Tổng quan luận án
Luận án tiến sĩ địa chất với đề tài "Nghiên cứu địa động lực vùng Tuần Giáo và kế cận, xác lập cơ sở khoa học đánh giá và dự báo động đất" được nghiên cứu sinh Nguyễn Hữu Tuyên thực hiện tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên thuộc Đại học Quốc gia Hà Nội, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Chu Văn Ngợi và PGS. Cao Đình Triều, hoàn thành và bảo vệ năm 2012 thuộc chuyên ngành Địa kiến tạo (mã số 62 44 55 05).
Về tính cấp thiết, hoạt động động đất là hệ quả phản ánh trực tiếp chế độ kiến tạo và môi trường địa động lực hiện đại. Vùng Tây Bắc Việt Nam, đặc biệt là khu vực Tuần Giáo, là địa bàn có hoạt động kiến tạo phức tạp và từng xảy ra các trận động đất mạnh. Việc nghiên cứu điều kiện địa động lực để làm sáng tỏ bản chất phát sinh địa chấn có vai trò thiết yếu đối với nhiệm vụ phân vùng phát sinh động đất, quy hoạch phát triển bền vững và bảo đảm an toàn cho các công trình trọng điểm quốc gia như nhà máy nhiệt điện, thủy điện và các đô thị lớn.
Về khoảng trống nghiên cứu, tác giả chỉ ra rằng các phương pháp đánh giá và dự báo động đất trước đây tại Việt Nam chủ yếu dựa trên cơ sở phân tích xác suất thống kê địa chấn. Hướng tiếp cận này bộc lộ hạn chế do chuỗi số liệu động đất quan trắc bằng máy có thời gian ngắn so với chu kỳ lặp lại tự nhiên của các trận động đất mạnh; đồng thời, các nghiên cứu này chỉ tập trung vào quy luật biểu hiện động đất mà chưa gắn kết chặt chẽ với bản chất môi trường địa động lực trực tiếp sinh ra động đất (như tính phân khối, đặc điểm ranh giới đứt gãy, nút giao cấu trúc và trường ứng suất biến dạng).
Mục tiêu nghiên cứu của luận án gồm 2 điểm:
- Làm rõ đặc trưng địa động lực hiện đại khu vực nghiên cứu.
- Xác định các vùng nguồn phát sinh và dự báo khả năng phát sinh động đất mạnh.
Nhiệm vụ nghiên cứu của luận án được xác định gồm 4 nội dung:
- Nghiên cứu đặc trưng phân khối cấu trúc và các đới đứt gãy chính (phân chia cấp bậc khối, ranh giới khối).
- Nghiên cứu đặc điểm địa động lực hiện đại (chuyển động thẳng đứng, chuyển động ngang, trường ứng suất, biên độ vận động).
- Nghiên cứu biểu hiện hoạt động động đất bao gồm cả cổ động đất trong vùng nghiên cứu.
- Xác lập các vùng nguồn phát sinh động đất và đánh giá khả năng phát sinh động đất với các cấp độ khác nhau.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Vỏ Trái đất, các đơn vị khối cấu trúc địa động lực, hệ thống đứt gãy ranh giới, các nút giao cấu trúc, trường ứng suất kiến tạo và các biểu hiện động đất (bao gồm cổ động đất và động đất hiện đại).
- Phạm vi không gian: Diện tích đất liền thuộc phía bắc lãnh thổ Việt Nam, giới hạn trong khung tọa độ địa lý: $\varphi = 21^\circ 00' - 22^\circ 30'$ vĩ độ Bắc và $\lambda = 103^\circ 00' - 104^\circ 30'$ kinh độ Đông.
