§éNG §ÊT Vµ SãNG THÇN NGµY 26 TH¸NG 12 N¡M 2004 T¹i ÊN §é

MỞ ĐẦU

Trận động đất tại Sumatra ngày 26/12/2004 vào hồi 00:58:53 tính theo giờ quốc tế, có toạ độ chấn tâm là 3,307 B 95,947 Đ, độ sâu chấn tiêu 30 km. Theo tài liệu của Sở Địa chất Mỹ, chấn cấp động đất 9,0 độ Richter. Chấn tâm cách thành phố Banda Aceh, Sumatra, Inđonesia 250 km về phía nam - đông nam. Đây là một trong 6 trận động đất lớn nhất trên thế giới tính từ năm 1900, và là trận động đất lớn nhất từ 40 năm trở lại đây, kể từ sau trận động đất xảy ra năm 1964 tại Alaska. Sóng thần sinh ra từ động đất đã gây ra thảm hoạ chưa từng có trong lịch sử. Ngày 28/3/2005, hồi 16,09 giờ lại tiếp tục xảy ra một trận động đất chấn cấp 8,7 cách trận động đất trước 150 km về phía đông nam, trong phạm vi đới hút chìm Sunđa. Độ sâu chấn tiêu là 30-32 km. Mặc dù có cùng một cơ chế, nhưng trận động đất này không gây ra sóng thần. Bài viết này có mục đích cung cấp cho độc giả những thông tin về nguyên nhân của trận động đất và sóng thần xảy ra ngày 26/12/2004 và trận động đất ngày 28/3/2005, từ đó có thể rút ra một số điều cảnh báo đối với Việt Nam.

I. ĐỘNG ĐẤT XẢY RA TẠI RANH GIỚI XIẾT ÉP CỦA HAI MẢNG KIẾN TẠO

Trận động đất ngày 26/12/2004 xảy ra trong đới động đất đã được biết đến. Đây là dải động đất kéo dài hàng nghìn km từ phía nam đảo Sumatra, Inđonesia tới Myanmar và Ấn Độ. Về mặt địa chất, đây là ranh giới giữa mảng Ấn Độ và mảng Burma, trong đó mảng Ấn Độ bị hút chìm xuống dưới mảng Burma. Các đảo vùng Sumatra của Inđonesia là hệ thống cung đảo trên đới hút chìm này. Các núi lửa phân bố có quy luật thành một dải ở phía đông bắc của các chấn tâm động đất chính. Theo mặt cắt thẳng đứng, địa hình đáy biển ở đây thay đổi khá đột ngột, từ độ cao hơn 1700 m ứng với đỉnh núi trên đảo Sumatra, chuyển nhanh chóng sang độ sâu gần -4800 m sau đó kéo dài hầu như không đổi. Phân bố chấn tiêu động đất chính và dư chấn theo mặt cắt cũng phản ánh hướng cắm của mảng Ấn Độ chúi xuống dưới mảng Burma. Trận động đất là kết quả giải phóng ứng suất do mảng Ấn Độ bị hút chìm xuống dưới mảng Burma dọc theo máng nước sâu Sunđa. Khung cảnh kiến tạo chung của khu vực khá phức tạp với sự tác động tương hỗ giữa các mảng Ấn Độ, Burma cùng với các mảng Australia, Sunđa và châu Á. Mảng Ấn Độ và mảng Australia chuyển dịch về phía đông bắc với tốc độ 6 cm/năm. Hướng chuyển dịch lệch chéo so với phương của máng sâu Sunđa. Một phần chuyển dịch này được điều chỉnh bởi các đứt gãy trượt bằng và rift giữa mảng Sunđa và mảng Burma. Vị trí của một loạt các dư chấn tiếp theo sau động đất chính cho thấy gần 1000 km của ranh giới giữa hai mảng đã chuyển dịch khi xảy ra trận động đất ngày 26/12/2004. Các hoạt động dư chấn phân bố ở phần trên của ranh giới mảng và kéo dài tới quần đảo Anđaman.

