Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ "Đặc điểm hoạt động động đất khu vực Biển Đông" do nghiên cứu sinh Vũ Thị Hoãn thực hiện tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. TS. Phan Thiên Hương và TSKH. Ngô Thị Lư, thuộc chuyên ngành Kỹ thuật Địa vật lý (mã số 9520502), bảo vệ năm 2018.

Về bối cảnh địa chấn kiến tạo và địa động lực, Biển Đông là một bộ phận của khu vực Đông Nam Á, nằm tại ranh giới chuyển tiếp giữa hai vành đai phá hủy kiến tạo và hoạt động địa chấn lớn trên Trái Đất: Vành đai động đất Thái Bình Dương và Vành đai Địa Trung Hải - Himalaya. Khu vực này chịu sự tương tác động lực phức tạp từ sự dịch chuyển với vận tốc khác nhau của mảng thạch quyển lục địa Âu - Á ở phía tây, mảng biển Philippine ở phía đông và mảng Australia ở phía đông nam, tạo nên nguy cơ phát sinh động đất và sóng thần cao. Vùng biển Việt Nam có diện tích trên một triệu kilômét vuông (gấp ba lần diện tích đất liền, chiếm gần 30% diện tích Biển Đông) cùng hơn 3.260 km bờ biển, việc đánh giá nguy cơ động đất và sóng thần là nhiệm vụ mang tính cấp thiết đối với an toàn kinh tế - xã hội và quốc phòng. Trong công tác cảnh báo hiểm họa địa chấn - sóng thần, thông số độ lớn động đất cực đại ($M_{max}$) giữ vai trò then chốt.

Khoảng trống nghiên cứu được tác giả chỉ ra gồm:

  1. Phần lớn các công trình nghiên cứu trước đây sử dụng đồng thời số liệu lịch sử và số liệu quan sát máy với chu kỳ số liệu chưa đủ dài, hoặc sử dụng dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau mà chưa quy chuẩn độ lớn động đất về một thang đo duy nhất, ảnh hưởng đến độ tin cậy của các kết quả phân tích thống kê.
  2. Các phương pháp xác suất truyền thống (như Gumbel I, Gumbel III, Cornell, cực đại hợp lý) khi đánh giá $M_{max}$ tại Biển Đông có nhược điểm chung là không xác định được mốc thời gian dự báo cụ thể.
  3. Các phương pháp địa chất kiến tạo đánh giá $M_{max}$ thông qua các biến trung gian (chiều dài, diện tích mặt đứt gãy) dựa trên các giả định hình học cố định (như mặt đứt gãy hình chữ nhật có chiều dài gấp đôi chiều rộng) chưa phản ánh đầy đủ thực địa ngoài khơi.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án là làm sáng tỏ các đặc điểm hoạt động động đất khu vực Biển Đông và đánh giá magnitude động đất cực đại khu vực Biển Đông nói chung, nghiên cứu chi tiết một số trận động đất mạnh nói riêng trên cơ sở danh mục động đất mới và thống nhất.

Để thực hiện mục tiêu trên, luận án triển khai 4 nhiệm vụ cụ thể:

  1. Thành lập danh mục động đất thống nhất khu vực nghiên cứu.
  2. Phân tích các đặc điểm hoạt động động đất khu vực Biển Đông bằng cách xem xét phân bố chấn tâm động đất trong không gian, phân bố động đất cực đại theo thời gian, tần suất xuất hiện động đất, mức đại diện của động đất, tiến trình thời gian động đất.
  3. Nghiên cứu chi tiết và làm sáng tỏ quá trình trong vùng nguồn một số trận động đất mạnh thuộc khu vực Biển Đông.
  4. Đánh giá $M_{max}$ cho khu vực Biển Đông bằng phương pháp phân bố cực trị tổng quát (GEV), sau đó so sánh với các kết quả đã công bố trước đây để kiểm tra tính phù hợp của phương pháp.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Đặc điểm hoạt động động đất và khả năng phát sinh động đất cực đại.
  • Phạm vi thu thập số liệu: Vĩ độ $\varphi = 11,2^\circ\text{S} - 35,5^\circ\text{N}$; Kinh độ $\lambda = 92,5^\circ\text{E} - 132^\circ\text{E}$.
  • Phạm vi khu vực Biển Đông và lân cận: Vĩ độ $\varphi = 5^\circ\text{S} - 26^\circ\text{N}$; Kinh độ $\lambda = 100^\circ\text{E} - 127^\circ\text{E}$.
  • Phạm vi thời gian: Chuỗi số liệu địa chấn ghi nhận hoàn toàn bằng máy từ năm 1900 đến tháng 12/2017 (118 năm).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã hệ thống hóa các nghiên cứu trong và ngoài nước theo bốn nhóm vấn đề chính:

Nhóm nghiên cứu về kiến tạo, địa động lực và biến dạng vỏ Trái Đất:

  • Ngô Thị Lư và Rogozhin E.A. (2008a, 2008b) thành lập sơ đồ địa động lực hiện đại Đông Nam Á, phân chia khu vực thành 6 khối thạch quyển (Tibet - Himalaya, Đông Nam Trung Quốc, Đông Dương, Biển Nam Trung Quốc, Thềm Sunda, vi mảng Philippine) và nghiên cứu diễn biến không gian - thời gian của đợt dư chấn sau trận động đất Sumatra ngày 26/12/2004.
  • Nguyễn Văn Lương và Cao Đình Triều (2014) nghiên cứu đặc trưng động học qua cơ cấu chấn tiêu của 20 trận động đất, xác lập hệ thống 37 đứt gãy chính ở Biển Đông và lân cận (gồm 22 đứt gãy ven biển/thềm lục địa Việt Nam, 3 đứt gãy Bắc Biển Đông, 12 đứt gãy giữa và Nam Biển Đông) phân bố theo 3 phương: Đông Bắc - Tây Nam/Đông Đông Bắc - Tây Tây Nam (19 đứt gãy), Tây Bắc - Đông Nam (7 đứt gãy) và á kinh tuyến (12 đứt gãy).
  • Phan Trọng Trịnh và các cộng sự (2010a, 2010b, 2011, 2012), Lê Huy Minh và các cộng sự (2014) sử dụng dữ liệu đo lặp GPS giai đoạn 2007-2010 và 2012-2013 trong hệ quy chiếu IGS05 để xác định vận tốc chuyển dịch vỏ Trái Đất: va chạm Ấn - Úc và Âu - Á biến đổi 2-15 mm/năm; phía Bắc Biển Đông đóng lại theo phương Tây Tây Bắc - Đông Đông Nam với tốc độ 77 mm/năm; mảng Bắc Biển Đông cắm dưới Philippine tại trũng Manila với tốc độ 30-39 mm/năm về phía Đông và 8-11 mm/năm về phía Nam; phía Nam Biển Đông dịch chuyển Đông Nam với vận tốc 22 mm/năm về phía Đông và 7-11 mm/năm về phía Nam; khu vực Tây Nam Biển Đông hầu như ít biến đổi.
  • Bùi Công Quế và các cộng sự (1995, 2001, 2010, 2014) xác lập bản đồ các hệ đứt gãy hoạt động trên Biển Đông, làm rõ đới hút chìm dạng máng sâu Manila, hệ đứt gãy Palawan - Borneo, đứt gãy Bắc Biển Đông và đứt gãy 110, xác định chấn tâm động đất mạnh tập trung chủ yếu dọc máng sâu Manila.

Nhóm nghiên cứu về thang đo độ lớn và danh mục động đất:

  • Lịch sử phát triển thang cường độ từ Rossi - Forel (1878), Mercalli (1883, 1902), Cancani (1902), Sieberg (MCS), Wood - Neumann (1931), Richter (Modified Mercalli - MM) đến thang MSK-64 của Medvedev, Sponheuer, Karnik (1964).
  • Thang magnitude địa phương $M_L$ (Richter, 1935); thang sóng mặt $M_S$ (Gutenberg, 1945a; Vanek et al., 1962); thang sóng khối $m_B, m_b$ (Gutenberg, 1945b; Abe, 1981 với mối liên hệ $m_B = 1,5m_b - 2,2$). Luận án nêu rõ hiện tượng bão hòa của các thang đo biên độ ở mức động đất lớn ($M_L \approx 6,8$; $M_S \approx 8,0$; $m_b \approx 7,0$ theo Sankar et al., 2017).
  • Thang moment magnitude $M_w$ của Kanamori (1977) dựa trên moment địa chấn $M_0 = \mu D S$, không bị bão hòa và phản ánh bản chất vật lý vùng nguồn.
  • Các mô hình hồi quy chuyển đổi magnitude của Gutenberg và Richter (1956), Papazachos et al. (1997), Ngô Thị Lư (1999, 2003), Lê Tử Sơn (2008), Scordilis (2006), Dietrich Stromeyer et al., Sankar Kumar Nath et al. (2017), Deniz và Yucemen (2010), Das Ranjit et al. (2011).
  • Vấn đề chuẩn hóa danh mục: Trần Thị Mỹ Thành (2002), Cao Đình Triều và các cộng sự (2007, 2009a, 2009b sử dụng chương trình EDCAT và CATAL với tiêu chí trùng lặp $\Delta T = 1$ phút, sai lệch tọa độ $0,1^\circ$), Ngô Thị Lư (1996, 2000, 2003, 2005b áp dụng phương pháp cửa sổ không gian - thời gian).

Nhóm nghiên cứu tính địa chấn và phân vùng động đất Biển Đông:

  • Saurin (1965), Nguyễn Hải (1979), Phạm Văn Thục (1979 phân tích 386 trận động đất $M \ge 5,0$ giai đoạn 1912-1976), Nguyễn Hồng Phương (1998 thiết lập danh mục 64 trận khu vực Đông Nam Việt Nam giai đoạn 1903-1993), Bùi Nhị Thanh (chính xác hóa 12 đứt gãy sinh chấn thềm lục địa Đông Nam Việt Nam).
  • Phạm Văn Thục và Nguyễn Thị Kim Thanh (2004) phân chia Biển Đông thành 9 tiểu vùng từ danh mục 231 trận (1524-2002), trong đó vùng Nam Trung Hoa - Bắc Hải Nam có $M_{max} = 7,5$, vùng trũng Kainozoi Vịnh Bắc Bộ có $M_{max} = 3,0$.
  • Nguyễn Văn Lương và các cộng sự (2003, 2005, 2008, 2013, 2014) phân chia 16 vùng nguồn động đất, xác định vùng Đông Triều - Bắc Hải Nam có $M_{max} = 7,5$ với độ dốc đồ thị lặp lại 0,76.
  • Nguyễn Hồng Phương và các cộng sự (2012, 2014) xác định các vùng nguồn sóng thần, trong đó Bắc Manila Trench có $M_{max}$ dự báo đạt 8,93 ứng với chu kỳ lặp lại 2.658 năm; nghiên cứu của Xu (2014) từ số liệu NEIC và Global CMT cũng ghi nhận tính địa chấn mạnh tại Manila Trench.

Nhóm nghiên cứu phương pháp đánh giá $M_{max}$:

  • Phương pháp địa chất kiến tạo và quy mô đứt gãy: Wyss (1979), Wells và Coppersmith (1994), Stirling et al. (2002), Dowrick và Rhoades (2003), Nguyễn Hồng Phương và Phạm Thế Truyền (2007), Bùi Văn Duẩn và các cộng sự (2013), Phan Trọng Trịnh và các cộng sự (2011, 2012, 2013).
  • Phương pháp xác suất: Nguyễn Hồng Phương (1998 đánh giá $M_{max} = 6,6 \pm 0,6$ cho vùng Đông Nam Việt Nam), Trần Thị Mỹ Thành (2002 dùng Gumbel III), Nguyễn Kim Lạp và Nguyễn Duy Nuôi (1986 dùng Gumbel I với bước nhảy 6 tháng và 1 năm), Đặng Thanh Hải (2003 dùng Gumbel I cải tiến với bước nhảy 2 năm).
  • Phương pháp phân bố cực trị tổng quát (GEV): Pisarenko và các cộng sự (2008, 2010, 2012, 2014), Vũ Thị Hoãn và các cộng sự (2014, 2016).

