Tần số góc và kích thước phá huỷ động đất trận động đất Điện Biên

58 32(1), 58-62 T¹p chÝ C¸c khoa häc vÒ tr¸i ®Êt 3-2010 TÇn sè gãc vµ kÝch th−íc ph¸ huû ®éng ®Êt trËn ®éng ®Êt §iÖn Biªn TrÇn thÞ Mü thµnh I. Më ®Çu NhiÒu nghiªn cøu ®· cho thÊy ®é m¹nh cña chÊn cÊp vµ ®é s©u cña ®éng ®Êt phô thuéc vµo kÝch th−íc cña ®øt gÉy nh− chiÒu dµi, chiÒu réng, diÖn tÝch mÆt ph¼ng ®øt gÉy bÞ ph¸ huû do ®éng ®Êt g©y ra. Nh− vËy, víi tõng ®øt gÉy, nÕu x¸c ®Þnh ®−îc kÝch th−íc mÆt ph¼ng ph¸ huû, chóng ta cã thÓ dù b¸o ®−îc cÊp ®é m¹nh cña ®éng ®Êt khi xÈy ra. Trªn thÕ giíi, c¸c nhµ ®Þa chÊn sö dông c¸c sè liÖu ghi ®−îc vÒ kÝch th−íc diÖn tÝch ph¸ huû cña ®øt gÉy, chÊn cÊp,... tõ c¸c trËn ®éng ®Êt m¹nh ®· xÈy ra ®Ó x©y dùng hµm t−¬ng quan [4, 9]. ViÖc nµy ®ßi hái ph¶i cã nhiÒu sè liÖu còng nh− c¸c thiÕt bÞ ghi hiÖn ®¹i. VÝ dô N¨m 1994 D.L. Wells ®· sö dông sè liÖu quan tr¾c vÒ magnitud, kÝch th−íc ®øt gÉy nh− chiÒu dµi, chiÒu réng, diÖn tÝch ph¸ huû ®øt gÉy cña 177 trËn ®éng ®Êt m¹nh ®· xÈy ra trªn thÕ giíi ®Ó x©y dùng c¸c mèi t−¬ng quan [4]. Nh÷ng sè liÖu ®éng ®Êt «ng sö dông trong nghiªn cøu nµy phÇn lín ë c¸c n−íc tiªn tiÕn, cã m¹ng l−íi quan tr¾c hiÖn ®¹i nh− NhËt B¶n, Mü, Thæ NhÜ Kú, Trung Quèc... N¨m 1999, P. Somerville vµ nhiÒu ng−êi kh¸c còng ®· dïng c¸c sè liÖu quan tr¾c ®Ó x©y dùng c«ng thøc tÝnh diÖn tÝch ph¸ huû cña ®øt gÉy [9]. ë ViÖt nam kh«ng cã nhiÒu ®éng ®Êt m¹nh còng ch−a cã ®iÒu kiÖn m¸y mãc thiÕt bÞ ghi kÝch th−íc ph¸ huû ®éng ®Êt. Sau nµy I.N. Bruno ®· t×m ra c¸ch x¸c ®Þnh kÝch th−íc mÆt ph¼ng ph¸ huû ®øt gÉy tõ tÇn sè gãc [2] . II. Lý thuyÕt vµ thuËt to¸n Th«ng th−êng diÖn tÝch ®−îc x¸c ®Þnh trªn thùc tÕ nhê c¸c thiÕt bÞ quan tr¾c hay ®−îc tÝnh nhê hµm t−¬ng quan phô thuéc vµo n¨ng l−îng (®é lín) cña trËn ®éng ®Êt nh− magnitud,... §Ó ®¸nh gi¸ kÝch th−íc cña mÆt ph¼ng ph¸ huû ta ph¶i chÊp nhËn mét m« h×nh ®éng lùc, diÔn t¶ ®−êng truyÒn ph¸ huû vµ d¹ng h×nh häc cña diÖn tÝch ph¸ huû. I.N. Bruno ®· t×m ra, nÕu ®éng ®Êt tu©n theo m« h×nh ω-2, c¸c tham sè ®éng lùc cña nguån ®éng ®Êt (tÇn sè gãc, moment ®Þa chÊn, suy gi¶m øng suÊt) cã thÓ x¸c ®Þnh tõ phæ n¨ng l−îng (h×nh 1) [2]. Khi ®ã tÇn sè gãc fc ®−îc tÝnh theo c«ng thøc : (1) Δσ - hµm suy gi¶m øng suÊt cña trËn ®éng ®Êt, k - hÖ sè, Mo - moment ®Þa chÊn. N¨m 1986, D.J. Andrews ph¸t triÓn trªn t− t−ëng m« h×nh ω-2 víi 2 tham sè ®éc lËp moment ®Þa chÊn H×nh 1. Phæ dÞch chuyÓn vµ phæ gia tèc cña ®éng ®Êt tu©n theo quy luËt ω-2 vµ hµm suy gi¶m øng suÊt ®−a ra c¸ch tÝnh tham sè nguån ®éng ®Êt ®¬n gi¶n h¬n tõ phæ cña b¨ng ghi 21/ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ Δ= o c M kf σ 59 ®éng ®Êt [1]. Phæ n¨ng l−îng cña dÞch chuyÓn D2(f) = V2 (f)/(2πf)2 vµ phæ n¨ng l−îng cña vËn tèc V2(f) ®−îc tÝnh nhê tÝch ph©n : (2) (3) N¨ng l−îng bøc x¹ trong ®éng ®Êt : (4) Phæ Brune ®−îc tÝnh : (5) Trong ®ã tÇn sè gãc tÝnh b»ng c«ng thøc : (6) Còng cã thÓ tÝnh tÇn sè trªn ®å thÞ ®−êng cong cña phæ n¨ng l−îng dÞch chuyÓn vµ phæ n¨ng l−îng gia tèc dùa vµo m« h×nh ω-2 tøc lµ suy gi¶m phæ dÞch chuyÓn xuÊt hiÖn ë tÇn sè cao, vµ ng−îc l¹i víi phæ gia tèc. NÕu coi mÆt ph¼ng ph¸ huû cã d¹ng h×nh trßn, b¸n kÝnh cña mÆt ph¼ng ph¸ huû sÏ lµ : (7) K - h»ng sè biÓu diÔn sù liªn hÖ gi÷a c¸c h»ng sè m« h×nh vµ vËn tèc sãng ngang S, vs. Cã rÊt nhiÒu nghiªn cøu tÝnh hÖ sè K nh− [2, 3, 5, 7].... ë ®©y chóng t«i sö dông hÖ sè cña I.N. Brune lÊy K = 0,37, gi¸ trÞ trung b×nh Vs = 3,2 (km/s). DiÖn tÝch cña mÆt ph¼ng ph¸ huû khi ®ã lµ : (8) II. Sè liÖu ®éng ®Êt §iÖn Biªn vµ c¸c d− chÊn Tõ n¨m 2000, ViÖn VËt lý §Þa cÇu ®· thiÕt lËp mét m¹ng l−íi c¸c tr¹m quan s¸t dao ®éng ®éng ®Êt m¹nh SSA-1, SSA-2, ®©y lµ c¸c m¸y ghi gia tèc dao ®éng nÒn cña Mü. C¸c tr¹m nµy ®Æt trªn nÒn ®¸ sÐt kÕt, bét kÕt t¹i §iÖn Biªn, TuÇn Gi¸o, Lai Ch©u, S¬n La, Hoµ B×nh vµ Sapa, chñ yÕu tËp trung trong vïng T©y B¾c. §Õn ®Çu n¨m 2001, vµo lóc 22 giê 51 phót ngµy 19 th¸ng 2, mét trËn ®éng ®Êt cã magnitud MS = 5,3 ®é Richter ®· xÈy ra trªn ®øt gÉy Lai Ch©u - §iÖn Biªn (®øt gÉy kiÓu tr−ît b»ng), c¸ch thÞ x· §iÖn Biªn 20 km vÒ phÝa t©y nam. C−êng ®é chÊn ®éng ë vïng chÊn t©m cña ®éng ®Êt §iÖn Biªn kÐo dµi chõng 15-20 km theo h−íng b¾c ®«ng b¾c - nam t©y nam, cã thÓ ®¹t tíi cÊp VII - VIII (theo thang MSK), g©y ra tr−ît lë ®¸ trong nói, nhµ sµn rung chuyÓn m¹nh, nhµ x©y bÞ h− h¹i nÆng. Sau kÝch ®éng chÝnh ®· xÈy ra rÊt nhiÒu d− chÊn, trong ®ã nhiÒu trËn m¹nh 4,1 - 4,8 ®é Richter