BÀI TIỂU LUẬn địa chất cơ sở

bài tiểu luận môn địa chất cơ sở về động đất và sóng thần , bài viết trình bày hoạt động đặc điểm cũng như các quá trình của hai hiện tượng thiên nhiên động đất và sóng thần do đó rút ra được cách phòng tránh và biện pháp khắc phục hiệu quả , hy vọng tài liệu có ích cho mọi người

có thể bị sụt lún và đôi khi những dòng sông cũng bị đổi dòng do hậu quả của những trận động đất cực mạnh.

Cho đến tận bây giờ - thời kì của nền văn minh và hiện đại, dù con người đã đạt những bước tiến dài trong khoa học và kĩ thuật thì vẫn chưa thể thoát khỏi sức mạnh của tự nhiên Và minh chứng không thể chối cãi, đó chính là thảm hoạxảy ra ngày 26/12/2004 tại vùng biển ấn độ dương gần vịnh Belgan đã gây ra thiệt hại lớn từ trước đến nay về người và của nguyên nhân chính là trận động đất mạnh và gây ra sóng thần tràn vào đất liền

Theo các kết quả thống kê tỉ mỉ của các nhà địa chấn, hằng năm trên toàn địa cầu xảy ra hơn 1 triệu trận động đất với các độ mạnh khác nhau, trong số đó

có khoảng 100 ngàn động đất con người cảm nhận được, 100 trận động đất gây tác hại và chỉ 1 trận động đất gây thảm họa lớn, nghĩa là cứ nữa phút xảy ra mộtđộng đất Và trung bình mỗi năm trên thế giới lại có khoảng 10.000 người chết

do động đất Có thể nói động đất yếu xảy ra ở mọi nơi trên địa cầu, vì lòng đất không lúc nào yên tĩnh Tuy nhiên động đất mạnh có khả năng gây thiệt hại chỉ

tập trung trong những đới nhất định Đó là những đới phân cách các mảng kiến tạo đang vận động tương đối với nhau.

Những năm gần đây, thế giới xảy ra những trận động đất khủng khiếp như động đất ở tỉnh Tứ xuyên của Trung Quốc năm 2008, ở Italia năm 2009 và từ đầu năm 2010 đến nay đã có những trận động đất lớn ở Haiti, Chi Lê, Thổ Nhĩ Kỳ… Việt Nam những năm gần đây cũng xuất hiện những trận động đất nhỏ ở ngoài khơi biển Phan Thiết và gần đây nhất là trận động đất nhẹ tại nhiều xã củahuyện Hà Quảng, tỉnh Cao Bằng vào đêm 28/8.… Như vậy, nguyên nhân nào gây ra động đất ?

A HIỆN TƯỢNG ĐỘNG ĐẤT VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA NÓ

I Khái niệm và nguồn gốc của động đất

1 Khái niệm

Động đất (earthquake) : Động đất là sự rung chuyển trên bề mặt của vỏ Trái đất do một nguồn năng lượng được phát sinh từ một nơi đất đá bị dập vỡ và dịch chuyển bên trong lòng đất Ở đây chỉ đề cập đến những chấn động mặt đất

có nguồn gốc nội sinh, những chấn động liên quan đến hoạt động con người nhưviệc xây dựng các hồ chứa, nổ mìn khai thác đá hay nổ mìn theo các mục tiêu khác nhau Bình quân mỗi năm có độ 5.000.000 lần động đất nhưng đại đa số chỉ có máy móc mới phát hiện được Động đất mang tính phá hoại từ cấp 7 trở lên, chỉ có độ 20 lần và chỉ xuất hiện ở một số ít nơi, thường hay gặp lại ở một

số nơi

2 Nguồn gốc phát sinh năng lượng động đất

 Động đất có liên quan đến sự dịch chuyển các mảng kiến tạo

Thuộc nhóm này là các đai động đất lớn có lịch sử phát triển lâu dài, như đai Thái Bình Dương (chiếm 80% chấn động), đai Địa Trung Hải (chiếm 15% chấn

động) (Hình I.2.a)

 Động đất liên quan đến dịch chuyển của các khối magma, chủ yếu là núi lửa(hot spot)

Hiện nay dọc theo đới phân bố núi lửa của thế giới Ý, Nhật, Indonexia,

Kamsatka đều có động đất núi lửa (tháng 8 năm 1959 ở đảo Hawaii xuất hiện

một loạt động đất nhỏ, sau đó tháng 11 thì bắt đầu phun núi lửa) (Hình I.2.b)

 Động đất liên quan đến đới dập vỡ, phá huỷ kiến tạo

 Động đất liên quan đến hồ chứa nước, hoạt động trượt lở tự nhiên hoặc nhân sinh và các nguyên nhân khác

Hiện tượng thấy được đầu tiên ở hồ chứa Mead của bang Colorado (Mỹ) Hồ bắt đầu chứa nước vào năm 1935, đến năm 1937 cảm thấy động đất xuất hiện trên 100 lần và năm 1939 khi hồ chứa đầy nước thì động đất cũng đạt tới muasccao, động đất đạt cấp 5 và đến nay cũng chưa dùng hẳn (hồ chứa nông Tân Phong của vùng Quảng Đông – Trung Quốc trong năm 1962 có 1 lần động đất đạt cấp 6,4 là loại động đất lớn nhất của hồ chứa nước)

Động đất ở hồ chứa gây ra thường là sau khi đưa nước vào một thời gian mớixuất hiện động đất cho thấy địa tầng vùng chứa nước gồm những đá tương đối

vụ nát, phát triển nhiều cấu tạo đứt vỡ Nước theo đới vỡ nát ngấm thấu xuống sâu và đi xa (có khả năng sâu tới 10 km ) làm cho đá dễ vỡ, dễ vỡ, dễ trượt tăng

thêm tính hoạt động của đứt gãy và do đó giải thoát năng lượng ứng suất để tạođộng đất.