Vị trí của luận án: Luận án khắc phục các khoảng trống về tính không đồng nhất của dữ liệu bằng việc xây dựng danh mục hoàn toàn bằng số liệu máy giai đoạn 1900-2017 quy chuẩn về $M_w$, đồng thời áp dụng mô hình phân bố cực trị tổng quát (GEV) để xác định $M_{max}$ gắn với khoảng thời gian dự báo cụ thể (100 năm) và xác suất xác định ($P = 0,8$).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án xây dựng trên các khung lý thuyết địa chấn học, địa động lực học và lý thuyết xác suất thống kê cực trị:

  • Lý thuyết về nguồn phát sinh động đất và moment địa chấn: Dựa trên công thức của Kanamori (1977): $$M_w = \frac{\log_{10} M_0}{1,5} - 6,03$$ trong đó moment địa chấn $M_0 = \mu D S$ ($\mu$ là độ rắn chắc của môi trường đá, $D$ là độ dịch chuyển trung bình trên mặt đứt gãy, $S$ là diện tích vùng đứt gãy).
  • Lý thuyết phân bố cực trị tổng quát (Generalized Extreme Value distribution - GEV): Phương pháp kết hợp ba phân bố cực trị tiệm cận cổ điển (Gumbel, Fréchet, Weibull) thành một mô hình hàm phân vị tổng quát để ước lượng giá trị động đất cực đại $M_{max}$ trong khoảng thời gian $\tau$ với xác suất vượt tải cho trước, loại bỏ tính chủ quan khi chọn dạng phân bố riêng lẻ.
  • Lý thuyết chuỗi dư chấn và tính độc lập của sự kiện địa chấn: Áp dụng nguyên lý lọc tiền chấn (TC) và dư chấn (DC) để chuyển chuỗi động đất quan trắc thành chuỗi sự kiện độc lập Poisson phục vụ phân tích thống kê.

Nguồn số liệu sử dụng: Luận án thu thập dữ liệu địa chấn ghi nhận bằng thiết bị trong chu kỳ từ năm 1900 đến tháng 12/2017 từ ba cơ quan quốc tế:

  1. Trung tâm Địa chấn Quốc tế (ISC): 283.485 trận động đất.
  2. Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS): 86.644 trận động đất.
  3. Hệ thống Tích hợp Cảnh báo sớm Đa rủi ro Khu vực Châu Phi và Châu Á (RIMES): 7.655 trận động đất (giai đoạn 2011-2017). Tổng số số liệu thu thập ban đầu là 377.784 trận động đất trong dải độ lớn $3 \le M \le 9,1$ trong phạm vi mở rộng $\varphi = 11,2^\circ\text{S} - 35,5^\circ\text{N}$; $\lambda = 92,5^\circ\text{E} - 132^\circ\text{E}$.
Thông số Phạm vi thu thập mở rộng Phạm vi khu vực Biển Đông
Giới hạn Vĩ độ ($\varphi$) $11,2^\circ\text{S} - 35,5^\circ\text{N}$ $5,0^\circ\text{S} - 26,0^\circ\text{N}$
Giới hạn Kinh độ ($\lambda$) $92,5^\circ\text{E} - 132,0^\circ\text{E}$ $100,0^\circ\text{E} - 127,0^\circ\text{E}$
Thời gian quan trắc 1900 - 12/2017 (118 năm) 1900 - 12/2017 (118 năm)
Tổng số trận động đất thu thập 377.784 trận ($3 \le M \le 9,1$) Đã lọc và chuẩn hóa ($3 \le M_w \le 8,5$)
Nguồn dữ liệu ISC (283.485), USGS (86.644), RIMES (7.655) Chuẩn hóa theo nguồn ISC làm gốc

Phương pháp xử lý và phân tích dữ liệu:

  1. Phương pháp so sánh, đối chiếu số liệu: Nhằm xử lý các sự kiện trùng lặp giữa các danh mục của ISC, USGS và RIMES; trong các trường hợp có sự sai khác về tham số nguồn, luận án ưu tiên lựa chọn số liệu do Trung tâm Địa chấn Quốc tế (ISC) công bố.
  2. Phương pháp phân tích hồi quy: Sử dụng thuật toán bình phương tối thiểu (least squares method) để thiết lập các hàm tương quan thực nghiệm chuyển đổi từ các thang độ lớn $M_S, M_b, M_L$ sang thang $M_w$, có xét đến các dạng hàm bậc nhất, bậc hai và chia phân đoạn theo giá trị ngưỡng $M_S^*$.
  3. Phương pháp cửa sổ không gian - thời gian: Thiết lập các giá trị bán kính không gian ($R$) và khoảng thời gian ($T$) phụ thuộc vào độ lớn của kích động chính (KĐC) để tách các chùm tiền chấn (TC) và dư chấn (DC) khỏi danh mục động đất chính, tạo lập hai bộ cơ sở dữ liệu riêng biệt: danh mục các trận động đất độc lập và danh mục các chuỗi TC - DC.
  4. Phương pháp phân bố cực trị tổng quát (GEV): Ứng dụng hàm phân vị cực trị $Q_q(\tau)$ với $q = 0,8$ để tính toán tham số $M_{max}$ ứng với khoảng thời gian dự báo $\tau = 100$ năm kể từ năm 2017.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu động đất khu vực Biển Đông và lân cận