Theo kết quả của Viện Nghiên cứu Động đất thuộc Trường Đại học Tổng hợp Tokyo, cơ cấu chấn tiêu động đất có mặt hướng cắm 30^o, góc cắm 8^o và góc chuyển dịch so với phương nằm ngang là 90^o. Momen động đất bằng 1,8 x 10**22 Nm. Biên độ chuyển dịch lớn nhất theo mặt đứt gãy đạt tới 13,9 m. Các phân tích chi tiết về cơ chế nguồn và giải bài toán ngược về momen động đất cho thấy chuyển dịch theo mặt đứt gãy khá phức tạp với 4 miền riêng biệt có biên độ chuyển dịch khác nhau (Hình 3). Những trận động đất lớn nhất trên thế giới thường xảy ra tại ranh giới hội tụ của hai mảng, nơi có sự xiết ép mạnh mẽ. Dọc đới hút chìm ở bờ đông và bờ tây Thái Bình Dương đã từng xảy ra nhiều trận động đất lớn. Chẳng hạn động đất năm 1960 với chấn cấp 9,4-9,5 ở Chi Lê. Động đất xảy ra năm 1964 ở Alaska có chấn cấp 9,1-9,2. Một trận động đất khác cũng xảy ra ở Alaska năm 1957 có chấn cấp 9,0 – 9,1. Trong số 10 trận động đất lớn nhất xảy ra trong thời gian gần đây, 9 trận trước đều gắn liền với hoạt động xiết ép của đới hút chìm ở rìa Thái Bình Dương. Trận động đất tại Sumatra cũng không phải ngoại lệ, nó liên quan tới đới hoạt động xiết ép của đới hút chìm Sunđa giữa mảng Ấn Độ và mảng Burma. Sóng thần hầu như không được biết đến ở bờ biển Ấn Độ Dương do tần suất xảy ra rất thấp. Trận sóng thần xảy ra năm 1883 do hoạt động núi lửa Krakatoa gây ra sóng cao 1 m ở Sri Lanka không gây ra thiệt hại đáng kể. Tuy nhiên, người dân Inđonesia đã gặp một số trận sóng thần trong quá khứ. Chẳng hạn các trận sóng thần liên quan tới động đất xảy ra vào các năm 1833, 1843 và 1861, dịch về phía đông nam so với trận động đất xảy ra năm 2004 (Hình 5).

Sóng thần do động đất gây ra tại Sumatra

Với biên độ chuyển dịch cực đại dọc theo mặt đứt gãy tới 13,9 m, và độ sâu chấn tiêu rất nông là 30 km, trận động đất ngày 26/12 đã gây ra sóng thần với biên độ cao. Ở nơi nước sâu, sóng truyền với tốc độ cao xấp xỉ 800 km/giờ. Chỉ sau chưa đầy 2 giờ, sóng thần đã tới Sri Lanka. Ở vùng biển nông, tốc độ truyền sóng nhỏ hơn nhiều. Đo đạc tại các trạm ở Sumatra cho thấy sóng cao tới 15 m và tại Sri Lanka độ cao của sóng đạt tới 10 m. Ở quần đảo Anđaman sóng cao hơn 5 m, ở bờ đông của Ấn Độ cao tới 6 m, ở Phu Kẹt Thái Lan, cao tới 5 m. Độ cao của sóng có thể quan sát trên diện rộng nhờ ảnh RADAR. Trên hình 4 ta thấy độ cao và phân bố của mặt sóng chụp tại thời điểm 2 giờ 02 phút sau khi trận động đất xảy ra. Đây là những hình ảnh cụ thể và chính xác mà không có bất cứ mô hình nào dựng lại được. Các quan sát từ viễn thám, đo đạc tại các trạm và khảo sát thực địa chi tiết cho thấy độ cao của sóng nhiều nơi cao hơn rất nhiều so với mô hình. Điều đó chứng tỏ các mô hình chưa hoàn thiện và cần phải hiệu chỉnh. Những quan sát của ảnh vệ tinh phân giải cao như IKONOS, SPOT, QUICKBIRD đã cho thấy hình ảnh cụ thể của sóng, cảnh rút nước ra xa bờ trước khi sóng thần ập đến và đối sánh trước và sau khi xảy ra sóng thần, từ đó vẽ lại bản đồ địa hình cũng như đánh giá thiệt hại, định hướng cho việc tìm kiếm, khắc phục hậu quả (Hình 5).

