Chương I TỔNG QUAN 1. Tình hình nghiên cứu dự báo động đất Trải qua một thời gian rất dài, ngành khoa học địa chấn đã chuyển từ một ngành khoa học mô tả sang nghiên cứu định lượng. Từ xuất phát điểm chỉ là những thông báo về hiện tượng động đất trước năm 1841, cho tới những quan sát bằng máy bắt đầu được tiến hành từ năm 1899, các nhà khoa 7 Vũ Thị Hoãn Luận án Thạc sĩ học đã tính toán được thời gian xảy ra động đất, vị trí và độ lớn của chúng. Cho tới nay hệ thống quan sát động đất đã có mặt ở khắp nơi trên thế giới với khả năng kết nối các trạm quan trắc thông qua những công nghệ hiện đại đã tạo điều kiện thuận lợi hơn cho các nhà khoa học trong nghiên cứu động đất.
Từ lâu các nhà khoa học đã thống kê và tổng kết được những nguyên nhân chính gây ra động đất, nơi nào thường xuyên xảy ra động đất và tính toán được những thông số cơ bản của một trận động đất khi nó diễn ra. Tuy nhiên, vấn đề dự báo sớm động đất sẽ xảy ra ở đâu, khi nào và có độ lớn bao nhiêu là điều mà các nhà khoa học hướng đến thì vẫn là một bài toán chưa có lời giải trọn vẹn. Chúng ta biết rằng các trận động đất được gây ra bởi sự đứt đoạn và phá hủy đột ngột của thạch quyển, làm thoát ra một lượng năng lượng bị dồn nén gây ra một vụ nổ lớn, bất ngờ và làm rung chuyển mặt đất (động đất kiến tạo). Sự phá hủy đột ngột này gây ra sóng đàn hồi lan truyền trong thạch quyển, gọi là sóng địa chấn.
Sóng địa chấn còn có thể được tạo ra từ các quá trình phun trào núi lửa hay các vụ sập hang động, nổ mìn,…Tuy nhiên, những động đất lớn và mang tính phá hủy hầu hết là những trận động đất kiến tạo với năng lượng giải phóng lớn và có ảnh hưởng trên diện rộng. Chính vì vậy mà trong nghiên cứu địa chấn chúng ta thường đề cập chủ yếu đến địa chấn kiến tạo. Trên thế giới, động đất mạnh không phân bố đều khắp nơi mà tập trung thành từng dải gọi là vành đai động đất. Vành đai động đất lớn nhất là vành đai Thái Bình Dương (từ bờ Tây châu Mỹ vòng qua châu Á, xuống phía Nam biển Nhật Bản, Philippin, Papua New Guinea rồi tới New Zealand), nơi đây chiếm tới 80% toàn bộ năng lượng động đất toàn thế giới.
Tiếp đến là vành đai Địa Trung Hải – Hymalaya tập trung khoảng 15% số lượng động đất mạnh. Ngoài ra còn phải kể đến các dải động đất nông khác nằm tại các mạch núi ngầm giữa các đại dương như Đại Tây Dương, Tây Ấn Độ Dương, Nam Thái Bình Dương và Đông Châu Phi (hình 1. 8 Vũ Thị Hoãn Luận án Thạc sĩ Hình 1.1: Phân bố động đất trên thế giới 52. Cường độ và thời gian xảy ra động đất (động đất kiến tạo) phụ thuộc vào mức độ đứt gãy, độ cứng và độ nén của đá tại điểm đứt gãy đó.
Lý thuyết là như vậy nhưng đến nay các nhà khoa học vẫn chưa thể dự báo được chính xác trận động đất sẽ xảy ra như thế nào. Qua nhiều thế kỷ, người ta đã dựa trên những căn cứ khác nhau, từ các hoạt động khác thường của một số loài vật tới những hình thù kỳ lạ của các đám mây, sự biến đổi đột ngột của mực nước giếng, hay sự thay đổi hàm lượng radon hoặc hydro trong đất đá để tìm cách dự báo động đất. Một trong những lần người ta đã dự báo được chính xác là trận động đất tại Haicheng, Trung Quốc, năm 1975. Lệnh di tản đã được phát đi một ngày trước khi trận động đất mạnh 7,3 độ Richter tàn phá thành phố.
