CHƯƠNG 1. Tổng quan về động đất Động đất là hiện tượng dao động rất mạnh của nền đất gây ra khi một nguồn năng lượng lớn được giải phóng trong thời gian rất ngắn do sự nứt rạn đột ngột trong phần vỏ hoặc trong phần áo trên của quả đất. [1] Có nhiều nguyên nhân gây ra động đất như kiến tạo mảng, núi lửa phun trào, đứt gãy nội khối, tương tác giữa nước với khối đất đá trong vỏ trái đất, và do con người gây ra như nổ sâu trong lòng đất (tác nhân nguồn gốc hóa học hay hạt nhân), hoặc do xây dựng các hồ chứa lớn làm mất cân bằng tự nhiên của khối đất đá nhưng có hai nguồn gốc chủ yếu là từ hoạt động kiến tạo mảng kích thích núi lửa hoạt động và từ các đứt gãy của vỏ trái đất. Sự hình thành động đất có nguồn gốc từ hoạt động kiến tạo Từ những năm 60 của thế kỷ XX, các nhà địa chất và địa chấn học đã đưa ra thuyết kiến tạo mảng hay còn gọi là thuyết trôi dạt các lục địa để giải thích cho nguồn gốc: của các trận động đất xuất hiện trên thế giới.
Theo thuyết này, lúc đầu các lục địa gắn liền với nhau được gọi là Pangaea, sau đó cách đây khoảng chừng 200 triệu năm chúng tách ra thành nhiều mảng cứng di chuyển chậm tương đối so với nhau trên một lớp dung nham ở dạng thể lỏng, nhiệt độ cao để có hình dạng như ngày nay. Tuỳ thuộc vào đặc thù của hoạt động kiến tạo, ranh giới phân chia giữa các mảng thường có các dạng: gờ giữa đại dương, đứt gẫy, vòng cung các đảo và vùng orogenic. Tại vùng gờ giữa đại dương, dung nham nóng chảy trong phần áo trào lên bề mặt quả đất sau đó nguội đi, bổi dần và mở rộng mảng thạch quyển theo phương ngang. Tại các đứt gãy, các mảng kiến tạo chuyển động tương đối so với nhau và bị hút vào trong phần áo của quả đất tại các vùng orogenic.
Các thành tựu khoa học kỹ thuật, đặc biệt là mạng lưới địa chấn kế và quan trắc địa chất trên thế giới đã chứng minh tính đúng đắn của thuyết kiến tạo mảng. Do đó trong vòng 10 năm tiếp theo, lý thuyết này đã được giới khoa học chấp nhận một cách rộng rãi và được xem là một trong những thành tựu khoa học lớn nhất của nhân loại trong thế kỷ XX. [1] 3 Theo giả thiết cơ bản của thuyết kiến tạo mảng, bề mặt quả đất được tập hợp từ một số khối lớn gọi là mảng; trên, các mảng là các châu lục và đại dương. Các mảng này chuyển động tương đối so với nhau.
Toàn bộ vỏ quả đất có thể hình dung được chia thành 7 mảng chính: Mảng Thái Bình Dương, mảng Á-Âu, mảng Ấn- Úc, mảng châu Phi, mảng Bắc Mỹ, mảng Nam Mỹ, mảng Nam Cực và một số mảng kiến tạo nhỏ như: mảng Ả Rập (bán đảo Ả Rập), mảng Ấn Độ, mảng Úc, mảng Philippin,…. Các mảng lớn lại được chia thành các mảng bé hơn (vi mảng) qua các vết đút gãy nông hơn. Tại vùng phân chia giữa các mảng xuất hiện các biến dạng tương đối trên một vùng khá hẹp. Các mảng đó gọi là “mảng kiến tạo”, trong đó mảng lớn nhất rộng tới hàng ngàn km, phát triển sâu xuống phía dưới tới 80 km.
