Luận văn Xây dựng thuật toán và sơ đồ khối của chương trình dự báo động đất theo mô hình thống kê

Nội dung tài liệu: Luận văn Xây dựng thuật toán và sơ đồ khối của chương trình dự báo động đất theo mô hình thống kê

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Trần Việt Phƣơng XÂY DỰNG THUẬT TOÁN VÀ SƠ ĐỒ KHỐI CỦA CHƢƠNG TRÌNH DỰ BÁO ĐỘNG ĐẤT THEO MÔ HÌNH THỐNG KÊ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2012
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Trần Việt Phƣơng XÂY DỰNG THUẬT TOÁN VÀ SƠ ĐỒ KHỐI CỦA CHƢƠNG TRÌNH DỰ BÁO ĐỘNG ĐẤT THEO MÔ HÌNH THỐNG KÊ Chuyên ngành : Vật Lý Địa Cầu Mã số : 604415 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TSKH Ngô Thị Lƣ Hà Nội - Năm 2012
3. Luận văn Thạc sĩ môc lôc MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 6 Chƣơng 1: TỔNG QUAN ............................................................................................. 9 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu dự báo động đất trên thế giới ..................... 9 1.2. Tình hình nghiên cứu dự báo động đất ở Việt Nam ................................... .11 Chƣơng 2: PHƢƠNG PHÁP DỰ BÁO ĐỘNG ĐẤT THEO MÔ HÌNH THỐNG KÊ ............................................................................................................... 19 2.1. Cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp ................................................................ 19 2.2. Qui trình dự báo động đất theo mô hình thống kê ....................................... 26 Chƣơng 3: THIẾT LẬP CHƢƠNG TRÌNH DỰ BÁO ĐỘNG ĐẤT THEO MÔ HÌNH THỐNG KÊ ..................................................................................................... 31 3.1. Thuật toán và sơ đồ khối của chƣơng trình dự báo động đất theo mô hình thống kê: ...................................................................................................................... 31 3.2. Ngôn ngữ lập trình ....................................................................................... 35 3.3. Chƣơng trình ................................................................................................ 36 3.4. Hƣớng dẫn sử dụng phần mềm .................................................................... 37 3.5. Các giao diện của chƣơng trình ................................................................... 40 3.6. Code chƣơng trình ........................................................................................ 41 Chƣơng 4: ÁP DỤNG CHƢƠNG TRÌNH DỰ BÁO ĐỘNG ĐẤT THEO MÔ HÌNH THỐNG KÊ THỬ NGHIỆM DỰ BÁO CHO CÁC KHU VỰC CỤ THỂ ............................................................................................................. ..45 4.1. Các tài liệu sử dụng ..................................................................................... 45 4.2. Áp dụng thử nghiệm chƣơng trình đối với khu vực tây bắc việt nam ......... 45 4.3. Áp dụng thử nghiệm dự báo đối với danh mục động đất đông nam á ........ 50 4.4. So sánh kết quả dự báo trong 2 trƣờng hợp khi lựa chọn xác xuất tin cậy của dự báo khác nhau ................................................................................. 53 4.5. Nhận xét ....................................................................................................... 55 KẾT LUẬN ................................................................................................................. 56 Trần Việt Phương 3
