Lời cam đoan. i
Mục lục. ii
Danh mục các chữ viết tắt,các ký hiệu. v
Danh mục các bảng . vi
Danh mục các hình vẽ, đồ thị. vii
Lời cảm ơn . x
MỞ ĐẦU. 1
Chƣơng1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỘNG ĐẤT
KHU VỰC BIỂN ĐÔNG VÀ LÂN CẬN. 7
1.1. Đặc điểm kiến tạo - địa động lực hiện đại khu vực Biển Đông và kế cận. 7
1.2. Tình hình nghiên cứu đặc điểm hoạt động động đất khu vực Biển Đông15
1.2.1. Vài nét về việc thành lập danh mục động đất. 15
1.2.2. Tình hình nghiên cứu về đặc điểm hoạt động động đất khu vực Biển
Đông. 24
1.2.3. Tình hình nghiên cứu dự báo độ lớn động đất cực đại khu vực Biển
Đông. 29
KẾT LUẬN CHƢƠNG 1. 32
Chƣơng 2: PHẠM VI KHU VỰC NGHIÊN CỨU, SỐ LIỆU SỬ DỤNG VÀ
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. 33
2.1. Phạm vi khu vực nghiên cứu. 33
2.2. Số liệu sử dụng. 35
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu. 37
2.3.1. Phƣơng pháp so sánh, đối chiếu . 37
2.3.2. Phƣơng pháp phân tích hồi quy . 37
2.3.3. Phƣơng pháp cửa sổ không gian - thời gian . 39
2.3.4. Phƣơng pháp phân bố cực trị tổng quát . 40
132 trang |
Chia sẻ: honganh20 | Ngày: 03/03/2022 | Lượt xem: 339 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Đặc điểm hoạt động động đất khu vực biển đông, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
biển này
là “Biển Luzon”, trong khi Việt Nam gọi nó là Biển Đông,...v.v. Do đó,
trong nghiên cứu này, nghiên cứu sinh gọi tên biển theo tên truyền thống
của ngƣời Việt Nam vẫn thƣờng gọi là Biển Đông (BĐ).
Bảng 2.1: Giới hạn địa lý của Biển Đôngtheo Tổ chức Thủy văn Quốc tế.
(
Vĩ độ nhỏ nhất 3° 13' 8" S (-3.2189°)
Kinh độ nhỏ nhất 102° 13' 17.8" E (102.2216°)
Vĩ độ lớn nhất 25° 36' 23.4" N (25.6065°)
Kinh độ lớn nhất 122° 10' 1.6" E (122.1671°)
Trong công trình nghiên cứu hoạt động kiến tạo trẻ, kiến tạo hiện đại và
địa động lực BĐtheo đề tài KC-09-23, các tác giả chọn tọa độ vùng nghiên
cứu là: = 1000 - 1180E và φ = 4030’ - 230 30’N (Trần Nghi (Chủ biên),
2006).Tác giả Nguyễn Hồng Phƣơng đã thành lập bản đồ độ nguy hiểm
động đất Việt Nam và BĐ năm 2004 khi chọn khu vực nghiên cứu trong
phạm vi kinh độ Đông: = 1000 - 1220E và vĩ độ: φ = 40S - 260N (Nguyễn
Hồng Phƣơng, 2004).Tiếp đó năm 2012 tác giả này đã mở rộng phạm vi
nghiên cứu giới hạn bởi kinh độ Đông: = 1000E - 1300E và vĩ độ: φ =
4
0
S– 260N để nghiên cứu về các nguồn động đất gây sóng thần có khả năng
ảnh hƣởng đến bờ biển Việt Nam (Nguyễn Hồng Phƣơng, 2012).
36
Hình 2.1: Giới hạn khu vực Biển Đông theo Tổ chức Thủy văn Quốc tế
(
Tác giả Nguyễn Văn Lƣơng và các cộng sự khi nghiên cứu trƣờng ứng
suất kiến tạo và các chuyển động hiện đại trong vỏ trái đất khu vực BĐ đã
chọn khu vực nghiên cứu giới hạn bởi λ = 1020 E - 1200E và φ = 40 N -
25
0N (Nguyễn Văn Lƣơng và nnk, 2008).
Tác giả Phan Trọng Trịnh và các cộng sự đã nghiên cứu sự phân bố các
đứt gãy trẻ và động đất khu vực BĐ và kế cận trong phạm vi khu vực giới
37
hạn bởi λ = 1000 - 1300E; φ = 40S - 260N (Phan Trọng Trịnh và nnk, 2011).
Trong luận án tiến sĩ của mình tác giả Nguyễn Văn Hƣớng đã chọn khu
vực nghiên cứu giới hạn bởi λ = 1000 - 1260E; φ = 00 - 260N với khu vực
trọng tâm có tọa độ: λ = 1050 - 1180E; φ = 00 - 250N (Nguyễn Văn Hƣớng,
2012).
