Xem mẫu
- 656 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT
lòng Trái Đâ't. Trong tương lai, công n ghệ cắt lớp chưa trùng thì từng bước thay đối tham s ố của m ô
geoneutrino của chuyên ngành địa vật lý neutrino có hình cho đến khi trùng khớp trong phạm vi sai số.
khả năng xác định sự phân b ố hàm lượng các đồng Trong thực t ế địa châ't, n hừ n g dải giá trị của các
vị đó trong Trái Đất, góp phẩn làm sáng tỏ m ột số tham s ố vật lý và hình học của m ô hình thay đổi
vấn đ ề v ể thành phần hóa học, nguồn địa nhiệt và trong phạm vi hữu hạn, d o vậy có thê lựa chọn các
địa đ ộn g lực của Trái Đất. giá trị đ ó đê tính ra các m ô hình có ý nghĩa địa chất.
Mỗi chuyên ngành địa vật lý đều phải thu thập, C uối cùng phải xét ý nghĩa địa châ't của m ô hình,
xử lý và giải thích s ố liệu địa vật lý. Khi giải thích nếu thây kết quả vẫn chưa hợp lý thì cẩn thay đổi
thường d ù n g m ô hình hóa, xây d ự ng m ô hình (m ô tả m ô hình và làm lại như trên. Trong thực tế, d ù n g tô
các đặc trưng hình học và vật lý của đối tượng khảo hợp hợp lý m ột s ố trường vật lý là giải p háp hừu
sát và m ôi trường vây quanh m ột cách đơn giàn hóa) hiệu đ ế tìm ra m ô hình thích hợp.
đ ể giải bài toán thuận và ngược địa vật lý. Tính giá
trị lý thuyết của trường vật lý theo m ô hình là giải T à i liệ u th a m k h ả o
bài toán thuận. N ó có tính đơn trị, nghĩa là ứ ng với
G u p ta H. K. (E d ito r) , 2011. E n c y c lo p e d ia of S o li d E a rth
m ô hình đã cho thì tính ra được m ột trường vật lý G e o p h y s ic s . Springer. 153 9 p g s .
tương ứng xác định. Trái lại khi đ o đạc xong, thu
L o v v rie w ., 2007. F u n d a m e n t a l s o f G e o p h y s ic s , 2 n đ e d itio n .
được trường vật lý người ta phải tìm cấu trúc địa
Cambridge U niversity Press. 354 p g s.
chất đã tạo ra trường vật lý đó; đó là bài toán ngược,
M a r e s c h a l J. c , J a u p a r t c . , P h a n e u í c . , a n d P e r r y c . , 2012.
nó có tính chât đa trị, nghĩa là có nhiêu m ô hình mà
G e o n e u tr in o s a n d th e e n e r g y b u d g e t o f t h e E a rth . Ịournaỉ o f
trường tính theo lý thuyết của chúng trùng với
Geodynamics 54: 4 3 -5 4 p g s .
trường đ o được trong thực tế. M uốn giải bài toán
ngược cần có thỏm thông tin v ề đối tượng khảo sát S te in s., V V ysession M ., 2003. A n in t r o d u c t i o n to s e is m o lo g y ,
ngay khi xây d ự ng m ô hình ban đầu đê tính trường e a r th q u a k e s , a n d e a r t h s tr u c tu r e . V V iley-B lackvvell. 4 9 8 p g s .
lý thuyết, đem so sánh vớ i trường thực tế, nếu thây
Địa chấn học
Phạm Đ ìn h N guyên, N guyền Đ ìn h X uyên,
N guyễn H ồng Phương, N guyền Lê M in h .
V iệ n V ặ t lý Đ ịa c ầ u , V iệ n H à n lâ m K h o a h ọ c v à
C ô n g n g h ệ V iệ t N a m .
G iớ i th iệ u
Địa chân học là bộ m ôn khoa học nghiên cứu v ể gây ra cho các vùng, miền, lãnh thố; nhằm phục vụ
quá trình phát sinh, lan truyền và ghi nhận các sóng quy hoạch và thiết k ế các công trình chịu đ ộn g đất.
địa chấn trong Trái Đất. Sóng địa chấn là các rung Ờ Việt N am , trạm quan trắc địa chấn đẩu tiên
động đàn hổi tỏa ra từ các nguồn sinh ra do sự mất đư ợc ngư ời Pháp xây dự ng năm 1924 tại P hủ Liên
cân bằng ứng suất đột ngột trong m ôi trường đâ't - đá. (Hải Phòng). N h ư n g n ghiên cứu địa chân ở nư ớc ta
N guồn sinh ra sóng địa chấn có thê có n guồn gốc tự chi thực sự bắt đầu từ năm Vật lý địa cầu quốc tế
nhiên (động đâ't, v .v ...) hoặc nhân tạo (ví dụ n ổ hạt 1957 - 1958. H oạt đ ộ n g này từ đ ó cho đến nay chủ
nhân). Bản ghi sự biến đổi dao động nền theo thời yếu tập trung vào việc quan trắc, đánh giá n gu yên
gian được gọi là băng địa châh. Băng địa chấn cung nhân, điểu kiện phát sinh, quy luật hoạt đ ộ n g và độ
câp dữ liệu cơ bản mà các nhà địa châh sử d ụng đê
n gu y hiếm đ ộ n g đất.
nghiên cứu sóng đàn hổi và quá trình lan truyền của
chúng trong Trái Đất. Các quan trắc và m ô phỏng
C ơ s ở đ ịa c h ấ n h ọ c
định lượng dao động nền và các sóng địa chấn giúp
chúng ta tửng bước xác định được bản chất của động Địa chấn học xuất phát từ các phân tích d a o đ ộng
đất, cấu trúc và đặc tính vật lý của Trái Đất, cung cấp nền tạo ra bởi các n guồn năng lượng trong Trái Đâ't
thông tin v ề m ức độ n guy hiếm mà động đâ't có thê như đứt đoạn trong đ ộng đất hoặc các vụ n ổ. N goại
- Đ ỊA V Ậ T LỶ 657
trù ờ môi trường lân cận nguồn, phẩn lớn các dao Sóng s
động nền tắt dần, nghĩa là nền đất sẽ quay trờ lại vị
Sóng s là dạng són g khi lan truyền có phư ơng
trí ban đẩu của nó sau khi các dao đ ộn g tức thời tắt
dao đ ộn g vu ô n g góc với phương truyền són g [H.2].
đi. Dao đ ộn g dạng này bao gồm n hửng vi biến dạng
Sóng s không có biến đổi v ế th ể tích kèm theo,
đàn hổi tưcTng ứng với các lực nội tại trong đât - đá,
không truyền qua được chất lỏng, lan truyền chậm
còn gọi là ứ ng suất. Với trường hợp ứng suât nhỏ
hơn són g p.
trong khoảng thời gian ngắn thường được quan tâm
trong địa chân học thì biến dạng € và ứng suất ơ có Tới năm 1887 và 1911, Lord Rayleigh và Love đã
mối tương quan tuyến tính ở hẩu hết các vật liệu lẩn lượt ch ứ n g m inh được bằng lý thuyết v ể sự tồn
Trái Đâ't. M ối tương quan này được thê hiện qua tại của hai dạng són g khác lan truyền d ọc theo bể
định luật Hooke: ơ — C £ . mặt chât rắn, sinh ra do sự tương tác của các són g p
và s với b ể mặt tự do. Các sóng này được gọi là sóng
ơ đây c được gọi là m odul đàn hổi và quy định
mặt và m ang tên R ayleigh và Love.
các đặc tính vật liệu của m ôi trường, như mật độ, độ
cứng (tính kháng cắt), tính kháng nén (chống lại sự
thay đối thê tích). Khi ứ ng su ất thay đối theo thời Sóng Love
gian, biến dạng cũng thay đổi tương ứng và sự cân
Sóng Love v ề bản chất là các só n g s phân cực
băng giửa ứng suất và biến dạng tạo ra các són g địa
trong mặt p hang nằm ngang (SH), bị bẫy trong m ôi
chân mà tốc độ lan truyền của chúng phụ thuộc vào
trường gần mặt đất (có tốc độ truyền són g địa chấn
các m odul đàn hổi và quy định bởi các phương trình
thâp) [H.3]. Trên băng địa chấn gây ra bởi đ ộn g đất
dao động. N ăm 1830, P oisson đã sử d ụ n g các
xa, són g Love thường có biên độ lớn nhât. C húng lan
phương trình dao đ ộn g và các định luật đàn hổi cơ
bán đ ế chỉ ra rằng hai (và chỉ hai) dạng sóng cơ bản truyền với tốc đ ộ xấp xi 90% tốc độ lan truyền của
(sóng khối) truyền qua châ't rắn đ ổ n g nhât - đó là són g s.
són g p và sóng s.
Sóng Rayleigh
Sóng p Sóng Rayleigh đư ợc tạo ra d o quá trình tương tác
Sóng p lan truyền theo cơ c h ế nén ép - tách giãn, giửa só n g p và só n g s phân cực trong mặt phẳng
lư ơng tự són g âm. D ạng són g này có phương dao thẳng đứ ng (SV) tại lớp gần mặt đâ't có tốc độ truyền
đ ộn g trùng với phương truyền són g [H .l]. Sóng p sóng địa chân thấp. Sóng R ayleigh lan truyền chậm
lan truyền nhanh nhất trong s ố các sóng địa chấn, hơn so với só n g Love. Khi sóng R ayleigh lan truyền,
liê n q u a n đ ế n các b iế n đ ổ i v ề t h ế tíc h v à có th ể các p h ầ n tử m ô i tr ư ờ n g d a o đ ộ n g th e o k iể u c u ộ n
truyền qua châ't lỏng. ngư ợc lại [H.4].
Hình 1. Minh họa sóng p truyền qua môi trường (theo hướng Hình 2. Minh họa sóng s truyền qua môi trường (theo hướng
mũi tên trên cùng, trùng phương trục Y). Các phần tử moi mũi tên trên cùng, trùng phương trục Y). Các phần tử mổi
trường được thể hiện bằng các ô lưới, dao động theo mũi tên trường được thể hiện bằng các ô lưới, dao động theo mũi tên
đậm phía dưới (Nguồn: ©2000 - 2006 Lavvrence Braile). đậm phía dưới (Nguồn: ©2000 - 2006 Lavvrence Braile).
- 658 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT
T= 0
T= 1
T= 2
T=3
Hình 3. Minh họa sóng Love truyền qua môi trường (theo Hinh 4. Minh họa sóng Rayleigh truyền qua môi trường (theo
hướng mũi tên trén cùng, trùng phương trục Y). Các phần tử hướng mũi tên trên cùng, trùng phương trục Y). Các phần tử
môi trường được thề hiện bằng các ô lưới, dao động theo các môi trường được thể hiện bằng các ô lưới, dao động theo các
mũi tên phía dưới (Nguồn: ©2000 - 2006 Lavvrence Braile). mũi tên phía dưới (Nguồn: ©2000 - 2006 Lavvrence Braile).
Thời gian (phút)
Hình 5. Bâng địa chấn ghi nhận được tại trạm địa chấn Binghamton, New York trong trận động đất
ờ Alaska ngày 23/6/2003 với độ lớn M 6,9 xảy ra tại tọa độ 51,58 N, 176,67 E, độ sâu 30km.
Với sự ra đời và phát triến liên tục của m áy ghi theo lý thuyết) dư ới những giả thiết nhất định vê'
địa chấn, các són g p, s, Rayleigh và Love sinh ra bởi n guồn sinh chấn cũng như m ôi trường truyền sóng
đ ộn g đâ't, lan truyền trong Trái Đất đã đư ợc quan chính là cơ sở đ ế các nhà địa chấn xác định thông tin
trắc. M ột ví dụ cho việc ghi nhận các són g này đư ợc v ể n guồn đ ộ n g đât cũng như cấu trúc Trái Đất. Băng
đưa ra ờ hình 5 [H.5]. Phân tích các đặc trưng (pha địa chấn cũng là cơ sở cho các tính toán đánh giá độ
và biên độ) của các són g địa chấn quan trắc được, n guy hiếm của đ ộn g đât và các tham s ố địa chân
đ ổng thời so sánh chúng với các són g địa chấn thu phục vụ thiết k ế kháng chân cho các công trình
được khi giải bài toán lan truyền són g địa chân (tính chịu đ ộn g đất.
