Luận văn thạc sĩ: Xác định cơ cấu chấn tiêu cho các trận động đất miền Bắc Việt Nam

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hus xác định cơ cấu chấn tiêu một số trận động đất miền bắc việt nam bằng số liệu địa chấn dải rộng, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất

• Tác giả: Hà Thị Giang
• Người hướng dẫn: TS. Lê Tử Sơn
• Trường học: Đại học quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật lý địa cầu
• Đề tài: Xác định cơ cấu chấn tiêu một số trận động đất miền Bắc Việt Nam bằng số liệu địa chấn dải rộng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ NGUỒN ĐỘNG ĐẤT VÀ TEN-XƠ MOMENT ĐỊA CHẤN
• 2. CHƯƠNG 2: HÀM GREEN VÀ BÀI TOÁN NGHỊCH ĐẢO TEN-XƠ MOMENT
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC CHƯƠNG TRÌNH XÁC ĐỊNH CƠ CẤU CHẤN TIÊU ĐỘNG ĐẤT SỬ DỤNG SỐ LIỆU ĐỘNG ĐẤT ĐỊA PHƯƠNG
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP NGHỊCH ĐẢO TEN-XƠ MOMENT CHO MỘT SỐ TRẬN ĐỘNG ĐẤT Ở KHU VỰC TÂY BẮC VIỆT NAM
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về xác định cơ cấu chấn tiêu động đất miền Bắc Việt Nam

Xác định cơ cấu chấn tiêu động đất là một trong những nhiệm vụ quan trọng trong nghiên cứu địa chấn. Miền Bắc Việt Nam, với đặc điểm địa chất phức tạp, thường xuyên chịu ảnh hưởng của các trận động đất. Việc phân tích số liệu địa chấn giúp hiểu rõ hơn về cơ chế gây ra động đất và các yếu tố ảnh hưởng đến chúng. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp thông tin về các trận động đất đã xảy ra mà còn giúp dự đoán các sự kiện tương lai, từ đó nâng cao khả năng ứng phó với thiên tai.

1.1. Khái niệm cơ cấu chấn tiêu động đất và tầm quan trọng

Cơ cấu chấn tiêu động đất (CCCT) là mô hình mô tả cách thức mà năng lượng được giải phóng trong một trận động đất. Việc xác định CCCT giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về nguồn gốc và cơ chế của động đất, từ đó có thể đưa ra các biện pháp phòng ngừa hiệu quả.

1.2. Đặc điểm địa chất miền Bắc Việt Nam và ảnh hưởng đến động đất

Miền Bắc Việt Nam có nhiều đứt gãy địa chất quan trọng, như đứt gãy Sông Hồng, Sông Mã. Những đứt gãy này là nguyên nhân chính gây ra các trận động đất. Việc nghiên cứu các đặc điểm địa chất này là cần thiết để hiểu rõ hơn về cơ cấu chấn tiêu động đất trong khu vực.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu động đất miền Bắc Việt Nam

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về động đất, nhưng việc xác định cơ cấu chấn tiêu vẫn gặp nhiều khó khăn. Thiếu hụt số liệu địa chấn chất lượng cao là một trong những thách thức lớn. Hơn nữa, các trận động đất lớn xảy ra không thường xuyên, làm cho việc thu thập dữ liệu trở nên khó khăn hơn. Những vấn đề này cần được giải quyết để nâng cao độ chính xác trong việc xác định cơ cấu chấn tiêu.

2.1. Thiếu hụt số liệu địa chấn và ảnh hưởng đến nghiên cứu

Số liệu địa chấn tại miền Bắc Việt Nam còn hạn chế về cả số lượng và chất lượng. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng xác định chính xác cơ cấu chấn tiêu. Việc lắp đặt thêm các trạm địa chấn là cần thiết để cải thiện tình hình này.

2.2. Các trận động đất lớn và sự phân bố không đồng đều

Các trận động đất lớn xảy ra không thường xuyên, làm cho việc nghiên cứu trở nên khó khăn. Sự phân bố không đồng đều của các trận động đất cũng gây khó khăn trong việc thu thập và phân tích số liệu.

III. Phương pháp xác định cơ cấu chấn tiêu động đất hiệu quả

Phương pháp nghịch đảo ten-xơ moment (moment tensor inversion) đã được áp dụng rộng rãi để xác định cơ cấu chấn tiêu động đất. Phương pháp này sử dụng số liệu từ các băng ghi địa chấn để tính toán các thông số của cơ cấu chấn tiêu. Việc áp dụng công nghệ hiện đại trong phân tích số liệu giúp nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của kết quả.