Trong luận án này, với mục đích đánh giá độ lớn động đất cực đại
(Mmax), nghiên cứu đặc điểm hoạt động động đất khu vực BĐ, và để phù
hợp với tập số liệu đã thu thập đƣợc, phạm vi khu vực nghiên cứu đƣợc
chọn giới hạn bởi các toạ độ: = 50S - 26°N; = 100°E - 1270E (hình
2.2).
2.2. Số liệu sử dụng
Số liệu động đất khu vực BĐ và lân cận đƣợc thu thập trong chu kỳ từ
năm 1900 đến 12/2017. Một thực tế là những trận động đất xảy ra trong
khu vực nghiên cứu có thể là TC hoặc DC của một trận động đất mạnh hơn
nằm ngoài khu vực, do vậy NCS thu thập thêm số liệu trong phạm vi: =
11,2
0
S - 35,5°N; = 92,5°E - 1320E.
Thu thập và chỉnh lý số liệu về động đất có đƣợc từ các nguồn khác
nhau: Trung tâm địa chấn quốc tế - International Seismological Centre
(ISC)(gồm 283485 trận động đất), Cục khảo sát địa chất Hoa Kỳ - U.S.
Geological Survey (USGS) (gồm 86644 trận động đất), Hệ thống tích hợp
cảnh báo sớm rủi ro khu vực Châu Phi và Châu Á - Regional Integrated
Multi-Hazard Early Warning System for Africa and Asia (RIMES) (gồm
7655 trận động đất - tổ chức này mới thành lập nên chỉ có dữ liệu từ 2011
đến nay), cho phép thành lập đƣợc danh mục động đất khu vực BĐ và lân
cận giai đoạn 1900 - 2017 gồm 377784 trận động đất với độ lớn3 ≤ M ≤
9,1. Ở đây M là giá trị độ lớn động đất theo các thang khác nhau nhƣ ML,
MS, mb,Mw,
38
Hình 2.2: Phạm vi khu vực Biển Đông và lân cận.
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
Với những số liệu đã thu thập đƣợc ở trên, để thành lập DMĐĐ cho
khu vực BĐ trong nghiên cứu này sẽ sử dụng các phƣơng pháp: Phƣơng
39
pháp so sánh, đối chiếu số liệu để loại bỏ động đất ghi lặp; Phƣơng pháp
phân tích hồi quy để xác định mối tƣơng quan giữa các loại magnitude;
Phƣơng pháp hàm Phƣơng pháp cửa sổ không gian - thời gian để tách TC
và DC; và phƣơng pháp phân bố cực trị tổng quát để đánh giá Mmax.
2.3.1. Phƣơng pháp so sánh, đối chiếu
Nhƣ đã biết, tọa độ của các trận động đất đƣợc cho bởi hai thành phần
vĩ độ và kinh độ địa lý, còn độ lớn động đất đƣợc xác định bằng nhiều cách
khác nhau theo những thang đo khác nhau. Khi thu thập số liệu từ các tổ
chức địa chấn trên thế giới sẽ không tránh khỏi việc cùng một trận động đất
nhƣng các tổ chức khác nhau lại công bố các thông số về thời gian, tọa độ,
độ sâu và độ lớn của nó một cách khác nhau. Do đó, cần phải xem xét để
lựa chọn số liệu về trận động đất đó theo công bố của tổ chức nào. Trong
những trƣờng hợp nhƣ vậy, ở luận án này, việc lựa chọn số liệu đƣợc thực
hiện theo công bố của Trung tâm địa chấn quốc tế - ISC.
2.3.2. Phƣơng pháp phân tích hồi quy
Nhƣ đã trình bày ở phần tổng quan, tập số liệu địa chấn đƣợc thu thập
từ các nguồn khác nhau và giá trị độ lớn động đất cũng đƣợc công bố theo
các thang độ lớn khác nhau mà phổ biến nhất là các thang: Thang
magnitude địa phƣơng (ML) hay còn gọi là thang Richter, thang magnitude
theo sóng mặt (MS), thang magnitude theo sóng khối (Mb hoặc mb đƣợc kí
hiệu chung là MB), và thang magnitude moment (Mw). Vì vậy để đảm bảo
tính thống nhất trong kết quả nghiên cứu cần phải quy đổi các giá trị
magnitude động đất về một thang độ lớn duy nhất.Để chuyển đổi các giá trị
ML, MS, MB về giá trị Mw cần xây dựng các hàm hồi quy nhƣ đã trình bày ở
mục 1.2.1. Phép phân tích hồi quy bằng phƣơng pháp bình phƣơng tối thiểu
cũng đã đƣợc chỉ ra là phổ biến và khả thi. Do vậy phƣơng pháp này sẽ
40
đƣợc sử dụng trong luận án không chỉ để xây dựng các hàm hồi quy giữa
các giá trị ML, MS, MB với giá trị Mw mà còn đƣợc sử dụng cho cả việc xác
định hàm phân bố Gutenberg-Richter về mối liên hệ giữa số lƣợng động đất
với độ lớn động đất.