Việc bơm nước cao áp trong các giếng sâu, việc gây nổ với quy mô lớn v v đều có thể tạo ra động đất cho những khu vực nhất định với những câp độ khác nhau

Hồ chứa nhân tạo Lake Mead-Colorado (Mỹ) do áp lực của nước tác động đến

các tầng đất đá dưới sâu gây ra các trận động đất (Hình I.2.c)

3 Nguyên nhân động đất

Có ba nguyên chính nhân gây động đất là :

 Nội sinh : Liên quan đến vận động phun trào núi lửa, vận động kiến tạo ở các đới hút chìm, các hoạt động đứt gãy

 Ngoại sinh : Thiên thạch va vào Trái đất, các vụ trượt lở đất đá với khối lượng lớn

 Nhân tạo : Hoạt động làm thay đổi ứng suất đá gần bề mặt haowjc áp suất chất lỏng, đặc biệt là các vụ thử hạt nhân dưới lòng đất

Ngoài ra còn phải kể đến hoạt động âm học, đặc biệt là kỹ thuật âm thanh địa chấn

Động đất xảy ra khi có sự lan truyền năng lượng từ một nơi đổ vỡ trong lòng đất, năng lượng này tạm gọi là năng lượng động đất Những nơi phát sinh năng lượng động đất là ranh giới tiếp xúc của hai mảng kiến tạo, trên bề mặt của đứt gãy đang hoạt động và nơi khối magma (đặc biệt là magma giàu chất bốc) tiêm

nhập lên phần trên của vỏ cứng Khi có sự dịch chuyeern của hai mảng, hoặc sự dịch chuyển tương đối của hai cánh đứt gãy hoặc của khối magma sẽ phát sinh các bộ phận vỏ cứng bị đổ vỡ, nghĩa là phát sinh năng lượng động đất.

 Vị trí các vùng động đất

Dưới tác dụng của một hợp lực căng-cắt, năng lượng động đất tích lũy được giải phóng, những vị trí phát triển các hợp lực căng-cắt sẽ là nói phân bố tâm động đất Vị trí phân bố tâm động đất là :

- Mặt tiếp xúc của các mảng đang hoạt động : các dãy động đất bờ Tây Nam Mỹ, các vùng Địa Trung Hải, vùng đảo Nhật Bản…

- Dọc các đứt gãy sâu : đứt gãy sông Đà, đứt gãy San Andras ở bờ Tây

nước Mỹ (Hình I.3.a)

Động đất thuộc hai nhóm nguồn gốc này thường phân bố tuyến tính, thời gian hoạt động kéo dài, cường độ rất mạnh, tạo thành những vùng bị động đất lặp lại nhiều lần sự lặp lại này liên quan đến sự phát triển của đứt gãy và của cácmảng kiến tạo Mỗi đợt động đất, ngoài động đất chính thường kéo theo hàng loạt các dư chấn Mặt khác, đi cùng với tuyến động đất chính còn có các tuyến động đất nhỏ hơn về quy mô và cường độ (vùng động đất thứ cấp) liên quan đến sự hoạt động của các đứt gãy cấp II, phân nhánh từ các đứt gãy sâu hay các bề mặt dịch chuyển cấp I

- Vùng có các lò magma hoạt động (xâm nhập hay phun trào) : Các động đất thuộc kiểu nguồn gốc này thường có quy mô và cường độ rung động giới hạn theo quy mô, độ sâu phân bố của lò magma và thành phần khối

magma Nhìn chung quy mô vùng bị động đất không lớn, động đất phát

triển nhanh và tắt nghỉ cũng nhanh (Hình I.3.b).

Cụ thể lò động đất tập trung ở 4 đới :

1. Đới động đất vòng quanh Thái Bình Dương : Là đới hoạt động mạnh

nhất Chiếm khoàng 80% địa chất có lò nông, (90% động đất của lò ở

độ sâu trung bình và chiếm gần như toàn bộ lò ở sâu Chiếm 76% tổng

số năng lượng giải thoát của Trái Đất do động đất gây ra Đặc trưng là các lò ở nông và trung bình thì phân bố gần máng sâu và cung đảo, càng đi gần về phía lục địa thì là các lò ở sâu

2. Đới động đất Himalaya – Anpo – Indonesia (bao gồm cả Bắc Phi) : Phân

bố gần phương vĩ tuyến Năng lượng giải thoát chiếm 22% của động đấttoàn cầu Đặc trưng là chấn tâm rất phân tán, đới động đất đất rộng Phân bố chủ yếu là loại lò ở nông Các lò sâu trung bình chỉ tập trung ở hai đầu vòng cung Himalaya và nơi dãy Cascade chuyển hướng từ đông tây tới phía Nam Các lò ở sâu rất ít

3. Đới động đất ở sống giữa đại dương : Phân bố ở đới động đất dưới biển

dọc sống giữa đại dương hoặc dãy núi ở biển của Đại Tây Dương, Ấn ĐộDương và nam Thái Bình Dương, kéo dài hơn 60.000 km Gần như chỉ

có lò động đất ở nông Chúng phân bố các tách giãn trung ương hoặc các dãy núi giữa biển nơi đứt gãy biến dạng

4. Đới động đất tại các tách giãn lục địa : Phân bố tại các tách giãn Đông

Phi, Hồng Hải, vịnh Aden, tách giãn biển Chết Đều phân bố các lò ở nông

(sự phân bố các lò động đất tại các đới được giải thích theo quan điểm kiến tạo mảng).

- Đới quanh Thái Bình Dương và phía bờ Bắc Mỹ là nơi đứt gãy biến dạng hoặc đứt gãy bằng phát sinh Đi về phía bờ Nam Mỹ và các vòng cung đảo ở bờ Tây là nơi hút chìm của mảng vào lục địa Vì thế các lò động đất ở nông nằm ở phía máng nước sâu, còn các lò sâu trung bình và ở sâu thì nằm trong phía lục địa trên đới hút chìm tại mảng lục địa

- Đới Anpo đến Himalaya là nơi hai mảng lục địa đạp vào nhau, do đó các lò động đất phân bố trong diện rộng, tản mạn thường là lò nông

- Đới tách giãn lục địa cũng do nguyên nhân tách dãn nên tính chất giống như ở sống núi giữa đại dương

 Phân bố động đất ở Việt Nam

Tài liệu lịch sử cho thấy động đất ở nước ta không nhiều, cường độ không mạnh Ngày trước chưa có những cơ sở và bộ phận chuyên môn nghiên cứu Từ năm 1924 sau khi xây dựng xong trạm nghiên cứu ở Phù Liễn (Hải Phòng) thì hiện tượng động đất được quan sát ghi chép thống kê đầy đủ hơn Năm 1957 trạm nghiên cứu ở Nha Trang cũng xây dựng xong Theo báo cáo của Viện khoa học Việt Nam (1974) thì ở Việt Nam có 2 vùng động đất đáng chú ý

1 Vùng động đất cấp lớn nhất phân bố dọc các đứt gãy sâu sông Hồng và

dọc biên giới Việt Lào (Lai Châu, Điện Biên, Sơn La, Yên Bái) Có thể thấy vùng nằm trong đới lớn Anpo – Himalaya, nối tiếp phần động đất ở

Vân Nam (Trung Quốc) kéo dài xuống Việt Nam theo hướng đứt gãy sông Hồng, sông Mã.