4. Luận văn Thạc sĩ TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 58 PHỤ LỤC 1 ................................................................................................................. 65 PHỤ LỤC 2 ................................................................................................................. 72 Bảng ký hiệu các chữ viết tắt DMĐĐ Danh mục động đất DMĐĐĐL Danh mục động đất độc lập Trần Việt Phương 4
5. Luận văn Thạc sĩ Các công trình đã công bố Trong quá trình học tập và làm việc tại viện Vật lý địa cầu để hoàn thành luận văn, tác giả luận văn đã tham gia và là đồng tác giả của các công trình đã đƣợc công bố dƣới đây: 1. Ngô Thị Lƣ, Trần Việt Phƣơng (2009), “Tách các nhóm tiền chấn, dƣ chấn từ danh mục động đất khu vực Đông Nam Á (chu kỳ 1278-2008) bằng phƣơng pháp cửa sổ không gian thời gian” Các khoa học về Trái đất 31(1), Hà Nội, 2009.Tr. 35- 43. 2. Burmin V.Yu., Ngô Thị Lƣ, Trần Việt Phƣơng (2009), “Đánh giá tính hiệu quả của hệ thống trạm địa chấn hiện có của Việt Nam” Các thiết bị địa chấn, Viện Hàn lâm khoa học Nga, 45(1), Moscow, 2009. Tr. 44-61. (Tiếng Nga). 3. Rodkin M.V.*, Ngo Thi Lu **, Pisarenko V.F.*, Tran Viet Phuong** and Vu Thi Hoan **(2010), “Change in the regime of growth of cumulative seismic energy with time: examination from the regional catalogue of Vietnam”, 8th General Assembly of Asian Seismological Commision (ASC 2010). (*- International Institute of Earthquake Prediction Theory and Mathematical Geophysics Russian Academy of Sciences (IIEPT RAS); **- Institute of Geophysics VAST (Vietnam Academy of Science and Technology). 4. V.Yu. Burmin*, Ngo Thi Lu**, Tran Viet Phuong**(2010), “Design of an optimal network of seismic stations in North Vietnam” 8th General Assembly of Asian Seismological Commision (ASC 2010). *Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia; **Institute of Geophysics of Vietnamese Academy of Science and technology, Hanoi. 5. Ngo Thi Lu, Nguyen Anh Quan, Tran Viet Phuong (2010), “Establishing a computer program for earthquake prediction on the vietnamese territory and adjacent regions by zoning of Earth’s crust types” Journal of Geology, series B(35-36/2010). tr. 111-130). Trần Việt Phương 5
6. Luận văn Thạc sĩ 6. Ngô Thị Lƣ, Trần Việt Phƣơng (2012) “Thiết lập chƣơng trình dự báo động đất theo mô hình thống kê”, Địa chất, Số 331-332; 5-8/2012, tr. 40-49. ISSN 0866- 7381. 7. Ngô Thị Lƣ, Trần Việt Phƣơng (2012) “Cải biên thuật toán và xây dựng sơ đồ khối của chƣơng trình dự báo động đất cực đại bằng phƣơng pháp vật lý kiến tạo”, Tc Địa chất 331-332; 5-8/2012, tr. 50-58. ISSN 0866-7381. 8. Ngô Thị Lƣ, Trần Việt Phƣơng (2012) “Về một cách tiếp cận mới đề xây dựng thuật toán và quy trình dự báo động đất theo mô hình thống kê”, Các khoa học về Trái đất 34(3), Hà Nội, 2012, tr. 3-7. 9. Ngô Thị Lƣ (Chủ nhiệm đề tài), Trần Việt Phƣơng, Phùng Thị Thu Hằng, Nguyễn Hữu Tuyên và nnk (2011) Đánh giá tiềm năng địa chấn lãnh thổ Việt Nam theo tổ hợp các tài liệu địa chất-địa vật lý và địa chấn, Nhiệm vụ hợp tác khoa học quốc tế giữa hai viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam và viện HLKH Liên bang Nga theo Nghị định thƣ cấp Nhà nƣớc (giai đoạn 2008-2010). Hà Nội, 2011. Báo cáo tổng kết đề tài. 163tr. Trần Việt Phương 6