Để nghiên cứu các mối quan hệ tƣơng quan cần thực hiện các bƣớc sau:
+ Cần phải xác định đƣợc dạng tƣơng quan sát nhất với đƣờng hồi quy
thực nghiệm. Sau đó xác định các tham số của đƣờng hồi quy. Trong luận
án này,phƣơng pháp đƣợc sử dụng để xác định các tham số của đƣờng hồi
quylà phƣơng pháp bình phƣơng tối thiểu.
+ Kiểm định độ chặt chẽ và độ tin cậy của các hàm tƣơng quan.
+ Lựa chọn hàm tƣơng quan phù hợp nhấtdựa vào độ lệch tiêu chuẩn
(càng nhỏ càng tốt), hệ số tƣơng quan R (R càng lớn càng tốt) và các kiểm
định cần thiết.
Dƣới đây sẽ trình bày chi tiết phƣơng pháp bình phƣơng tối thiểu để
xác định các tham số của đƣờng hồi quytuyến tính đơn:
Có các cặp đôi dữ liệu thực nghiệm: (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3),, (xn, yn)
Gọi X = , Y = .
Phƣơng trình liên hệ giữa hai biến độc lập x và y là: y = a + bx
(2.1)
Phƣơng pháp bình phƣơng tối thiểu là việc xác định các giá trị a và b
làm cho tổng của (Yi – a – bXi)
2
đạt giá trị nhỏ nhất. Các giá trị này đƣợc
tính bởi các công thức sau:
b =
∑ ̅ ̅
∑
̅
(2.2)
41
a = ̅ - b ̅ (2.3)
2.3.3. Phƣơng pháp cửa sổ không gian - thời gian
Có nhiều phƣơng pháp tách TC, DC từ DMĐĐ. Dƣới đây chúng ta sẽ
điểm qua các phƣơng pháp phổ biến nhất:
Phương pháp mô hình và đánh giá thống kê(the modelling and
statistical estimation). Trong phƣơng pháp này, quá trình địa chấn đƣợc mô
tả bằng các mô hình giả định về các mối quan hệ không gian và thời gian
của TC, DC với KĐC. Bài toán mô hình phân bố thời gian - magnitude, mô
hình Omori, mô hình Omori cải biên, là các ví dụ cụ thể cho phƣơng pháp
này (Utsu, 2002).
Phương pháp cửa sổ (the window method). Phƣơng pháp này cho rằng,
TC và DC là những trận động đất xảy ra trong một khoảng thời gian và
không gian xác định phụ thuộc vào độ lớn của kính động chính (KĐC).
Theo đó, có hai hƣớng nghiên cứu.
Một là, coi thời gian và không gian của TC, DC là các biến đồng nhất
thỏa mãn điều kiện cửa sổ chung(Utsu, 2002):
d
2
= c
2
(t - t0)
2
+ (g - g0)
2
(2.4)
Trong đó: t, g lần lƣợt là thời gian, vị trí của TC hoặc DC; t0, g0 lần lƣợt
là thời gian, vị trí của KĐC; c là tham số, d là giá trị cửa sổ.
Xét phƣơng trình (2.4), ta thấy c là tham số thực nghiệm không có thứ
nguyên, do đó hai đại lƣợng trong biểu thức ở vế phải của phƣơng trình
không đồng thứ nguyên. Do vậy phƣơng trình này chỉ mang ý nghĩa là điều
kiện ràng buộc chủ quan mà không mang ý nghĩa vật lý.
Hai là, coi thời gian và không gian của TC, DC là các biến riêng biệt
thỏa mãn điều kiện cửa sổ thời gian riêng, không gian riêng(Ngô Thị Lƣ và
các cộng sự, 2000):
|t - t0| < T; |g - g0| < D; M < M0(KĐC) (2.5)
42
Trong đó: T, D lần lƣợt là giá trị cửa sổ thời gian và không gian ứng
với KĐC. M, M0 tƣơng ứng là độ lớn của TC hoặc DC và của KĐC.
Theo cách tiếp cận này, với một giá trị M0 xác định của KĐC sẽ có
cùng một giá trị cửa sổ cho TC và DC (Ngô Thị Lƣ và các cộng sự, 2000;
Vũ Thị Hoãn và các cộng sự, 2016).
Tuy nhiên, theo tác giả Ngô Thị Lƣ thì khoảng thời gian từ khi xảy ra
TC đến thời điểm xảy ra KĐC và khoảng thời gian từ khi xảy ra KĐC đến
khi xảy ra DC là rất khác nhau. Do đó, trong công trình (Ngô Thị Lƣ và
Trần Việt Phƣơng, 2013) các tác giả đã xây dựng một chƣơng trình tách TC
và DC khỏi DMĐĐ, cho phép lựa chọn cửa sổ thời gian riêng cho TC và
DC.
