ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - LÊ QUANG KHÔI KIỂM NGHIỆM ĐƢỜNG CONG TẮT DẦN CHẤN ĐỘNG PHÙ HỢP VỚI MIỀN BẮC VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 12/2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - LÊ QUANG KHÔI KIỂM NGHIỆM ĐƢỜNG CONG TẮT DẦN CHẤN ĐỘNG PHÙ HỢP VỚI MIỀN BẮC VIỆT NAM Chuyên ngành: Vật lý địa cầu Mã số: 60.44.0111 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Lê Tử Sơn Hà Nội – 12/2015 Lời Cảm Ơn Lời đầu tiên, Em xin cảm ơn sâu sắc tới người Thầy, TS Lê Tử Sơn, người trực tiếp bảo tận tình, trực tiếp giúp đỡ em suốt thời gian học tập hoàn thành luận văn thạc sĩ khoa học Em gửi lời cảm ơn chân thành tới tất Thầy Cô, tập thể cán bộ môn Bộ môn Vật Lý Địa Cầu trực tiếp đóng góp, trao đổi ý kiến khoa học q báu để em hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Viện Vật lý Địa cầu, lãnh đạo phòng Quan sát động đất giúp đỡ tạo điều kiện cho học tập nâng cao trình độ cung cấp số liệu tốt để tơi hồn thành luận văn Tôi xin cảm ơn TS Nguyễn Văn Dƣơng giúp đỡ nhiều cho việc học tập hoàn thành luận văn em, bạn, đồng nghiệp phòng Quan sát Động đất giúp đỡ tơi q trình học tập hồn thành luận văn khoa học Qua đây, em xin chân thành cảm ơn tới thầy cô Khoa Vật Lý, cán thuộc phòng Sau Đại Học hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi giúp em suốt q trình học tập hồn thành luận văn Luận văn hỗ trợ Đề tài độc lập trẻ cấp Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt nam “ Nghiên cứu chuyển động đại mối liên quan với hoạt động động đất khu vực Tây Bắc Việt Nam sở sử dụng tổ hợp số liệu GPS địa chấn” Mã số: VAST.ĐLT 10/15-16 Bản Luận văn đƣợc thực môn Vật Lý Địa Cầu - Khoa vật lý Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên Hà nội./ Hà nội, ngày tháng 12 năm 2015 Học viên Lê Quang Khôi Mở đầu Việt Nam nằm khu vực Đơng Nam Á, phía bắc giáp với Vân Nam, Trung Quốc, phía Đơng-Nam giáp với biển Đơng, Việt Nam, phía Tây giáp với hai quốc gia Lào Campuchia (Hình1) Về mặt kiến tạo, lãnh thổ Việt Nam nằm vùng lồi lõm mảng Á-Âu, kẹp ba mảng có mức độ hoạt động kiến tạo mạnh mẽ mà châu Úc, mảng Philippine mảng Thái Bình Dương Phía tây tây nam Việt Nam vành đai động Himalaya rãnh sâu Java tạo va húc mảng châu Úc mảng Á-Âu Phía đơng Việt Nam vành đai Thái Bình Dương tạo va chạm mảng Thái Bình Dương mảng Philippine với mảng Á-Âu Các nghiên cứu khoa học gần khẳng định rằng, xô húc mảng Ấn Độ Dương mảng Á-Âu, bắt đầu khoảng 50 triệu năm, tách dãn trũng trung tâm Biển Đông, bắt đầu vào khoảng 25 triệu năm, hình thành nên địa khối kiến tạo Đơng Dương đứt gãy sông Hồng kéo dài 1000km từ phía đơng nam cao ngun Tây Tạng qua tỉnh Vân Nam, Trung Quốc, cắt qua miền Bắc Việt Nam biển Đơng Các q trình kiến tạo động lực học phức tạp ảnh hưởng trực tiếp đến bình đồ kiến tạo miền Bắc Việt Nam lân cận Việt Nam có độ hoạt động động đất trung bình yếu, nhiên khu vực phía Bắc Việt Nam (đặc biệt vùng Tây Bắc) có mức độ hoạt động động đất cao sảy đứt gãy hoạt động như: đứt gãy Lai Châu-Điện Biên, đứt gãy Sông Mã, đứt gãy Sơn La, đứt gãy Mường La-Bắc Yên Tại khu vực Tây bắc ghi nhận trận động đất mạnh như: động đất Tuần Giáo, có magnitude M=6.7, xảy năm 1983 gây nên chấn đông cấp VII thị xã Điện Biên cách chấn tâm 70 km; trận động