Chương 1 trình bày tổng quan cấu trúc địa động lực Đông Nam Á và Biển Đông. Biển Đông giữ vị trí trung tâm trong mạng lưới tương tác mảng khu vực, chịu ảnh hưởng từ đới hút chìm máng sâu Manila ở phía Đông, hệ thống trượt bằng và tách giãn ở trung tâm và phía Tây. Dữ liệu GPS phản ánh sự đóng lại ở phía Bắc với tốc độ 77 mm/năm và chuyển dịch mảng Bắc Biển Đông cắm dưới Philippine tại trũng Manila với vận tốc 30-39 mm/năm về phía Đông, 8-11 mm/năm về phía Nam.

Chương này phân tích cặn kẽ lịch sử các thang đo cường độ ($I_0$) và độ lớn ($M$), giải thích nguyên nhân vật lý gây bão hòa thang đo biên độ ở các trận động đất mạnh ($M > 7,0$) và tính tất yếu của việc sử dụng thang $M_w$. Chương 1 cũng tổng kết các nghiên cứu phân vùng động đất, các công trình dự báo $M_{max}$ theo phương pháp xác suất và địa chất kiến tạo, chỉ ra các điểm còn hạn chế của các công bố trước đây về tính đồng nhất dữ liệu và khoảng thời gian dự báo, từ đó xác lập cơ sở khoa học cho đề tài luận án.

Chương 2: Phạm vi khu vực nghiên cứu, số liệu sử dụng và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 xác định tọa độ địa lý khu vực nghiên cứu Biển Đông ($\varphi = 5^\circ\text{S} - 26^\circ\text{N}$; $\lambda = 100^\circ\text{E} - 127^\circ\text{E}$) và vùng thu thập số liệu mở rộng ($\varphi = 11,2^\circ\text{S} - 35,5^\circ\text{N}$; $\lambda = 92,5^\circ\text{E} - 132^\circ\text{E}$). Tác giả mô tả chi tiết khối lượng dữ liệu 377.784 trận động đất ghi nhận bằng máy giai đoạn 1900-2017 từ ISC, USGS và RIMES.

Chương 2 làm rõ cơ sở toán học của 4 phương pháp nghiên cứu:

  • Phương pháp đối chiếu chuẩn hóa lấy ISC làm nguồn chuẩn.
  • Phương pháp phân tích hồi quy bình phương tối thiểu để thiết lập quan hệ giữa các thang magnitude.
  • Phương pháp cửa sổ không gian - thời gian để lọc sự kiện phụ thuộc.
  • Cơ sở lý thuyết của phân bố GEV trong đánh giá cực trị động đất.

Chương 3: Thành lập danh mục động đất thống nhất khu vực Biển Đông và lân cận

Chương 3 giải quyết bài toán cốt lõi về chuẩn hóa dữ liệu địa chấn. Tác giả đã tiến hành tính toán và thiết lập các hàm tương quan thực nghiệm giữa các thang magnitude:

  • Hàm tương quan $M_w = f(M_S)$: Đánh giá các phương trình bậc nhất, bậc hai và phương trình phân đoạn với ngưỡng $M_S^* = 5,0$, tính toán tổng bình phương sai số ($R_1, R_{1a}, R_{1b}$) để lựa chọn hàm tối ưu.
  • Hàm tương quan $M_w = f(M_b)$: Xác lập phương trình chuyển đổi từ sóng khối sang magnitude moment trên cơ sở cực tiểu hóa tổng bình phương sai số.
  • Hàm tương quan $M_w = f(M_L)$: Thiết lập quan hệ giữa magnitude địa phương và magnitude moment theo các phân đoạn giá trị.

