intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Luận văn Thạc sĩ Vật lý: Xây dựng thuật toán và sơ đồ khối của chương trình dự báo động đất theo mô hình thống kê

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:77

Thêm vào BST
Báo xấu
47
lượt xem 3
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là xây dựng thuật toán mới và thiết lập chương trình dự báo động đất theo mô hình thống kê; áp dụng thử nghiệm chương trình được thiết lập đối với khu vực Tây Bắc Việt Nam và khu vực Đông Nam Á để so sánh kết quả dự báo với với các sự kiện đã xảy ra trong thực tế nhằm kiểm tra tính đúng đắn của chương trình.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Vật lý: Xây dựng thuật toán và sơ đồ khối của chương trình dự báo động đất theo mô hình thống kê

  1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Trần Việt Phƣơng XÂY DỰNG THUẬT TOÁN VÀ SƠ ĐỒ KHỐI CỦA CHƢƠNG TRÌNH DỰ BÁO ĐỘNG ĐẤT THEO MÔ HÌNH THỐNG KÊ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2012
  2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Trần Việt Phƣơng XÂY DỰNG THUẬT TOÁN VÀ SƠ ĐỒ KHỐI CỦA CHƢƠNG TRÌNH DỰ BÁO ĐỘNG ĐẤT THEO MÔ HÌNH THỐNG KÊ Chuyên ngành : Vật Lý Địa Cầu Mã số : 604415 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TSKH Ngô Thị Lƣ Hà Nội - Năm 2012
  3. Luận văn Thạc sĩ môc lôc MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 6 Chƣơng 1: TỔNG QUAN ............................................................................................. 9 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu dự báo động đất trên thế giới ..................... 9 1.2. Tình hình nghiên cứu dự báo động đất ở Việt Nam ................................... .11 Chƣơng 2: PHƢƠNG PHÁP DỰ BÁO ĐỘNG ĐẤT THEO MÔ HÌNH THỐNG KÊ ............................................................................................................... 19 2.1. Cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp ................................................................ 19 2.2. Qui trình dự báo động đất theo mô hình thống kê ....................................... 26 Chƣơng 3: THIẾT LẬP CHƢƠNG TRÌNH DỰ BÁO ĐỘNG ĐẤT THEO MÔ HÌNH THỐNG KÊ ..................................................................................................... 31 3.1. Thuật toán và sơ đồ khối của chƣơng trình dự báo động đất theo mô hình thống kê: ...................................................................................................................... 31 3.2. Ngôn ngữ lập trình ....................................................................................... 35 3.3. Chƣơng trình ................................................................................................ 36 3.4. Hƣớng dẫn sử dụng phần mềm .................................................................... 37 3.5. Các giao diện của chƣơng trình ................................................................... 40 3.6. Code chƣơng trình ........................................................................................ 41 Chƣơng 4: ÁP DỤNG CHƢƠNG TRÌNH DỰ BÁO ĐỘNG ĐẤT THEO MÔ HÌNH THỐNG KÊ THỬ NGHIỆM DỰ BÁO CHO CÁC KHU VỰC CỤ THỂ ............................................................................................................. ..45 4.1. Các tài liệu sử dụng ..................................................................................... 45 4.2. Áp dụng thử nghiệm chƣơng trình đối với khu vực tây bắc việt nam ......... 45 4.3. Áp dụng thử nghiệm dự báo đối với danh mục động đất đông nam á ........ 50 4.4. So sánh kết quả dự báo trong 2 trƣờng hợp khi lựa chọn xác xuất tin cậy của dự báo khác nhau ................................................................................. 53 4.5. Nhận xét ....................................................................................................... 55 KẾT LUẬN ................................................................................................................. 56 Trần Việt Phương 3