- Phạm vi thời gian: Tập trung vào giai đoạn Kainozoi, đặc biệt là giai đoạn Tân kiến tạo Pliocene - Đệ Tứ và thời kỳ hiện đại Holocene (11.500 năm trở lại đây), cùng chuỗi số liệu quan trắc động đất giai đoạn 1900 - 2009.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Trong phần tổng quan tài liệu, tác giả điểm lại các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến bối cảnh kiến tạo, địa động lực và động đất khu vực:
- Về mô hình kiến tạo khu vực Đông Nam Á: Tapponnier (1982) đề xuất mô hình đâm thụt của tiểu lục địa Ấn Độ vào lục địa Âu - Á, gây trồi trượt các khối địa chất (geoblocks) về phía đông nam dọc theo các đứt gãy bản lề chính và dẫn đến hiện tượng tách giãn Biển Đông theo cơ chế pull-apart. Taylor và Hayes (1980, 1983) cùng Hall (2002) nghiên cứu sự hút chìm của Proto Biển Đông xuống dưới Borneo.
- Về trường vận tốc và trường ứng suất kiến tạo: Michel (2001a) công bố trường vận tốc dịch chuyển khu vực Đông Nam Á theo số liệu GPS; Nguyễn Trọng Yêm và Gusenco xây dựng bản đồ ứng suất kiến tạo hiện đại Đông Nam Á; Cao Đình Triều phân tích trường ứng suất khu vực Việt Nam và kế cận ở các độ sâu 50 km và 100 km; Ngô Gia Thắng (2007) tính toán biến dạng thẳng đứng giai đoạn Pliocene - Đệ Tứ vùng Tây Bắc.
- Về trắc địa và chuyển dịch vỏ Trái đất: Nguyễn Đình Lữ (1987) phân tích kết quả biến dạng đứng theo tài liệu đo lặp thủy chuẩn; Trần Đình Tô và các cộng sự (2004) thành lập mạng lưới quan trắc GPS đo dịch chuyển ngang dọc theo đới đứt gãy Lai Châu - Điện Biên và Sơn La - Sông Đà.
- Về vật lý địa chấn và dự báo: Scholz (1990) xây dựng mô hình độ sâu phân bố các trận động đất lớn trên các đới đứt gãy; các công trình phân loại cấu trúc nút giao và thuật toán nhận dạng nguồn phát sinh động đất của các nhà khoa học Liên Xô/Nga (như Gelfand, Keilis-Borok, Gorshkov); phương pháp nghiên cứu cổ động đất (paleo-earthquakes).
Về vị trí của luận án, tác giả giải quyết khoảng trống tồn tại giữa nghiên cứu địa chất cấu trúc thuần túy và dự báo địa chấn thống kê tại Việt Nam. Thay vì chỉ phân tích tần suất xảy ra chấn động trên chuỗi thời gian ngắn, luận án đi sâu xác lập bản chất cấu trúc mảng nội địa (intra-plate), phân chia các khối cấu trúc địa động lực và ranh giới đứt gãy tương ứng, kết hợp các phương pháp định lượng địa mạo, cổ động đất học và thuật toán nhận dạng hình thái toán học để xác định cụ thể các vị trí không gian có khả năng phát sinh chấn động mạnh.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Luận án vận dụng thuyết kiến tạo mảng trong điều kiện nội mảng (intra-plate), thừa nhận chuyển dịch ngang là động lực chi phối quá trình biến dạng kiến tạo dưới tác động của sự va mảng Ấn - Úc vào Âu - Á. Khái niệm cấu trúc địa động lực (CTĐĐL) được định nghĩa là một đơn vị cấu trúc vỏ Trái đất độc lập, được phân định với các cấu trúc liền kề bởi tính đồng nhất tương đối về chế độ địa động lực (tổ hợp thạch kiến tạo, đặc trưng địa vật lý, trạng thái ứng suất, đặc điểm biến dạng, biến chất và sinh khoáng). Hệ thống phân cấp cấu trúc bao gồm: khối cấu trúc (blocks), ranh giới khối (boundaries - là các đới đứt gãy, đới dập vỡ dập nát) và nút giao cấu trúc (nodes - nơi giao nhau giữa các đới ranh giới, là môi trường tích lũy ứng suất tập trung). Đồng thời, tác giả áp dụng lý thuyết cơ học phá hủy và mô hình biến đổi ứng suất Coulomb (Coulomb stress transfer) để đánh giá trạng thái ứng suất khu vực.
