Chƣơng 1 : TỔNG QUAN
4.1. Các tài liệu sửdụng
Để áp dụng thử nghiệm chƣơng trình đối với 2 khu vực nói trên, trƣớc hết cần phải thành lập danh mục động đất cho 2 khu vực đó. Trong q trình thành lập thành lập danh mục động đất cho 2 khu vực này, ngoài việc tập hợp tất cả các số liệu hiện có, phân tích so sánh, lựa chọn các số liệu tin cậy nhất, loại bỏ các số liệu kém tin cậy, chúng tơi cịn tham khảo thêm các số liệu địa chấn quốc tế từ các danh mục động đất của Trung tâm địa chấn quốc tế ISC và của một số nƣớc trong khu vực [2, 4, 22, 23, 29, 32, 33, 35, 36, 47-49, 51, 54 -58, 60]. Khi đó, phạm vi nghiên cứu đối với khu vực Tây Bắc đƣợc giới hạn bởi các toạ độ = 20.40-23.000N = 101.90- 105.500E . Cịn diện tích khu vực Đơng Nam Á đƣợc giới hạn bởi các tọa độ: = 15 0S – 30.000N ; = 86.00-140.00 0E.
Thu thập và chỉnh lý số liệu về động đất có đƣợc từ các nguồn khác nhau [2, 4, 22, 23, 29, 32, 33, 35, 36, 47-49, 51, 54 -58, 60]. cho phép xây dựng đƣợc Danh mục động đất khu vực Tây Bắc Việt Nam (giai đoạn từ 1903-2011) và danh mục động đất Đông Nam Á (Giai đoạn từ 1997-2007). Các danh mục động đất nói trên đã đƣợc thành lập trên cơ sở phân tích hàng loạt các tài liệu địa chấn, nhận đƣợc từ các thông báo của các tổ chức địa chấn quốc tế và khu vực, với việc áp dụng một cách tiếp cận duy nhất theo [16, 23, 24] khi chỉnh lý, phân tích và liên kết các số liệu thu thập đƣợc.
Danh mục động đất Tây Bắc Việt Nam giai đoạn từ 1970 đến 2011, bao gồm 1020 sự kiện. Sau khi đƣợc tách tiền chấn, dƣ chấn thì trong danh mục còn 442 trận động đất độc lập. Sử dụng 442 trận động đất độc lập đó cho chƣơng trình dự báo thống kê với các thơng tin thiết đặt ban đầu nhƣ sau :
- Độ chính xác (hay là xác suất tin cậy của dự báo: 80%. - Kích thƣớc tiểu vùng S (ΔφxΔλ) = (0.5x0.5) độ;
- Số sự kiện tối thiểu trong mỗi tiểu vùng là 15 trận động đất.
- Trường hợp 1: Sử dụng danh mục động đất đến tận ngày cuối cùng đƣợc ghi
trong danh mục động đất, thì chƣơng trình dự báo đƣợc 9 trận động đất.
- Trường hợp 2: Khi lùi danh mục về quá khứ để kiểm tra tính đúng đắn của các sự
kiện dự báo (giả sử lùi danh mục về ngày 30/11/2001) chƣơng trình dự báo đƣợc 7 trận động đất (Bảng 4.1.2). Kiểm tra kết quả của 7 trận này, ứng với những trận đã ghi đƣợc từ sau ngày 30/11/2001, thì thấy 6 trên 7 trận đƣợc dự báo có kết quả đúng (sự kiện thực tế đã xảy ra vào trong khoảng thời gian dự báo).
