Biên (1935) và Tuần Giáo trận động đất cấp 7 và 115 trận cấp 6-7 ở khắp các vùng miền [2]. - Chính vì thế mà nghiên cứu dự báo động đất trở thành nhiệm vụ thiết thực và cấp bách. - Một trong những nhiệm vụ quan trọng khi nghiên cứu dự báo động đất là phải tìm ra vùng phát sinh động đất mạnh. - Trên thế giới cũng như ở Việt Nam có nhiều phương pháp nghiên cứu dự báo vùng phát sinh động đất mạnh như: xác định vùng nguy hiểm động đất theo dị thường đẳng tĩnh, theo ngoại suy địa chấn, theo kiến tạo vật lý hay bằng cách đánh giá cấp năng lượng Kmax ,vv…. - Nhưng nói chung thì việc xác định và phân vùng phát sinh động đất mạnh không liên quan đơn trị tới một dấu hiệu riêng nào nên việc dự báo theo một trong những phương pháp trên đều chưa tối ưu. - Trên cơ sở phân loại các kiểu vỏ Trái đất như thế, có thể đưa ra dự báo động đất cực đại cho mỗi khu vực có cùng một kiểu vỏ. - Ưu điểm nổi trội của phương pháp này là khả năng dự báo động đất theo các dấu hiệu đặc trưng của vỏ Trái đất cả ở những nơi thiếu số liệu địa chấn. - Tuy nhiên, để dự báo động đất một cách thành công theo phương pháp này, trước hết cần giải quyết bài toán phân loại các kiểu vỏ Trái đất khu vực nghiên cứu một cách khoa hoc và chính xác. - Đó chính là lý do đề tài: “Xây dựng sơ đồ khối và chương trình phân loại vỏ Trái đất phục vụ dự báo động đất cực đại lãnh thổ Việt Nam” được chúng tôi lựa chọn khi giải quyết một trong các nhiệm vụ Hợp tác quốc tế theo Nghị định thư Việt – Nga cấp nhà nước giai đoạn 2008-2010. - Xây dựng thuật toán mới và thiết lập chương trình phân loại vỏ Trái đất phục vụ dự báo động đất cực đại. - Tìm hiểu phương pháp dự báo động đất cực đại (Mmax ) bằng cách phân loại vỏ Trái đất trên cơ sở tổ hợp các tài liệu địa chất, địa vật lý và địa chấn. - Đã chuyển giao, áp dụng một cách sáng tạo phương pháp phân loại vỏ Trái đất góp phần giải quyết nhiệm vụ dự báo động đất cực đại trong thực tế địa chấn Việt Nam.. - Lần đầu tiên ở Việt Nam phương pháp phân loại vỏ Trái đất được thực hiện bằng cách cải biến thuật toán và xây dựng chương trình tự động, cho phép liên kết, tổ hợp các tài liệu địa chất, địa vật lý và địa chấn phục vụ dự báo động đất cực đại. - Phần mở đầu gồm 4 trang trình bày tính cấp thiết và lý do chọn đề tài: “Xây dựng sơ đồ khối và chương trình phân loại vỏ Trái đất phục vụ dự báo động đất cực đại lãnh thổ Việt Nam”. - Chương 1 gồm 14 trang với 4 hình vẽ: giới thiệu tổng quan về tình hình nghiên cứu dự báo động đất trên thế giới và ở Việt Nam, các phương pháp xác định magnitude cực đại của động đất và vùng phát sinh động đất mạnh. - (Nghiên cứu cơ cấu chấn tiêu (CCCT) động đất phục vụ đánh giá tiềm năng địa chấn lãnh thổ Việt Nam và các vùng lân cận”.. - Phương pháp phân loại các kiểu vỏ Trái đất phục vụ dự báo động đất cực đại. - Tình hình nghiên cứu dự báo động đất. - Tuy nhiên, vấn đề dự báo sớm động đất sẽ xảy ra ở đâu, khi nào và có độ lớn bao nhiêu là điều mà các nhà khoa học hướng đến thì vẫn là một bài toán