Sau khi quy đổi toàn bộ độ lớn động đất về thang $M_w$, tác giả áp dụng bảng giá trị cửa sổ không gian - thời gian để loại bỏ tiền chấn và dư chấn, xây dựng thành công Danh mục động đất thống nhất khu vực Biển Đông giai đoạn 1900 - 2017 gồm các trận động đất độc lập có độ lớn $3 \le M_w \le 8,5$.

Chương 4: Đặc điểm hoạt động động đất khu vực Biển Đông

Chương 4 phân tích các quy luật địa chấn và đánh giá độ lớn cực đại:

  1. Đặc điểm hoạt động địa chấn:

    • Xây dựng bản đồ phân bố chấn tâm động đất khu vực Biển Đông giai đoạn 1900 - 2017 ($M_w \ge 5,0$).
    • Thiết lập đồ thị lặp lại động đất toàn vùng, xác định mức đại diện động đất của danh mục là $M_w = 4,7$.
    • Phân tích phân bố độ sâu chấn tiêu: Phần lớn các trận động đất tập trung trong tầng vỏ Trái Đất ở độ sâu $h < 75\text{ km}$.
    • Phân tích tiến trình thời gian và phân bố động đất cực đại theo năm: Xác định chu kỳ lặp lại của các trận động đất có độ lớn $M_{max} \ge 7,5$ trong khu vực nghiên cứu là từ 3 đến 5 năm.

  2. Nghiên cứu chi tiết vùng nguồn 6 trận động đất mạnh:

    • Trận số 1: Ngày 21/01/2007 tại Molucca, Indonesia ($M \approx 7,5$).
    • Trận số 2: Ngày 12/09/2007 tại Nam Sumatra, Indonesia ($M \approx 8,5$).
    • Trận số 3: Ngày 11/02/2009 tại Kepulauan Talaud, Indonesia ($M \approx 7,2$).
    • Trận số 4: Ngày 31/08/2012 tại Sulangan, Philippines ($M \approx 7,6$).
    • Trận số 5: Ngày 15/10/2013 tại Balilihan, Philippines ($M \approx 7,1$).
    • Trận số 6: Ngày 15/11/2014 tại Molucca / Balilihan ($M \approx 7,1 - 7,3$). Thông qua việc phân tích mặt cắt độ sâu, sơ đồ phân bố không gian - thời gian và cơ cấu chấn tiêu của các đám mây dư chấn đi kèm, tác giả đã làm sáng tỏ cơ chế dịch chuyển đứt gãy trong vùng nguồn, khẳng định sự tồn tại của 1 đứt gãy giả định là đứt gãy hoạt động và phác thảo được 3 đoạn đứt gãy giả định khác trong khu vực.

  3. Đánh giá độ lớn động đất cực đại ($M_{max}$):

    • Áp dụng phân bố GEV với các tham số $T, \lambda_T, 1/\lambda_T$ và ngưỡng magnitude $M^* = 5,0$.
    • Xác định hàm phân vị $Q_{0,8}(\tau)$ với chu kỳ $\tau = 100$ năm tính từ năm 2017.
    • Kết quả: Giá trị độ lớn động đất cực đại cho toàn khu vực Biển Đông là $M_{max} = 8,7$ (xác suất $P = 0,8$ trong vòng 100 năm). Đánh giá bổ sung cho tiểu vùng Philippine và so sánh đối chiếu với các kết quả của các tác giả trước đó để khẳng định tính phù hợp của phương pháp GEV.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án đã đạt được các kết quả khoa học và đóng góp mới sau:

  1. Đóng góp mới về dữ liệu và chuẩn hóa địa chấn:

    • Thành lập danh mục động đất mới và thống nhất cho khu vực Biển Đông giai đoạn 1900 - 2017 ($3 \le M_w \le 8,5$) trên cơ sở quy chuẩn tất cả các thang đo ($M_S, M_b, M_L$) về thang magnitude moment ($M_w$) duy nhất bằng các phương trình hồi quy thực nghiệm.
    • Xây dựng hai bộ dữ liệu chuẩn hóa: Danh mục các trận động đất độc lập và Danh mục các nhóm tiền chấn - dư chấn của các trận động đất mạnh.

