BAN CO BIET VE SONG THAN

Theo các kết quả thống kê tỉ mỉ của các nhà địa chấn, hằng năm trên toàn địa cầu xảy ra hơn 1 triệu trận động đất với các độ mạnh khác nhau, trong số đó có khoảng 100 ngàn động đất con n

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

SỞ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

có thể bị sụt lún và đôi khi những dòng sông cũng bị đổi dòng do hậu quả của

những trận động đất cực mạnh Điều đáng sợ hơn là cho đến nay khoa học và kỹ thuật đương đại vẫn chưa dự báo chính xác thời điểm và địa điểm động đất sẽ xảy

ra Do đó, con người chưa có biện pháp phòng chống chủ động đối với từng trận động đất, như phòng chống bão hay lũ lụt Đề cập đến động đất chúng ta phải nói đến sóng thần, một tai họa thiên nhiên có liên hệ trực tiếp với động đất xảy ra trong lòng đất dưới đáy biển và đại dương Sóng thần cũng có thể tàn phá những khu vực rộng lớn ven bờ biển, nhưng nếu cảnh báo kịp thời cho những vùng bị đe dọa,

chúng ta có thể giảm nhẹ đáng kể thiệt hại Đối với tai họa động đất, tuy chưa thể

dự báo chính xác, nhưng chúng ta vẫn có các giải pháp hạn chế thiệt hại do động đất gây ra

Ngày nay, đối với những người không nghiên cứu động đất, dường như động đất xảy ra ngày càng nhiều và gây thảm hoạ ngày càng lớn Thực ra, ấn tượng đó không đúng hay không hoàn toàn đúng Hiện nay các nhà địa chấn học có rất nhiều trạm ghi động đất (tất nhiên vẫn chưa đủ và phân bố chưa đều khắp!) có khả năng ghi nhận các trận động đất với các cường độ khác nhau, trong đó có những động đất mà con người không cảm thấy được Những thông tin về động đất như vậy được đưa lên các trang báo, lên các bản tin phát thanh, truyền hình, lên mạng internet Và điều

đó đã tạo cho công chúng ấn tượng về “sự nổi loạn” của hiện tượng động đất trong thời gian mấy thập niên gần đây Mặt khác, từ những năm 50 của thế kỷ 20, tiến trình công nghiệp hoá, đô thị hoá diễn ra mạnh mẽ hầu như ở tất cả các quốc gia, nên động đất gây ra những thiệt hại to lớn cũng là điều dễ hiểu, nếu động đất xảy ra tại vùng đô thị có mật độ dân cư cao

Theo các kết quả thống kê tỉ mỉ của các nhà địa chấn, hằng năm trên toàn địa cầu xảy ra hơn 1 triệu trận động đất với các độ mạnh khác nhau, trong số đó có khoảng

100 ngàn động đất con người cảm nhận được, 100 trận động đất gây tác hại và chỉ 1 trận động đất gây thảm họa lớn, nghĩa là cứ nữa phút xảy ra một động đất Có thể nói động đất yếu xảy ra ở mọi nơi trên địa cầu, vì lòng đất không lúc nào yên tĩnh Tuy nhiên động đất mạnh có khả năng gây thiệt hại chỉ tập trung trong những đới nhất định Đó là những đới phân cách các địa khối đang vận động tương đối với nhau Nói khác đi, nguy cơ động đất khác nhau đối với các vùng khác nhau Và điều này cũng đúng đối với nguy cơ sóng thần, bởi vì sóng thần là “sản phẩm phụ” của những động đất mạnh trên biển và đại dương

Tập tài liệu này nhằm giới thiệu những hiểu biết chính về động đất và sóng thần, về động đất trên thế giới và ở nước ta và về các giải pháp đơn giản, dễ thực hiện nhằm giảm nhẹ thiệt hại do động đất và sóng thần gây ra Tài liệu được sự cố vấn chuyên môn của GS Lê Minh Triết – Phân viện Vật lý tại TPHCM và GS.Nguyễn Đình Xuyên – Viện Vật lý Địa cầu, có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo ngoại khoá cho học sinh các trường tiểu học, trung học và làm tài liệu phổ biến kiến thức cho quần chúng đông đảo