chưa có lời giải trọn vẹn. - Trên thế giới, động đất mạnh không phân bố đều khắp nơi mà tập trung thành từng dải gọi là vành đai động đất. - Vành đai động đất lớn nhất là vành đai Thái Bình Dương (từ bờ Tây châu Mỹ vòng qua châu Á, xuống phía Nam biển Nhật Bản, Philippin, Papua New Guinea rồi tới New Zealand), nơi đây chiếm tới 80% toàn bộ năng lượng động đất toàn thế giới. - Tiếp đến là vành đai Địa Trung Hải – Hymalaya tập trung khoảng 15% số lượng động đất mạnh. - Hình 1.1: Phân bố động đất trên thế giới (52(.. - Cường độ và thời gian xảy ra động đất (động đất kiến tạo) phụ thuộc vào mức độ đứt gãy, độ cứng và độ nén của đá tại điểm đứt gãy đó. - Lý thuyết là như vậy nhưng đến nay các nhà khoa học vẫn chưa thể dự báo được chính xác trận động đất sẽ xảy ra như thế nào. - Một trong những lần người ta đã dự báo được chính xác là trận động đất tại Haicheng, Trung Quốc, năm 1975. - Lệnh di tản đã được phát đi một ngày trước khi trận động đất mạnh 7,3 độ Richter tàn phá thành phố. - Tuy nhiên, rất ít trận động đất có những dấu hiệu tiền báo như thế. - Sau thành công ở Haicheng, cũng chính các nhà địa chấn học Trung Quốc đã không thể dự báo một trận động đất với sức hủy diệt còn lớn hơn tại Tangshan năm 1976. - Với cường độ 7,6 độ Richter, trận động đất này đã cướp đi sinh mạng của 250 nghìn người. - Các trận động đất thường là kết quả chuyển động của các bộ phận đứt gãy trên vỏ Trái đất, cấu tạo chủ yếu từ chất rắn. - Tuy rất chậm nhưng mặt đất vẫn luôn chuyển động và động đất xảy ra khi ứng suất (nội lực phát sinh trong vật thể biến dạng do các tác nhân bên ngoài tác dụng) cao hơn sức chịu đựng của đất đá. - Phát hiện này có thể là một phương pháp mới đầy hữu ích, giúp cho việc dự báo các trận động đất bằng cách định vị chính xác các đứt gãy có khả năng làm rung chuyển mặt đất và gây ra các trận động đất. - Trong khi đó, các chuyên gia của Viện Nghiên cứu vũ trụ thuộc Viện Hàn lâm khoa học Nga lại tiếp cận việc dự báo động đất sớm từ vũ trụ bằng việc lắp đặt thiết bị dự báo động đất trên trạm không gian quốc tế. - Các nhà khoa học cho rằng những thay đổi của các dòng điện tử và proton này có liên quan tới các quá trình địa vật lý trên Trái đất như dông tố, động đất, vv… Do vậy, khi ghi nhận được những thay đổi này, chúng ta có thể dự báo động đất với độ chính xác cao [52]. - Ở Việt Nam nghiên cứu dự báo động đất được tiến hành theo các hướng chính sau: dự báo thời gian phát sinh động đất và phân vùng động đất. - Muốn nghiên cứu dự báo động đất và áp dụng các biện pháp kháng chấn đối với các công trình xây dựng một cách hiệu quả và khoa học thì cần phải biết động đất mạnh sẽ xảy ra ở đâu và ảnh hưởng như thế nào đến các vùng khác của lãnh thổ. - Tức là, phải phân vùng động đất lãnh thổ Việt Nam. - Phân vùng động đất một lãnh thổ là phân chia lãnh thổ ấy thành từng phần với độ nguy hiểm động đất khác nhau. - Độ nguy hiểm động đất tại một điểm là xác suất xảy ra chấn động cường độ I và lớn hơn tại điểm đó trong các