BƯỚC ĐẦU ÁP DỤNG CÁC THUẬT TOÁN

BƯỚC ĐẦU ÁP DỤNG CÁC THUẬT TOÁN M8 VÀ M8S TRONG NGHIÊN CỨU DỰ BÁO TRUNG HẠN ĐỘNG ĐẤT Ở ĐÔNG NAM Á VÀ VIỆT NAM

CAO ĐÌNH TRIỀU¹, MAI XUÂN BÁCH¹, CAO ĐÌNH TRỌNG²

¹Viện Vật lý Địa cầu, 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội
²Trường Đại học Hữu nghị, Moskva

Tóm tắt: Kết quả bước đầu ứng dụng các thuật toán M8 nhằm dự báo trung hạn động đất ở Đông Nam Á và M8S trong nghiên cứu dự báo trung hạn động đất ở Việt Nam cho thấy:

1. Thuật toán M8 có thể sử dụng có hiệu quả trong nhận diện và dự báo trung hạn động đất mạnh (M7,0+) khu vực Đông Nam Á: trận động đất gây sóng thần lớn Sumatra ngày 26/12/2004 đã được nhận dạng trên cơ sở số liệu động đất đến hết năm 2003 (bán kính 667 km và 3000 km); động đất gây sóng thần M7,7 xảy ra vào hồi 8 giờ 19,25 phút (giờ GMT) ngày 17/7/2006 ở phía nam đảo Java, Inđonesia đã được báo trước, sử dụng số liệu đến hết năm 2005 (bán kính 281 km); và động đất Nam Đài Loan M7,1 xảy ra vào hồi 12 giờ 26,21 phút (giờ GMT), ngày 26/12/2006 cũng đã được báo trước.

2. Thuật toán M8S (M8 mở rộng) là thuật toán phù hợp áp dụng cho nghiên cứu dự báo trung hạn động đất ở Việt Nam. Động đất Tuần Giáo Ms = 6,7, xảy ra vào ngày 24/6/1983 đã nhận diện được trên cơ sở số liệu có được đến năm 1980, với thời gian cảnh báo là từ 1981 đến 1986.

3. Trong khoảng thời gian từ 2006 đến 2010 trên phạm vi khu vực B-TB Lào và vùng giữa Hà Giang với Trung Quốc có thể có nguy cơ xảy ra động đất với chấn cấp lớn hơn 6,5 độ Richter (M6,5+).

I. MỞ ĐẦU

Dự báo động đất nói tới ở đây là phải trả lời được đồng thời ba câu hỏi sau: Động đất xảy ra ở đâu? Mạnh đến mức nào? Và khi nào xảy ra?

Có 4 mức dự báo động đất theo thời gian: 1) Dự báo dài hạn (long-term) với đơn vị thời gian là 10 năm; 2) Dự báo trung hạn (intermediate - term) với đơn vị thời gian là 1 năm; 3) Dự báo ngắn hạn (short-term) theo thời gian là 0,01 - 0,1 năm; 4) Dự báo tức thì (immediate) theo thời gian là 0,001 năm.

Có 4 mức dự báo động đất theo độ lớn của vùng dự báo L (km): 1) Vùng rộng (long-range), đến 100 km; 2) Vùng trung bình (middle-range), 5-10 km; 3) Vùng hẹp (narrow), 2-3 km; 4) Chính xác (exact), 1 km.

M8 là thuật toán dự báo trung hạn động đất, được V.I. Keilis-Borok và V.G. Kossobokov phát triển trên cơ sở dấu hiệu nhận dạng những trận động đất mạnh đã xảy ra trong quá khứ để dự báo nguy cơ phát sinh động đất mạnh trong tương lai [8]. Lần đầu tiên thuật toán này được ứng dụng 8,0 xảy ra trên thế giới. Động vào năm 1984 nhằm dự báo động đất M³đất Loma Prieta năm 1989 đã được dự báo thành công nhờ thuật toán này [1-8].