- Đ ỊA V Ậ T LỶ 659
Đ ộng đất Với A là biên độ cua tín hiệu lớn nhât ghi được
(thư ờng là són g S), A được xác định thông qua sự
D ộng đât là hiện tượng mất cân bằng ứng suât
chênh lệch thời gian tới của sóng p và són g s.
đột ngột trong m ôi trường đât-đá cua Trái Đât (do
vận đ ộ n g kiến tạo, hoạt đ ộn g núi lửa, sặp hang N gày nay thang đ ộ lớn Mi ít được sử d ụn g vì
động, các vụ nổ, v .v ...) dẫn đến giải phóng năng đ ộn g đât không chi xáy ra ở C aliíom ia và m áy địa
ỉưựng dưới dạng các són g đàn hổi, gây ra rung đ ộng chân VVood - A nderson đã rất lạc hậu. Tuy nhiên, vì
trong m ột vù ng rộng lớn trên b ể mặt Trái Đâ't. Đ ộng
rât nhiều công trình có tẩn số dao động riêng xấp xỉ 1
giây, gần sát với chu kỳ dao đ ộng riêng của m áy địa
đâ't một m ặt bị xem như là dạng thiên tai đặc biệt
chân Wood - Anderson, M l thường được xem như là
n guy hiểm do gây ra rung đ ộ n g nền hoặc biến dạng
thước đo của m ức thiệt hại mà m ột trận động đất có
mặt đâ't, có thế phá h ủy nhà cửa, công trình, gây
thê gây ra cho công trình. Chính vì lý d o này m à thi
sóng thẩn, cướp đi của cải và sinh m ạng cùa nhân
thoảng thang độ lớn M l vẫn còn được nói đến.
loại. Mặt khác, đ ộng đâ't là n guồn phát sóng địa chân
có ích với năng lư ợn g vô cùng lớn nên truyền qua C ủng với sự phát triển của m áy địa chấn, sau này
được các phân khác nhau của Trái Đất, khi tới các các nhà địa chấn đã xây dự ng các thang đ ộ lớn của
m áy ghi địa chân m an g rất nhiều thông tin v ề cấu đ ộ n g đâ't xác định theo sóng m ặt Ms và theo són g
trúc cũng như đặc tính của Trái Đâ't. Một s ố khái khối mb. Thang Ms thường sừ d ụn g cho trường hợp
niệm và đặc trưng cơ bản của đ ộn g đât được giới đ ộn g đất chân tiêu nông, được xác định như sau:
thiệu sau đây. M s = lo g A-\- GClo g A + p
với A là biên độ cực đại (đơn vị là Ịjm) của các sóng
Chấn tiêu và chấn tâm động đất m ặt có chu kỳ 20 giây; a = 1,66; p = 1,82 cho trường
Chân tiêu của đ ộ n g đâ't là tâm điểm phát ra són g hợp thành phẩn nằm ngang của các só n g R ayleigh
địa chấn khi đ ộn g đâ't xảy ra. H ình chiếu theo d o đ ộn g đất n ông sinh ra.
phương thắng đ ứ n g của chân tiêu lên mặt đ ấ t gọi là Trường hợp đ ộn g đất chân tiêu sâu, thang mb
chấn tâm đ ộn g đât. Trong thực tế, chấn tiêu đ ộn g thư ờng được sử d ụn g và được định nghĩa như sau:
đâ't không phải là m ột đ iểm mà là cả vù n g đứt đoạn mb = \ og(AIT) + Q{h,k)
trong đ ộn g đất. T ương ứng với đ iểu này, v ù n g chân Trong đ ó A là biên độ cực đại của só n g khối
tâm là hình chiếu của vù n g chân tiêu lên mặt đâ't. (th ư ờng là só n g P) có đơn vị là fam, T là chu kỳ
Khoảng cách từ chân tiêu tới m ặt đất, củ n g là tư ơ n g ứ n g có đơn v ị là giây, Q là hàm thực n gh iệm
khoàng cách giữa chân tiêu và chấn tâm, gọi là độ phụ thuộc vào khoảng cách chân tâm A và độ sâu
sâu chân tiêu. K hoảng cách từ m ột điểm quan tâm chấn tiêu h.
trên mặt đâ't đến chân tiêu gọi là khoảng cách chân Đ iếm hạn c h ế của hai thang đ ộ lớn nêu trên là
tiêu, còn khoảng cách từ đ iểm đ ó đến chân tâm gọi chúng phụ thuộc vào tẩn s ố của són g địa chấn. H ơn
là khoảng cách chấn tâm. thế, khi kích cờ của các trận đ ộn g đâ't lớn đ ến m ột
m ức nhât định, các thang Ms và mb có xu th ế bão hòa
Độ lớn của động đất và không phản ánh đ ún g đ ộ lớn của đ ộ n g đâ't. Chính
Kích cờ hay đ ộ lớn của m ột trận đ ộn g đất thường v ì vậy, m ột thang độ lớn đ ộng đâ't khác, gọi là thang
được các nhà địa chấn xác đ ịnh dựa theo biên đ ộ của đ ộ lớn m om en M«v đã đư ợc xây dựng:
các són g d o trận đ ộn g đất ấy gây ra, đo được trên
A /w - | l o g A f „ - 1 0 , 7
băng địa chân dưới d ạ n g chung như sau:
M = log( A / T ) + F(tĩ, A) + c ở đ ây Mo là m om en địa chân của đ ộn g đâ't (đơn
vị là din-cm ) và đư ợc xác định như sau:
trong đ ó A là biên đ ộ của tín hiệu, T là chu kỳ tương
ú ng, F là hàm hiệu chinh cho biên đ ộ theo đ ộ sâu h M 0 = ụDA
của chấn tiêu đ ộn g đất và khoảng cách chấn tâm A, với fa là m odu l cắt (bằng 3 X 1011 d in/cm 2 ch o các
còn c là h ệ s ố hiệu chinh địa phương. đứt gãy vỏ), D là dịch trượt trung bình của b ể mặt
Thang đ ộ lớn của đ ộn g đâ't đẩu tiên do đ ứ t gãy và A là diện tích của m ặt đứt gãy đã dịch
c . F. Richter đưa ra năm 1935 cho các trận đ ộn g đất trượt. Thang Mw có ưu điểm là đưa ra đ ộ lớn của
ở phía nam C aliíom ia, được gọi là thang đ ộ lớn đ ộ n g đất gắn với quá trình n guồn và không bị bão
động đâ't địa phương (ký hiệu là M l), hoặc thang hòa. N goài ra, nó cho thây m ôi liên hệ giữa kích
Richter. Từ tín hiệu ghi được bởi m áy địa chấn thước của đứt gãy sinh chấn và độ lớn của đ ộ n g đất
YVood-Anderson (chu kỳ riêng 0,8 giây), độ lớn M l đư ợc sinh ra.
của đ ộ n g đâ't xảy ra ở phía nam Caliíornia được Đ ế hình d u n g cụ thê hơn v ể đ ộ lớn của đ ộ n g đất,
Richter định nghĩa n h ư sau: các nhà địa chân đã đưa ra m ối liên hệ giừa đ ộ lớn
của đ ộn g đât Mw và năng lượng địa chân phát ra
M ị = lo g A + 2 ,7 6 lo g À - 2 ,4 8 tương ứ ng E như sau (Stein và W ysession / 2003):
- 660 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT
logE = 1,5 Mvv + 11,8 n g u ổ n đ ộ n g đât kiến tạo là sự kết hợp giữa ba kiểu
ơ đ ây E có đơn vị là ec (1 ec = 1 din-cm ). Từ đ ây n g u ồ n cơ bản này.
ta có m ột liên hệ n hư sau: N ăng lư ợng của m ột vụ nô Phân tích b ăn g địa chấn d o đ ộ n g đâ't gây ra ờ
bom 1 m egaton (m ột triệu tân) là khoảng 5.1022 ec, n hiều v ị trí khác n hau đà giúp các nhà địa chấn xác
n h ư n g chỉ m ột phẩn năng lượng ấy phát ra d ư ới đ ịnh đ ư ợ c các đặc trưng n g u ồ n đ ộ n g đâ't (vị trí, đ ộ
d ạn g só n g địa chân. Đ ế có năng lượng sóng địa chân lớn, h ình thái d ịch trượt, v .v ...) , từ đ ó khám phá
tương đ ư ơ n g năng lượng phát ra từ một trận đ ộ n g đ ư ợ c các quá trình địa đ ộ n g lự c bên trong Trái Đâ't
đất có đ ộ lớn Mvv = 7,3 cẩn phải n ổ m ột quả bom và đ ó n g g ó p tích cự c ch o v iệc đ ể xuât các giải pháp
k hoản g 50 m egaton. Lun ý rằng các nhà địa chấn giảm n h ẹ hậu quả của đ ộ n g đâ't có thê gây ra cho con
k hôn g đ ư a ra đ an vị đ o cho độ lớn của đ ộ n g đất. n gư ời khi đ ộ n g đât xảy ra.
Trên các p h ư ơ n g tiện truyền thông hay nói đ ến "độ Đ ộ n g đ ấ t k iế n tạ o ở V iệ t N a m
Richter" n h ư là đơn vị đo trong tất cả các thang độ
Đ ộ n g đ ấ t v ớ i đ ộ lớn M > 4,5 trên lãnh thổ
lớn đ ộ n g đất. v ể m ặt khoa học, nói n h ư v ậ y là
Việt N a m chi tập trung trong đới phá h uỷ của các
k hôn g chính xác.
đ ứ t g ã y h oạt đ ộ n g , nghĩa là v ề bản chất chúng là
đ ộ n g đ ấ t kiến tạo. K hoảng 90% s ố lư ợn g đ ộng đất
Đ ộng đắt kiến tạo
của n ư ớc ta xảy ra ở v ù n g Tây Bắc, và n hữ ng trận
Đ ộ n g đất kiên tạo là dạng đ ộn g đất phát sinh do đ ộ n g đâ't m ạnh nhâ't cũ n g xảy ra ở đây. Hoạt đ ộn g
sự dịch ch u yển đột ngột của các địa khối theo các đ ộ n g đâ't trên lãnh th ô V iệt N a m nhìn chung có m ức
đ ứ t gãy kiến tạo, hệ quả của các hoạt đ ộn g địa đ ộ n g đ ộ vừ a phải, đ ộ n g đâ't m ạnh nhất đã xảy ra có độ lón
lực tự n h iên bên trong Trái Đất gây ra. Đ ây là d ạn g M < 7 , kiểu n g u ồ n p h ô b iến nhất là trượt bằng.