g©y chÊn ®éng cÊp V, cÊp VI ë thÞ x· §iÖn Biªn, nh− c¸c d− chÊn 4,2 vµ 4,8 ®é Richter ngay trong ®ªm 19-2-2001, d− chÊn 4,1 ®é Richter s¸ng 24-2-2001 vµ d− chÊn 4,7 ®é Richter r¹ng s¸ng 4-3-2001 [8] (b¶ng 1). B¶ng 1. KÝch ®éng chÝnh vµ 16 d− chÊn cña trËn ®éng ®Êt §iÖn Biªn Gia tèc cùc ®¹i (cm/s2) Tªn ®«ng ®Êt Ngµy th¸ng n¨m Giê phót gi©y (GMT) Vü ®é Kinh ®é M N-S V E-W (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) §iÖn Biªn 19 02 2001 15h51'34'' 21.34 102.85 5.3 109 90 106,8 D− chÊn 19 02 2001 15h57'02'' 21.39 102.94 3 5,3 6,75 7,26 D− chÊn 19 02 2001 16h06'02'' 21.38 102.93 3.1 6 6,8 8,67 D− chÊn 19 02 2001 16h14'51'' 21.41 102.93 3.3 8,3 11,66 12,3 D− chÊn 19 02 2001 16h40'17'' 21.42 102.9 4.2 14,9 19,7 21,76 D− chÊn 19 02 2001 19h02'49'' 21.4 102.88 4.8 61,7 42,45 74,6 D− chÊn 19 02 2001 22h58'30'' 21.42 102.86 3 2,26 3 4,16 D− chÊn 21 02 2001 11h04'45'' 21.42 102.9 3.8 7,3 9,1 10,5 D− chÊn 22 02 2001 11h36'33'' 21.43 102.92 3.4 18,3 17,2 22,1 D− chÊn 23 02 2001 17h53'28'' 21.42 102.87 3.2 6,73 13,76 10,3 D− chÊn 23 02 2001 18h26'00'' 21.48 102.98 3.1 3,78 8,.66 7,2 ∫ ∞ = 0 2 2 2 dffDSD )( ∫ ∞ = 0 2 2 2 dffVSV )( 24 Vrad SE πρβ= 2 01 )( )( ff fDBrune = Ω= 220 2 1 DV SSf π= c s f vKR = 2 2 23370 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛== cf RA ,,ππ 60 B¶ng 1 (tiÕp theo) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) D− chÊn 24 02 2001 22h14'31'' 21.36 102.92 4.2 28,26 21,26 27,15 D− chÊn 04 03 2001 20h18'49'' 21.39 102.86 4.7 21,14 4 42,6 D− chÊn 04 03 2001 20h41'54'' 21.39 102.86 3.4 5,26 5,26 6,13 D− chÊn 05 03 2001 02h12'25'' 21.44 102.85 3.5 4,9 5,36 6,9 D− chÊn 05 03 2001 14h23'39'' 21.42 102.95 3.2 7,37 12,83 12,44 D− chÊn 05 03 2001 15h06'58'' 21.48 102.84 3.7 5,16 5,3 5,8 III. KÕt qu¶ tÝnh to¸n Tõ tËp hîp ng©n hµng d÷ liÖu b¨ng gia tèc (b¶ng 1) chóng t«i ph©n tÝch, lùa chän b¨ng gia tèc cña c¸c d− chÊn cã magnitud lín h¬n 4 ®Ó tÝnh thö diÖn tÝch ph¸ huû. §ã lµ c¸c d− chÊn : 1) d− chÊn cïng ngµy vµ xÈy ra håi 16:40:17, to¹ ®é 21.42° N 102.90° E s©u 5 km, M = 4,2 ; 2) d− chÊn cïng ngµy trËn ®éng ®Êt chÝnh, xÈy ra håi 19:02:49, to¹ ®é 21.42° N 102.68° E ®é s©u 5 km, M = 4,8 ; 3) d− chÊn ngµy 24 håi 