Hệ phương pháp nghiên cứu thực tế được tổ hợp đa dạng:
- Phương pháp phân tích ảnh viễn thám: Sử dụng ảnh vệ tinh ASTER, Google (độ phân giải tới 15 m) và mô hình số độ cao DEM SRTM (độ phân giải 30 m) thông qua phần mềm Global Mapper 10.1 và ENVI nhằm giải đoán các yếu tố dạng tuyến (lineament, D-L), hệ thống vách kiến tạo (facets), nón phóng vật treo và các bậc thềm địa hình.
- Phương pháp địa mạo cấu trúc: Tính toán chỉ số tỷ số chiều rộng đáy thung lũng so với chiều cao thung lũng ($V_f$) và chỉ số khúc khuỷu chân núi ($S_{mf}$) để xác định mức độ nâng kiến tạo và cường độ dịch chuyển đứt gãy trẻ.
- Phương pháp địa vật lý: Minh giải trường dị thường trọng lực Bouguer, dị thường từ hàng không $T_a$, dị thường đẳng tĩnh, hệ số Poisson; xác định cấu trúc vỏ Trái đất qua bề dày móng kết tinh, độ sâu mặt Conrad, độ sâu mặt Mohorovicic (Moho); phân tích 8 tuyến đo trọng lực chi tiết tại các khu vực thủy điện Sơn La và Huội Quảng - Bản Chát.
- Phương pháp kiến tạo vật lý: Thu thập số liệu đo khe nứt ngoài thực địa và khôi phục trạng thái ứng suất kiến tạo Kainozoi theo phương pháp Belousov; mô phỏng trường ứng suất Coulomb; phân tích số liệu biến dạng đứng từ đo lặp thủy chuẩn và chuyển dịch ngang từ số liệu quan trắc GPS.
- Phương pháp địa chấn và cổ địa chấn: Thu thập danh mục động đất giai đoạn 1900 - 2009; sử dụng phần mềm EDCAT và CATAL để hiệu chỉnh dữ liệu địa chấn; khảo sát thực địa các vết lộ trượt lở kiến tạo, lấy mẫu hữu cơ và phân tích tuổi tuyệt đối bằng đồng vị Carbon phóng xạ ($C^{14}$) theo hai thang chuẩn chu kỳ bán rã: $T_{1/2} = 5.570$ năm (tiêu chuẩn truyền thống) và $T_{1/2} = 5.730 \pm 30$ năm (tiêu chuẩn mới).
- Phương pháp nhận dạng hình thái toán học và dự báo động đất: Sử dụng thuật toán nhận dạng CORA3 thông qua chương trình COD để rời rạc hóa và mã hóa dữ liệu đầu vào (18 tham số địa chất - địa vật lý - địa mạo - cấu trúc cho mỗi nút giao cấu trúc) và chương trình PRAL để đánh giá trọng số, phân lớp các nút giao có nguy cơ phát sinh động đất theo các ngưỡng magnitude $M_0 \ge 4,0$ và $M_0 \ge 5,0$; sử dụng phần mềm COSCAD chồng chập các lớp thông tin địa vật lý và lineament theo mẫu chuẩn để dự báo vùng phát sinh động đất cực đại $M_s = 6,7 - 6,8$.
