Luận văn Nghiên cứu xác định giá trị động đất thiết kế cực đại cho nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 2

Nội dung tài liệu: Luận văn Nghiên cứu xác định giá trị động đất thiết kế cực đại cho nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 2

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------- Bùi Trung Thông NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ ĐỘNG ĐẤT THIẾT KẾ CỰC ĐẠI CHO NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN NINH THUẬN 2 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2015
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------- Bùi Trung Thông NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ ĐỘNG ĐẤT THIẾT KẾ CỰC ĐẠI CHO NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN NINH THUẬN 2 Chuyên ngành: Vật lý Địa cầu Mã số: 604401111 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Phạm Đình Nguyên Hà Nội – 2015
3. LỜI CẢM ƠN Trƣớc hết, tôi xin đƣợc tỏ lòng biết ơn sâu sắc và gửi lời cảm ơn chân thành đến TS. Phạm Đình Nguyên, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn tôi thực hiện Luận văn, đã tận tình chỉ bảo và hƣớng dẫn tôi tìm ra hƣớng nghiên cứu, tiếp cận thực tế, tìm kiếm tài liệu, xử lý và phân tích số liệu, giải quyết vấn đề nhờ đó tôi mới có thể hoàn thành luận văn Thạc sỹ của mình. Ngoài ra, trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài tôi còn nhận đƣợc nhiều sự quan tâm, góp ý, hỗ trợ quý báu của quý thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè và ngƣời thân. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Cha mẹ và những ngƣời thân trong gia đình đã hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian qua và đặc biệt trong thời gian tôi theo học khóa thạc sỹ tại trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN. Quý Thầy, Cô là cán bộ thuộc Bộ môn Vật lý địa cầu, và quý Thầy, Cô công tác tại Khoa Vật lý – Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN, đã truyền đạt cho tôi những kiến thức bổ ích trong suốt hai năm học vừa qua. Các bạn bè, đồng nghiệp tại Cục An toàn bức xạ và hạt nhân – Bộ Khoa học và Công nghệ, luôn động viên, hỗ trợ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Tác giả Bùi Trung Thông
4. MỤC LỤC MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ..................................................................................................... 1 2. Phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................................... 2 3. Cấu trúc luận văn ..................................................................................................... 2 4. Các kết quả thu đƣợc của luận văn .......................................................................... 3 CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ ĐỘ NGUY HIỂM ĐỘNG ĐẤT TẠI KHU VỰC NMĐHN NINH THUẬN 2 ............................ 4 1.1. Khái niệm ............................................................................................................. 4 1.2. Khái quát về hoạt động địa chất, kiến tạo lãnh thổ Việt Nam .............................. 4 1.3. Hoạt động động đất ở Miền nam Việt Nam và khu vực Ninh Thuận .................. 7 1.4. Một số kết quả nghiên cứu, đánh giá độ nguy hiểm động đất đối với địa điểm NMĐHN Ninh Thuận 2 ......................................................................................... 12 1.4.1. Các nghiên cứu, đánh giá độ nguy hiểm động đất do nƣớc ngoài thực hiện .. 12 1.4.2 Đánh giá đánh giá độ nguy hiểm động đất của các nhà khoa học Việt Nam... 15 1.5. Những tồn tại cần đƣợc tiếp tục giải quyết ......................................................... 20 CHƢƠNG 2 - PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ ĐỘNG ĐẤT THIẾT KẾ CỰC ĐẠI .................................................................................................................. 22 2.1. Phƣơng pháp xác định độ lớn Mmax của động đất cực đại có thể phát sinh tại mỗi vùng nguồn ..................................................................................................... 