  4. Luận văn Thạc sĩ TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 58 PHỤ LỤC 1 ................................................................................................................. 65 PHỤ LỤC 2 ................................................................................................................. 72 Bảng ký hiệu các chữ viết tắt DMĐĐ Danh mục động đất DMĐĐĐL Danh mục động đất độc lập Trần Việt Phương 4
  5. Luận văn Thạc sĩ Các công trình đã công bố Trong quá trình học tập và làm việc tại viện Vật lý địa cầu để hoàn thành luận văn, tác giả luận văn đã tham gia và là đồng tác giả của các công trình đã đƣợc công bố dƣới đây: 1. Ngô Thị Lƣ, Trần Việt Phƣơng (2009), “Tách các nhóm tiền chấn, dƣ chấn từ danh mục động đất khu vực Đông Nam Á (chu kỳ 1278-2008) bằng phƣơng pháp cửa sổ không gian thời gian” Các khoa học về Trái đất 31(1), Hà Nội, 2009.Tr. 35- 43. 2. Burmin V.Yu., Ngô Thị Lƣ, Trần Việt Phƣơng (2009), “Đánh giá tính hiệu quả của hệ thống trạm địa chấn hiện có của Việt Nam” Các thiết bị địa chấn, Viện Hàn lâm khoa học Nga, 45(1), Moscow, 2009. Tr. 44-61. (Tiếng Nga). 3. Rodkin M.V.*, Ngo Thi Lu **, Pisarenko V.F.*, Tran Viet Phuong** and Vu Thi Hoan **(2010), “Change in the regime of growth of cumulative seismic energy with time: examination from the regional catalogue of Vietnam”, 8th General Assembly of Asian Seismological Commision (ASC 2010). (*- International Institute of Earthquake Prediction Theory and Mathematical Geophysics Russian Academy of Sciences (IIEPT RAS); **- Institute of Geophysics VAST (Vietnam Academy of Science and Technology). 4. V.Yu. Burmin*, Ngo Thi Lu**, Tran Viet Phuong**(2010), “Design of an optimal network of seismic stations in North Vietnam” 8th General Assembly of Asian Seismological Commision (ASC 2010). *Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia; **Institute of Geophysics of Vietnamese Academy of Science and technology, Hanoi. 5. Ngo Thi Lu, Nguyen Anh Quan, Tran Viet Phuong (2010), “Establishing a computer program for earthquake prediction on the vietnamese territory and adjacent regions by zoning of Earth’s crust types” Journal of Geology, series B(35-36/2010). tr. 111-130). Trần Việt Phương 5
  6. Luận văn Thạc sĩ 6. Ngô Thị Lƣ, Trần Việt Phƣơng (2012) “Thiết lập chƣơng trình dự báo động đất theo mô hình thống kê”, Địa chất, Số 331-332; 5-8/2012, tr. 40-49. ISSN 0866- 7381. 7. Ngô Thị Lƣ, Trần Việt Phƣơng (2012) “Cải biên thuật toán và xây dựng sơ đồ khối của chƣơng trình dự báo động đất cực đại bằng phƣơng pháp vật lý kiến tạo”, Tc Địa chất 331-332; 5-8/2012, tr. 50-58. ISSN 0866-7381. 8. Ngô Thị Lƣ, Trần Việt Phƣơng (2012) “Về một cách tiếp cận mới đề xây dựng thuật toán và quy trình dự báo động đất theo mô hình thống kê”, Các khoa học về Trái đất 34(3), Hà Nội, 2012, tr. 3-7. 9. Ngô Thị Lƣ (Chủ nhiệm đề tài), Trần Việt Phƣơng, Phùng Thị Thu Hằng, Nguyễn Hữu Tuyên và nnk (2011) Đánh giá tiềm năng địa chấn lãnh thổ Việt Nam theo tổ hợp các tài liệu địa chất-địa vật lý và địa chấn, Nhiệm vụ hợp tác khoa học quốc tế giữa hai viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam và viện HLKH Liên bang Nga theo Nghị định thƣ cấp Nhà nƣớc (giai đoạn 2008-2010). Hà Nội, 2011. Báo cáo tổng kết đề tài. 163tr. Trần Việt Phương 6
  7. Luận văn Thạc sĩ MỞ ĐẦU Những năm gần đây, thảm hoạ động đất, sóng thần trên toàn cầu ngày một gia tăng, nhất là đối với khu vực Đông Nam Á. Do có vị trí địa lý nằm tại nơi tiếp giáp giữa 2 vành đai hoạt động địa chấn lớn liên quan với 2 vành đai phá huỷ kiến tạo chính hoạt động mạnh mẽ nhất trên hành tinh, nên Đông Nam Á không những chịu ảnh hƣởng của hoạt động phá huỷ kiến tạo mạnh mà còn chịu độ nguy hiểm động đất và sóng thần rất cao. Đặc biệt, thảm hoạ động đất sóng thần Sumatra ngày 26.12.2004, thảm hoạ do động đất Tứ Xuyên (12.05.2008) và động đất (4.2010) (Trung Quốc), thảm họa động đất Tōhoku (Nhật Bản) vào ngày 11 tháng 3 năm 2011 đã gây tổn thất vô cùng nghiêm trọng về ngƣời, về của và cả về sự phá huỷ môi trƣờng. Gần đây nhất, hiện tƣợng động đất liên tục xảy ra tại khu vực đập thủy điện sông Tranh 2 gây hoang mang trong dƣ luận cả nƣớc nói