đ ộ n g đâ't đ ư ợ c quan tâm nhiều nhât trong địa chân Sự k iện n ổ i bật tron g h o ạ t đ ộ n g địa chấn hiện
học. Đ ó là d o dạng đ ộn g đât này xảy ra thư ờn g đ ại ở n ư ớ c ta là trận đ ộ n g đâ't xảy ra ngày 24/6/1983
xu yên , giải p hón g năng lư ợng lớn và có tác đ ộ n g ở v ù n g n ú i P h ư ơ n g Pi, cách thị trấn Tuần Giáo, tỉnh
trên d iện rộng. Lai C hâu 11 km v ề p hía đ ô n g bắc. Với đ ộ lớn
Ms = 6,7 ± 0,2, trận đ ộ n g đ ất n ày đã gâ y thiệt hại
C á c k iể u n g u ồ n đ ộ n g đ ắ t k iế n tạo
n ặ n g n ề ch o các cô n g trình xây d ự n g ó thị trân
Vì đ ộ n g đất kiến tạo phát sinh d o sự d ịch ch u yển T uần G iáo. Đ ộ n g đâ't cũ n g g â y ra sụt lở lớn trong
đ ột n g ộ t của các địa khối theo đứt gãy kiến tạo nên các d ã y n ú i ở v ù n g chân tâm , vù i lâ'p tới 200ha
n goài th ô n g tin v ề đ ộ lớn, các nhà địa chân còn quan ru ộ n g lúa tron g các th u n g lũ n g và n hiều đoạn
tâm đ ến h ình thái dịch trượt trong đ ộng đất. Đ ặc đ ư ờ n g g ia o th ô n g . Đ á lờ đã làm h àn g chục ngư ời
đ iếm n ày đ ư ợc th ế hiện qua ba đại lượng: g ó c ch ết và bị th ư ơ n g . N ứ t đất rộ n g 10 - 15cm, kéo dài
p h ư ơ n g vị, g ó c dốc, và góc trượt [H.6]. G óc p h ư ơ n g từ n g đ o ạ n từ v à i ch ụ c đ ến v à i trăm m ét trên chiều
v ị là g óc tạo bời p hư ơng bắc và giao tuyến của m ặt dài gần 20km . Đ ộ n g đâ't g â y chấn đ ộ n g m ạnh trên
đ ứ t g ã y vớ i m ặt đâ't. Góc d ốc là góc tạo bởi m ặt đứt m ột v ù n g rộn g lớn ở Tây Bắc V iệt N am , Đ ô n g Bắc
g ãy và m ặt đất. G óc trượt là góc giữa vector trượt d Lào và N a m T run g Q u ốc. Sau kích đ ộ n g chính hàng
(m ô tả d ịch ch u yến tương đối giữa hai cánh đ ứ t gãy) loạt d ư ch ấn đã xả y ra. D ư ch ấ n m ạnh nhất với đ ộ
và p h ư ơ n g k éo dài của đứt gãy. Góc trượt có th ể lớ n M s = 5,4 xả y ra n g à y 15/7/1983 n g a y trong v ù n g
thay đ ổ i từ 0° đến 360°. Với các góc trượt khác nhau, chấn tâm của đ ộ n g đâ't T u ần G iáo. Đá lở do d ư
ch ú n g ta sẽ có các kiểu n gu ồn đ ộn g đất kiên tạo khác chân n à y g â y ra c ũ n g làm hai n g ư ờ i thiệt m ạng,
nhau. Ba k iểu n guồn đ ộn g đâ't kiến tạo cơ bàn gồm : n h iều ru ộ n g lúa bị v ù i lấp. P hải 8 thán g sau v ù n g
trượt bằng, thuận và nghịch [H.7]. Phần lớn các kiểu T uần G iá o m ới trở lại y ên tĩnh.
Trượt bằng trái JĩưT ? $ ? hả'
(X_I80>
H ình 6. Minh họa hình thái dịch trượt trong động đất Hình 7. Các kiểu nguồn động đất kiến tạo cơ bản
(theo stein và VVysession, 2003). (theo stein và VVysession, 2003).
- Đ ỊA V Ậ T LỶ 661
Động đất kích thích n ư ớ c hổ, đ ộ n g đâ't thư ờng m ạnh, đ ộ sâu ch ân tiêu
lớ n h ơ n (>10km ) vư ợt qua giới hạn của h ổ chứ a và
Một dạng đ ộng đất đặc biệt, khác với đ ộ n g đâ't
có m ối liên hệ chặt chẽ vói các đứt gãy quan h khu
kiến tạo tụ nhiên, là đ ộ n g đâ't kích thích. Đ ây là kiếu
v ự c hổ chứa.
đ ộ n g đâ't gắn liền với các hoạt đ ộ n g nhât thòi không
liên quan đến các quá trình kiến tạo, làm thay đối Đ ộ n g đất kích thích ở khu vự c hổ chứa có thê gây
trường ứng suâ't và biến d ạn g tại khu vực đ ộn g đâ't n g u y h iểm cho công trình và con người là d ạn g đ ộ n g
xảy ra. Các hoạt đ ộn g này (sau đ ây gọi tắt là hoạt đất kích hoạt, tức là có liên quan tới hệ th ốn g đứt
đ ộn g nhất thời) có thê có n gu ổn g ốc tự nhiên (chăng gã y và trường ứng suất kiên tạo tự nhiên. Đ ê hiếu,
hạn mưa, tuyết rơi, v.v...) hoặc nhân tạo (như tích d ự b áo và đánh giá đ ủ n g v ể m ức độ và d iên biến
nước tại các hổ chứa, khi khai thác m ỏ, dầu, khí đốt, hoạt đ ộ n g đ ộ n g đất dạng này cẩn phải xác định
nước, v.v...). Khi điểu kiện bên d ư ới m ặt đât thay đổi đ ư ợ c đ ầy đ ủ nhữ ng thông tin sau đây: 1). H oạt đ ộ n g
theo chiều h ướng ú n g suât đạt đến n gư ờ n g tới hạn đ ộ n g đất đã xảy ra (phân b ố không gian, thời gian,
tạo ra mất cân bằng đ ột ngột, đ ộ n g đât kích thích sẽ cơ cấu n g u ồ n , v .v ...); 2). Các hệ thống đ ứ t gã y kiến
xảy ra. tạo liên quan; 3). Đ iểu kiện địa chât địa p h ư ơ n g n hư
Có hai d ạng đ ộ n g đâ't kích thích là đ ộn g đâ't kích đ ộ sâu đá m óng, phân b ố các lớp đất đá bên trên,
thích trực tiếp và đ ộ n g đ ât kích hoạt. Đ ộ n g đ ất kích đặc tính bất đ ổn g nhất, các tham s ố lổ rỗng của m ôi
thích trực tiếp xảy ra d o n g u y ê n nhân chính là các trường đâ't đá, v .v ...; 4). Trường ú n g suất kiến tạo tự
hoạt đ ộn g nhât thời, thiếu các h oạt đ ộ n g n ày đ ộ n g n h iên (khu v ự c và địa phương); 5). Các tham s ố liên
đ ất không th ế xảy ra. D ạn g đ ộ n g đất này thư ờn g quan đ ến hoạt đ ộn g hổ chứa như v ị trí cô n g trinh,
n hỏ (độ lớn M < 4), xảy ra ở đ ộ sâu n ô n g (dưới thời đ iếm bắt đẩu và thời gian vận hành cô n g trình,
lOkm). Đ ộ n g đất kích h oạt có n g u y ê n nhân ch ín h là m ứ c n ư ớ c và d un g tích hổ, biến đ ộn g v ề ứ n g suâ't và
từ hoạt đ ộ n g kiến tạo tự n hiên, còn hoạt đ ộ n g nhất áp suất lỗ rỗng phát sinh. Đ ây là n hữ n g đ iểu kiện
thời đ ón g vai trò thứ y ếu , n h ư n g tạo ra n h ữ n g biến k h ô n g d ễ đ áp ứng.
đ ộ n g nhất đ ịnh v ề trư ờn g ứ n g suât, kích h oạt đ ộ n g
Đ ộ n g đ ấ t k íc h th íc h h ồ c h ứ a ở V iệ t N am
đâ't xảy ra sớm hơn b ình thư ờn g. N h ư vậy, đ ộ n g đất
kích hoạt chi xảy ra ở n h ừ n g v ù n g có các đ ứ t gãy H iện tư ợ n g đ ộn g đâ't kích thích đ ư ợ c th eo dõi
kiến tạo và ứ n g suất k iến tạo ở đ ó đã đ ư ợc tích lũy đ ẩu tiên ở V iệt N am gắn với giai đoạn đẩu vận h ành
gẩn đến m ức tới hạn. Đ ộ lớn của đ ộ n g đất kích hoạt h ổ th ủ y đ iện H òa Bình. Hổ có d u n g tích ~ 9 tỷ m 3,
có th ể đạt M > 6, chấn tiêu có thê sâu hơn lOkm. d iện tích m ặt h ổ khoáng 196km 2, nơi sâu nhất trong
lò n g h ổ xấp xi lOOm. Sau khi tích nước h ổ chứ a H oà
Dộng đất kích thích hồ chứa Bình đ ến đ ộ cao 86m , s ố lư ợn g đ ộn g đất y ếu xảy ra
Đ ộng đất kích thích ở các khu vự c h ổ chứa (gọi tắt tăng dẩn. Đ ến tháng thứ sáu kê từ khi tích n ư ớ c hổ
là đ ộn g đâ't hổ chứa), là h iện tượng biến đổi (chủ yếu chứ a tức là và o n gày 14/4/1989 thì liên tiếp xảy ra
là tăng) hoạt đ ộn g đ ộ n g đâ't tại đ ó khi h ổ chứa đ i vào hai trận đ ộ n g đất có đ ộ lớn M = 3,8 và 3,7 và bốn
hoạt đ ộn g (tích và xả nước). T hông thường, các h ổ trận đ ộ n g đ ât yếu với đ ộ lớn từ 1 đến 1,4. C hấn tiêu
chứa được xây d ự n g tại n h ữ n g nơi có liên quan với của ch ú n g ở v ù n g Bình Thanh, trên đứt g ã y C hợ Bờ
các hoạt đ ộn g kiến tạo khu vực, v ì v ậ y xung quanh hổ cách tu y ến đ ập H oà Bình 15km v ể phía tây. Sau đ ó
chứa thường có các đ ứ t gãy. Khi h ổ chứa đ ư ợ c tích là thời g ia n yên tĩnh kéo dài m ột tháng. Đ ến n g à y
nước, khối nước k hổng 16 đ ó sê làm tăng áp suất tác 23/5/1989, v à o lú c 6 giờ 30 phút đã xảy ra m ột trận
đ ộ n g lên đ áy hổ và lan truyền tới b ể m ặt các đ ứ t gãy đ ộ n g đâ't có đ ộ lớn M = 4,9 ở đ ộ sâu chân tiêu 6km,
x u n g quanh. N goài ra, quá trình thấm n ư ớc từ hổ g â y ch ân đ ộ n g khá m ạnh trong v ù n g chấn tâm k éo
chứa vào m ôi trường đất - đá và b ề m ặt đứt gã y xu ng dài từ Bình Thanh đến thị xã H oà Bình, d ọ c th eo đ ứ t
quanh cũng làm tăng áp suất lỗ rỗng (do th ể tích lỗ gã y C h ợ B ò - H oà Bình. Sau trận đ ộ n g đất ch ín h n ày
rỗng giảm đi khi bị nén chặt lại). H ai sự biến đ ổi này còn xảy ra m ột s ố d ư chấn. M ạnh nhât trong sô' đ ó là
đ ó n g vai trò chủ y ếu trong v iệc kích hoạt sự dịch sự k iện n g à y 27/5/1989 có độ lớn M = 4,0, đ ộ sâu
ch u yến của đứt gãy và tạo ra đ ộ n g đâ't. chấn tiêu 5km . Sau các sự kiện đã nêu, h oạt đ ộ n g
C ó th ể p hân đ ộ n g đ ât k ích thích h ổ chứa làm hai địa chấn y ế u dần và trở lại yên tĩnh tron g thán g
loại: a). Loại p h ản ứ n g n h an h - đ ộ n g đất kích thích 9/1989. V ề sau, trong m ỗi chu kỳ tích n ư ớ c v à o h ổ
x ả v ra n g a y sau khi tích n ư ớ c h oặc khi có sự b iến chứa thì từ 4 đến 6 tháng đẩu s ố lư ợn g đ ộ n g đ â t y ếu
đ ổ i lớn v ề m ự c n ư ớ c sau đ ó . Đ ộ n g đ ất loại n à y có đều tăng, rồi lại giảm dẩn đến mức bình thường.
m ối tư ơng q uan chặt ch è v ớ i sự th ay đ ổi m ự c n ư ớc, V ào đ ẩ u ch u kỳ tích nư ớc năm 1991, n gày 6/10/1991
đ ộ n g đất k h ôn g m ạnh, có ch ân tiêu n ô n g (< lOkm ) khi m ự c n ư ớ c đạt cao trình 115m, thì ở Tạ K hoa đã
n g a y d ư ới lòn g h oặc x u n g q u an h h ổ chứa; b). Loại xảy ra m ột trận đ ộ n g đất trên đứt gãy M ư ờ n g La -
p h ản ứ n g chậm : đ ộ n g đ ất kích thích xảy ra sau m ột Bắc Y ên có đ ộ lớn M = 4,9. Có th ể đ ó cũ n g là m ột
k h oản g thời gia n trễ đ á n g k ể tính từ khi h ổ ch ứ a trận đ ộ n g đ ất kích thích bắt n gu ồn từ hoạt đ ộ n g của
đ ư ợ c tích nước. Đ ộ n g đất loại n à y th ư ờ n g k h ô n g có hổ H òa Bình, tuy Tạ Khoa ở khá xa v ể phía th ư ợ n g
m ố i tư ơng quan trực tiếp v ớ i v iệ c thay đ ổ i m ự c n g u ồ n sô n g Đà.