Động đất kích thích ngày 28/3/2005

Ngày 28/3, vào hồi 16,09 giờ GMT lại tiếp tục xảy ra một trận động đất với chấn cấp 8,7 cách trận động đất trước 150 km về phía đông nam, trong phạm vi đới hút chìm Sunđa (Hình 1). Cơ cấu chấn tiêu động đất xấp xỉ trận động đất trước với góc cắm gần 10^o nghiêng về đông bắc. Trận động đất này hoàn toàn liên quan tới chuyển dịch của mảng Ấn Độ cắm xuống dưới mảng Sunđa. Tuy nhiên, trận động đất này không gây ra sóng thần. Lý giải điều này quả không dễ dàng. Có nhiều nguyên nhân, có thể là trận động đất này có chấn cấp nhỏ hơn trận trước, độ sâu chấn tiêu sâu hơn trận trước một ít, đới đứt gãy phá huỷ lan truyền theo các hướng khác nhau, tốc độ lan truyền phá huỷ cũng khác nhau. Chúng ta hy vọng vấn đề sẽ được sáng tỏ khi các nhà khoa học có đầy đủ số liệu. Một vấn đề lý thú rút ra từ trận động đất này là sự kiểm chứng mô hình biến đổi ứng suất Coulomb. Trận động đất sau có thể xem là động đất kích thích của trận gây ra sóng thần ngày 26/12/2004. Khi động đất lớn xảy ra ở một đoạn nào đó của đới hút chìm ranh giới mảng Ấn Độ và Burma, ứng suất sẽ tăng lên ở một vùng khác, nơi chưa xảy ra phá huỷ tại thời điểm đó. Điều này làm tăng khả năng phát sinh động đất mới trong thời điểm sau đó. Vấn đề này đã được nhiều nhà khoa học kiểm chứng qua sự lan truyền của đứt gãy Anatoni ở Thổ Nhĩ Kỳ. McCloskey và cộng sự tại Trường đại học Ulster đã dựa trên mô hình, xác định được vùng có ứng suất tăng lên 0,1 bar, từ đó dự báo sẽ có một trận động đất lớn xảy ra và có khả năng kèm theo sóng thần gần dọc theo đới hút chìm Sunđa [7]. Dự báo này được đăng trên tạp chí Nature, và chỉ vài ngày sau khi công bố bài báo trên, trận động đất đã xảy ra. Một câu hỏi được đặt ra là liệu với trận động đất gây ra sóng thần và trận động đất kích thích xảy ra tháng 3/2005, còn có trận động đất lớn nào xảy ra trong tương lai hay không và xảy ra ở đâu, với độ lớn như thế nào? Những kết quả nghiên cứu cổ động đất và đứt gãy đang hoạt động cho thấy dịch về đông nam của trận động đất sau (28/3/2005) có dấu hiệu của đoạn đứt gãy Mentawai đang hoạt động và có thể xuất hiện động đất mới trong tương lai [10].

II. CẢNH BÁO VỀ ĐỘNG ĐẤT VÀ SÓNG THẦN ĐỐI VỚI VIỆT NAM

Cảnh báo từ trận động đất và sóng thần tại Ấn Độ Dương là động đất gây ra sóng thần liên quan tới đới hút chìm với cơ chế chuyển dịch xiết ép có biên độ và quy mô chuyển dịch lớn, chấn tiêu động đất nông và chấn cấp đủ lớn. Trận động đất xảy ra sau đó 3 tháng cho thấy ngay cả các điều kiện như trên thoả mãn vẫn có thể không có sóng thần. Các chuyển dịch trượt-bằng dọc theo đứt gãy không gây ra sóng thần. Hai trận động đất lớn xảy ra liên tiếp ở hai thời điểm cũng như không gian gần nhau cho thấy ứng suất đã đạt tới điều kiện tới hạn ở những đới chuyển dịch nhanh. Chỉ cần một sự tăng lên ứng suất rất nhỏ là 0,5 bar cũng đủ làm phát sinh một trận động đất mới.

Việt Nam luôn được xem khá bình ổn, cách xa những vùng có động đất lớn. Một số nhà khoa học cho rằng ở Việt Nam không có nguy cơ sóng thần. Tuy nhiên, từ những số liệu hiện có, chúng tôi nhận thấy mặc dù xác suất xuất hiện sóng thần cực kỳ thấp, nhưng Việt Nam vẫn tiềm ẩn nguy cơ sóng thần vì những lý do sau đây:

Ranh giới giữa các mảng Philippin và Châu Á được vẽ thay đổi theo các tác giả khác nhau. Chẳng hạn theo Tapponier và nnk [5] thì ranh giới trên chạy từ Đài Loan theo trũng Manila về phía tây của Philippin (Hình 7). Một số tác giả khác lại vẽ ranh giới này chạy ở bờ Đông Philippin và cắm về phía tây. Trên sơ đồ phân bố động đất, nhiều trận động đất lớn đã xảy ra dọc theo cả hai đới giả định trên. Với số liệu đo GPS hiện nay [1,3,4,6,8,9], chúng ta có cơ sở để chấp nhận sự tồn tại của một đới hút chìm lớn chạy theo trũng Manila, ở bờ tây của Philippin. Đới hút chìm này cắm về phía đông. Ngoài ra cũng tồn tại một đới hút chìm ở rìa đông Philippin, cắm về phía tây.