3.1. Phương pháp nghịch đảo ten xơ moment và ứng dụng

Phương pháp nghịch đảo ten-xơ moment cho phép xác định cơ cấu chấn tiêu từ các băng ghi địa chấn. Phương pháp này đã được áp dụng thành công trong nhiều nghiên cứu trước đây và cho kết quả đáng tin cậy.

3.2. Các chương trình phần mềm hỗ trợ phân tích số liệu địa chấn

Nhiều chương trình phần mềm như FOCMEC, INVRAD, và ISOLA đã được phát triển để hỗ trợ trong việc phân tích số liệu địa chấn. Những công cụ này giúp các nhà nghiên cứu dễ dàng hơn trong việc xác định cơ cấu chấn tiêu từ các trận động đất.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu từ việc xác định cơ cấu chấn tiêu đã cung cấp nhiều thông tin quý giá về các trận động đất ở miền Bắc Việt Nam. Những thông tin này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cơ chế gây ra động đất mà còn có thể được ứng dụng trong việc xây dựng các kế hoạch phòng ngừa và ứng phó với thiên tai.

4.1. Kết quả xác định cơ cấu chấn tiêu cho các trận động đất

Nghiên cứu đã xác định được cơ cấu chấn tiêu cho nhiều trận động đất lớn, như trận động đất ở Mường La và Quan Sơn. Những kết quả này giúp làm rõ hơn về hoạt động kiến tạo trong khu vực.

4.2. Ứng dụng kết quả nghiên cứu trong thực tiễn

Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong việc xây dựng các công trình hạ tầng, từ đó giảm thiểu thiệt hại do động đất gây ra. Việc áp dụng các biện pháp phòng ngừa dựa trên kết quả nghiên cứu sẽ giúp bảo vệ tính mạng và tài sản của người dân.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu xác định cơ cấu chấn tiêu động đất miền Bắc Việt Nam là một lĩnh vực quan trọng và cần thiết. Những kết quả đạt được từ nghiên cứu không chỉ giúp nâng cao hiểu biết về động đất mà còn mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo. Việc cải thiện số liệu địa chấn và áp dụng công nghệ hiện đại sẽ là chìa khóa để nâng cao độ chính xác trong nghiên cứu.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu cơ cấu chấn tiêu

Nghiên cứu cơ cấu chấn tiêu không chỉ giúp hiểu rõ hơn về động đất mà còn có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các chiến lược ứng phó với thiên tai.

5.2. Hướng đi tương lai cho nghiên cứu động đất

Trong tương lai, việc lắp đặt thêm các trạm địa chấn và áp dụng các công nghệ mới sẽ giúp nâng cao chất lượng nghiên cứu. Điều này sẽ góp phần quan trọng trong việc bảo vệ cộng đồng trước các rủi ro từ động đất.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Khu vực miền Bắc Việt Nam, đặc biệt là vùng Tây Bắc nằm về phía tây hệ thống đứt gãy Sông Hồng, là nơi có hoạt động kiến tạo phức tạp với mật độ động đất cao nhất cả nước. Trong giai đoạn từ năm 2005 đến năm 2012, mạng lưới quan trắc địa chấn dải rộng đã ghi nhận hơn 248 trận động đất có độ lớn cục bộ từ 3.0 độ Richter trở lên. Nhiều trận động đất trong số này đã gây rung chấn mạnh trên bề mặt đạt tới cấp VII theo thang chấn cấp quốc tế MSK-64, đe dọa trực tiếp đến an toàn dân sinh và các công trình hạ tầng trọng điểm.

