I. MỞ
ĐẦU
Thông thường, quy tŕnh xác định các
đặc trưng cơ bản của tai biến động
đất tại một khu vực nghiên cứu nào đó được
tiến hành theo tuần tự 4 bước sau: Bước
1- Xác định vùng nguồn phát sinh động đất
và quan hệ giữa vị trí xác định thông số tai
biến động đất (vị trí công tŕnh) với vùng
nguồn phát sinh động đất; Bước 2- Sử
dụng phép truy toán động đất, xác định
giá trị chấn cấp cực đại động đất
có thể xảy ra tại các nguồn phát sinh; Bước 3-
Thiết lập đặc trưng dao động nền
theo các hàm tắt dần chấn động (attenuation
relations); và Bước 4- Xác định
gia tốc dao động nền tại công tŕnh.
Có hai dạng phương pháp đánh giá các
thông số của tai biến động đất đại
diện cho hai định hướng phân tích tương ứng
là phân tích thống kê và phương pháp tất định.
Phương pháp phân tích thống kê được
ứng dụng rộng răi trong nghiên cứu động đất
từ những năm đầu của thập niên 80 của
thế kỷ XX sau khi mạng lưới quan trắc động
đất toàn cầu đă phát triển mạnh mẽ.
Trên thực tế, mạng lưới quan trắc này
lại phát triển không đồng đều cho tất cả
các nước trên thế giới. Một nghịch lư là các
nước nghèo thường phải sống trong khu vực
có nguy cơ sinh chấn cao lại có mạng lưới
quan sát động đất thưa thớt.
Trước những năm 1980, phương
pháp tất định được sử dụng rộng
răi trong nghiên cứu động đất khi số liệu
toàn cầu c̣n kém đầy đủ, gây nên sai số lớn
cho các bài toán thống kê. Việc các trận động đất
mạnh xảy ra trên thế giới trong thời gian gần
đây như: động đất Spitak (Armenia) ngày 7/12/1988,
động đất Kobe (Nhật Bản) ngày 17/1/1995, động
đất Thổ Nhĩ Kỳ ngày 17/8/1999, động đất
Chichi (Đài Loan) ngày 21/9/1999, động đất Sumatra
ngày 26/12/2004, v.v..., đă không được báo trước
gây nên sự hoài nghi về tính hiệu quả của các bài
toán thống kê trong động đất. Điều này đă
thúc đẩy việc tái phát triển định hướng
phân tích tất định trong nghiên cứu động
đất, gọi là các phương pháp tất định
mới (neodeterministic methods).
Sự khác biệt
lớn nhất giữa phân tích xác suất thống kê và tất
định mới là ở chỗ trong khi phương pháp
xác suất thống kê sử dụng phép truy toán (bước
2) trong việc xác định động đất cực
đại tại vùng nguồn th́ phương pháp tất định
mới lại đưa ra những kịch bản về chấn
cấp động đất được ấn định
trên cơ sở đặc trưng cấu trúc của vùng
nguồn.
- Gia tốc đỉnh điểm (peak acceleration)
của dao động nền (bước 3) trong phương
pháp xác suất thống kê được xác lập trên cơ
sở các giá trị chấn cấp động đất
tương ứng với các thời kỳ khác nhau và hàm
suy giảm dao động thực tế quan sát được
qua các động đất cụ thể có điều kiện
và chấn cấp tương tự đối với khu vực
nghiên cứu. Giá trị gia tốc này trong phương pháp tất
định mới lại được tính toán theo một
hàm cụ thể, dựa vào cấu trúc và đặc trưng
tính chất vật lư của vùng nguồn.
Một số công tŕnh nghiên cứu gần đây
ở Việt Nam về động đất chủ yếu
sử dụng cách tiếp cận của các bài toán thống
kê [4, 7-9]. Hạn chế lớn nhất theo định hướng
phân tích thống kê là khoảng thời gian thống kê của
chuỗi số liệu không đủ lớn. Với danh mục
động đất chưa đầy đủ như
của Việt Nam, phương pháp thống kê có thể sẽ
đưa ra những kết quả với độ tin cậy
không cao. Nhằm khắc phục những hạn chế về
hiệu quả của bài toán thống kê, các tác giả thử
nghiệm áp dụng phương pháp tất định mới
trong đánh giá một số thông số về tai biến động
đất ở Việt Nam.