- 662 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT
Tù năm 1992 trờ đi s ố lượng đ ộng đâ't yếu bắt đầu su y ra tử thời gian lan truyền cua các só n g địa chấn
giảm, m ặc dù m ực nước hổ đạt m ức cao nhât. Từ sau phản xạ và khúc xạ sinh ra từ các trận đ ộ n g đâ't. Từ
năm 1994 ch ế độ đ ộng đất trong vù n g hổ d ư ờ n g n hư các dữ liệu này, các nhà địa chân đã tìm ra các mặt
đã bình ổn, không còn thấy hiện tượng tăng giảm s ố gián đoạn địa chân chính cũng như đặc tính của
lượng đ ộn g đất yếu theo chu kỳ tích nước. chúng (độ sâu và nhảy bậc v ề tốc độ truyền són g địa
N h ư vậy việc tích nước và hoạt đ ộ n g h ổ chứa chân) trong các lớp khác nhau của Trái Đâ't. Đẩu tiên
Hoà Binh đã gây biến đ ộn g hoạt động đ ộ n g đ ât ở là mặt gián đoạn M ohorovicic, thường gọi là mặt
khu vự c hổ trong khoảng thời gian từ 4 đ ến 5 năm M oho, giữa v ỏ và m anti ờ dải độ sâu 10 - 60km, sau
đầu tiên. Đ ộng đất kích thích m ạnh nhất k h ô n g đạt đó là ranh giới nhân - m anti ở độ sâu 2.900km . N hân
tới ngư ờng đ ộn g đâ't cực đại dự đoán M = 5,2. không cho són g s truyền qua nên phần ngoài của nó
được coi là lỏng. Tuy vậy, nhân trong đã đ ư ợc chứng
Trong n hữ ng năm 2011 - 2013, động đất h ổ chứa
m inh là rắn (xem M ontagner, 2011).
cũng xảy ra ở khu vự c hổ thủy điện S ông Tranh 2
sau khi hổ đi vào hoạt động. H ổ bắt đầu đ ư ợ c tích M anti có th ể đ ư ợ c chia làm m anti trên và m anti
nước vào ngày 29/11/2010, d u n g tích 730 triệu m 3, dưới, phân cách bời m ặt gián đoạn tại đ ộ sâu
diện tích mặt hổ khoảng 36km 2, nơi sâu nhất trong 660km . Trong m anti trên, n gư ời ta cũ n g đà phát
lòng hổ xâp xi 91 m. Trong thời gian từ năm 1715 đ ến hiện ra m ột m ặt gián đoạn ờ khoản g đ ộ sâu 410km
trước thời điểm hồ tích nước hoạt động, tại khu vự c gọ i là đới ch u y ên tiếp. Tại đ áy của m anti, khoảng
Bắc Trà My và lân cận chỉ xảy ra 8 trận đ ộ n g đâ't, chủ 200km phía trên ranh giới nhân - m anti, m ột mặt
yếu là đ ộn g đất nhỏ. M ạnh nhất trong s ố n ày là trận gián đoạn khác cũ n g đà đ ư ợc phát hiện là lớp D".
đ ộng đât có độ lớn M = 4,8 xảy ra năm 1957 cách khu N goài ra còn có m ột s ố m ặt gián đoạn khác, chăng
vực công trình thủy điện Sông Tranh 2 khoản g hạn m ặt gián đoạn H ales ở đ ộ sâu 80km , m ặt gián
lOOkm v ề phía Đ ôn g N am . Tuy nhiên, sau k hoản g 4 đoạn G utenberg tại m ón g của thạch q uyển, mặt
tháng k ể từ khi hổ tích nước đã bắt đẩu có b iếu h iện gián đoạn Lehm ann tại các đ ộ sâu 220km , 520km và
của hoạt đ ộn g đ ộn g đâ't (có tiếng nô và rung đ ộ n g khoảng 900km . T uy vậy, bản chât toàn cầu cùa các
nhẹ). Sau khoảng m ột năm kê từ khi hổ chứ a bắt đẩu m ặt gián đoạn này vẫn còn là vân đ ể đ ư ợ c tranh
tích nước, đến tháng 11/2011 đã xảy ra 02 trận đ ộ n g luận. H ầu hết các m ặt gián đ oạn v ể tốc đ ộ truyền
đất có đ ộ lớn M = 3,4. Tiếp theo, từ tháng 11/2011 só n g địa chấn đ ư ợ c giải thích là ranh giớ i của các
đến 11/2012 khoảng 70 trận đ ộn g đât với đ ộ lớn khối vật chất khác nhau v ề thành phẩn k hoán g vật,
M < 4,7 đã liên tiếp xảy ra ở khu vực này. Đ ặc biệt, n h ư n g m ột s ố m ặt gián đoạn có th ể là ranh giói
trong tháng 9/2012 đà xảy ra bốn trận đ ộ n g đâ't có đ ộ giữ a các thành tạo hóa học khác nhau.
lớn M = 3,8 - 4,2, ngày 22/10/2012 xảy ra trận đ ộ n g Từ đặc tính đàn hổi cùa chúng, các ranh giới khác
đât có M = 4,6 và ngày 15/11/2012 xảy ra trận có nhau được th ế hiện trong Bảng 1 và hình 8 [H.8].
M = 4,7. Các trận đ ộn g đâ't xảy ra đều kèm theo tiến g Trái Đất có th ể đư ợc phân chia thành vỏ rắn silicat ở
nổ, vị trí chấn tâm đ ểu ở lân cận khu v ự c h ồ chứa phía ngoài, m anti trên (bao gồm m ột phẩn thạch
thủy điện Sông Tranh 2. Đ ến thời điếm tháng 3/2013, quyển, quyển m ểm và đới ch u yển tiếp), m anti dưới
hoạt đ ộn g đ ộn g đất vẫn còn tiếp diễn. Rỏ ràng, cũ n g (với lớp D" và m óng của nó), nhân ngoài lỏng và
giốn g như trường hợp hổ H òa Bình, v iệc tích nư ớc nhân trong rắn.
hổ thủy điện Sông Tranh 2 đã làm gia tăng hoạt Bảng 1. Cấu trúc 1D của Trái Đất.
đ ộn g đ ộn g đất tại khu vự c công trình và lân cận.
Lớp (km) Tên lớp
C ấu trú c T rá i Đ ấ t 0 -8 0 Thạch quyến (thay đổi cục bộ giữa 5 - 200 km)
0 -3 5 Vỏ (thay đổi cục bộ giữa 5 - 70 km)
Cấu trúc của Trái Đâ't có thê được xác đ ịnh theo
3 5 -8 0 Phần trên cùng của manti
các tính châ't vật lý hoặc theo các đặc tính h óa h ọc
của nó. Các nhà địa vật lý thường sử d ụ n g các 35 - 2890 Manti
trường vật lý khác nhau cho m ục tiêu này. Bang cách 80 - 220 Quyền mềm
quan trắc trực tiếp các đặc tính vật lý của Trái Đâ't, 410-660 Đới chuyển tiếp
khoa học Địa vật lý đã giú p cho việc hình d u n g đ ư ợ c 35 - 660 Manti trên
câu trúc sâu bên trong hành tinh chúng ta. Kết quả
660 - 2890 Manti dưới
phân tích són g địa chân đã cho phép xác đ ịn h câu
2740 - 2890 Lớp D"
trúc và các đặc tính đàn hổi và phi đàn hổi của toàn
2890-5150 Nhân ngoài
bộ Trái Đất.
5150-6360 Nhân trong
cắu trúc Trái Đất theo mô hình 1D
Có rât nhiều m ô hình tham khảo (đối x ú n g cẩu) đã
C ó thế xem câii trúc Trái Đâ't gần như là đ ối x ứ n g được phô biến suốt th ế kỳ qua nhưng được biết đến
cầu, phân lớp theo chiểu sâu. Trong n h ữ n g thập kỷ nhiểu nhất là các m ô hình PREM (Preliminary
đẩu của thê kỷ 20, tính phân lớp của Trái Đ ât đ ư ợ c Reference Earth M odel cùa D ziew onski và
- Đ ỊA VẬT LỶ 663
Anderson, 1981) [H.9], IASP91 và sau đó là AK135 sâu bên trong Trái Đâ't ra sao? Đ ể giải quyết các vân
(xem Montagner, 2011). M ô hình PREM lần đẩu tiên đ ể đặt ra, các nhà nghiên cứu cẩn đánh giá đư ợc các
giới thiệu m ột lớp bất đăng hướng ờ phẩn 220km trên bâ't đ ổ n g nhâ't ở phạm vi toàn cẩu có nhừ ng đặc
nhất của manti. Tới năm 1996, M ontagner và Kennett trư ng khác nhau v ề quy m ô không gian (tù rât lớn
cũng đà chi ra rằng đặc tính bât đăng hướng là đáng v ó i kích thư ớc trên lO.OOOkm như m ột s ố m áng kiến
k ế trong đới chuyển tiếp của m anti ở dải độ sâu giữa tạo tới râ't nhỏ như các điểm nóng) cũng như thời
410 - 900km. gian (thời gian gắn với hoạt đ ộng kiến tạo m ảng tính
đ ến h àn g chục triệu năm , các sự kiện tai biến như
vỏ phát sin h đ iếm nóng, chu trình địa chấn và núi lửa
chỉ k éo dài qua vài th ế kỷ). Với sự phát triến vượt
Moho
bậc v ể thiết bị quan trắc địa chấn dải rộng từ nhừng
Manti trên
năm 80 của th ế kỷ 20, việc phát triển các m ô hình 3D
Manti dưởi theo các tham s ố địa chấn chính là m ột trong nhừng
Lớp D" giải p háp thực t ế và hiệu quả đ ể giải quyết các vân
Nhân ngoải
đ ể đặt ra. N h ờ m áy tính có khả năng xử lý các tập dừ
liệu rất lớn, kỹ thuật cắt lớp địa chấn có thê đưa ra
Ranh giới
lỏng - rắn h ình ảnh câu trúc sâu 3D của Trái Đất, cung câp các
Nhân trong
đ ầu m ối v ể bán chất cơ ch ế điều khiển các quá trình
đ ổi lư u tron g manti.
Hình 8. Các lớp khác nhau cùa Trái Đất. Q uá trình lan truyền sóng địa chấn rất nhạy với
các dị th ư ờ n g nhiệt độ, áp suất, thành phẩn hóa học
và các k hoán g vật. V iệc gia tăng nhiệt độ thư ờng dẫn
tới sự su y giảm tốc đ ộ truyền són g địa chấn. N gư ợ c
lại, v iệc gia tăng áp suất lại đi củng với sự gia tăng
tốc đ ộ truyền són g địa chân. Đ ây là nhừ ng điểm
quan trọng khi sử d ụn g phư ơng pháp địa chấn trong
n g h iên cứ u câu trúc sâu của Trái Đâ't.
N h ừ n g m ô hình 3D đẩu tiên của m anti Trái Đất
đ ư ợ c đ ề xu ất vào cuối n h ũ n g năm 70 của th ế kỷ 20
n h ư n g cu ộ c cách m ạng thật sự v ề cắt lớp địa chân
xảy ra sau đ ó gần m ười năm, khi m ột bộ đẩy đủ các
m ô h ìn h cắt lớp đư ợc đ ể xuất, từ b ể m ặt cho tới tâm
của Trái Đâ't (xem M ontagner, 2011). H iện nay, độ
p hân giải cho các dị thường k ế bên ở quy m ô toàn
cẩu (cho toàn bộ Trái Đất) là khoảng l.OOOkm.