7. Luận văn Thạc sĩ MỞ ĐẦU Những năm gần đây, thảm hoạ động đất, sóng thần trên toàn cầu ngày một gia tăng, nhất là đối với khu vực Đông Nam Á. Do có vị trí địa lý nằm tại nơi tiếp giáp giữa 2 vành đai hoạt động địa chấn lớn liên quan với 2 vành đai phá huỷ kiến tạo chính hoạt động mạnh mẽ nhất trên hành tinh, nên Đông Nam Á không những chịu ảnh hƣởng của hoạt động phá huỷ kiến tạo mạnh mà còn chịu độ nguy hiểm động đất và sóng thần rất cao. Đặc biệt, thảm hoạ động đất sóng thần Sumatra ngày 26.12.2004, thảm hoạ do động đất Tứ Xuyên (12.05.2008) và động đất (4.2010) (Trung Quốc), thảm họa động đất Tōhoku (Nhật Bản) vào ngày 11 tháng 3 năm 2011 đã gây tổn thất vô cùng nghiêm trọng về ngƣời, về của và cả về sự phá huỷ môi trƣờng. Gần đây nhất, hiện tƣợng động đất liên tục xảy ra tại khu vực đập thủy điện sông Tranh 2 gây hoang mang trong dƣ luận cả nƣớc nói chung và tỉnh Quảng Nam nói riêng. Tình hình thực tế nêu trên làm cho vấn đề dự báo động đất, sóng thần, vốn là vấn đề nan giải và luôn mang tính thời sự trên qui mô toàn cầu, càng trở nên cấp thiết hơn và đang đƣợc các nhà khoa học vô cùng quan tâm. Lãnh thổ VN tham gia vào thành phần của ĐNA, nên ít nhiều chịu ảnh hƣởng của vùng hoạt động kiến tạo và vùng nguy hiểm địa chấn, đƣợc đặc trƣng bởi tính địa chấn và hoạt động kiến tạo tích cực nhƣ vậy. Do đó, nghiên cứu dự báo động đất đối với lãnh thổ Việt Nam và các vùng lân cận không những là vấn đề có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao mà còn là một nhiệm vụ có tính cấp thiết đối với thực tế địa chấn Việt Nam. Để giải quyết vấn đề mang tính thời sự nhƣ vậy đối với một lãnh thổ bất kỳ, một trong những nhiệm vụ quan trọng hàng đầu là cần xây dựng và thiết lập một chƣơng trình, cho phép dự báo thời gian, địa điểm và độ mạnh của trận động đất có thể xảy ra trong tƣơng lai gần nhằm xây dựng các biện pháp phòng tránh, giảm thiểu tối đa thiệt hại có thể. Nhiệm vụ nhƣ vậy càng có ý nghĩa hơn trong bối cảnh Viện VLĐC đang thực hiện Dự án tăng cƣờng trang thiết bị trạm, phục vụ báo tin động đất và cảnh báo sóng thần. Để giải quyết vấn đề nêu trên, một trong những nhiệm vụ có tính cấp thiết là cần tiến hành là “Xây dựng thuật toán và sơ đồ khối của chương trình dự báo động Trần Việt Phương 7
8. Luận văn Thạc sĩ đất theo mô hình thống kê”. Đó chính là lý do mà tác giả luận văn đã chọn tên đề tài nghiên cứu này. Mục tiêu của luận văn 1. Xây dựng thuật toán mới và thiết lập chƣơng trình dự báo động đất theo mô hình thống kê. 2. Áp dụng thử nghiệm chƣơng trình đƣợc thiết lập đối với khu vực Tây Bắc Việt Nam và khu vực Đông Nam Á để so sánh kết quả dự báo với với các sự kiện đã xảy ra trong thực tế nhằm kiểm tra tính đúng đắn của chƣơng trình. Nhiệm vụ của luận văn 1. Tìm hiểu phƣơng pháp dự báo động đất theo mô hình thống kê trên cơ sở tổ hợp các tài liệu địa vật lý và địa chấn. 2. Thu thập các tài liệu địa vật lý và địa chấn cho khu vực nghiên cứu, phân tích, lựa chọn và chỉnh lý số liệu phục vụ hƣớng nghiên cứu. 3. Xây dựng thuật toán, sơ đồ khối, lựa chọn ngôn ngữ lập trình phù hợp và thiết lập chƣơng trình phân loại vỏ Trái đất trên máy tính. 4. Áp dụng thử nghiệm chƣơng trình đã đƣợc thiết lập đối với các khu vực khác nhau, nhận xét và đánh giá khả năng ứng dụng của chƣơng trình. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn 1. Đã chuyển giao, áp dụng một cách sáng tạo phƣơng pháp dự báo bằng mô hình thống kê, góp phần giải quyết nhiệm vụ dự báo đƣợc thời gian, tọa độ và magnitude của động đất ở Việt Nam và lân cận. 2. Thời gian gần đây có rất nhiều các trận động đất mạnh xảy ra, gây nên những tổn thất vô cùng nặng nề về ngƣời và của. Vì vậy, xây dựng một phần mềm có khả năng dự báo trƣớc đƣợc động đất là một yêu cầu vô cùng cấp thiết có ý nghĩa khoa học và có ý nghĩa thực tiễn. Trần Việt Phương 8