Ƣu việt của chƣơng trình này là nó bao gồm một hệ thống các cửa sổ
mở cho phép ngƣời dùng tùy chỉnh giá trị cửa sổ thời gian, không gian sao
cho phù hợp với tập số liệu và đặc tính địa chấn của khu vực nghiên cứu.
Do vậy, chƣơng trình này sẽ đƣợc nghiên cứu sinh sử dụng để tách TC -
DC cho DMĐĐ BĐ mở rộng.
2.3.4. Phƣơng pháp phân bố cực trị tổng quát để đánh giá Mmax
Nhƣ đã nêu trong phần tổng quan, nghiên cứu dự báo độ lớn động đất
cực đại (Mmax)đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá độ nguy hiểm
động đất và rủi ro địa chấn. Có nhiều phƣơng pháp xác định độ lớn cực đại
của động đất đã đƣợc áp dụng nhƣ: phƣơng pháp tính Mmax theo quy mô
vùng phát sinh động đất, phƣơng pháp ngoại suy địa chất, phƣơng pháp xác
suất. Trong các phƣơng pháp này thì phƣơng pháp xác suất luôn dành đƣợc
sự quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học. Tuy nhiên, các phƣơng pháp
xác suất đƣợc áp dụng bởi các tác giả khác nhau cũng cho những kết quả
khác nhau. Đồng thời trong các công trình đánh giá Mmax cho khu vực BĐ
còn tồn tại một vài hạn chế nhƣ đã phân tích trong phần tổng quan. Một
43
trong những hạn chế là việc chọn bƣớc nhảy thời gian chƣa đƣợc lý giải
thỏa đáng. Mặt khác, các phƣơng pháp xác suất trƣớc đây có nhƣợc điểm
chung là không xác định đƣợc mốc thời gian dự báo. Vấn đề này đã đƣợc
giải quyết cơ bản trong lý thuyết hàm phân bố cực trị tổng quát (GEV).
Pisarenko cùng các cộng sự đã áp dụng và phát triển phân bố GEV trong
lĩnh vực địa chấn một cách hiệu quả (Pisarenko et al., 2008, 2010).
Vì vậy, trong luận án này, nghiên cứu sinh sẽ áp dụng hàm phân bố cực
trị tổng quát để đánh giá Mmax cho khu vực BĐ.
Dƣới đây sẽ trình bày cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp.
Hàm phân bố cực trị tổng quát có dạng (Pisarenko et al., 2008, 2010):
( | )
{
( ( ) ( – ) –
( – *
–
+)
(2.6)
Trong đó, x là biến số (cụ thể trong nghiên cứu này x là các giá trị độ
lớn động đất), s là tham số tỉ lệ, m là tham số vị trí, là tham số hình dạng.
Để xác định đƣợc hàm GEV ta cần xác định đƣợc 3 tham số , s, m
trong công thức (2.10). Các tham số , s, m đƣợc xác định trong từng
khoảng thời gian T, bằng cách giải hệ 3 phƣơng trình 3 ẩn sau:
∑
( ) (2.7)
∑ ( )
(
) * ( ) ( ( ))
+ (2.8)
∑ ( )
( )
* ( ( ))
( ) ( )
( )+
(2.9)
Với Γ(t) là hàm gamma: Γ(t) = ∫
, n là số trận động đất
trong từng khoảng thời gian T, k là chỉ số chạy, xk là giá trị độ lớn động đất.
44
Từ phƣơng trình (2.12) và (2.11) rút ra:
s =
( ) ( ( ))
(2.10)
m =
( )
(2.11)
Thay s ở phƣơng trình (2.10) vào phƣơng trình (2.11) ta sẽ đƣợc
phƣơng trình của ẩn . Giải phƣơng trình này sẽ đƣợc . Tiếp tục giải các
phƣơng trình (2.7-2.8) sẽ đƣợc s và m.
Với N khoảng thời gian T trong suốt chu kì số liệu nghiên cứu, ta đƣợc
N bộ giá trị của 3 tham số , s, m. Lấy trung bình lần lƣợt của 3 tham số
này cho chúng ta giá trị của các tham số(T), s(T), m(T).
Gọi τ là khoảng thời gian dự báo (tính từ thời điểm có sự kiện động đất
mạnh đƣợc chọn làm sự kiện tựa). Các tham số , s, m đƣợc biểu diễn nhƣ
là hàm của τbằng các công thức (2.12-2.16) dƣới đây:
() = (T); (2.12)
s() = s(T) (/T); (2.13)
m() = m(T) + (s(T) /) [(/T) - 1] ; (2.14)
Giá trị của điểm phân vị trong khoảng thời gian này là:
Qq() = h + (s/) [a ()
- 1] (2.15)
Trong đó:
a = [log(1/q)]
-
,h = m + (s/) [(T)- -1;s = s. (T)-.