chung và tỉnh Quảng Nam nói riêng. Tình hình thực tế nêu trên làm cho vấn đề dự báo động đất, sóng thần, vốn là vấn đề nan giải và luôn mang tính thời sự trên qui mô toàn cầu, càng trở nên cấp thiết hơn và đang đƣợc các nhà khoa học vô cùng quan tâm. Lãnh thổ VN tham gia vào thành phần của ĐNA, nên ít nhiều chịu ảnh hƣởng của vùng hoạt động kiến tạo và vùng nguy hiểm địa chấn, đƣợc đặc trƣng bởi tính địa chấn và hoạt động kiến tạo tích cực nhƣ vậy. Do đó, nghiên cứu dự báo động đất đối với lãnh thổ Việt Nam và các vùng lân cận không những là vấn đề có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao mà còn là một nhiệm vụ có tính cấp thiết đối với thực tế địa chấn Việt Nam. Để giải quyết vấn đề mang tính thời sự nhƣ vậy đối với một lãnh thổ bất kỳ, một trong những nhiệm vụ quan trọng hàng đầu là cần xây dựng và thiết lập một chƣơng trình, cho phép dự báo thời gian, địa điểm và độ mạnh của trận động đất có thể xảy ra trong tƣơng lai gần nhằm xây dựng các biện pháp phòng tránh, giảm thiểu tối đa thiệt hại có thể. Nhiệm vụ nhƣ vậy càng có ý nghĩa hơn trong bối cảnh Viện VLĐC đang thực hiện Dự án tăng cƣờng trang thiết bị trạm, phục vụ báo tin động đất và cảnh báo sóng thần. Để giải quyết vấn đề nêu trên, một trong những nhiệm vụ có tính cấp thiết là cần tiến hành là “Xây dựng thuật toán và sơ đồ khối của chương trình dự báo động Trần Việt Phương 7
  8. Luận văn Thạc sĩ đất theo mô hình thống kê”. Đó chính là lý do mà tác giả luận văn đã chọn tên đề tài nghiên cứu này. Mục tiêu của luận văn 1. Xây dựng thuật toán mới và thiết lập chƣơng trình dự báo động đất theo mô hình thống kê. 2. Áp dụng thử nghiệm chƣơng trình đƣợc thiết lập đối với khu vực Tây Bắc Việt Nam và khu vực Đông Nam Á để so sánh kết quả dự báo với với các sự kiện đã xảy ra trong thực tế nhằm kiểm tra tính đúng đắn của chƣơng trình. Nhiệm vụ của luận văn 1. Tìm hiểu phƣơng pháp dự báo động đất theo mô hình thống kê trên cơ sở tổ hợp các tài liệu địa vật lý và địa chấn. 2. Thu thập các tài liệu địa vật lý và địa chấn cho khu vực nghiên cứu, phân tích, lựa chọn và chỉnh lý số liệu phục vụ hƣớng nghiên cứu. 3. Xây dựng thuật toán, sơ đồ khối, lựa chọn ngôn ngữ lập trình phù hợp và thiết lập chƣơng trình phân loại vỏ Trái đất trên máy tính. 4. Áp dụng thử nghiệm chƣơng trình đã đƣợc thiết lập đối với các khu vực khác nhau, nhận xét và đánh giá khả năng ứng dụng của chƣơng trình. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn 1. Đã chuyển giao, áp dụng một cách sáng tạo phƣơng pháp dự báo bằng mô hình thống kê, góp phần giải quyết nhiệm vụ dự báo đƣợc thời gian, tọa độ và magnitude của động đất ở Việt Nam và lân cận. 2. Thời gian gần đây có rất nhiều các trận động đất mạnh xảy ra, gây nên những tổn thất vô cùng nặng nề về ngƣời và của. Vì vậy, xây dựng một phần mềm có khả năng dự báo trƣớc đƣợc động đất là một yêu cầu vô cùng cấp thiết có ý nghĩa khoa học và có ý nghĩa thực tiễn. Trần Việt Phương 8
  9. Luận văn Thạc sĩ 3. Những nội dung đã đƣợc thực hiện trong luận văn này góp phần thiết thực vào việc giải quyết một trong nhiệm vụ của Đề tài độc lập cấp Viện khoa học Việt Nam, mã số: VAST.ĐL.09/11-12: “Xây dựng bộ chương trình thử nghiệm dự báo ngắn hạn động đất trên cơ sở mô hình thống kê kết hợp sử dụng các phương pháp Vật lý kiến tạo, áp dụng đối với lãnh thổ Việt Nam và các cùng lân cận”. Cấu trúc của luận văn Luận văn gồm phần mở đầu, 4 chƣơng, kết luận, tài liệu tham khảo và 2 phụ lục. Toàn bộ các nội dung nêu trên đƣợc trình bày trên 76 trang đánh máy khổ A4, với 10 hình vẽ và 4 bảng biểu minh họa (không kể phần phụ lục). Phần mở đầu gồm 4 trang trình bày tính cấp thiết và lý do chọn đề tài: “Xây dựng thuật toán và sơ đồ khối của chương trình dự báo động đất theo mô hình thống kê”. Trong phần này còn trình bày mục tiêu , nhiệm vụ, các kết quả nhận đƣợc, các điểm mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn. Chƣơng 1: gồm 10 trang, giới thiệu tổng quan về tình hình nghiên cứu dự báo động đất trên thế giới và ở Việt Nam, các phƣơng pháp xác định magnutide cực đại của động đất và vùng phát sinh động đất