2 Vùng tương đối mạnh phân bố từ bác Nha Trang đến Phan Thiết Về

mặt địa lý vùng nằm gần máng nước sâu của bờ tây Thái Bình Dương, nơi đã từng có hoạt động núi lửa

- Việt Nam được biết đến như một đất nước có mối hiểm họa động đất cao Trong lịch sử đã ghi nhân những trận động đất mạnh 6,7 – 6,8 độ Richter tại Tây Bắc, trong khi ở ngoài khơi, trên thềm lục địa đông nam đất nước cũng đã xuất hiện động đất mạnh 6,1 độ Richter Vùng phía Nam cũng không nằm ngoài vùng ảnh hưởng của động đất

- Động đất trên lãnh thổ Việt Nam thuộc nhóm động đất kiến tạo, phân bố dọc theo các đứt gãy khu vực và các đứt gãy phân nhánh, do vậy tập trung thành các đới động đất phân bố dọc theo các đới phá hủy sâu

Từ năm 114 – 2003 đã có 1654 trận động đất được ghi nhận (có M>=3

Một số đô thị lớn của Việt Nam hiện đang nằm trong khu vực nhạy cảm cao trước những rung động địa chấn Hà Nội hiện đang nằm trong vùng được dự báo

là phải chịu chấn động cấp 8 Ở TP.HCM, rủi ro địa chán lớn nhất có thể phát sinh từ sự lan truyền chấn động địa chấn từ các trận đọng đất mạnh ở phạm vi khu vực và sự khuếch đại rung động nền do tác động hiệu ứng nền địa phương gây ra dưới tải trọng của động đất Nền đất yếu tại khu vực TP.HCM có thể là một yếu tố góp phần không nhỏ vào sự khuếch đại rung động địa chấn do các trận động đất gây ra ở phạm vi khu vực và địa phương Trên lãnh thổ Việt Nam, động đất thường xuất hiện theo quy luật tĩnh – động, và quy luật yếu – mạnh, nghĩa là trên một vùng trước khi xảy ra động đất mạnh, thì xung quanh vùng xuất hiện nhiều trận động đất có cường độ nhỏ Hướng phát triển các vùng độngđất ngược chiều kim đồng hồ.

Hiện nay thông tin về động đất trên lãnh thổ Việt Nam được thu nhập từ các trạm quan trắc địa chấn Trên toàn quốc hiện có 26 trạm quan trắc địa chấn, bao gồm vùng Tây Bắc 10 trạm, Hòa Bình 4 trạm, Hà Nội 9 trạm, Huế 1 trạm và

2 trạm ở Đà Lạt và Nha Trang Trạm quan trắc địa chấn Nha Trang bắt đầu hoạtđộng từ năm 1957 trạm địa chấn Đà Lạt hoạt động từ năm 1981 Ngoài ra còn

có các trạm địa chấn tạm thời ở Trị An, Yali, Thác Bà, Thác Bà Đầu mối trung tâm của các trạm địa chấn là Viện Vật lí địa cầu Ngoài ra thông tin về địa chấn ởViệt Nam còn được cung cấp từ trung tâm địa chấn quốc tế (ISC – International Seismic Center, từ 1917 – 1995) Nhìn chung, kết quả đã tập hợp các thông tin

về động đất lịch sử và xây dựng được các danh mục động đất ở các nước lân cận

II Đặc điểm của động đất

1 Lò động đất, chấn tâm, khoảng cách chấn tâm

- Lò động đất/tâm (seismic focus) : là nơi phát sinh động đất, nơi tập trung

và giải thoát năng lượng cho động đất Thường nằm trong thung lũng đạt tới độ sâu 700 km Tâm động đất càng ở nông thì sức phá hủy của động đất càng lớn

(Hình II.1.a)

Có thể căn cứ vào độ sâu phân bố của lò động đất để phân chia:

- Lò động đất ở nông cách mặt đất 0 – 70km chiếm số lượng 72,5% lò động đất Trong số đó loại ở độ sâu từ 0 – 30km chiếm nhiều nhất

- Lò động đất ở độ sâu trung bình phân bố ở độ sâu từ 70 – 300km chiếm 23,5% tổng số lò động đất

- Lò động đất ở sâu phân bố từ 300 – 700km, chỉ chiếm độ 4%

Hiện nay được biết lò lớn nhất ở độ sâu đến 720km

- Chấn tâm (epicentre) : điểm chiếu của lò động đất trên mặt đất Thường không chỉ tập trung ở 1 điểm mà có biểu hiện của 1 khu vực nên gọi là vùng chấn tâm

- Độ sâu lò động đất (focus depth) : khoảng cách từ chấn tâm đến lò động dất

- Khoảng cách lò động đất (nguồn động đất focus distance) : khoảng cách từ

lò đến một trạm đo động đất (hoặc nơi cảm nhận được động đất)

(Hình II.1.b)

80% các trân động đất xảy ra ở vỏ, đa số ở độ sâu 8 km đến 10 km

Ngoài ra động đất còn có thể xảy ra ở dưới biển gọi là hải chấn (sea quake)

(Hình II.1.c) Động đất ở đáy do các đá hoặc địa tầng ở đáy biển bị phá hủy

đột ngột hoặc dịch chuyển tương đối gây ra, do đó gây ra sóng thần truyền đi rất xa đến bờ biển Thường gặp ở Thái Bình Dương và Ấn Độ Dương trong các đới máng biển (ví dụ năm 1960 động đất cấp 8-9 ở Chile gây song lớn truyềnđếnmột vịnh ở Hawaii với cột song cao tới 10 m, sóng truyền đến bờ Đông phía Đông của Nhật tạo ra những sóng cao đến 6,5 m, đẩy các thuyền đánh cá lên trên bộ).