Bảng 4.1: Kết quả áp dụng chương trình thử nghiệm dự báo động đất cho khu vực Tây Bắc Việt Nam trong 2 trường hợp
TT (db) (db) Ttựa Tdb Tmin Tmax Mdb Mmin Mmax Tthực Thực Thực MThực ?T ?M
Bảng 4.1.1: Trường hợp 1 1 20.98 102.44 19/8/2009 12/6/2011 19/8/2009 5/10/2014 3.93 2.8 5.05 0 0 0 - - 2 21.98 102.44 23/11/2011 6/5/2012 23/11/2011 2/3/2013 2.18 1.26 3.11 0 0 0 - - 3 22.98 102.44 13/2/2011 16/6/2012 13/2/2011 17/2/2014 2.86 1.73 3.99 0 0 0 - - 4 20.98 103.44 29/6/2011 18/12/2011 29/6/2011 8/12/2012 3.61 2.52 4.7 0 0 0 - - 5 21.98 103.44 4/11/2010 17/3/2011 4/11/2010 2/10/2011 2.48 1.44 3.52 0 0 0 - - 6 22.98 103.44 21/5/2011 13/6/2012 21/5/2011 8/8/2014 2.13 1.18 3.09 0 0 0 - - 7 20.98 104.44 23/2/2010 26/10/2010 23/2/2010 4/12/2011 2.5 1.62 3.38 0 0 0 - - 8 21.98 104.44 26/2/2006 30/4/2008 26/2/2006 15/6/2012 3.41 1.98 4.85 0 0 0 - - 9 20.98 105.44 20/6/2005 30/8/2006 20/6/2005 17/2/2009 2.44 1.49 3.38 0 0 0 - - Bảng 4.1.2: Trường hợp 2 1 21.98 102.44 28/11/2001 18/5/2002 28/11/2001 16/4/2003 3.9 3.07 4.74 15/3/2002 21.84 102.305 3.01 + - 2 22.98 102.44 1/11/2000 6/9/2002 1/11/2000 28/7/2004 3.36 2.36 4.35 24/2/2002 22.62 102.332 3.01 + + 3 20.98 103.44 13/11/2001 20/6/2002 13/11/2001 4/7/2003 3.01 1.87 4.15 22/1/2002 20.79 103.69 3.9 + + 4 21.98 103.44 28/11/2001 3/4/2002 28/11/2001 3/10/2002 3.79 2.71 4.88 14/4/2002 21.766 103.59 2.3 + - 5 22.98 103.44 15/8/2001 26/2/2003 15/8/2001 10/11/2005 2.93 1.94 3.91 2/7/2002 22.796 103.639 3.3 + + 6 20.98 104.44 12/11/2001 26/7/2002 12/11/2001 14/9/2003 3.53 2.66 4.39 23/6/2002 21.13 104.525 3.01 + + 7 20.98 105.44 20/11/2001 5/4/2003 20/11/2001 8/1/2006 2.96 1.9 4.01 20/12/2001 20.8 105.326 3.01 + +
Chú thích cho bảng 4.1: (db), (db) - là tọa độ của sự kiện dự báo; tmin - thời gian có thể xảy ra sớm nhất; tmax - thời gian có thể xảy ra muộn nhất; Mdb - magnitude của sự kiện dự
báo; Mmin - magnitude nhỏ nhất có thể của sự kiện dự báo; Mmax - magnitude lớn nhất có thể của sự kiện dự báo; Tthực, Thực, Thực, M thực- tương ứng là thời gian, tọa độ, magnitude của sự kiện đã xảy ra trong thực tế; ?T - thời gian dự báo có đúng hay khơng; ?M - magnitude dự báo có đúng hay khơng; “ +” : đúng; “ - “: không đúng.
Thử kiểm tra thời gian dự báo muộn nhất (Tmax) so với thời gian dự báo (Tdb) (cả 2 đại lƣợng này đều do phần mềm tính ra) thì thấy độ chênh lệch của chúng tƣơng đối lớn, từ 183 ngày cho đến 1009 ngày.