Vấn đề cốt lõi đặt ra là việc xác định chính xác cơ cấu chấn tiêu của các trận động đất tại Việt Nam trước đây gặp nhiều hạn chế do mạng lưới trạm quan sát thưa thớt và phương pháp truyền thống chủ yếu dựa vào dấu sóng tới dọc ban đầu. Nhằm giải quyết thách thức này, nghiên cứu đặt mục tiêu ứng dụng phương pháp nghịch đảo ten-xơ moment địa chấn trong miền tần số thấp từ số liệu băng ghi địa chấn dải rộng của mạng lưới 25 trạm quan sát hiện đại. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào chuỗi động đất điển hình xảy ra tại khu vực Tây Bắc trong hai năm 2009 và 2010, bao gồm cụm động đất Mường La – Bắc Yên, Quan Sơn và Sốp Cộp.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình thể hiện ở việc nâng cao độ chính xác trong xác định hình thái đứt gãy sinh chấn, cung cấp nghiệm cơ cấu chấn tiêu với hệ số tương quan dạng sóng đạt tới 80%. Kết quả này là cơ sở dữ liệu định lượng quan trọng giúp làm sáng tỏ bức tranh trường ứng suất kiến tạo hiện đại, phục vụ trực tiếp cho công tác đánh giá độ nguy hiểm địa chấn và thiết kế kháng chấn công trình.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết nguồn địa chấn đàn hồi và mô hình phát xạ sóng khối của các học giả chuyên ngành. Trọng tâm lý thuyết bao gồm:

Mô hình đứt gãy phẳng được xác định bởi ba tham số hình học cơ bản: góc phương vị đường phương, góc dốc mặt trượt và góc trượt của cánh treo so với cánh nằm. Bản chất quá trình giải phóng năng lượng tại chấn tiêu được mô hình hóa toán học thông qua ten-xơ moment địa chấn bậc hai với 9 thành phần lực tương đương, trong đó có 6 thành phần độc lập do tính chất đối xứng. Độ lớn động đất được lượng hóa qua moment địa chấn vô hướng theo quan hệ tích số giữa độ cứng môi trường, diện tích mặt trượt và khoảng dịch trượt trung bình.

Lý thuyết hàm Green trong môi trường đàn hồi phân lớp miêu tả phản ứng dịch chuyển của môi trường đất đá dưới tác động của một nguồn xung lực đơn vị. Băng ghi địa chấn lý thuyết được biểu diễn dưới dạng tích chập tuyến tính giữa hàm thời gian nguồn, hàm Green cấu trúc môi trường và hàm đáp ứng thiết bị ghi nhận.

Phép phân tích ten-xơ moment phân rã nghiệm thành phần đẳng hướng mô tả sự thay đổi thể tích và phần ten-xơ lệch. Phần ten-xơ lệch tiếp tục được phân tách thành nguồn ngẫu lực kép đại diện cho dịch trượt kiến tạo thuần túy và nguồn lưỡng cực véc-tơ tuyến tính bù đại diện cho các phá hủy phức tạp hoặc hiện tượng dị thường.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu sử dụng tập số liệu dạng sóng ba thành phần ghi nhận từ mạng lưới 25 trạm địa chấn dải rộng được lắp đặt đồng bộ tại miền Bắc Việt Nam. Quy trình chọn mẫu tập trung vào các sự kiện động đất có độ lớn từ 2.8 đến 4.6 độ Richter, có tối thiểu từ 3 đến 7 trạm ghi nhận đạt tỷ số tín hiệu trên nhiễu cao và phân bố góc phương vị bao quanh chấn tâm đồng đều.

Quy trình phân tích thực hiện thông qua chương trình nghịch đảo ten-xơ moment ISOLA phiên bản 4.0 kết hợp với bộ công cụ SEISAN. Dữ liệu vận tốc thô định dạng chuẩn được chuyển đổi sang dạng dịch chuyển và lọc qua dải tần số thấp từ 0.05 Hz đến 0.15 Hz để loại bỏ nhiễu tán xạ trường gần. Mô hình cấu trúc vỏ Trái Đất một chiều 6 lớp với độ sâu khảo sát đến 33 km và dải vận tốc sóng dọc từ 5.6 km/s đến 8.1 km/s được sử dụng để giải bài toán hàm Green. Phương pháp tìm kiếm dạng lưới theo không gian và độ sâu chấn tiêu kết hợp thuật toán bình phương tối thiểu được lựa chọn nhằm tìm ra nghiệm ten-xơ moment tối ưu nhất, hạn chế tối đa sự phụ thuộc chủ quan vào việc đọc dấu sóng ban đầu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích nghịch đảo dạng sóng địa chấn cho chuỗi sự kiện động đất Tây Bắc đã mang lại các kết quả định lượng chi tiết:

Trận động đất chủ chấn Mường La – Bắc Yên xảy ra ngày 26 tháng 11 năm 2009 có độ lớn cục bộ 3.9 độ Richter và độ lớn moment đạt 3.6. Nghiệm nghịch đảo xác định chấn tiêu nằm ở độ sâu nông 5 km với cơ cấu trượt bằng chiếm ưu thế tuyệt đối. Mặt phẳng đứt gãy thứ nhất có góc phương vị 302 độ, góc dốc 80 độ cắm về phía Bắc và góc trượt 178 độ. Độ khớp dạng sóng giữa lý thuyết và thực tế đạt hệ số tương quan 80%, trong đó tỷ lệ ngẫu lực kép đạt mức 99.8% và thành phần lưỡng cực tuyến tính bù chỉ chiếm 0.2%.

