Sơ đồ khối và chương trình phân loại vỏ Trái Đất phục vụ dự báo động đất cực đại lãnh thổ Việt Nam

Các phương pháp xác định vùng phát sinh động đất mạnh

Còn để đánh giá mức độ nguy hiểm của động đất người ta sử dụng số liệu về động đất mạnh xảy ra ở đâu đó trong đới, động đất như thế có thể xảy ra ở những phần khác trong cùng một đới và cả những đới khác có đặc trưng kiến tạo tương tự. Song cần lưu ý rằng, động đất trước 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 được, do đó có thể gradient của vận tốc ấy không phản ánh mức độ nguy hiểm động đất hiện nay. Ngoài các phương pháp trên, người ta cũng thử xác định mức độ nguy hiểm động đất theo lịch sử, cấu trúc, theo dị thường đẳng tĩnh, theo sự phân bố động đất theo chiều sâu,….Nhưng nói chung thì việc tìm kiếm và phân vùng phát sinh động đất mạnh nhất định không liên quan đơn trị với một dấu hiệu riêng nào.

Phương pháp ngoại suy địa chấn dựa trên cơ sở là động đất cực đại đã xảy ra trên một vùng nào đó tại một đoạn của đứt gãy thì nó cũng có thể xảy ra ở những đoạn khác của đứt gãy đó, hoặc ở trên những đoạn đứt gãy khác tương đương với nó về vai trò cũng như đặc trưng của chúng trong kiến tạo khu vực. Để khắc phục hạn chế thứ nhất, chúng ta cần mở rộng vùng nghiên cứu để có thể đánh giá tính tương đồng của vỏ Trái đất trên quy mô lớn hơn, điều này sẽ làm tăng tính đúng đắn khi lấy Mmax là đại diện cho những mảnh có đặc trưng kiến tạo tương đồng. Để khắc phục hạn chế thứ hai, chúng ta cần phải thu thập và sử dụng một lượng lớn các tham số liên quan đến đặc trưng địa chấn, đặc điểm kiến tạo của khu vực, ví dụ như tài liệu từ, trọng lực, móng kết tinh, các mặt gián đoạn, các đứt gãy và số liệu về động đất….

Cơ sở lý thuyết của phương pháp

Cách phân loại như vậy sẽ đồng thời phản ánh được: sự khác biệt trong quá trình hoạt động kiến tạo; đặc điểm kiến tạo - địa động lực hiện đại; và môi trường tích lũy ứng suất và giải phóng năng lượng thông qua hoạt động động đất. Trong luận án này, chúng tôi sẽ tiến hành cải tiến thuật toán và xây dựng chương trình phân loại vỏ Trái đất theo phương pháp, được đề nghị bởi các nhà khoa học Nga [48, 49]. Sau khi đã phân chia vỏ Trái đất theo các dấu hiệu đặc trưng của cấu trúc thành các ô lưới, bằng cách so sánh các ô mà tại đó đã xảy ra động đất cực đại nhưng có tính tương đồng về đặc điểm cấu trúc vỏ để cho rằng khả năng tích lũy và giải phóng năng lượng của chúng là như nhau.

Trong bài toán phân loại vỏ Trái cũng cần phải lựa chọn các tham số có mối liên hệ mật thiết tới hoạt tính địa chấn, đặc điểm kiến tạo để phù hợp với mục đích phục vụ dự báo động đất cực đại. Ở Việt nam số liệu về mật độ dòng nhiệt (Q) thu thập được còn quá ít (chỉ có 48 điểm), nên chúng tôi tạm thời sử dụng giá trị mật độ dòng nhiệt trung bình đối với toàn vùng nghiên cứu. Tuy nhiên, khi tách các nhóm tiền chấn và dư chấn từ danh mục này, cỏc tỏc giả của cụng trỡnh [12] đó tiến hành chỉnh lý toàn bộ danh mục v àchỉ sử dụng cỏc số liệu của 57480 động đất với magnitude M ≥ 4.0.

Thuật toán

Ở bước 2, chúng tôi vẫn dựa trên cơ sở lý thuyết của phương pháp đã nêu, tuy nhiên, chúng tôi không chọn cách phân bậc giống như cách làm của các chuyên gia Nga. Trên thực tế khi phân chia cấu trúc vỏ Trái đất để phục vụ dự báo động đất cực đại (Mmax ), mặc dù không yêu cầu ranh giới phân chia ở mức quá nhỏ, nhưng việc lập cửa sổ mở cho phép người dùng tự chọn ranh giới theo thang phần trăm lại có sự khác biệt khá lớn với cách phân bậc của các chuyên gia Nga. Đó là, cách chọn ranh giới cửa sổ theo phần trăm này giúp người dùng chủ động kiểm soát số kiểu vỏ, khi cho ngưỡng cửa sổ càng nhỏ thì số nhóm càng tăng và ngược lại.