H ình 10 [H.10] là m ột v í dụ v ề các m ô hình cắt lớp
của Trái Đâ't (Thurber và Ritsema, 2007) với nhữ ng
c ắ u trúc Trái Đất theo cắt lớp địa chắn 3D th ô n g tin m ó i v ể đ ộ n g lực Trái Đâ't và các quá trình ở
d ư ớ i sâu. Ớ đ ộ sâu lOOkm, sự phân b ố các dị thường
Một thực t ế là khi sử d ụ n g các m ô hình Trái Đất tốc đ ộ lan truyền són g địa chấn phản ánh cấu trúc
1D nêu trên các nhà khoa h ọc đã không thế giải thích địa chất trên mặt. Tại hầu hết các ranh giới m ảng tốc
đ ư ợ c sự khác biệt quan trọng v ể thời gian truyền đ ộ lan truyền són g địa chân là thấp v ì chúng thường
só n g (m ặc dù khá nhỏ, d ư ới 10%) giữa số liệu quan gắn liề n v ớ i các hoạt đ ộn g núi lửa. Tại các m iền đại
sát và s ố liệu tính toán lý thuyết. N h ử n g khác biệt d ư ơ n g , tốc đ ộ lan truyền sóng địa chân tăng lên theo
này được cho là do có các bất đ ổn g nhâ't v ề đặc tính tu ổ i của n h ữ n g v ù n g đ áy biển được xác định gắn với
vật lý ở k ế bên, trong các lớp khác nhau của Trái Đất. quá trình n g u ộ i đi của các m ảng theo thời gian. N h ư
Sau khi m ô hình kiến tạo m ảng và đối lưu trong vậy, sự p hù hợp đáng k ế giữa cấu trúc địa chấn quan
m an ti được chấp nhận, m ột loạt vấn đ ể liên quan tới trắc đ ư ợ c và cấu trúc su y diễn theo địa chất là bằng
địa động lực bên trong Trái Đ ất được đặt ra. Đ ó là - ch ứ n g đ ẩu tiên v ề tính hiệu quả của p hư ơn g pháp
N g u ồ n gốc của đ iểm n ón g là gì? Có bao n hiêu lớp cắt lớ p địa chấn. Tại các độ sâu lớn hơn, tương quan
trong manti? Q uá trình đối lưu trong m anti d iễn ra giữ a địa chât trên mặt và cấu trúc địa chấn dẩn kém
thê nào? Địa chất trên mặt (lục địa, ranh giới m ảng, đi và b iên đ ộ của các dị thường địa chấn giảm
các điếm nóng) đ ư ợc phản ánh như thê nào ở dưới x u ố n g . Khi xu ống tới đ ộ sâu khoảng 250 - 300km
sâu? Sụ tương tác và kết hợp giừa các lớp khác nhau vẫn cò n có th ể thây được m óng của lục địa nhưng
cua Trái Đằ't ra sao? Các d òn g chày ở sâu trong k h ô n g thê nhận ra các sống núi giừa đại dương.
m anti tác đ ộn g đến địa chất trên mặt như thê nào N g ư ợ c lại, các phiến hút chìm gắn với tốc đ ộ lan
hoặc các hiện tượng trên mặt tác đ ộn g đến đ ộ n g lực truyền só n g cao vẫn thấy được ở đ ộ sâu rất lớn. Đới
- 664 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT
chuyên tiếp (410 - 660km) vẫn thuộc vào m ột trong m anti) được tóm lược ở hình 12 [H.12]. Tại m óng
SỐ nhừng dải chiểu sâu mà các dị thường địa chấn m anti, lớp D" vẫn còn là bí ẩn bời nó có thê là nơi các
kém rõ ràng nhâ't. N ét đặc trưng của nó là tính bất phiến hút chìm tiêu biến đi và có điểu kiện phù hợp
đ ổn g nhât yếu n hưng có phân b ố tốc đ ộ lan truyền đ ê trở thành thê m ẹ của m ột s ố chùm m an ti sinh ra
són g địa chấn rất đơn giản với giá trị cao ở xung các điểm n óng trên b ể mặt Trái Đất.
quanh Thái Bình D ương, giá trị thâp tại bên dưới Các m ô hình cắt lớp toàn cẩu được cải tiến hàng
v ù n g trung tâm Thái Bình D ương và Châu Phi và năm không chi ở s ố lượng dữ liệu tăng lên mà còn ở
đ ược gọi là m ô hình hai câp. Mô hình hai cấp này các tham s ố được sử dụng ngày m ột p hong phú và
được liên hệ với các d òn g m anti quy m ô lớn dâng khái quát hơn. Hiện tại, chúng bao gồm cả các đặc tính
lên ở bên dưới trung tâm Thái Bình D ư ơng và Châu
bất đẳng hướng và phi đàn hổi (Montagner, 2011).
Phi, đi xuống ở hai rìa Thái Bình D ương. Vai trò của
V iệc khai thác đặc tính bất đ ổn g nhấi đ ẳn g h ư ớng có
các bất đ ổng nhât kích thước lớn là nổi trội, tuy
th ế xác định các v ù n g nóng, lạnh bên trong Trái Đât,
nhiên vai trò của các đối tượng kích thước nhỏ như
còn sử d ụ n g tính bât đẳng h ư ớng địa chấn cho phép
phiến hút chìm và chùm m anti vẫn chưa thật sự
khảo sát d òn g đối lưu. Gaboret và nnk. (2003) đã chi
rõ ràng (M ontagner, 2011).
ra rằng chu trình m anti su y ra từ các m ô hình địa
Biểu hiện của các phiến hút chìm trong các đ ộn g lực Tất phù hợp với các phân b ố bâ't đẳng
nghiên cứu ở quy m ô khu vực d ư ờng như không h ư ớng xu yên tâm và phư ơng vị [H.13]. Tính bất
thống nhất [H .lla ]. Một s ố phiến hút chìm có v ẻ cắm đắng hướng có rất nhiều ứng dụng như xác định đáy
sâu xu ống tận ranh giới nhân - m anti (van der H ilst m óng lục địa, khảo sát đối lưu quy m ô n hỏ tại m óng
và nnk. 1997), ngược lại m ột s ố khác, chẳng hạn bên
thạch quyến, khảo sát các lớp ranh giới đ ối lưu bên
dưới N hật Bản (Fukao và nnk. 2001), bị giới hạn ở đới
trong Trái Đất, trong đới chuyển tiếp, lớp D" và
chuyển tiếp [H .lla ]. Còn các chùm m anti và các
thậm chí ở nhân trong (xem M ontagner, 2011).
điểm n óng liên quan có th ể khởi đẩu tại n hừ n g nơi
xung yếu của lục địa, bao gồm nơi bắt đẩu của các N hữ n g tiến bộ ấn tượng của cắt lớp địa chấn, địa
sốn g núi đại d ư ơ n g m ói [H .llb ]. N gu ồn gốc của hóa học và vật lý tinh thế đạt được trong 20 năm gần
chùm m anti vẫn còn là vấn đ ể gây tranh cãi. D ư ờng đây trong nỗ lực tìm hiểu địa đ ộn g lực toàn cẩu đà
như chúng không có m ột nguồn gốc d uy nhất, cho thây hành tinh của chúng ta râ't sốn g động. Tâ't cả
n hưng rõ ràng chúng có th ể phát sinh từ các lớp các lớp là bất đ ổng nhất, có sự tưcmg tác và trao đổi
ranh giới khác nhau trong Trái Đât như trong quyển vật chất. Đ ến nay, các m ô hình cắt lớp 3D toàn cẩu đã
m ềm , đới chuyển tiếp và lớp D". Hai m ô hình đưa ra được giải quyết tốt cho những đối tượng địa châ't có
sự giải thích khác biệt v ể n gu ồn gốc và đ ộ sâu sinh kích thước rất lớn (>1.000km). Tuy nhiên, chúng vẫn
ra các chùm manti (m ô hình m ảng và m ô hình chùm chưa thỏa mãn đối với các đối tư ợng địa chất có kích
SAVV24B16 SB4L18 TXBW S20RTS
120 km (X = 7%)
Hình 10. Các mô hình tốc độ lan truyền sóng s (SAVV24B16, SB4L18, TXBW và S20RTS) tại các độ sâu
125.600, 1.350 và 2.750 km (Nguồn: Thurber và Ritsema, 2007).
- Đ ỊA V Ậ T LỶ 665
thước nho hơn mặc dù có râ't nhiều đối tượng như hiện các n ghiên cứu ờ quy m ô lớn với đ ộ chi tiết cao
vặy, chăng hạn như các p hiến hút chìm hoặc chùm hơn. Tuy nhiên, cũng cẩn phải nói rằng phư ơng
manti, rộng khoảng lOOkm, có vai trò then chốt trong pháp cắt lớp địa chân hiện nay vân còn hạn c h ế ở
địa đ ộng lực toàn cẩu. Chất lư ợn g hình ảnh 3D của chô n ó chỉ có thê cung cấp hình ảnh tức thời. D o vậy,
các nghiên cửu ở quy m ô khu vự c hiện nay đã khá đ ể có thêm thông tin v ể lịch sử Trái Đất, vẫn cần
tốt [H.14] nhưng rõ ràng, ở quy m ô toàn cầu vẫn cẩn phái đối sánh các kết quả địa chấn với các kết quả
phải tiếp tục cải thiện yếu tố này cùng với độ phân mà nhừ ng lĩn h vực khoa học v ể Trái Đất khác đem
giải theo phương ngang, đ ổn g thời kết hợp chặt chẽ lại. Địa chấn nói riêng và Địa vật lý nói chung mới
các nển tàng lý thuyết truyền thống với các đặc tính chỉ cung câp được m ột s ố m ảnh gh ép trong bức
bâ't đăng hướng và phi đàn hồi. V iệc xây dự ng m ột tranh toàn cảnh v ề địa đ ộng lực toàn cẩu và cẩn
m ô hình Trái Đất tham khảo 3D phù hợp với s ố liệu thêm rất n hiều nỗ lực trong nhiều lĩnh vự c đ ê có thể
địa chất, khoáng vật và m ô hình đ ộn g lực học châ't hiếu đ ầy đủ v ể tiến hóa không/thời gian của hành
lòng là thực sự cần thiết. tinh mà chúng ta đ ang sinh sống.
Trục
Mỏ hinh Mô hỉnh
chùm manti c_2 'CK. máng
Nhật Bàn Tonga
Đ ộ sâu
(Km )
300
65 0
1000 Nóng Tốc độ châm
< Tốc độ » Tổcdộ
tương đổi tương dối
1450
Hình 12. Hai mô hình đưa ra cách giải thích khác nhau về
nguồn gốc của các điểm nóng (Bên trái: C ourtillot và nnk.,
2003; Anderson, 2001) (Nguồn: Foulger và nnk., 2005).
Hình 11. Hình ảnh cắt lớp của (a) các phiến hút chim
(Nguồn: van der Hilst và nnk., 1997) và(b)chùm m anti
(Nguồn: M ontelli và nnk., 2004).
N hữ n g tiến bộ nêu trên đã dẫn đến sự gia tăng
các thiết bị m ói n hư các m ạng lưới trạm địa chân dày
đặc trên đất liền (chẳng hạn m ạng lưới địa chân của
M ỹ, của Châu Âu, m ạng H i-N et của N hật Bản,
v.v...), dưới đáy biến. Đ ổn g thời, các kỹ thuật tính
toán tham s ố phục vụ m ô hình hóa và giải bài toán
ngược cũng liên tục phát triến và hiện nay đã có thê
sử d ụng đ ầy đủ các d ạng són g địa chấn khác nhau
và kết hợp n hiều d ạng s ố liệu như nhiều địa chấn
(Shapiro và nnk., 2005), ch u yển đ ộn g quay (Lee và Hình 13. Mô phỏng số về lưu thông dòng chảy chồng lên mô
nnk., 2009), biến d ạng (M oritz và nnk., 2011) đ ế thực hình cắt lớp 3D (Nguồn: Gaboret và nnk., 2003).