Thuật toán M8 mở rộng (M8S) lần đầu tiên được áp dụng trong nghiên cứu dự báo trung hạn động đất tại Italia (Romashkova et al., 1998). Chấn cấp dự báo của động đất được lấy ở hai mức là M₀ = 6,0; M₀ = 6,5 và thời gian dùng để mô phỏng dự báo là từ năm 1972 đến 1995 (PFGING - Peresan et al., 1997). Số vòng tròn và bán kính khảo sát đối với các mức dự báo tương ứng là: 14 CI's với R = 192 km cho M₀ = 6,5; và 16 CI's với R = 138 km cho M₀ = 6,0. Sự cải tiến này đã giảm bớt giá trị đòi hỏi từ chuẩn 20 trận/năm bằng một số nhỏ hơn. Tất cả những tham số còn lại của thuật toán M8 không thay đổi, như vậy giảm bớt khả năng tự do của dữ liệu để phù hợp với kích thước [7, 8]. Kết quả là ba trong số bốn trận động đất mạnh nằm trong vùng khảo sát đã được dự báo và cảnh báo. Hai động đất mạnh nhất của Italia là Friuli ngày 6/5/1976, M = 6,5 và Irpinia ngày 23/11/1980, M = 6,7 được dự báo đối với mức M6,5+. Ở mức dự báo M6,0+, một trận động đất (Bovec, ngày 12/4/1998, M = 6.0) được dự báo trong khi động đất Assisi ngày 26/9/1997, M = 6,4 lại không dự báo được. Đối với mức dự báo M5,5+ thì có 9 trong số 14 động đất được dự báo. Trong số các động đất không dự báo được có hai trận nằm trong lãnh thổ Croatia (ngày 25/11/1986, M = 5,5 và ngày 27/11/1990, M = 5,6), hai động đất sâu nằm trên lãnh thổ Italia (ngày 26/02/1991, M = 5,5 và ngày 5/01/1994, M = 5,8) và một trận (ngày 19/9/1979, M = 5,8) xảy ra cách vùng cảnh báo 20 km (Romashkova et al., 1998).

Trong khuôn khổ bài báo này, các tác giả lần đầu tiên thử nghiệm áp dụng các thuật toán M8 và M8S trong nghiên cứu dự báo trung hạn động đất ở Đông Nam Á và Việt Nam. Đây là kết quả của nhiệm vụ hợp tác khoa học và công nghệ theo nghị định thư giữa Việt Nam và Italia giai đoạn 2004-2006 "Tìm kiếm giải pháp thích hợp trong nghiên cứu dự báo động đất ở Việt Nam".

II. THUẬT TOÁN M8

1. Vòng tròn phân tích dự báo động đất (CI's)

Thuật toán M8 khảo sát tính địa chấn trong phạm vi diện tích của những vòng tròn có bán kính khác nhau. Ban đầu người ta sử dụng thuật toán nhằm dự báo động đất có chấn cấp M (magnitude) lớn hơn hoặc bằng 8,0 độ Richter. Kết quả cho thấy với động đất có M = 8,0 thì bán kính (R) của vùng phân tích là cỡ 6⁰. Sau đó người ta đã nghiên cứu mối quan hệ giữa cấp độ mạnh (chấn cấp) động đất với kích thước vùng dự báo. Kết quả thu được về mối quan hệ giữa R và M là cơ sở cho việc khảo sát và xác định bán kính của vòng tròn phân tích dự báo động đất. Giữa bán kính của vùng khảo sát CI's và chấn cấp của động đất dự báo M₀ có mối quan hệ như sau:

R = R(M₀) = 55,5 (exp(M₀ – 5,6) +1)

Từ phương trình trên ta thấy: với động đất M₀= 8,0 có R = 668 km; M₀= 7,5 (R = 427 km); M₀= 7,0 (R = 281 km); M₀= 6,5 (R = 192 km); M₀= 6,0 (R = 138 km).

2. Dư chấn

Ảnh hưởng lớn nhất về hiệu quả của phương pháp phân tích thống kê tài liệu động đất là các dư chấn (aftershocks hay còn gọi là những “đám mây” động đất nhỏ bao quanh động đất lớn theo thời gian). Các dư chấn này có thể bị nhầm lẫn với những động đất nhỏ hơn trừ phi chúng được khử nhiễu hoặc loại bỏ. Trong thuật toán M8 dư chấn được định nghĩa là tất cả những động đất nhỏ hơn xảy ra sau một động đất lớn trong một khoảng thời gian và khoảng cách là những hàm về độ lớn của động đất chính (mainshock).

