Xây dựng 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

Phương pháp định lượng đánh giá cấp năng lượng Kmax của động đất cực đại có thể xảy ra ở các vùng khác nhau của lãnh thổ dựa vào độ hoạt động A (tức là mật độ động đất với cấp năng lượng K nhất định), thường được xác định theo số liệu thống kê về động đất yếu, quan trắc trong thời. 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.

Cơ sở lý thuyết của phương pháp

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]. Để phục vụ cho việc tính toán, giải quyết nhiệm vụ phân loại vỏ Trái đất theo các đặc trưng cấu trúc của nó, trước hết cần quy chuẩn giá trị số liệu ban đầu. 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.

• Mmax có trong ô bất kỳ sẽ được ghi nhận tại các ô khác cùng chung một đặc trưng vỏ Trái đất mà không cần quan tâm tại đó đã xảy ra động đất yếu hơn hay chưa. 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. Cấu trúc mặt móng kết tinh, bề dày vỏ Trái đất cũng là những dấu hiệu phản ánh tính không đồng đều trong vận động kiến tạo hiện đại.

Ngoài ra, các tài liệu địa vật lý cũng đóng vai trò rất quan trọng trong việc nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và phân loại vỏ Trái đất. 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. Ngoài ra, ở các chương sau của luận án, chúng tôi sẽ xây dựng và áp dụng thử nghiệm chương trình phân loại vỏ Trái đất đối với lãnh thổ Việt Nam và lân cận.

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

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. 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.

Đây cũng là một bước cải biến nữa trong thuật toán so với thuật toán của các chuyên gia Nga.

Sơ đồ khối

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.

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. Như vậy, trên cơ sở phương pháp phân loại vỏ Trái đất phục vụ dự báo động đất cực đại của các nhà khoa học Nga, chúng tôi đã cải biến thuật toán, xây dựng sơ đồ khối và thiết lập chương trình trên máy tính điện tử.

Trong phần áp dụng thử nghiệm chương trình phân loại vỏ Trái đất đối với lãnh thổ Việt Nam và lân cận, do thiếu số liệu về mật độ dòng nhiệt (Q) nên chúng tôi đã sử dụng ngưỡng cửa sổ cho tham số này là 100%. 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.

• Chương trình có thể làm việc ngay cả khi thiếu một trong năm tham số, hoặc nếu chúng ta thu thập được các số liệu khác liên quan đến đặc trưng vỏ thì cũng có thể thay thế cho một trong năm tham số này mà chương trình vẫn làm việc bình thường. • 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.

Trong tương lai nhóm tác giả dự kiến sẽ tìm một tham số đặc trưng khác của vỏ Trái đất có ý nghĩa vật lý tương tự hoặc có quan hệ tương hỗ với giá trị mật độ dòng nhiệt Q để thay thế nhằm đạt kết quả chính xác hơn. 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”.