Hai trận dư chấn đi kèm tại khu vực Bắc Yên gồm dư chấn thứ nhất có độ lớn 3.5 độ Richter và dư chấn thứ hai có độ lớn 2.8 độ Richter đều cho nghiệm cơ cấu chấn tiêu đồng nhất với trận chủ chấn. Mặt đứt gãy của dư chấn thứ nhất có góc phương vị 303 độ, góc dốc 84 độ và góc trượt âm 177 độ tại độ sâu 5 km, xác nhận sự tiếp diễn chuyển động trượt bằng trên cùng một đới nứt nẻ kiến tạo.

Trận động đất Quan Sơn – Thanh Hóa xảy ra ngày 19 tháng 9 năm 2010 và trận động đất Sốp Cộp – Sơn La xảy ra ngày 30 tháng 12 năm 2010 có độ sâu chấn tiêu dao động từ 5 km đến 12 km. Cả hai sự kiện đều thể hiện cơ cấu nguồn dạng trượt bằng kết hợp thành phần trượt thuận nhỏ, phù hợp với động học của các đứt gãy cấp khu vực. Khi so sánh nghiệm cơ cấu chấn tiêu trận Sốp Cộp tính bằng chương trình ISOLA với dữ liệu công bố của Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ và Trung tâm Địa chấn Quốc tế, sai lệch về góc phương vị và góc dốc đều nhỏ hơn 5 độ, chứng minh độ tin cậy vượt trội của thuật toán áp dụng.

Thảo luận kết quả

Cơ cấu chấn tiêu của chuỗi động đất xác định trục ứng suất nén ép cực đại có phương á kinh tuyến Bắc - Nam và trục ứng suất tách giãn có phương á vĩ tuyến Đông - Tây. Điều này giải thích rõ ràng cơ chế trượt bằng phương Tây Bắc - Đông Nam của các đới đứt gãy hoạt động mạnh như đứt gãy Sơn La và đứt gãy Sông Mã dưới tác động của trường ứng suất kiến tạo khu vực Đông Nam Á.

Dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn trực quan qua biểu đồ cơ cấu chấn tiêu dạng quả bóng bãi biển hai màu thể hiện rõ các góc phần tư nén ép và tách giãn. Đồng thời, bảng tổng hợp tham số nguồn và đồ thị so sánh dạng sóng ba thành phần ghi nhận giữa đường lý thuyết màu đỏ và đường thực tế màu đen trên từng trạm quan trắc minh chứng cho sự hội tụ nghiệm với sai số bình phương tối thiểu rất thấp. Việc sử dụng trọn vẹn dạng sóng dải tần số thấp từ 0.05 Hz đến 0.15 Hz đã khắc phục triệt để nhược điểm của các phương pháp cổ điển như FOCMEC vốn hay gặp sai số khi tín hiệu sóng dọc pha đầu bị che khuất bởi nhiễu môi trường.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm, các giải pháp mang tính hành động cụ thể được đề xuất nhằm nâng cao năng lực quan trắc và phòng chống rủi ro thiên tai:

Thứ nhất, Viện Vật lý Địa cầu cần chủ trì nâng cấp và mở rộng mạng lưới trạm địa chấn dải rộng từ 25 trạm hiện nay lên tối thiểu 40 trạm phủ kín các vùng đứt gãy hoạt động trọng điểm tại Tây Bắc trong giai đoạn từ năm 2026 đến năm 2030, nhằm giảm khoảng cách trung bình giữa các trạm xuống dưới 50 km.

Thứ hai, Trung tâm Báo tin động đất và Cảnh báo sóng thần cần chuẩn hóa quy trình tự động hóa nghịch đảo ten-xơ moment bằng chương trình ISOLA tích hợp vào hệ thống giám sát thời gian thực. Mục tiêu đặt ra là công bố cơ cấu chấn tiêu và độ sâu chấn tiêu chính xác trong vòng 15 phút sau khi ghi nhận các sự kiện có độ lớn từ 3.0 độ Richter trở lên.