Chương I ĐỘNG ĐẤT – NHỮNG HIỂU BIẾT CƠ BẢN

Không kể những động đất rất yếu, con người không cảm nhận đựơc, nói chung động đất là hiện tượng thiên nhiên nguy hiểm, đôi khi là thảm họa đối với đời sống xã hội

và con người Do đó, động đất đã được con người chú ý nghiên cứu từ xa xưa Các cuốn sử Trung hoa đã bắt đầu ghi nhận các trận động đất từ khoảng 3000 năm nay Theo các nhà nghiên cứu lịch sử khoa học, vào năm 132 nhà khoa học cổ Trung hoa tên là Trương Hành đã chế tạo được một máy đo cho phép xác định hướng tới của động đất Ở Nhật Bản, trong danh mục các trận động đất đã xảy ra, trận đầu tiên được ghi xảy ra vào năm 416 trước Công nguyên và từ năm 1600 đã mô tả khá chi tiết các đặc trưng của động đất Ở Châu Âu mãi đến thế kỷ 17 mới có mô tả động đất Tuy động đất đã được nghiên cứu từ lâu, nhưng bộ môn địa chấn học, môn khoa học của vật lý địa cầu chuyên nghiên cứu động đất mới thực sự hình thành và phát triển từ cuối thế kỷ 19 đến nay, nhờ sự phát triển kỹ thuật đo đạc và các phát triển lý thuyết đàn hồi củavật rắn

Thời gian để năng lượng giải thoát tại vùng chấn tiêu rất ngắn, tính bằng giây, nên

ta coi động đất gần như là một sự bùng nổ tức thời Bên ngoài vùng chấn tiêu các biến dạng của môi trường đất đá được truyền đi dưới dạng sóng đàn hồi và được gọi

là sóng động đất Chịu tác động của sóng động đất đến bề mặt, mặt đất sẽ rung động Biên độ của các rung động nói chung nhỏ cỡ phần mười milimet và chu kỳ rung động nằm trong khoảng 1/100 đến 100 giây Do đó để ghi các rung động này các máy ghi động đất phải có bộ phận khuếch đại Sóng động đất truyền năng lượng động đất đến các vị trí trên mặt đất (tất nhiên năng lượng sẽ giảm dần !) Đường nối các điểm có năng lượng động đất như nhau biểu thị qua cấp động đất (xem mục 2 ) gọi là đường đẳng chấn

Các trận động đất tự nhiên có thể chia thành 3 nhóm

a- Các rung động xuất hiện do hiện tượng sụt lở các lỗ rỗng trong vỏ Trái đất

b- Động đất gây ra do núi lửa phun trào

c- Động đất gây ra do các quá trình, các vận động bên trong Trái đất làm tích tụ năng lượng tại vùng phát sinh động đất và được gọi là động đất kiến tạo

Năng lượng của hai loại động đất a và b thường nhỏ và gây ảnh hưởng trên phạm vi hẹp, cho nên trên 90% các trận động đất quan trắc được đều thuộc loại động đất kiến tạo Ngày nay, khi nghiên cứu nguyên nhân động đất, các nhà địa chấn tập trung trí tuệ vào việc làm sáng tỏ bản chất của các quá trình diễn ra trong lòng đất

đã dẫn đến sự tích tụ năng lượng gây ra động đất

Ngoài cách phân loại động đất theo nguyên nhân trực tiếp nêu trên, các nhà địa chấn còn phân loại động đất theo độ sâu chấn tiêu:

- Động đất nông hay động đất mặt có độ sâu chấn tiêu nhỏ hơn 70 km tính từ mặt đất

- Động đất trung gian có độ sâu chấn tiêu nằm trong khoảng 70-300 km

- Động đất sâu có độ sâu chấn tiêu nằm trong khoảng 300-720 km Cho đến nay các nhà địa chấn chưa quan trắc được trận động đất nào có độ sâu chấn tiêu vượt quá 720km.Theo kết quả nghiên cứu thống kê, động đất sâu ít xảy ra và thường tập trung ở những vùng hẹp, mà chủ yếu là vùng Thái bình dương Nếu phân tích theo

tổng năng lượng do động đất giải toả trên toàn địa cầu, thì động đất nông chiếm khoảng 85%, động đất trung gian chiếm 12%, còn động đất sâu chỉ chiếm 3%.