Khoảng thời gian và khoảng cách vùng dư chấn (aftershock zone) được xác định tương ứng với chấn cấp của động đất chính trên cơ sở quan hệ trong Bảng 1.

Các động đất xảy ra bên trong một vùng dư chấn được loại bỏ khỏi danh mục để tạo ra một danh mục của những động đất chính. Đây là cơ sở chính cho việc loại trừ dư chấn và thành lập danh mục các động đất chính phục vụ cho tính toán dự báo động đất trên cơ sở các thuật toán M8, M8S.

Bảng 1. Bán kính và khoảng thời gian loại trừ dư chấn trong quan hệ với động đất chính

Chấn cấp, M	4,0	4,5	5,0	5,5	6,0	6,5	7,0	7,5	8,0
R(M), km	40	40	50	50	50	100	100	150	200
T(M), ngày	23	46	91	183	183	365	730	913	1096

3. Lựa chọn thời gian bắt đầu và giới hạn chấn cấp

Trên cơ sở bài toán nhận dạng, các số liệu đầu vào được khai triển ở dạng các hàm số. Bước khai triển quan trọng nhất của bài toán là phép trung bình hoá theo không gian và thời gian. Về không gian, các trận động đất được chọn trong một bán kính (CI) đã cho trước phụ thuộc vào chấn cấp của động đất cần dự báo. Khoảng thời gian trung bình s năm là khoảng thời gian mà trong giới hạn đó ta sử dụng các động đất đã phát sinh để mô phỏng dự báo. Điều cần lưu ý đến trong việc lựa chọn động đất phục vụ công tác phân tích dự báo là khoảng thời gian có số động đất đếm được và giá trị chấn cấp của chúng.

Khoảng thời gian lựa chọn cho phân tích được xác định phụ thuộc vào tính hoàn thiện của danh mục động đất. Trong những năm 1960, độ tin cậy và tính đầy đủ của danh mục động đất toàn cầu đã được cải thiện nhờ việc tổ chức một hệ thống các trạm quan sát động đất trên toàn thế giới. Từ năm 1963, tất cả những động đất với chấn cấp M = 5,0 hoặc lớn hơn được xác định và trong nhiều vùng danh mục được hoàn thành tới chấn cấp M= 4,0. Vì vậy, thông thường người ta chọn tháng 1/1963 là mốc thời gian có danh mục động đất quốc tế đầy đủ. Tuy vậy, mốc thời gian này có thể sớm hoặc muộn hơn tuỳ thuộc vào chất lượng của những danh mục động đất địa phương. Nó đòi hỏi khoảng thời gian 20 năm của dữ liệu cho thuật toán để đặt ngưỡng (threshold) dữ liệu có thể xác định được dị thường địa chấn. Trong hầu hết các khu vực nghiên cứu dự báo, người ta thường chọn khoảng thời gian là 10 năm cho dự báo động đất mạnh. Một số hàm trong thuật toán M8 có thể không phụ thuộc vào khoảng thời gian lựa chọn số liệu đối với những vùng có số liệu đầy đủ trong khoảng thời gian dài. Tại các vùng như vậy, chúng ta có thể thay đổi khoảng thời gian (s) dùng cho việc xác định số liệu động đất phục vụ việc mô phỏng dự báo.

Để chuẩn bị số liệu phục vụ tính toán, chúng ta cần chọn giới hạn dưới của chấn cấp (magnitude cutoff). Giá trị giới hạn này phụ thuộc vào độ tin cậy của danh mục động đất, chẳng hạn đối với động đất toàn cầu có thể chọn giới hạn này bằng 4,0, vì nó chưa được xác định chính xác đến M < 4,0.

4. Các hàm đặc trưng của thuật toán M8

Thuật toán M8 không chọn cố định một chấn cấp giới hạn M nào cả, đúng hơn nó chọn số đếm của những động đất theo yêu cầu của việc tính toán. Theo yêu cầu của thuật toán, ta chọn một trong hai mức phân bố động đất chính theo thời gian, số động đất trung bình theo năm, của mỗi vòng tròn khảo sát (CI):

- Thứ nhất là CAT20, thoả mãn điều kiện giới hạn chấn cấp động đất, với giá trị trung bình 20 trận trong một năm. Ví dụ, để phân tích một khoảng thời gian 30 năm với chấn cấp M giới hạn, số trận động đất cần có là: 20 x 30 = 600. Thông thường, với điều kiện giới hạn này ta có số trận động đất lớn hơn 600. Nếu có ít hơn 20 trận trung bình trong một năm trong vòng tròn khảo sát, chúng ta phải quyết định tiếp tục hoặc kết thúc quá trình phân tích. Nếu số trận động đất trung bình trong một năm trong phạm vi vòng tròn khảo sát ít hơn 16 thì quá trình phân tích sẽ không được thực hiện.

