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

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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

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

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

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

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

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

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)

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

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

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)

MỞ ĐẦU

Động đất xảy ra chính là kết quả của các vận động kiến tạo hiện đại Bởi vậy, việc nghiên cứu các quá trình xảy ra trong chấn tiêu động đất và xác định cơ cấu của chúng là một trong những quan tâm đặc biệt của các nhà nghiên cứu trong và ngoài nước Để xác định cơ cấu chấn tiêu động đất nhiều lý thuyết đã được xây dựng và đã sử dụng các cách tiếp cận khác nhau Năm 1996, Nguyễn Văn Lương [3] sử dụng mô hình trường chấn động để xác định cơ cấu chấn tiêu của các trận động đất Nguyễn Ngọc Thủy[8] đã dùng dấu dịch chuyển trong sóng dọc P tại các trạm địa chấn ở Việt Nam và quốc tế để xác định cơ cấu chấn tiêu của động đất Hòa Bình ngày 23-5-1989 và động đất Tạ Khoa ngày 6-10-1991 Lê Tử Sơn [5] cũng sử dụng dấu dịch chuyển trong sóng dọc P để xác định cơ cấu chấn tiêu của động đất

Tạ Khoa 6-10-1991, động đất Lai Châu 29-03-1993 và động đất Mường Luân

22-6-1996 Trần Thị Mỹ Thành và nnk [7] sử dụng nghịch đảo dạng sóng trên băng ghi của một trạm địa chấn ba thành phần để xác định cơ cấu chấn tiêu của động đất Điện Biên 19-02-2001… Tuy nhiên việc nghiên cứu cơ cấu chấn tiêu còn có nhiều mặt hạn chế do ở Việt Nam các trận động đất có Magnitude lớn rất ít và quan trọng hơn là thiếu số liệu địa chấn cả về mặt số lượng lẫn chất lượng

Từ năm 2005 tới nay, đề án hợp tác khoa học giữa viện Vật lý Địa cầu và Viện các Khoa học Trái Đất, Đài Loan đã tiến hành lắp đặt mạng lưới 25 trạm địa chấn dải rộng trong khu vực miền Bắc Việt Nam, với công nghệ hiện đại, đồng bộ,

hệ thống trạm quan sát này có khả năng ghi nhận được các trận động đất trong lãnh thổ Việt Nam và trên thế giới Trong thời gian này, mạng lưới trạm địa chấn này đã ghi nhận được rất nhiều trận động đất mạnh xảy ra trong lãnh thổ Việt Nam và lân cận có kèm theo nhiều dư chấn, ví dụ như: Động đất xảy ra ở huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn la (2009), động đất xảy ra tại huyện Quan Sơn, tỉnh Thanh Hóa (2010), động đất xảy ra ở huyện Sốp Cộp, tỉnh Sơn La (2010)… Các trận động đất này nằm chủ yếu về phía tây đứt gãy Sông Hồng, nơi mà hoạt động kiến tạo tương đối phức tạp

và bị khống chế bởi các đứt gãy hoạt động như đứt gãy Sơn La, đứt gãy Sông Mã,

đứt gãy Sông Cả, và đứt gãy Lai Châu - Điện Biên Phương pháp nghịch đảo ten-xơ moment (moment tensor inversion) tính toán từ các băng ghi địa chấn dải rộng để xác định cơ cấu chấn tiêu động đất đã và đang trở thành một công cụ được áp dụng rộng rãi và thành công trên thế giới Nhằm bổ xung vào các phương pháp nghiên cứu cơ cấu chấn tiêu động đất ở Việt Nam và góp phần làm sáng tỏ bức tranh kiến tạo khu vực phía tây sông Hồng, trong luận văn này chúng tôi áp dụng phương pháp nghịch đảo ten-xơ moment để xác định cơ cấu chấn tiêu của một số trận động đất xảy ra trên khu vực Tây Bắc Việt Nam trong hai năm 2009 và 2010

Luận văn “Xác định cơ cấu chấn tiêu một số trận động đất miền Bắc Việt Nam bằng số liệu địa chấn dải rộng” ngoài phần mở đầu và kết luận gồm có bốn

chương:

Chương 1: Khái niệm về nguồn động đất và ten-xơ moment địa chấn

Chương 2: Hàm Green và bài toán nghịch đảo ten-xơ moment

Chương 3: Các chương trình xác định cơ cấu chấn tiêu động đất sử dụng số

liệu động đất địa phương

Chương 4: Kết quả áp dụng phương pháp nghịch đảo ten-xơ moment bằng chương trình ISOLA cho một số trận động đất ở khu vực Tây bắc Việt Nam

Chương 1 - KHÁI NIỆM VỀ NGUỒN ĐỘNG ĐẤT VÀ TEN-XƠ MOMENT ĐỊA CHẤN

1.1 Khái niệm về nguồn động đất

Trong phần này chúng tôi sẽ trình bày cơ sở lý thuyết nguồn địa chấn, sự lan truyền sóng và các mô hình phát xạ

