Luận văn Xác định cơ cấu chấn tiêu một số trận động đất miền bắc Việt Nam bằng số liệu địa chấn dải rộng

Nội dung tài liệu: Luận văn Xác định cơ cấu chấn tiêu một số trận động đất miền bắc Việt Nam bằng số liệu địa chấn dải rộng

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Hà Thị Giang XÁC ĐỊNH CƠ CẤU CHẤN TIÊU MỘT SỐ TRẬN ĐỘNG ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM BẰNG SỐ LIỆU ĐỊA CHẤN DẢI RỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2012
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Hà Thị Giang XÁC ĐỊNH CƠ CẤU CHẤN TIÊU MỘT SỐ TRẬN ĐỘNG ĐẤT MIỀN BẮC VIỆT NAM BẰNG SỐ LIỆU ĐỊA CHẤN DẢI RỘNG Chuyên ngành: Vật lý Địa cầu Mã Số : 60.44.15 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Lê Tử Sơn Hà Nội – 2012
3. MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG ............................................................................................. iii DANH MỤC HÌNH VẼ........................................................................................ iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT................................................................. viii MỞ ĐẦU 1 Chương 1 - KHÁI NIỆM VỀ NGUỒN ĐỘNG ĐẤT VÀ TEN-XƠ MOMENT ĐỊA CHẤN............................................................................................................. 3 1.1. Khái niệm về nguồn động đất......................................................................... 3 1.1.1. Lý thuyết nguồn địa chấn ......................................................................3 1.1.2. Sự lan truyền sóng và các mô hình phát xạ...........................................5 1.1.3. Biễu diễn giải tích của hình thái đứt gãy...............................................9 1.2. Ten-xơ moment địa chấn................................................................................ 9 1.2.1. Các lực tương đương.............................................................................9 1.2.2. Ten-xơ moment địa chấn.....................................................................11 Chương 2 - HÀM GREEN VÀ BÀI TOÁN NGHỊCH ĐẢO TEN-XƠ MOMENT............................................................................................................ 14 2.1. Khái niệm hàm Green .................................................................................. 14 2.2. Bài toán nghịch đảo ten-xơ moment ............................................................ 18 2.3. Các phép phân tích ten-xơ moment ............................................................. 20 Chương 3 - CÁC CHƯƠNG TRÌNH XÁC ĐỊNH CƠ CẤU CHẤN TIÊU ĐỘNG ĐẤT SỬ DỤNG SỐ LIỆU ĐỘNG ĐẤT ĐỊA PHƯƠNG...................... 23 3.1. Chương trình FOCMEC (SEISAN 8.3 – 2010) ........................................... 23 3.2. Chương trình nghịch đảo ten-xơ moment bằng phần mềm INVRAD ....... 23 3.3. Chương trình nghịch đảo ten-xơ moment bằng phần mềm PINV ............. 24 3.4. Chương trình nghịch đảo ten-xơ moment bằng phần mềm ISOLA........... 24 3.4.1. Giới thiệu chương trình tính ...............................................................24 3.4.2. Các bước tính toán ..............................................................................25 3.4.2.1. Chuẩn bị số liệu ............................................................................. 25 i
