Nội dung bài viết cho thấy cho thấy bài toán tất định mới phần nào đã khắc phục được sự thiếu hụt và đặc điểm không liên tục của số liệu động đất ở nước ta. Đây là một phần kết quả của nhiệm vụ hợp tác Khoa học và Công nghệ giữa Việt Nam và Italia. Mời các bạn tham khảo!
33(2)[CĐ], 200-208 Tạp chí CÁC KHOA HỌC VỀ TRÁI ĐẤT 6-2011 ĐÁNH GIÁ ĐỘ NGUY HIỂM ĐỘNG ĐẤT KHU VỰC THÀNH PHỐ HÀ NỘI VÀ LÂN CẬN TRÊN CƠ SỞ THUẬT TOÁN TẤT ĐỊNH MỚI THÁI ANH TUẤN, LÊ VĂN DŨNG, MAI XUÂN BÁCH Email: tuan160680@yahoo.com Viện Vật lý Địa cầu - Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Ngày nhận bài: 31-3-2011 Mở đầu Độ nguy hiểm động đất khu vực Hà Nội lân cận nhà địa chấn Việt Nam như: Lê Tử Sơn [11, 12]; đề tài độc lập cấp Nhà nước Nguyễn Đình Xuyên [14], Nguyễn Hồng Phương [3, 4]… nghiên cứu nhiều, song chủ yếu dựa cở sở toán thống kê động đất Phương pháp ứng dụng rộng rãi mà mạng lưới đài trạm quan sát động đất phát triển mạnh mẽ Nhưng hạn chế phương pháp khoảng thời gian chuỗi số liệu không đầy đủ, vùng có số liệu động đất khó để đưa kết đáng tin cậy Để khắc phục hạn chế hiệu tốn thống kê, chúng tơi thử nghiệm áp dụng phương pháp tất định nhằm đánh giá nguy hiểm động đất khu vực Hà Nội lân cận (hình 1) Phương pháp tâm đến số vấn đề chủ yếu bị bỏ qua phân tích độ nguy hiểm động đất theo phương pháp xác suất, cụ thể tính chất lớp vỏ Trái Đất ảnh hưởng đến tắt dần Bắt đầu từ thơng tin có sẵn cấu trúc vỏ Trái Đất, vùng nguồn mức độ sinh chấn khu vực điều tra, ước tính gia tốc cực đại (Amax), vận tốc cực đại (Vmax), dịch chuyển cực đại (Dmax) Ưu điểm phương pháp tất định tính tốn độ nguy hiểm động đất vùng thiếu thông tin động đất Các kết nghiên cứu cho thấy toán tất định phần khắc phục thiếu hụt đặc điểm không liên tục số liệu động đất nước ta Đây phần kết nhiệm vụ hợp tác Khoa học Công nghệ 200 Việt Nam Italia Tài liệu động đất sử dụng là: danh mục động đất Viện Vật lý Địa cầu, kết hợp danh mục động đất phụ trội ISC+NOAA+NEIC đến hết năm 2009 số liệu động đất lịch sử [5] Hình Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu Phương pháp tất định đánh giá độ nguy hiểm động đất Phương pháp tất định bắt đầu áp dụng giới từ đầu kỷ XX Những nghiên cứu theo cách tiếp cận thường dựa việc đối sánh số liệu quan sát thực tế thiệt hại động đất gây với phân bố không gian đặc trưng địa vật lý cấu trúc địa chất nằm bên khu vực bị thiệt hại Trong phương pháp này, thông số rung động xác định chủ yếu công thức thực nghiệm Bắt đầu từ năm 70 kỷ XX nhiều nước giới áp dụng phương pháp xác suất nghiên cứu độ nguy hiểm động đất Do tính mềm dẻo phương pháp xác suất nên vào thời điểm này, phương pháp chiếm ưu trước phương pháp tất định phạm vi toàn cầu - Xác định nguồn phát sinh động đất sở biểu hoạt động động đất gắn liền với đứt gãy hoạt động Vào năm 90 kỷ XX năm đầu kỷ XXI với tiến khoa học công nghệ, phương pháp tất định cập nhật nâng cấp với hỗ trợ cơng cụ tính tốn hiển thị tiên tiến trở nên khác hẳn so với phương pháp tất định áp dụng nửa đầu kỷ XX gọi phương pháp tất định (neodeterministic method) Phương pháp tất định đuợc phát triển Costa (1992, 1993) sau áp dụng rộng rãi Orozova-Stanishkova (1996), Alvarez (1999), Aoudia (2000), Bus (2000), Markusic (2000), Radulian nnk (2000); Zivcic nnk (2000) đại diện cho cách tiếp cận tiên tiến Quy trình đánh giá độ nguy hiểm động đất phương pháp tất định bao gồm bước thực sau: Bước 1: Xác định vùng nguồn phát sinh động đất giá trị cực đại động đất xảy vùng nguồn; Bước 2: Xác định đới cấu trúc thông số mật độ vận tốc sóng địa chấn lớp vùng; Bước 3: Xác định quy luật tắt dần chấn động; Hình Sơ đồ phương pháp tất định để đánh giá nguy hiểm động đất - Các nguồn phát sinh động đất có đặc trưng chung cấu chấn tiêu, đặc điểm cấu trúc, kiến trúc địa động lực, đặc điểm biến dạng gộp lại thành vùng nguồn Ranh giới vùng nguồn đường biên trùng với giải có độ hoạt động địa chấn thấp Các vùng nguồn phải phủ kín khu vực nghiên cứu ranh giới vùng nguồn không chồng lên Sơ đồ phương pháp tất định thể hình - Mỗi vùng nguồn gán cho trận động đất có độ lớn M xác định Các trận động đất thường chọn trận động đất có độ tin cậy lớn hay gọi động đất đặc trưng 2.1 Phương pháp tất định phân chia vùng nguồn 2.2 Xác định đới cấu trúc khu vực nghiên cứu Bắt đầu từ thông tin có sẵn địa chấn kiến tạo, địa động lực (các đứt gãy hoạt động hay vùng có độ hoạt động động đất tích cực), vùng nguồn xác định sau: Từ thông tin cấu trúc vỏ Trái Đất, đồ địa chất đồ ranh giới mặt cho phép xác định đới cấu trúc với thông số mật độ vận tốc truyền sóng lớp đới cấu trúc Các đới cấu trúc phải phủ kín khu vực nghiên cứu ranh giới đới không chồng lên Bước 4: Tính tốn độ nguy hiểm động đất - Xác lập hệ thống đứt gãy khu vực nghiên cứu sở tổ hợp tài liệu địa chất, địa vật lý kết nghiên cứu đặc trưng cấu trúc vỏ Trái Đất - Xác lập đứt gãy hoạt động sở biểu hoạt động theo tài liệu địa chất, địa vật lý 2.3 Xác định quy luật tắt dần chấn động Quá trình thực nhờ áp dụng quy luật tắt dần chấn động theo khoảng cách, 201 rút từ kết thực nghiệm Kết nhận giá trị tham số rung động điểm tính, xác định hàm magnitude động đất cực đại M khoảng cách R từ nguồn đến điểm tính giới hạn tọa độ: 20° 30' đến 21°40' độ vỹ Bắc từ 105°00' đến 106°20' độ kinh Đông Từ danh mục động đất khu vực nghiên cứu cho thấy khu vực xảy 53 trận động đất, có trận động đất lịch sử (trước 1900) 49 trận động đất sau năm 1900 Trong 49 trận động đất xảy sau 1900 có trận động đất với M≥ 5,0 với độ sâu chấn tiêu nằm khoảng từ 17 đến 33km Nhìn chung động đất khu vực Hà Nội lân cận có Magnitude cực đại nằm khoảng 5-5,6 độ Richter 2.4 Tính tốn độ nguy hiểm động đất Bao gồm việc tính tốn độ nguy hiểm động đất điểm Trong trường hợp đánh giá cho vùng đồ rung động động đất dịch chuyển cực đại (Dmax), vận tốc cực đại (Vmax) hay gia tốc cực đại (Amax) tính tốn 3.2 Đứt gãy hoạt động khu vực Hà Nội lân cận Q trình phân tích đứt gãy hoạt động tiến hành theo hai bước: Xác định thơng số đầu vào phục vụ tính tốn độ nguy hiểm động đất khu vực Hà Nội lân cận Trước hết xác lập đới đứt gãy khu vực nghiên cứu sở kết phân tích tài liệu địa chất, địa vật lý ảnh vệ tinh Việc phân loại đứt gãy dựa sở luận thuyết kiến tạo mảng tính chất, vai trị chúng q trình tách giãn, hút chìm, va mảng chuyển dạng tương đối mảng, phân cắt, dịch chuyển khối kiến tạo nội mảng thạch Nguyên tắc