  2. Đóng góp mới về tính địa chấn và cơ cấu vùng nguồn:

    • Xác định mức đại diện động đất của danh mục là $M_w = 4,7$.
    • Chứng minh phần lớn các trận động đất tại Biển Đông xảy ra trong lớp vỏ Trái Đất với độ sâu chấn tiêu dưới 75 km.
    • Xác định chu kỳ lặp lại của động đất có độ lớn $M_{max} \ge 7,5$ trong khu vực nghiên cứu là 3 - 5 năm.
    • Làm sáng tỏ quá trình phát triển không gian - thời gian trong vùng nguồn của 6 trận động đất mạnh, qua đó khẳng định sự tồn tại thực tế của 1 đứt gãy hoạt động giả định và phác thảo hình học của 3 đoạn đứt gãy giả định khác.

  3. Đóng góp mới về phương pháp và kết quả dự báo $M_{max}$:

    • Áp dụng phương pháp phân bố cực trị tổng quát (GEV) để xác định độ lớn động đất cực đại khu vực Biển Đông là $M_w = 8,7$ trong vòng 100 năm kể từ năm 2017 với xác suất 0,8. Kết quả này tương đồng về độ lớn với các nghiên cứu trước đây nhưng có ưu điểm vượt trội là chỉ ra mốc thời gian dự báo xác định.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất:

  • Sử dụng giá trị $M_w = 8,7$ làm thông số đầu vào trong các mô hình tính toán lan truyền và cảnh báo sớm sóng thần trên Biển Đông và bờ biển Việt Nam.
  • Đưa thông số địa chấn và chu kỳ lặp lại động đất mạnh vào quy hoạch xây dựng các công trình biển, thềm lục địa, đê kè và công trình hạ tầng ven biển.
  • Tiếp tục cập nhật danh mục động đất ghi bằng máy và ứng dụng mô hình GEV cho các vùng cấu trúc chi tiết hơn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

  • Luận án loại bỏ số liệu động đất lịch sử trước năm 1900 để đảm bảo tính đồng nhất của số liệu ghi nhận bằng máy, do đó khoảng thời gian quan sát thực tế giới hạn trong 118 năm (1900-2017).
  • Độ chính xác khi định vị chấn tiêu và giải cơ cấu chấn tiêu của các trận động đất nhỏ ở các vùng biển xa còn phụ thuộc vào mật độ và phân bố góc của mạng lưới trạm địa chấn quốc tế.

Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Bổ sung liên tục dữ liệu từ các mạng trạm địa chấn đáy biển (OBS) và trạm ven bờ hiện đại để nâng cao độ chi tiết của danh mục động đất.
  • Mở rộng phân tích cơ cấu chấn tiêu cho các chuỗi động đất mới phát sinh và chi tiết hóa các đới đứt gãy hoạt động ngầm dưới đáy Biển Đông.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên sâu cho:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học, giảng viên và nghiên cứu viên thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Địa vật lý, Địa chấn học, Địa chất công trình, Địa động lực học và Hải dương học.
  • Các cơ quan quản lý nhà nước và viện nghiên cứu chuyên ngành (Viện Vật lý Địa cầu, Viện Địa chất, Viện Hải dương học, Trung tâm Báo tin động đất và Cảnh báo sóng thần) trong việc xây dựng bản đồ phân vùng nguy hiểm địa chấn và kịch bản cảnh báo sóng thần.
  • Các kỹ sư thiết kế công trình dầu khí ngoài khơi, cảng biển, công trình quốc phòng và dân sinh ven biển.