- 666 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÂT
0 200 400 600 8 0 0 1000 1200 1400 1 6 0 0 1 8 0 0
Độ sâu (km)
H ì n h 1 4 . Cấu trúc sâu 3D khu vực Bắc Mỹ từ độ sâu 100 km trở xuống. Hình bên trái thẻ hiện các cấu trúc tương ứng với
dị thường tốc độ truyền sóng dVp/Vp = +0.35%, hình bên phải thẻ hiện các cấu trúc tương ứng với dVpA/p = -0.35%
(Nguồn: Sigloch, 2011).
quan tâm là cư ờng đ ộ chân đ ộng. Khi các thiết bị ghi
Địa chắn công trình, nguy hiểm động đất và
nhận dao đ ộ n g nền chưa đư ợc phát triển, cường đ ộ
rủi ro động đất
chân đ ộn g d o đ ộn g đâ't gây ra trên mặt đất đư ợc
Sóng địa chân m ột mặt có ích vì m ang thông tin đánh giá theo các thang phân bậc m ứ c đ ộ tác đ ộ n g
v ề n guồn sinh chấn và m ôi trường truyền sóng, cho của đ ộn g đâ't đôi với các kiểu nhà cửa, cô n g trình và
chúng ta cơ hội khám phá v ề bàn chất đ ộ n g đât, cấu con người, v.v... Ở Bắc Mỹ, n gư ời ta d ù n g thang MM
trúc củng như các đặc tính bên trong Trái Đất. (M odiíied M ercaỉli Scale) đ ể phân chia các m ức chân
N h ư n g m ặt khác, són g địa chân có th ế gây ra nhừng đ ộn g thành 12 câp. Thang này khá tư ơng đ ồng với
phá hủy đối với các công trình xây dựng, cướp đi thang MSK-64 (M ed ved ev - Spon heuer - Karnik)
của cải và sinh m ạng của nhân loại. Đê thích ứ ng và đư ợc H ội đ ổn g Đ ịa chân Châu Âu thông qua năm
giảm thiểu tổn thất của con người khi d ạn g tai biến 1964 và đư ợc d ù n g rộng rãi ở Liên Xô và các nư ớc
này xảy ra, m ột nhánh của địa chấn học là địa chấn Châu Âu; Việt N am cũng thư ờn g sử d ụ n g thang
công trình đã được hình thành và phát triến. Bộ m ôn này. Ờ N hật Bản, m ột thang khác đ ư ợc sử d ụn g là
này tiến hành nghiên cứu, đánh giá dao đ ộn g nền do JMA, chí phân chia các dạng chân đ ộ n g thành 7 câp.
đ ộn g đất gây ra, nhằm phục vụ m ục tiêu lập bản đổ N g à y nay, với các thiết bị quan trắc dao đ ộng nển
q uy hoạch và đưa ra các giải pháp thiết k ế xây d ự n g hiện đại, cư ờng đ ộ chấn đ ộng trên m ặt đâ't do đ ộ n g
nhà và công trình chịu đ ộn g đất. đất gây ra đư ợc th ể hiện m ột cách định lượng qua
gia tốc d ao đ ộn g nền có đơn vị là cm /s 2 hoặc g
Cường độ chấn động ( lg s 980cm /s2). Tương quan giữ a (các cấp) cường độ
Một trong n hừ n g tham s ố của dao đ ộn g nển sinh chấn đ ộn g trong các thang chấn đ ộ n g và gia tốc dao
ra do đ ộn g đất được các nhà địa chấn công trình đ ộn g nền đư ợc th ế hiện trong Bảng 2.
B ả n g 2. Tương quan giữa mức chấn động trong các thang chấn động và gia tốc dao động nền.
T h a n g M SK-64 T h a n g MM T ha n g JM A
Cấp Gia tốc Cấp Gia tốc Cấp Gia tốc
chấn động dao động nền chấn động dao động nền chấn động dao động nền
IV IV (0,015-0,02) g IV (0,025-0,08) g
V V (0,03-0,04) g V (0,08-0,258) g
VI (30-60) cm/s2 VI (0,06-0,07) g VI 0,258 g
VII (61-120) cm/s2 VII (0,10-0,15) g VII 0,80 g
VIII (121-240) cm/s2 VIII (0,25-0,30) g
IX (241-480) cm/s2 IX (0,50-0,55) g
X > 0,6 g
XI
- ĐỊA VẬT LÝ 667
Lưu ý là cường độ chân đ ộn g do m ột trận đ ộng + Đ ộ lớn của đ ộng đâ't cực đại Mmax có khá năng
đất gây ra tại m ột vị trí trên mặt đất không đại diện xảy ra trong các vù n g giới hạn bài chiểu dài L của
cho đ ộ lớn cùa đ ộn g đất ấy. Lý do là cường độ chân đứt gãy, hay đoạn đứt gãy sinh chân, và b ề d ày H
đ ộ n g không chi chịu sự chi phối của độ lớn đ ộng của tầng sinh chân trong vùng.
đâ't, mà nó còn bị chi phối bời khoảng cách chấn tiêu, + Sô' lượng động đâ't với độ lớn M xảy ra trung bình
đặc điếm hình học và tính châ't vật lý của m ôi trường hàng năm trong các vùng biếu thị bằng quan hệ tần
són g địa chân truyền qua. suất - độ lớn động đât (quan hệ Richter- Gutenberg)
trong Bang 3.
Nguy hiểm động đất
Bảng 3. Quan hệ tần suất - độ lớn động đất.
Một tham s ố dao đ ộn g nền khác rất quan trọng
trong việc đưa ra giải pháp thiết k ế xây dự ng cho Q uan hệ tần su ấ t - đ ộ lớ n
Tên v ù n g
đ ộ n g đất
công trình chịu đ ộn g đất như đập thủy điện lớn, nhà
m áy điện hạt nhân, cầu, hoặc nhà cao tầng, v .v ... là Đông Bắc (từ đứt gãy Sông Lô
- rìa nền Hoa Nam và đới lg = 2,948 - 0,886 M
m ức độ n guy hiêm đ ộn g đất ỡ địa điếm xây dự ng
Katazia)
côn g trình. Độ nguy hiểm độn% đất tại m ột đ iểm là
m ức chân đ ộn g cực đại của nền đât (có thể là dịch Sông Hồng - Sông Chảy Ig N l = 3,269 - 0,926 M
chuyên, tốc độ, gia tốc hoặc cường đ ộ chân động) do
đ ộn g đất gây ra tại điếm đ ó với xác suât xuât hiện Tây Bắc Ig N l =3,261-0,782 M
vượt quá m ột n g ư ờ n g p nào đó trong m ột khoảng
thời gian cho trước. Đ ế xác định được yếu tố này cẩn
Sông Cả Ig N'z = 3,325 - 0,948 M
phải biết 1) Đ ộ n g đâ't có thê xảy ra ở đâu, m ức độ Toàn vùng uốn nếp Việt - Lào
phát sinh đ ộn g đất m ạnh đến m ức nào (vị trí và đặc (từ đứt gãy Sông Hồng đến đứt Ig N ’ỵ = 3,537-0,815 M
trưng địa chân cùa n guồn sinh đ ộn g đât); 2) Q uy gãy Hưng Nhượng - Tà Vi)
luật xuâ't hiện đ ộn g đất theo thời gian ra sao; và Miền Nam Việt Nam (địa khối
Ig N l = 3,52 - 0,96 M
3) Q uá trình lan truyền chân đ ộn g từ chân tiêu đ ộn g Indosinia)
đất tới các vị trí ờ vù n g quan tâm như thê' nào (đặc + Trung bình, cường độ chấn đ ộng I trong đ ộn g
đ iếm m ôi trường truyền són g địa chấn). Phân b ố độ đất độ lớn M, đ ộ sâu chân tiêu h su y giảm theo
n gu y h iếm đ ộn g đâ't tại nhiều điếm (mật độ tương khoảng cách chân tâm A biếu thị bằng phư ơng trình:
ứng với tỷ lệ bản đổ) trên các vùng, m iền, lãnh thô I = 1,45 M - 3,2 lg ( h 2 + A 2 y /2 + 2,8
tạo nên bản đổ phân vùng động đất của các vùng, - Dựa trên các quy luật đó đã xác định các vù ng
m iền, lãnh thô ây. Bàn đ ồ phân vù n g đ ộng đất là đặc phát sinh đ ộn g đất M > 5,0 trên lãnh thô Việt N am
biệt cẩn thiết ch o việc quy hoạch xây dự ng đất nước, và thành lập đư ợc nhiều bản đ ổ độ n gu y hiểm đ ộng
các đ ô thị, khu dân cư, khu côn g nghiệp. đâ't tỷ lệ khác nhau cho toàn lãnh thố, các thành p h ố
N gh iên cứu đánh giá độ n gu y hiểm động đâ't ờ lớn và các vù n g lãnh thổ, phục vụ các yêu cẩu khác
Việt N am được bắt đầu và phát triển theo yêu cẩu của nhau của công cuộc xây d ụng.
công cuộc xây d ụ n g đât nước. N hiều công trình đã
+ Đầu tiên là bản đ ổ phân vù n g đ ộn g đât M iền
được thực hiện, đem lại những kết quả quan trọng:
Bắc V iệt N am tỳ lệ 1:3.000.000 trình bày kết quả
- Sử d ụ n g d anh m ục đ ộn g đất được từng bước đánh giá đ ộ n gu y hiểm đ ộng đất, th ế hiện bằng
cập nhật, hoàn thiện, các s ố liệu kiến tạo, địa đ ộn g cư ờng đ ộ chấn đ ộn g cực đại có thê xảy ra, ở các
lực, đã nghiên cứu hoạt đ ộn g đ ộn g đâ't và địa chấn v ù n g khác nhau ở m iển Bắc Việt N am . Bản đ ổ này
kiến tạo, tìm ra các quy luật biểu hiện của đ ộn g đất đã đư ợc sử d ụ n g cho công tác quy hoạch và thiết k ế
trên lãnh thô V iệt N am . N h ữ n g kết quả chính được kháng chấn cho đến khi phư ơng án phân v ù n g đ ộn g
tóm tắt n hư sau: đất V iệt N am m ới được công b ố năm 1985.
+ Đ ộ n g đất có đ ộ lớn M > 4,5, chi xảy ra trong các
vù n g đứt gãy kiến tạo hoạt đ ộng, phân chia các câu + Bản đổ phân v ù n g đ ộn g đất Việt N am tỷ lệ
trúc chính trên lãnh thổ. Các v ù n g hoạt đ ộng núi lừa 1:1.000.000 công b ố năm 1985 trong khuôn khô
cũng có th ế gây đ ộn g đâ't n ú i lửa, gây chấn đ ộng chương trình Q uy chuẩn xây dự ng V iệt N am ,
m ạnh tới câp VII (theo thang MSK - 64) ở v ù n g chương trình H ợp tác Việt - Xô v ề địa chấn, chương
chân tâm. trình A tlas quốc gia, trình bày kết quả phân vù ng
cấp chân đ ộ n g cực đại trên nển đá cứng và nửa cứng
+ Đ ộ sâu chấn tiêu đ ộn g đât trong từng vù n g đứt
trên lãnh thô Việt Nam .
gãy ít thay đổi, nhưng thay đối từ vù n g này sang
v ù n g khác, lớn nhất ờ các vù n g Sơn La, Sông Mã, + Gần đây, đ áp ứ ng yêu cầu của thiết k ế xây
giới hạn vù n g trùng Hà N ội v ể phía Đ ông Bắc đạt tới d ự n g kháng chân hiện đại, tính tới tính bất định
30km , trong v ù n g đứt gãy Sông H ổn g - Sông Chảy của các thôn g s ố đ ộ n g đất đư ợc sử d ụ n g và đ ộ rủi
đạt tới 25km / trong các vù n g đứt gãy khác nhỏ hơn ro có thê chấp nhận thì không phải côn g trình nào
2 0 km. cũ n g nhất thiết phải thiết k ế chịu đ ộ n g đất cực đại
- 668 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT
có khả n ă n g xảy ra. Đ iều cần là phải th iết k ế cô n g tốn thât thành phẩn; H : đ ộ n guy hiếm đ ộ n g đất. Chi
trình ch ịu đ ộ n g đâ't xu ất h iện vớ i tần su ất nhất đ ịn h s ố ị biểu thị loại yếu tô chịu rủi ro).
trong m ột k hoản g thời gian nhất định, tủ y thu ộc và o
kiểu loại, tính chât của cô n g trình cần thiết kế. Đ ối
với phẩn lớn nhà và cô n g trình thôn g th ư ờ n g cần
thiết k ế chịu đ ộ n g đâ't ứ n g với xác suât xu ất h iện
vượt quá 10% trong k hoản g thời gian 50 năm (chu
kỳ lặp lại 475 năm ). Đ ối v ó i các côn g trình quan
trọng thì thiết k ế với m ứ c đ ộ n g đât ứ n g vớ i xác suất
xuât h iện v ư ợ t quá 1 0 % trong 1 0 0 năm (chu kỳ lặp
lại 950 năm ), đ ố i vớ i côn g trình đặc biệt quan trọng
cẩn thiết k ế chịu đ ộ n g đất cực đại có khả n ăn g xảy
ra. Đ ế xác đ ịnh n h ữ n g th ôn g s ố đ ó theo y êu cẩu thiết
k ế k hán g chân, n gư ờ i ta d ù n g p h ư ơ n g p háp phân
tích xác suất. Thời gian qua p h ư ơ n g p h á p n ày đã
được ứ n g d ụ n g đ ể thành lập tập bản đ ổ đ ộ n g u y
hiểm đ ộ n g đất lãnh th ố V iệt N am , trong đ ó trình
bày các bản đ ổ p hân v ù n g gia tốc nền và cấ p đ ộ n g
đất v ó i chu kỳ lặp lại 475, 950, 2.500, 5.000, 10.000
năm đ áp ứ n g y êu cầu thiết k ế các kiểu loại cô n g
trình. Bàn đ ổ phân v ù n g gia tốc n ền ch u kỳ lặp lại
500 năm [H.15] đ ư ợ c đ ư a vào sử d ụ n g trong Tiêu
chuấn xây d ự n g V iệt N am T C X D V N 375: 2006 -
Thiết k ế côn g trình chịu đ ộ n g đ ấ t (N g u y ễn Đ ình
Xuyên, Phạm Đ ìn h N g u y ê n , 2010).