Đồng thời, tác giả cũng kiểm tra độ chênh lệch giữa thời gian thực xảy ra động đất (Tthực) với thời gian dự báo (Tdb) thì thấy độ chênh lệch này dao
động từ -11 ngày đến 471 ngày. Điều này phản ánh thực tế về mức độ tin cậy của phƣơng pháp dự báo động đất theo mơ hình thống kê. Rõ ràng là trong trƣờng hợp thử lùi danh mục về quá khứ thì có thể kiểm tra đƣợc mức độ tin cậy của dự báo thông qua hiệu Tthực-Tdb. Nhƣng khi áp dụng
cho thời điểm tựa là thời điểm hiện tại, thì sẽ khơng có dữ liệu để kiểm tra mức độ tin cậy, do các trận động đất dự báo đều nằm ở tƣơng lai. Tuy nhiên, tác giả nhận thấy giữa hiệu Tmax-Tdb vừa thử ở trên và hiệu Tthực-
Tdb có dấu hiệu tỷ lệ thuận với nhau (xem hình 4.1)
Bảng 4.2: So sánh độ chênh lệch Tmax-Tdb với Tthực- Tdb
Hình 4.1: So sánh độ chênh lệch về thời gian Tmax-Tdb và Tthực- Tdb
stt Tdb Tmax Tmax-Tdb Tthực Tthực- Tdb 1 18/5/2002 16/4/2003 333 15/3/2002 64.00 2 6/9/2002 28/7/2004 691 24/2/2002 194.00 3 20/6/2002 4/7/2003 379 22/1/2002 149.00 4 3/4/2002 3/10/2002 183 14/4/2002 -11.00 5 26/2/2003 10/11/2005 988 2/7/2002 239.00 6 26/7/2002 14/9/2003 415 23/6/2002 33.00 7 5/4/2003 8/1/2006 1009 20/12/2001 471.00 571.14 162.71 Tmax-Tdb Tthực- Tdb
Thông qua quan hệ nhƣ vậy, có thể dựa vào độ chênh lệch Tmax-Tdb để ƣớc lƣợng giá trị của độ lệch Tthực- Tdb, và từ đó cho phép
dự đốn trƣớc mức độ chính xác của phép dự báo khi chƣa có số liệu thực để đối chiếu.
Ngồi ra, khi thử nghiệm dự báo đối với trƣờng hợp sử dụng danh mục động đất từ năm 1903-2011 thì thu đƣợc kết quả ở bảng 4.3.
Bảng 4.3: Ví dụ về kết quả dự báo đối với một số trận động đất
TT (db) (db) Ttựa Tdb Tmin Tmax Mdb Mmin Mmax Tthực Thực Tthực - Tdb Thực MThực ?T ?M
1 21.98 102.44 11/28/2001 7/31/2002 11/28/2001 6/24/2004 3.87 2.97 4.77 3/15/2002 21.84 -138 102.305 3.01 + + 2 22.98 102.44 11/1/2000 2/16/2003 11/1/2000 11/16/2005 3.36 2.27 4.45 2/24/2002 22.62 -357 102.332 3.01 + + 3 20.98 103.44 11/13/2001 5/21/2003 11/13/2001 4/28/2009 2.96 1.29 4.64 1/22/2002 20.79 -484 103.69 3.9 + + 4 21.98 103.44 11/28/2001 11/19/2002 11/28/2001 8/31/2005 3.78 2.67 4.9 4/14/2002 21.766 -219 103.59 2.3 + - 5 22.98 103.44 8/15/2001 4/21/2003 8/15/2001 2/9/2006 2.95 2 3.89 7/2/2002 22.796 -293 103.639 3.3 + + 6 20.98 104.44 11/12/2001 2/28/2004 11/12/2001 5/1/2010 3.47 2.61 4.33 6/23/2002 21.13 -615 104.525 3.01 + + 7 21.98 104.44 4/20/2000 5/30/2004 4/20/2000 10/28/2011 3.86 2.56 5.16 8/1/2002 21.94 -668 104.023 2.6 + + 8 20.98 105.44 11/20/2001 6/1/2004 11/20/2001 5/24/2010 2.96 2.01 3.92 12/20/2001 20.8 -894 105.326 3.01 + +
Từ bảng 4.3 có thể thấy, độ chênh lệch về thời gian luôn bị âm (dự báo bị muộn) và trị tuyệt đối lớn hơn hẳn so với khi dự báo với danh mục tính từ năm 1970. Khi thu hẹp danh mục lại (1970 đến 2011), nhận thấy sai số có cả số âm và số dƣơng (xem bảng 4.2), đồng thời sai số cũng nhỏ hơn trƣớc. Độ chênh lệch thời gian đƣợc tính bằng thời gian thực diễn ra trận động đất, trừ đi thời điểm dự báo động đất. Nguyên nhân của điều này là vì trƣớc năm 1970, số liệu động đất đƣợc ghi lại dựa vào ghi chép đơn thuần và truyền miệng, hệ thống đài trạm chƣa đầy đủ nên dữ liệu bị thƣa hơn nhiều. Nhƣ vậy, tính đầy đủ và tính liên tục của số liệu động đất theo thời gian là yếu tố khá quan trọng quyết định độ chính xác của phƣơng pháp dự báo theo mơ hình thống kê.