2 Sóng động đất và sự truyền sóng

Từ nơi phát sinh, năng lượng động đất được truyền đi ở dạng sóng gọi là song động đất (seismic waves) Sóng động đất làm cho mặt đất vừa bị nhồi dập (vibarte) vừa bị xô đẩy lắc lư (occilate) theo các phương khác nhau, kết quả là làm cho các vật thể trên bề mặt vùng bị ảnh hưởng, mặt đất bị nứt vỡ, gãy và

đổ sụt

Do sự phân dị về thành phần và đặc tính vật lý của các phần khác nhau của Trái đất mà sự truyền sóng đại chất cũng khác nhau Có 2 loại sóng cơ bản phát sinh từ động đất : gồm boby wave (sóng thân) và sóng mặt (surface wave)

 Sóng thân (Hình II.2.a) là sóng truyền qua tất cả các lớp, đi qua tâm,

và lan tỏa đi tất cả các hướng

- Sóng sơ cấp/sóng dọc (sóng P-Primary wave) : Sóng truyền theo phương truyền sóng nén ép vật chất, có khả năng đi qua tất cả các vật liệu và có thể tạonên âm thanh Những tiếng ì ầm trước khi xảy ra động đất, thường được sinh vật cảm nhận được chính là sản phẩm của sóng P Đặc tính của sóng là có biên

độ nhỏ, chu kỳ ngắn, tốc độ truyền sóng tương đối nhanh, bình quân từ 4 km/s đến 7 km/s Vì vậy trong một trận động đất sóng P sẽ là sóng đầu tiên đến các trạm địa chấn

Dựa vào song dọc P có thể biết được hướng phân bố của lò Nếu có trên 2 trạm đo địa chấn thì xác định được vị trí của lò động đất.

- Sóng thứ cấp/sóng ngang (sóng S-Secondary wave) : Sóng có dao động thẳng góc với sóng P , uốn lượn vật chất theo phương thẳng đứng Biên độ tương đối lớn, chu kỳ tương đối lớn, tốc độ truyền sóng tương đối chậm, bình quân trong vỏ Trái đất từ 2 km/s đến 5 km/s , sóng không đi qua môi trường lỏng Vì vậy, sóng S đến trạm thu địa chấn chậm hơn sóng P

Về bản chất, sóng S di chuyển theo các phương nằm ngang, chỉ truyền qua môi trường rắn và hoàn toàn không bị môi trường lỏng hấp thụ, sóng S di

chuyển các hạt đá lên và xuống, làm cho các vật trên bề mặt trái đất bị lắc lư theo phương nằm ngang, và tạo nên hiệu ứng xuất cắt nên còn được gọi là sóngcắt Các làn sóng S chuyển động vuông góc với phương truyền sóng Do đó, trong động đất, sóng S là sóng gây phá hủy mạnh mẽ, đặc biệt là công trình càng cao thì sức công phá càng lớn

 Sóng mặt (Hình II.2.b) là sóng di chuyển trên mặt Trái đất, xuất phát từ

tâm chấn Sự rung động của đá là do sóng mặt giảm dần theo độ sâu (tương tự ném 1 hòn sỏi xuống mặt nước ) Mặc dù lan truyền sau sóng trong lòng đất, nhưng sóng bề mặt là nguyên nhân những thiệt hại và tiêu hủy của động đất

- Sóng Love : do nhà toán học người Anh tìm ra năm 1911 Đó là các sóng bềmặt nhanh nhất Giới hạn ở bề mặt của lớp vỏ, sóng Love hoàn toàn chuyển động ngang, uốn lượn vật chất theo chiều nằm ngang

- Sóng Rayleigh : do nhà toán học đã dự đoán sự tồn tại của loại sóng này vào năm 1885 John Wiliam Strutt, Lord Rayleigh Một làn sóng Rayleigh truyền trên mặt đất giống như một cuộn sóng trên hồ nước hay đại dương Bởi vì khi nó

di chuyển mặt đất lên và xuống Hần hết những rung cram từ một trận động đất

là do các sóng Reyleigh, có thể lớn hơn nhiều so với những con sóng khác

Vận tốc lan truyền nhỏ nhưng diện tích lan truyền lớn, do vậy còn có tên gọi

là Large wave (sóng L), sóng này đến trạm địa trấn muộn nhất Sóng lan truyền qua tất cả các loại vật liệu rắn, lỏng, khí

Các sóng động đất được thu và ghi nhận bằng thiết bị chuyên dùng, Máy địa chấn ký Trên máy này các dao động vạch thành đồ thị gọi là biểu đồ địa chấn

3 Cấp động đất (magnitude) và cường độ rung động (intensity)

Động đất được thể hiện ở sự dịch chuyển hoặc biên độ thay đổi của các phân

tử đất được ghi lại trong các hiện tượng tàn phá đối với các công trình hoặc trong các máy đo địa chấn Có hai kiểu thể hiện mức độ của động đất

 Cấp động đất (earthquke magnitude) : Được qui định bởi năng lượng

được giải phóng từ nơi phát sinh động đất (tâm F) và đo bằng biên độ dao động của sóng S Có nhiều phương pháp tính cường độ rung động, trong đó thang cấp

độ Richter được sử dụng rộng rãi nhất Thang độ Richter là logarit thập phân của biên

độ lớn nhất của một vạch trên biểu đồ địa chấn (tính bằng µm) ghi trên máy địa chấn

ký Woo Anderson nằm cách tâm ngoài 100 km Thang độ Richter được

B.Guttenberg và C.F.Richter xác lập năm 1956, đến 1967 được International Committee on Magnitude hoàn thiện

Động đất thật nhỏ không cảm nhận được Khoảng 8.000 lần

mỗi ngàyThật nhỏ 2,0 – 2,9 Thường không cảm nhận được nhưng đo Khoảng 1.000 lần

được mỗi ngàyNhỏ 3,0 – 3,9 Cảm nhận được nhưng ít khi gây thiệt hại Khoảng 49.000 lần

mỗi nămNhẹ 4,0 – 4,9 Rung chuyển đồ vật trong nhà Thiệt hại

khá quan trọng

Khoảng 6.200 lầnmỗi nămTrung

bình

5,0 – 5,9 Có thể gây thiệt hại nặng cho những kiến

trúc không theo tiêu chuẩn phòng ngừađịa chấn, thiệt hại nhẹ hơn cho nhữngkiến trúc xây dựng theo chuẩn