Thứ ba, các cơ quan nghiên cứu chuyên ngành cần phối hợp triển khai đề tài xây dựng mô hình cấu trúc vận tốc vỏ Trái Đất ba chiều chi tiết cho từng phân vùng địa chất Tây Bắc trong vòng 3 năm tới, giúp giảm sai số tính toán hàm Green từ 20% hiện tại xuống dưới 10%.

Thứ tư, Bộ Xây dựng và Tập đoàn Điện lực Việt Nam cần cập nhật tham số cơ cấu chấn tiêu và gia tốc nền cực đại vào quy chuẩn xây dựng công trình ngầm, đập thủy điện bậc thang trên dòng sông Đà và sông Mã trước năm 2028, đảm bảo công trình chịu được rung động chấn động cấp VII đến cấp VIII theo thang MSK-64.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại giá trị tham khảo chuyên sâu và ứng dụng thực tế cho bốn nhóm đối tượng chính:

Nhóm nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Vật lý Địa cầu, Địa chất kiến tạo và Địa kỹ thuật: Sử dụng luận văn như tài liệu học thuật tiêu chuẩn về phương pháp giải bài toán nghịch đảo nguồn địa chấn, tính toán hàm Green và xử lý số liệu địa chấn dải rộng.

Chuyên viên phân tích dữ liệu địa chấn tại các viện nghiên cứu và trung tâm cảnh báo thiên tai: Ứng dụng quy trình xử lý tín hiệu và các bước thao tác trên phần mềm ISOLA để xác định nhanh các thông số cơ cấu chấn tiêu phục vụ báo cáo nghiệp vụ.

Kỹ sư thiết kế kết cấu công trình thủy điện, giao thông và dân dụng vùng núi phía Bắc: Khai thác số liệu về cơ cấu đứt gãy, độ sâu chấn tiêu và trường ứng suất nén ép để tính toán hệ số kháng chấn thực tế cho các dự án xây dựng hạ tầng.

Cơ quan quản lý nhà nước về phòng chống thiên tai cấp tỉnh và khu vực: Tham khảo bản đồ phân bố chấn tâm và đường đẳng chấn để xây dựng kịch bản ứng phó khẩn cấp và quy hoạch không gian phát triển kinh tế an toàn.

Câu hỏi thường gặp

Phương pháp nghịch đảo ten-xơ moment bằng ISOLA có ưu điểm gì vượt trội so với phương pháp xác định dấu sóng đầu tiên? Phương pháp nghịch đảo dạng sóng toàn phần tận dụng toàn bộ biên độ và pha sóng dải tần thấp thay vì chỉ dùng một điểm dấu sóng P đầu tiên. Nhờ đó, phương pháp đạt hệ số tương quan trên 80% ngay cả khi mạng trạm thưa thớt và biên độ sóng bị nhiễu.

Tại sao dải tần số từ 0.05 Hz đến 0.15 Hz lại được lựa chọn trong quá trình nghịch đảo số liệu địa chấn địa phương? Dải tần số thấp từ 0.05 Hz đến 0.15 Hz ít bị ảnh hưởng bởi tính bất đồng nhất quy mô nhỏ của môi trường vỏ Trái Đất. Việc lọc dải tần này giúp sóng địa chấn giữ được dạng cơ bản, tối ưu hóa độ chính xác khi đối sánh với hàm Green một chiều.

Tỷ lệ thành phần ngẫu lực kép đạt 99.8% trong trận động đất Bắc Yên phản ánh điều gì về mặt địa chất? Tỷ lệ ngẫu lực kép xấp xỉ 100% chứng minh nguồn phát sinh động đất hoàn toàn do quá trình tích lũy và giải phóng ứng suất trượt cắt kiến tạo thuần túy dọc theo mặt phẳng đứt gãy, loại trừ các nguyên nhân sụt lún rỗng hoặc hoạt động phun trào thể tích.

Mô hình vỏ Trái Đất 6 lớp của khu vực miền Bắc đóng vai trò như thế nào trong kết quả tính toán? Mô hình cấu trúc 6 lớp với độ sâu 33 km và dải vận tốc sóng dọc từ 5.6 km/s đến 8.1 km/s cung cấp các tham số truyền sóng chính xác để tính toán hàm Green. Mô hình này giúp loại bỏ sai số lan truyền sóng từ chấn tiêu tới trạm thu.