9. Luận văn Thạc sĩ 3. Những nội dung đã đƣợc thực hiện trong luận văn này góp phần thiết thực vào việc giải quyết một trong nhiệm vụ của Đề tài độc lập cấp Viện khoa học Việt Nam, mã số: VAST.ĐL.09/11-12: “Xây dựng bộ chương trình thử nghiệm dự báo ngắn hạn động đất trên cơ sở mô hình thống kê kết hợp sử dụng các phương pháp Vật lý kiến tạo, áp dụng đối với lãnh thổ Việt Nam và các cùng lân cận”. Cấu trúc của luận văn Luận văn gồm phần mở đầu, 4 chƣơng, kết luận, tài liệu tham khảo và 2 phụ lục. Toàn bộ các nội dung nêu trên đƣợc trình bày trên 76 trang đánh máy khổ A4, với 10 hình vẽ và 4 bảng biểu minh họa (không kể phần phụ lục). Phần mở đầu gồm 4 trang trình bày tính cấp thiết và lý do chọn đề tài: “Xây dựng thuật toán và sơ đồ khối của chương trình dự báo động đất theo mô hình thống kê”. Trong phần này còn trình bày mục tiêu , nhiệm vụ, các kết quả nhận đƣợc, các điểm mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn. Chƣơng 1: gồm 10 trang, giới thiệu tổng quan về tình hình nghiên cứu dự báo động đất trên thế giới và ở Việt Nam, các phƣơng pháp xác định magnutide cực đại của động đất và vùng phát sinh động đất mạnh. Chƣơng 2: gồm 12 trang với 3 hình vẽ trình bày cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp và quy trình dự báo động đất. Chƣơng 3: gồm 14 trang với 4 hình vẽ. Nội dung chƣơng này trình bày thuật toán, sơ đồ khối, giới thiệu về ngôn ngữ lập trình đƣợc sử dụng, các giao diện của chƣơng trình và hƣớng dẫn sử dụng chƣơng trình. Chƣơng 4: gồm 11 trang với 3 hình vẽ và 4 bảng biểu trình bày kết quả áp dụng thử nghiệm chƣơng trình đã lập để dự báo động đất cho khu vực Tây Bắc Việt Nam và khu vực Đông Nam Á. Trên cơ sở các kết quả này tác giả đã đƣa ra những nhận xét và đánh giá về khả năng áp dụng và các ƣu điểm của chƣơng trình đã lập. Trần Việt Phương 9
10. Luận văn Thạc sĩ Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu dự báo động đất trên thế giới: Từ lâu các nhà khoa học đã thống kê và tổng kết đƣợc những nguyên nhân chính gây ra động đất, nơi nào thƣờng xuyên xảy ra động đất và tính toán đƣợc những tham số cơ bản của một trận động đất khi nó diễn ra. Tuy nhiên, vấn đề dự báo sớm động đất sẽ xảy ra ở đâu, khi nào và có độ lớn bao nhiêu là điều mà các nhà khoa học hƣớng đến thì vẫn là một bài toán chƣa có lời giải trọn vẹn. Qua nhiều thế kỷ, ngƣời ta đã dựa trên những cơ sở khác nhau, từ các hoạt động khác thƣờng của một số loài vật tới những hình thù kỳ lạ của các đám mây, sự biến đổi đột ngột của mực nƣớc giếng, hay sự thay đổi hàm lƣợng radon hoặc hydro trong đất đá để tìm cách dự báo động đất. Một trong những lần ngƣời ta đã dự báo đƣợc chính xác là trận động đất tại Haicheng, Trung Quốc, năm 1975. Lệnh di tản đã đƣợc phát đi một ngày trƣớc khi trận động đất mạnh 7,3 độ Richter tàn phá thành phố. Trong nhiều tháng trƣớc đó, ngƣời ta đã ghi đƣợc hàng loạt những trận động đất nhỏ, cùng với nó là sự thay đổi mực nƣớc ngầm và sự dâng lên của bề mặt địa hình. Tuy nhiên, rất ít trận động đất có những dấu hiệu tiền báo nhƣ thế. Sau thành công ở Haicheng, cũng chính các nhà địa chấn học Trung Quốc đã không thể dự báo một trận động đất với sức hủy diệt còn lớn hơn tại Tangshan năm 1976. Với cƣờng độ 7,6 độ Richter, trận động đất này đã cƣớp đi sinh mạng của 250 nghìn ngƣời. Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, công nghệ dự báo thiên tai ngày càng đƣợc hoàn thiện hơn. Các trận động đất thƣờng là kết quả chuyển động của các bộ phận đứt gãy trên vỏ Trái đất, cấu tạo chủ yếu từ chất rắn. Tuy rất chậm nhƣng mặt đất vẫn luôn chuyển động và động đất xảy ra khi ứng suất (nội lực phát sinh trong vật thể biến dạng do các tác nhân bên ngoài tác dụng) cao hơn sức chịu đựng của đất đá. Các nhà khoa học nhận thấy rằng việc đo những sự thay đổi trong các đoạn đứt gãy khó hơn nhiều so với việc đo biến thiên ứng suất, đặc biệt là các Trần Việt Phương 10