Các số liệu GPS đo chuyển dịch tuyệt đối ở Đà Nẵng, Việt Nam và Thái Lan cho thấy chuyển dịch của Đông Dương về phía đông với tốc độ 3 cm/năm ± 0,2 cm. Chuyển dịch tuyệt đối của Philippin về phía tây không dưới 8 cm/năm. Như vậy, tốc độ chuyển dịch tương đối giữa hai mảng không dưới 10 cm/năm. Tốc độ này là rất lớn, nếu so với tốc độ 5-6 cm/năm của mảng Ấn Độ hút chìm dưới mảng Burma. Theo thống kê, phần lớn các trận động đất lớn và sóng thần đều xảy ra dọc ranh giới mảng Thái Bình Dương, vì vậy tiềm năng phát sinh sóng thần ở vành đai Thái Bình Dương cao hơn. Khoảng cách từ Việt Nam tới máng nước sâu Manila xấp xỉ khoảng cách từ máng nước sâu Sunđa tới Sri Lanka. Hướng cắm của đới hút chìm cả hai nơi đều nghiêng về phía đông - đông bắc. Như vậy, nếu động đất xảy ra tại ranh giới mảng Philippin và mảng châu Á thì trong vòng 2 giờ, sóng thần sẽ lan truyền tới bờ biển Việt Nam. Việt Nam cũng giống như Sri Lanka không có hệ thống cảnh báo sớm và người dân không có tập huấn về sơ tán trong trường hợp cần thiết. Phương án xây dựng đê kè chống sóng thần là không khả thi mà phải chú ý tới hệ thống cảnh báo sớm để giảm thiểu thiệt hại về người. Hệ thống này giống như của Nhật, Mỹ, Đài Loan đang sử dụng gồm bộ phận cảm biến dưới đáy biển được truyền lên mặt biển bằng cáp, sau đó chuyển về trung tâm qua vệ tinh. Đồng thời phải có hợp tác quốc tế, nhận trực tiếp thông tin cảnh báo từ Philippin thông qua vệ tinh. Tuy nhiên, trước khi quyết định chỗ đặt các trạm cảnh báo, vấn đề cấp thiết là phải hiểu được các nguồn phát sinh động đất và sóng thần. Khi đó, nghiên cứu động đất lịch sử hay động đất từ các trạm quan sát hoàn toàn chưa đủ, mà cần phải nhìn sâu hơn vào lịch sử bằng nghiên cứu chuyển động kiến tạo trẻ và kiến tạo hiện đại, xác định với độ tin cậy cao chuyển dịch của các mảng và vi mảng. Việc phân tích đặc điểm kiến tạo trẻ không chỉ hạn chế trong lãnh thổ Việt Nam, mà cần phải xem xét toàn bộ Biển Đông, bao gồm cả mảng Philippin và Thái Bình Dương. Nếu như trên đất liền của lãnh thổ Việt Nam đã tiến hành một số đề tài nghiên cứu tai biến như động đất, nứt trượt đất và các tai biến địa chất, thì trên biển hầu như chưa được nghiên cứu mối quan hệ giữa kiến tạo trẻ và kiến tạo hiện đại. Các nhà địa chất dầu khí ít quan tâm tới hoạt động kiến tạo trẻ, còn các nhà địa chất thuộc Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam mới điều tra dải biển nông tới độ sâu 30 m nước. Trong khi đó, hoạt động kiến tạo trẻ quyết định tới một loạt các tai biến về động đất, hoạt động núi lửa, xói lở bờ biển. Nghiên cứu xói lở bờ biển hiện nay chỉ tập trung vào các quá trình ngoại sinh, mà không xem xét mối tương tác nội sinh và ngoại sinh. Trong thời gian gần đây, đã có một số tiến bộ vượt bậc về công nghệ cho phép nghiên cứu kiến tạo trẻ và kiến tạo hiện đại ở vùng biển với độ chính xác cao. Ví dụ phương pháp đo GPS cho phép liên kết các số liệu cách xa hàng nghìn km với độ chính xác cao, cho phép xác định được sự dịch chuyển dịch tuyệt đối của các mảng. Các công nghệ mô hình hoá biến đổi ứng suất từ các dữ liệu chuyển dịch, biến dạng kiến tạo, các công nghệ phân tích trọng lực vệ tinh phân giải cao, phép chụp theo lớp bằng tia X (tomography). Việc xác định được chuyển dịch kiến tạo trẻ và kiến tạo hiện đại cho phép đánh giá định lượng các dạng tai biến nội sinh như động đất, sóng thần, sụt lở ven bờ từ đó đặt cơ sở cho những biện pháp hữu hiệu cảnh báo hoặc giảm nhẹ ảnh hưởng của các dạng tai biến trên. Những công nghệ trên thực tế đã được các nhà khoa học Việt Nam làm chủ. Chẳng hạn, Viện Địa chất thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tiến hành đo GPS để xác định chuyển dịch tương đối dọc đới đứt gãy Sông Hồng, đứt gãy Điện Biên – Lai Châu với độ chính xác vài mm [2]. Trong khuôn khổ hợp tác với Đại học Tokyo, Viện cũng đang tiến hành đo liên tục GPS từ 3 năm nay, cho phép liên kết với các trạm tại Philippin, Vân Nam, Vũ Hán, Nhật Bản, Đài Loan, Thái Lan để xác định được toạ độ và chuyển dịch tuyệt đối của điểm đo. Viện đã tham gia đề án GEODESY, hợp tác với các nhà khoa học Đức xác định vectơ chuyển dịch tại Đà Nẵng [8]. Viện Địa chất cũng đã sử dụng mô hình biến đổi ứng suất Coulomb trong việc đánh giá nguy hiểm động đất cho các đập thuỷ điện Sơn La, Bản Uôn trên sông Mã, cũng như đề xuất phương pháp mới và phần mềm xác định tensơ ứng suất từ cơ cấu chấn tiêu động đất [11, 12].