22:14:31 to¹ ®é 21.36° N 102.92° E, ®é s©u 5 km, M = 4,2 ; 4) d− chÊn ngµy 4-3-2001 håi 20:18:49 to¹ ®é 21.39° N 102.86° E, ®é s©u 8 km, M = 4,7. TÇn sè gãc fc x¸c ®Þnh trªn ®å thÞ ®−êng cong cña phæ n¨ng l−îng dÞch chuyÓn tu©n theo quy luËt ω-2 (h×nh 2). ← H×nh 2. X¸c ®Þnh tÇn sè gãc tõ ®−êng cong phæ n¨ng l−îng dÞch chuyÓn cña ®éng ®Êt 61 Dùa vµo c«ng thøc (8) chóng t«i tÝnh diÖn tÝch ph¸ huû cña tõng trËn ®éng ®Êt (b¶ng 2) ; ViÖt Nam ch−a cã trËn ®éng ®Êt nµo ®−îc ®o b»ng thiÕt bÞ ®o kÝch th−íc ®øt gÉy, nªn trong c¸c nghiªn cøu chóng ta th−êng ¸p dông c«ng thøc cña [4]. Trong nghiªn cøu nµy, chóng t«i muèn thö nghiÖm ®é chÝnh x¸c cña kÕt qu¶ tÝnh diÖn tÝch ph¸ huû võa thu ®−îc víi c«ng thøc cña [4, 9]. H×nh 3 lµ ®å thÞ biÓu diÔn t−¬ng quan gi÷a momen ®Þa chÊn vµ diÖn tÝch ph¸ huû cña ®éng ®Êt §iÖn Biªn vµ c¸c d− chÊn võa tÝnh ®−îc vÏ trªn cïng ®å thÞ víi c¸c sè liÖu cña [4, 9] ®· dïng. B¶ng 2. KÕt qu¶ tÝnh diÖn tÝch ph¸ huû cña c¸c trËn ®éng ®Êt m¹nh §éng ®Êt Ngµy M Mo (DYN*CM) Fc (Hz) DiÖn tÝch (km2) DB001 19 02 2001 5,3 5,57E + 22 1,34 2,45 DB005 19 02 2001 4,2 6,46E + 21 1,54 1,86 DB006 19 02 2001 4,8 1,22E + 22 1,48 2,01 Db012 24 02 2001 4,2 1,88E + 21 1,60 1,72 DB013 04 03 2001 4,7 1,66E + 22 1,47 2,04 0.1 1 10 100 1000 10000 1.00E+20 1.00E+21 1.00E+22 1.00E+23 1.00E+24 1.00E+25 1.00E+26 1.00E+27 1.00E+28 Mo S (km2) Somerville et al. (1999) Somerville et al. (1999) Wells and Coppersmith (1994) Dien Bien H×nh 3. So s¸nh gi¸ trÞ diÖn tÝch ph¸ huû ®éng ®Êt §iÖn Biªn víi c¸c c«ng thøc ®ang dïng KÕt luËn Tõ h×nh 3 dÔ dµng nhËn thÊy 3 trong 5 trËn ®éng ®Êt cã gi¸ trÞ diÖn tÝch ph¸ huû hoµn toµn phï hîp víi c«ng thøc. Duy nhÊt d− chÊn ngµy 24-2-2001 håi 22:14:31, M = 4,2 cho gi¸ trÞ víi sai sè lín h¬n c¶. Nh− vËy cã thÓ thÊy viÖc tÝnh diÖn tÝch ph¸ huû ®éng ®Êt tõ tÇn sè gãc hoµn toµn cã thÓ ¸p dông ë ViÖt Nam vµ cho kÕt qu¶ cã gi¸ trÞ tham kh¶o. §Ò tµi ®−îc hç trî kinh phÝ cña ch−¬ng tr×nh Nghiªn cøu C¬ b¶n m· sè 711206. Tµi liÖu dÉn [1] D.J. Andrew, 1986 : Objective determination of source parameters and similarity of earthquakes of different size. Earthquake Source mechanics, Maurice Ewing. V6, ed. S. Das, J. Boatwright and C. H. Scholz, AGU, 259-267. [2] I.N. Brune, 1970 : Tectonic Stress and the Spectra of Seismic Shear Waves from Earthquakes, J. Geophys. Pea., 75, 4997-5009. 