Kết quả cơ cấu chấn tiêu đóng góp gì cho an toàn của chuỗi thủy điện lớn tại khu vực Tây Bắc? Kết quả xác định chính xác phương vị đứt gãy và độ sâu chấn tiêu nông ở mức 5 km giúp các nhà quản lý đánh giá đúng mức độ rung chấn cực đại cấp VII MSK-64, từ đó kiểm định độ an toàn đập và cửa xả lũ định kỳ.

Kết luận

Luận văn đã giải quyết trọn vẹn bài toán xác định cơ cấu chấn tiêu động đất bằng số liệu địa chấn dải rộng tại miền Bắc Việt Nam với các đóng góp cốt lõi:

• Thiết lập quy trình chuẩn xử lý và nghịch đảo ten-xơ moment dạng sóng dải tần thấp cho các trận động đất địa phương có độ lớn từ 2.8 độ Richter trở lên.
• Khẳng định tính ưu việt của chương trình ISOLA với độ khớp dạng sóng lý thuyết và thực tế đạt hệ số tương quan 80%.
• Xác định chính xác cơ cấu trượt bằng chiếm ưu thế của chuỗi động đất Mường La – Bắc Yên năm 2009 và các sự kiện tại Thanh Hóa, Sơn La năm 2010 ở độ sâu nông từ 5 km đến 12 km.
• Cung cấp bằng chứng định lượng về trường ứng suất kiến tạo khu vực với hướng nén ép chủ đạo Bắc - Nam và tách giãn Đông - Tây.
• Chứng minh độ tin cậy của mạng lưới 25 trạm địa chấn dải rộng quốc gia trong việc cung cấp dữ liệu phục vụ nghiên cứu địa chấn chuyên sâu.

Trong giai đoạn tiếp theo từ năm 2026 đến năm 2030, việc mở rộng tích hợp mô hình vận tốc không gian ba chiều và tự động hóa quy trình phân tích sẽ là bước đi tất yếu. Các tổ chức nghiên cứu và kỹ sư công trình hãy khai thác ngay nguồn cơ sở dữ liệu quý giá này để tích hợp vào các đồ án quy hoạch hạ tầng an toàn trước hiểm họa động đất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 - KHÁI NIỆM VỀ NGUỒN ĐỘNG ĐẤT VÀ TEN-XƠ MOMENT ĐỊA CHẤN 1. Khái niệm về nguồn động đất Trong phần này chúng tôi sẽ trình bày cơ sở lý thuyết nguồn địa chấn, sự lan truyền sóng và các mô hình phát xạ. Lý thuyết nguồn địa chấn Nguồn động đất là nơi phá hủy môi trường đàn hồi trong lòng đất, giải phóng năng lượng gây ra sóng địa chấn, lan truyền ra không gian xung quanh làm chấn động mặt đất và ghi nhận bằng máy địa chấn. Nguồn động đất có thể là các sụp đổ ngầm, các vụ nổ như phun trào núi lửa…Trong rất nhiều nguyên nhân gây nên chuyển động đột ngột trong lòng đất, các hoạt động kiến tạo làm phát sinh các đứt gãy là nguyên nhân chính và chủ yếu nhất.

Hình thái đứt gẫy được dùng trong nghiên cứu động đất (hình 1.1), mặt đứt gẫy thường được giả thiết là mặt phẳng phân chia cánh treo và cánh nằm. Mặt đứt gẫy với véctơ pháp tuyến n, phân chia phần thấp hơn (cánh nằm - foot wall) với phần cao hơn (cánh treo – hanging wall). Véctơ d mô tả chuyển động của cánh treo so với cánh nằm. Hệ toạ độ Đề các với x3 hướng lên trên, x1 nằm trên mặt đất hướng dọc theo đứt gẫy sao cho góc nghiêng  tính từ trục –x 2 là nhỏ hơn 900, x2 vuông góc với mặt phẳng chứa hai trục x1 và x3.

Hình thái mặt phẳng đứt gãy (hình 1.1) được xác định bằng: góc phương vị, góc dốc và hướng dịch trượt của cánh treo. Bài toán xác định cơ cấu chấn tiêu (CCCT) động đất chính là nhằm xác định các thông số trên. Như vậy, cơ cấu chấn tiêu động đất sẽ được xác định qua các thông số: 1) Góc phương vị  f (strike) là góc hợp bởi giao tuyến của mặt đứt gẫy với mặt đất và phương bắc. 2) Góc dốc  là góc được tạo bởi mặt đứt gẫy và mặt đất.