khoảng thời gian nhất định. - Các phương pháp đánh giá độ nguy hiểm động đất đều xuất phát từ nguyên lý sau: chấn động ở mỗi địa điểm là do động đất trong những vùng nguồn (vùng phát sinh động đất) địa phương và xung quanh gây ra. - Trước đây một số tác giả đã xây dựng một vài sơ đồ phân vùng động đất cho từng phần và toàn phần của lãnh thổ Việt Nam. - Sơ đồ phân vùng động đất phần phía Bắc lãnh thổ Việt Nam lần đầu tiên được công bố bởi Nha Khí Tượng năm 1968, (hình 1.2) [13]. - Trên cơ sở các số liệu lần đầu tiên được hệ thống hoá từ nhiều nguồn khác nhau, các tác giả của [13] đã nghiên cứu các qui luật cơ bản của tính địa chấn miền Bắc Việt Nam và đưa ra những kết luận về tính địa đới và sự khác biệt của động đất ở các vùng khác nhau. - Sau đó các tác giả đã nghiên cứu mối liên hệ giữa tính động đất và đặc điểm địa chấn kiến tạo để đưa ra kết luận rằng hoạt động động đất liên quan chặt chẽ với bình đồ kiến tạo, đặc biệt là kiến tạo trẻ.. - Sơ đồ phân vùng động đất miền Bắc Việt Nam được một trong các tác giả của nó, Nguyễn Khắc Mão hiệu chỉnh lại vào năm 1979, sau khi tác giả này tiến hành phân vùng động đất nước Lào [14]. - Năm 1980, Lê Minh Triết và những người khác đã tiến hành nghiên cứu tỉ mỉ hơn về phân vùng động đất miền Nam Việt Nam [23]. - Trên cơ sở đó, lần đầu tiên các tác giả đã lập được một danh mục đầy đủ hơn về động đất phần phía Nam lãnh thổ Việt Nam và nghiên cứu quy luật biểu hiện động đất ở khu vực này.. - Đến năm 1983, bản đồ phân vùng động đất Việt Nam (phần đất liền) đã được thành lập bởi nhóm tác giả của công trình [19] (hình 1.3). - Sau một thời gian dài nghiên cứu, các tác giả của công trình [20] đã thành lập được bản đồ phân vùng động đất biển Đông Việt Nam và ven bờ vào năm 2003( hình 1.4). - Hình 1.2: Sơ đồ phân vùng động đất phần phía Bắc lãnh thổ Việt Nam . - Hình 1.3: Bản đồ phân vùng động đất Việt Nam(phần đất liền. - 1983[19] Hình 1.4: Bản đồ phân vùng động đất biển Đông Việt Nam và ven bờ. - Từ các kết quả đã trình bày, rõ ràng rằng để nghiên cứu, đánh giá tiềm năng địa chấn hoặc phân vùng dự báo động đất đối với một lãnh thổ bất kỳ thì nhiệm vụ quan trọng là xác định các vùng nguồn (các đới phát sinh động đất mạnh) trên lãnh thổ đó. - Dưới đây sẽ trình bày một số phương pháp cơ bản xác định vùng phát sinh động đất mạnh đã và đang được áp dụng ở Việt Nam.. - Các phương pháp xác định vùng phát sinh động đất mạnh Có nhiều phương pháp xác định các vùng phát sinh động đất đã được đề xuất trên thế giới. - Phương pháp địa chấn kiến tạo quan niệm rằng, động đất mạnh không xảy ra khắp mọi nơi mà tập trung trong những đới hẹp, đặc trưng bởi sự phân dị cao của chuyển động kiến tạo. - Mức độ chuyển động, tính chất và kích thước của đới xác định năng lượng của động đất cực đại và tần suất lặp lại động đất. - Khi xác định các vùng phát sinh động đất người ta dựa vào các đặc trưng đó của các vùng. - Còn để đánh giá mức độ nguy hiểm của động đất người ta sử dụng số liệu về động đất mạnh