- Thứ hai là CAT10, được chọn từ vòng tròn khảo sát giống như cách sử dụng chấn cấp giới hạn ở mức độ thứ nhất, nhưng có số trận động đất trung bình là 10 trong một năm.

Thuật toán M8 sử dụng 7 hàm dữ liệu địa chấn:

- F1(t) là số lần động đất từ mức phân bố thứ nhất CAT20, trong 6 năm trước thời điểm t dự báo;

- F2(t) là số lần động đất [như hàm F1(t)] đối với mức độ phân bố thứ hai của CAT10;

- F3(t) = F1(t) – F'1(t), trong đó, F'1(t) là số trung bình động đất của từng 6 năm một trong khoảng thời gian từ khi bắt đầu phân tích (t₀) đến (t - 6) năm. Sự ước lượng được thực hiện trên CAT20;

- F4(t) cũng giống như F3(t), nhưng được ước lượng trên CAT10.

- F5(t) =S10 ^0,46Mj/ (S1)^2/3 là tỷ số giữa tổng trọng số chấn cấp (magnitude weight) và số trận động đất đó với mũ 2/3: với Mj lớn hơn M₀-0,5, l là số trận động đất trong 6 năm cuối (trước mốc dự báo) thuộc mức phân bố thứ ba (CAT20a): CAT20a = CAT20 - {số trận động đất có chấn cấp Mj lớn hơn M₀- 0,5}.

- F6(t) cũng toán trên mức phân bố thứ tư{tương tự như F5(t), nhưng được tính số trận (fourth population): CAT10a = CAT10 - động đất có chấn cấp Mj lớn hơn M₀ - 0,5}.

- F7(t) nhằm xác định số lần dư chấn. Để tính toán hàm này chúng ta cần xác định mức phân bố (số động đất trung bình trong một năm) thứ năm, CATMS, gồm những động đất chính trong khoảng chấn cấp (M₀ - 2,0, M₀ - 0,2) trong vòng tròn khảo sát CI đã cho. Danh mục của tập hợp này bao gồm số lượng dư chấn Bj xảy ra trong hai tuần đầu tiên sau mỗi trận động đất chính. F7(t) được lấy bằng Bj lớn nhất trong CATMS.

Các hàm được xác định cho từng nửa năm một, tại thời điểm kết thúc t_i = t₀ + (i lần nửa năm). Ta ký hiệu X_i là số trận động đất trong khoảng nửa năm cuối kết thúc tại t_i, và S_i =S10 ^0,46Mij , ở đó{Mij}là chấn cấp của tất cả động đất chính khoảng 0,5 năm thứ i.

Công thức toán học của các hàm đặc trưng là:

F1(t_i) = X_i-11 + X_i-10 +... + X_i [CAT20 ]

F2(t_i) = X_i-11 + X_i-10 +... + X_i [CAT10 ]

F3(t_i) = F₁(t_i) - ( X₁ + X₂ +...+ X_i-12) ^12/(i-12)[CAT20 ]

F4(t_i) = F2(t_i) - ( X₁ + X₂ +...+ X_i-12 )^{12/ (i-12)} [CAT10 ]

F5(t_i) = ( S_i-11+ S_i-10 +... + S_i) /( X_i-11 + X_i-10 +... + X_i)^2/3 [CAT20a]

F6(t_i) = ( S_i-11 + S_i-10 +... + S_i) /( X_i-11 + X_i-10 +... + X_i)^2/3 [CAT10a]

F7(t_i) = max Bj trong những năm trước. [CATMS]

Những ký hiệu trong dấu ngoặc vuông biểu thị danh mục được sử dụng để tính toán giá trị của các hàm tương ứng.