4.3. Áp dụng thử nghiệm dự báo đối với danh mục động đất Đông Nam Á
Để kiểm nghiệm khả năng áp dụng của chƣơng trình, tiếp theo tác giả áp dụng thử nghiệm chƣơng trình đối với danh mục động đất Đông Nam Á.
Trƣớc khi xử lý số liệu, tác giả có khảo sát qua mức độ liên tục của dữ liệu, và nhận thấy sau năm 2001 có bất thƣờng về khoảng cách thời gian giữa các trận động đất liền nhau (xem hình 4.2)
0 5 10 15 20 25 1997 1997 1997 1997 1997 1998 1998 1998 1998 1998 1999 1999 1999 2000 2000 2000 2000 2001 2001 2001 2001 2005 2006
Hình 4.2 : Biểu đồ thể hiện tính liên tục của dải số liệu về thời gian xuất hiện động đất
Chú thích: ∆T - số ngày giữa 2 trận động đất liền nhau
Từ hình 4.2 có thể thấy, từ năm 2002 đến năm 2007, khoảng cách thời gian giữa các trận động đất liền nhau lớn hơn hẳn so với trƣớc đó, nghĩa là số lƣợng các trận động đất trong danh mục rời rạc hơn nhiều so với trƣớc năm 2002. Qua nhận xét sơ bộ về danh mục động đất nhƣ vậy, tác giả quyết định sử dụng danh mục động giai đoạn 1997 - 2001 để áp dụng thử nghiệm chƣơng trình nhằm so sánh với kết quả áp dụng chƣơng trình khi sử dụng tồn bộ danh mục (đến hết 2007) để kiểm tra ảnh hƣởng của tính liên tục và tính đầy đủ của dữ liệu đầu vào đối với kết quả của chƣơng trình.
∆T(ngày)
Danh mục động đất Đông Nam Á bao gồm 37194 động đất giai đoạn từ 1/1/1997 đến 30/12/2007. Sau khi tách các nhóm tiền chấn và dƣ chấn, trong danh mục còn lại 15701 trận động đất độc lập. Áp dụng chƣơng trình đối với danh mục 15701 trận động đất độc lập này với các thông tin thiết đặt ban đầu nhƣ sau :
- Độ chính xác dự báo (hay là xác suất dự báo) Pg = 80%.;
- Kích thƣớc tiểu vùng S: xλ = 0,5x0,5độ; Số sự kiện tối thiểu chứa trong
tiểu vùng S là 20 (trận).
- Trƣờng hợp 1: Khi sử dụng danh mục động đất đến ngày 31/12/2005, thì
chƣơng trình dự báo đƣợc 259 trận động đất, trong đó chỉ có 32 trận đƣợc dự báo đúng (nghĩa là trên thực tế đã từng xảy ra các trận động đất nhƣ vậy trong khoảng thời gian dự báo nói trên).
- Trƣờng hợp 2: Khi lùi danh mục về quá khứ trƣớc năm 2002, (giả sử là lùi về ngày 31/12/1999) thì chƣơng trình dự báo đƣợc 130 trận động đất, trong đó có 56 trận đƣợc dự báo đúng về khoảng thời gian, 99 trận đúng về magnitude, 45 trận đúng cả về thời gian lẫn magnitude động đất. Để phù hợp với khuôn khổ của luận văn, tác giả chỉ xin dẫn ra danh mục 130 trận động đất dự báo trong trƣờng hợp 2 (Phụ lục 2). So sánh độ lệch về thời gian xảy ra các trận động đất dự báo ở trƣờng hợp 2 này với thời gian xảy ra các sự kiện trong thực tế đƣợc trình bày tại hình 4.3.