mạnh. Chƣơng 2: gồm 12 trang với 3 hình vẽ trình bày cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp và quy trình dự báo động đất. Chƣơng 3: gồm 14 trang với 4 hình vẽ. Nội dung chƣơng này trình bày thuật toán, sơ đồ khối, giới thiệu về ngôn ngữ lập trình đƣợc sử dụng, các giao diện của chƣơng trình và hƣớng dẫn sử dụng chƣơng trình. Chƣơng 4: gồm 11 trang với 3 hình vẽ và 4 bảng biểu trình bày kết quả áp dụng thử nghiệm chƣơng trình đã lập để dự báo động đất cho khu vực Tây Bắc Việt Nam và khu vực Đông Nam Á. Trên cơ sở các kết quả này tác giả đã đƣa ra những nhận xét và đánh giá về khả năng áp dụng và các ƣu điểm của chƣơng trình đã lập. Trần Việt Phương 9
  10. Luận văn Thạc sĩ Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu dự báo động đất trên thế giới: Từ lâu các nhà khoa học đã thống kê và tổng kết đƣợc những nguyên nhân chính gây ra động đất, nơi nào thƣờng xuyên xảy ra động đất và tính toán đƣợc những tham số cơ bản của một trận động đất khi nó diễn ra. 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 hƣớng đến thì vẫn là một bài toán chƣa có lời giải trọn vẹn. Qua nhiều thế kỷ, ngƣời ta đã dựa trên những cơ sở khác nhau, từ các hoạt động khác thƣờng của một số loài vật tới những hình thù kỳ lạ của các đám mây, sự biến đổi đột ngột của mực nƣớc giếng, hay sự thay đổi hàm lƣợng radon hoặc hydro trong đất đá để tìm cách dự báo động đất. Một trong những lần ngƣời ta đã dự báo đƣợc chính xác là trận động đất tại Haicheng, Trung Quốc, năm 1975. Lệnh di tản đã đƣợc phát đi một ngày trƣớc khi trận động đất mạnh 7,3 độ Richter tàn phá thành phố. Trong nhiều tháng trƣớc đó, ngƣời ta đã ghi đƣợc hàng loạt những trận động đất nhỏ, cùng với nó là sự thay đổi mực nƣớc ngầm và sự dâng lên của bề mặt địa hình. Tuy nhiên, rất ít trận động đất có những dấu hiệu tiền báo nhƣ 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 cƣờng độ 7,6 độ Richter, trận động đất này đã cƣớp đi sinh mạng của 250 nghìn ngƣời. Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, công nghệ dự báo thiên tai ngày càng đƣợc hoàn thiện hơn. Các trận động đất thƣờng 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 nhƣng 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. Các nhà khoa học nhận thấy rằng việc đo những sự thay đổi trong các đoạn đứt gãy khó hơn nhiều so với việc đo biến thiên ứng suất, đặc biệt là các Trần Việt Phương 10
  11. Luận văn Thạc sĩ đứt đoạn nằm sâu bên trong thạch quyển. Gần đây, các chuyên gia khoa học của Viện nghiên cứu Carnegie - Mỹ đã tìm ra cách để kiểm tra và giám sát chiều dài của các đoạn đứt gãy, cũng nhƣ sự dịch chuyển của chúng trên vỏ Trái đất. Phát hiện này có thể là một phƣơng 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. Thiết bị này có thể ghi nhận những biến đổi của các dòng điện tử và proton có năng lƣợng trung bình trong khoảng không gian gần Trái đất. 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 nhƣ dông tố, động đất, vv… Do vậy, khi ghi nhận đƣợc những thay đổi này, chúng ta có thể dự báo động đất với độ chính xác cao. Ngoài ra, ngƣời ta đã và đang sử dụng hàng loạt các phƣơng pháp nghiên cứu dự báo động đất khác dựa trên việc làm sáng tỏ các dấu hiệu khác nhau nhƣ: - Các dấu hiệu về sự phát triển của vùng nguồn (dị thƣờng về mật độ các đứt gãy sinh chấn), - Quan hệ giữa vận tốc lan truyền sóng dọc và sóng ngang, - Năng lƣợng giải phóng trong các chuỗi động đất, và hàng loạt các dấu hiệu khác có đặc trƣng báo trƣớc các động đất tƣơng lai (các động đất sẽ xảy ra). Trong một loạt các phƣơng pháp khác ngƣời ta lại sử dụng các bất thƣờng đồng thời trong diễn biến của một số các dấu hiệu có bản chất vật lý khác nhau. Một số công trình theo hƣớng này chứa các công thức thuật toán dự báo động đất. Đó là các thuật toán dự báo động đất CN và M8. Kết quả dự báo động đất theo kiểu nhƣ vậy là chỉ ra vùng động đất mạnh trong tƣơng lai, mà ở đó trong một khoảng thời gian nào đó (thƣờng là nhiều năm và gọi là dự báo trung hạn) sẽ xảy ra động đất. Ƣu điểm của hệ phƣơng pháp và các thuật toán dự báo trung hạn nhƣ trên là làm sáng tỏ đƣợc các dấu hiệu của động đất tƣơng lai, có ý nghĩa vật lý và cho phép Trần Việt Phương 11