Khi → ∞ thì Qq() = Mmax()→Mmax:
Mmax
dự báo
= () (2.16)
Việc xác định khoảng thời gian T phù hợp với từng DMĐĐ là việc
làm quan trọng, quyết định đến giá trị của 3 tham số , s, m của hàm GEV.
Để tìm T trƣớc hết ta cần xác định mật độ phân bố Poisson λ ( λ là tần suất
45
xảy ra động đất có độ lớn M ≥ M*, với M* là giá trị magnitude ngƣỡng,
đƣợc chọn sao cho số trận động đất có M ≥ M* không vƣợt quá 10% tổng
số trận động đất ban đầu).
λ =
, với n là số lƣợng động đất độc lập trong DMĐĐ nghiên cứu, t là
khoảng thời gian nghiên cứu.
Trong toàn bộ khoảng thời gian nghiên cứu (t), nếu T là phân đoạn
thời gian đƣợc chọn thì số lƣợng chu kì nhỏ đƣợc chia ra theo T là: N =
.
Tác giả Pisarenko và các cộng sự đã chỉ ra rằng số khoảng chu kì này
không thể quá nhỏ vì nó sẽ làm cho việc xác định các tham số của hàm
GEV trở lên không đáng tin cậy (Pisarenko et al., 2008). Số lƣợng động đất
trung bình trong mỗi khoảng T là:
̅=
=λT.
Bƣớc nhảy T(ngày) phải thỏa mãn 3 điều kiện sau:
a/ Trong phân đoạn thời gian T bất kì luôn có sự kiện động đất.
b/ Giá trị ̅= λT càng lớn càng tốt, đồng thời số khoảng chu kì N ≥100 .
c/ Giá trị của tham số đủ lớn và ổn định để xác định đƣợc hàm phân
bố cực trị tổng quát.
Nhƣ vậy, sau khi tìm đƣợc khoảng thời gian T thích hợp, trong mỗi
khoảng thời gian đó tìm đƣợc 1 bộ 3 tham số , s, m. Từ đó sẽ xác định
đƣợc hàm GEV, giá trị của điểm phân vị Qq(), đồng thời đánh giá đƣợc giá
trị Mmax.
Để xác định sai số của các tham số , s, m ta dùng phƣơng pháp bình
phƣơng tối thiểu đƣợc biểu diễn bởi các công thức sau (Gumbel, 1958):
[∑( ̅ )
]
46
[∑( ̅ )
]
[∑( ̅̅̅̅ )
]
Kết luận chƣơng 2:
Tóm lại, trong luận án đã lựa chọn phạm vi khu vực Biển Đông giới
hạn bởi các tọa độ: = 50S - 30°N; = 100°E - 1270E. Số liệu động đất thu
thập đƣợc gồm 377784 sự kiện với 3 ≤ M ≤ 9,1. Các phƣơng pháp chính
đƣợc sử dụng để nghiên cứu đặc điểm hoạt động động đất và đánh giá độ
lớn động đất cực đại khu vực Biển Đông là phƣơng pháp so sánh đối chiếu,
phƣơng pháp phân tích hồi quy tuyến tính, phƣơng pháp cửa sổ không gian
thời gian và phƣơng pháp GEV.
Với các phƣơng pháp nghiên cứu này, dƣới đây nghiên cứu sinh sẽ tiến
hành xử lý tập số liệu nêu trên phục vụ thành lập DMĐĐ, nghiên cứu và
đánh giá đặc điểm hoạt động động đất khu vực Biển Đông.
47
CHƢƠNG 3
THÀNH LẬP DANH MỤC ĐỘNG ĐẤT THỐNG NHẤT KHU VỰC
BIỂN ĐÔNG VÀ LÂN CẬN
Để nghiên cứu đặc điểm hoạt động động đất và đánh giá Mmax cho khu
vực BĐ cần phải thành lập một DMĐĐ thống nhất cho khu vực này. Với
mục đích đó, NCS đã tiến hành thu thập số liệu từ các nguồn khác nhau
nhƣ đã nêu ởchƣơng 2. Tuy nhiên, cần lƣu ý rằng, trong tập số liệu đã thu
thập, với cùng một trận động đất các tổ chức khác nhau có thể công bố các
tham số xác định trận động đất đó khác nhau. Có khi sự khác nhau này là
khác về thời điểm phát sinh động đất, có khi sai khác về vị trí của trận động
đất, cũng có khi là độ lớn của động đất. Thêm vào đó, một trận động đất
xảy ra trong khu vực Biển Đông có khả năng là TC hoặc DC của một trận
động đất mạnh hơn ngoài khu vực. Do đó cần thiết phải phân tích, chỉnh lý
số liệu, thống nhất DMĐĐ và tách TC, DC trƣớc khi sử dụng nó cho các
nghiên cứu tiếp theo.