Nguồn tư liệu thực hiện gồm: Bản đồ địa chất tỷ lệ 1:200.000 (năm 2005); Bản đồ dị thường trọng lực Bouguer; Bản đồ dị thường từ hàng không $T_a$; Bản đồ địa chất Đệ Tứ (Viện Địa chất, 1996); Danh mục nguồn nước khoáng, nước nóng; Dữ liệu DEM SRTM 30 m của NASA (tháng 4/2000); Số liệu 8 tuyến đo trọng lực chi tiết; Danh mục động đất Việt Nam; Dữ liệu đo lặp thủy chuẩn của Nguyễn Đình Lữ; Dữ liệu GPS của Trần Đình Tô; cùng các phần mềm chuyên dụng: Surfer 8.5, Global Mapper 10.1, ENVI, Structure, CORA3, COSCAD, EDCAT, CATAL, COD, PRAL.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1. Tổng quan về kiến tạo, địa động lực và động đất vùng Tuần Giáo và kế cận
Chương 1 khái quát vị trí của khu vực nghiên cứu trong bình đồ cấu trúc kiến tạo Đông Nam Á và Tây Bắc Việt Nam. Về mặt địa động lực, vùng nghiên cứu mang đặc trưng kiến tạo nội mảng (intra-plate), chịu tác động chi phối từ chuyển động va chạm giữa mảng Ấn - Úc và mảng Âu - Á. Chương này tổng kết lịch sử tiến hóa kiến tạo Kainozoi, điểm qua các kết quả nghiên cứu tính địa chấn và các mô hình dự báo động đất trước đây. Tác giả phân tích các hạn chế của phương pháp dự báo địa chấn thuần túy dựa trên thống kê khi thiếu vắng sự kết nối với đặc trưng môi trường địa động lực phát sinh chấn động, từ đó định hình các nhiệm vụ khoa học mà luận án cần giải quyết.
Chương 2. Phương pháp luận và hệ phương pháp nghiên cứu
Chương 2 trình bày khung lý thuyết về phân chia cấu trúc địa động lực theo thuyết kiến tạo mảng và cơ sở phương pháp luận dự báo động đất. Tác giả xác lập nguyên tắc phân cấp cấu trúc nội mảng thành khối cấu trúc, ranh giới khối (đới đứt gãy) và nút giao cấu trúc ("nodes"). Chương này mô tả chi tiết hệ phương pháp thu thập và xử lý dữ liệu: phương pháp giải đoán ảnh viễn thám DEM SRTM 30 m để xác định lineament và vách đứt gãy dạng facet; phương pháp tính toán các chỉ số định lượng địa mạo ($V_f$, $S_{mf}$); quy trình phân tích tài liệu địa vật lý sâu (trọng lực Bouguer, từ hàng không, độ sâu mặt Moho, mặt Conrad); phương pháp kiến tạo vật lý Belousov khôi phục ứng suất qua khe nứt; mô hình hóa ứng suất Coulomb; phương pháp khảo sát cổ động đất và định tuổi $C^{14}$; cùng quy trình ứng dụng thuật toán nhận dạng CORA3 (module COD, PRAL) và phần mềm COSCAD.
Chương 3. Biểu hiện hoạt động địa động lực hiện đại vùng Tuần Giáo và kế cận
Chương 3 là chương có dung lượng lớn nhất trong luận án (81 trang), tập trung làm rõ các đặc trưng phân khối và vận động địa động lực hiện đại. Tác giả xác lập sơ đồ phân chia cấu trúc khu vực thành 06 khối cấu trúc địa động lực cấp II cùng hệ thống ranh giới đứt gãy tương ứng:
- Khối CTĐĐL cấp II Hoàng Liên Sơn
- Khối CTĐĐL cấp II Sông Đà
- Khối CTĐĐL cấp II Sơn La
- Khối CTĐĐL cấp II Sông Mã
- Khối CTĐĐL cấp II Sốp Cộp
- Khối CTĐĐL cấp II Điện Biên
Ranh giới phân chia các khối là hệ thống đới đứt gãy được phân loại theo cấp bậc: đới đứt gãy cấp I (tiêu biểu là đới đứt gãy Sông Hồng); đới đứt gãy cấp II (các đới Lai Châu - Điện Biên, Sông Đà, Sơn La, Mường La - Bắc Yên); và đới đứt gãy cấp III (Phong Thổ - Than Uyên, Mường Than - Khánh Yên, Tây Pu Sam Cáp, Đông Pu Sam Cáp, Tây Tuần Giáo, Đông Tuần Giáo). Các phân tích thực địa và viễn thám ghi nhận đới cắt trượt (shear zone) kiểu bằng trái trong trầm tích Pliocene tại ngã ba Sông Đà - thị xã Lai Châu với mặt trượt cắm nghiêng $75^\circ$ về phía tây; hệ thống vách kiến tạo dạng facet bên bờ phải Sông Đà (bản Hèo đối diện bản Vàng); và thềm bậc I tuổi Holocene bị nâng cao trên 60 m so với lòng suối hiện đại.