  12. Luận văn Thạc sĩ đánh giá chúng bằng các phƣơng pháp thống kê. Tuy nhiên, tính không xác định của độ chính xác dự báo động đất trung hạn có thể coi là nhƣợc điểm cơ bản của các phƣơng pháp này. Vì vậy, trong luận văn này, tác giả sẽ ứng dụng mô hình thống kê để thiết lập chƣơng trình thƣ̉ nghiê ̣m dự báo ngắ n ha ̣n động đất và magnitude của chúng, áp dụng đối với lãnh thổ Việt Nam và các vùng lân cận . Cách tiếp cận mới này vừa đơn giản hơn mà lại có khả năng loại bỏ đƣợc các nhƣợc điểm của các phƣơng pháp nêu trên. 1.2. Tình hình nghiên cứu dự báo động đất ở Việt Nam: Nghiên cứu dự báo động đất ở Việt Nam chủ yếu đƣợc tiến hành theo hai nhóm phƣơng pháp chính nhƣ sau:  Dự báo động đất cực đại trên cơ sở các tài liệu địa chất – địa vật lý.  Dự báo động đất cực đại trên cơ sở phân tích thống kê địa chấn. * Dự báo động đất cực đại trên cơ sở tài liệu địa chất – địa vật lý bao gồm một số phương pháp như sau: 1.2.1. Phương pháp tính Mmax theo quy mô vùng phát sinh động đất: Theo phƣơng pháp này, ngƣời ta dựa vào sự liên hệ giữa kích thƣớc của đoạn đứt gãy sinh chấn (L) cũng nhƣ bề dày tầng sinh chấn (H) với M max động đất [37, 38, 43, 44]: Mmax ≤ 2lg L(km) + 1.77 Mmax ≤ 4lg H(km) + 0.48 Độ chính xác của phƣơng pháp phụ thuộc vào việc chúng ta xác định kích thƣớc của đoạn đứt gãy sinh chấn và bề dày tầng sinh chấn nhƣ thế nào. Phƣơng pháp này áp dụng tốt cho vùng có đứt gãy hoạt động nhƣng đồng thời nó lại không thể dự báo đƣợc Mmax cho những vùng khác không có đứt gãy hoạt động. 1.2.2. Phương pháp kiến tạo vật lý: Theo phƣơng pháp này cho rằng, vị trí, năng lƣợng 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 Trần Việt Phương 12
  13. Luận văn Thạc sĩ 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. Song cần lƣu ý rằng, động đất trƣớc hết là hệ quả của các chuyển động hiện đại mà gradient vận tốc trung bình trong cả chu kỳ tân kiến tạo có thể không phản ánh đƣợc, do đó có thể gradient của vận tốc ấy không phản ánh mức độ nguy hiểm động đất hiện nay. Thêm nữa động đất mạnh không chỉ là hệ quả của chuyển động thẳng đứng mà thƣờng là hệ quả của các chuyển động ngang. Trong từng trƣờng hợp đó gradient vận tốc chuyển động thẳng đứng không nói lên điều quan trọng nhất. 1.2.3. Phương pháp đánh giá chuyên gia Cơ sở chính của phƣơng pháp này là việc xác định mức độ phản ánh của các lớp đối tƣợng địa chất – địa vật lý về đặc trƣng hoạt động động đất. Mức độ phản ánh này đƣợc biểu diễn qua trọng số của từng tham số. Sau khi phân loại đối tƣợng, gán trọng số cho đối tƣợng, chúng ta tổng hợp ảnh hƣởng của các đối tƣợng để dự báo khu vực có khả năng phát sinh động đất mạnh cũng nhƣ thành lập bản đồ dự báo chấn động cực đại [42]. 1.2.4. Sử dụng kết hợp các tài liệu địa chất – địa vật lý: Các phƣơng pháp này bƣớc đầu đã đƣợc áp dụng ở Việt Nam trong một số công trình trên cơ sở sử dụng các đặc trƣng cấu trúc vỏ [8, 39, 40]. Ngoài ra, các tác giả của công trình [27] cũng sử dụng một số đặc trƣng cấu trúc vỏ Trái đất để áp dụng thử nghiệm dự báo động đất theo vecto dấu hiệu nhiều chiều. Tuy nhiên, các kết quả nhận đựơc trong những công trình nêu trên còn hết sức sơ lƣợc. Mặt khác cũng chƣa có tác giả nào xây dựng đƣợc thuật toán và thiết lập đƣợc chƣơng trình dự báo động đất phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam trên cơ sở các phƣơng pháp áp dụng. * Các phương pháp dự báo động đất cực đại trên cơ sở phân tích thống kê địa chấn đã và đang được sử dụng ở Việt Nam chủ yếu là: 1. Bài toán phân bố cực trị Gumbel: Trần Việt Phương 13