3.1. Phân tích và chỉnh lý số liệu phục vụ nghiên cứu
Từ tập hợp số liệu ở trên, các phép thử khác nhau đã đƣợc tiến hành để
tìm ra nguyên tắc xác định các sự kiện có mặt trong công bố của các tổ
chức khác nhau phù hợp nhất cho DMĐĐ khu vực Biển Đông và lân cận
nhƣ sau:
- Tổng độ lệch về vĩ độ và kinh độ không vƣợt quá 0,10 hoặc
- Chênh lệch về thời gian không quá 60 giây, trong khi các thông số còn
lại giống hệt nhau.
Theo điều kiện ở trên, trong danh mục có 61266 trận thỏa mãn điều
kiện, còn lại316518 trận động đất khác nhau. Số trận động đất khác nhau
48
này sẽ đƣợc dùng trong các nghiên cứu tiếp dƣới đây mà đầu tiên là để xây
dựng các hàm tƣơng quan giữa các loại magnitude.
3.2. Xây dựng các hàm tƣơng quan giữa các loại magnitude
Nhƣ đã nêu trên DMĐĐ thu thập đƣợc bao gồm các loại magnitude
khác nhau, vì vậy để thành lập DMĐĐ thống nhất, cần phải qui chuẩn các
loại magnitude khác nhau về một loại magnitude duy nhất. Để làm điều đó,
cần phải xây dựng các hàm tƣơng quan giữa các loại magnitude. Các hàm
số này sẽ lần lƣợt đƣợc xây dựng dƣới đây bằng phần mềm Matlab.
3.2.1. Hàm tƣơng quan Mw = f(Ms)
Trƣớc tiên, ta sẽ xây dựng hàm Mw = f(Ms) dạng đƣờng thẳng hồi quy
tuyến tính bậc nhất. Trên cơ sở sử dụng số liệu của 1093 sự kiện có đồng
thời cả giá trị Mw và Ms, đã xây dụng đƣợc hàm tƣơng quan Mw =
f(Ms)dạng bậc nhất và bậc hai (hình 3.1):
Mw = 0.71*Ms + 1.80 (3.1)
Với hệ số tƣơng quan R = 0,95.
Mw = 0.02*Ms
2
+ 0.56*Ms + 2.12 (3.2)
Đƣờng cong hồi quy bậc hai tỏ ra phù hợp hơn đƣờng thẳng hồi quy
bậc nhất tuy nhiên vẫn còn sự khác biệt rõ ràng về tƣơng quan giữa các
điểm thực nghiệm (Ms,Mw) ở phía trên và phía dƣới đƣờng cong bậc hai
này. Do vậy, tập số liệu sẽ đƣợc tách ra làm hai tập con, một tập gồm
những giá trị ứng với Ms< Ms* và tập còn lại ứng với Ms≥ Ms*. Hai hàm số
tƣơng ứng sẽ đƣợc tìm dƣới dạng đƣờng thẳng hồi quy tuyến tính bậc nhất,
dƣới đây kí hiệu là f1a và f1b, với hệ số tƣơng quan tƣơng ứng là R1a , R1b.
Để tìm giá trị ranh giới Ms* ta cần thử nghiệm các giá trị Ms lân cận 5.5, ở
đây Ms sẽ lấy trong khoảng từ 5.2 đến 5.7. Do sự ƣu tiên cho những sự kiện
lớn nên phƣơng pháp trọng số sẽ đƣợc áp dụng khi lựa chọn Ms* bằng cách
49
lựa chọn giá trị Ms* sao cho giá trị R1=
lớn nhất. Các giá trị R1a ,
R1b và R1 nhƣ ở bảng 3.1 dƣới đây.
Từ bảng 3.1 và các lập luận ở trên, Ms* đƣợc chọn là 5.7. Với cách
phân chia này thì đồ thị các hàm số f1a và f1b nhƣ đƣợc chỉ ra trên hình
3.1.
Bảng 3.1: Các giá trị R1a , R1b và R1 tƣơng ứng với các giá trị Ms*.
Ms* 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7
R1a 0.857 0.861 0.867 0.870 0.876 0.872
R1b 0.800 0.779 0.765 0.757 0.749 0.912
R1=
0.819 0.806 0.799 0.795 0.791 0.899
Theo đó, phƣơng trình hàm hồi quy tƣơng ứng Mw (Ms) nhƣ đƣợc chỉ
ra trên hình 3.2 là:
f1a(Ms) = Mw = 0.70* Ms + 1.85 (với Ms< 5.7) (3.3)
f1b(Ms) = Mw = 0.77*Ms + 1.52 (với Ms ≥ 5.7) (3.4)
Để thấy rõ sự khác biệt giữa đồ thị các hàm số: f1(hàm bậc nhất ứng
với toàn bộ tập số liệu), f2 (hàm bậc hai ứng với toàn bộ tập số liệu), f1a
(hàm bậc nhất ứng với Ms< 5.7), f1b (hàm bậc nhất ứng với Ms ≥ 5.7), dƣới
đây hình vẽ sẽ đƣợc phóng to các đoạn đồ thị ứng với Ms ≥ 5 nhƣ đƣợc chỉ
ra trên hình 3.3.
