BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
VŨ THỊ HOÃN
ĐẶC ĐIỂM HOẠT ĐỘNG ĐỘNG ĐẤT KHU VỰC BIỂN ĐÔNG
Ngành: Kỹ thuật Địa vật lý
Mã số: 9520502
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA VẬT LÝ
Hà Nội - 2018
Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Địa vật lý, Khoa Dầu
khí, Trƣờng Đại học Mỏ-Địa chất
Người hướng dẫn khoa học:
1. TSKH. Ngô Thị Lƣ
Viện Vật lý Địa cầu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công
nghệ Việt Nam
2. PGS. TS. Phan Thiên Hƣơng
Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Phản biện 1: GS.TSKH. Mai Thanh Tân
Hội Khoa học kỹ thuật địa vật lý.
Phản biện 2: GS.TS. Phan Trọng Trịnh
Viện Địa chất - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt
Nam.
Phản biện 3: TS. Hoàng Văn Vƣợng
Viện Địa chất và Địa vật lý biển - Viện Hàn lâm Khoa học và
Công nghệ Việt Nam.
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp
Trường họp tại Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất vào hồi …..giờ … ngày … tháng… năm…
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thƣ viện Quốc Gia, Hà Nội hoặc Thƣ viện Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất
1
MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Khu vực Biển Đông là vùng chuyển tiếp giữa mảng biển
Philippine ở phía đông, mảng Âu-Á ở phía tây và mảng Australia ở
phía đông nam. Sự dịch chuyển của các mảng này với vận tốc khác
nhau làm cho khu vực Biển Đông luôn có nguy cơ động đất và sóng
thần cao.
Nhìn chung, các nghiên cứu về hoạt động động đất khu vực Biển
Đông đều chỉ ra rằng khu vực này tiềm ẩn khả năng phát sinh động
đất mạnh. Tuy nhiên, phần lớn các nghiên cứu đều hoặc còn sử dụng
cả số liệu lịch sử và số liệu máy với chu kỳ số liệu không đủ dài,
hoặc sử dụng số liệu địa chấn từ các nguồn khác nhau mà chưa có sự
thống nhất độ lớn động đất về một thang duy nhất.
Để cảnh báo nguy hiểm động đất, sóng thần thì việc tối quan
trọng là nghiên cứu đánh giá độ lớn động đất cực đại (Mmax). Nghiên cứu đánh giá Mmax được tiến hành bởi nhiều tác giả bằng các phương pháp khác nhau, trong đó phổ biến hơn cả là phương pháp xác suất.
Các phương pháp xác suất được sử dụng để đánh giá Mmax trong các nghiên cứu trước đây có hạn chế là không xác định được mốc thời
gian dự báo. Điều này sẽ được khắc phục khi sử dụng phương pháp
phân bố cực trị tổng quát (GEV).
Từ những lý do trên, nghiên cứu sinh (NCS) chọn đề tài “Đặc
điểm hoạt động động đất khu vực Biển Đông”.
Mục tiêu nghiên cứu
Làm sáng tỏ các đặc điểm hoạt động động đất, đánh giá độ lớn
động đất cực đại khu vực Biển Đông, nghiên cứu chi tiết một số trận
động đất mạnh trên cơ sở danh mục động đất mới và thống nhất cho
khu vực Biển Đông.
2
Nhiệm vụ của luận án
Đề tài tập trung vào bốn nhiệm vụ chính như sau:
- Thành lập danh mục động đất thống nhất khu vực nghiên cứu.
- Phân tích các đặc điểm hoạt động động đất khu vực Biển Đông
bằng cách xem xét phân bố chấn tâm động đất trong không gian,
phân bố động đất cực đại theo thời gian, tần suất xuất hiện động đất,
mức đại diện của động đất, tiến trình thời gian động đất.
- Nghiên cứu chi tiết và làm sáng tỏ quá trình trong vùng nguồn
một số trận động đất mạnh thuộc khu vực Biển Đông.
- Đánh giá Mmax cho khu vực Biển Đông bằng phương pháp phân bố cực trị tổng quát. Trên cơ sở các kết quả này, tiến hành so sánh
với các kết quả từ các công bố trước đây để kiểm tra tính phù hợp
của phương pháp phân bố cực trị tổng quát.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Đặc điểm hoạt động động đất và khả
năng phát sinh động đất cực đại.
- Phạm vi nghiên cứu:
+ Phạm vi thu thập số liệu: =11,20S-35,5°N; =92,5°E -1320E. + Phạm vi khu vực Biển Đông: =50S-30°N; =100°E -1270E.
Điểm mới của luận án
- Thành lập được danh mục động đất mới và thống nhất cho khu
vực Biển Đông giai đoạn 1900-2017 với độ lớn động đất Mw≥3.
- Làm sáng tỏ quá trình trong vùng nguồn của 6 trận động đất
mạnh trên cơ sở xem xét phân bố không gian, thời gian của các đám
mây dư chấn của chúng. Khẳng định được sự tồn tại của một đứt gãy
giả định và phác thảo được ba đoạn đứt gãy giả định khác ở
Indonesia.
- Đã đánh giá trị độ lớn động đất cực đại khu vực Biển Đông trên
3
cơ sở áp dụng quy luật phân bố cực trị tổng quát (GEV) là Mw=8.7 trong vòng 100 năm kể từ năm 2017 với xác suất 0.8.
Luận điểm bảo vệ
- Tính mới và tính thống nhất của danh mục động đất được
thành lập trên cơ sở quy chuẩn độ lớn động đất về một thang đo duy
nhất (thang magnitude mômen Mw) cho khu vực Biển Đông giai đoạn 1900 - 2017 (3 ≤ Mw ≤ 8,5). Từ danh mục này cho thấy tính địa chấn khu vực Biển Đông giai đoạn 1900-2017 được đặc trưng bởi
mức đại diện động đất Mw=4,7. Phần lớn các trận động đất xảy ra ở trong lớp vỏ Trái đất với độ sâu dưới 75km. Chu kỳ lặp lại động đất
mức Mmax 7,5 trong khu vực nghiên cứu là 3-5 năm.