1.1.1 Lý thuyết nguồn địa chấn

Nguồn động đất là nơi phá hủy môi trường đàn hồi trong lòng đất, giải phóng năng lượng gây ra sóng địa chấn, lan truyền ra không gian xung quanh làm chấn động mặt đất và ghi nhận bằng máy địa chấn Nguồn động đất có thể là các sụp đổ ngầm, các vụ nổ như phun trào núi lửa…Trong rất nhiều nguyên nhân gây nên chuyển động đột ngột trong lòng đất, các hoạt động kiến tạo làm phát sinh các đứt gãy là nguyên nhân chính và chủ yếu nhất

Hình thái đứt gẫy được dùng trong nghiên cứu động đất (hình 1.1), mặt đứt gẫy thường được giả thiết là mặt phẳng phân chia cánh treo và cánh nằm Mặt đứt

gẫy với véctơ pháp tuyến n, phân chia phần thấp hơn (cánh nằm - foot wall) với phần cao hơn (cánh treo – hanging wall) Véctơ d mô tả chuyển động của cánh treo

so với cánh nằm Hệ toạ độ Đề các với x 3 hướng lên trên, x 1 nằm trên mặt đất hướng dọc theo đứt gẫy sao cho góc nghiêng  tính từ trục –x 2 là nhỏ hơn 900, x 2 vuông góc với mặt phẳng chứa hai trục x 1 và x 3

Hình thái mặt phẳng đứt gãy (hình 1.1) được xác định bằng: góc phương vị, góc dốc và hướng dịch trượt của cánh treo Bài toán xác định cơ cấu chấn tiêu (CCCT) động đất chính là nhằm xác định các thông số trên Như vậy, cơ cấu chấn tiêu động đất sẽ được xác định qua các thông số: 1) Góc phương vị  f (strike) là

góc hợp bởi giao tuyến của mặt đứt gẫy với mặt đất và phương bắc 2) Góc dốc  là

góc được tạo bởi mặt đứt gẫy và mặt đất 3) Hướng trượt đo bằng góc trượt  giữa

đường phương và véc tơ trượt tính theo chiều kim đồng hồ

Hình 1.1 Sơ đồ biễu diễn mặt phẳng đứt gãy (Theo Kanamori và Cipar, 1974

Phys Earth Planet Inter., 9,128-36)

Trong hệ tọa độ x1x2x3 này, véc tơ pháp n và véc tơ trượt d được biểu diễn

qua các góc phương vị  f, góc dốc  và góc trượt :

sin sin

coscossinsin

cos

sincossincos

cosˆ

f f

f f

Góc trượt  có thể thay đổi từ 0 đến 3600 Một số dạng đứt gẫy cơ bản liên quan đến góc trượt như: Khi hai phía của đứt gẫy dịch trượt ngang đó là đứt gẫy trượt bằng: Nếu =0 là đứt gãy trượt bằng trái, nếu =1800 là đứt gãy trượt bằng phải Đứt gãy là đứt gãy thuận khi =2700 và đứt gãy là đứt gãy nghịch khi

=900(hình 1.2)

Hình 1.2 Các dạng cơ bản của đứt gãy (Eakins, 1987.)

Phần lớn các đứt gẫy là kết hợp các kiểu chuyển động này Ba dạng chuyển động cơ bản này rất có ích khi nghiên cứu về cơ cấu chấn tiêu động đất

1.1.2 Sự lan truyền sóng và các mô hình phát xạ

Các băng động đất (seismogram) ghi tại nhiều khoảng cách và phương vị được sử dụng để nghiên cứu hình thái của đứt gẫy trong động đất – cơ cấu chấn tiêu (focal mechanism) Để thực hiện được điều này, ta cần nghiên cứu về mẫu bức xạ của sóng địa chấn phụ thuộc vào hình thái đứt gẫy Phương pháp đơn giản nhất là dựa trên chuyển động đầu tiên (tính phân cực) của sóng khối Các kỹ thuật phức tạp hơn dùng dạng sóng của sóng khối và sóng mặt

Xem xét mô hình về các chuyển động của sóng P đối với một sự biến vị trượt

có hướng tùy ý Trên hình 1.3 cho thấy trên các cung phần tư xen kẽ nhau sẽ có các dao động đầu tiên của sóng P là nén – đi lên (+) đối với các trạm nằm ở nơi vật chất gần đứt gãy chuyển dịch về hướng trạm hoặc là dãn – đi xuống (-) đối với vật chất chuyển dịch đi ra khỏi trạm Do vậy khi sóng P đến trạm thành phần thẳng đứng ghi chuyển động đi lên hoặc đi xuống tương ứng với nén hoặc dãn Các biến dạng tĩnh của sóng P đầu tiên trên mặt sóng được biểu diễn trên hình 1.3 dưới đây