phân loại đứt gãy hoạt động trình bày [6] 3.1 Hoạt động động đất khu vực Hà Nội lân cận Danh mục động đất đầy đủ lãnh thổ Việt Nam kế cận đến hết năm 2009 thiết lập sở tổng hợp nguồn số liệu: 1/ Danh mục động đất Viện Vật lý Địa cầu; 2/ Danh mục động đất bổ sung, cập nhật từ công bố ISC; 3/ Danh mục động đất bổ sung, cập nhật từ công bố NOAA; 4/ Danh mục động đất bổ sung, cập nhật từ cơng bố NEIC [3] Kết phân tích trình bày bảng Bước đầu đánh giá đặc trưng hoạt động đứt gãy khu vực nghiên cứu cho phép rút số nhận định sau: Trên sở danh mục động đất lãnh thổ Việt Nam lân cận, lựa chọn thành lập danh mục động đất cho khu vực Hà Nội lân cận Bảng Biểu hoạt động đới đứt gãy khu vực Hà Nội lân cận theo Cao Đình Triều (2003) Biểu hoạt động Địa hình DH1 Ảnh vệ tinh DH2 Địa mạo Động DH3 đất (Ms) STT KS thung lũng DH5 Núi lửa DH6 Nước nóng DH7 Sạt lở DH8 CĐ đại DH9 Mức độ hoạt động Rất rõ: +++ Rõ: ++ Tên đới đứt gãy Có BH: + Khơng BH: - (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) ++ ++ ++ 5,9 ++ - ++ + ++ Sông Lô Vĩnh Ninh + + + 5,.2 ++ - - + ++ Sông Chảy ++ ++ ++ 5,3 ++ - ++ + ++ Sông Hồng ++ ++ ++ 5,0 ++ - ++ Lào Cai Ninh Bình ++ ++ ++ 4,8 + - + Chú thích: Cột 1: Số thứ tự đứt gãy theo thống kê bảng; Cột 2: Tên đứt gãy; Từ cột đến cột 12 tiêu chí nhận dạng đứt gãy hoạt động 202 + + +++ ++ (i) Các đới đứt gãy thống kê bảng đứt gãy có biểu hoạt động Kainozoi muộn Các đứt gãy khu vực nghiên cứu có dấu hiệu hoạt động tích cực, có phương tây bắc - đơng nam chủ yếu có tính chất trượt phải; (ii) Đới đứt gãy biểu hoạt động rõ nét khu vực nghiên cứu bao gồm: Sông Lô, Vĩnh Ninh, Sông Chảy, Sông Hồng, Lào Cai - Ninh Bình, chúng đồng thời đới đứt gãy phát sinh động đất khu vực nghiên cứu Trên sở danh mục động đất biểu đứt gãy, cho phép thành lập đồ địa chấn kiến tạo khu vực Hà Nội lân cận (hình 3) ← Hình Bản đồ địa chấn kiến tạo khu vực Hà Nội lân cận tỷ lệ 1: 250.000 3.3 Xác định vùng nguồn phát sinh động đất Dựa vào đồ địa chấn kiến tạo nguyên tắc phân chia vùng nguồn thuật toán tất định nêu [6-8], phân chia khu vực Hà Nội lân cận thành vùng nguồn phát sinh động đất (hình 4) với thơng số bảng Vùng nguồn I gán giá trị động đất M = xảy năm 1934 Hoà Bình; vùng nguồn II lấy trận động đất M = xảy năm 1975 Yên Lập; vùng nguồn III lấy trận động đất M = 5,3 xảy Vĩnh Phúc năm 1958; vùng nguồn IV lấy trận động đất M = xảy Đại Từ, Thái Nguyên năm 1967; vùng nguồn V lấy trận động đất M = 5,6 xảy Tân Yên, Bắc Giang năm 1961 Bảng Các vùng nguồn phát sinh động đất khu vực Hà Nội lân cận STT Ký kiệu Mmax I II III 5,3 IV 5 V 5,6 203 Hình Sơ đồ phân bố vùng nguồn phát sinh động đất khu vực nghiên cứu 3.4 Các đới cấu trúc khu vực Hà Nội lân cận Thơng qua đặc điểm cường độ, cấu trúc trường trọng lực từ hàng không tài liệu địa chất, phân chia khu vực Hà Nội lân cận thành ba đới cấu trúc phân cách đứt gãy Sông Hồng đứt gãy Sơng Lơ (hình 5) [5]: - Đới nâng tương đối Đông Bắc: độ sâu mặt Moho thay đổi từ 24km phía tây nam tới 28km phía đơng bắc phía tây bắc chìm xuống tới độ sâu 30-32km Độ sâu mặt móng kết tinh dao động từ 3km phía đơng bắc tới 5,5km phía tây nam - Đới sụt lún Trung Tâm: độ sâu bề mặt Moho thay đổi từ