  14. Luận văn Thạc sĩ Cơ sở lý thuyết các hàm phân bố cực trị của Gumbel đã đƣợc trình bày trong nhiều công trình nghiên cứu ở Việt Nam và thế giới [52, 53, 10, 27, 28, 34]. Nếu ta coi X là các biến ngẫu nhiên có hàm phân bố là F(X) F(X) = P{X  x} thì xác suất để cho x là lớn nhất trong n mẫu độc lập từ cùng phân bố F(X) sẽ là: G(x) = P{ X1  x, X2  x,..., Xn  x } = Fn (x) Đó chính là hàm phân bố của các cực trị. Nếu nhƣ ta biết đƣợc hàm phân bố ban đầu F(X) thì sẽ rất đơn giản để nhận đƣợc chính xác phân bố của các cực trị. Nhƣng thông thƣờng ta không biết đƣợc hàm phân bố ban đầu, nên cần phải xem đến dạng đƣờng tiệm cận của sự phân bố các cực trị. Khi áp dụng lý thuyết phân bố cực trị Gumbel vào trong dự báo động đất luôn phải tuân thủ 2 giả thiết, đó là [10]: - Các cực trị quan sát đƣợc trong một khoảng thời gian cho trƣớc độc lập đối với nhau. - Các điều kiện đã xảy ra trong quá khứ vẫn có thể xảy ra trong tƣơng lai. Gumbel đã xây dựng đƣợc 3 loại hàm phân bố tiệm cận các cực trị, trong đó hàm phân bố cực trị loại I có dạng: G1 ( x)  exp[ e   ( xu ) ] với  > 0 ở đây: u - là đặc trƣng các cực trị, - là hàm cƣờng độ cực trị ; u và  là các tham số cần xác định. u  k Phân bố loại II có dạng: G 2 ( x)  exp[ ( ) ] với k > 0, x ≥ ε , u > ε ≥ 0 x  Trong đó k – là đại lƣợng hình dạng, ε – là giá trị cận dƣới của các cực trị, u – đặc trƣng các cực trị, u, k, ε là các tham số cần xác định. w x k Phân bố loại III có dạng: G 3 ( x)  exp[ ( ) ] với k > 0, x  w, u < w wu Trong đó, w – là giá trị cận trên của các cực trị, u, k, w là các tham số cần xác định. Trần Việt Phương 14
  15. Luận văn Thạc sĩ Từ 3 hàm phân bố tiệm cận trên ta thấy phân bố tiệm cận loại II có tồn tại giá trị cận dƣới ε nên chúng không đƣợc sử dụng để đánh giá chấn cấp cực đại động đất. Thông thƣờng chúng ta chỉ dùng 2 hàm còn lại để giải quyết nhiệm vụ trên. Nguyễn Kim Lạp và Nguyễn Duy Nuôi [19] 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. Nguyễn Hồng Phƣơng [28] sử dụng hàm phân bố loại III của Gumbel kết hợp với hợp lý cực đại và phân bố β để tính cho các vùng nhỏ trên lãnh thổ Việt Nam. Nguyễn Đình Xuyên và Nguyễn Ngọc Thủy sử dụng hàm Gumbel loại I cải tiến để tính cho các vùng thuộc khu vực thủy điện Sơn La [43]. Trần Thị Mỹ Thành đã tính Mmax cho 23 vùng nguồn dựa theo hàm Gumbel III [34]… 2. Phương pháp hợp lý cực đại có thể tính đƣợc 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. Phƣơng trình biểu diễn quan hệ giữa tần suất xuất hiện động đất NM và chấn cấp M là phƣơng trình nổi tiếng Gutenberg-Richter [53]: lg NM = a - bM Quy luật xuất hiện động đất tuân theo quy luật phân bố Poisson. Trong mỗi vùng nguồn, coi động đất là các sự kiện độc lập (loại bỏ tiền chấn và dƣ chấn), xác suất P N để xảy ra N trận động đất có chấn cấp M ≥ m0, gây ra cƣờng độ chấn động I lớn hơn mức i nào đó, trên toàn vùng nguồn trong khoảng thời gian t năm thỏa mãn phƣơng trình: e t (t ) n PN= P [ N = n ] = n! n = 0, 1, 2 ... trong đó  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: Trần Việt Phương 15
  16. Luận văn Thạc sĩ e  pit ( pi t ) n N =P[ N=n]= n! n = 0, 1, 2 ... Trong trƣờng hợp đặc biệt, phân bố xác suất của cƣờng độ chấn động cực đại trong khoảng thời gian t năm đƣợc xem nhƣ: P [ I (max i)  i ] = P [ N = 0 ] = e  p t i Trong đó I (max i) là cƣờng độ chấn động cực đại trong khoảng thời gian t năm đối với vùng nguồn. Hai phƣơng pháp, hợp lý cực đại và sử dụng hàm phân bố Gumbel, vừa nêu trên đều mang bản chất của xác suất thống kê. Ƣu điểm của các phƣơng pháp này là áp dụng thuận tiện, dễ dàng. Nhƣng nó cũng mang nhƣợc điểm chung của phƣơng pháp xác suất là các mô hình đƣợc xây dựng trên giả định là lịch sử lặp lại, độ tin cậy của kết quả phụ thuộc vào việc thu thập số liệu đầy đủ và chính xác đến đâu. 3. Sử dụng quy luật biểu hiện hoạt động động đất : 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 tƣơng đƣơng với nó về vai trò cũng nhƣ đặc trƣng của chúng trong kiến tạo khu vực. Phương pháp dự báo Mmax dựa vào hoạt động tiền chấn – dư chấn Trƣớc những trận động đất lớn thƣờng có một vài trận động đất nhỏ (tiền chấn) báo hiệu thời kì yên tĩnh đã chuyển sang thời kì hoạt động động đất và sau kích động chính cũng xuất hiện những trận động đất nhỏ (dƣ chấn). Nghiên cứu quy luật hoạt động tiền chấn – dƣ chấn giúp dự báo đƣợc kích động chính (nếu đã có tiền chấn) và những dƣ chấn (khi biết kích động chính). Bài toán này đã đƣợc đề cập và giải quyết năm 2003 bởi các tác giả của công trình [45]. Trần Việt Phương 16