5. Phiếu ủng hộ

Phiếu ủng hộ của các hàm (functions vote) nhằm đưa ra một cảnh báo, hoặc thời gian xác suất gia tăng (TIP - Time of increased probability) của một động đất với chấn cấp bằng hoặc lớn hơn M₀ trong vòng tròn khảo sát (CI). Sáu hàm đầu tiên bỏ phiếu ủng hộ cho một TIP thuộc nhóm 10% trong danh mục xếp hạng. Những phiếu ủng hộ của hàm thứ bảy cho một TIP thuộc nhóm 25% trong danh mục xếp hạng.

6. Cảnh báo về thời gian xác suất gia tăng

Thời gian xác suất gia tăng được đưa ra cho CI khi 5 trong số 6 hàm đầu tiên và hàm thứ bảy đã bỏ phiếu ủng hộ trong 3 năm trước đó, và khi điều kiện này xuất hiện trong 2 lần đánh giá nửa năm liên tiếp. Mỗi một TIP được đưa ra cho thời hạn 5 năm (tính từ thời điểm đưa ra cảnh báo). Khi dữ liệu mới được thêm vào danh mục thì nguyên nhân và giới hạn các hàm bỏ phiếu có thể thay đổi, như vậy một TIP có thể kết thúc sớm hơn hoặc kéo dài hơn 5 năm.

7. Chương trình M8

Phần biểu diễn cuối cùng của thuật toán M8 là chương trình M8 với một tập hợp những giá trị nhất định của các thông số. Giá trị của thông số cung cấp cho chương trình là giá trị ngầm định (default values). Tuy vậy, chương trình M8 cũng cho phép người sử dụng áp dụng những phương án khác nhau của danh mục động đất trên cơ sở quan điểm cụ thể chung nhất của đặc trưng hoạt động

Bảng 2. Bảng các thông số sử dụng trong Chương trình M8

Hằng số	Tên giao tiếp	Mô tả
M₀	M₀	Giới hạn chấn cấp dùng để xác định (dự báo) động đất mạnh
m	M	Giới hạn dưới của chấn cấp động đất dùng để tính toán
M'	MM	Giới hạn trên của chấn cấp động đất dùng để tính toán
M_a	Ma	Giới hạn của chấn cấp để xác định dư chấn
t₀	To	Thời điểm bắt đầu quá trình phân tích
T_b	Tb	Thời điểm bắt đầu xác định dự báo
T_e	Te	Thời điểm kết thúc xác định dự báo
T_*	T^*	Thời điểm xảy ra động đất đặc trưng trong vùng khảo sát
dt	dt	Khoảng thời gian giữa hai lần xác định giá trị
s, u, e	s, u, e	Khoảng thời gian của mỗi lần xác định
t	Tau	Khoảng thời gian kéo dài của một TIP
t_ex	Tex	Khoảng thời gian kéo dài của các phiếu tính toán
b	beta	Hằng số của trọng số hàm mũ trong s(t)
g	d	Luỹ thừa của mẫu số trong s(t)
H, G	H, G	Phiếu giới hạn

III. BƯỚC ĐẦU ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM CÁC THUẬT TOÁN M8, M8S TRONG NGHIÊN CỨU DỰ BÁO ĐỘNG ĐẤT KHU VỰC ĐÔNG NAM Á VÀ BẮC VIỆT NAM

1. Thử nghiệm áp dụng thuật toán M8 trong dự báo động đất khu vực Đông Nam Á

Chương trình M8 đã được sử dụng để dự báo động đất khu vực Đông Nam Á, giới hạn từ 85^o đến 140^o độ kinh Đ và từ -15⁰đến 25⁰ độ vĩ B. Danh mục động đất sử dụng là từ năm 1900 đến hết tháng 7/2005 (theo tài liệu của ISC và của NEIC). Đây là khu vực có hoạt động động đất tích cực và chấn cấp lớn, đạt tiêu chuẩn cho việc sử dụng thuật toán M8 trong dự báo trung hạn động đất. Mức dự báo là M8,0+ và M7,0+; khu vực dự báo có bán kính R = 668 km (tương ứng với M₀= 8,0), R = 281 km (tương ứng với M₀= 7,0); lưới chia toạ độ bằng 5⁰ x 5⁰; thời gian dùng trong dự báo là từ 1985 đến 2005; hạn dự báo là 5 năm kể từ 2006.