Tổng bình phƣơng sai số của các hàm tƣơng ứng (chỉ xét Ms ≥ 5) đƣợc
đƣa ra trong bảng 3.2.
Bảng 3.2: Tổng bình phương sai số của các hàm Mw = f(Ms) .
Hàm số f1 f2 f1a f1b
Tổng bình phƣơng
sai số của hàm
64.33 10.02
8.421 0.840
9.260
50
Từ hình 3.3 và bảng 3.2, rõ ràng việc tách tập số liệu ra theo giá trị Ms
để thành lập hàm tƣơng quan Mw(Ms) là phù hợp hơn hai cách còn lại (lập
hàm tƣơng quan bậc nhất hoặc lập hàm tƣơng quan bậc hai cho toàn tập số
liệu). Do đó, giá trị magnitude Ms sẽ đƣợc chuyển đổi sang Mw bởi các
phƣơng trình (3.3,3.4).
Hình 3.1: Các đồ thị hàm số Mw = f(Ms) bậc nhất và bậc hai.
Chú thích: Hàm số bậc nhất: Mw = f1(Ms) (đƣờng màu đen);Hàm số
bậc hai: Mw = f2(Ms) (đƣờng màu đỏ).
51
Hình 3.2: Các đồ thị hàm số Mw = f(Ms) với giá trị Ms* = 5.7.
Hình 3.3:Các đồ thị hàm số Mw = f(Ms) bậc nhất và bậc hai.
52
Chú thích: Hàm số bậc nhất: Mw = f1(Ms) (đƣờng màu tím), Mw =
f1a(Ms) (đƣờng màu hồng) và Mw = f1b(Ms) (đƣờng màu đỏ);Hàm số bậc
hai: Mw = f2(Ms) (đƣờng màu xanh).
3.2.2. Hàm tương quan Mw = f(Mb)
Hoàn toàn tƣơng tự cho bộ số liệu gồm 1136 cặp (Mb, Mw) để xây dựng
hàm Mw = f(Mb) ta đƣợc các phƣơng trình:
Mw = 0.91*Mb + 0.56 (3.5)
Với R = 0,95
Mw = 0.16*Mb
2
- 0.57*Mb + 3.92 (3.6)
Tổng bình phƣơng sai số của các hàm tƣơng ứng đƣợc trình bày trong
bảng 3.3.
Hình 3.4: Các đồ thị hàm số Mw =f(Mb) bậc nhất và bậc hai.
Chú thích: Hàm số bậc nhất: Mw = f1(Mb) (đƣờng màu đen);Hàm số
bậc hai: Mw = f2(Mb) (đƣờng màu đỏ).
Bảng 3.3: Tổng bình phương sai số của các hàm Mw = f(Mb) .
53
Hàm số f1 f2
Tổng bình phƣơng sai số của hàm với mọi Ms 63.49 57.09
Tổng bình phƣơng sai số của hàm với Ms ≥ 5 9.88 8.05
Từ hình 3.4 và bảng 3.3, ta thấy hàm tƣơng quan Mw(Mb) ở dạng hàm
bậc hai phù hợp hơn dạng hàm tuyến tính bậc nhất xét cho toàn bộ tập số
liệu nói chung và cho chỉ những Mb có giá trị lớn hơn 5 nói riêng. Thêm
nữa, khi Mb có giá trị lớn (khoảng lớn hơn 5.5 thì các điểm thực nghiệm
(Mb, Mw) phân bố khá đồng đều ở hai phía của đồ thị hàm bậc hai. Do đó,
phƣơng trình (3.6) sẽ đƣợc dùng để chuyển đổi giá trị Mb sang Mw.
3.2.3. Hàm tƣơng quan Mw = f(ML)
Tiếp theo mối quan hệ giữa Mw với ML sẽ đƣợc xem xét dƣới đây.
Phƣơng trình liên hệ giữa chúng là Mw = f(ML).
Hoàn toàn tƣơng tự nhƣ cách xây dựng hàm tƣơng quan giữa Mw với
Ms hoặc Mwvới Mb , hàm thực nghiệm Mw = f(ML)đƣợc xây dựng trên cơ
sở 1093 cặp số liệu tƣơng ứng. Hàm này đƣợc biểu diễn bởi các phƣơng
trình tƣơng quan sau (hình 3.5):
Mw = 0.69* ML + 1.77 (3.7)
Với R = 0,81
Mw = 0.09* ML
2
- 0.10* ML + 3.47 (3.8)
Quan sát sự phân bố các điểm thực nghiệm (ML, Mw) quanh đồ thị các
hàm số trên hình 3.5, cho thấy đƣờng bậc hai tỏ ra phù hợp hơn đƣờng bậc
nhất mặc dù đƣờng bậc nhất đã đƣợc tách làm hai đoạn con (hình 3.6). Do
vậy, để chuyển đổi từ ML sang Mw, trong luận án này sẽ dùng phƣơng trình
(3.8).