Để xem xét mẫu bức xạ thay đổi như thế nào với hướng của đầu thu, ta xem xét trường bức xạ trong toạ độ cầu, nơi  được đo từ x3 và  đo trong mặt phẳng

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)

x1x2 (hình 1.4b) Lý thuyết nguồn địa chấn chỉ ra rằng xa nguồn, dịch chuyển do sóng nén tạo nên thành phần hướng tâm (er) của dịch chuyển (ur) vì vậy chuyển động của nó dọc theo hướng truyền là:

M  là thành phần phản ánh xung bức xạ từ đứt gãy M(t) lan truyền với vận tốc sóng dọc  và đến khoảng cách r tại thời điểm (t  r/) M(t) gọi là hàm tốc độ moment địa chấn (hàm thời gian nguồn) chính là đạo hàm của hàm moment địa chấn

)()()(t D t S t

M  (1.2) Với  là độ cứng của vật chất, D(t) là khoảng dịch trượt và S(t) là diện tích

dịch trượt

Độ lớn của động đất có thể xác định thông qua moment vô hướng:

S D

M0  (1.3) Hàm moment địa chấn được xác định thông qua M0:

)()

(t M0x t

M  (1.4) Trong đó: x(t) là hàm thời gian nguồn

Số hạng cuối cùng sin2 cos mô tả mẫu phát xạ sóng P là mô hình phương

vị bốn thùy đơn giản tương ứng với các phần tư trong hình 1.4c với sự đảo ngược

về dấu xảy ra tại các nơi biên độ gần như bằng không Các sóng P mạnh nhất nằm ở khoảng giữa bốn góc phần tư

Cũng tương tự, dịch chuyển sóng S có hai thành phần, u  e  u  e  trong đó:

/(4

1

cos2cos)/(4

r t M r u

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)

Các mô hình hình học đơn giản là đặc trưng của sự bức xạ từ đứt gãy và việc đưa ra dạng hình học nguồn địa chấn sẽ là vấn đề đưa việc đo các sóng về hệ tọa độ

có gốc đặt tại nguồn và các trục hướng theo tọa độ địa lý, nơi các mô hình bức xạ có tính đối xứng bậc thấp đơn giản

Vì rằng các sóng địa chấn bức xạ thay đổi như hàm của  và , băng địa chấn ghi tại các hướng khác nhau từ động đất có thể dùng để tìm hình thái đứt gẫy Sóng

P là sóng đến đầu tiên trên băng ghi địa chấn do vậy dấu của nó thường dễ dàng xác định Tập hợp chuyển động đầu tiên của sóng P thường có khả năng xác định mặt phẳng phân chia các vùng có dấu khác nhau Sóng S tới khó dùng hơn bởi vì chúng thường đến sau trong băng địa chấn và có thể bị chìm trong các sóng phức tạp Tuy nhiên, vẫn có khả năng sử dụng các thông tin về sóng S

Như vậy chúng ta đã xem nguồn của động đất kiến tạo chính là các đứt gãy kiến tạo và dịch trượt trên mặt đứt gãy sẽ tạo ra các sóng địa chấn có biên độ và dấu dịch chuyển đầu tiên tạo thành các thùy nén (+) và dãn (-) xen kẽ và đối xứng Để

có thể sử dụng các đặc trưng của sóng địa chấn để xác định hình thái của đứt gãy, chúng ta cần tìm kiếm mô hình các lực khối có thể tạo ra các sóng địa chấn tương đương với mô hình đứt gãy kiến tạo Rất nhiều mô hình lực đã được khảo sát như: lực đơn, lưỡng cực và cặp ngẫu lực Trong trường hợp chung nhất, cặp ngẫu lực cho kết quả phù hợp nhất với các quan sát thực tế

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)

1.1.3 Biễu diễn giải tích của hình thái đứt gãy

Trong nhiều ứng dụng kể cả phân tích ten-xơ moment địa chấn, rất hữu ích khi có biểu diễn giải tích đối với quan hệ giữa mặt đứt gẫy, mặt phụ trợ và các trục

ứng suất Trong phần đầu, chúng ta biểu diễn véc tơ pháp tuyến n của mặt đứt gẫy

và véc tơ trượt d theo toạ độ địa lý: strike , góc dốc , và góc trượt  theo công

sinsin

coscossinsin

cos

sincossincos

cosˆ

f f

f f

cos cos cos sin

sin

sin cos cos cos

sin ˆ

ˆ

ˆ

f f

f f

d n

Tương tự ta tìm véc tơ p và t dọc theo trục P và T:

k j ijk i

i i i

i i i

d n b d n b

d n p d n p

d n t d n t

, ˆ ˆ

, ˆ ˆ

Như đã nói ở trên, sóng địa chấn được tạo ra bởi sự dịch trượt trên đứt gãy và

ta có thể tìm ra mô hình của nó bằng cách giải phương trình động lực với đứt đoạn được biểu diễn bằng các lực khối tương đương Mặc dù những lực này là các nguồn địa chấn tương đương với chuyển động đứt gẫy nhưng nó không mô tả quá trình đứt