  17. Luận văn Thạc sĩ Mô hình thời gian – magnitude để đánh giá khả năng phát sinh động đất Theo mô hình này, một số tác giả của Nhật Bản và Thổ Nhĩ Kỳ (Papazachos B.C., Karakaisis G.F.,..) đã chỉ ra rằng, thời gian xuất hiện của một trận động đất tại một nguồn phát sinh động đất phụ thuộc vào magnitude và thời gian xuất hiện của trận động đất xảy ra trƣớc trong vùng theo công thức: Log T = bMmin +cMp +a Trong đó, Mp là magnitude của trận động đất chính xảy ra trƣớc đó, Mmin ngƣỡng magnitude của trận động đất dùng trong thống kê xảy ra tại nguồn sinh chấn, T là khoảng thời gian giữa các trận động đất Mp và Mmin. Các hệ số a, b, c đƣợc xác định theo phƣơng pháp hồi quy bội từ các giá trị thực tế của T, Mp và Mmin. Dựa vào mô hình thời gian – magnitude có thể đánh giá đƣợc khả năng phát sinh động đất theo thời gian cho từng vùng nguồn. Kết quả nhận đƣợc là xác suất trận động đất cấp M xảy ra sau khoảng thời gian t năm tính từ năm hiện tại làm mốc. Ở Việt Nam, bài toán dự báo động đất kiều này đƣợc áp dụng lần đầu năm 2002 cho khu vực Lai Châu - Điện Biên [9]. Sau đó, năm 2004, Đặng Thanh Hải lại tiếp tục áp dụng phƣơng pháp này cho phần phía Bắc lãnh thổ Việt Nam [10]. Tóm lại, dự báo thời gian phát sinh động đất ở Việt Nam chủ yếu mới chỉ là dự báo trung hạn và dài hạn dựa trên các quy luật phát sinh động đất thông qua thuật toán thông kê, nhƣ dự báo tần suất lặp lại động đất, mô hình thời gian – magnitud, quy luật hoạt động tiền chấn… Các phƣơng pháp: hợp lý cực đại và sử dụng hàm phân bố Gumbel nêu trên đều mang bản chất của xác suất thống kê. Ƣu điểm của các phƣơng pháp này là áp dụng thuận tiện, dễ dàng. Nhƣng nó cũng mang nhƣợc điểm chung của các phƣơng pháp xác suất là các mô hình đƣợc xây dựng trên giả định rằng lịch sử lặp lại, độ tin cậy của kết quả phụ thuộc vào tính đầy đủ và độ chính xác của số liệu sử dụng. Thêm nữa, kết quả của việc áp dụng các phƣơng pháp thống kê kiểu này chỉ cho phép nhận đƣợc những đánh giá rất sơ lƣợc về qui luật phân bố động đất và tần suất lặp lại động đất (thƣờng là trung hạn và dài hạn Trần Việt Phương 17
  18. Luận văn Thạc sĩ (từ vài trăm năm đến hàng nghìn năm) đối với một khu vực mà không thể chỉ ra một cách cụ thể ngày giờ, địa điểm và độ lớn của trận động đất có khả năng xảy ra trong tƣơng lai gần. Phƣơng pháp ngoại suy địa chấn thì 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 tƣơng đƣơng với nó về vai trò cũng nhƣ đặc trƣng 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 chƣa 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. Để khắc phục những hạn chế đã nêu, cần phải mở rộng vùng nghiên cứu để có thể đánh giá tính tƣơng đồng của vỏ Trái đất trên quy mô lớn hơn, điều này sẽ làm tăng tính đúng đắn khi lấy M max là đại diện cho những mảnh có đặc trƣng kiến tạo tƣơng đồng. Đồng thời cũng cần phải thu thập và sử dụng một lƣợng lớn các tham số liên quan đến đặc trƣng địa chấn, đặc điểm kiến tạo của khu vực, ví dụ nhƣ tài liệu từ, trọng lực, móng kết tinh, các mặt gián đoạn, các đứt gãy và số liệu về động đất…Có nghĩa là, chúng ta phải sử dụng tổ hợp các tài liệu địa chất, địa vật lý và địa chấn để có thể đánh giá một cách đúng đắn nhất về tiềm năng địa chấn khu vực nghiên cứu. Trong giai đoa ̣n 2008-2010 tác giả luận văn đã tham gia thƣ̣c hiê ̣n Nhiê ̣m vu ̣ Hơ ̣p tác quố c tế Viê ̣t-Nga theo Nghi ̣đinh ̣ thƣ cấ p Nhà nƣớc : “Đánh giá tiề m năng điạ chấ n lañ h thổ Viê ̣t Nam theo tổ hơ ̣p các tài liê ̣u điạ chấ t , điạ vâ ̣t lý và điạ chấ n” . Trong quá triǹ h thƣ̣c hiê ̣n Nhiê ̣m vu ̣ này , tác giả đã cùng các đồng nghiệp bƣớc đầ u đã xây dƣ̣ng một chƣơng trin ̀ h cho phép đánh giá dƣ̣ báo tiề m năng điạ chấ n (Mmax) trên cơ sở áp du ̣ng phƣơng pháp phân loa ̣i vỏ Trái đấ t . Tuy nhiên, các kết quả nhận đƣợc mới chỉ là những đánh giá bƣớc đầu . Đặc biê ̣t, do bản chấ t của phƣơng pháp đòi hỏi phải sƣ̉ du ̣ng tổ hơ ̣p 5 tham số đă ̣c trƣng của vỏ Trái đấ t , mà trên thƣ̣c tế ta ̣i Viê ̣t Nam các số liê ̣u chƣa có đầ y đủ trên toàn khu vƣ̣c nghiên cƣ́u , nhấ t là số liê ̣u về mâ ̣t đô ̣ dòng nhiê ̣t Q. Bản thân chƣơng trình đƣợc xây dựng bởi Trần Việt Phương 18