1) Đầu tiên là việc ứng dụng thử nghiệm chương trình M8 trong nhận dạng động đất ngày 26/12/2004 với M9,0 xảy ra tại Sumatra. Kết quả cho thấy động đất này đã được nhận dạng trên cơ sở số liệu động đất đến năm 2003 và thuật toán M8 với bán kính 667 km và 3000 km (Hình 1).

2) Sử dụng thuật toán M8 nhằm dự báo trung hạn động đất tại 2 đới Sumatra và Java. Kết quả dự báo được biểu diễn trong Hình 2. Số liệu động đất được sử dụng đến năm 2005. Theo kết quả này thì từ năm 2006 đến 2010, động đất có nguy cơ xảy ra lớn nhất tại trung tâm đới Java, đông bắc và tây đới Sumatra (Hình 2).

Hình 1. Kết quả dự báo động đất Sumatra ngày 26/12/2004 của nhóm nghiên cứu SAND thuộc Trung tâm Vật lý Lý thuyết Trieste: dùng thuật toán M8 với danh mục động đất giai đoạn 1985 - 2003; dùng bán kính R = 667 km cho chuẩn M8,0+; dùng R = 3000 km cho chuẩn M9,0. Kết quả cho thấy tại vòng tròn nghiên cứu 34 có toạ độ tâm 3°B - 97°Đ có biểu hiện thời điểm gia tăng xác suất vào năm 2004. Động đất Sumatra (26/12/2004) có chiều dài vùng nguồn cỡ 1000 - 1300 km, Mw = 9,0.

Theo kết quả này thì trận động đất gây sóng thần M7,7 xảy ra vào hồi 08 giờ 19,25 phút (giờ GMT) ngày 17/7/2006 tại vùng nam đảo Java, Inđonesia đã được báo trước.

Thông số của động đất M7,7 ngày 17/7/2006 như sau: - tọa độ: 9,334⁰ N; 107,263⁰Đ (theo nguồn USGS); - chấn cấp: 7,7 độ Richter; - độ sâu chấn tiêu: 10 km; gây sóng thần làm trên 100 người thiệt mạng ở Inđonesia.

3) Đới động đất Manila được các nhà địa chấn Việt Nam coi là đới có nguy cơ xuất hiện lớn nhất động đất gây sóng thần ảnh hưởng tới bờ biển và hải đảo Việt Nam. Vì vậy, việc dự báo động đất có M7,0+ (R = 281 km) trong phạm vi đới này là cần thiết và có ý nghĩa. Cũng tương tự quy trình nghiên cứu dự báo động đất trên lãnh thổ Việt Nam, đối với đới Manila chúng tôi cũng tiến hành hai bước. Có một điều duy nhất khác biệt là dùng M8 thay vì M8S như đã sử dụng cho Việt Nam.

- Bước 1: sử dụng tài liệu có trước 1996 nhằm dự báo các động đất đã xảy ra trong thời kỳ từ 1996 đến 2000 có M7,0+. Danh mục động đất chính được lấy từ 1975 đến hết năm 1995. Bước thời gian tính (dt) bằng 0,5 năm. Kết quả cho thấy 5 trong số 6 động đất đã xảy ra trong phạm vi đới Manila và kế cận đã được nhận dạng chính xác theo thuật toán M8 (Hình 3).

- Bước 2: sử dụng tài liệu động đất đến năm 2005 nhằm dự báo khu vực có nguy cơ xảy ra động đất với M7,0+ trong thời kỳ 2006 đến 2010. Danh mục động đất chính được lấy từ năm 1980 đến 2005. Bước thời gian tính (dt) bằng 0,5 năm. Kết quả đã chỉ ra được khu vực có nguy cơ xảy ra động đất M7,0+ trong thời gian từ năm 2006 đến 2010 bao trùm phần diện tích bắc đới Manila và nam Đài Loan (Hình 4).

Điều đáng nói ở đây là trận động đất nam Đài Loan M7,2 xảy ra vào hồi 19 giờ 26,21 phút (giờ Hà Nội) ngày 26/12/2006 lại rơi chính vào khu vực dự báo này.