4. 3.4.2.2. Chọn mô hình vỏ Trái Đất.............................................................. 25 3.4.2.3. Lựa chọn các trạm sử dụng trong quá trình nghịch đảo ................. 26 3.4.2.4. Lựa chọn băng ghi địa chấn trong quá trình nghịch đảo ................ 27 3.4.2.5.Lựa chọn các phương thức tính nguồn động đất từ nguồn giả định ban đầu....................................................................................................... 29 3.4.2.6.Tính toán hàm Green và nghịch đảo ten-xơ moment........................ 30 Chương 4 - KẾT QUẢ ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP NGHỊCH ĐẢO TEN-XƠ MOMENT CHO MỘT SỐ TRẬN ĐỘNG ĐẤT Ở KHU VỰC TÂY BẮC VIỆT NAM..................................................................................................................... 32 4.1. Số liệu địa chấn ............................................................................................. 32 4.2. Các kết quả xác định cơ cấu chấn tiêu......................................................... 34 4.2.1. Trận động đất ở Mường La – Bắc Yên................................................34 4.2.1.1. Trận động đất chủ chấn ML ........................................................... 34 4.2.1.2. Trận động đất dư chấn thứ nhất ML01........................................... 38 4.2.1.3. Trận động đất dư chấn thứ hai ML02............................................. 40 4.2.2. Trận động đất Quan Sơn – Thanh Hóa...............................................45 4.2.3. Trận động đất huyện Sốp Cộp – Sơn La..............................................48 4.3. Nhận xét kết quả........................................................................................... 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................... 59 ii
5. DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Mô hình cấu trúc 1D của lớp vỏ được sử dụng trong tính toán Bảng 4.1: Danh sách các trận động đất dùng để xác định cơ cấu chấn tiêu Bảng 4.2: Kết quả cơ cấu chấn tiêu của trận chủ chấn Bảng 4.3: Kết quả cơ cấu chấn tiêu của trận dư chấn ML01 Bảng 4.4: Kết quả tính toán cơ cấu chấn tiêu của động đất Mường La – Bắc Yên (ML) và hai dư chấn ML01, ML02 Bảng 4.5: Nghiệm cơ cấu chấn tiêu động đất Quan Sơn – Thanh Hóa Bảng 4.6: Nghiệm cơ cấu chấn tiêu động đất Sốp Cộp – Sơn La Bảng 4.7: Bảng so sánh kết quả cơ cấu chấn tiêu tính toán bằng ISOLA của động đất Sốp Cộp với USGS và ISC Bảng 4.8: Kết quả tính toán cơ cấu chấn tiêu áp dụng chương trình ISOLA. iii
6. DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sơ đồ biễu diễn mặt phẳng đứt gãy (Theo Kanamori và Cipar, 1974. Phys. Earth Planet. Inter., 9,128-36). Hình 1.2. Các dạng cơ bản của đứt gãy. (Eakins, 1987). Hình 1.3. Dao động sóng P đầu tiên đối với mặt phẳng đứt gãy và mặt phẳng phụ trợ. (Theo S.Stein và M. Wysession, 2003). Hình 1.4. a) Hệ trục tọa độ đề các định hướng đứt gãy. b) Hệ trục tọa độ cầu định hướng đứt gãy. c) Mẫu bức xạ sóng khối P trong mặt