- Giá trị độ lớn động đất cực đại khu vực Biển Đông được
đánh giá bằng phương pháp cực trị tổng quát là Mw = 8,7 trong vòng 100 năm kể từ năm 2017 với xác suất 0,8. Kết quả này tương đồng
với các kết quả nghiên cứu trước đây nhưng có thời gian dự báo ngắn
và cụ thể hơn. Kết quả đánh giá độ lớn động đất cực đại này là một
thông số quan trọng trong đánh giá nguy hiểm sóng thần khu vực
Biển Đông.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ý nghĩa khoa học
Danh mục động đất khu vực Biển Đông được thành lập trong luận
án vừa có tính khoa học vừa cập nhật đầy đủ số liệu đến hết năm
2017 sẽ là cơ sở dữ liệu quan trọng phục vụ cho nhiều nghiên cứu
khác nhau như phân vùng động đất, đánh giá nguy hiểm động đất,
sóng thần,..v.v.
Các kết quả nghiên cứu một mặt đã làm sáng tỏ đặc điểm hoạt
động động đất khu vực Biển Đông, mặt khác, chúng là tài liệu tham
khảo quan trọng cho nhiều nghiên cứu khác nhau trong các lĩnh vực
4
khoa học Trái đất, xây dựng, giao thông, quốc phòng.
Kết quả đánh giá, dự báo Mmax bằng phương pháp giá trị cực trị tổng quát không những cho thấy khu vực Biển Đông tiềm ẩn nguy cơ
phát sinh động đất mạnh M 8,7 mà còn khẳng định tính khả thi của
phương pháp này nói chung, đối với khu vực Biển Đông nói riêng.
Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả dự báo Mmax trong tương lai có ý nghĩa quan trọng để định hướng việc lựa chọn độ lớn động đất cực đại đầu vào cho các
mô hình cảnh báo sóng thần. Đồng thời đây là cơ sở khoa học cho
các cơ quan chức năng quy hoạch các công trình trên biển và ven
biển đảm bảo an toàn và hiệu quả.
Việc vạch ra được các đoạn đứt gãy giả định và khẳng định hoạt
động hiện đại của một đứt gãy giả định khác có ý nghĩa thực tiễn
trong khoa học địa chất.
Cấu trúc của luận án
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, phụ lục, luận án được
trình bày trong 100 trang giấy khổ A4 với 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu động đất khu vực
biển đông và lân cận.
Chương 2: Phạm vi khu vực nghiên cứu, số liệu sử dụng và
phương pháp nghiên cứu.
Chương 3: Thành lập danh mục động đất thống nhất khu vực
Biển Đông.
Chương 4: Đặc điểm hoạt động động đất khu vực Biển Đông.
5
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
ĐỘNG ĐẤT KHU VỰC BIỂN ĐÔNG VÀ LÂN CẬN
Hoạt động kiến tạo địa động lực hiện đại là một trong các nguyên
nhân chính gây ra động đất. Vì vậy, để nghiên cứu tính địa chấn và đánh giá độ lớn động đất cực đại cho một khu vực bất kì cần phải đánh giá sơ bộ các đặc điểm kiến tạo địa động lực hiện đại khu vực
đó.
1.1. Đặc điểm kiến tạo-địa động lực hiện đại khu vực Biển
Đông và kế cận
Biển Đông (Biển Đông) tham gia vào thành phần của Đông Nam
Á (ĐNA). Đông Nam Á được đánh giá là nơi có hoạt động kiến tạo,
địa động lực mạnh, đa dạng, phức tạp. Trong các công trình của
mình, tác giả Ngô Thị Lư và cộng sự chia khu vực ĐNA thành 6
khối với sự dịch chuyển tương đối của các khối này khá đa dạng cả
về hướng và độ lớn. Các tác giả Nguyễn Văn Lương và Cao Đình
Triều phân tích đặc trưng động học của khu vực BĐ và kế cận thông
qua số liệu cơ cấu chấn tiêu của 20 trận động đất 3.6≤M≤6.8 giai
đoạn 1903-2006. Kết quả cho thấy cơ cấu chấn tiêu dạng trượt bằng,
tách thuận chiếm ưu thế. Nghiên cứu biến dạng khu vực BĐ Việt
Nam bởi các tác giả Phan Trọng Trịnh và cộng sự cho thấy: phía Bắc
BĐ đang đóng lại theo phương Tây Tây Bắc-Đông Đông Nam, phía
Nam BĐ có tốc độ biến đổi nhỏ hơn phía Bắc. Bản đồ các hệ đứt gãy
hoạt động trên Biển Đông và kế cận được thành lập bởi tác giả Bùi
Công Quế và cộng sự cho thấy chấn tâm của hầu hết các trận động
đất phân bố dọc theo các hệ đứt gãy chính hoặc tại nơi giao nhau của
chúng. Như vậy, khu vực BĐ là vùng có hoạt động kiến tạo, địa động
lực phức tạp và tương đối tích cực. Đây là nguyên nhân chính làm
cho khu vực này tiềm ẩn nguy cơ động đất, sóng thần cao.
6
1.2. Tình hình nghiên cứu đặc điểm hoạt động động đất khu
vực Biển Đông.
1.2.1. Vài nét về việc thành lập danh mục động đất khu vực
Biển Đông.