II. NGUYÊN LƯ CƠ
BẢN CỦA PHƯƠNG PHÁP TẤT ĐỊNH MỚI
Có hai mức độ tính toán các thông số
của tai biến động đất: khu vực (hay c̣n
gọi là phân vùng loại I) và chi tiết (c̣n gọi là phân vùng
loại II, thường được áp dụng cho vi phân
vùng động đất một thành phố hay một công
tŕnh xây dựng cụ thể). Trong khuôn khổ bài báo này
chúng tôi chỉ giới thiệu một số kết
quả đánh giá các thông số tai biến động
đất ở mức phân vùng loại I.
1. Phương pháp
tất định mới trong phân vùng địa chấn tỷ
lệ khu vực (phân vùng loại I)
Phân vùng địa chấn khu vực c̣n
được gọi là phân vùng loại I, phân chia vùng theo
tỷ lệ khu vực. Trong trường hợp này,
người ta sử dụng giá trị trung b́nh trong mô
tả tính chất khu vực của thạch quyển. Các
thông số như: vận tốc, mật độ,
đặc trưng cấu trúc các mặt ranh giới cơ
bản, tính chất của đứt găy, cơ cấu
chấn tiêu … của môi trường cần
được xác định. Băng địa chấn
tổng hợp được tính toán, các cấu trúc
bất đồng nhất dưới dạng thô ở lân
cận được đưa vào trong tính toán. Quy tŕnh
thiết lập băng địa chấn tổng hợp
và tính toán các thông số dao động nền
được mô tả. Dữ liệu quan trọng
đầu tiên trong xác định nguồn phát sinh
động đất là danh mục động
đất. Về cơ bản, cần thiết nhất là
phải có phân bố Mmax trên toàn lănh thổ. Dữ liệu
động đất sẵn có trong danh mục
động đất là phân bố ngẫu nhiên. Hơn
nữa, danh mục động đất thường kém
hoàn chỉnh và có sai số, v́ vậy chúng ta cần làm
trơn phân bố Mmax [8, 10].
Vùng nghiên cứu được phân chia theo
lưới ô vuông 0,20×0,20. Băng
địa chấn tổng hợp được thiết
lập cho tần số cao hơn 1 Hz và xấp xỉ
nguồn điểm. Để giảm khối
lượng tính toán băng địa chấn, khoảng
cách nguồn thu phải giữ dưới một
ngưỡng, được xác định bởi hàm
của M trong mối quan hệ với nguồn. Khoảng
cách lớn nhất từ nguồn đến máy thu là 25,
50, và 90 km tương ứng cho M<6, 6£M<7, và M³7.
Tất cả các băng địa chấn được
tính toán cho độ sâu chấn tiêu được xác
định bởi hàm tương quan giữa M; 10 km
đối với M<7 và 15 km với M³7), cũng có thể lấy một giá trị trung b́nh cho
vùng nguồn dựa trên danh mục động đất
đă có. Cũng có thể chấp nhận một loại
giá trị độ sâu chấn tiêu nhất định
đối với mỗi loại mức chấn cấp
nhất định (phân loại theo M): đặc biệt
quan trọng đối với động đất nông
v́ sai số lớn trong xác định độ sâu
chấn tiêu động đất, và trên thực tế th́
dao động nền mạnh lại gây ra bởi các
trận động đất nông [1-3].
III. MỘT
SỐ KẾT QUẢ BƯỚC ĐẦU ỨNG
DỤNG PHƯƠNG PHÁP TẤT ĐỊNH MỚI TRONG
NGHIÊN CỨU TAI BIẾN ĐỘNG ĐẤT Ở
VIỆT NAM
1. Phân chia đới
phát sinh động đất lănh thổ Việt Nam và các
khu vực kế cận
Việc xác định
các đới phát sinh động đất lănh thổ Việt
Nam được tiến hành tuần tự theo các bước
sau [1-3]:
- Thiết lập các hệ
thống đứt găy trong lănh thổ nghiên cứu trên cơ
sở tổ hợp tài liệu địa chất, địa
vật lư và các kết quả nghiên cứu về đặc
trưng cấu trúc của vỏ Trái đất, trong đó
có đề cập đến bất đồng nhất
vận tốc truyền sóng;
- Xác lập các đới
đứt găy hoạt động trên cơ sở các dấu
hiệu biểu hiện hoạt động theo tài liệu
địa chất, địa vật lư và các tai biến địa
động lực đă xảy ra;
- Xác định nguồn
phát sinh động đất trên cơ sở biểu hiện
hoạt động động đất gắn liền
với các đứt găy hoạt động;
- Liên kết nguồn có
đặc trưng kiến trúc - địa động lực
tương tự thành một đới phát sinh động
đất. Đới phát sinh động đất có phạm
vi bao phủ toàn bộ diện tích một hệ thống đứt
găy (hay nhiều hệ thống đứt găy), trong đó đă
xác định được sự tồn tại một
hay nhiều vùng nguồn và có biểu hiện đặc trưng
kiến trúc - địa động lực tương đồng.