Khoảng 800 lầnmỗi năm

Mạnh 6,0 – 6,9 Có sức tiêu hủy mạnh trong những vùng

đông dân có chu vi 180 km bán kính

Khoảng 120 lầnmỗi nămRất mạnh 7,0 – 7,9 Có sức tàn phá nghiêm trọng trên những

diện tích rất rộng lớn

Khoảng 18 lần mỗi

nămCực

hoàng

10 + Gây ra hậu quả khủng khiếp cho Trái đất Có thể không xảy

ra

 Cường độ rung động (intensity) : Là thông số phản ánh mức độ ảnh hưởng

của sự rung động mặt đất đến một vùng khu vực cụ thể trên bề mặt vỏ trái đất Các yếu tố quyết định của cấp độ quy mô động đất là cường độ rung động, cấu tạo nền đất,

độ sâu của tâm (trong) và khoảng cách từ vùng bị ảnh hưởng đến vị trí chấn tâm (tâm ngoài) Cụ thể :

- Khoảng cách đối với chấn tâm : Càng xa thì càng yếu

- Khoảng cách đối với tâm : Cùng cường độ nhưng lò ở sâu thì yếu hơn, ở nông thì

mạnh hơn (năm 1960 động đất ở Maroc thuộc cấp 8,5 nhưng do tâm ở nông, cách mặt đất 2 km đến 3 km nên cường độ đạt tới 9 độ, gây phá hoại nặng).

- Cấu tạo địa chất của khu vực động đất : Ở đới phát triển cấu tạo đứt vỡ hoặc nơi

có dòng sông cổ đi qua thì cường độ thường tương đối lớn Vùng có móng địa chất vững chắc thì cường độ yếu hơn

- Sự vững chắc của các công trình kiến trúc xây dựng : Trong vùng bị động đất có thể gặp giữa những khu vực bị tàn phá nặng có những diện tích ít tàn phá và ngược lại ở những khu vực lớn ít bị tàn phá lại lọt vào những diện tích bị phá hủy mạnh Để phân chia cường độ người ta dựa vào cảm giác tiếp nhận khi động đất xảy ra, mức độ phá hoại của các công trình Thang cường độ động đất được xây dựng theo bảng cường độ

Quy mô động đất theo thang Modified Mercalli

I Không cảm nhận được, trừ những đối tượng nhạy cảm và trong trường

hợp đặc biệt

II Những đồ vật treo tường mỏng nhẹ có thể lay động Những người đang

nằm nghỉ, đặc biệt là các nhà cao tầng sẽ cảm nhận đượcIII Rung động như có xe tải đi qua Trong nhà, đạc biệt là trên lầu có thể

cảm nhận được sự rung động

IV Trong nhà nhiều người cảm nhận được, ở ngoài trời ít óc người cảm

nhận được Vào ban đêm một số người lính bị đánh thức Bát đĩa bị xáođộng, tường có những tiếng nứt nẻ, xe đang đậu bị xô đẩy Sự rung

động như có một chiếc xe tải lướn đi qua

V Hầu hết mọi người đều nhận biết được : nhiều người bị đánh thwusc,

tường bị vỡ từng màng, đồ vật bị đổ nhào, cây cối, cột đồ vật dạng tròn

bị xáo trộn

VI Tất cả mọi người đều nhận biết được, tất cả mọi người đổ xô ra đường,

vôi tường rơi từng mảng, tổn thất nhẹVII Mọi người đổ xô ra đường Nhà cửa xây dựng tốt thiệt hại không đáng

kể, xây dựng kém bị hư hại nhiều, nhiều ống khói bị vỡVIII Một số cấu trúc đặc biệt thì bị hư hại nhẹ, nhà cửa bình thường bị sụp

đổ từng phần, xây dựng kém thì bị phá hủy hoàn toàn, vách nhà tách ra khỏi khung, ống khói, cột tường bị đổ nhào…

IX Các cấu trúc đặc biệt bị hư hại đáng kể : các khung bị nghiêng, tòa nhà

Bảng tương quan giữa cấp rung động và cường độ động đất

Cường độ rung động

(độ Richter)

Cường độ động đất(Mercalli-gần epic.)

Tổn thất

2 I – II Thường chỉ có máy phát hiện

3 III Những người ở trong nhà nhận biết

4 IV – V Nhiều người nhận biết, có tổn thất nhẹ

5 VI – VII Mọi người đều biết, nhiều người sợ và

chạy ra khỏi nhà

6 VII – VIII Mọi người đều chạy ra khỏi nhà, tổn

thất từ trung bình đến khá nhiều

7 IX – X Tổn thất nghiêm trọng

8 + X – XII Toàn bộ vùng bị tổn thất nghiêm trọng

 Miền động đất (Hình II.3.a) : Căn cứ theo các kết quả đo được đối với

các sóng địa chấn động như nhau gọi đường đẳng chấn với các đường có trị số lớn đến nhỏ dần để phân biệt các nơi có động đất mạnh nhất từ tâm đến yếu dần khi đi xa khỏi tâm Chia ra :

- Miền địa chấn : Miền gồm các loại động đất có cường độ từ cấp 10 đến cấp 12

- Miền thường chấn : Miền có động đất với cường độ từ cấp 1 đến cấp 10

- Miền vi chấn : Miền có động đất với cường độ cấp 1, chỉ máy đo địa chấn tinh vi mới phát hiện được

Trong vùng động đất người ta nhận thấy có khu vực không có biểu hiện độngđất được gọi là bóng râm động đất Nguyên nhân là do sự truyền sóng trong cácmôi trường có thành phần khác nhau của Trái đất Khi đến nhân Trái đất, sóng Skhông xuyên qua được, còn sóng dọc P thì bị khúc xạ, lệch đi một góc độ Giả thiết động đất hay xảy ra ở quãng xích đạo Đối với ½ Trái đất, do tính chất truyền sóng ở nhân nên sóng động đất không có biểu hiện trong quãng 103° đến 140° và từ 143° đến 180° chỉ ghi được sóng P, không có sóng S Vùng từ 103° đến 143° không bị động đất trở thành bóng râm động đất

4 NGHIÊN CỨU ĐỘNG ĐẤT

Động đất xuất hiện đột ngột Trước kia và cả hiện nay, người ta có thể dựa vào sinh vật nhờ chúng cảm nhận được các sóng động đất trước khi xảy ra tai họa Ở Nhật, người ta nuôi 1 loại cá để phát hiện động đất Trước khi xảy ra

động đất một vài hôm cá có biểu hiện không bình thường, chúng bơi lội một cách hoảng hốt.