54
Hình 3.5: Các đồ thị hàm số Mw = f(ML) bậc nhất và bậc hai.
Chú thích: Hàm số bậc nhất: Mw = f1(ML) (đƣờng màu đen);Hàm số
bậc hai: Mw = f2(ML) (đƣờng màu đỏ).
55
Sử dụng các hàm tƣơng quan đã đƣợc xây dựng để chuyển các giá trị
magnitude khác nhau về một thang magnitude duy nhất Mw. Từ đó đã
thành lập đƣợc DMĐĐ thống nhất gồm 212 478 trận với 3,0 ≤ Mw≤ 9,1.
Hình 3.6: Các đồ thị hàm số Mw =f(ML) bậc nhất và bậc hai theo phân
đoạn magnitude.
Chú thích: Các đồ thị hàm số bậc nhất Mw =f1a(ML) (đoạn đƣờng màu
đen) và hàm số bậc nhất Mw =f1b(ML) đoạn màu đỏ), và hàm số bậc haiMw
= f2(ML) (đƣờng màu đỏ).
3.3. Tách các nhóm tiền chấn - dƣ chấn khỏi danh mục động đất
Theo quan điểm của toán xác suất thống kê, các sự kiện nghiên cứu cần
đảm bảo tính độc lập ngẫu nhiên, vì vậy sau khi đã thống nhất magnitude
động đất cần tiến hành tách các nhóm TC - DC để thành lập đƣợc một danh
mục chỉ gồm các sự kiện độc lập nhau. Nhƣ đã trình bày ở phần phƣơng
pháp nghiên cứu, phƣơng pháp cửa sổ không gian - thời gian sẽ đƣợc áp
dụng để tách các nhóm TC-DC khỏi DMĐĐ. Do tập số liệu động đất đƣợc
thu thập trên phạm vi mở rộng giới hạn bởi: = 11,20S-35,5°N; = 92,5°E
-132
0
E nên các giá trị cửa sổ không thời gian ban đầu đƣợc chọn để thử
56
nghiệm là cửa sổ không gian thời gian cho khu vực ĐNA(φ = 100S ÷ 300N;
λ = 900 ÷ 1400E) đƣợc đề xuất trong công trình (Ngô Thị Lƣ, Trần Việt
Phƣơng, 2013). Ngoài ra, do số lƣợng động đất trong danh mục là rất lớn
nên để quá trình xử lý số liệu đƣợc hội tụ nhanh hơn, nghiên cứu sinh đã
xem xét các công bố tƣơng tự để điều chỉnh các giá trị cửa sổ một cách phù
hợp và nhanh chóng nhất. Các giá trị cửa sổ không gian – thời gian thu
đƣợc theo cách này nhƣ chỉ ra ở bảng 3.4.
Bảng 3.4: Các giá trị cửa sổ không gian – thời gian dùng trong luận án.
Mw Không gian Thời gian TC Thời gian DC
9.0 ≤ 1008 785 1095
8.5-8.9 567 418 685
8.0-8.4 319 299 376
7.5 -7.9 179 210 262
7.0-7.4 101 137 156
6.5-6.9 57 102 123
6.0-6.4 32 88 99
5.5-5.9 18 34 47
5.0-5.4 10 21 29
4.5-4.9 6 11 15
4.0-4.4 3 6 9
3.5-3.9 1 3 5
3.0-3.4 0 0 0
Chƣơng trình tách TC - DC sử dụng trong luận án là chƣơng trình đƣợc
xây dựng trong công trình (Ngô Thị Lƣ, Trần Việt Phƣơng, 2013). Ƣu việt
của chƣơng trình này là tính linh hoạt, dễ sử dụng trong việc thay đổi các
giá trị đầu vào (là các giá trị ranh giới cửa sổ) và kết quả đầu ra xuất dạng
file text rất dễ sử dụng.
Trên cơ sở áp dụng chƣơng trình tách TC - DC nêu trên, đã tách đƣợc
24042 TC (7,60%) và 89932 DC (28,41%) khỏi DMĐĐ.
3.4. Thành lập danh mục động đất thống nhất khu vực Biển Đông
Sau khi tách các nhóm TC và DC khỏi danh mục động đất đã thành lập
đƣợc danh mục động đất độc lập khu vực Biển Đông và lân cận gồm
57
202544 trận với magnitude 3 ≤ Mw≤ 9,1. Từ danh mục này, đã thành lập
đƣợc danh mục động đất thống nhất cho khu vực nghiên cứu ( = 50S -
30°N; = 100°E - 1270E) gồm 131505 trận với 3
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- luan_an_dac_diem_hoat_dong_dong_dat_khu_vuc_bien_dong.pdf