Việc thành lập danh mục động đất (DMĐĐ) được tiến hành bởi
nhiều tác giả và nhận được một loạt các DMĐĐ khác nhau về phạm
vi khu vực nghiên cứu cũng như chu kì số liệu sử dụng. Tuy nhiên,
như đã nêu trên, phần lớn các danh mục được thành lập đều hoặc còn
sử dụng cả số liệu lịch sử và số liệu máy với chu kỳ số liệu không đủ
dài, hoặc sử dụng số liệu địa chấn từ các nguồn khác nhau mà chưa
có sự thống nhất độ lớn động đất về một thang duy nhất. Do vậy
trong luận án này, khi thành lập DMĐĐ, NCS sẽ khắc phục các tồn
tại nêu trên.
1.2.2. Tình hình nghiên cứu về đặc điểm hoạt động động đất
khu vực Biển Đông.
Đặc điểm hoạt động động đất khu vực Biển Đông đã được nghiên
cứu bởi nhiều tác giả khác nhau. Đáng chú ý là các tác giả Phạm Văn
Thục và Nguyễn Thị Kim Thanh đã tiến hành đánh giá phân vùng
động đất BĐ Việt Nam và ven bờ thành 9 tiểu vùng với Mmax=3-7,5. Nguyễn Văn Lương và cộng sự đã xác định được 16 vùng nguồn
động đất trên BĐ và đánh giá các đặc trưng địa chấn và trường ứng
suất kiến tạo cho 5 nhóm vùng nguồn. Trong đó, vùng nguồn Đông
Triều-Bắc Hải Nam là vùng có độ lớn động đất cực đại lớn nhất
Mmax=7,5.Tác giả Nguyễn Hồng Phương và cộng sự xác định vùng có khả năng gây sóng thần lớn nhất khu vực BĐ là vùng phía Bắc dự báo =8.7 ± 0.93 ứng với chu kì lặp lại 2658 Manila Trench với Mmax năm. Nhìn chung các nghiên cứu về hoạt động động đất khu vực BĐ
đều chỉ ra rằng khu vực này tiềm ẩn khả năng phát sinh động đất
7
mạnh ở phía Đông của BĐ dọc đới Manila Trench - Philippine.
1.2.3. Tình hình nghiên cứu dự báo độ lớn động đất cực đại
khu vực Biển Đông.
Có nhiều phương pháp xác định độ lớn cực đại của động đất đã được áp dụng bởi các tác giả khác nhau như: phương pháp tính Mmax theo quy mô vùng phát sinh động đất, phương pháp ngoại suy địa
chất, phương pháp xác suất. Năm 1998, trên cơ sở áp dụng mô hình
xác suất thống kê (phương pháp bình phương tối thiểu và hợp lý cực
đại), tác giả Nguyễn Hồng Phương đã tính toán độ nguy hiểm động
đất khu vực ven biển và thềm lục địa lãnh thổ Đông Nam Việt Nam
với kết quả dự báo Mmax=6,6 ± 0,6. Phương pháp giá trị cực trị cũng được dùng phổ biến, trong đó hàm Gumbel I và III được nhiều tác
giả áp dụng nhất. Trần Thị Mỹ Thành dùng hàm Gumbel III để đánh
giá Mmax cho lãnh thổ Việt Nam và lân cận. Nguyễn Kim Lạp và Nguyễn Duy Nuôi đã sử dụng hàm phân bố tiệm cận Gumbel I để
tính độ nguy hiểm động đất cho khu vực ĐNA với bước nhảy là 6
tháng cho giai đoạn 1904-1952 và 1 năm cho giai đoạn 1903-1965.
Đặng Thanh Hải đã chọn bước nhảy là 2 năm cho giai đoạn 1900-
2000 để đánh giá Mmax cho miền Bắc Việt Nam. Việc chọn bước nhảy thời gian của các tác giả này tuy rất khác nhau nhưng lại chưa
có sự lý giải hợp lý cho mỗi cách chọn.
Phương pháp hàm phân bố cực trị tổng quát (GEV) cho phép
chọn bước nhảy thời gian một cách chi tiết và có cơ sở khoa học hơn.
Phương pháp GEV có ưu điểm là cho phép xác định mốc thời gian
dự báo. Phương pháp này đã được Pisarenko cùng các cộng sự phát
triển và áp dụng để đánh giá độ lớn động đất cực đại cho các khu
vực: Harvard, Nhật Bản, Việt Nam, Đông Nam Á, miền bắc Việt
Nam và nhận được các kết quả khả quan. Do đó, trong luận án này
8
NCS sẽ áp dụng hàm phân bố cực trị tổng quát để đánh giá độ lớn
động đất cực đại Mmax cho khu vực BĐ.
CHƢƠNG 2: PHẠM VI KHU VỰC NGHIÊN CỨU, SỐ
LIỆU SỬ DỤNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Phạm vi khu vực nghiên cứu
Để phù hợp với mục tiêu nghiên cứu, phạm vi khu vực nghiên cứu được chọn giới hạn bởi các toạ độ: =50S-26°N; =100°E - 1270E.
2.2. Số liệu sử dụng
Số liệu động đất khu vực Biển Đông và lân cận được thu thập
trong chu kỳ từ năm 1900 đến tháng 12 năm 2017. Những trận động
đất xảy ra trong khu vực nghiên cứu có thể là TC hoặc DC của một
trận động đất mạnh hơn nằm ngoài khu vực, do vậy NCS thu thập thêm số liệu trong phạm vi: =11,20S-35,5°N; =92,5°E -1320E (dưới đây gọi là khu vực Biển Đông mở rộng) nhằm loại bỏ các TC,
DC này. Số liệu về động đất được thu thập từ các nguồn khác nhau:
Trung tâm địa chấn quốc tế (ISC), Cục khảo sát địa chất Hoa Kỳ-
(USGS), Hệ thống tích hợp cảnh báo sớm rủi ro khu vực Châu Phi và
Châu Á- (RIMES), gồm 377784 trận động đất với magnitude
3≤M≤9,1. Ở đây M là giá trị magnitude động đất theo các thang khác
nhau như ML, MS, mb,Mw,…
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1. Phƣơng pháp so sánh, đối chiếu
Khi thu thập số liệu từ các nguồn khác nhau sẽ không tránh khỏi
việc cùng một trận động đất nhưng các tổ chức khác nhau lại công bố
các thông số về thời gian, tọa độ, độ sâu và độ lớn của nó một cách
khác nhau. Do đó, cần phải xem xét để lựa chọn số liệu về trận động
đất đó theo công bố của tổ chức nào. Trong những trường hợp như
9
vậy, việc lựa chọn số liệu được ưu tiên theo công bố của ISC.