3) Hướng trượt đo bằng góc trượt  giữa đường phương và véc tơ trượt tính theo chiều kim đồng hồ. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Sơ đồ biễu diễn mặt phẳng đứt gãy (Theo Kanamori và Cipar, 1974. Trong hệ tọa độ x1x2x3 này, véc tơ pháp n và véc tơ trượt d được biểu diễn qua các góc phương vị  f, góc dốc  và góc trượt :   sin  sin  f   cos  cos  f  sin  cos  sin  f      nˆ    sin  cos  f  , dˆ    cos  sin  f  sin  cos  cos  f .

     sin  sin    cos     Góc trượt  có thể thay đổi từ 0 đến 360 0. Một số dạng đứt gẫy cơ bản liên quan đến góc trượt như: Khi hai phía của đứt gẫy dịch trượt ngang đó là đứt gẫy trượt bằng: Nếu =0 là đứt gãy trượt bằng trái, nếu =1800 là đứt gãy trượt bằng phải. Đứt gãy là đứt gãy thuận khi =2700 và đứt gãy là đứt gãy nghịch khi =900(hình 1. Các dạng cơ bản của đứt gãy.) 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Phần lớn các đứt gẫy là kết hợp các kiểu chuyển động này.

Ba dạng chuyển động cơ bản này rất có ích khi nghiên cứu về cơ cấu chấn tiêu động đất. Sự lan truyền sóng và các mô hình phát xạ Các băng động đất (seismogram) ghi tại nhiều khoảng cách và phương vị được sử dụng để nghiên cứu hình thái của đứt gẫy trong động đất – cơ cấu chấn tiêu (focal mechanism). Để thực hiện được điều này, ta cần nghiên cứu về mẫu bức xạ của sóng địa chấn phụ thuộc vào hình thái đứt gẫy. Phương pháp đơn giản nhất là dựa trên chuyển động đầu tiên (tính phân cực) của sóng khối.

Các kỹ thuật phức tạp hơn dùng dạng sóng của sóng khối và sóng mặt. Xem xét mô hình về các chuyển động của sóng P đối với một sự biến vị trượt có hướng tùy ý.3 cho thấy trên các cung phần tư xen kẽ nhau sẽ có các dao động đầu tiên của sóng P là nén – đi lên (+) đối với các trạm nằm ở nơi vật chất gần đứt gãy chuyển dịch về hướng trạm hoặc là dãn – đi xuống (-) đối với vật chất chuyển dịch đi ra khỏi trạm. Do vậy khi sóng P đến trạm thành phần thẳng đứng ghi chuyển động đi lên hoặc đi xuống tương ứng với nén hoặc dãn. Các biến dạng tĩnh của sóng P đầu tiên trên mặt sóng được biểu diễn trên hình 1.

Dao động sóng P đầu tiên đối với mặt phẳng đứt gãy và mặt phẳng phụ trợ. Để xem xét mẫu bức xạ thay đổi như thế nào với hướng của đầu thu, ta xem xét trường bức xạ trong toạ độ cầu, nơi  được đo từ x3 và  đo trong mặt phẳng 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Lý thuyết nguồn địa chấn chỉ ra rằng xa nguồn, dịch chuyển do sóng nén tạo nên thành phần hướng tâm (er) của dịch chuyển (ur) vì vậy chuyển động của nó dọc theo hướng truyền là: 1 ur  3 M  (t  r /  ) sin 2 cos  .1) 4 r Trong đó: 1 là thành phần biên độ, trong môi trường vô hạn biên độ suy giảm 4 3 r 1 theo. r M  (t  r /  ) là thành phần phản ánh xung bức xạ từ đứt gãy.

M  ( t) gọi là hàm tốc độ moment địa chấn (hàm thời gian nguồn) chính là đạo hàm của hàm moment địa chấn.2) Với  là độ cứng của vật chất, D(t) là khoảng dịch trượt và S(t) là diện tích dịch trượt. Độ lớn của động đất có thể xác định thông qua moment vô hướng: M 0  D S .3) Hàm moment địa chấn được xác định thông qua M0: M (t )  M 0 x (t ) .4) Trong đó: x(t) là hàm thời gian nguồn. Số hạng cuối cùng sin 2 cos  mô tả mẫu phát xạ sóng P là mô hình phương vị bốn thùy đơn giản tương ứng với các phần tư trong hình 1.4c với sự đảo ngược về dấu xảy ra tại các nơi biên độ gần như bằng không. Các sóng P mạnh nhất nằm ở khoảng giữa bốn góc phần tư.