22 2.2. Xác định MDE bằng phƣơng pháp xác suất ...................................................... 28 2.3. Xác định MDE bằng phƣơng pháp tất định ....................................................... 31 2.4. Đánh giá việc sử dụng hai phƣơng pháp xác suất và tất định ............................ 33 CHƢƠNG 3 - XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ ĐỘNG ĐẤT THIẾT KẾ CỰC ĐẠI CHO NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN NINH THUẬN 2 .................................................. 36 3.1 Các vùng nguồn sinh chấn ảnh hƣởng tới an toàn NMĐHN Ninh Thuận 2 ....... 39 3.1.1 Các vùng nguồn trong bán kính 300km tính từ vị trí nhà máy ................. 39 3.1.2 Các vùng nguồn trong bán kính 40km tính từ vị trí nhà máy ................... 43 3.2. Xác định giá trị độ lớn động đất phục vụ cho thiết kế NMĐHN Ninh Thuận 2 46 3.2.1. Mô hình tắt dần chấn động sử dụng trong tính toán ................................. 46 3.2.2. Động đất thiết kế cực đại cho NMĐHN Ninh Thuận 2 ........................... 49 KẾT LUẬN ........................................................................................................ 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 54 PHỤ LỤC .................................................................................................................. 59
5. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Dữ liệu các trận động đất xảy ra sau trận động đất (M6.7) năm 1983 (Zung, 2007) và những trận động đất tại miền Nam Việt Nam gần đây ..11 Bảng 2: Giá trị rung động nền cực đại tại địa điểm Ninh Thuận 2 theo phƣơng pháp xác suất .. .. .....15 Bảng 3: Giá trị rung động nền cực đại tại địa điểm Ninh Thuận 2 theo phƣơng pháp tất định . .16 Bảng 4. Một số động đất ghi nhận đƣợc tại khu vực Ninh Thuận ... .36 Bảng 5: Giá trị rung động nền cực đại tại địa điểm Ninh Thuận 2 . .49
6. DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Bản đồ kiến tạo khu vực xung quanh lãnh thổ Việt Nam 5 Hình 1.2 Bản đồ chấn tâm các trận động đất từng xảy ra tại Việt Nam trong thời gian từ 1067 đến 2002 6 Hình 1.3 Địa điểm xây dựng dự kiến NMĐHN Ninh Thuận 2 ...7 Hình 1.4 Cơ cấu chấn tiêu và bản đồ cƣờng độ động đất xảy ra ngày 08/11/2005 tại miền Nam Việt Nam (USGS) 9 Hình 1.5 Cơ chế chấn tâm và bản đồ cƣờng độ động đất của trận động đất diễn ra ngày 26/01/2011 (USGS) .10 Hình 1.6 Khu vực NMĐHN Ninh Thuận 2 nằm trong vùng nguy hiểm động đất có gia tốc rung động nền cực đại từ 200-400 cm/s2 ...12 Hình 1.7 Khu vực NMĐHN Ninh Thuận 2 đƣợc xác định thuộc vùng nền ổn định Sunda với động đất cực đại có độ lớn M=7,0 ...13 Hình 1.8 Các vùng nguồn chấn động sử dụng trong đánh giá Mmax bằng phƣơng pháp xác suất .14 Hình 1.9 Kết quả đánh giá rung động nền do động đất theo phổ phản ứng của động đất đứt đối với đứt gãy núi Bàu. ...18 Hình 2.1. Các bƣớc đánh giá độ nguy hiểm động đất bằng phƣơng pháp xác suất (Nguồn ENSTTI) .28 Hình 3.1 Sơ đồ phân bố đứt gãy tổng hợp từ tài liệu địa chấn nông phân giải cao và địa chấn dầu khí trong phạm vi bán kinh 100 km tính từ Phan Rang. (Theo Phan Trọng Trịnh và nnk., 2013) ..40 Hình 3.2 Bản đồ địa chấn kiến tạo của địa điểm Ninh Thuận 2 và các vùng lân cận (Nguyễn Hồng Phƣơng) ...41 Hình 3.3: Đặc trƣng địa mạo kiến tạo quanh đứt gãy Đông Hòn Gió .43
7. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ENSTTI (European Nuclear Safety Training & Tutoring Institute): Viện nghiên cứu đào tạo và thực hành an toàn hạt nhân châu Âu; GSHAP (Global Seismic Hazard Assessment Program): Chƣơng trình đánh giá độ nguy hiểm động đất toàn cầu; IAEA (International Atomic Energy Agency): Cơ quan năng lƣợng nguyên tử quốc tế; MCE (Maximum Credible Earthquake): Động đất cực đại có thể xảy ra; MDE (Maximum Design Earthquake): Động đất thiết kế cực đại; NMĐHN: Nhà máy điện hạt nhân; PEER: Trung tâm nghiên cứu kỹ thuật địa chấn Thái Bình Dƣơng; PGA (Peak Ground Acceleration): gia tốc rung động nền cực đại; USGS: Cơ quan khảo sát địa chất Hoa Kỳ; WSSI (World Seismic Safety Initiative): Sáng kiến an toàn địa chấn toàn cầu.
8. MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Dự án các nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận tại Việt Nam, trong đó có NMĐHN Ninh Thuận 2 là công trình quan trọng cấp quốc gia của Việt Nam. Một trong các mối nguy hại lớn nhất đối với an toàn của các NMĐHN là các tác động gây ra bởi động đất tới các cấu trúc, bộ phận và thành phần của NMĐHN. Trong quá khứ đã có NMĐHN bị hƣ hại nghiêm trọng, phải ngừng hoạt động trong một thời gian dài sau khi xảy ra động đất nhƣ NMĐHN Kashiwazaki-Kariwa (Japan) - nhà máy điện hạt nhân lớn nhất thế giới về sản lƣợng điện, có đến 7 lò phản ứng, đƣợc xây dựng từ giữa những năm 1990. Do đó việc xác định các giá trị về độ lớn động đất làm cơ sở để thiết kế NMĐHN Ninh Thuận 2 có vai trò đặc biệt quan trọng trong đảm bảo an toàn tuyệt đối cho công trình và ngƣời dân khi xây dựng và đƣa công trình vào vận hành. Bên cạnh đó, một trong các tiêu chí để đánh giá tính ƣu việt giữa các thế hệ lò phản ứng sử dụng trong các NMĐHN là khả năng chống động đất của nhà máy điện hạt nhân đó. Do đó việc xác định các giá trị về độ lớn động đất làm cơ sở để thiết kế NMĐHN Ninh Thuận 2 có vai trò quan trọng trong lựa chọn công nghệ sẽ sử dụng, cũng nhƣ đạt đƣợc các mục tiêu kinh tế đặt ra khi quyết định triển khai chƣơng trình điện hạt nhân tại Việt Nam. Về lý thuyết, việc đánh giá, xác định giá trị động đất thiết kế cực đại cho các công trình quan trọng đã đƣợc rất nhiều tác giả đề cập (chẳng hạn Cornell, 1968; McGuire, 1976; Ordaz et. al., 2001; Lee et. al., 2002, 2003; Campbell và Bozorgnia, 2008; Abrahamson và Silva, 2008; Panza et. al., 2011). Tuy nhiên, khu vực lân cân vị trí dự kiến xây dựng NMĐHN Ninh Thuận 2 có những đặc thù thực tế nhất định nhƣ điều kiện địa chất kiến tạo phức tạp, các kết quả điều tra, khảo sát trƣớc đây còn nghèo nàn, hoạt động động đất không đƣợc quan sát đầy đủ, v.v... (Nguyễn Đình Xuyên và nnk., 1996, 2004). Chính vì vậy, việc đánh giá, xác định giá trị động đất thiết kế cực đại cho NMĐHN Ninh Thuận 2 là không đơn giản, cần đƣợc nghiên cứu kỹ để có thể đảm bảo đƣợc đồng thời hai yêu cầu đã nêu: i) Đảm bảo mức an 1
9. toàn cao nhất cho công trình; ii) Đảm bảo tiết kiệm chi phí đầu tƣ và hiệu quả kinh tế của công trình. Chính vì những lý do đã nêu trên đây, tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu xác định giá trị động đất thiết kế cực đại cho nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 2” cho luận văn Thạc sĩ của mình. Luận văn đƣợc đặt ra với mục tiêu xác định giá trị động đất thiết kế cực đại cho NMĐHN Ninh Thuận 2 trên cơ sở các thông tin đã có về điều kiện địa chất, kiến tạo, đứt gãy và các quan trắc địa chấn tại khu vực dự kiến xây dựng NMĐHN Ninh Thuận 2 và lân cận. 2. Phƣơng pháp nghiên cứu Để xác định giá trị động đất thiết kế cực đại cho công trình xây dựng nói chung và đối với nhà máy điện hạt nhân nói riêng, các phƣơng pháp phổ biến thƣờng đƣợc sử dụng là phƣơng pháp xác suất (xem Cornell, 1968; McGuire, 1976; Ordaz et. al., 2001) và phƣơng pháp tất định (Campbell và Bozorgnia, 2008; Abrahamson và Silva, 2008; Hermann et. al., 2010; Irikura và Miyake, 2011; Kluegel và Attinger, 2011). Việc lựa chọn phƣơng pháp nào thích hợp để có đƣợc kết quả tin cậy phụ thuộc vào đặc điểm địa chất, bối cảnh kiến tạo của khu vực nghiên cứu. Trong luận văn của mình, tôi đã hệ thống lại các phƣơng pháp thƣờng đƣợc sử dụng trong đánh giá động đất thiết kế cực đại, phân tích các điều kiện thực tế của khu vực dự kiến xây dựng công trình NMĐHN Ninh Thuận 2, từ đó lựa chọn phƣơng pháp tất định cho nghiên cứu này nhằm tính toán giá trị động đất thiết kế cực đại cho địa điểm nghiên cứu: nguồn sinh chấn đƣợc xác định theo mô hình đứt gãy, sử dụng mô hình tắt dần chấn động của Campbell và Bozorgnia, 2008. 3. Cấu trúc luận văn Luận văn ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận văn gồm có 3 chƣơng, cụ thể: Chƣơng 1: Tổng quan về các nghiên cứu, đánh giá độ nguy hiểm động đất tại khu vực dự kiến xây dựng NMĐHN Ninh Thuận 2. 2
10. Chƣơng 2: Phƣơng pháp xác định giá trị động đất thiết kế cực đại. Chƣơng 3: Xác định giá trị động đất thiết kế cực đại cho nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 2. 4. Các kết quả thu đƣợc của luận văn Quá trình thực hiện Luận văn đã đƣa lại một số kết quả chính sau đây: - Hệ thống đƣợc đầy đủ các phƣơng pháp xác định giá trị động đất thiết kế cực đại thƣờng đƣợc sử dụng hiện nay; - Xác định đƣợc giá trị động đất thiết kế cực đại cho NMĐHN Ninh Thuận 2 trong các điều kiện thực tế của Việt Nam hiện nay. Kết quả này hoàn toàn có thể tham khảo trong quá trình thiết kế, xây dựng chống động đất cho NMĐHN Ninh Thuận 2. 3