Khi động đất xảy ra bên dưới đáy đại dương, thì trên mặt đại dương có thể xuất hiện các sóng có bước sóng rất dài Sự xuất hiện loại sóng này là do sự sụt lún hay nâng lên của đáy đại dương do tác động của động đất và có thể tàn phá dải ven bờ (có khi cách tâm động đất hàng chục ngàn kilômet) Hiện tượng tạo sóng này gọi là sóng thần, mà chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn trong chương III của tập tài liệu này

2 Cấp động đất và độ lớn

Hai cách phân loại động đất trình bày trong mục 1 không cho chúng ta ý niệm cụ thể về sự rung động trên mặt đất và tác động của động đất lên các công trình xây dựng trên mặt đất, cũng như không cho phép so sánh các trận động đất Vì thế các nhà địa chấn đã đưa ra các đơn vị đo đánh gía biểu hiện trên mặt đất của động đất

và đánh giá năng lượng giải toả của động đất Hai loại đơn vị thường dùng là cấp động đất và độ lớn (magnitude)

Cấp động đất I:

Cường độ chấn động mà động đất gây ra trên mặt đất được đánh giá theo các thang phân bậc mức độ tác động của động đất đối với các kiểu nhà cửa, công trình, đồ vật, con người và biến dạng mặt đất

Hiện nay, trừ ở một vài quốc gia, trên thế giới đều sử dụng thang 12 cấp để đánh giá cường độ chấn động Ở Bắc Mỹ người ta dùng thang 12 cấp gọi là thang Mercalli cải biến MM (Modified Mercalli Scale) Liên Xô, các nước Châu Âu và nước ta sử dụng thang 12 cấp gọi là thang MSK-64, được Hội đồng địa chấn Châu Au thông qua năm 1964 ( M,S,K là 3 chữ cái đầu của tên các tác giả xây dựng thang cấp động đất này: Medvedev ( Liên Xô ), Sponhauer (Đức), Karnik (Tiệp)) Thang MM sử dụng ở Bắc Mỹ và thang MSK-64 nói chung trùng nhau Thang MSK đã được bổ sung nhiều lần từ năm 1964 và năm 1992 Đại hội đồng địa chấn Châu Au họp ở Praha đã thông qua để áp dụng dưới tên “Thang cấp động đất Châu Au” EMS

(European Macroseismic Scale 1992) Một số nước Châu Âu như Ý, Thụy Sĩ sử dụng thang 10 cấp thành lập từ cuối thế kỹ 19 Ở Nhật Bản người ta sử dụng thang JMA chỉ gồm có 7 cấp

Dưới đây là các đặc trưng chủ yếu của các cấp động đất trong thang cấp độ mạnh động đất quốc tế MSK-1964 Thang cấp động đất này được xây dựng dựa trên tập hợp các biểu hiện của tác động của động đất lên con người và ngoại cảnh, lên công trình các loại và lên hiện tượng tự nhiên

Cấp I – Động đất không cảm thấy, chỉ có máy mới ghi nhận được

Cấp II – Động đất ít cảm thấy (rất nhe) Trong những trường hợp riêng lẻ, chỉ có người nào đang ở trạng thái yên tĩnh mới cảm thấy được

Cấp III – Động đất yếu Ít người nhận biết được động đất Chấn động y như tạo ra bởi một ô tô vận tải nhẹ chạy qua

Cấp IV – Động đất nhận thấy rõ Nhiều người nhận biết động đất, cửa kính có thể kêu lạch cạch

Cấp V – Thức tỉnh Nhiều người ngủ bị tỉnh giấc, đồ vật treo đu đưa

Cấp VI – Sợ hãi Đa số người cảm thấy động đất, nhà cửa bị hư hại nhẹ, lớp vữa bị rạn