KẾT LUẬN

Từ thảm hoạ động đất và sóng thần ở Ấn Độ Dương, các nhà khoa học Việt Nam có thể nhận ra một số cảnh báo trong việc phát triển nghiên cứu nhằm giảm nhẹ thiên tai động đất và sóng thần, trong đó vấn đề nghiên cứu kiến tạo hiện đại Biển Đông cần được đẩy mạnh trước một bước, trước khi quyết định đặt các trạm cảnh báo hết sức tốn kém.

Bài viết được hoàn thành với sự trợ giúp của Chương trình nghiên cứu cơ bản.

VĂN LIỆU

1. Chen Z., B. C. Burchfiel, Y. Liu et al., 2000. Global Positioning System measurements from eastern Tibet and their implications for lndia/Eurasia intercontinental deformation. J. Geophys. Res., 105/B7 : 16215 - 16227.

2. Duong Chi Công, J. Feigle, 1999. Geodetic measurement of Horizontal Strain across the Red River fault near Thac Ba, Vietnam, 1963-1994. Journal of Geodesy, 73 : 298-310.

3. lwakuni M. and T. Kato, 2004. Crustal deformation in Thailand and tectonics of lndochina peninsula as seen from GPS observations. Geophys. Res. Letters, 31 : 11612,

4. Kato T. et al., 1998. lnitial results from WLNG, the continuous GPS network in the western Pacific area. Geophys. Res. Lett., 25 : 369- 372.

5. King R. W., F. Shen, B. C. Burchfiel et al., 1997. Geodetic measurement of crustal motion in southwest China. Geology, 25/2 : 179-182.

6. Leloup H. Ph., R. Lacassin, P. Tapponnier, U. Scharer, Zhong Dalai, Liu Xaohan, Zhangshan, Ji Shaocheng and Phan Trong Trinh, 1995. The Ailao Shan - Red river shear zone (Yunnan, China) : Tertiary transform boundary of Indochina. Tectonophysics, 251 : 3 -84.

7. McCloskey J., S.S. Nalbant, and S. Steacy, 2005. Earthquake risk from co-seismic stress. Nature, 434 : 291.

8. Michel G. W., D. Angermann, P. Wilson et al., 1998. Transient versus secular motion: The possible impact of earthquakes and interseismic loading on the GEODYSSEA site motions. Sci. Tech. Rep. STR 98/14 : 75-97. Geoforschungszentrum, Potsdam, Germany.

9. Michel G. W. et al., 2001. Crustal motion and block behaviour in SE Asia from GPS measurements. Earth Planet. Sci. Lett., 187, 239-242.

10. Nalbant S.S., Steacy S., Sieh K., Natawidjaja D., and J. McCloskey, 2005. Updated earthquake hazard in Sumatra. Nature, 435: 756-757.

11. Phan Trong Trinh, 1993. An inverse problem for the determination of the stress tensor from polyphased fault sets and earthquake focal mechanisms, Tectonophysics, 224 : 393-411.

12. Phan Trong Trinh, Hoang Quang Vinh, 2004. Active tectonics, seismotectonics and Coulomb stress change modelling in Sonla Hydropower dam. Proc. of Intern. Symp. on shallow geology and geophysics, p. 116-127.