đoạn thực Các lực khối tương đương cũng xuất phát từ các nguồn địa chấn khác như nổ mìn, trượt đất hoặc va chạm bề mặt đất Những hiện tượng này có thể tạo các sóng địa chấn có thể quan sát được khi chúng xẩy ra đủ nhanh giải phóng năng lượng trong trái đất trong dải tần sóng địa chấn Hình 1.6 biểu diễn các loại lực khối tương đương sử dụng trong nghiên cứu địa chấn là lực đơn (single force), ngẫu lực (single couple) và cặp ngẫu lực (double couple) Theo cách biểu diễn này ngẫu lực bao gồm hai lực tác động cùng nhau Ngẫu lực Mxy chính là sự kết hợp của hai lực

đơn với độ lớn f có hướng ngược chiều nhau trên hướng x và cách nhau một khoảng

d theo hướng y để đưa ra moment quay Khi đó giá trị Mxy là fd có đơn vị là dyn-cm hoặc N-m Loại thứ hai của ngẫu lực là véc tơ lưỡng cực gồm hai lực cách nhau d

theo hướng của lực, Mxx gồm hai lực có độ lớn f tác động trên hướng x cách nhau một khoảng d dọc theo trục x Độ lớn là fd và cũng lấy giới hạn theo cùng một cách

như trên Sự khác biệt giữa hai loại ngẫu lực là loại thứ hai đưa vào không tạo ra moment quay Dịch trượt trên đứt gãy có thể được mô tả bằng các cặp ngẫu lực có moment quay Mxy và Myx hoặc các ngẫu lực không có moment quay Mx’x’ và –My’y’tạo nên cặp ngẫu lực (hình 1.6)

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)

1.2.2 Ten-xơ moment địa chấn

Trong hệ toạ độ xyz, nguồn địa chấn có thể được thể hiện bởi chín cặp ngẫu lực theo các hướng khác nhau, chúng được xem như chín thành phần ngẫu lực của ten-xơ moment địa chấn (hình 1.7) Không có hiện tượng địa vật lý nào được biểu diễn bằng ngẫu lực đơn, bởi vì chúng tạo ra moment quay lớn và tạo ra sự quay trong các trục khác nhau Cặp ngẫu lực và các tổ hợp ba thành phần của ngẫu lực được dùng để mô hình động đất và nổ mà không tạo nên dạng moment quay

Độ lớn (Magnitude) của các lực khối tương đương là M0, moment địa chấn

vô hướng của động đất và có đơn vị dyn-cm giống như đơn vị của ngẫu lực Do vậy

nếu Mxy và Myx là ngẫu lực độ lớn đơn vị, ten-xơ moment là:

M=M0 (Mxy + Myx) (1.9)

Như vậy, một ngẫu lực kép tương đương với véctơ dịch trượt trên một mặt đứt gãy Trong không gian ba chiều với chúng, ta sẽ có chín thành phần moment lực

và được thể hiện dưới dạng ten-xơ bậc hai của ngẫu lực:

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)

yz yy yx

xz xy xx

M M M

M M M

M M M

y z z y y y y x x y

x z z x x y y x x x

d n d n d n d n d n

d n d n d n d n d n

d n d n d n d n d n M M

22

2

Biểu thức (1.11) và (1.12) chỉ ra rằng:

1) Khi thay đổi vị trí của các véctơ n và d, Mij không thay đổi (có nghĩa rằng

Mij = Mji) Về ý nghĩa vật lý điều này có nghĩa là: véctơ trượt trên mặt đứt gãy hay mặt phụ có mô hình phát xạ giống nhau

2) Tổng của các thành phần đường chéo của ten-xơ moment bằng không

Sử dụng các định nghĩa về véctơ pháp tuyến và véctơ trượt dưới dạng góc phương vị đứt gẫy, góc dốc và hướng trượt có thể viết ten-xơ moment cho mọi đứt gẫy

Hình 1.8 dưới đây đưa ra mối quan hệ giữa các dạng cơ cấu chấn tiêu động đất thông qua phép phân tích ten-xơ moment

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)

Chương 2 - HÀM GREEN VÀ BÀI TOÁN NGHỊCH ĐẢO TEN-XƠ MOMENT

2.1 Khái niệm hàm Green

Trong địa chấn học, hàm Green được sử dụng để giải quyết rất nhiều bài toán động lực học, nó thể hiện đáp ứng của môi trường đối với một đơn vị lực theo thời gian và không gian với hướng bất kỳ Lực này có thể được biểu diễn dưới dạng toán học của hàm Dirac [23]:

Fn(xj, t) = (xj - j)(t - )en (2.1)

Ở đây, lực Fn được đặt tại điểm có toạ độ j, thời gian , hướng của nó là

hướng của véc tơ đơn vị en

Phương trình chuyển động của vật thể đàn hồi được cho bởi công thức sau:

   