đất có magnitude M=5.3 xảy biên giới Việt – Lào năm 2001 gây chấn động cấp VII thị xã Điện Biên cách chấn tâm khoảng 20 km Các trận động đất gây thiệt hại nặng nề người sở hạ tầng tỉnh Tây Bắc lân cận Hình 1: Bản đồ trận động đất ghi vài đứt gãy Việt Nam Phần lớn thiệt hại động đất gây cho vùng đô thị có liên quan trực tiếp hay gián tiếp tới rung động nền, tức rung động đất diễn trình động đất Trong nghiên cứu địa chấn, đại lượng thường biểu thị dạng ba thông số dao động nền: gia tốc cực đại A, vận tốc V, hay dịch chuyển D Các thông số dao động đóng vai trị quan trọng thực tiễn, chúng sử dụng làm liệu đầu vào cho tính tốn đánh giá rủi ro động đất (chẳng hạn việc tính tải trọng động đất lên cơng trình xây dựng, xây dựng quy phạm thiết kế kháng chấn, ước lượng thiệt hại yếu tố chịu rủi ro, bảo hiểm, v.v…) Trong nghiên cứu địa chấn cơng trình, tham số quan trọng đánh giá rủi ro động đất tính mối quan hệ chuyển động đất dự kiến (Gia tốc cực đại PGA, vận tốc cực đại PGV) với khoảng cách tới chấn tâm magnitude động đất Từ biểu diễn mối quan hệ suy giảm chấn động (hay đường cong tắt dần) theo khoảng cách magnitude Cách thông thường để xây dựng đường cong tắt dần biểu diễn cơng thức tốn học liên quan đến thông số đặc trưng cho động đất [5,29,34] Trong hai thập niên gần đây, kinh tế Việt Nam có bước tiến nhanh chóng Nhiều cơng trình cơng cộng quan trọng nhà nước đầu tư, với khu thị xây dựng Việc đánh giá mức độ ảnh hưởng dao động đất lên cơng trình xây dựng nhiệm vụ cấp thiết Để thực việc này, nghiên cứu động đất đánh giá độ nguy hiểm động đất, vi phân vùng khu thị cơng trình xây dựng quan trọng Trong thập kỷ vừa qua, số cơng trình xây dựng quanh khu vực có hoạt động động đất mạnh số trận động đất lớn gây nguy hiểm Do có dự án đánh giá độ nguy hiểm động đất “Nghiên cứu dự báo động đất chuyển động Việt Nam (Nguyễn Đình Xuyên 2004.), Đánh giá độ nguy hiểm động đất khu vực thủy điện Sơn La (Nguyễn Đình Xuyên,1998-2002) nhiều dự án khác miền Bắc Việt Nam thực cơng trình xây dựng cụ thể Trong tất nghiên cứu, Việt Nam chưa có đường cong suy giảm chấn động riêng, nên đường cong Campbell (1997) cho toàn cầu đường cong Janguang & Gao Xiang Dong (1994)[29] cho vùng Vân Nam, Trung Quốc sử dụng để đánh giá Trong hai thập kỷ gần đây, kinh tế Việt Nam phát triển nhanh đặc biệt miền Bắc Việt Nam nên mục đích dự đoán dao động đất phục vụ cho việc đánh giá độ nguy hiểm động đất vô quan trọng Ngày nay, nhiều nghiên cứu cho khu vực khác giới đề xuất Campbell, 1997 cho toàn cầu; Atkinson Boore năm 1997 miền đông Bắc Mỹ; Ambraseys, 1996 cho Châu Âu; Frisenda, 2005 cho Tây Bắc Ý, v.v… Tại Việt nam, Nguyễn Đình Xuyên xây dựng mối quan hệ suy giảm chấn động cho Việt Nam vào năm 1999 Mối quan hệ suy từ công thức đường cong suy giảm chấn động theo cường độ (intensity) mối quan hệ cường độ gia tốc Tuy nhiên, tác giả mối quan hệ không hợp lý chất lượng số liệu cường độ đại lượng định tính cịn giá trị gia tốc tham số định lượng dẫn đến mối quan hệ tham số phân tán[20] Tại Việt Nam, số liệu gia tốc cịn q để xây dựng cho riêng quy luật tắt dần chấn động động đất Mặc dù quan trắc trận động đất mạnh lãnh thổ, tới năm 2000, Việt Nam ghi số liệu gia tốc lãnh thổ Cho đến nay, chưa có biểu thức tắt dần chấn động xây dựng cho