Những mảng này trượt quanh phần trên đới manti thượng nóng chảy nhẹ nằm giữa vỏ cứng ngoài và nhân trái nhất. Địa mảng chuyển động rất chậm với tốc độ khoảng vài cm/năm. Các mảng kiến tạo của thạch quyển Các biến dạng có thể xảy ra chậm và liên tục hoặc có thể xảy ra một cách đột ngột dưới dạng các trận động đất các nhà khoa học đã xác định được ba kiểu biến dạng hoặc ba kiểu chuyển động sau tại các bở biên mảng có ảnh hưởng tới tính chất của các trận động đất xảy ra. 4 - Có ba loại biên mảng: + Biên tách dãn sống núi + Biên vùng trượt chìm + Biên đứt gẫy trượt bằng ngang a, Biên tách giãn sống núi Thường tồn tại giữa đại dương, tại đó đá nóng chảy từ đới manti thượng trào lên bề mặt, sau đó nguội dần đi thành một phần của mảng.
Tốc độ dàn trải dày lên khoảng 2-18 cm/năm; tốc độ nhanh nhất quan sát thấy tại sống núi Thái bình dương và thấp nhất thấy ở sống núi Đại tây dương. Người ta dự tính rằng vỏ cứng với đáy đại dương được mở rộng với tốc độ khoảng 3,1 km2/năm. Hoạt động núi lửa xảy ra nhiều ở đáy đai dương thường ở gần biên tách dãn sống núi. Ví dụ cung đảo Island hoạt động núi lửa xảy ra gần như thường xuyên (hiện có 150 núi lửa đang hoạt động).
Mỗi khi núi lửa hoạt động dung nhan trong đới manti thượng trào lên, khi nguội hình thành tại đó một từ trường có cực trùng với cự từ trường trái đất đó, và làm mặt đáy đại dương nâng lên, đồng thời gây ra sóng thần. b, Biên vùng trượt chìm Thường xảy ra tại ranh giới giữa mảng đại dương và lục địa. Kích thước vỏ trái đất không đổi nên khi mảng tách giãn sống núi mở rộng chuyển dịch tương đối với mảng liền kề, và do vật liệu đáy đại dương thường lạnh và chặt đặc hơn nên có thể xảy ra sự trượt chìm của biên mảng đại dương nằm dưới biên mảng lục địa. Khi tốc độ hội tụ của mảng cao sẽ hình thành máng vực tại biên giữa hai mảng và động đất thường xảy ra tại vùng này, nó được gọi là đới hút chìm đáy đại dương hay đới (vùng) nghiêng Benioff.
Khi tốc độ hội tụ thấp, và trầm tích chất đống trong một nêm bồi tích tăng dần trên đỉnh đá cứng và lấp dần máng vực. Sơ đồ trượt chìm mảng sống núi đại dương và mảng lục địa biểu thị khối nhô tách dãn sống núi, đới hút chìm, biên đứt gãy trượt bằng ngang và cung núi lửa rìa lục địa Vì kích thước của quả trái đất giữ nguyên không đổi, nên việc mở rộng các mảng tại một số bờ biên phải được bù lại bằng việc thu hẹp các mảng tại một số bờ biên khác. Điều này đã được quan sát thấy qua chuyển động hút chìm giữa hai mảng kề nhau. Khi các mảng trong lục địa chuyển động về phía nhau, sự đụng chạm lục địa đó dẫn tới sự hình thành các rặng núi.
Ví dụ dãy Himalaya gồm hai lớp vỏ được hình thành do hai mảng Ấn Úc và Á Âu đụng độ đối đầu nhau. Đụng độ đối đầu của các mảng lục địa Phi và Âu hiện đang làm giảm kích thước của biển Địa Trung Hải và đương nhiên dẫn tới sự hình thành dãy núi loại đụng độ. Sơ đồ đụng độ đối đầu giữa mảng Ấn-Úc và Á-Âu 6 c, Biên đứt gẫy trượt bằng ngang Xảy ra khi các mảng chuyển động trượt qua nhau mà không tạo vỏ mới hoặc phá hủy vỏ cũ. Loại này thường thấy tại chỗ sống núi xê dịch phương vuông góc với phương sống núi.
