viÖn khoa häc vµ c«ng nghÖ viÖt nam

MOMEN ĐỊA CHẤN CỦA TRẬN ĐỘNG ĐẤT ĐIỆN BIÊN M = 5,3

TRẦN THỊ MỸ THÀNH

Viện Vật lý Địa cầu, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội

Tóm tắt: Momen địa chấn M₀ là đại lượng đặc trưng cho cường độ động đất, được xác định từ tích giữa diện tích phá hủy đứt gãy (A) do động đất gây ra và dịch chuyển theo mặt đứt gãy (D): M_o = m D A

Biết momen địa chấn, người ta xác định được momen chấn cấp Mw. Đây là đại lượng quan trọng đặc trưng cho độ lớn động đất. Tuy nhiên, xác định M₀ theo công thức trên là một việc khó thực hiện trong thực tế.

Trong bài báo này chúng tôi giới thiệu phương pháp tính M₀theo công thức Andrew D. J. (1986) và kết quả tính M₀trận động đất Điện Biên M = 5,3 và các dư chấn.

I. MỞ ĐẦU

Momen địa chấn M₀ là đại lượng đặc trưng cho cường độ động đất, được xác định từ tích giữa diện tích phá hủy đứt gãy (A) do động đất gây ra và dịch chuyển theo mặt đứt gãy (D): M_o = m D A

trong đó, m là hằng số, m = 3.10¹¹ dyn/cm².

Việc xác định M_o theo công thức trên là một việc khó thực hiện trong thực tế. Với động đất có băng ghi dao động nền đất, ta có thể tính được momen địa chấn từ phổ băng ghi này. Ở Việt Nam, chúng ta có nhiều nghiên cứu về cường độ chấn động động đất, tuy nhiên các nghiên cứu tính toán momen địa chấn còn rất ít. Trong bài báo này, chúng tôi xin trình bày kết quả tính momen địa chấn cho trận động đất Điện Biên ngày 19/2/2001 với chấn cấp M = 5,3 và các dư chấn của nó theo băng ghi dao động nền đất ở trạm Điện Biên.

II. LÝ THUYẾT VÀ THUẬT TOÁN

Brune I.N. [2, 3] đã phát hiện nếu động đất tuân theo mô hình w^-2 thì các tham số động lực của nguồn động đất (tần số góc, momen địa chấn, suy giảm ứng suất) có thể xác định được từ phổ năng lượng (Hình 1). Khi đó tần số góc f_c được tính theo công thức:

(1)

trong đó, ∆s là hàm suy giảm ứng suất của trận động đất, k là hệ số. Phổ gia tốc động đất được tính từ phổ dịch chuyển theo công thức:

(2)

Momen địa chấn (M_o) được tính theo công thức:

(3)

trong đó, S là diện tích phá hủy của động đất

Năm 1986, Andrews D.J. [1] trên tư tưởng mô hình w^-2 với 2 tham số độc lập đã phát triển momen địa chấn và hàm suy giảm ứng suất, đưa ra cách tính tham số nguồn động đất đơn giản hơn từ phổ của băng ghi động đất. Phổ năng lượng của dịch chuyển D²(f) = V²(f)/(2pf) và phổ năng lượng của vận tốc V²(f) được tính nhờ tích phân:

(4)

(5)

Năng lượng bức xạ trong động đất:

(6)

Phổ Brune được tính theo công thức:

(7)

trong đó, tần số góc:

(8)

Đường mức (giới hạn) nằm ngang tại khoảng tần số thấp của phổ :

(9)

Khi đó momen địa chấn được tính theo công thức:

(10)

Lấy giá trị trung bình ; ò là vận tốc sóng ngang, r là khoảng cách chấn tiêu động đất. Trong bài nghiên cứu này, chúng tôi dùng công thức (10) để tính momen địa chấn cho động đất Điện Biên và một số dư chấn.

III. SỐ LIỆU TRẬN ĐỘNG ĐẤT ĐIỆN BIÊN VÀ CÁC DƯ CHẤN

Từ năm 2000, Viện Vật lý Địa cầu đã thiết lập một mạng lưới các trạm quan sát dao động động đất mạnh SSA-1, SSA-2 của Mỹ, đây là các máy ghi gia tốc dao động nền có tần số dao động riêng 0,2 Hz, hệ số tắt dần 0,65, tốc độ lấy mẫu 200 mẫu/giây. Các trạm này được đặt trên nền đá sét kết, bột kết tại Điện Biên, Tuần Giáo, Lai Châu, Sơn La, Hoà Bình và Sa Pa, chủ yếu tập trung trong vùng Tây Bắc Bộ, vùng có mức độ hoạt động động đất mạnh nhất trên lãnh thổ Việt Nam. Đến đầu năm 2001, vào lúc 22 giờ 51 phút ngày 19/ 2, một trận động đất có chấn cấp M_S = 5,3 độ Richter đã xảy ra trên đứt gãy Lai Châu - Điện Biên (đứt gãy kiểu trượt bằng), cách thị xã Điện Biên 20 km về phía tây nam. Cường độ chấn động ở vùng chấn tâm của động đất Điện Biên kéo dài chừng 15-20 km theo hướng BĐB - NTN gây ra trượt lở đá trong núi, nhà sàn rung chuyển mạnh, nhà xây bị hư hại nặng. Sau chấn động chính đã xảy ra rất nhiều dư chấn, trong số đó nhiều trận mạnh từ 4,1 đến 4,8 độ Richter, như các dư chấn 4,2 và 4,8 độ Richter ngay trong đêm 19/2/2001, dư chấn 4,1 độ Richter sáng 24/2/2001 và dư chấn 4,7 độ Richter rạng sáng 4/3/2001 [5]. Gia tốc dao động nền đất của động đất chính và các dư chấn mạnh đã được ghi lai nhờ hệ máy SSA-1, SSA-2 của viện Vật lý Địa cầu. Tổng cộng có 17 băng ghi gia tốc dao động nền đất.