toàn lãnh thổ Việt Nam sở tổng hợp băng gia tốc ghi nhận từ trận động đất Việc chọn lựa áp dụng phương trình tắt dần chấn động vùng khác vào Việt Nam suy xét hai phương diện chính: 1) tính phổ biến số liệu sử dụng, 2) tương đồng mặt địa lý, địa chất[33] Qua việc tìm hiểu đường cong Nguyễn Lê Minh (2012)[20], Trần Việt Hùng Kiyomiya (2012) [25] Campbell (2008) [8] với việc tập hợp trận động đất có độ lớn 4.0 thuộc khu vực Miền bắc Việt nam khoảng từ 2009 đến 2014 có trận với 165 băng ghi có 150 băng ghi vận tốc 15 băng ghi gia tốc Do số lượng trận động đất thiếu nhiều băng ghi gia tốc thực nên thực bước chuyển đổi số liệu vận tốc sang số liệu gia tốc dùng số liệu để đưa vào đường cong tắt dần chấn động Campbell (2008)[8] nhằm kiểm tra, kiểm nghiệm đường cong sử dụng vùng Miền bắc Việt nam hay không? Do vậy, Luận văn đề xuất sau “ Kiểm nghiệm đƣờng cong tắt dần chấn động phù hợp với Miền Bắc Việt Nam” Luận văn bao gồm 04 chương: Chƣơng 1: Dao động đường cong tắt dần chấn động: chương chương tổng quan tìm hiểu dao động vài đường cong tắt dần chấn động Nguyễn Lê Minh (2012)[20], Trần Việt Hùng Kiyomiya (2012) [25] Campbell (2008) [8] Trong dùng Campbell (2008) [8] để thử nghiệm với trận động đất có ML lớn 4.0 Chƣơng 2: Đánh giá mối tương quan băng ghi gia tốc chuyển đổi từ băng ghi vận tốc băng ghi gia tốc thực: chương trình bày phương pháp chuyển đổi số liệu vận tốc sang số liệu gia tốc so sánh đánh giá mối tương quan chúng hàm Corr Matlab Chƣơng 3: Số liệu sử dụng kết tính tốn : Với vùng nghiên cứu Miền bắc Việt nam, sở trạm động đất khu vực thu thập trận động đất với 165 băng ghi vận tốc gia tốc, phương pháp chuyển đổi chương dùng để chuyển đổi băng ghi vận tốc thành băng ghi gia tốc liệt kê thành bảng kết PGA, Chƣơng 4: Kiểm nghiệm đường cong tắt dần chấn động: Sử dụng kết PGA tính từ chương để áp vào đường cong tắt dần chấn động Campbell and Bozorgnia (2008) [8] đưa kết luận minh giải KẾT LUẬN Một số băng ghi vận tốc trận động đất tiến hành chuyển đổi tiến hành so sánh đánh giá mối tương quan băng ghi gia tốc chuyển đổi với băng ghi gia tốc thực trạm, trận động đất cặp băng HH-HN(HL) trạm SLV, BGVB, DBVB, CCVB trận động đất ngày 19/7/2014 19/8/2014 Kết so sánh đánh gia mối tương quan đạt kết tốt, cho thấy dùng băng ghi vận tốc chuyển đổi thành băng ghi gia tốc thay cho vùng, nơi thiếu số liệu gia tốc thực (điều thực với băng ghi vận tốc dải rộng) Các kết việc chuyển đổi băng ghi vận tốc thành băng ghi gia tốc trận động đất cho giá trị PGA áp vào đường cong tắt dần chấn động Campbell (2008) đạt kết tương đối tốt Do sử dụng đường cong tắt dần chấn động Campbell (2008) cho khu vực miền bắc Việt nam Tài Liệu Tham Khảo A Phần Tiếng Anh [1] Ambrasey N., P Smith, R Berardi, D Rinaldis, F Cotton and Berge -Thierry (2000): Dissemination of European Strong - Motion Data, CD-ROM collection, European Counsil, Environment and Climate Research Programe [2] Ambrasey N., P Smith, R Berardi, D Rinaldis, F Cotton and Berge -Thierry (2000): Dissemination of European Strong - Motion Data, CD-ROM collection, European Counsil, Environment and Climate Research Programe [3] Bard P.Y., and J Riepl-Thomas, (1999): Wave propagation in complex geological structures and local effects on strong ground motion, Wave