Đứt gẫy trượt ngang thường được nhận biết bởi độ lệch dị thường từ tính và tại đó còn lưu giữ được phần trên mặt vách của vỏ trái đất. Khoảng dị thường từ tính xác định các vùng đứt gẫy có thể quan sát thấy trên chiều dàu hàng ngàn ki lô mét, tuy nhiên chuyển động của một phần vùng bị phá hoại phát triển ngoài đứt gãy trượt ngang cho thấy rằng là có cùng phương về hai hướng đối chiều của vùng bị phá hoại, do vậy chỉ có phần vùng bị phá hoại giữa hai gờ so le tách dãn là thuộc đứt gãy trượt ngang.a, Biên mảng trượt nhìn nghiêng; B, Biên mảng trượt ngang d, Động đất do đứt gãy Khi quan sát địa hình ta thường gặp những sự thay đổi đột ngột trong cấu trúc nền đá. Ở một số chỗ, các vỉa đá có đặc tính khác nhau gối đầu vào nhau hoặc tựa lên nhau dọc theo mặt tiếp xúc giữa chúng. Sự cắt ngang cấu trúc địa chất như vậy được gọi là đứt gẫy hoặc phay địa chất.
Các đứt gẫy có thể có chiều dài từ vài mét tới hàng trăm kilômét và ân sâu vào lòng đất tới vài chục kilômét. Chúng có thể được nhận biết qua khảo sát trạng thái địa hình trên mặt đất, nhưng nhiều khi rất khó phát hiện bằng cách quan sát vì đứt gẫy nằm sâu trong vỏ quả đất không kéo lên tới bề mặt. Các vết đứt gẫy được chia làm hai loại: hoạt động và không hoạt động. Đứt gẫy hoạt động là những đứt gẫy mà các khối vật chất ở hai bên mặt đứt gẫy đang chuyển động tương đối so với nhau, năng lượng biến dạng đàn hồi do quá trình kiến tạo được tích luỹ và đến môt lúc nào đó sẽ giải phóng đột ngột, gây ra động đất.
Đứt gẫy không hoạt động 7 là các đứt gẫy trong quá khứ đã từng hoạt động, nay không còn chuyển động và do đó sẽ không gây ra động đất. Đứt gãy địa chấn nổi tiếng nhất trên thế giới thuộc loại hoạt động là đứt gẫy San Andreas ỏ California (Hoa Kỳ). Đứt gẫy này có chiều dài 300 km và trượt ngang 6,4 m, từng gây ra trận động đất San Francisco năm 1906 và nhiều trận động đất tiếp sau đó. Tốc độ trượt trung bình tại một đứt gẫy hoạt động thay đổi từ 10 – 100 mm/năm.
Một số đứt gẫy chuyển động liên tục, một số khác chỉ chuyển động khi động đất xảy ra. Các đứt gây hoạt động được phân loại dựa trên dạng hình học và hướng trượt tương đối giữa chúng. Có thể phân chuyển động tại các đứt gẫy cũng như dạng đứt gẫy thành các loại sau. - Trượt nghiêng: sự dịch chuyển xảy ra theo phương song song với độ dốc của đứt gẫy (hoặc vuông góc với đường mạch ngang là giao tuyến giữa mặt đứt gẫy và mặt nằm ngang).
Tuỳ thuộc vào hướng chuyển động tương đối của các mảng nằm hai bên mặt đứt gẫy mà các đứt gẫy được phân loại như sau: a, b, Hình 1. a, Đứt gãy thuận; b, Đứt gẫy nghịch + Đứt gẫy bình thường hoặc còn gọi là đứt gẫy thuận: lớp đá cứng phía trên mặt nghiêng của đứt gẫy trượt xuống dưới so với lớp nằm dưới. Các đứt gẫy có mặt trượt gần thẳng đứng cũng có thể xếp vào loại này; + Đứt gẫy nghịch: lớp đá cứng phía trên mặt đứt gẫy nghiêng trượt lên trên so với lớp đá phía dưới đứt gẫy. 8 - Trượt ngang (còn gọi là trượt bằng): sự dịch chuyển xảy ra theo phương ngang song song với mạch ngang của đứt gẫy.
Chuyển động trượt ngang thường xảy ra tại các đứt gẫy gần thẳng đứng và có quy mô lớn.