Từ thời xưa (đời Hán) người Trung Quốc đã có máy dự báo động đất 1 cách

đơn giản (Hình II.4.a).Thiết bị này xuất hiện từ rất sớm : năm 78-139 sau Công Nguyên Zhang Heng, tác giả của phát minh này là một thiên tài Ông đã

để lại khá nhiều các phát minh khác nhưng địa chấn kế nói trên quả thực là một phát minh vô cùng xuất sắc Hệ thống cột cân bằng bên trong cùng hệ thống bi

có thể lăn ra 8 hướng khiến thiết bị này có thể phát hiện được chính xác cơn động đất và hướng của nó Máy gồm có một bình và 8 con cóc đặt theo 8 hướngkhông gian Mỗi con cóc ngậm một viên ngọc : khi có chấn động từ 1 hướng nàothì con cóc ở hướng ấy nhả viên ngọc ra

Hiện nay đã chế tạo những máy rất nhạy ghi các biểu hiện rung động của vỏ

Trái đất Đó là các địa chấn ký (địa chấn kế) ( Hình II.4.b mô hình một địa

chấn ký và sản phẩm của nó) làm việc theo các nguyên tắc sau :

 Nguyên tắc dao động của con lắc :Dựa vào sự dao động để xác định các chuyển động ngang của sóng động đất, thông qua 1 hệ thống truyền động để chuyển ghi lên bản đồ

 Nguyên tắc cảm ứng điện từ : Khi động đất xảy ra, các rung động làm rungchuyển cuộn dây đặt trong một từ trường mạnh làm sản sinh dòng điện dẫn tới điện kế làm quay một gương chiếu tia sáng vào cuộn giấy ảnh ghi lại các dao động ấy

Trước tiên người ta thu được tín hiệu của sóng P sau đó mới tính đến tín hiệu sóng S rồi sóng L Khoảng cách xuất hiện của hai sóng P và S càng lớn càng chứng tỏ trạm ở càng xa lò động đất Có thể căn cứ độ chênh lệch đo được qua

3 trạm trở lên, ta có thể tính ra vị trí của lò động đất và chấn tâm Tuy nhiên

sóng động đất khi lan truyền qua các lớp đất đá khác nhau của vỏ Trái đất sẽ bị phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ làm tiêu hao năng lượng, số liệu thu được có khi không đảm bảo độ chính xác Việc xác định khoảng cách giữa chấn tâm và lò động đất do đó gặp một số khó khăn.

5 CÁC QUÁ TRÌNH ĐỊA CHẤT CỦA ĐỘNG ĐẤT

Động đất có thể trải qua nhiều giai đoạn phản ánh quá trình tích lũy và giải phóng năng lượng ứng suất trong vỏ Trái đất

5.1 Giai đoạn trước động đất : Năng lượng được tích lũy do những tác dụng liên tục của chuyển động cấu tạo, thường tải qua hàng chục, hàng trăm năm mới xảy ra động đất Thời gian dài ngắn tùy theo tốc độ và cường độ chuyển động của vỏ Trái đất, tùy tính chất của chuyển động và độ vững bền của đá.5.2 Giai đoạn sắp động đất : Ở khu vực sẽ xuất hiện lò động đất các đá đã đạt hoặc vượt qua giới hạn cường độ biến dạng đàn hồi hoặc đang ở trạng thái chuẩn bị nứt vỡ với quy mô lớn Tại nơi sẽ xảy ra động đất và vùng xung quanh xuất hiện một số dấu hiệu như :

- Địa hình thay đổi dị thường : Đá có biểu hiện biến dạng, mặt đất lồi lõm, nâng hạ hoặc dịch chuyển ngang Qua đo đạc địa hình có thể phát hiện được

- Biểu hiện có những rung động khác thường : Khi sắp xảy ra động đất xuất hiện một loạt chấn động nhỏ (do trước khi có đứt gãy lớn thì xuất hiện một số nứt vỡ nhỏ, tạo ra những rung động nhỏ) Ví dụ ở New Zealand 5/3/1964 xuất hiện động đất cấp 6,2 nhưng trước đó từ 1/2/1964 cho tới lúc động đất mạnh đãphát sinh trên 50 lần rung động

Biểu hiện này cũng không theo quy luật thông nhất Chẳng hạn ở Alaska năm

1964 có động đất cấp 8,5 thì trước đó cũng chỉ có một lần rung động, còn ở Đường Sơn (Trung Quốc) động đất cấp 7,6 vào năm 1976 thì hoàn toàn không

có chấn động trước Nguyên nhân có thể là do tính chất cơ lý của đá ở xung quanh lò động đất phá vỡ sẽ sinh ra nhiều nứt nẻ nhỏ, còn các đá dẻo thì trước khi phá vỡ rất ít khi có nứt nẻ Các đá như granit lại có tính chất trung gian của hai loại trên.

- Sự khác thường về tốc độ truyền sóng : Trong điều kiện bình thường thì tỉ

số giữa vận tốc của sóng P so với vận tốc của sóng S = 1,73 , nếu tỉ số đó khác thường thì sẽ có động đất Ví dụ ở vùng Carmu (Nga) vào năm 1966, trước đó 3 tháng tỷ số này bắt đầu hạ thấp, thấp đến giới hạn sau đó lại tăng lên Sau khi trở lại trị số cũ không lâu thì xảy ra động đất cấp 5,5 Động đất ở San Fernando(Mỹ) năm 1971 cấp 6,4 thì trước đó 3 năm, tỷ số trên thay đổi cho đến trước động đất thì trở lại bình thường

- Sự khác thường về địa từ, địa điện : Trước khi có động đất, độ từ thiên thayđổi, sau khi xảy ra động đất thì trở lại bình thường Tính dẫn điện của các đá, điện trở suất của các đá có liên quan với độ lỗ rỗng và dung dịch trong lỗ rỗng Khi có áp lực tác động ở vùng nguồn động đất sẽ làm cho các lỗ trống bị khép kín, nước trong lỗ bị đẩy ra ngoài, do đó là thay đổi điện trở suất