xảy ra ở đâu đó trong đới, động đất như thế có thể xảy ra ở những phần khác trong cùng một đới và cả những đới khác có đặc trưng kiến tạo tương tự. - Phương pháp này có thể ứng dụng thuận lợi với những vùng lãnh thổ mà động đất có chấn tiêu nông. - Độ tin cậy của kết quả phụ thuộc vào số liệu động đất và mức độ hiểu biết về các đặc trưng của các đới phá hủy kiến tạo ở vùng nghiên cứu. - Phương pháp định lượng đánh giá cấp năng lượng Kmax của động đất cực đại có thể xảy ra ở các vùng khác nhau của lãnh thổ dựa vào độ hoạt động A (tức là mật độ động đất với cấp năng lượng K nhất định), thường được xác định theo số liệu thống kê về động đất yếu, quan trắc trong thời gian ngắn. - Một là, có nhiều thí dụ chứng tỏ bản đồ Kmax không hoàn toàn phù hợp với thực tế: động đất rất mạnh tới cấp 9 đã xảy ra ở những nơi có độ hoạt động A thấp. - Tóm lại, bản đồ Kmax xác định theo A không phải trong trường hợp nào cũng phản ánh khách quan khả năng phát sinh động đất mạnh trên một lãnh thổ. - Phương pháp kiến tạo vật lý cho rằng, vị trí, năng lượng của động đất mạnh cực đại của mỗi vùng phụ thuộc vào gradient vận tốc chuyển động kiến tạo thẳng đứng trong thời kì tân kiến tạo. - Trong đó nếu gradient vận tốc lớn hơn 10-8/năm thì trên diện tích 1000 km2 có thể xảy ra động đất cấp 7 một lần trong 1000 năm. - Sau đó gradient vận tốc cứ tăng lên 3 lần thì độ mạnh động đất tăng lên 1-2 cấp. - Thêm nữa động đất mạnh không chỉ là hệ quả của chuyển động thẳng đứng mà thường là hệ quả của các chuyển động ngang. - Ngoài các phương pháp trên, người ta cũng thử xác định mức độ nguy hiểm động đất theo lịch sử, cấu trúc, theo dị thường đẳng tĩnh, theo sự phân bố động đất theo chiều sâu,….Nhưng nói chung thì việc tìm kiếm và phân vùng phát sinh động đất mạnh nhất định không liên quan đơn trị với một dấu hiệu riêng nào. - Gần đây đã phát triển phương pháp định lượng xác định các vùng phát sinh động đất theo tập hợp các số liệu địa chất và địa vật lý bằng máy tính điện tử . - Trong phương pháp này tất cả các dấu hiệu địa chất và địa vật lý có chứa thông tin về động đất đều được định lượng hoá bằng cách phân bậc. - Sau đó xác định magnitude Mmax của động đất trên cơ sở mối tương quan của nó với các đặc trưng nói trên. - Đồng thời với việc xác định các vùng phát sinh động đất mạnh là xác định giá trị magnitude cực đại của động đất trong vùng đó. - Có nhiều phương pháp đã được áp dụng để tính Mmax như là phương pháp tính theo quy mô vùng phát sinh động đất, phương pháp hợp lý cực đại và áp dụng hàm phân bố cực trị Gumbel, phương pháp ngoại suy địa chấn… Trong phương pháp tính Mmax theo quy mô vùng phát sinh động đất thì người ta dựa vào sự liên hệ giữa kích thước của đoạn đứt gãy sinh chấn (L) cũng như bề dày tầng sinh chấn (H) với Mmax động đất [31, 32]:. - Phương pháp hợp lý cực đại [2, 18] có thể tính được giới hạn chặn hai phía của dãy những trận động đất chính và hoạt động địa chấn theo luật phân bố Poisson và biểu thức Gutenberg-Richter. - Phương