Vận động thẳng đứng được định lượng qua bản đồ dị thường đẳng tĩnh, chiều dày móng kết tinh, biến dạng Pliocene - Đệ Tứ, đo lặp thủy chuẩn và chỉ số thung lũng $V_f$ (Bảng 3.2). Vận động ngang được xác định qua trạng thái ứng suất biến dạng từ bề dày vỏ Trái đất theo phương vĩ tuyến ($x$) và kinh tuyến ($y$), số liệu đo GPS dịch chuyển dọc đứt gãy Lai Châu - Điện Biên và Sơn La - Sông Đà, cùng chỉ số khúc khuỷu chân núi $S_{mf}$ (Bảng 3.3). Mô hình hóa ứng suất Coulomb trên bề mặt và theo độ sâu phản ánh trạng thái tập trung ứng suất trượt và biến dạng kiến tạo hiện đại.
| Tên khối CTĐĐL cấp II |
Đới đứt gãy ranh giới chính |
Dấu hiệu địa chất - địa mạo - địa vật lý tiêu biểu |
| Hoàng Liên Sơn |
Đứt gãy Sông Hồng, Phong Thổ - Than Uyên |
Dị thường trọng lực biến thiên mạnh, vách đứt gãy facet, đổ lở sườn tây đường Bình Lư đi Sa Pa. |
| Sông Đà |
Đới đứt gãy Sông Đà, Mường Than - Khánh Yên |
Trầm tích Pliocene bị biến dạng cắt trượt bằng trái, vách facet bên bờ phải Sông Đà. |
| Sơn La |
Đới đứt gãy Sơn La, Mường La - Bắc Yên |
Sườn vách dốc tây nam khối Tú Lệ, nón phóng vật treo nghiêng thoải về phía Sông Đà. |
| Sông Mã |
Đới đứt gãy Sông Mã |
Ranh giới chuyển tiếp trường dị thường từ và trọng lực, biến dạng nén ép mạnh. |
| Sốp Cộp |
Hệ thống đứt gãy phía nam Sông Mã |
Hoạt động nâng khối tảng, khống chế bởi các đới đứt gãy phương tây bắc - đông nam. |
| Điện Biên |
Đới đứt gãy Lai Châu - Điện Biên |
Thung lũng kiến tạo dạng tuyến kéo dài phương á kinh tuyến, chuyển dịch trượt bằng trái rõ nét. |
Chương 4. Nghiên cứu đánh giá và dự báo động đất vùng Tuần Giáo và kề cận
Chương 4 dành cho việc đánh giá và dự báo các vùng phát sinh động đất theo các ngưỡng magnitude khác nhau:
- Phân tích tính địa chấn: Dữ liệu động đất hiện đại (danh mục 1900 - 2009) được chuẩn hóa qua EDCAT và CATAL, phân tích phân bố chấn tiêu theo chiều sâu dưới dạng mô hình 2D và 3D, đối chiếu với mô hình phân bố chấn tiêu của Scholz (1990).
- Nghiên cứu cổ động đất: Khảo sát thực địa các vết lộ tại điểm Bình Lư 2 (điểm 18), Phong Thổ 2 (điểm 2) và khu vực chấn tâm động đất Tuần Giáo. Kết quả phân tích tuổi đồng vị $C^{14}$ của các mẫu hữu cơ trong trầm tích bị phá hủy (Bảng 4.1, 4.2, 4.3) theo hai thang chuẩn $T_{1/2} = 5.570$ năm và $T_{1/2} = 5.730 \pm 30$ năm đã xác nhận các sự kiện động đất cổ, đồng thời tính toán giá trị magnitude cổ động đất theo đồ thị lặp lại động đất (Bảng 4.4).