a. Nguồn được xác lập trên
cơ sở phân bố không gian của động đất
và đặc trưng cấu trúc của đới đứt
găy theo nguyên tắc sau [1-3]:
1- Độ dài được đánh giá
theo công thức:
trong đó: MD - dịch
chuyển cực đại, tính theo m (maximum displacement); AD -
dịch chuyển trung b́nh tính theo m; L - chiều dài của đới
phá huỷ trên bề mặt (km) (surface rupture length); L* - chiều
dài đới phá huỷ lớp dưới bề mặt
(km) (subsurface rupture length); W - chiều rộng của đới
phá huỷ lớp dưới bề mặt (km) (subsurface
rupture width); A là diện tích của đới phá huỷ (km2)
(rupture area).
2- Ranh giới
của vùng nguồn phải là đường biên trùng với
dải có độ hoạt động địa chấn
thấp nhất, nó không được cắt qua vùng tập
trung dày đặc các chấn tâm động đất.
b. Đới
phát sinh động đất được thiết lập
trên cơ sở:
1- Tập
hợp của các vùng nguồn tồn tại trong một hệ
thống đứt găy (hay nhiều hệ thống đứt
găy) có chung đặc trưng của cơ cấu chấn
tiêu; đặc trưng chung nhất về cấu trúc và h́nh
thái kiến trúc, h́nh động học và địa động
lực của đứt găy.
2- Có sự
tương đồng về đặc trưng thông số
và trường địa vật lư, đặc trưng và
mức độ cấu trúc phức tạp, đặc điểm
biến dạng và địa động lực trong phạm
vi một đới sinh chấn.
Đới
phát sinh động đất chính ở lănh thổ Việt
Nam và khu vực kế cận gồm [1-3]: Mường Tè với
động đất đă quan sát thấy với chấn
cấp 7,1 độ Richter (Ms = 7,1); Phong Sa Ĺ (Ms = 7,0); Ou Đom
Xai (Ms = 6,8); Lai Châu - Điện Biên (Ms = 5,6); XiaoJiang (Ms = 6,8*;
7,5); Sông Hồng (Ms = 5,3); Sông Đà - Sơn La (Ms = 6,8); Sầm
Nưa - Thái Ḥa (Ms = 6,8); Sông Cả - Rào Nậy (Ms = 5,5; 6,0);
A Lưới - Thà Khẹt (Ms = 5,0; 6,0); Gia Lâm - Đồng Hới
(Ms = 5,4); Bắc Giang - Hải Dương (Ms = 5,6); Quản
Bạ - Bắc Cạn (Ms = 5,2); Cao Bằng - Lộc B́nh (Ms =
5,8); Nam Ninh (Ms = 5,5); Lingshan -
Hạ Long (Ms = 6,8); Huyện Nhai - Văn Ninh (Ms = 7,5); Châu
Giang (Ms = 6,8); Bắc Hoàng Sa (Ms = 6,0); Hoàng Sa (Ms = 5,9); Ba Tơ
– Củng Sơn (Ms = 5,3; 6,0); Thuận Hải - Minh Hải (Ms
= 4,5; 7,0**); Nam Côn Sơn (Ms = 6,1); Đông Phú Khánh (Ms = 5,9); Đông
Biển Đông (Ms = 5,9); Guangzhou (Ms = 7,3; 7,0); Shabah (Ms = 6,0);
Kiên Giang (Ms = 5,5), Đông Nam Thái Lan (Ms = 5,0), Malaysia (Ms = 4,9).
Ghi chú:
* nếu chỉ tính trong khung bản vẽ th́ động đất
cực đại quan sát được chỉ bằng 6,8
độ Richter; ** nếu sử dụng tài liệu của
NOAA th́ cực đại động đất đới
Thuận Hải - Minh Hải có thể là 7,0?.
2. Một số
kết quả bước đầu đánh giá các thông
số tai biến động đất phần
đất liền lănh thổ Việt Nam trên cơ sở
phương pháp tất định mới
Bắt đầu từ những thông tin về
cấu trúc Trái đất, nguồn sinh chấn, và mức
độ của tính địa chấn trong diện tích
nghiên cứu chúng tôi đă tiến hành tính toán một số
thông số về tai biến động đất trên
cơ sở phần mềm GNDT.