  19. Luận văn Thạc sĩ tác giả và các đồng nghiệp cũng cần đƣợc tiếp tục hiệu chỉnh, cải biến và hoàn thiện để có thể áp dụng phù hợp với các điều kiện thực tế của Việt Nam . Nhƣ vậy, thực tế của công tác nghiên cứu dự báo động đất trong nƣớc và quốc tế nêu trên cho thấy bài toán dự báo thời gian, địa điểm và độ lớn của trận động đất có khả năng xảy ra trong tƣơng lai gần với độ chính xác nhất định vẫn là một bài toán chƣa có lời giải trọn vẹn và vẫn là điều mà các nhà khoa học cần hƣớng đến. Mặt khác, trong các nghiên cứu dự báo động đất đã đƣợc tiến hành ở Việt Nam nhƣ đã nêu trên, hầu hết các tác giả đều áp dụng các phần mềm của các tác giả nƣớc ngoài, đƣợc thiết kế phù hợp với các điều kiện số liệu thực tế của các nƣớc đó . Vì vậy, áp dụng các phần mềm đó đối với thực tế địa chấn Việt Nam phần lớn đều phải tự động mặc nhiên chấp nhận một số điề u kiê ̣n ở đầ u vào nhƣ các qui luật hay các thông số chuẩn của các nƣớc khác. Điều này không những không phù hợp với điều kiện thực tế của Việt Nam mà còn chắc chắn luôn dẫn đến một sai số hệ thống nào đó trong các đánh giá dự báo động đất. Phầ n mề m nhâ ̣n đƣ ợc trong các nghiên cứu gần đây nhất của tác giả luận văn cùng các đồng nghiệp là một đó ng góp mới cho thƣ̣c tế điạ chấ n của Viê ̣t Nam [25]. Tuy nhiên cũng cầ n phải có nhƣ̃ng nghiên cƣ́u so sánh, bổ sung để có thể đánh giá tính đúng đắ n của nó . Tất cả những lý do nêu trên đã dẫn dắt tập thể tác giả đến ý tƣởng “Xây dựng bộ chương trình thử nghiê ̣m dự báo ngắ n hạn động đất trên cơ sở mô hình thống kê kế t hợp sử dụng các phương pháp vật lý kiến tạo , áp dụng đối với lãnh thổ Việt Nam và các vùng lân cận” nhằm giải quyết bài toán nan giải không chỉ đối với thực tế địa chấn Việt Nam nói riêng, mà cả trong thực tế địa chấn quốc tế nói chung. Tác giả luận văn lựa chon đề tài: “Xây dựng thuật toán và sơ đồ khối của chương trình dự báo động đất theo mô hình thống kê” nhằm giải quyết một trong những nội dung của ý tƣởng nêu trên. Trần Việt Phương 19
  20. Luận văn Thạc sĩ Chƣơng 2 PHƢƠNG PHÁP DỰ BÁO ĐỘNG ĐẤT THEO MÔ HÌNH THỐNG KÊ Trên thế giới, ngƣời ta đã và đang sử dụng hàng loạt các phƣơng pháp nghiên cứu dự báo động đất khác nhau nhƣ; dựa trên việc làm sáng tỏ các dấu hiệu về dị thƣờng mật độ các đứt gãy sinh chấn [50]; hay quan hệ giữa vận tốc lan truyền sóng dọc và sóng ngang[26]; năng lƣợng giải phóng từ chuỗi các trận động đất [3], cũng nhƣ hàng loạt các dấu hiệu khác có đặc trƣng báo trƣớc các động đất tƣơng lai, và cũng sử dụng các bất thƣờng đồng thời trong diễn biến của một số các dấu hiệu có bản chất vật lý khác nhau [1, 18, 30, 31]. Một số công trình theo hƣớng này chứa các công thức thuật toán dự báo động đất nhƣ: các thuật toán dự báo động đất KH và M8 [3, 13, 17]. Kết quả dự báo đông đất theo các phƣơng pháp này là chỉ ra vùng động đất mạnh trong tƣơng lai, mà ở đó trong một khoảng thời gian nào đó (thƣờng là nhiều năm và gọi là dự báo trung hạn) sẽ xảy ra động đất. Các phƣơng pháp và thuật toán dự báo trung hạn nhƣ trên có ƣu điểm là làm sáng tỏ đƣợc các dấu hiệu của động đất tƣơng lai, có ý nghĩa vật lý và cho phép đánh giá chúng bằng các phƣơng pháp thống kê trên cơ sở các thông tin địa chấn có đƣợc. Tuy nhiên, các phƣơng pháp này lại có nhƣợc điểm chính là không xác định đƣợc độ chính xác của các kết quả dự báo và không xác định đƣợc thời gian và magnitude của sự kiện dự báo. Vì vậy, trong luận văn này, tác giả sẽ áp dụng cách tiếp cận mới, đƣợc đề xuất bởi tác giả A.P. Grishin [5, 6] trên cơ sở ứng dụng mô hình thống kê để thiết lập chƣơng trình thử nghiệm dự báo thời điểm xảy ra động đất và magnitude của chúng và áp dụng dự báo động đất đối với lãnh thổ Việt Nam và các vùng lân cận. Cách tiếp cận này vừa đơn giản hơn mà lại có khả năng loại bỏ đƣợc các nhƣợc điểm của các phƣơng pháp dự báo trung hạn nói trên [5, 6]. 2.1. Cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp: Bản chất của phƣơng pháp là dựa trên ý tƣởng về khái niệm tập hợp các trận động đất với chấn tiêu trong một tiểu vùng S nào đó ở dạng chuỗi thời gian của các Trần Việt Phương 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
4=>1