- Ứng dụng thuật toán nhận dạng CORA3: Luận án xác định 70 nút giao cấu trúc ("nodes") trên mạng lưới cấu trúc địa động lực. Mỗi nút giao được lượng hóa bằng 18 tham số địa chất, địa vật lý, địa mạo và cấu trúc (Bảng 4.6). Dữ liệu được rời rạc hóa và mã hóa bằng chương trình COD, sau đó tính toán trọng số bằng chương trình PRAL để nhận diện các nút giao có nguy cơ phát sinh động đất với các ngưỡng $M_0 \ge 4,0$ (Phụ lục 6) và $M_0 \ge 5,0$ (Phụ lục 8).
- Dự báo vùng phát sinh động đất cực đại: Luận án sử dụng phần mềm COSCAD chồng chập các bản đồ trường từ, trọng lực và mật độ lineament để nhận dạng theo các đối tượng mẫu chuẩn, khoanh định các vùng có nguy cơ phát sinh động đất mạnh với magnitude $M_s = 6,7 - 6,8$ (Hình 4.19, 4.20).
| Cấp magnitude dự báo |
Vị trí cấu trúc phát sinh động đất |
Phương pháp và công cụ tính toán |
| $M_s = 6,7 - 6,8$ |
Ranh giới giữa các khối CTĐĐL cấp II: Hoàng Liên Sơn, Sơn La, Sông Mã, Sốp Cộp |
Phần mềm COSCAD, chồng chập trường từ, trọng lực, mật độ lineament và nhận dạng theo mẫu chuẩn |
| $M_0 \ge 5,0$ |
Các nút giao cấu trúc trên đới đứt gãy Lai Châu - Điện Biên và Sông Đà |
Thuật toán nhận dạng CORA3 (module COD và PRAL) trên 18 tham số đầu vào của 70 nút giao cấu trúc |
| $M_0 \ge 4,0$ |
Ranh giới các khối CTĐĐL cấp II và cấp III (Sông Đà, Mường Tè, Mường Mô) |
Thuật toán nhận dạng CORA3 (module COD và PRAL) trên 18 tham số đầu vào của 70 nút giao cấu trúc |
| Động đất cổ ($M$ lớn) |
Điểm Bình Lư 2, Phong Thổ 2, vùng chấn tâm Tuần Giáo |
Khảo sát vết lộ địa chất, phân tích tuổi đồng vị $C^{14}$ ($T_{1/2} = 5.570$ năm và $T_{1/2} = 5.730$ năm) |
Kết quả và những đóng góp mới
Về mặt khoa học và lý luận:
- Xác lập sơ đồ phân chia các khối cấu trúc địa động lực vỏ Trái đất khu vực Tuần Giáo và kế cận ở tỷ lệ chi tiết: xác định 06 khối CTĐĐL cấp II (Hoàng Liên Sơn, Sông Đà, Sơn La, Sông Mã, Sốp Cộp, Điện Biên) cùng các khối cấu trúc bậc cao hơn, định lượng đặc trưng chuyển động thẳng đứng và ngang của các khối và ranh giới đứt gãy tương ứng.
- Lần đầu tiên áp dụng nguyên tắc nhận dạng hình thái toán học theo thuật toán CORA3 tích hợp 18 tham số môi trường địa chất, địa vật lý, địa mạo và cấu trúc để xác định các nút giao cấu trúc có nguy cơ phát sinh động đất với các ngưỡng magnitude $M_0 \ge 4,0$ và $M_0 \ge 5,0$.
- Ứng dụng thành công phần mềm COSCAD nhận dạng đa thông tin (từ, trọng lực, lineament) theo mẫu chuẩn để dự báo không gian phát sinh động đất cực đại $M_s = 6,7 - 6,8$.
- Bổ sung và hoàn thiện cơ sở phương pháp luận dự báo động đất tại Việt Nam bằng cách kết hợp nghiên cứu địa động lực cấu trúc với cổ địa chấn học và công nghệ nhận dạng mẫu toán học.