V i S

i V

dt

d dS T dV

Tương quan giữa ứng suất ij và đạo hàm riêng của các thành phần trường dịch chuyển uk,l được cho bởi biểu thức tuân theo định luật Hooke:

ij = Cijkl uk,l (2.3) Trong đó Cijkl là hệ số đàn hồi, miêu tả các tính chất của vật chất

Thay (2.1) và (2.3) vào (2.2), nghiệm thu được là trường dịch chuyển đàn hồi biểu diễn dưới dạng ten-xơ hàm Green Gni(xj,j,t,), trong đó n là hướng lực tác dụng

V

ni s

s S

j l nk ijkl V

Trường dịch chuyển đàn hồi tại mỗi điểm trong không gian V thu được bằng cách giải phương trình (2.4):

ni i s

Phương trình (2.5) còn gọi là lý thuyết biểu diễn nguồn địa chấn Nó cho

phép chúng ta xác định trường dịch chuyển u bên trong thể tích V là tổng của hai

tích phân kép theo thời gian và không gian dưới dạng ten-xơ Green Việc tìm nghiệm cho các ten-xơ Green là bước đầu tiên trong bài toán cơ cấu chấn tiêu động đất Trường hợp đơn giản nhất tương ứng với môi trường đàn hồi, đồng nhất và đẳng hướng ten-xơ Green xác định bởi:

r t r

d t r

r

r ij j i

Trong đó, i là cosin chỉ phương của đường từ nguồn tới điểm quan sát so với phương nằm ngang, r là khoảng cách từ nguồn tới điểm quan sát,  và  là vận tốc sóng P và sóng S

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)

Như vậy số hạng thứ nhất biểu diễn dịch chuyển suy giảm nhanh theo khoảng cách và gọi là trường gần Số hạng này phụ thuộc vào cả α lẫn β và dịch chuyển bao gồm cả sóng P và sóng S Số hạng thứ hai và ba là trường xa nơi mà sóng P và sóng S phân biệt nhau Trong cả hai trường hợp dịch chuyển đều có hai thành phần, một là mẫu bức xạ (radial pattern) phụ thuộc vào các cosines chỉ hướng

và biểu diễn phân bố không gian của biên độ và hai là phần phụ thuộc vào thời gian

((

1

4

) 3

t H r r

t H r t r

t H r

Robert B Herman (Computer Program in Seismology ver.3.30-2002) đã liệt

kê ra các hàm Green mà từ đó có thể kết hợp tạo ra được ba thành phần băng sóng cho trường hợp lực tại một điểm có hướng bất kỳ, nguồn là một cặp ngẫu lực và nguồn là một ten-xơ moment tổng quát Các hàm Green có trong bảng:

10 REX Thành phần hướng tâm-vụ nổ

11 ZVF Thành phần thẳng đứng-lực thẳng đứng hướng xuống dưới

12 RVF Thành phần hướng tâm –lực thẳng đứng hướng xuống dưới

13 ZHF Thành phần thẳng đứng-lực phương ngang

14 RHF Thành phần hướng tâm – lực phương ngang

15 THF Thành phần vuông góc – lực phương ngang

16 PEX Áp suất trong môi trường lỏng – vụ nổ

17 PDD Áp suất trong môi trường lỏng-nguồnDD trong môi trường rắn

18 PDS Áp suất trong môi trường lỏng-nguồn DS trong môi trường rắn

19 PSS Áp suất trong môi trường lỏng-nguồn SS trong môi trường rắn

20 PVF Áp suất trong môi trường lỏng-nguồn VF trong môi trường rắn

21 PHF Áp suất trong môi trường lỏng-nguồn HF trong môi trường rắn

Josh và Herman (1989) đã liên hệ các hàm Green với công thức của Wang và Herman (1985) để biểu diễn lại các trường hợp ten-xơ moment:

)]

2 sin(

[ )]

2 cos(

[ )]

2 sin(

[ 3

3

3 6 ) 2 cos(

2 3

6 ) 2 cos(

2 )

M ZSS

M ZEX ZDD

M

ZEX ZDD ZSS

M ZEX ZDD ZSS

M r

u

xy xz

xy zz

yy xx

sin(

[

)]

2 cos(

[ )

2 sin(

2 )

2 sin(

2 )

, 0

TDS M

TSS M

TSS M

TSS M r

u

yz xz

xy yy

[ )]

2 cos(

[ )]

2 sin(

[ 3

3

3 6

) 2 cos(

2 3

6 ) 2 cos(

2 )

M RSS

M REX RDD

M

REX RDD RSS

M REX RDD RSS

M

r

u

xy xz

xy zz

yy xx

)2cos(

2)

2,

) 3 ,

[)6,(

)]

2cos(

[)5,(



 RDS r

g

RDS r

cos(

[)6,()];

[)4,(

;)2sin(

2)