Hình 4.3: Phân bố độ chênh lệch giữa thời gian dự báo và thời gian đã xảy ra sự kiện trên thực tế (ngày)
Chú thích: ở hình trên, trục tung là số sự kiện dự báo, giá trị trục hoành là độ chênh lệch tương ứng. Ví dụ ở cột thứ 1 có thể hiểu là : có 2 sự kiện dự báo có độ chênh lệch trong khoảng từ -50 đến -30, cột thứ 2 là : có 16 sự kiện dự báo có độ chênh lệch từ -30 đến -10.
Từ hình 4.3 ta thấy hầu hết độ chênh lệch là số dƣơng, tức Tthực > Tdb . Các kết quả trên hình 4.3 cho thấy độ chênh lệch trung bình giữa thời gian dự báo và thời gian đã xảy ra sự kiện trên thực tế là 95.6 ngày. Qua đó có thể thấy các sự kiện dự báo hầu hết có xu thế sớm hơn so với thời gian xảy ra các sự kiện trong thực tế. Khoảng thời gian sớm hơn trung bình là 95 ngày. Thời gian này đủ để mọi ngƣời chuẩn bị thực hiện các biện pháp sơ tán và phòng tránh khi động đất sẽ xảy ra.
4.4. So sánh kết quả dự báo trong 2 trƣờng hợp khi lựa chọn xác xuất tin cậy của dự báo khác nhau cậy của dự báo khác nhau
Với mục tiêu so sánh các kết quả của chƣơng trình khi dự báo động đất với độ tin cậy khác nhau, chƣơng trình sẽ đƣợc áp dụng để dự báo động đất trong 2 trƣờng hợp khi lựa chọn xác suất dự báo khác nhau: Pg = 70% và Pg = 90%. Các kết quả đƣợc trình bày tại bảng 4.4.
Kết quả tại bảng 4.4 cho thấy việc thử nghiệm dự báo động đất với độ tin cậy (xác suất dự báo Pg) khác nhau sẽ cho kết quả khác nhau cả về khoảng cách giữa thời điểm sớm nhất và thời điểm muộn nhất có thể xảy ra sự kiện dự báo cũng nhƣ độ chênh lệch giữa magnitude cực đại và magnitude cực tiểu của sự kiện dự báo. So sánh các kết quả tại bảng 4.4.1 với các kết quả tại bảng 4.4.2 bằng cách trừ tất cả các giá trị (phần tử) tƣơng ứng tại các cột và hàng của bảng 4.4.1 cho bảng 4.4.2. Hiệu của chúng đƣợc dẫn ra trong bảng 4.4.3. Các kết quả tại bảng 4.4.3 cho thấy độ chênh lệch giữa thời điểm muộn nhất (tmax) có thể xảy ra sự kiện dự báo trong 2 trƣờng hợp dao động từ 87 ngày đến 478 ngày. Thời điểm sớm nhất có thể xảy ra sự kiện dự báo giữa 2 trƣờng hợp chỉ khác nhau đối với sự kiện dự báo thứ 2 (116 ngày). Còn độ chênh lệch về magnitude dự báo giữa 2 trƣờng hợp dao động từ 0.4 đến 0.54 đối magnitude cực tiểu và từ (-0.4) đến (-0.54) đối với magnitude dự báo cực đại. Rõ ràng rằng khi lựa chọn xác xuất tin cậy của dự báo thấp hơn (Pg = 70 %) thì chƣơng trình cho kết quả dự báo với magnitude cực đại, khoảng thời gian dự báo và khoảng cách giữa magnituge cực đại và cực tiểu đều nhỏ hơn so với trƣờng hợp khi lựa chọn xác xuất tin cậy của dự báo cao hơn (Pg = 90 %).
Bảng 4.4. So sánh kết quả dự báo động đất với xác xuất tin cậy khác nhau
TT (db) (db) fiOp λOp Ttựa Tdb Tmin Tmax Mdb Mmin Mmax Tthực Thực Thực MThực ?T ?M
Bảng 4.4.1. Trường hợp lựa chọn xác suất dự báo Pg = 70%
1 21.98 102.44 22.47 102.6 28/11/2001 18/5/2002 28/11/2001 11/2/2003 3.9 3.23 4.58 15/3/2002 21.84 102.305 3.01 + -