Nhưng khi đã lựa chọn một ngưỡng cửa sổ nào đó phù hợp thì đây sẽ là tiêu chuẩn cứng để một ô chỉ thuộc một kiểu vỏ Trái đất này hay kiểu khác mà thôi. Cách làm này giúp chương trình nhanh gọn hơn vì không phải giải quyết trường hợp tranh chấp nhóm khi một ô đồng thời thuộc nhiều kiểu vỏ và cũng tránh trường hợp nhiều kiểu vỏ khác nhau lại có cùng một giá trị dự báo động đất cực đại (Mmax dự báo). Sau khi phân nhóm các ô có đặc trưng tương đồng với nhau, chúng tôi thiết kế lệnh tô đồng màu cho các ô này để thuận tiện cho việc xem xét và phân tích kết quả.

Sơ đồ khối

Việc này giúp chương trình linh hoạt hơn khi sử dụng và phù hợp cả với những vùng có kích thước rất lớn hoặc rất nhỏ. Chúng tôi đã thiết lập một cửa sổ mở cho người dùng tự chọn ranh giới cửa sổ phân chia theo thang phần trăm với mức chia nhỏ không giới hạn. Đây cũng là một bước cải biến nữa trong thuật toán so với thuật toán của các chuyên gia Nga.

Trên cơ sở thuật toán nêu trên, chúng tôi đã thiết lập các sơ đồ khối mô tả các khối công việc cụ thể của chương trình (hình 3.1). Chú thích cho hình 3.1: i – là chỉ số chạy đồng thời cũng là chỉ số nhóm hay số thứ tự của kiểu vỏ Trái đất; N – là số ô lưới chưa được xếp nhóm của vòng lặp trước đó; Đ/S – tương ứng là đúng/sai trong phép toán logic. Rmax, Rmin : lần lượt là giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của R trong dữ liệu ban đầu, các kí hiệu cho F, T, Q, I tương tự như với R.

Mô tả các bước làm việc cơ bản và hướng dẫn sử dụng chương trình

Khi ta đặt con chỏ của chuột máy tính vào bất kỳ ô nào trên giao diện kết quả ở dạng màu như trên hình 3.7 thì tại vị trí đó xuất hiện hộp thoại chứa thông tin về tọa độ, magnitude động đất đã quan sát thấy và magnitude động đất cực đại mà chương trình dự báo cho ô lưới đó. Cần lưu ý rằng mặc dù bản đồ được tạo ra nhờ chương trình chỉ được thể hiện dưới dạng Web, tuy nhiên chương trình vẫn tạo ra file số liệu ở đầu ra cho phép xử lý thuận tiện trên Mapinfo trong quá trình chồng chập và liên kết với các loại bản đồ khác. Phương pháp phân loại vỏ Trái đất theo tổ hợp tài liệu địa chất, địa vật lý và địa chấn là một phương pháp có tính định lượng cao và cho phép liên kết tổ hợp các yếu tố địa chất, địa vật lý và địa chấn phục vụ dự báo động đất cực đại.

Với thực trạng số liệu địa chấn ở nước ta còn thiếu và chưa đạt độ chính xác đủ cao thì phương pháp phân loại vỏ Trái đất này nổi trội hơn hẳn các phương pháp dự báo động đất cực đại khác ở khả năng dự báo được động đất cả ở những nơi chưa có tài liệu địa chấn. • Kết quả của chương trình không những được hiển thị dưới dạng bảng số liệu mà còn hiển thị dưới dạng hình ảnh màu giúp chúng ta có những đánh giá trực quan và dễ dàng so sánh, đối chiếu chúng với các kết quả khác đã công bố. Áp dụng thử nghiệm chương trình này đối với lãnh thổ Việt Nam và các vùng lân cận bước đầu đã cho phép phân chia vỏ Trái đất khu vực nghiên cứu thành những kiểu vỏ với những tính chất đặc trưng khác nhau làm cơ sở cho công tác dự báo động đất cực đại.

Chương trình phân loại vỏ Trái đất đã được thiết lập là một chương trình mở nên việc áp dụng thử nghiệm chương trình trên cơ sở sử dụng càng nhiều các yếu tố khác nhau liên quan đến tính địa chấn thì lời giải cho bài toán dự báo động đất càng được trọn vẹn. Những nội dung đã được thực hiện trong luận văn này góp phần thiết thực vào việc giải quyết một trong các nhiệm vụ của đề tài hợp tác quốc tế Việt – Nga cấp nhà nước: “Đánh giá tiềm năng địa chấn lãnh thổ Việt Nam theo tổ hợp các tài liệu địa chất - địa vật lý và địa chấn”.