Trong nhiều tháng trước đó, người ta đã đo được hàng loạt những trận động đất nhỏ, cùng với nó là sự thay đổi mực nước ngầm và sự dâng lên của bề mặt địa hình. Tuy nhiên, rất ít trận động đất có những dấu hiệu tiền báo như thế. Sau thành công ở Haicheng, cũng 9 Vũ Thị Hoãn Luận án Thạc sĩ chính các nhà địa chấn học Trung Quốc đã không thể dự báo một trận động đất với sức hủy diệt còn lớn hơn tại Tangshan năm 1976. Với cường độ 7,6 độ Richter, trận động đất này đã cướp đi sinh mạng của 250 nghìn người.
Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, công nghệ dự báo thiên tai ngày càng được hoàn thiện hơn. Các trận động đất thường là kết quả chuyển động của các bộ phận đứt gãy trên vỏ Trái đất, cấu tạo chủ yếu từ chất rắn. Tuy rất chậm nhưng mặt đất vẫn luôn chuyển động và động đất xảy ra khi ứng suất (nội lực phát sinh trong vật thể biến dạng do các tác nhân bên ngoài tác dụng) cao hơn sức chịu đựng của đất đá. Các nhà khoa học nhận thấy rằng việc đo những sự thay đổi trong các đoạn đứt gãy khó hơn nhiều so với việc đo biến thiên ứng suất, đặc biệt là các đứt đoạn nằm sâu bên trong thạch quyển.
Gần đây, các chuyên gia khoa học của Viện nghiên cứu Carnegie - Mỹ đã tìm ra cách để kiểm tra và giám sát chiều dài của các đoạn đứt gãy, cũng như sự dịch chuyển của chúng trên vỏ Trái đất. Phát hiện này có thể là một phương pháp mới đầy hữu ích, giúp cho việc dự báo các trận động đất bằng cách định vị chính xác các đứt gãy có khả năng làm rung chuyển mặt đất và gây ra các trận động đất. Trong khi đó, các chuyên gia của Viện Nghiên cứu vũ trụ thuộc Viện Hàn lâm khoa học Nga lại tiếp cận việc dự báo động đất sớm từ vũ trụ bằng việc lắp đặt thiết bị dự báo động đất trên trạm không gian quốc tế. Thiết bị này có thể ghi nhận những biến đổi của các dòng điện tử và proton có năng lượng trung bình trong khoảng không gian gần Trái đất.
Các nhà khoa học cho rằng những thay đổi của các dòng điện tử và proton này có liên quan tới các quá trình địa vật lý trên Trái đất như dông tố, động đất, vv… Do vậy, khi ghi nhận được những thay đổi này, chúng ta có thể dự báo động đất với độ chính xác cao [52]. Ở Việt Nam nghiên cứu dự báo động đất được tiến hành theo các hướng chính sau: dự báo thời gian phát sinh động đất và phân vùng động đất. Dự báo thời gian phát sinh động đất ở Việt Nam chỉ là dự báo trung hạn và dài hạn dựa trên các quy luật phát sinh động đất thông qua thuật toán 10 Vũ Thị Hoãn Luận án Thạc sĩ thống kê, như dự báo tần suất lặp lại động đất [15, 18, 30, 31, 32], mô hình thời gian – magnitud [1, 2], quy luật hoạt động tiền chấn [33]. Muốn nghiên cứu dự báo động đất và áp dụng các biện pháp kháng chấn đối với các công trình xây dựng một cách hiệu quả và khoa học thì cần phải biết động đất mạnh sẽ xảy ra ở đâu và ảnh hưởng như thế nào đến các vùng khác của lãnh thổ.