2,(

;)2sin(

g TDS

t g TDS

t

g

TSS t

g

TSS t

2.2 Bài toán nghịch đảo ten-xơ moment

Trong bài toán thuận, băng ghi địa chấn lý thuyết u(t) thu được là tích chập của các ảnh hưởng của nguồn động đất, cấu trúc trái đất khi sóng lan truyền từ nguồn tới trạm và đáp ứng thiết bị của máy thu chấn Dạng lý thuyết của hàm dịch chuyển tại trạm địa chấn u(t) có dạng như sau:

u(t) = x(t)* q(t) *i(t) (2.11) Trong đó: x(t) là hàm thời gian nguồn, q(t) biểu diễn các ảnh hưởng của cấu trúc trái đất, i(t) là miêu tả đáp ứng thiết bị của máy thu địa chấn, u(t) là băng ghi địa chấn được mô hình hóa

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

Kanamori, 1980 Phys Earth Planet Inter.,23,134-59, Bản quyền từ

Elsevier Science)

Băng ghi địa chấn thu được phụ thuộc vào các yếu tố hình thái đứt gãy rất phức tạp khi nhân các hàm lượng giác của đường phương, góc dốc và góc trượt Trong bài toán ngược sẽ rất khó khăn để nghịch đảo tìm ra được các góc của đứt gãy Bài toán ngược sẽ dễ dàng hơn nhiều nếu chúng ta viết băng ghi địa chấn như

là các hàm tuyến tính của các thành phần ten-xơ moment

Để xem điều này, ta trình bày nguồn bằng vector m chứa các thành phần của

ten-xơ moment Mặc dù ten-xơ có chín thành phần nhưng chỉ có sáu thành phần độc lập bởi vì ten-xơ đối xứng Sau đó chúng ta mở rộng khái niệm hàm Green dùng để biểu diễn tác động lên băng ghi địa chấn của một trận động đất với một hình thái đứt gẫy xác định Ở đây, chúng ta định nghĩa Gij(t) như là băng ghi địa chấn tại máy

địa chấn thứ i do thành phần ten-xơ moment mj gây ra Gij(t) bao gồm cả hiệu ứng

của máy địa chấn và cấu trúc trái đất, do vậy băng ghi địa chấn thứ i sẽ là tổng của

các hàm Green được lấy trọng số bằng sáu thành phần độc lập của ten-xơ moment:

(

j

j ij

i t G t m

Bởi vì chúng ta có nhiều băng ghi địa chấn tại các trạm địa chấn khác nhau,

do đó phương trình (2.12) được viết dưới dạng phương trình véctơ ma trận:

6 5 4 3 2 1

26 25 24 23 22 21

16 15 14 13 12 11 2

1

m m m m m m

G G G G G G

G G G G G G

G G G G G G

u

u u

n n n n n n n

Đây là hệ thống bội các phương trình tuyến tính với n phương trình nhiều

hơn so với sáu ẩn số Chúng ta thường gặp hệ phương trình như thế này khi nghịch đảo số lượng lớn số liệu để ước lượng số thông số nhỏ hơn Chúng ta không thể nghịch đảo ma trận G vì ma trận này không vuông Thay vào đấy, chúng ta sẽ tìm

ten-xơ moment (m) phù hợp nhất với các băng ghi quan sát (u) theo nghĩa bình

phương tối thiểu khi sử dụng nghịch đảo tổng quát với G:

m  ( GTG )1GTu (2.15) Như vậy có thể thấy rằng băng sóng địa chấn thực chất là sự kết hợp của các thành phần ten-xơ moment và các hàm Green tương ứng của chúng Theo đó nếu thành phần Gịj =0 thì mj không ảnh hưởng gì đến băng ghi địa chấn Tương tự như vậy nếu Gij nhỏ thì mj chỉ có ảnh hưởng rất nhỏ đến băng ghi địa chấn Ngược lại, nghịch đảo băng sóng để xác định mj với các hàm Gij Do đó, giá trị mj thu được sẽ phụ thuộc rất lớn vào kết quả tính toán hàm Gij và chất lượng băng sóng ui Việc lựa chọn băng sóng chất lượng tốt và đưa ra hàm Green đúng sẽ là một kết quả đáng tin cậy trong bài toán nghịch đảo ten-xơ moment

2.3 Các phép phân tích ten-xơ moment

Một cách tổng quát là chúng ta có thể tìm được các thành phần ten-xơ moment qua việc nghịch đảo băng sóng địa chấn Tuy nhiên, nghiệm của chúng ta tìm được thông thường bao giờ cũng phức tạp hơn trường hợp cặp ngẫu lực mà chúng ta mong muốn Ngay cả nếu nguồn là cặp ngẫu lực thuần tuý, nhiễu trong số liệu hay hiểu biết chưa tốt về cấu trúc trái đất, ta có thể tạo ra ten-xơ chéo hoá như dạng:

0

0 0

0 0

3 2 1 3 2

Nếu M trong công thức (2.16) biểu diễn cặp ngẫu lực thì λ1=- λ2 và λ3=0 Tuy nhiên trong thực tế thì không phải như vậy, trong nhiều trường hợp λ1 ~ -λ2 và

|λ2|» |λ3| do vậy M là gần đúng nhưng không phải thực sự là cặp ngẫu lực

' 2

1 '

3 2 1

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

E

(2.17)

Ở đây, E=(λ1+ λ2+ λ3)/3 ten-xơ đầu tiên sẽ miêu tả tương đương với hệ thống lực khối như vụ nổ, sụt lún hang động, dịch chuyển chất lỏng và khí trong quá trình magma hoặc thay đổi trong pha khoáng vật và thiên thạch rơi Phần còn lại là ten-xơ moment lệch (deriatoric moment tensor) với thành phần đẳng hướng bằng không và các thành phần bằng giá trị riêng lệch với 1’ = 1 – E, 2’ = 2 – E và 3’= 3 – E Ten-xơ moment lệch có thể phân tích bằng nhiều cách Một cách là phân tích thành cặp ngẫu lực lớn và cặp ngẫu lực bé:

' 3

' 1

1 '

' 3

' 2

1 '

0 0

0 0

0 0 0

0 0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

Một loại khác của nguồn không phải địa chấn là lưỡng cực véc-tơ tuyến tính

bù (CLVD) Chúng là tập hợp ba lưỡng cực lực với một lưỡng cực bằng -2 lần độ lớn của các lưỡng cực khác Ten-xơ moment cũng có thể phân tích bằng cách khác

là bao gồm một cặp ngẫu lực và một CLVD

' 3

3 '

3 ' 1

3 1 '

' 3

02/0

00

2/

00

0

02/0

00

2/

0

0

00

00

Chương 3 - CÁC CHƯƠNG TRÌNH XÁC ĐỊNH CƠ CẤU CHẤN TIÊU ĐỘNG ĐẤT SỬ DỤNG SỐ LIỆU ĐỘNG ĐẤT ĐỊA PHƯƠNG

Việc nghiên cứu các quá trình xảy ra trong chấn tiêu động đất và xác định cơ cấu của chúng được các nhà khoa học rất quan tâm Do đó, đã có rất nhiều chương trình xác định cơ cấu nguồn động đất từ số liệu động đất địa phương được phát triển Trong phần này chúng tôi giới thiệu 4 chương trình xác định cơ cấu chấn tiêu động đất địa phương phổ biến là: FOCMEC, INVAR, PINV và ISOLA Ba chương trình đầu được tích hợp trong phần mềm SEISAN (Havskov, 2010)

3.1 Chương trình FOCMEC (SEISAN 8.3 – 2010)

Chương trình có thể dùng để xác định cơ cấu chấn tiêu động đất (ngẫu lực kép) dùng dấu sóng và tỉ số biên độ đối với cả động đất địa phương và động đất xa Chương trình cũng cung cấp cả biểu diễn đồ thị Các nghiệm đã có thể vẽ không cần trạm và tọa độ chấn tiêu Một vài nghiệm có thể cùng được biểu diễn trên cùng một hình để so sánh các nghiệm Chương trình FOCMEC cho các giao diện với dữ liệu trong SEISAN và xác định cơ cấu chấn tiêu Chương trình do Arthur Snoke [Snoke

et al., 1984] viết và có trong website http://www.geol.vt.edu/outreach/vtso/focmec

Có thể chạy chương trình ở nguyên bản hoặc chạy trong SEISAN Sau khi xác định dấu sóng tới trên băng ghi địa chấn và định vị được chấn tiêu động đất Chương trình sẽ tìm kiếm theo lưới, các nghiệm sẽ được đưa ra dựa trên phân bố của số lượng các dấu và tỉ số sai lệch

Chương trình FOCMEC để xác định cơ cấu chấn tiêu đơn giản, dễ dùng, tuy nhiên có mặt hạn chế là người sử dụng phải xác định chính xác dấu của pha sóng tới đầu tiên trên băng ghi địa chấn Điều đó rất khó khăn với hệ thống mạng trạm thưa thớt và phần lớn động đất trên lãnh thổ Việt Nam có magnitude nhỏ Sóng tới các trạm hầu hết đều bị ảnh hưởng của nhiễu nên các pha sóng không rõ ràng trên băng ghi địa chấn Điều này sẽ ảnh hưởng rất lớn đến kết quả tính toán cơ cấu nguồn

3.2 Chương trình nghịch đảo ten-xơ moment bằng phần mềm INVRAD

Chương trình này được viết bởi John Ebel (Ebel and Bonjer.,1990) để nghịch đảo ten-xơ moment đối với động đất rất gần Chương trình dùng hiệu chỉnh biên độ của sóng trực tiếp của các pha sóng đi lên P, SV và SH và nghịch đảo tuyến tính để tìm ten-xơ moment Sau đó chương trình sẽ tìm ra các thành phần ngẫu lực lớn nhất của ten-xơ moment