Về mặt thực tiễn:
- Xác định cụ thể sự phân bố không gian của các nguồn phát sinh động đất: nguồn động đất mạnh ($M_s = 6,7 - 6,8$) phân bố tại ranh giới các khối CTĐĐL cấp II (Hoàng Liên Sơn, Sơn La, Sông Mã, Sốp Cộp); nguồn chấn động $M_0 \ge 4,0$ và $M_0 \ge 5,0$ phân bố trên đới đứt gãy Lai Châu - Điện Biên và Sông Đà (ranh giới các khối Sông Đà, Mường Tè, Mường Mô).
- Cung cấp cơ sở khoa học và nguồn dữ liệu tin cậy phục vụ công tác phân vùng vi địa chấn, đánh giá kháng chấn cho các công trình thủy điện lớn trên bậc thang Sông Đà (Sơn La, Huội Quảng, Bản Chát) và các công trình hạ tầng kỹ thuật, an ninh quốc phòng trong vùng.
Về kiến nghị và giải pháp:
- Mở rộng mạng lưới trạm quan trắc địa chấn địa phương và mạng lưới đo GPS liên tục tại vùng Tây Bắc để cập nhật dữ liệu kiểm chứng cho mô hình.
- Đề xuất áp dụng tổ hợp phương pháp phân khối cấu trúc - cổ động đất - thuật toán nhận dạng CORA3 cho các vùng có nguy cơ địa chấn khác trên toàn lãnh thổ Việt Nam.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Về hạn chế:
- Chuỗi số liệu địa chấn ghi nhận bằng trạm máy trong danh mục động đất (1900 - 2009) còn ngắn so với chu kỳ lặp lại kéo dài hàng trăm đến hàng nghìn năm của các trận động đất mạnh.
- Mật độ các điểm quan trắc thực địa, tuyến đo địa vật lý chi tiết và mốc đo lặp trắc địa (thủy chuẩn, GPS) còn hạn chế do địa hình chia cắt phức tạp vùng núi cao Tây Bắc.
- Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong khung tọa độ $\varphi = 21^\circ 00' - 22^\circ 30'$ B và $\lambda = 103^\circ 00' - 104^\circ 30'$ Đ, chưa mở rộng ra các đới kiến tạo kéo dài sang lãnh thổ các nước láng giềng.
Về hướng nghiên cứu tiếp:
- Đẩy mạnh công tác đào hào khảo sát cổ địa chấn học tại các đới đứt gãy tích cực để thu thập thêm mẫu tuổi $C^{14}$, làm sáng tỏ chu kỳ tái lặp chấn động mạnh trong quá khứ.
- Tiếp tục chi tiết hóa mô hình chuyển dịch ứng suất Coulomb ba chiều dưới tác động của các kịch bản động đất cụ thể.
Giá trị tham khảo
Luận án là tài liệu tham khảo chuyên khảo dành cho:
- Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên thuộc các chuyên ngành Địa kiến tạo, Địa chất cấu trúc, Địa vật lý và Địa chấn học.
- Các kỹ sư công trình, chuyên gia thiết kế kháng chấn tại các viện nghiên cứu và doanh nghiệp xây dựng công trình thủy điện, hồ chứa, giao thông vùng Tây Bắc.
- Các nhà quản lý quy hoạch xây dựng đô thị, cơ quan phòng chống giảm nhẹ thiên tai và quản lý rủi ro địa chất.
Các nội dung có giá trị tham khảo nổi bật bao gồm: quy trình công nghệ tích hợp ảnh viễn thám DEM SRTM 30 m với các chỉ số địa mạo định lượng ($V_f$, $S_{mf}$); phương pháp khôi phục trường ứng suất kiến tạo từ khe nứt và mô phỏng Coulomb; quy trình mã hóa 18 tham số đầu vào trong thuật toán nhận dạng CORA3 (module COD, PRAL); và hồ sơ phân tích mẫu đồng vị Carbon phóng xạ $C^{14}$ xác định tuổi cổ động đất tại vùng chấn tâm Tuần Giáo và Phong Thổ.
Câu hỏi thường gặp
-
Luận án xác định bao nhiêu khối cấu trúc địa động lực cấp II trong vùng nghiên cứu và gồm những khối nào?