motion in earthquake engineering, E Kausel and G.D Manolis Editors, WIT Press, (Chapter 2), Series "Advances in Earthquake Engineering", ISBN 1-85312-744-2, 1999 pp 38-95 [4] Boore, D., and Atkinson, G., 2007, Next generation attenuation relations to be published in Earthquake Spectra [5] Campbell W Kenneth (1997), Empirical near-source attenuation relations for horizontal and vertical components of peak ground acceleration, peak ground velocity,and Pseudo-absolute acceleration response specta, Seism Res Lett., 68(1), pp 154-179 [6] Cornell C Allin (1968): Engineering seismic risk analysis, Bull Seism Soc Am., 58(5), pp 1583-1606 [7] Cornell Allin C, Hooshang Banon and Anthony Shakal (1979): Seismic Motion and Response Prediction Alternatives, Earth Eng Struct Dyn., 7, pp 295-315 [8]Campbell(2008) Boore-Atkinson NGA Ground Motion Relations for the Geometric Mean Horizontal Component of Peak and Spectral Ground Motion Parameters [9] Campbell, K., and Bozorgnia, Y., 2007, Next generation attenuation relations to be published in Earthquake Spectra [10] Clark H Fenton, Punya Charusiri and Spencer H Wood (2003), Recent paleoseismic investigations in Northern and Western Thailand ANNALS OF GEOPHYSICS, VOL 46, N 5, October 2003 [11] Cornell, C A (1968) Engineering seismic risk analysis Bulletin of the Seismological Society of America 58(5),1,583 –1,606 [12] CUI Jian-wen, LI Shi-cheng, GAO Dong, ZHAO Yong-qin, BAO Yi-feng (2006) Ground Motion Attenuation Relation in the Yunnan Area J0URNAL OF SEISM OL0GICAL RESEARCH, V01．29．NO．4, p386-391 [13] Felton, C.H., P Charusiri, C Hinthong, A Lumjuan and B.Mangkonkarn (1997): Late Quaternary faulting in Northern Thailand, in Proceedings of the International Conference on Stratigraphy and Tectonic Evolution of Southeast Asia and the South Pacific, edited by P.Dheeradilok et all (Department of Mineral Resources), 436-452 [14] Gabriel R., Toro, Norman A Abrahamson, and John F Schneider (1997): Model of Strong Ground Motions from Earthquakes in Central and Eastern North America: Best Estimates and Uncertainties, Seismological Research Letters, 68, January/February, 1997 [15] Institute of Engineering Mechanics, CSB, China(2002): Strong motion records Volumn I, II, III, IV [16] Institute of Engineering Mechanics (China) Chinese Strong - Motion Data, CDROM collection [17] M.D Petersen and others, "PRELIMINARY SEISMIC HAZARD ASSESSMENT FOR LOS-ANGELES, VENTURA, AND ORANGE COUNTIES, CALIFORNIA, AFFECTED BY THE 17-JANUARY-1994 NORTHRIDGEEARTHQUAKE", Bulletin of the Seismological Society of America, 86(1), 1996, pp 247-261 [18] Mark Petersen, Stephen Harmsen, Charles Mueller, Kathleen Haller, James Dewey, Nicolas Luco, Anthony Crone, David Lidke, and Kenneth Rukstales (2007) Documentation for the Southeast Asia Seismic Hazard Maps U.S Department of the Interior 65 p [19] M Ordaz, A Aguilar and J Arboleda, CRISIS99: A Computer Code to Evaluate Seismic Hazard, Eng Inst., Nat Autonomous Univ of Mexico, Mexico, 1999 [20]Nguyen, L M., Lin , T –L., Wu, Y –M., Huang, B –S., Chang, C –H., Huang, W –G., Le, T S., Nguyen, Q C., and Dinh, V T.,(2012) The first peak ground motion attenuation relationships for North of Vietnam , Journal of Asian Earth Sciences, 43 [21] National Geophysical Data Center (1996): Earthquake Strong Motion 3-volume CD_ROM Collection [22]Nguyen Hong Phuong (2001): Probabilistic Seismic Hazard Assesment Along the Southeastern Coast of Vietnam Natural Hazards 24: 53-74, 2001 1.1.1.1.1 [23] Leon Reite (1990) Earthquake hazard analysis : issues and insights New York : Columbia University Press, c1990 [24] Peizhen Zhang, Zhi-xian Yang, H K Gupta, S.C Bhatia, Kaye M Shedlock Global Seismic Hazard Assessment Program (GSHAP) in Continental Asia http://www.seismo.ethz.ch/GSHAP/ [25]Tran Viet Hung and Kiyomiya (2012) Ground motion attenuation relationship for shallow strike-slip earthquakes in northern Vietnam based on strong motion records from Japan, Vietnam and adjacent regions, Structural Eng./Earthquake Eng., JSCE, 29: 23-39 [26] Tapponiet P., et al, (1986) On the mechanics of collision between India and Asia Collision, Tectonics Publ 19 [27] Schnable P.B et al., (1972): SHAKE: a computer program for earthquake response analysis of horizontally layered site, Earthquake Engineering Research Center, College of Engineering, University of California, Berkeley, California, USA [28] Shunzo Okamoto (1984): Introduction to Eartquake Engineering, Universty of Tokyo Press p 629 [29] Xiang, J., & Gao, D (1994) The attenuation law of horizontal peak acceleration on the rock site in Yunnan area Earthquake Research in China, 8(4), 509–516 [30]Xiang Jianguang & Gao Dong (1994): The strong ground motion records obtained in Langcang – Genma Earthquake in 1998, China, and their application Rept At International Workshop on Seismotectonics and seismic Hazard in Southeast Asia, Hanoi [31] W.J Silva, K Lee (1987)"State-of-the-Art for Assessing Earthquake Hazards in the United States Report 24 WES RASCAL Code for Synthesizing Earthquake Ground Motions", B Phần Tiếng Việt [32] Hà thị Giang (2012) luận văn thạc sỹ“ Xác định cấu chấn tiêu số trận động đất Miền bắc Việt nam số liệu địa chấn dải rộng“ [33] Nguyễn Hồng Phương (2005) Nghiên cứu khả rung động ứng dụng việc đánh giá thiệt hại động đất gây vùng đô thị http://www.idm.gov.vn/nguon_luc/Xuat_ban/2005/A286/a49.htm [34] Nguyễn Đình Xuyên, Trần Thị Mỹ Thành (1999): Tìm cơng thức tính gia tốc dao động động đất mạnh Việt Nam, Tạp chí Các KHTĐ , 21(3), 207213 [35] Lê Tử Sơn, Nguyễn Quốc Dũng (2002): Kết quan sát dao động Việt Nam, Hội thảo khoa học “ Động đát số dạng tai biến tự nhiên khác vùng Tây Bắc, Việt Nam” Sơn La, 24-25.10/2002 Tr.121-131 [36] Lê Tử Sơn, chuyên đề “dao động nền, sở liệu quan sát dao động việt nam” (2003) báo cáo chuyên đề thuộc đề tài độc lpập cấp nhà nước” Dự báo động đất quan sát dao động nền” GS.TS Nguyễn Đình Xuyên [37] Vũ Văn Chinh (2003),“Đặc điểm dịch chuyển Tân kiến tạo đứt gãy vòng cung vỹ tuyến phía bắc trũng Sơng Hồng, Các Khoa học Trái đất, 25(4), [38] TCXDVN 375-2006 Thiết kế cơng trình chịu động đất Hà Nôi, 2006 279 trang [39] Trần Văn Tư (chủ nhiệm) (2011) Báo cáo tổng kết đề tài: “Nghiên cứu đánh giá điều kiện địa chất công trình dự báo khả xuất cố dọc tuyến đê sông Hồng thuộc địa phận Hà Nội”(2011) Sở KH & CN Hà Nội [40] Trần Thị Mỹ Thành (2002): Đánh giá độ nguy hiểm động đất lãnh thổ Việt Nam lân cận Luận án tiến sĩ vật lý, Viện Vật lý Địa cầu, TTKHTN&CNQG