2.3.2. Phƣơng pháp phân tích hồi quy
Để xây dựng các mối quan hệ tương quan cần thực hiện các bước
sau: + Lựa chọn phương pháp: Phương pháp bình phương tối thiểu sẽ
được áp dụng để xây dựng đồ thị lặp lại và tìm mối quan hệ giữa các
loại magnitude ML, MS, Mb với Mw nhằm quy đổi các loại magnitude này về một thang Mw duy nhất. + Xác định được tương quan sát nhất với đường hồi quy thực nghiệm thông qua việc kiểm tra nhiều tương
quan. + Kiểm định độ chặt chẽ và độ tin cậy của các hàm tương
quan. + Lựa chọn hàm tương quan phù hợp nhất.
2.3.3. Phƣơng pháp cửa sổ không gian-thời gian
Có nhiều phương pháp tách TC, DC từ DMĐĐ, phổ biến nhất là
phương pháp cửa sổ không gian thời gian. Phương pháp này cho
rằng, TC và DC là những trận động đất xảy ra trong một khoảng thời
gian và không gian xác định phụ thuộc vào độ lớn của kính động
chính (KĐC). Theo nghiên cứu của tác giả Ngô Thị Lư và cộng sự
thì khoảng thời gian từ khi xảy ra TC đến thời điểm xảy ra KĐC và
khoảng thời gian từ khi xảy ra KĐC đến khi xảy ra DC là khác nhau.
Do đó, các tác giả này đã xây dựng một chương trình tách TC và DC
khỏi DMĐĐ. Chương trình này bao gồm một hệ thống các cửa sổ
mở cho phép lựa chọn cửa sổ thời gian riêng cho TC và DC. Chương
trình này sẽ được áp dụng để tách các nhóm TC, DC khỏi DMĐĐ
khu vực nghiên cứu.
2.3.4. Phƣơng pháp phân bố cực trị tổng quát để đánh giá
( | )
Mmax Hàm phân bố cực trị tổng quát có dạng:
( ( ) ( – ) – {
(2.10)
+)
( – * –
10
Trong đó, x là các giá trị độ lớn động đất, s là tham số tỉ lệ, m là
tham số vị trí, là tham số hình dạng. Các tham số , s, m được xác định trong từng khoảng thời gian T,
( ) (2.11)
∑
+ (2.12)
) * ( ) ( ( ))
∑ ( ) (
( ) ( )
∑ ( ) (
( )+ (2.13)
bằng cách giải hệ 3 phương trình 3 ẩn sau:
) * ( ( ))
, n là số trận động Với Γ(t) là hàm gamma: Γ(t)=∫
đất trong từng khoảng thời gian T, k là chỉ số chạy, xk là giá trị độ
lớn động đất. Gọi τ là khoảng thời gian dự báo. Các tham số , s, m
(2.16)
được biểu diễn như là hàm của τ bằng các công thức (2.16-2.18)
s() = s(T) (/T);
(2.17)
m()=m(T) + (s(T) /) [(/T)-1] ;
(2.18)
dưới đây: ()= (T);
Qq()=h + (s/) [a ()-1] (2.19) Với: a=[log(1/q)]- , h= m + (s/) [(T)--1;s= s. (T)-. Khi →∞ thì Qq()=Mmax()→Mmax: Mmax dự báo= () (2.20)
Giá trị của điểm phân vị trong khoảng thời gian này là:
Bước nhảy T(ngày) phải thỏa mãn 3 điều kiện sau:
a/ Trong phân đoạn thời gian T bất kì luôn có sự kiện động đất.
b/ Giá trị ̅ λT càng lớn càng tốt, đồng thời số khoảng chu kì
N≥100 .
c/ Giá trị của tham số đủ lớn và ổn định để xác định được hàm
phân bố cực trị tổng quát.
11
.
̅ )
]
]
Để xác định sai số của các tham số , s, m ta dùng phương pháp
; [∑ ( ̅ )
[∑ (
bình phương tối thiểu được biểu diễn bởi các công thức sau: ; [∑ ( ̅̅̅̅ ) ]
CHƢƠNG 3: THÀNH LẬP DANH MỤC ĐỘNG ĐẤT
THỐNG NHẤT KHU VỰC BIỂN ĐÔNG VÀ LÂN CẬN
3.1. Phân tích và chỉnh lý số liệu phục vụ nghiên cứu
Sau khi phân tích và chỉnh lý số liệu đã nhận được 316518 trận
động đất với các giá trị độ lớn động đất theo các thang magnitude
khác nhau.
3.2. Xây dựng các hàm tƣơng quan giữa các loại magnitude
Các hàm tương quan giữa các loại magnitude sẽ lần lượt được xây
dựng dưới đây bằng phương pháp bình phương tối thiểu.
3.2.1. Hàm tƣơng quan Mw=f(Ms)
Sử dụng số liệu của 1093 sự kiện có đồng thời cả giá trị Mw và Ms, đã xây dụng được các hàm tương quan Mw=f(Ms) dạng:
f1a(Ms)=Mw=0.70* Ms + 1.85 (với Ms < 5.7) (3.3) (3.4) f1b(Ms)=Mw=0.77*Ms + 1.52 (với Ms ≥ 5.7)
3.2.2. Hàm tƣơng quan Mw=f(Mb) Hoàn toàn tương tự cho bộ số liệu gồm 1136 cặp (Mb, Mw) để xây
2-0.57*Mb + 3.92 (3.6)
2-0.10* ML + 3.47
dựng hàm Mw=f(Mb) ta được phương trình: Mw=0.16*Mb 3.2.3. Hàm tƣơng quan Mw=f(ML) Phương trình liên hệ giữa chúng là Mw=f(ML (3.8) Mw=0.09* ML
Sử dụng các hàm tương quan nên trên, các giá trị magnitude động
đất khu vực nghiên cứu được thống nhất về thang Mw duy nhất.