trình biểu diễn quan hệ giữa tần suất xuất hiện động đất NM và chấn cấp M là phương trình nổi tiếng Gutenberg-Richter [37]: lg NM = a - bM. - Quy luật xuất hiện động đất tuân theo quy luật phân bố Poisson. - là vận tốc trung bình xuất hiện động đất có chấn cấp M ≥ m0. - Nếu xem pi là xác suất xuất hiện một trận động đất có chấn cấp M ≥ m0, thì xác suất để xuất hiện N trận động đất sẽ là:. - Khi áp dụng lý thuyết phân bố cực trị Gumbel để đánh giá độ nguy hiểm động đất luôn phải tuân thủ 2 giả thiết sau đây [2. - Từ 3 hàm phân bố tiệm cận trên ta thấy phân bố tiệm cận loại II có tồn tại giá trị cận dưới ε nên chúng không được sử dụng để đánh giá chấn cấp cực đại động đất. - Các tác giả Nguyễn Kim Lạp và Nguyễn Duy Nuôi [5] đã sử dụng hàm phân bố tiệm cận loại I của Gumbel để tính độ nguy hiểm động đất cho các vùng ở khu vực Đông Nam Á với chu kỳ khoảng số liệu cực trị là 6 tháng và 1 năm. - Phương pháp ngoại suy địa chấn dựa trên cơ sở là động đất cực đại đã xảy ra trên một vùng nào đó tại một đoạn của đứt gãy thì nó cũng có thể xảy ra ở những đoạn khác của đứt gãy đó, hoặc ở trên những đoạn đứt gãy khác tương đương với nó về vai trò cũng như đặc trưng của chúng trong kiến tạo khu vực. - Nguyên lý này có thể dẫn đến đánh giá sai về Mmax vì động đất mạnh nhất đã quan sát thấy có thể chưa phải là động đất cực đại có khả năng xảy ra, thêm vào đó, điều kiện địa chấn kiến tạo khó có thể xem là đồng nhất. - Vì vậy phương pháp phân loại đặc điểm cấu trúc vỏ Trái đất để nghiên cứu dự báo động đất cực đại trên một lãnh thổ nào đó, vừa phải dựa trên cơ sở đặc điểm cấu trúc, vừa dựa trên cơ sở đặc trưng hoạt tính kiến tạo - địa động lực. - và môi trường tích lũy ứng suất và giải phóng năng lượng thông qua hoạt động động đất. - Sau khi đã phân chia vỏ Trái đất theo các dấu hiệu đặc trưng của cấu trúc thành các ô lưới, bằng cách so sánh các ô mà tại đó đã xảy ra động đất cực đại nhưng có tính tương đồng về đặc điểm cấu trúc vỏ để cho rằng khả năng tích lũy và giải phóng năng lượng của chúng là như nhau. - Chồng chập đới phân miền đặc trưng vỏ Trái đất với sơ đồ đặc điểm hoạt động động đất cực đại quan sát thấy (Mmax. - Mmax có trong ô bất kỳ sẽ được ghi nhận tại các ô khác cùng chung một đặc trưng vỏ Trái đất mà không cần quan tâm tại đó đã xảy ra động đất yếu hơn hay chưa.. - Trong bài toán phân loại vỏ Trái cũng cần phải lựa chọn các tham số có mối liên hệ mật thiết tới hoạt tính địa chấn, đặc điểm kiến tạo để phù hợp với mục đích phục vụ dự báo động đất cực đại. - Khi phân chia vỏ Trái đất thành những kiểu vỏ khác nhau phục vụ dự báo động đất cần chú ý đặc biệt đến các đứt gãy. - Trên thực tế khi phân chia cấu trúc vỏ Trái đất để phục vụ dự báo động đất cực đại (Mmax. - Cách làm này giúp chương trình nhanh gọn hơn vì không phải giải quyết trường hợp tranh chấp nhóm khi một ô đồng thời thuộc nhiều kiểu vỏ và cũng tránh trường hợp nhiều kiểu vỏ khác nhau lại có cùng một giá trị dự báo động đất cực đại (Mmax dự báo)