- Dị thường về nước dưới đất : Trước khi động đất xuất hiện, nhiều nứt nẻ nhỏ làm cho nước trong các tầng chứa thông liền nhau đưa tới kết quả là làm biến đổi mức nước, xuất hiện các hiện tượng thủy văn không bình thường như nguồn nước, giếng nước hạ thấp hoặc khô đi, hoặc ngược lại vùng khô hạn lại trở thành ẩm ướt (do áp lực, ứng suất ở dưới đất đẩy nước đi) Cũng do nguyên nhân trên mà nước ở dưới giếng, ở mạch trở nên đục hoặc nổi bọt, biến đổi vị chất, thậm chí có khi có các thành phần đặc biệt như dầu mỏ, khí CH4 (metan) , CO2 (cacbonic)……v….v…

Nói chung các hiện tượng dị thường phức tạp do đặc trưng của đá ở vùng lò

động đất Thời gian xuất hiện của chúng không nhất định, có hiện tượng xảy ra trước vài năm, có nơi lại chỉ trong vài chục ngày Giai đoạn này chuyển tiếp ngaysang giai đoạn sau.

5.3 Giai đoạn xảy ra động đất : Thông thường chỉ xảy ra một đợt chấn động nhưng cũng có trường hợp nhiều đợt liên tục xảy ra Ví dụ năm 1960 ở phía namChile trên động đất trên cấp 8 đã xảy ra 3 đợt, trong đó có 1 đợt lớn nhất đạt cấp độ 8,9 Động đất ở Vân Nam (Trung Quốc) vào 5/1976 cấp 7 đến 7,4 đã xảy

ra liên tiếp 8 lần chấn động tạo thành 8 cường chấn riêng biệt

Chấn động chỉ xảy ra trong mấy phút, thậm chí chưa tới 1 phút nhưng lại là thời gian giải thoát năng lượng lớn nhất gần nhu chiếm cả 90% toàn bộ năng lượng của quá trình động đất gây ra những tàn phá trên mặt đất Khi có chấn động mạnh, trước tiên sóng P truyền tới mặt đất làm cho không khí rung động đẩy lên cao Gặp vật chướng ngại sóng phản xạ tạo ra những tiếng động lớn Sóng S và L đến muộn hơn gây ra những dao động trên mặt, xô đẩy phá hoại các công trình, dịch chuyển tàn phá các tuyến đường v….v…

Trong giai đoạn này có thể xảy ra một số hiện tượng như :

- Khe nứt và đứt gãy : Động đất thường là tái phát trên các đới nứt vỡ, từ

đó tiếp tục tạo ra đứt gãy những khe nứt tách rộng lớn hoặc những khe nứt sinh kèm bên đứt gãy Ví dụ đứt gãy San Andres tái phát vào năm

1906 do động đất San Francisco tạo ra 1 đới nứt vỡ dài 430 km, xê dịch ở

2 cánh với cự ly dịch chuyển ngang là 6 m, cự ly dịch chuyển đứng là 1 m Năm 1946, trân động đất ở vùng núi Andes (Nam Mỹ) tạo ra 1 đứt gãy trên vùng núi 3600 m – 3900 m Đứt gãy dài 5 km, dịch chuyển đứng đến

4 m Năm 1970 tại vùng Vân Nam (Trung Quốc) tạo ra ở đới phá hủy KhúcGiang 1 đứt gãy động đất dài 50 km, mặt đứt gãy phẳng có dịch chuyển

ngang 2,7 m, dịch chuyển thẳng đứng 0,5 m và rất nhiều khe nứt cùng đớiphá hủy dọc theo đứt gãy

- Các hiện tượng phun cát và trào nước : Cát có khi tích thành đống phân bốdọc theo đường nứt nẻ Nước có thể phun cao tới mấy mét lúc đầu và giảm dần sau đó

- Sụt lở, trượt đổ : Núi thường xảy ra ở nơi dốc đứng, ở bờ sông có khi làm tắc nghẽn sông và biến thành hồ

5.4 Giai đoạn sau động đất : Một số năng lượng còn dư thừa lại sau giai đoạn kịch phát sẽ tiếp tục cho đến khi dừng hẳn, lúc ấy mới ết thúc một quá trình động đất Trong giai đoạn này vẫn có thể sinh ra một số nứt vỡ nhỏ Ở những nơi không ổn định, 1 số chấn động vẫn xuất hiện liên tục

Nhìn chung các giai đoạn của động đất xảy ra mỗi nơi có thể khác nhau phức tạp, thời gian xảy ra và ngừng nghỉ không giống nhau

III Hiện trạng động đất hiện nay, hậu quả và công tác phòng chống động đất

Động đất mang đến những tai họa bất ngờ Theo thống kê, động đất trên thếgiới đã gây thiệt mạng khoảng 4 tỷ người, tương đương 14.000 cuộc chiến tranhtrong lịch sử nhân loại Một số trân gây thiệt hại lớn như 1556 động đất ở Sơn Tây (Trung Quốc) làm chết 830.000 người, năm 1976 ở Đường Sơn (Trung

Quốc) chết 700.000 người, động đất năm 1937 ở Cancutta (Ấn độ) làm chết 300.000 người, năm 1923 ở Tokyo (Nhật Bản) làm chết 170.000 Có những nơi trên Trái đất cũng thường xuyên có biểu hiện Năm 1959 Nhật xem như đã an toàn về động đất nhưng cũng xảy ra tới 930 vụ, năm 1930 đã xảy ra 5.744 vụ Hiện nay nhờ phát hiện các biểu hiện của giai đoạn trước động đất mà có thể dựđoán giảm thiểu thương vong và phòng chống Nhưng cũng có không ít trường

hợp con người không hề biết gì khi tai nạn xảy ra như động đất ở Tasken, ở Acmenia và gần đây có vụ động đất vào tối 17/10/1989 ở phía bắc bang