3.3. Tách các nhóm tiền chấn, dƣ chấn khỏi danh mục động
12
đất
Áp dụng chương trình tách các nhóm TC-DC được xây dựng theo
phương pháp cửa sổ không gian-thời gian, của tác giả Ngô Thị Lư và
cộng sự, đã tách được 24042 TC (7,60%) và 89932 DC (28,41%)
khỏi DMĐĐ khu vực Biển Đông.
3.4. Thành lập danh mục động đất thống nhất khu vực Biển
Đông
Sau khi tách các nhóm TC và DC khỏi danh mục động đất đã
thành lập được danh mục động đất độc lập khu vực BĐ mở rộng gồm
202544 trận với độ lớn 3≤Mw≤9,1. Từ danh mục này, đã thành lập được danh mục động đất thống nhất cho khu vực nghiên cứu (=50S- 30°N; =100°E -1270E) gồm 131505 trận với 3≤Mw≤8,5.
CHƢƠNG 4: ĐẶC ĐIỂM HOẠT ĐỘNG ĐỘNG ĐẤT KHU
VỰC BIỂN ĐÔNG
4.1. Đặc điểm hoạt động động đất khu vực Biển Đông
4.1.1. Đồ thị lặp lại động đất khu vực Biển Đông
Sử dụng các số liệu trong
DMĐĐ độc lập, đã xây dựng đồ
thị lặp lại động đất cho khu vực
Biển Đông giai đoạn 1900-2017
(hình 4.1) và được biểu diễn bởi
phương trình dạng:
LgN=8.89-0.91Mw (4.1)
Với hệ số
tương quan
R=0.99; N là số lượng động đất
Hình 4.1: Đồ thị lặp lại ng t
có độ lớn nằm trong khoảng các
khu vực Biển Đông.
giá trị Mw tương ứng.
13
Từ hình 4.1cho phép xác định mức đại diện động đất giai đoạn
này là M=4.7.
4.1.2. Phân bố số lƣợng động đất theo độ sâu chấn tiêu
Phân bố số lượng động đất theo độ sâu chấn tiêu trên hình 4.2 cho
thấy phần lớn động đất khu vực Biển Đông giai đoạn 1900-2017 có
độ sâu chấn tiêu trong khoảng H 0 - 75 km (79,27%). Kết quả này
tương đồng với kết quả trong công trình nghiên cứu về mô hình đới
hút chìm Bắc Luzon khi các tác giả sử dụng số liệu giai đoạn ngắn
hơn 1619-1997. Các kết quả như vậy cho thấy chấn tiêu động đất
khu vực Biển Đông chủ yếu phân bố trong vỏ Trái đất.
4.1.3. Phân bố chấn tâm động đất khu vực Biển Đông
Phân bố chấn tâm động đất khu vực Biển Đông cho thấy đa số
chấn tâm của các trận động đất mạnh nhất đều phân bố tại phần phía
đông và đông nam khu vực nghiên cứu (hình 4.3). Các kết quả này
cũng khá tương đồng với kết quả nhận được bởi các tác giả Zhiguo
Xu khi sử dụng số liệu kết hợp từ danh mục động đất của NEIC giai
14
Hình 4.3. Bản ồ ch n tâm ng Hình 4.2. Phân bố số lượng t khu vực Biển Đông giai oạn ng t theo sâu ch n tiêu. 1900 - 2017 (Mw ≥ 5.0).
Hình 4.4. Tiến trình thời gian
hoạt ng ng t khu vực Hình 4.5. Phân bố lớn ng t Biển Đông (1900-2017). cực ại theo năm giai oạn
1900 - 2017.
15
đoạn 1900-2013 với số liệu từ Global CMT giai đoạn 1963 -2013.
4.1.4. Tiến trình hoạt động động đất khu vực Biển Đông giai
đoạn 1900-2017
Phân bố số lượng động đất khu vực BĐ theo thời gian được trình
bày tại hình 4.4. Trước năm 1984, số lượng động đất được ghi nhận
hàng năm không nhiều, vài chục đến vài trăm trận/năm. Từ năm
1984 đến nay, con số tương ứng lên tới hàng nghìn trận động đất.
Điều này một phần có thể do trước năm 1984 các mạng trạm địa
chấn trong khu vực chưa đủ dày và độ nhạy chưa cao để ghi được
các trận động đất yếu và xa.
4.1.5. Phân bố độ lớn động đất cực đại theo năm
Phân bố độ lớn động đất cực đại theo năm được chia thành 4 giai đoạn (hình 4.5). Mỗi giai đoạn thể hiện khá rõ tính chu kỳ của hoạt động động đất mạnh với 1-2 cực đại có Mmax8.0. Các cực đại Mmax 7,5 lặp lại từng 3-5 năm, cho phép dự báo chu kỳ lặp lại động đất cực đại mức Mmax 7,5 trong khu vực nghiên cứu là 3-5 năm.
4.2. Nghiên cứu chi tiết một số trận động đất mạnh khu vực
Biển Đông
4.2.1. Trận động đất số 1 ngày 21/01/2007, tại Molucca,
Indonesia M7,5.