Cấp VII – Hư hại nhà cửa Đa số người sợ hãi, nhiều người khó đứng vững, nứt lớp

Để tránh sai số lớn trong việc xác định cấp động đất dựa trên các đánh giá định tính

và mang tính chủ quan của người khảo sát, ta phải thống kê, phân tích và so sánh với băng ghi địa chấn thu được ở các trạm động đất (nếu có) ở trong vùng xảy ra động đất

Nhờ thang cấp động đất MSK-64 nêu trên các nhà nghiên cứu động đất có thể xác định cấp động đất của các trận động đất xảy ra trong quá khứ xa và được mô tả trong các tài liệu lịch sử Đối với mỗi trận động đất, chấn động tại chấn tâm có cấp động đất lớn nhất và thường được ký hiệu là I0 và cấp động đất I giảm dần khi ra xa chấn tâm Thí dụ, trận động đất xảy ra vào ngaỳ 8-11-2005 ở ngoài khơi Vũng Tàu

đã gây chấn động tại chấn tâm cấp VII (I¬0 = 7), nhưng tại TP Hồ Chí Minh chỉ gây chấn động cấp IV (I¬ = 4 )

Liên quan trực tiếp đến cấp động đất I, một đặc trưng quan trọng của đọng đất là gia tốc dao động của nền đất Đại lượng này cho chúng ta quan niệm rõ ràng nền đất rung động như thế nào dưới tác động của sóng động đất truyền đến địa điểm khảo sát Để đo gia tốc nền các nhà địa chấn sử dụng đơn vị gia tốc trọng lực g (980 cm/s2) hoặc cm/s2 Các nhà thiết kế công trình cần biết giá trị gia tốc nền tại địa điểm xây dựng để đưa ra các giải pháp chống động đất, phòng khi động đất có thể xảy ra Gia tốc theo phương nằm ngang luôn luôn lớn hơn gia tốc theo phương thẳng đứng Do đó rung động ngang nguy hiểm hơn rung động thẳng đứng Các nhà địa chấn nghiên cứu quan hệ định lượng giữa cấp động đất và các tham số vật lý đặc trưng cho dao động nền: gia tốc (a), vận tốc (v) và biên độ (A) và cho kết quả dưới đây:

a- Gia tốc của đất đối với chu kỳ dao động từ 0,1 đến 0,5 giây (s)

v- Tốc độ của đất đối với chu kỳ từ 0,5 đến 2s

A- Biên độ của tâm khối lượng con lắc có chu kỳ dao động riêng 0,25s

2.2 Độ lớn của động đất M

Dựa vào thang cấp động đất nêu trên chúng ta chỉ có thể xác định mức độ tác động của động đất lên bề mặt trái đất, mà chưa cho thông tin gì về sức mạnh hay đúng hơn là năng lượng mà trận động đất phát ra và truyền vào môi trường xung quanh vùng chấn tiêu dưới dạng sóng đàn hồi Để nghiên cứu đặc trưng của từng trận động đất và nhất là khi phải so sánh các trận động đất xảy ra ở các vùng khác nhau, các nhà địa chấn phải tìm một đơn vị đo động đất khác Đơn vị đo này chỉ phụ thuộc vào năng lượng ban đầu giải toả tại chấn tiêu, mà không phụ thuộc tác đọng của động đất tại mỗi điểm quan trắc Năm 1935, C.F.Richter, nhà địa chấn Mỹ đã đưa ra đơn vị như vậy và gọi là độ lớn hay còn gọi là độ Richter, ký hiệu bằng M Ngày nay các nhà địa chấn sử dụng thang độ Richter để phân hạng động đất về độ lớn Theo định nghĩa của Richter, độ lớn M của một trận động đất là logarit cơ số 10 của biên độ lớn nhất của dao động nền đất đo bằng micron (một phần ngàn milimet) trên băng ghi của máy đo chuẩn đặt cách chấn tâm 100 km Những năm 30 của thế kỷ trước các trạm địa chấn ở Mỹ phần lớn sử dụng máy ghi Wood-Anderson có độ khuếch đại lớn nhất là 2800 lần, chu kỳ dao động riêng là 0,8 giây và hệ số tắt dần