Các nội dung có giá trị tham khảo cao gồm hệ phương trình tương quan quy đổi các loại magnitude về $M_w$, quy trình phân chia cửa sổ không gian - thời gian tách tiền chấn - dư chấn, thuật toán phân bố cực trị tổng quát (GEV) và tập bản đồ phân bố chấn tiêu, mặt cắt chấn tiêu của 6 trận động đất mạnh.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao tác giả phải quy đổi toàn bộ các thang đo độ lớn địa chấn về thang magnitude moment ($M_w$)?
Các thang đo truyền thống dựa trên biên độ sóng như $M_L, M_S, m_b$ đều bị bão hòa ở các giá trị động đất mạnh ($M_L \approx 6,8$; $M_S \approx 8,0$; $m_b \approx 7,0$), khiến máy ghi không phản ánh đúng năng lượng thực tế của các trận chấn động lớn. Thang $M_w$ dựa trên moment địa chấn ($M_0 = \mu D S$) liên hệ trực tiếp với bản chất vật lý của môi trường đứt gãy và không bị bão hòa, do đó là thang đo chuẩn xác nhất phục vụ đánh giá động đất cực đại và cảnh báo sóng thần.

2. Việc tách các nhóm tiền chấn (TC) và dư chấn (DC) khỏi danh mục động đất nhằm mục đích gì?
Các mô hình xác suất thống kê địa chấn (như mô hình Poisson và phân bố cực trị GEV) yêu cầu các sự kiện đầu vào phải là những biến ngẫu nhiên độc lập. Tiền chấn và dư chấn là các sự kiện phụ thuộc vào kích động chính (KĐC). Việc sử dụng phương pháp cửa sổ không gian - thời gian để tách TC - DC giúp tạo ra hai tập dữ liệu chuẩn: danh mục động đất độc lập (để tính toán thống kê và GEV) và danh mục các chùm TC - DC (để nghiên cứu diễn biến không gian - thời gian trong vùng nguồn).

3. Phương pháp phân bố cực trị tổng quát (GEV) khắc phục nhược điểm gì của các phương pháp xác suất trước đây?
Các phương pháp xác suất truyền thống như Gumbel I, Gumbel III hay phương pháp cực đại hợp lý không xác định được mốc thời gian cụ thể cho giá trị dự báo. Phương pháp GEV kết hợp ba dạng phân bố cực trị (Gumbel, Fréchet, Weibull) thành một mô hình thống nhất, cho phép tính toán giá trị độ lớn cực đại $M_{max}$ gắn liền với một khoảng thời gian dự báo xác định ($\tau = 100$ năm) và một mức xác suất tin cậy cụ thể ($P = 0,8$).

4. Kết quả đánh giá độ lớn động đất cực đại cho Biển Đông trong luận án là bao nhiêu?
Theo phương pháp phân bố cực trị tổng quát (GEV), giá trị độ lớn động đất cực đại của khu vực Biển Đông được xác định là $M_w = 8,7$ trong vòng 100 năm tính từ năm 2017 với xác suất 0,8.

5. Nghiên cứu chi tiết 6 trận động đất mạnh tại Biển Đông và lân cận mang lại đóng góp địa chất nào?
Việc phân tích đám mây dư chấn, mặt cắt độ sâu chấn tiêu và cơ cấu chấn tiêu của 6 trận động đất mạnh (gồm các trận năm 2007 tại Molucca và Nam Sumatra, năm 2009 tại Talaud, năm 2012 tại Sulangan, năm 2013 và 2014 tại Balilihan/Molucca) đã làm sáng tỏ cơ chế phát triển trong vùng nguồn, khẳng định sự tồn tại thực tế của 1 đứt gãy giả định là đứt gãy hoạt động và phác thảo hình học 3 đoạn đứt gãy giả định khác trong khu vực.

Kết luận

Luận án của tác giả Vũ Thị Hoãn đã hoàn thành việc xây dựng Danh mục động đất thống nhất giai đoạn 1900 - 2017 cho khu vực Biển Đông bằng số liệu quan sát máy quy chuẩn về thang $M_w$. Công trình đã xác định các đặc trưng địa chấn cơ bản gồm mức đại diện $M_w = 4,7$, phân bố chấn tiêu chủ yếu ở độ sâu dưới 75 km, chu kỳ lặp lại động đất $M \ge 7,5$ từ 3 đến 5 năm và làm sáng tỏ cơ chế vùng nguồn của 6 trận động đất mạnh. Bằng việc ứng dụng phương pháp phân bố cực trị tổng quát (GEV), luận án đã xác định độ lớn động đất cực đại $M_{max} = 8,7$ trong vòng 100 năm kể từ năm 2017 với xác suất 0,8, cung cấp cơ sở khoa học định lượng phục vụ công tác cảnh báo sóng thần và thiết kế an toàn công trình biển.