Tức là, phải phân vùng động đất lãnh thổ Việt Nam. Phân vùng động đất một lãnh thổ là phân chia lãnh thổ ấy thành từng phần với độ nguy hiểm động đất khác nhau. Độ nguy hiểm động đất tại một điểm là xác suất xảy ra chấn động cường độ I và lớn hơn tại điểm đó trong các khoảng thời gian nhất định. Các phương pháp đánh giá độ nguy hiểm động đất đều xuất phát từ nguyên lý sau: chấn động ở mỗi địa điểm là do động đất trong những vùng nguồn (vùng phát sinh động đất) địa phương và xung quanh gây ra.
Cường độ và tần suất lặp lại động đất tại một điểm phụ thuộc vào độ lớn và tần suất lặp lại động đất của các vùng nguồn và vào khoảng cách từ điểm đó đến nguồn. Trước đây một số tác giả đã xây dựng một vài sơ đồ phân vùng động đất cho từng phần và toàn phần của lãnh thổ Việt Nam. Sơ đồ phân vùng động đất phần phía Bắc lãnh thổ Việt Nam lần đầu tiên được công bố bởi Nha Khí Tượng năm 1968, (hình 1. Trên cơ sở các số liệu lần đầu tiên được hệ thống hoá từ nhiều nguồn khác nhau, các tác giả của [13] đã nghiên cứu các qui luật cơ bản của tính địa chấn miền Bắc Việt Nam và đưa ra những kết luận về tính địa đới và sự khác biệt của động đất ở các vùng khác nhau.
Sau đó các tác giả đã nghiên cứu mối liên hệ giữa tính động đất và đặc điểm địa chấn kiến tạo để đưa ra kết luận rằng hoạt động động đất liên quan chặt chẽ với bình đồ kiến tạo, đặc biệt là kiến tạo trẻ. Sơ đồ phân vùng động đất miền Bắc Việt Nam được một trong các tác giả của nó, Nguyễn Khắc Mão hiệu chỉnh lại vào năm 1979, sau khi tác giả này tiến hành phân vùng động đất nước Lào [14]. Năm 1980, Lê Minh Triết và những người khác đã tiến hành nghiên cứu tỉ mỉ hơn về phân vùng động 11 Vũ Thị Hoãn Luận án Thạc sĩ đất miền Nam Việt Nam [23]. Các tác giả đã tiến hành những cuộc khảo sát thực địa, tìm kiếm thông tin về động đất mạnh và động đất cảm thấy, đã sưu tầm những số liệu động đất ghi được bằng máy ở trạm Nha Trang.
Trên cơ sở đó, lần đầu tiên các tác giả đã lập được một danh mục đầy đủ hơn về động đất phần phía Nam lãnh thổ Việt Nam và nghiên cứu quy luật biểu hiện động đất ở khu vực này. Đến năm 1983, bản đồ phân vùng động đất Việt Nam (phần đất liền) đã được thành lập bởi nhóm tác giả của công trình [19] (hình 1. Sau một thời gian dài nghiên cứu, các tác giả của công trình [20] đã thành lập được bản đồ phân vùng động đất biển Đông Việt Nam và ven bờ vào năm 2003( hình 1. 12 Vũ Thị Hoãn Luận án Thạc sĩ Hình 1.2: Sơ đồ phân vùng động đất phần phía Bắc lãnh thổ Việt Nam (1968) [13].
13 Vũ Thị Hoãn Luận án Thạc sĩ Hình 1.3: Bản đồ phân vùng động đất Việt Nam(phần đất liền) – 1983[19] 14 Vũ Thị Hoãn Luận án Thạc sĩ Hình 1.4: Bản đồ phân vùng động đất biển Đông Việt Nam và ven bờ năm 2003 [20].