California (Mỹ) làm chết hơn 500 người, thiệt hại ước tính tới 1 tỷ đô

1 Hậu quả

1.1 Tai biến sơ cấp

- Sụp đổ nhà cửa,công trình

Khả năng chịu đựng sự dao động của các kết cấu xây dựng có giới hạn Khi

sự dao động vượt quá giới hạn cho phép, các công trình sẽ bị nứt nẻ, đổ sụp gây

ra những tổn thất lớn về nhân mjang và kinh tế Tổn thất nhân mạng thường rấtlớn nếu động đất xảy ra ban đêm và không được dự báo tốt

Động đất ngày 7/12/1988 ở Acmenia (đai Địa Trung Hải) cường độ 6,8 richter

đã phá hủy thị trân Spitak và rất nhiều nhà cửa ở các thị trấn lân cận, làm cho 5.500 người chết và hơn nửa triệu người mất nhà Động đất lúc 8 giờ 46 phút ngày 26/01/2001 cường độ 7,8 độ richter, kéo dài 45’ tại vùng phía bắc và phía tây của Ấn Độ Động đất này đã làm rung động thủ đô New Dehli và thành phố Bombay; các nước láng giềng Nepal và Pakistan cũng bị rung động Tâm động đất ở cách thị trấn Bhuj, bang Gujarat 20 km về phía Đông Bắc Vì vùng bị ảnh hưởng là các vùng dân cư rất tập trung, do vậy tổn thất do động đất rất lớn: 72.263 người chết, 200.000 người bị thương (ở Pakistan có 4 người chết), 500 tòa cao ốc bị sụp đổ, 8 thành phố chính và 1016 thôn xóm bị tàn phá Tổn thất 4,5 tỷ USD, trong đó phần của tư nhân là 2 tỷ USD Ngoài ra chính phủ đã phải chi cứu trợ đến 130 triệu USD

Thực tế cho thấy nhà cửa bằng gỗ có khả năng chịu đựng dao động tốt, và nhà bằng gạch và xi măng chịu đựng dao động kém hơn Sự dao dộng của các nhà cao tầng sẽ được gia tăng do tác động của gia tốc trọng trường Cần chú ý

rằng các nhà cao tầng sẽ chịu tác động của sóng S, do gia tốc dao động lớn, nêncàng dễ bị nứt vỡ và bị phá hủy Với sóng S, các công trình ngầm sẽ ít bị tổn thất hơn phía trên chấn tâm, vùng ở gần tâm ngoài, tác động của song Psex làmphá hủy các công trình dạng tuyến (đường xá, hệ thống đường ống, tuyến dây điện…) Ngoài ra khả năng chịu đựng dao động của các khối kiến trúc còn phụ thuộc vào đặc điểm của móng nền Khảo sát về hậu quả động đất ở San

Francisco năm 1906 cho thấy, các công trình trên nền là cát kết ngậm nước và sét kết thì bị tàn phá mạnh hơn các công trình trên đá gốc cứng chắc đến 10 lần.Khả năng chịu đựng của các khối kiến trúc còn phụ thuộc vào thời gian rung động Hai chấn động cùng cấp độ Richter nhưng chấn động kéo dài hơn sẽ tàn phá nặng nề hơn Ví dụ, động đất tại Alaska ngày 27/3/1964 kéo dài 3 phút làm cho các công trình được thiết kế theo tiêu chuấn California (chịu sự rung động cùng cấp độ) bị sụp đổ vì thời gian rung động ở trận động đất này kéo dài hơn ởCalifornia 3 lần

- Cháy nổ

Cháy nổ sẽ gây ra hậu quả đặc biệt nghiêm trọng trong những khu vực dân

cư có các hệ thống dẫn khí đốt và truyền tải điện phát triển Cháy nổ gây tổn thấy lớn về kinh tế và nhân mạng Trong thực tế, tổn thất do cháy chiếm đến 95% tổn thất do động đất Trong trận động đất ở San Francisco năm 1906, khoảng 23.000 ống dẫn nhiên liệu bị phá hủy, đồng thời hệ thống dẫn nước cũng bị nứt vỡ làm cho áp lực nước trong đường ống giảm mạnh, hệ thống cứu hỏa bị tê liệt Kết quả thành phố đã bị lửa tàn phá và người ta nhớ đến trận cháySan Francisco 1906 nhiều hơn là động đất San Francisco

- Ô nhiễm môi trường – dịch bệnh

Mặt đất bị rung động và biến dạng dẫn đến sự pha vỡ hệ thống các kho chứa chất độc hại (các kho hóa chất, kho chứa vật liệu hạt nhân…), các cơ sở dầu khí… Các chất độc hại bị đổ vào môi trường gây ô nhiễm trên diện rộng và hậu quả có thể kéo dài trong nhiều năm, môi trường bị ô nhiễm dịch bệnh có thể phát sinh gây ra nhiều tổn thất nghiêm trọng.

- Lụt lội

Nền đất bị rung động làm tăng độ khe nứt và độ lỗ rỗng trong đất đá kéo theo sự gia tăng hệ số thấm của nền Kết quả các hồ chứa (hồ thủy điện và hồ thủy lợi), các đê sông có thể bị nứt vỡ làm nước sông tràn bờ gây lũ lụt Bên cạnh đó, sự biến dạng – hạ thấp mặt đất – tạo những vùng trũng tích nước mới ngoài mong đợi

1.2 Tai biến thứ cấp

- Sóng thần

Là những đợt sóng cao không kèm theo mưa bão, xuất hiệt đột ngột, lan truyền rất nhanh, tàn phá nặng nề vùng biển và ven biển Đại bộ phận sóng thần phát sinh từ động đất ở biển và ven biển Do ảnh hưởng của sóng L, từ một

vị trí động đẩ ở biển, sóng thần phát sinh và lan truyền rất nhanh và rất rộng gây tổn thất chó cả những vùng ở cách xa khu vực bị động đất Vùng Thái Bình Dương, trong đó có Nhật Bản, là vùng thường xuyên bị động đất, do vậy đây cũng là vùng thường xuyên bị sóng thần đe dọa Trong vifng này từ năm 1902 đến 1983 đã có 54 cơn sóng thần Do vậy, từ năm 1948 Mỹ đã xây dựng hệ thống báo dộng sóng thần đặt tại Hawaii và Honolulu Vùng Đại Tây Dương và

Ấn Độ Dương cũng là vùng thường có sóng thần, ví dụ sóng thần tàn phá bờ biển Bồ Đào Nha năm 1755

- Trượt lở