Cũng tương tự, dịch chuyển sóng S có hai thành phần, u e  u e trong đó: 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 1 u  3 M  (t  r /  ) cos 2 cos 4 r 1 .4: a) Hệ trục tọa độ đề các định hướng đứt gãy. b) Hệ trục tọa độ cầu định hướng đứt gãy. c) Mẫu bức xạ sóng khối P trong mặt phẳng (x1x3). d) Mẫu bức xạ sóng khối S.

Các mô hình hình học đơn giản là đặc trưng của sự bức xạ từ đứt gãy và việc đưa ra dạng hình học nguồn địa chấn sẽ là vấn đề đưa việc đo các sóng về hệ tọa độ có gốc đặt tại nguồn và các trục hướng theo tọa độ địa lý, nơi các mô hình bức xạ có tính đối xứng bậc thấp đơn giản. 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Biên độ mẫu bức xạ của sóng P và sóng S trên mặt phẳng x1x3. Vì rằng các sóng địa chấn bức xạ thay đổi như hàm của  và , băng địa chấn ghi tại các hướng khác nhau từ động đất có thể dùng để tìm hình thái đứt gẫy.

Sóng P là sóng đến đầu tiên trên băng ghi địa chấn do vậy dấu của nó thường dễ dàng xác định. Tập hợp chuyển động đầu tiên của sóng P thường có khả năng xác định mặt phẳng phân chia các vùng có dấu khác nhau. Sóng S tới khó dùng hơn bởi vì chúng thường đến sau trong băng địa chấn và có thể bị chìm trong các sóng phức tạp. Tuy nhiên, vẫn có khả năng sử dụng các thông tin về sóng S.

Như vậy chúng ta đã xem nguồn của động đất kiến tạo chính là các đứt gãy kiến tạo và dịch trượt trên mặt đứt gãy sẽ tạo ra các sóng địa chấn có biên độ và dấu dịch chuyển đầu tiên tạo thành các thùy nén (+) và dãn (-) xen kẽ và đối xứng. Để có thể sử dụng các đặc trưng của sóng địa chấn để xác định hình thái của đứt gãy, chúng ta cần tìm kiếm mô hình các lực khối có thể tạo ra các sóng địa chấn tương đương với mô hình đứt gãy kiến tạo. Rất nhiều mô hình lực đã được khảo sát như: lực đơn, lưỡng cực và cặp ngẫu lực. Trong trường hợp chung nhất, cặp ngẫu lực cho kết quả phù hợp nhất với các quan sát thực tế.

8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Biễu diễn giải tích của hình thái đứt gãy Trong nhiều ứng dụng kể cả phân tích ten-xơ moment địa chấn, rất hữu ích khi có biểu diễn giải tích đối với quan hệ giữa mặt đứt gẫy, mặt phụ trợ và các trục ứng suất. Trong phần đầu, chúng ta biểu diễn véc tơ pháp tuyến n của mặt đứt gẫy và véc tơ trượt d theo toạ độ địa lý: strike , góc dốc , và góc trượt  theo công thức:   sin  sin  f   cos  cos  f  sin  cos  sin  f      nˆ    sin  cos f . dˆ    cos  sin  f  sin  cos  cos  f  .6)      sin  sin    cos     Trục ứng suất trung gian (trục null) vuông góc với véc tơ pháp và véc tơ trượt, véc tơ đơn vị của các hướng này có thể viết:   sin  cos f  cos  cos  sin  f    ˆ ˆ b  nˆ  d   sin  sin  f  cos  cos  cos f  .7)    cos  sin   Tương tự ta tìm véc tơ p và t dọc theo trục P và T: t  nˆ  dˆ , ti  ni  d i p  nˆ  dˆ , pi  ni  d i .8) bˆ  nˆ  dˆ , b   n d i ijk j k Quan hệ giữa mặt đứt gẫy và mặt phụ trợ có thể xuất phát từ thực tế là véc tơ trượt nằm trên mặt đứt gẫy và là pháp tuyến của mặt phụ trợ và ngược lại.

Điều này cho phép chúng ta tìm mặt nodal thứ hai và véc tơ truợt trên nó (f2, 2, 2) từ mặt nodal thứ nhất và véc tơ trượt trên nó (f1, 1, 1). Ten-xơ moment địa chấn 1.