là 0,8, nên máy chuẩn ở đây nên hiểu là máy Wood-Anderson Trên thực tế điều kiện đặt trạm cách chấn tâm 100 km không thể thoả mãn, vì chúng ta chưa biết động đất xảy ra tại đâu, nên các nhà địa chấn phải tiến hành các tính toán phức tạp để qui

về khoảng cách chấn tâm 100 km Ngoài ra, các nhà địa chấn còn phải qui giá trị biên độ lớn nhất ghi trên các loại máy khác nhau về máy ghi chuẩn theo định nghĩa của Richter

Về mặt lí thuyết thang độ Richter không có cận trên (trị số lớn nhất) và không có cận dưới (trị số nhỏ nhất) Nhưng cho đến nay các nhà địa chấn mới xác định đựơc trị số M lớn nhất là 9,0, của trận động đất xảy ra ngày 25 tháng 12 năm 2004 tại vùng Sumatra (Indonesia) và gây ra đợt sóng thần khủng khiếp làm cho khoảng 200 ngàn người thiệt mạng

Qua phần trình bày ở trên chúng ta đã thấy cấp động đất ( I ) và độ lớn ( M ) là hai

đại lượng khác nhau, giữa chúng không có mối quan hệ trực tiếp, vì phụ thuộc vào

độ sâu chấn tiêu Chúng ta không thể nói M = 6 tương đương với I¬0 ( tại chấn tâm ) = 7 hay 8 Đối với các vùng khác nhau sự liên hệ này sẽ khác nhau Người ta thường biểu diễn mối quan hệ giữa M và I0 bằng biểu thức gần đúng

βM + αM = aI0 +b, hoặc I0 =

= 1,7, đối với vùng Trung Âu a = 0,5, b = 1,8.α = -2,2 , βCác hệ số a và b được xác định bằng thực nghiệm riêng cho từng vùng Thí dụ ở vùng Trung Á thuộc Liên Xô

cũ người ta xác định

2.3 Năng lượng động đất và độ Richter M

Độ Richter M liên quan chặt chẽ với năng lượng giải toả tại vùng chấn tiêu Chỉ một phần nhỏ năng lượng này được truyền đến mặt đất dưới dạng sóng đàn hồi mà

chúng ta gọi là sóng động đất Chính các sóng này làm nền đất dao động và gây hư hại đối với các công trình xây dựng trên mặt đất; và do đó chúng ta coi năng lượng truyền qua môi trường xung quanh chấn tiêu và ghi nhận được trên mặt đất là năng lượng động đất E Năng lượng động đất mới thực sự biểu thị độ lớn của động đất Tuy nhiên xác định năng lượng động đất là công việc khó khăn và phức tạp Bởi vậy các nhà địa chấn thường đánh giá năng lượng động đất theo độ Richter dựa vào công thức tương quan thực nghịêm giữa năng lượng động đất E và độ Richter M Công thức thực nghiệm sau đây, do hai nhà địa chấn nổi tiếng Gutenberg và Richter thiết lập (* )

lg E = 11,8 + 1,5 MS

lg E = 5,8 + 2,4 Mb

được sử dụng rộng rãi trong các công trình nghiên cứu về động đất

Để hình dung cụ thể hơn về độ Richter, chúng ta có thể đưa ra so sánh sau: năng lượng của trận động đất mạnh 7,3 độ Richter tương đương với năng lượng nổ của quả bom 50 triệu tấn thuốc nổ TNT; trận đọng đất 8,5 độ Richter đã từng xảy ra năm 1950 trong dãy Hymalaya có năng lượng tương đương với năng lượng của 100.000 quả bom nguyên tử mà Mỹ ném xuống Hiroshima tháng 8 – 1945; Trận động đất mạnh M = 8,9 xảy ra năm 1950 ở vùng phía đông Nhật Bản đã làm cho đáy biển sụt xuống 400 mét