3.3 Chương trình nghịch đảo ten-xơ moment bằng phần mềm PINV

Chương trình do Suetsugu (1995) viết dùng xác định cơ cấu chấn tiêu dùng dấu sóng với mục đích hỗ trợ các phương pháp tính cơ cấu chấn tiêu khác Chương trình PINV không đưa ra sai số vì vậy không nên dùng để nhận nghiệm ban đầu mà nên dùng kết hợp với FOCMEC để chọn nghiệm thích hợp

Các chương trình FOCMEC, INVRAD và PINV đều xác định dựa trên việc xác định dấu sóng tới đầu tiên trên băng ghi địa chấn Như vậy, với các trận động đất rất gần và băng sóng rõ ràng chúng ta có thể áp dụng các chương trình này để tính toán Tuy nhiên, phần lớn các trận động đất xảy ra ở khu vực Việt Nam đều nằm ở phía Tây Bắc và lân cận Mặt khác, động đất chủ yếu có cường độ bé nên việc áp dụng các chương trình này để tính toán cơ cấu chấn tiêu có nhiều mặt hạn chế

3.4 Chương trình nghịch đảo ten-xơ moment bằng phần mềm ISOLA

Chương trình ISOLA chúng tôi giới thiệu dưới đây là một giải pháp tốt nhất đến thời điểm hiện tại trong bài toán tính cơ cấu chấn tiêu động đất sử dụng số liệu động đất địa phương Chương trình sử dụng băng ghi địa chấn dải rộng thu được tại các trạm để mô phỏng và nghịch đảo lại để tìm ra cơ cấu chấn tiêu phù hợp nhất Trong phần này chúng tôi sẽ giới thiệu chi tiết về chương trình ISOLA và cách sử dụng Trong chương sau, chúng tôi sẽ trình bày kết quả áp dụng chương trình nghịch đảo ten-xơ moment bằng phần mềm ISOLA cho một số trận động đất điển hình xảy ra trên khu vực Tây Bắc Việt Nam trong hai năm 2009 và 2010

3.4.1 Giới thiệu chương trình tính

Từ năm 2005 đến nay, hệ thống mạng trạm địa chấn được tăng cường trên khắp lãnh thổ Việt Nam Với công nghệ hiện đại, đồng bộ, hệ thống trạm quan sát

này có khả năng ghi nhận được các trận động đất trong lãnh thổ Việt Nam và trên thế giới Trong luận văn này chúng tôi giới thiệu và sử dụng thử nghiệm chương trình ISOLA (phiên bản 4.0) do Efthimios Sokos và Jiri Zahradnik phát triển năm

2009 [19] đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới để xác định cơ cấu chấn tiêu động đất Chương trình sử dụng thuật toán nghịch đảo ten-xơ moment trong miền tần số thấp, thích hợp với các động đất địa phương có M ≥ 3.0 được ghi bằng máy địa chấn dải rộng và phải có ít nhất ba trạm ghi nhận được động đất Trong luận văn này chúng tôi áp dụng phương pháp nghịch đảo ten-xơ moment để tính cơ cấu chấn tiêu của một số trận động đất địa phương ghi được bằng máy địa chấn dải rộng xảy

ra ở khu vực miền Bắc Việt Nam

3.4.2 Các bước tính toán

3.4.2.1 Chuẩn bị số liệu

Thu thập số liệu của tất cả các trạm ghi được động đất ở định dạng SAC (Seismic analysics code) Sau khi đưa vào chương trình tính toán cơ cấu chấn tiêu bằng ISOLA, chương trình sẽ chuyển đổi về định dạng mã ASCII Lựa chọn các băng sóng địa chấn tại các trạm sao cho: Các băng ghi phải rõ ràng, ít nhiễu, tỉ số tín hiệu trên nhiễu tốt Các băng ghi tại các trạm gần chấn tâm hơn được ưu tiên lựa chọn trong quá trình tính toán bởi vì chúng sẽ hiển thị dạng băng sóng đơn giản nhất do ít bị ảnh hưởng bởi các cấu trúc phức tạp so với các trạm ở xa chấn tâm Tập hợp số liệu tốt và có nhiều trạm ghi được động đất sẽ cho kết quả đáng tin cậy hơn

Trong chương trước chúng ta đã biết rõ tính toán hàm Green phụ thuộc vào

mô hình vận tốc sử dụng, vị trí nguồn động đất và vị trí trạm địa chấn Như vậy để thu được kết quả tốt cần kết hợp lựa chọn và tính toán thử nghiệm với các mô hình vận tốc khác nhau, thay đổi vị trí nguồn động đất giả định ban đầu và lựa chọn các trạm địa chấn để sử dụng trong quá trình tính toán

3.4.2.2 Chọn mô hình vỏ Trái Đất

Lựa chọn mô hình vỏ Trái Đất làm thông số đầu vào để tính toán là quan trọng để đưa ra kết quả phù hợp Chúng tôi đã thử áp dụng với nhiều mô hình vận