Thông số của động đất M7,1 ngày 26/12/2006 như sau (nguồn USGS): - thời điểm xảy ra động đất: 12 giờ 26, 21 phút (giờ GMT); - toạ độ: 21,819⁰ B; 120,543⁰Đ; - chấn cấp: 7,1 độ Richter; - độ sâu chấn tiêu: 10 km

Hình 2. Những vùng kẻ ô là vùng được cảnh báo có nguy cơ xảy ra động đất
trong thời kỳ 2006-2010 theo kết quả tính của Chương trình M8.

2. Dự báo trung hạn động đất cho miền Bắc Việt Nam

Hoạt động động đất trên lãnh thổ Việt Nam và kế cận có các biểu hiện chung nhất là:

- Chấn cấp cực đại không vượt quá 7,0 độ Richter;

- Phân bố động đất không đồng đều theo diện, tập trung chủ yếu tại các khu vực Tây Bắc Bộ, Bắc Lào và phần lãnh thổ Trung Quốc giáp với Lào Cai - Lai Châu;

- Mật độ trung bình động đất hàng năm không lớn, nhỏ hơn 10 trận trong một năm, chủ yếu nằm trong khoảng 3-6 trận.

Do đặc trưng hoạt động động đất yếu với chấn cấp không cao nên chúng tôi áp dụng thuật toán M8S (M8 mở rộng) cho chuẩn M6,5+ với bán kính R = 192 km, bước thời gian (dt) là 0,5 năm. Danh mục động đất được sử dụng là danh mục đầy đủ có được từ các nguồn khác nhau (Việt Nam, ISC, NOAA, NEIC) từ năm 1900 đến năm 2005. Quá trình phân tích được tiến hành theo 2 bước sau:

Hình 3. Kết quả dự báo động đất ở đới Manila trong khoảng thời gian từ 1996
đến 2000. Các điểm chấm đen là vị trí chấn tâm động đất có M ≥7.0 đã xảy ra trong khoảng thời gian này và đã dự báo được (5 trong số 6 trận). Chấm màu trắng là vị trí chấn tâm trận động đất đã xảy ra nhưng không dự báo được (1 trong số 6 trận).

Hình 4. Kết quả áp dụng M8 trong dự báo động đất ở đới Manila giai đoạn 2006-2010.
Diện tích kẻ ô là khu vực có nguy cơ xảy ra động đất có M ≥7.0

Hình 5. Kết quả áp dụng thuật toán M8S nhận diện động đất Tuần Giáo ngày 24/6/ 1983,
Ms = 6,7 độ Richter.

1) Chạy M8S nhằm nhận diện động đất đã xảy ra trong quá khứ, động đất Tuần Giáo Ms = 6,7 xảy ra vào ngày 24/6/1983. Các thông số được lựa chọn gồm: phủ kín khu vực nghiên cứu (Bắc Việt Nam và lân cận, 18-24° B; 101-108° Đ) bằng những vòng tròn bán kính R = 192 km, tương ứng với M6,5+, những vòng tròn này có tâm phân bố theo lưới 1⁰´1⁰, mô phỏng từ 1975 đến 1980 với tần số động đất trung bình là 3-6 trận/năm trong mỗi vòng tròn dự báo, khoảng thời gian mô phỏng là từ năm 1981 và kéo dài trong 5 năm.

Kết quả cho thấy động đất Tuần Giáo đã được dự báo theo số liệu đến năm 1980 và trên cơ sở chạy chương trình M8S (Hình 5).

2) Chạy chương trình M8S nhằm dự báo động đất có nguy cơ xảy ra trong 5 năm sau năm 2005. Các thông số được lựa chọn gồm: phủ kín khu vực nghiên cứu (Bắc Việt Nam và lân cận, 18-24° B; 101-108° Đ) bằng những vòng tròn bán kính R = 192 km, tương ứng với M6,5+, những vòng tròn này 1°, mô phỏng từ 1995 đến 2005 với có tâm phân bố theo lưới 1° trung bình là 3-6 trận/năm trong´tần số động đất mỗi vòng tròn dự báo, khoảng thời gian mô phỏng là từ năm 2006 và kéo dài trong 5 năm.

Kết quả tính toán cho thấy trong phạm vi nghiên cứu có 2 khu vực có nguy cơ xuất hiện động đất M6,5+ trong khoảng thời gian từ 2006 đến 2010.