Rủi ro động đắt
Khi các cô n g trình xây d ự n g và các khu dân cư
đã đ ư ợ c hình thành, m ột tham s ố quan trọng khác
mà các nhà quản lý q uan tâm là đ ộ rủi ro đ ộ n g đất.
Độ rủi ro động đất là xác su ất xảy ra n h ừ n g tổn thất
v ể kinh t ế xã hội d o đ ộ n g đâ't gây ra tại m ột khu vự c
cho trước, trong m ột k h oản g thời gian ch o trước. Khả
năng bị tổn thương do động đất, còn đ ư ợ c g ọ i là độ
nhạy cảm thiệt hại do động đất, cũ n g chính là khả n ăng Hình 15. Bản đồ phân vùng gia tốc nền lãnh thổ V iệt Nam (nền
bị thiệt hại d o đ ộ n g đâ't. Lây v í d ụ cho m ột khu v ự c loại A, chu kỳ lặp lại 500 năm) (Nguồn: Nguyễn Đ in h Xuyên và
nnk., 2004).
đô thị, thì độ rủi ro động đất là n g u y cơ m à cộ n g đ ổ n g
Ta hãy thử xem xét m ột ví d ụ sa u đ â y . Trận
sinh số n g tại đ ô thị đ ó sẽ phải ch ịu n h ữ n g thiệt hại
đ ộ n g đâ't có đ ộ lớn M = 6,7 ± 0,2 xảy ra ở T uần Giáo
v ể vật chất và tinh thần d o đ ộ n g đất gây ra. C ũ n g có
(Tây Bắc V iệt N am ) v ào năm 1983, d o có chân tâm
thê h iểu n g u y cơ bị tốn th ư ơ n g n h ư khái n iệm n g ư ợ c
ở giừ a v ù n g rất h ẻo lánh n ên s ố n g ư ờ i ch ết và bị
lại của sứ c đ ể k hán g trước n h ữ n g tác đ ộ n g của đ ộ n g
th ư ơ n g m à đ ộ n g đất gây ra chỉ ở đơn v ị h à n g chục.
đâ't, và thư ờn g đ ư ợ c xét tư ơ n g ứ n g với m ỗi m ột yêu T rong khi đó, trận đ ộ n g đâ't có đ ộ lớn tương
tô'chịu rủi ro. ơ đ ây các y ế u tố chịu rủi ro đ ư ợ c h iếu đ ư ơ n g M = 6,9 xảy ra tại Kobe và o năm 1995, thành
là tất cả các đ ối tư ợ n g có m ặt trên khu v ự c n g h iên p h ố lớn, đ ô n g dân thứ hai của N h ật Bản, đã làm
cứu, b ao g ồ m cả n h ữ n g đ ôi tư ợ n g trực tiếp của đ ộ n g ch o 5.500 n g ư ờ i chết và k hoản g 35.000 n g ư ờ i bị
đất n h ư nhà cửa, đ ê đ iều và các h ệ th ốn g g ia o thông, thư ơn g, thiệt hại v ề kinh t ế - xã hội khác ư ớc tính
thông tin liên lạc, hay gián tiếp n h ư n h ừ n g tổn thât lên đ ến 147 tý đ ô la M ỹ. N h ư vậy, cù n g m ột m ức
v ề kinh t ế h ay xã hội. đ ộ n g u y hiểm đ ộ n g đâ't có th ể g ây ra n h ừ n g tổn
Đ ộ rủi ro đ ộ n g đất, đ ộ n g u y h iểm đ ộ n g đâ't, khả thât rât khác nhau.
năng bị tổn th ư ơ n g và y ếu tố chịu rủi ro liên h ệ với Trường hợp này có thể lý giải bằng sự khác nhau
nhau theo biểu thức: râ't lớn giữa m ức đ ộ phát triển của cộn g đ ổ n g tại hai
khu vự c nêu trên. N ếu d ù n g thuật n g ữ ch u yên môn,
R = H ± E ,V , có thê gọi Kobe là v ù n g có n gu y cơ bị tổn thương cao
i đối với hiểm hoạ đ ộ n g đất, hay nói cách khác, vùng
(R: đ ộ rủi ro đ ộ n g đất; E: y ếu tố chịu rủi ro; Kobe có độ rủi ro đ ộ n g đât cao hơn rât n hiều so với
V: khả n ăn g bị tổn thư ơn g, biếu thị s ố đ o của n h ừ n g v ù n g Tuần Giáo.
- ĐỊA VẬT LỶ 669
V iệc đánh giá độ rủi ro đ ộn g đất thường chi có đ iểu kiện nền, khả n ăn g rung đ ộ n g nển đ ư ợc đánh
giá trị thực tiền cao khi được thực hiện cho khu vực giá ch o khu v ự c n g h iên cứu. N h ữ n g kết quả này
phát triển cùa cộng đ ồng, dưới đây sẽ gọi là khu vực đ ư ợ c sử d ụ n g làm d ừ liệu đẩu v à o đ ể đ ánh giá khả
đô thị. M ột khu vực đô thị được hiếu là nơi tập trung n ăn g phá h u ỷ nền. C uối cùng, các th ô n g tin v ể độ
nhiều dân cư và các hoạt đ ộn g xã hội (chính trị, kinh n h ạy cảm của các y êu tố chịu rủi ro n h ư m ật đ ộ dân
tế hay công nghiệp, v .v ...). Trong m ột s ố trường sô', p hân b ố nhà cửa, cơ sờ hạ tầng, các h ệ thống kỹ
hợp, khái niệm này không đ ổ n g nghĩa v ó i khái niệm thuật, v .v ... đ ư ợ c đ ư a v à o kết h ợp v ớ i các kết quả
thành phố, mặc dù tất cả các thành p h ố đểu được coi đ ánh giá khả n ăng phá h u ỷ nền đ ê tính toán và ước
là các khu vự c đ ô thị. Từ đây, độ rủi ro động đất đô thị lư ợ n g tổn thất.
có th ế được định nghĩa như là khả năng bị thiệt hại V iệc xây d ự n g các cô n g cụ tính toán b ằng công
cùa các yếu tố chịu rủi ro, tức là các yếu tố chịu ảnh n g h ệ GIS ch o p h ép n g ư ờ i sử d ụ n g lựa ch ọ n việc áp
hường của rung đ ộn g do đ ộn g đất gây ra nằm trong d ụ n g p h ư ơ n g p háp đ án h giá đ ộ n g u y h iếm đ ộ n g đất
khu vự c đô thị đ ang xét. N hư vậy, việc đánh giá độ b ằn g cả hai cách tiếp cận xác su ất và tât đ ịnh đê
rủi ro đ ộn g đất cho khu vự c đ ô thị v ể bản chất là đ ánh giá rủi ro ch o khu v ự c n g h iên cứu. C ác kết quả
việc ư ớc lượng m ức độ thiệt hại mà đ ộn g đất có thể đ ư ợ c tự đ ộ n g tính toán và h iến thị d ư ớ i d ạ n g các
gây ra cho cộng đ ổn g tại khu vự c n ghiên cứu. V iệc bản đ ổ th ể h iện khả n ă n g rung đ ộ n g n ền , khả năng
đánh giá đ ộ rủi ro đ ộn g đằ't đô thị sẽ cho kết quả đẩu
phá h ủ y n ền và thiệt hại v ể nhà cửa và n g ư ờ i tại khu
ra là m ột bức tranh toàn cảnh (dự báo) vể nhữ ng
v ự c n g h iên cứ u [H.17]. C ôn g cụ GIS cũ n g có thể
thiệt hại mà trận đ ộn g đất có thê gây ra cho cộng
đ ư ợ c xây d ự n g v ớ i ch ứ c n ăng của h ệ th ố n g hỗ trợ ra
đ ồng đ ô thị. Đ ộ tin cậy và tính định lượng của các
q u y ết đ ịn h trong cô n g tác p h ò n g n gừ a, ứ n g cứu và
kết quà này phụ thuộc rất lớn vào d ữ liệu sử d ụn g
giảm n h ẹ thiệt hại d o đ ộ n g đâ't g â y ra đ ố i v ớ i cộng
và p hư ơn g pháp áp dụng.
đ ổ n g đ ô thị tại V iệt N am .
ơ V iệt N am , từ năm 2000 p hư ơng pháp đánh giá
Các kết quả nhận đ ư ợ c đã d ụ n g lên m ột bức tranh
độ rủi ro đ ộn g đâ't đô thị đã được xây dựng và áp
h iện thực v ề m ối n g u y h iểm đ ộ n g đất và n h ữ n g thiệt
d ụng tại ba thành p h ố lớn là Hà N ội, Thành p h ố H ổ
hại m à cộn g đ ổ n g đ ô thị sẽ phải gánh chịu nếu có
Chí M inh và N ha Trang. Phương pháp được sử
đ ộ n g đất xảy ra. Các kết quả ước lư ợn g thiệt hại sè là
d ụn g p h ổ biến là p hư ơng pháp tất định, sử d ụn g các
cơ sở đ ê đ ề xuất các giải pháp và ra các quyết định
kịch bản đ ộn g đất như các n guổn gây thiệt hại v ề
đ ú n g đắn nhằm 1). C ó k ế hoạch p h ò n g tránh, ngăn
nhà cửa và ngư ời cho khu vự c đ ô thị đ ang xét.
n gừ a và giảm thiểu n h ữ n g thiệt hại ch o cộn g đổng
H ình 16 [H.16] m inh họa các bước của quy trình
n ếu có đ ộ n g đất xảy ra; 2). D ự đ oán trươc bản chất và
đánh giá đ ộ rủi ro đ ộn g đất đ ô thị. Q uy trình đư ợc q uy m ô của các hoạt đ ộ n g ứ n g cứ u tại h iện trường
thực h iện qua nhiều giai đoạn, bắt đầu bằng việc xác
xảy ra đ ộ n g đất; 3). C ó k ế hoạch cụ thê v ề v iệc khôi
định khu vự c n ghiên cứu. Tiếp đ ó là việc xác định
p h ụ c và xây d ự n g lại sau khi đ ộ n g đâ't xảy ra.
trận đ ộ n g đất "kịch bản", đ ư ợc d ự báo sẽ xảy ra tại
khu v ự c nghiên cứu, với các thông s ố ban đầu được
Sóng thần
cho trước và có thế được thay đổi bởi người sử dụng.
Trên cơ sở các s ố liệu hiện có và sự h iếu biết v ể tính M ột d ạn g tai b iến thiên nhiên n g u y h iểm gắn với
địa chấn, địa chấn kiến tạo, địa chất công trình và đ ộ n g đất là só n g thần. Thuật n g ữ "sóng thần"
Hình 16. Quy trinh đánh giá độ rủi ro động đất đô thị bằng hệ thống hổ trợ ra quyết định.