Trận động đất này xảy ra lúc 11 giờ 27 phút 45 giây ngày
21/01/2007 tại biển Molucca với magnitude M 7,5. KĐC kèm theo
36 DC với magnitude M=4.9-6.2. Phân bố không gian và diễn biến
theo thời gian của các DC so với KĐC thể hiện khá rõ xu hướng hoạt
động và phát triển của 2 loạt DC chính theo thời gian và trong không
gian với 2 hướng khác nhau: Loạt thứ nhất xảy ra trong khoảng thời
16
gian 50 ngày sau KĐC và phân bố theo hướng tây bắc-đông nam
(các hình tròn màu đỏ-cam trên hình 4.6a). Phần lớn các DC của loạt
này phân bố về phía đông và đông nam hơn so với KĐC. Loạt thứ
hai xảy ra muộn hơn trong khoảng thời gian sau 100 ngày kể từ KĐC
và phân bố theo hướng đông bắc-tây nam (các hình tròn màu vàng-
xanh trên hình 4.6a). Các DC của loạt này chủ yếu phân bố về phía
bắc và đông bắc hơn so với KĐC. Như vậy, quá trình phát triển trong
vùng nguồn trận động đất này đầu tiên xảy ra tại trung tâm vùng
nguồn, sau đó dịch chuyển dần xuống phía đông- đông nam và tiếp
tục di chuyển lên phía bắc và đông bắc. Phân tích mặt cắt độ sâu
chấn tiêu các DC trận động đất này trên hình 4.6b cho thấy chấn tiêu
của phần lớn các DC tập trung ở độ sâu 10-45 km. Lời giải cơ cấu
chấn tiêu của phần lớn các DC trên hình 4.6d thể hiện sự phù hợp tốt
với cơ cấu chấn tiêu của KĐC với quá trình tách giãn và nén ép trong
vùng nguồn.
Hoàn toàn tương tự, quá trình phát triển trong vùng nguồn 5 trận
động đất còn lại đã được làm sáng tỏ bằng cách phân tích diễn biến
không gian, thời gian của đám mây TC-DC. Dưới đây, NCS chỉ trình
bày các điểm đáng chú ý ở trận động đất số 2 và 3:
17
Hình 4.6b: Mặt cắt sâu ch n
Hình 4.6a: Phân bố ch n tâm ng t
tiêu các DC trận ng t số 1.
số 1 và các DC của chúng.
Hình 4.6c: Phân bố ch n tiêu ng t
Hình 4.6d: Cơ c u ch n tiêu trận
số 1 và các DC của chúng.
ng t số 1 và các DC của nó.
4.2.2. Trận động đất số 2 ngày 12/09/2007 tại Southern
Sumatra, Indonesia M8.5
Trận động đất này xảy ra lúc 11 giờ 10 phút 27 giây ngày
12/09/2007 tại Southern Sumatra, Indonesia với độ lớn M 8.5. KĐC
18
kèm theo 2 TC và 79 DC với độ lớn M=4.9-7.9. Điểm đặc biệt của
các TC, DC trận động đất số 2 này là chúng phân bố thành 2 tuyến rõ
rệt (AB và CD), KĐC nằm giữa 2 tuyến này và lời giải cơ cấu chấn
tiêu của chúng khá giống nhau chỉ ra hướng tách giãn dọc theo 2
tuyến này (hình 4.7d).
Cần lưu ý rằng tuyến AB trùng với đứt gãy hoạt động trong khu
vực, còn tuyến CD trùng với một đứt gãy khác mà theo tài liệu của
USGS đây là một đứt gãy giả định (hình 4.7d’). Điều này cho phép
khẳng định sự hoạt động của đứt gãy dọc tuyến CD.
Hình 4.7d: Cơ c u ch n tiêu ng Hình 4.7d’: Sơ ồ ứt gãy khu
t số 2 và các TC-DC của nó. vực xung quanh ng t số 2.
4.2.3. Trận động đất số 3 ngày 11/02/2009 tại Kepulauan
Talaud, Indonesia ngày 11/02/2009 với M7.1
Trận động đất này xảy ra lúc 17 giờ 35 phút 01 giây ngày
11/02/2009 tại Kepulauan Talaud, Indonesia với độ lớn M 7.1. KĐC
kèm theo 2 TC và 43 DC với độ lớn M=4.9-6.3.
19
Hình 4.8d: Cơ c u ch n tiêu ng t số 3 và các TC-DC của nó.
Lời giải cơ cấu chấn tiêu của phần lớn các DC trên hình 4.8d đều là
dạng nghịch hoặc trượt bằng hợp phần nghịch. Kết hợp đặc điểm cơ
cấu chấn tiêu với sơ đồ đứt gãy xung quanh khu vực xảy ra động đất
(hình 4.8e) cho phép xác định các đoạn đứt gãy hoạt động như được
chỉ ra trên hình 4.8d bên phải.
4.2.4. Trận động đất số 4 ngày 31/08/ 2012 tại Sulangan,
Philippines với độ lớn M7.6
Trận động đất này xảy ra lúc 12 giờ 47 phút 43 giây ngày
31/08/2012 tại Sulangan, Philippines với độ lớn M 7.6. KĐC kèm
theo 3 TC và 35 DC với độ lớn M = 4.8 - 5.6. Sự phát triển trong
vùng nguồn của trận động đất này bắt nguồn từ phía Tây Bắc kéo về
khu trung tâm tại KĐC rồi tiếp tục phát triển xuống phía Nam dọc
theo đứt gãy hoạt động trong khu vực.
4.2.5. Trận động đất số 5 ngày 15/10/2013 tại Balilihan,
Philippines với độ lớn M7.1
20
Trận động đất này xảy ra lúc 0 giờ 12 phút 50 giây ngày
15/10/2013 với độ lớn M 7.1. KĐC kèm theo 21 DC với độ lớn M
= 4.7 - 5.7. Quá trình trong vùng nguồn đầu tiên xảy ra tại trung tâm
vùng nguồn sau đó phát triển về 2 phía của KĐC theo hướng đông
bắc - tây nam và cuối cùng phát triển về phía đông bắc.