Hình 6. Những diện tích kẻ ô là vùng cảnh báo động đất dự đoán có thể xảy ra
trong khoảng thời gian 2006-2010 trên cơ sở sử dụng Chương trình M8S.

IV. KẾT LUẬN

Theo số liệu thống kê của nhóm nghiên cứu SAND thuộc Trung tâm Vật lý Lý thuyết Trieste thì trên 80% trận động đất mạnh xảy ra trên thế giới có M ≥ 8,0 đều có thể dự báo trước khi sử dụng Chương trình M8. Kết quả bước đầu ứng dụng thuật toán M8 nhằm dự báo động đất Đông Nam Á và M8S trong nghiên cứu dự báo trung hạn động đất ở Việt Nam cho thấy:

1) Thuật toán M8 có thể sử dụng có hiệu quả trong nhận diện và dự báo trung hạn động đất mạnh (M7,0+) khu vực Đông Nam Á: trận động đất gây sóng thần lớn Sumatra ngày 26/12/2004 đã được nhận dạng trên cơ sở số liệu động đất đến hết năm 2003 (bán kính 667 km và 3000 km); động đất gây sóng thần M7,7 xảy ra vào hồi 8 giờ 19,25 phút (giờ GMT) ngày 17/7/2006 tại khu vực nam đảo Java, Inđonesia đã được báo trước, sử dụng số liệu đến hết năm 2005 (bán kính 281 km); và động đất Nam Đài Loan M7,1 xảy ra vào hồi 12 giờ 26,21 phút (giờ GMT), ngày 26/12/2006 cũng đã được báo trước.

2) Thuật toán M8 mở rộng (M8S) có thể phù hợp với việc nghiên cứu dự báo trung hạn động đất ở Việt Nam. Động đất Tuần Giáo Ms = 6,7, ngày 24/6/1983 đã nhận diện được trên cơ sở số liệu có được đến năm 1980, với thời gian cảnh báo là từ 1981 đến 1986.

3) Trong khoảng thời gian từ 2006 đến 2010 trên phạm vi khu vực B-TB Lào và vùng nằm giữa Hà Giang với Trung Quốc có thể có nguy cơ xảy ra động đất với chấn cấp > 6,5 độ Richter (M6,5+).

VĂN LIỆU

1. Gabrielov A.M., Dmitrieva O.E., Keilis-Borok V.I., Kossobokov V.G., Kouznetsov I.V., Levshina T.A., Mirzoev K.M., Molchan G.M., Negmatulaev S.Kh., Pisarenko V.F., Prozoroff A.G., Renehart W., Rotwain I.M., Shebalin P.N., Shnirman M.G., Schreider S.Yu., 1986. Algorithms of long-term earthquakes' prediction. CERESIS, Lima (Peru), pp.61.

2. Keilis-Borok V.I., Kossobokov V.G., 1988. Premonitory activation of seismic flow: Algorithm M8. Workshop on Global Geoph. Inf. with Applications to Res. in Earthquake Prediction and Reduction of Seismic Risk, ICTP, Trieste, pp.17.

3. Keilis-Borok V.I., Kossobokov V.G., 1990. Premonitory activation of seismic flow: Algorithm M8. Phys. Earth and Planet. Intern., 61 : 73-83.

4. Keilis-Borok V.I., Kossobokov V.G., 1990. Times of increased probability of strong earthquakes (Mo 7.5) diagnosed by Algorithm M8 in Japan and adjacent territories. J. Geophys. Res., 95/B8 : 12413-12422.

5. Keilis-Borok V.I., Soloviev A.A. (Editor), 2003. Nonlinear dynamics of the lithosphere and earthquake prediction. Springer, Heidelberg.

6. Kossobokov V.G., Healy J.H., Keilis-Borok V.I., Lee W.H.K., 1997. Algorithm for earthquake statistics and prediction. IASPEI Software Library, 6. Seismol. Soc. Am., El Cerrito, CA.

7. Kossobokov V.G., Healy J.H., Dewey J.W., 1997. Testing an earthquake prediction algorithm. Pure Appl. Geophys., 149 : 219-232.

8. Kossobokov V.G., Romashkova L.L., Panza G.F., Perecan A., 2002. Stabilizing intermediate-term medium-range earthquake prediction. J. Seism. Earthquake Eng., 4/2-3 : 11-19.