phẳng (x1x3). d) Mẫu bức xạ sóng khối S. (Theo S.Stein và M. Wysession, 2003). Hình 1.5. Biên độ mẫu bức xạ của sóng P và sóng S trên mặt phẳng x1x3. (Theo S.Stein và M. Wysession, 2003). Hình 1.6. Các loại lực khối tương đương. Trên cùng là lực đơn, ở giữa là ngẫu lực và cuối cùng là cặp ngẫu lực. (Theo S.Stein và M. Wysession, 2003). Hình 1.7. Chín thành phần ngẫu lực của ten-xơ moment địa chấn. Mỗi thành phần bao gồm hai cặp lực ngược chiều nhau và được phân cách một khoảng cách d. (Theo S.Stein và M. Wysession, 2003). Hình 1.8. Mối quan hệ giữa ten-xơ moment địa chấn và các dạng cơ cấu chấn tiêu động đất. Hàng trên cùng là nổ (trái) và sụt (phải). Ba hàng tiếp theo là nguồn cặp ngẫu lực. Hai hàng cuối là các nguồn CLVD. (Theo Dahlen và Tromp (1998), với phép biến đổi ten-xơ moment trong các hệ toạ độ theo các véc tơ cơ bản. Bản quyền của đại học Princeton). Hình 2.1. Lực tác dụng trong một thể tích, các ứng suất và trường dịch chuyển tại bề mặt; trường dịch u chuyển tại điểm bất kỳ dưới dạng hàm Green (theo Udías, 2002). Hình 2.2. Biểu diễn băng ghi địa chấn bằng nhân chập của các yếu tố: hàm thời gian nguồn x(t); cấu trúc trái đất q(t); đáp ứng thiết bị i(t).(Theo Chung và iv
7. Kanamori, 1980. Phys. Earth Planet. Inter.,23,134-59, Bản quyền từ Elsevier Science). Hình 3.1. Hình vẽ mô hình cấu trúc vận tốc được sử dụng trong tính toán. Hình 3.2. Minh họa lựa chọn băng ghi địa chấn tại trạm Hà Giang (HGVB) trong quá trình tính toán chuyển băng ghi từ vận tốc sang dịch chuyển. a) Băng ghi ban đầu chưa lọc và chưa chuyển sang băng ghi dịch chuyển. b) Băng ghi đã lọc và chuyển từ vận tốc sang băng ghi dịch chuyển. Hình 3.3. Hai phương thức tính nguồn được sử dụng để tính toán: 1) nguồn thay đổi theo độ sâu (hình bên trái); 2) nguồn thay đổi theo diện (hình bên phải). Hình 3.4. Sự tương quan giữa băng ghi lý thuyết (đường màu đỏ) và băng ghi thực tế (đường màu đen) trên bảy trạm của trận động đất Bắc Yên 2009. Hình 3.5. Kết quả xác định cơ cấu chấn tiêu theo phương pháp lựa chọn lưới. Cơ cấu chấn tiêu màu đỏ là kết quả cuối cùng với hệ số tương quan cao nhất. Hình 4.1. Mạng lưới 25 trạm địa chấn dải rộng ở miền bắc Việt Nam (tam giác màu đen). Tọa độ chấn tâm các trận động đất có ML 3.0 từ 2005 đến 2011 (hình tròn màu vàng và ngôi sao màu đỏ). Các trận động đất lớn và dư chấn (ngôi sao màu đỏ) được dùng để tính cơ cấu chấn tiêu trong bài báo. Hình 4.2. Minh họa băng sóng địa chấn ghi nhận được tại 14 trạm của trận động đất Bắc Yên (2009). Hình 4.3. Tọa độ chấn tâm động đất ML (ngôi sao màu đỏ) và bảy trạm sử dụng trong quá trình nghịch đảo (tam giác màu đỏ). Hình 4.4. Sự tương quan giữa băng ghi lý thuyết (đường màu đỏ) và băng ghi thực tế (đường màu đen) trên trận động đất Mường La-Bắc Yên (ML). Hình 4.5. Kết quả xác định cơ cấu chấn tiêu của trận động đất Mường La-Bắc Yên (ML) theo phương pháp lựa chọn lưới (grid-search). Cơ cấu chấn tiêu màu đỏ là kết quả cuối cùng với hệ số tương quan cao nhất. Hình 4.6. Các tham số cơ cấu chấn tiêu của trận động đất Mường La-Bắc Yên được tổng hợp trên bảng (phía phải) và nghiệm cơ cấu chấn tiêu được vẽ (phía trái). v