4.2.6. Trận động đất số 6 ngày 15/ 11/2014 tại Balilihan,
Philippines với độ lớn M7.1
Trận động đất này xảy ra lúc 2 giờ 31 phút 50 giây ngày
15/11/2014 tại Balilihan, Philippines với độ lớn M 7.1. KĐC kèm
theo 3 TC và 23 DC với độ lớn M = 4.7 - 6.8. Quá trình phát triển
trong vùng nguồn của trận động đất số 6 được xuất phát từ đồng thời
cả phía đông bắc và phía nam tiến về khu trung tâm tại KĐC và tiếp
tục phát triển theo hướng bắc nam.
4.3. Đánh giá độ lớn động đất cực đại khu vực nghiên cứu
4.3.1. Đánh giá độ lớn động đất cực đại khu vực Biển Đông
Để đánh giá độ lớn động đất cực đại khu vực BĐ bằng phương
pháp GEV, các giá trị độ lớn động đất được sử dụng phải lớn hơn
mức đại diện động đất khu vực nghiên cứu (M 4,7) nên giá trị
ngưỡng được chọn là M*=5,0.
Bước 1: Tính mật phân bố Poisson (λ)
Trong giai đoạn nghiên cứu phải đảm bảo số lượng động đất quan
sát được có tính liên tục nên giai đoạn được chọn từ 30/7/1917-
8/12/2017 với tổng thời gian t=36655 ngày. Số lượng động đất đã
quan sát được (Mw≥5,0) trong khoảng thời gian này là N=12006. Mật độ phân bố Poisson λ là: λ=N/t=12006 /36655=0,33.
Bước 2: Xác ịnh bước nhảy (T)
Khoảng thời gian lâu nhất giữa 2 sự kiện động đất liên tiếp trong
danh mục là 291 ngày (từ 11/11/1921 đến 29/8/1922). Để K ≥ 100
21
thì T≤365 ngày. Giá trị bước nhảy thời gian được chọn là 350 ngày.
Bước 3: Xác ịnh các tham số , s, m
Với T 350 ngày, số lượng bước nhảy trong giai đoạn từ
30/7/1917-8/12/2017 là K=104. Giải 104 hệ phương trình (2.11-2.13)
và tính toán sai số, ta được các tham tham số của hàm GEV: =-0.23
± 0.05; s=0.46 ± 0.06; m=6.23± 0.21.
Bước 4: Đánh giá Mmax dự báo Trong danh mục động
đất được thành lập, trận
động đất mạnh gần đây nhất
là trận động đất xảy ra ngày
10/01/2017 với độ lớn Mw=7,3 tại tọa độ (=4,50N; =122,60E). Sự kiện này được chọn là sự kiện tựa, và
thời điểm xảy ra sự kiện này
là thời điểm tựa tương ứng.
Các giá trị điểm phân vị
được tính theo công thức
Hình 4.13: Đồ thị hàm Qq() với q=0,8
(2.19). Các kết quả được
theo số liệu từ DMĐĐ khu vực Biển
trình bày ở bảng 4.8 và trên
Đông (Mw ≥ 5,0) giai oạn 1917-2017.
hình 4.13.
Bảng 4.8: Các giá trị Q0,8() tương ứng với các giá trị khác nhau.
(năm)
20
40
60
80
100
Khoảng thời gian 2017-2037 2017-2057 2017-2077 2017-2097 2017-2117
8.25
8.50
8.6
8.65
8.7
Q0,8()
Tương tự như các tính toán ở trên, dưới đây phương pháp GEV tiếp
22
tục được áp dụng để đánh giá Mmax cho vùng Philippine.
1.3.2. Đánh giá độ lớn động đất cực đại cho vùng Philippine
Khu vực Philippine được
chọn giới hạn bởi các tọa sau: =60N-22°N; độ =117°E -1270E. Trong giai đoạn 1918-2017,
trên khu vực này có
3312 trận động đất độc
lập với độ lớn
5≤Mw≤8,3. Các trận này sẽ được dùng để đánh
Hình 4.14: Đồ thị hàm Qq() với q=0,8 theo số
giá độ lớn động đất cực
liệu từ DMĐĐ vùng Philippine (Mw ≥ 5,0) giai
đại. Sự kiện tựa được
oạn 1918-2017.
chọn là trận động đất
ngày 11/8/2017 với Mw=6,0. Áp dụng phương pháp GEV đã xác định được các tham số của hàm GEV đối với vùng Philippine như
sau: =-0.21±0.06; s=0.39±0.07; m=6.12±0.27. Đồ thị hàm Qq() với xác suất 80% cho vùng Philippine như trên hình 4.14. Ta thấy với =
100 năm thì Mmax=8,66. Khi thời gian dự báo tiến ra vô cùng thì đồ thị hàm Qq() với q=0.8 tiệm cận đến giá trị 8,7. Giá trị này trùng với giá trị Mmax dự báo cho toàn khu vực BĐ trong 100 năm kể từ 2017. Cần lưu ý rằng, miền Bắc Việt Nam cũng tham gia vào thành
phần khu vực BĐ, mà trong một công trình khác của NCS, phương
pháp GEV cũng đã được áp dụng cho miền Bắc Việt Nam và lân cận
với kết quả Mmax=6,8 trong thời gian dự báo = 50 năm. Khi thời gian dự báo tiến ra vô cùng thì Mmax dự báo cho miền Bắc Việt Nam
23
và lân cận chỉ đạt đến giá trị 6,9. Như vậy giá trị Mmax dự báo cho các vùng khác nhau thì khác nhau và vùng Philippine là một trong những
vùng có nguy cơ xảy ra động đất mạnh nhất trong khu vực Biển
Đông.