IV. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN

Từ các băng ghi gia tốc dao động nền, chúng tôi biến đổi thành băng ghi dịch chuyển nền đất, tính phổ năng lượng dịch chuyển nền và xây dựng mô hình w^-2 với từng trận động đất (Hình 2). Từ mô hình này, chúng tôi xác định đường mức (W). Thay giá trị này vào công thức (10) để tính momen địa chấn của động đất Điện Biên và một số dư chấn có chấn cấp lớn hơn 4,0 độ Richter. Kết quả được trình bày ở Bảng 1.

Bảng 1. Chấn động chính và dư chấn của trận động đất Điện Biên

STT	Tên động đất	Ngày, tháng, năm	Giờ, phút, giây (GMT)	Vĩ độ	Kinh độ	momen địa chấn M₀(Dyn*cm)	M	Gia tốc cực đại (cm/s²)
STT	Tên động đất	Ngày, tháng, năm	Giờ, phút, giây (GMT)	Vĩ độ	Kinh độ	momen địa chấn M₀(Dyn*cm)	M	N-S	V	E-W
1	DB001	19 02 2001	15h51'34''	21,34	102,85	0,557E+23	5,3	109	90	106,8
2	DB005	19 02 2001	16h40'17''	21,42	102,9	0,227E+22	4,2	14,9	19,7	21,76
3	DB006	19 02 2001	19h02'49''	21,4	102,88	0,122E+23	4,8	61,7	42,45	74,6
4	DB012	24 02 2001	22h14'31''	21,36	102,92	0,188E+22	4,2	28,26	21,26	27,15
5	DB013	04 03 2001	20h18'49''	21,39	102,86	0,166E+23	4,7	21,14	4	42,6

Trận động đất Điện Biên M = 5,3

Dư chấn ngày 19/2/2001 M = 4,2

Dư chấn ngày 19/2/2001 M = 4,8

Dư chấn ngày 24/2/2001 M = 4,2

Dư chấn ngày 4/3/2001 M = 4,7

Hình 2. Mô hình w^-2 của trận động đất Điện Biên và các dư chấn.

V. KẾT LUẬN

Từ mô hình động đất chúng ta tính tham số động lực nguồn động đất, momen địa chấn. Từ mối tương quan giữa momen địa chấn và diện tích phá hủy đứt gãy, chúng ta có thể xác định được diện tích phá hủy do động đất gây nên. Đây là một trong những tham số quan trọng trong việc đánh giá độ nguy hiểm động đất.

Phương pháp xác định các thông số động lực động đất từ phổ dao động nền đất được nhiều nước tiên tiến trên thế giới sử dụng. Ở Việt Nam, chúng ta chưa có đủ điều kiện máy móc phương tiện đo các thông số đặc trưng nguồn động đất việc áp dụng thành công cách tính đặc trưng động lực động đất từ phổ băng ghi dao động nền giúp chúng ta có nhiều thông tin hơn về động đất, góp phần đánh giá ngày càng chính xác độ nguy hiểm động đất.

Bài báo được hoàn thành với sự hỗ trợ của Chương trình Nghiên cứu Cơ bản về Khoa học tự nhiên.

VĂN LIỆU

1. Andrew D. J., 1986. Objective determination of source parameters and similarity of earthquakes of different size. Earthquake Source mechanics, Maurice Ewing, Ed. by S. Das, J. Boatwright and C. H. Scholz, AGU, 6 : 259 - 267.

2. Brune I. N., 1970. Tectonic stress and the spectra of seismic shear waves from earthquakes. J. Geophys. Res., 75 : 4997-5009.

3. Brune I. N., 1971. Tectonic stress and the spectra of seismic shear waves from earthquakes, (connection). J. Geophys. Res., 76 : 5002-5011.

4. Lê Tử Sơn, Nguyễn Quốc Dũng, 2003. Kết quả đầu tiên về quan sát gia tốc nền ở Việt Nam. TC Các Khoa học về Trái đất, 25/1 : 78 - 85. Hà Nội.

5. Lê Tử Sơn, 2004. Động đất Điện Biên Ms = 5,3 ngày 19/02/2001. TC Các Khoa học về Trái đất, 26/2 : 112-121. Hà Nội.