Luận án xác lập được 06 khối cấu trúc địa động lực cấp II trong vùng Tuần Giáo và kế cận, bao gồm: Khối Hoàng Liên Sơn, Khối Sông Đà, Khối Sơn La, Khối Sông Mã, Khối Sốp Cộp và Khối Điện Biên.
-
Luận án sử dụng những phần mềm chuyên dụng nào trong quá trình xử lý dữ liệu và mô hình hóa?
Tác giả sử dụng hệ thống phần mềm gồm: Global Mapper 10.1 và ENVI (xử lý ảnh viễn thám, DEM), Surfer 8.5 (vẽ bản đồ đường đẳng trị), Structure (phân tích cấu trúc), EDCAT và CATAL (hiệu chỉnh danh mục địa chấn), COD và PRAL (rời rạc hóa, mã hóa và tính trọng số trong thuật toán CORA3), và COSCAD (nhận dạng mẫu chuẩn trường địa vật lý và lineament).
-
Nghiên cứu cổ động đất được tiến hành tại những địa điểm cụ thể nào và sử dụng phương pháp định tuổi nào?
Hoạt động cổ động đất được khảo sát qua các vết lộ địa chất tại điểm Bình Lư 2 (điểm 18), Phong Thổ 2 (điểm 2) và khu vực chấn tâm động đất Tuần Giáo. Tuổi tuyệt đối của các mẫu địa chất được xác định bằng phương pháp Carbon phóng xạ ($C^{14}$) theo hai thang chuẩn chu kỳ bán rã: $T_{1/2} = 5.570$ năm và $T_{1/2} = 5.730 \pm 30$ năm.
-
Thuật toán nhận dạng CORA3 được áp dụng như thế nào trong bài toán dự báo động đất?
Thuật toán CORA3 phân tích mạng lưới 70 nút giao cấu trúc ("nodes"). Mỗi nút giao được gán 18 tham số đầu vào thuộc các nhóm địa chất, địa vật lý, địa mạo và cấu trúc. Chương trình COD thực hiện rời rạc hóa và mã hóa tham biến, sau đó chương trình PRAL xác định trọng số tham số để phân lớp và nhận diện các nút giao có nguy cơ phát sinh động đất ở các mức $M_0 \ge 4,0$ và $M_0 \ge 5,0$.
-
Luận án dự báo động đất mạnh cực đại ($M_s = 6,7 - 6,8$) có khả năng xảy ra tại khu vực cấu trúc nào?
Động đất cực đại với magnitude $M_s = 6,7 - 6,8$ được dự báo xuất hiện trên ranh giới phân chia giữa các khối cấu trúc địa động lực cấp II gồm Hoàng Liên Sơn, Sơn La, Sông Mã và Sốp Cộp, dựa trên kết quả nhận dạng trường thông tin từ, trọng lực và mật độ lineament bằng phần mềm COSCAD.
Kết luận
Luận án của tác giả Nguyễn Hữu Tuyên đã hoàn thành mục tiêu nghiên cứu thông qua việc làm rõ đặc trưng địa động lực hiện đại và xác lập cơ sở khoa học để đánh giá, dự báo động đất vùng Tuần Giáo và kế cận. Công trình đã phân chia thành công 06 khối cấu trúc địa động lực cấp II cùng hệ thống ranh giới đứt gãy các cấp, đồng thời xác lập trường ứng suất và vận động kiến tạo trẻ theo cả phương đứng và phương ngang. Bằng việc kết hợp cổ địa chấn học với các thuật toán nhận dạng hình thái toán học CORA3 và COSCAD, luận án đã khoanh định cụ thể các vị trí nút giao cấu trúc và ranh giới khối có nguy cơ phát sinh chấn động ở các ngưỡng magnitude $M_0 \ge 4,0$, $M_0 \ge 5,0$ và cực đại $M_s = 6,7 - 6,8$. Kết quả nghiên cứu cung cấp nguồn dữ liệu khoa học phục vụ trực tiếp công tác phân vùng rủi ro địa chấn và bảo đảm an toàn cho các công trình trọng điểm tại vùng Tây Bắc.