8. Hình 4.7. Sự tương quan giữa băng ghi lý thuyết (đường màu đỏ) và băng ghi thực tế (đường màu đen) trên trận dư chấn ML01. Hình 4.8. Kết quả xác định cơ cấu chấn tiêu của trận dư chấn ML01 theo phương pháp lựa chọn lưới (grid-search). Cơ cấu chấn tiêu màu đỏ là kết quả cuối cùng với hệ số tương quan cao nhất. Hình 4.9. Các tham số cơ cấu chấn tiêu của trận dư chấn ML01 được tổng hợp trên bảng (phía phải) và nghiệm được vẽ (phía trái). Hình 4.10. Sự tương quan giữa băng ghi lý thuyết (đường màu đỏ) và băng ghi thực tế (đường màu đen) trên trận dư chấn thứ hai (ML02). Hình 4.11. Kết quả xác định cơ cấu chấn tiêu của trận dư chấn thứ hai (ML02) theo phương pháp lựa chọn lưới (grid-search). Cơ cấu chấn tiêu màu đỏ là kết quả cuối cùng với hệ số tương quan cao nhất. Hình 4.12. Các tham số cơ cấu chấn tiêu của trận dư chấn thứ hai (ML02) được tổng hợp trên bảng (phía phải) và nghiệm được vẽ (phía trái). Hình 4.13. Bản đồ biểu diễn cơ cấu chấn tiêu của trận động đất Mường La Bắc Yên (ML) và hai dư chấn (ML01, ML02). Hình 4.14. Bản đồ đường đẳng chấn của trận động đất Mường La – Bắc Yên 2009 (đường màu xanh). Hình tròn màu vàng là chấn tâm động đất và các dư chấn. Hình 4.15. Sự tương quan giữa băng ghi lý thuyết (đường màu đỏ) và băng ghi thực tế (đường màu đen) trên trận động đất Quan Sơn-Thanh Hóa. Hình 4.16. Kết quả xác định cơ cấu chấn tiêu của trận động đất Quan Sơn – Thanh Hóa (TH) theo phương pháp lựa chọn lưới (grid-search). Cơ cấu chấn tiêu màu đỏ là kết quả cuối cùng với hệ số tương quan cao nhất. Hình 4.17. Các tham số cơ cấu chấn tiêu của trận động đất Quan Sơn – Thanh Hóa (TH) được tổng hợp trên bảng (phía phải) và nghiệm được vẽ phía trái. Hình 4.18. Bản đồ đường đẳng chấn của trận động đất Quan Sơn – Thanh Hóa 2010 (đường màu xanh). Ngôi sao màu đỏ là chấn tâm động đất. vi
9. Hình 4.19. Sự tương quan giữa băng ghi lý thuyết (đường màu đỏ) và băng ghi thực tế (đường màu đen) trên trận động đất Sốp Cộp – Sơn La. Hình 4.20. Kết quả xác định cơ cấu chấn tiêu của trận động đất Sốp Cộp – Sơn La theo phương pháp lựa chọn lưới (grid-search). Cơ cấu chấn tiêu màu đỏ là kết quả cuối cùng với hệ số tương quan cao nhất. Hình 4.21. Các tham số cơ cấu chấn tiêu của trận động đất Sốp Cộp – Sơn La được tổng hợp trên bảng (phía phải) và nghiệm được vẽ (phía trái). Hình 4.22. Bản đồ đường đẳng chấn của trận động đất Sốp Cộp – Sơn La năm 2010 (đường màu xanh). Hình tròn màu vàng là chấn tâm động đất và các dư chấn. Hình 4.23. Cơ cấu chấn tiêu của trận động đất Sốp Cộp – Sơn la (màu đen) so sánh với cơ cấu chấn tiêu đã được công bố của USGS (màu xanh) và ISC (màu đỏ). Hình 4.24. Bản đồ cơ cấu chấn tiêu của ba trận động đất (màu xanh) và hai dư chấn (màu đỏ) trong khu vực Tây bắc Việt Nam trong năm 2009 và 2010. vii
10. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CCCT : Cơ cấu chấn tiêu. CLVD : Compensated linear vector dipole (Lưỡng cực véc-tơ tuyến tính bù). DC : Double – Couple (Ngẫu lực kép). GMT : Greenwich Mean Time (giờ trung bình tại Greenwich). MSK : Thang đo Cường độ động đất (Medvedev Sponheuer Karnik). M : Magnitude (Độ lớn của động đất). ML : Local magnitude (Độ lớn của động đất địa phương). viii