100E+20 100E+21 100E+22 100E+23 100E+24 100E+25 100E+26 100E+27 100E+28 Mo 10000 10 100 1 1 0,1 S (k m 2 ) 62 [3] I.N. Brune, 1971 : Tectonic Stress and the Spectra of Seismic Shear Waves from Earthquakes, (conection) J. Geophys. Res., 76, 5002. [4] Donald L. Wells, Kevin J. Coppersmith, 1994 : "New Empirical Relationships among Magni-tude, Rupture Length, Rupture Width, Rupture Area and surface Displacement", Bull. Seis. Soc. Am, 84, 4, 974-1002. [5] Hiroe Miyake, Tomotaka Iwata and Kojiro Irikura, 2001 : Estimation of rupture propagation direction and strong motion generation from azimuth and distance dependence of source amplitude spectra. Geophysical Research letters, 28, 14, 2727-2730. [6] K. Irikura, 1983 : Semi-Empirical Estimat-ion of Strong Ground Motions During Large Earth-quakes, BulL Disas. Prey. Res. Inst. Kyoto Univ., 33, 63-104. [7] H. Kanamori and 0.L. Anderson, 1975 : Theoretical basis of some empirical relations in seismology, BulL SeismoL Soc. Am., 65, 1073-1096. [8] Lª Tö S¬n, NguyÔn Quèc Dòng, 2003 : KÕt qu¶ ®Çu tiªn vÒ quan s¸t gia tèc nÒn ë ViÖt Nam. T¹p chÝ C¸c Khoa häc vÒ Tr¸i §Êt, T. 25, 1, 78 - 85. [9] P. Somerville, K. Irikura, R.W. Graves, S. Sawada, D. Wald, N. Abrahamson, Y. Iwasaki, T. Kagawa, N. Smith, and Kowada, 1999 : Characterizing crustal earthquake slip models for the prediction of strong ground motion. Seism. Res. Lett., 70, 59-80. Summary Corner frequency and rupture area of Dienbien earthquake one of the most important parameters of the earthquake source model is the affected area at the source. Generally, this area is determined by observation instruments or by estimation from calculations based on equations related to the released energy such as magnitude. Brune (1970) considered this affected area is a function of the corner frequency. In this paper, we undertake the calculations of the earthquake damaged area at Dien Bien and a few aftershocks by determining this corner frequency of these earthquakes Ngµy nhËn bµi : 25-4-2008 ViÖn VËt lý §Þa cÇu