- 670 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT
(tsunam i) có nguồn gổc từ tiếng N hật Bản, theo nghĩa khối lư ợng lớn nước biển, làm thay đối m ực nước
đen tsunam i là "sóng trong cảng" với từ "tsu" là cảng đột ngột, từ đó gây sóng thẩn. H iện tư ợng phá huy
và "nami" là làn sóng. Thuặt n gữ này được áp dụng ngẩm dưới đ áy đại d ư ơng n h ư sạt lờ đất cũng có th ể
trong các tài liệu khoa học đ ế m ô tả các chuyên động gây ra són g thẩn. N goài ra còn có n hữ n g hiện tượng
nhanh của sóng đại d ương và có khả năng gây ra sự khác có thê gây ra són g thẩn, v í dụ như núi lửa hay
tàn phá hàng loạt [H.18]. Danh m ục són g thần toàn sao băng.
cầu cho thây đã có hon 2 . 0 0 0 sự kiện sóng thẩn trong
suốt 4.000 năm qua (NGDC, 2009). Sự kiện són g thẩn Thang cường độ và độ lớn
Sumatra (Indonesia) năm 2004 là thảm họa sóng thẩn
C ủng như đ ộ n g đâ't, thang đ ộ lớn và cường độ
tồi tệ nhât trong lịch sử được ghi lại.
són g thần đư ợc thiết lập đ ế có th ế so sánh n hừ n g sự
kiện són g thần khác nhau.
Cơ chế tạo ra sóng thần
T hang độ lớn
Đ ộng đất là n gu yên nhân p hô biến nhâ't của sóng
thần. Dịch trượt của đứt gằy sinh đ ộn g đâ't c ó thê Thang độ lớn đầu tiên của m ột trận só n g thẩn là
làm biến dạng đáy đại dương, chiếm chỗ của một thang ML d o Murty & Loom is đ ể xuât dựa trên năng
Th*t h » n h à m u c t u n g b r h
0 -
8- 10(1*)
WÊẵ 10 W )
■ 1 15 aoị»)
■ 1 20 2 « » )
p. T h a i i i C ỏ rrg ế ^ Á í ■ I 25 30 r» )
HI 30 « * » )
B
Hình 17. Kết quả đánh giá rủi ro động đất cho quận Ba Đinh, Hà Nội theo động đất kịch bản đứt gãy
Sông Chảy (Mw = 6,6, h = 15 k m ) : A). Bản đồ thiệt hại nhà cửa ở m ức trung bình; B). Bản đồ thiệt hại
về người ở m ức độ 2 lúc 14 giờ (Nguồn: Nguyễn Hồng Phương, 2011).
- ĐỊA VẬT LỶ 671
luợng tiểm tàng của trận són g thẩn đó. Tuy nhiên, thang Imamura-Iida và tính toán cường độ són g thẩn
thang này vê' sau h iếm khi được sử d ụng vì nhừng theo công thức: I = Vi + log 2 Hnv
khó khăn trong v iệc tính toán năng lượng tiềm tàng với Hat’ là chiểu cao són g trung bình d ọc theo bờ biển
của sóng thẩn. H iện nay, thang độ lớn sóng thẩn do gẩn nhât. D o đó thang này đư ợc gọi là thang
Abc giới thiệu thư ờn g đ ư ợ c sử dụng: S oloviev Imamura. Thang S oloviev Im am ura được
Mt = a log(h) + b log(R ) + D sử d ụn g trong các danh m ục són g thẩn toàn cẩu (do
N G D C /N O A A và p hòng thí nghiệm són g thần
trong đ ó h là b iên đ ộ só n g thần són g tối đa (đơn vị là
N ovosib irsk biên soạn) như là tham s ố chính thể
m), được đo b ằng thư ớc đ o thủy triều tại khoảng
cách R từ tâm chân, a, b và D là các tham s ổ hiệu hiện kích cờ của sóng thẩn.
chinh đ ế làm ch o thang n ày phù hợp với thang độ
Đặc điểm của sóng thần
lớn m om en.
Đặc trưng của sóng thẩn là bước sóng lên đến
300km thậm chí lớn hơn, chu kỳ của sóng dài 1 0 - 6 0
phút và tốc độ lan truyền lên đ êh 800km /h. Ở vù ng
biển sâu, són g thần thường có biên độ thấp (
- 672 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT
Quá trình lan truyền của sóng thần G a b o r e t c . , F o r te A . M ., a n d M o n ta g n e r J. p ., 2003. T h e u n i q u e
d y n a m ic s o f th e P a c iíic H e m i s p h e r e m a n tle a n d its s ig n a t u r e
C hiểu cao và các m ô hình lan truyền của sóng
o n s e is m ic a n is o t r o p y . Earth and P ỉanetary Science Letters. 208:
thẩn bị chi phối bởi hướng, độ lớn của n guồn phát
219 - 233.
sinh đ ộ n g đât và các sốn g núi giừa đại dương. Các
số n g n ú i đại dư ơng đ ón g vai trò dẫn đ ư ờng cho sự K e n c h p ., 201 1 . T s u n a m i. Encyclopedia o f Earth Sciences Series,
lan truyền sóng. D o đó, địa hình đáy biển có vai trò 2011, Encyclopedia o/M odern Coral Reefs, Part 1 8 : 1096-1110.
quan trọng trong quá trình lan truyền són g thần. L a y T . a n d T. c . W a lla c e / 1995. M o d e m G lo b a l S e is m o lo g y ,
Academ ic Press. S a n D ie g o , C a l iío m ia .
M ặc dù nói chung chiểu cao són g thần trong
v ù n g biển sâu là nhỏ (< 5m), n h u n g càng vào v ù n g Lee H. K .w ., H. Ig e l and M. D . T r iíu n a c , 2009. R e c e n t
n ư ớc nông, đ ộ cao són g càng tăng lên và có thể lên advances in r o ta tio n a l s e is m o lo g y . Seismoỉogical Research
tới 10 - lOOm. Khi vào vù n g nước nông, són g bắt đẩu Letters. 80, no. 3: 47 9 - 49 0 , d o i: 1 0.17 8 5 /g s s r l.80.3.479.
ch u yển đổi, giảm tốc độ và tăng chiểu cao sóng. N ói M o n ta g n e r J. p ., 2011. E a r t h 's S tr u c t u r e , G lo b a l, (in E n c y c lo p e -
chung, n hữ n g chỗ n ông là nơi hiệu quả nhât đ ể làm d ia of S o ỉỉd E a r th G e o p h y s ic s , E n c y c lo p e d ia of E a rth
tăng đ ộ cao són g lớn nhất trên đ ộ dốc thấp và thềm S c ie n c e s S e rie s ). Spritĩger.
v en b iển nông. H ình 19 m inh họa m ột kịch bản lan M o n te lli R ., N o le t G ., D a h le n F., M a s te r s G ., E n g d a h l E., a n d
tru yền són g thần do đ ộn g đất xảy ra ở bờ biển phía H u n g s ., 200 4 . F in i te - f r e q u e n c y to m o g r a p h y r e v e a l s a v a r ie -
Đ ô n g N hật Bản [H.19]. ty o f p l u m e s in th e m a n tle . Science. 303 : 3 3 8 - 343.
M o r itz B., A . F ic h tn e r a n d H . Ig e l, 2011. M e a s u r e m e n t s o f
Dấu hiệu báo trước của một đợt sóng thần
tr a n s la tio n , r o ta tio n a n d s tr a in : n e w a p p r o a c h e s to s e is m ic
M ột đợt són g thẩn thường có những dấu hiệu P r o c e s s in g a n d ừ iv e r s io n . J. Seismology., D O I 1 0.10 0 7 /s l 0 9 5 0 -
b áo trước sau đây: 1). Cảm thấy đ ộng đất; 2). Các 0 1 2 -9 2 9 8 -3 ( o n lin e first).
b on g b óng khí nối lên m ặt nước giốn g như nước N g u y ễ n Đ ìn h X u y ê n , P h ạ m Đ ìn h N g u y ê n , 201 0 . M ộ t s ố th à n h
đ a n g sôi; 3). N ư ớc trong són g n óng bâ't thường; t ự u c ủ a đ ịa c h ấ n V iệ t N a m v à x u t h ế p h á t tr i ể n h iệ n đ ạ i.
4). N ư ớ c có m ùi trứng thối (khí hydro sulfur) hay Tuyển tập báo cáo tại Hội nghị Khoa học kỳ niệm 35 năm Viện
m ùi xăng, dầu; 5). N ư ớc làm da bị m ẩn ngứa; 6 ). Khoa học và Công nghệ Việt Nam . IS B N 9 7 8 -6 0 4 -9 1 3 -0 1 6 -8 , 9-20.
N g h e thây như có tiếng m áy nô của m áy bay phản H à N ộ i.
lực, tiến g ổn của cánh quạt m áy bay trực thăng, hoặc N g u y ễ n H ổ n g P h ư ơ n g , 201 1 . Đ á n h g iá r ủ i r o đ ộ n g đ â't đ ô th ị
tiến g huýt sáo; 7). Biến lùi v ề sau m ột cách đáng chú cho các thành p h ố lớn ờ V iệt Nam . Tạp chí các Khoa học về Trái
ý; 8). C ó vệt sáng đ ỏ ở đ ư ờ n g chân trời. Đ â l 33(3): 337 - 346. Hà Nội.
S h a p ir o N . M ., C a m p illo M ., S te h ly , L., a n d R itz w o lle r M . H .,
Tài liệu tham khảo 2005. H ig h - r e s o lu tio n su rfa c e -w a v e to m o g ra p h y fr o m
A n d e rso n D. L., 2001. T o p -d o w n te c to n ic s ? . Science. a m b ie n t s e is m ic n o is e . Science. 307 :1 6 1 5 -1 6 1 8 .
293: 2 0 1 6 -2 0 1 8 . S ig lo c h K ., 2011. M a n tle p r o v in c e s u n d e r N o r t h A m e r ic a fr o m
C o u r t i l l o t v . # D a v a ille A v B e s s e a n d S to c k J., 2003. T h r e e m u ltií r e q u e n c y p w ave to m o g ra p h y . Geochem. Geophỵs.
d i s t i n c t t y p e s o f h o t s p o t s in th e E a r t h 's m a n tle , Eartlĩ and Geosỵst., 12, Q02VV08, d o i:1 0 .1 0 2 9 /2 0 1 0 G C 0 0 3 4 2 1 .
Planetary Science Letters. 205: 2 9 5 - 308. S te in s . a n d Y V ysession M ., 2003. A n I n tr o d u c t io n to S e is m o lo g y ,
D z ie w o n s k i A . M ., a n d A n d e r s o n D . L., 1981. P r e li m in a r y re f- E a r t h q u a k e , a n d E a r th S tr u c t u r e . Bỉackivell Publishirtg.
e rence earth m odel. Physics o f the Earth and Pỉanetary T h u r b e r c . , a n d R its e m a )., 200 7 . T h e o r y a n d o b s e r v a tì o n s -
Interiors. 25: 2 9 7 - 356. s e is m ic to m o g r a p h y a n d in v e r s e m e th o d s , In R o m a n o w ic z
F o u l g e r G . R ., N a tla n d J. H ., P r e s n a ll D . c . , a n d A n d e r s o n D . L. a n d D z ie w o n s k i A . (e d s .). Treatise on Geophysics. A m s te r -
( e d s .) , 2005. P la te s , P lu m e s , and P a r a d ig m s . Geological d a m : E ls e v ie r, Vol. ĩ: 323-360.
Society o f America Special Issue. V o l. 388. 881 p g s . V a n d e r H ils t, R. D v Y V id iy a n to ro S v a n d E n g d a h l R., 1997.
Fukao Y ., V V id iy a n to ro s ., and O bayashi M ., 2001. E v id e n c e o f d e e p m a n tle đ r c u l a t i o n fr o m g lo b a l to r n o g r a p h y .
S t a g n a n t s la b s in th e u p p e r a n d lo v v er m a n tle t r a n s itio n re - N ature, 386: 57 8 -5 8 4 .
g io n . Revieĩvs o f Geophysics. 39: 291 - 323.
nguon tai.lieu . vn