Thảo luận
Do phương pháp dùng hàm GEV dự báo Mmax là một trong những phương pháp xác suất nên kết quả của nó có sự tương đồng với các kết quả dự báo bằng các phương pháp xác suất khác nhưng cao hơn
một chút so với kết quả của các phương pháp địa chất kiến tạo. Sự
khác biệt này có thể là do các phương pháp địa chất kiến tạo đã đánh
giá Mmax thông qua các biến trung gian, cũng có thể là do kết quả thực địa chưa xác định chính xác các tham số này. Do đó, khi đánh
giá Mmax cho một khu vực bất kì nên tham khảo và so sánh các kết quả của cả hai phương pháp.
KẾT LUẬN
1. Danh mục động đất thống nhất được thành lập cho khu vực Biển
Đông giai đoạn 1900 - 2017 gồm 131505 trận động đất độc lập
với 3 ≤ Mw ≤ 8,5.
2. Đặc điểm hoạt động động đất khu vực Biển Đông có các đặc
trưng sau:
- Mức đại diện động đất là Mw=4,7. Chấn tâm các trận động đất mạnh phân bố chủ yếu tại nơi tiếp giáp giữa các đới kiến tạo chính
và các vùng chuyển tiếp của khu vực nghiên cứu, dày đặc nhất tại
phía Đông Biển Đông. Phần lớn các trận động đất xảy ra ở trong
lớp vỏ Trái đất với độ sâu dưới 75km.
- Chế độ hoạt động động đất mạnh khu vực Biển Đông được chia
thành 4 giai đoạn. Trong mỗi giai đoạn đều có 1- 2 trận động đất
với Mmax 8.0. Chu kỳ lặp lại động đất mức Mmax 7,5 trong khu
24
vực nghiên cứu là 3-5 năm.
3. Nghiên cứu chi tiết sáu trận động đất mạnh bằng cách phân tích
phân bố không gian và diễn biến thời gian của các nhóm TC, DC
của chúng cho phép làm sáng tỏ quá trình phát triển trong vùng
nguồn và hình dạng vùng nguồn của sáu trận động đất mạnh này.
Trên cơ sở đó đã khẳng định mức độ hoạt động tích cực của một
đứt gãy và đã xác định được ba đoạn đứt gãy giả định trong vùng
nghiên cứu.
4. Độ lớn động đất cực đại khu vực Biển Đông và vùng Philippine, được xác định bằng phương pháp GEV, tương ứng là: Mmax BĐ = 8,7; Mmax Philippine = 8,66 với xác suất 80% trong vòng 100 năm kể từ năm 2017.
KIẾN NGHỊ
- Cần nghiên cứu chi tiết thêm nhiều trận động đất mạnh thuộc khu
vực BĐ bằng cách phân tích phân bố không gian và diễn biến theo
thời gian của các nhóm TC, DC của chúng và liên kết các trận động
đất có cùng đặc điểm đặc trưng trong vùng chấn tiêu sẽ cho phép
khoanh định các vùng nguồn phát sinh động đất mạnh.
- Cần đánh giá giá trị độ lớn động đất cực đại bằng phương pháp
GEV bổ sung cho một số vùng cụ thể khác trong khu vực BĐ. Nếu
đánh giá độ lớn động đất cực đại cho các vùng được khoanh định
như trên sẽ cho kết quả vừa có ý nghĩa khoa học, thực tiễn vừa đáng
tin cậy hơn.
25
DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ Tiếng Việt
1. Vũ Thị Hoãn, Ngô Thị Lư, M V Rodkin, Trần Việt Phương, 2014, “Áp dụng quy luật phân bố các giá trị cưc trị để nghiên cứu tính địa chấn khu vực Đông Nam Á”, Tạp chí Địa ch t, loạt A số 341- 345, tr 180-189.
2. Ngô Thị Lư, Trần Việt Phương, Nguyễn Quang, Vũ Thị Hoãn, Phùng Thị Thu Hằng, 2014, “Áp dụng tổ hợp các phương pháp thống kê và vật lý kiến tạo để dự báo động đất lãnh thổ Việt Nam và lân cận”, Tạp chí Địa ch t, loạt A số 341-345, tr 254-263.
Tiếng Anh 3. Ngo Thi Lu, Rodkin M V, Tran Viet Phuong, Phung Thi Thu Hang, Nguyen Quang, Vu Thi Hoan, 2016, “Algorithm and program for earthquake prediction based on the geological, geophysical, geomorphological and seismic data”, Vietnam Journal of Earth Science,Vol 38 (3) 231 – 241, Ha Noi.
4. Vu Thi Hoan, Ngo Thị Lu, M V, Rodkin, Nguyen Huu Tuyen, Phung Thi Thu Hang, Tran Viet Phuong, 2016,“Prediction of maximum earthquake magnitude for northern Vietnam region based on the GEV distribution”, Vietnam Journal of Earth Sciences, Vol 38 (4) 339-344.
5. Ngo Thi Lu, M V, Rodkin, Tran Viet Phuong, Nguyen Quang, Phung Thi Thu Hang, Vu Thi Hoan, 2017, “Assessment of earthquake hazard for the northwestern Vietnam from geological and geophysical data using an original program package”, SCI-E Volume 2, isue , pages 68-, Journal of Volcanology and Seismology, published in Vulkanologiya in Seismologiya.
6. Vu Thi Hoan, Ngo Thi Lu, Rodkin M V, Nguyen Quang, Phan Thien Huong, 2018, “Seismic activity characteristics in the East Sea area”, Vietnam Journal of Earth Sciences, Vol 40 (3), pp 240-252.
7. Ngo Thi Lu, Burmin V, Phung Thi Thu Hang, Vu Thi Hoan, Ha Thi Giang, 2018, “Estimation of errors in determination of main parameters of earthquake hypocenter, recorded by the national seismic network of Vietnam”, Vietnam Journal of Earth Sciences, Vol 40 (1), pp 1-16.