Năng lượng động đất là năng lượng toả ra của động đất nên nó cho chúng ta ý niệm

về khả năng tàn phá của động đất rõ ràng hơn là độ Richter Động đất 8,0 độ Richter nguy hiểm hơn động đất 7,0 độ Richter đến 35 lần chứ không phải 10 lần Năng lượng của trận động đất 8,0 độ Richter tương đương với năng lượng của 2.800.000 lần 4,0 độ Richter

(*) Sóng động đất truyền xuyên qua lòng đất gọi là sóng khối, độ Richter xác định đối với sóng khối ký hiệu Mb Sóng động đất truyền trên mặt đất từ chấn tâm gọi là sóng mặt, độ Richter xác định theo sóng mặt được ký hiệu MS

3 - Hoạt động địa chấn toàn cầu

Trên hành tinh của chúng ta, không có vùng nào chưa từng xảy ra động đất trong suốt lịch sử văn minh của nhân loại, còn những rung đọng nhỏ được gọi là “vi địa chấn” thì hầu như xảy ra thường xuyên tại bất cứ điểm nào trên mặt đất Hằng năm, Trung tâm địa chấn quốc tế thu thập kết quả xác định chấn tâm của 30.000 trận đọng đất ghi được tại tất cả các trạm động đất trên toàn thế giới Căn cứ vào kết quả

đánh giá độ lớn Richter và qui mô ảnh hưởng của các trận động đất, các nhà địa chấn đã chia các động đất làm 5 loại sau:

- Động đất tai biến có qui mô hành tinh M 8

- Động đất mạnh qui mô khu vực 7 M < 8

- Động đất mạnh qui mô địa phương 6 M < 7

- Động đất địa phương cường độ trung bình 5 M < 6

- Động đất địa phương yếu thường

không gây thiệt hại đáng kể 4 M < 5

Những động đất có M > 7 không xảy ra khắp mọi nơi, mà thường tập trung ở những vùng nhất định, gọi là đới hoạt động địa chấn mạnh

3.1 Bản đồ phân bố chấn tâm trên toàn địa cầu

Gutenberg và Richter, hai nhà địa chấn Mỹ nổi tiếng đã lập bản đồ phân bố chấn tâm của các trận động đất ghi nhận được trong 50 năm đầu năm đầu thế kỷ XX Nhờ sự phát triển nhảy vọt của địa chấn học trong những năm 60, các nhà địa chấn

đã lập bản đồ phân bố chính xác vị trí của các chấn tâm Cho đến nay bản đồ do M.Barazangi và J Dorman thành lập dựa trên số liệu của 30.000 trận động đất được coi là bản đồ hoàn chỉnh nhất (hình 2) Trên bản đồ chấn tâm được đánh dấu bằng một chấm đen

Từ bản đồ phân bố chấn tâm chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy động đất không xảy

ra đều khắp mọi nơi trên Trái đất, mà chủ yếu tập trung vào các đới sau đây:

a Vành đai động đất Thái bình dương

Đây là đới hoạt động địa chấn mạnh nhất Nếu đánh giá về mặt năng lượng động đất, thì khoảng 75 – 80% tổng năng lượng động đất đã giải tỏa tại đới này Nhìn trên bản đồ chúng ta thấy đới này bao cả ven bờ Thái bình dương, nên gọi là vành đai động đất Thái Bình Dương Ơ phía Tây Thái Bình Dương, từ Nhật Bản đới động

đất chia làm 2 nhánh chính Đài Loan và quần đảo Philipin nằm trong nhánh gần rìa phía Đông của lục địa Châu Á

Các trận động đất có chấn tâm ở đáy đại dương xảy ra trên vành đai động đất Thái Bình Dương là nguyên nhân trực tiếp gây ra những cơn sóng thần tàn phá nhiều vùng bờ biển hai bờ Thái Bình Dương

b Đới động đất Địa trung hải – Xuyên Á hay còn gọi là đới Alp – Hymalaya

Đới động đất này kéo dài từ Bắc Phi, ngang qua vùng Hymalaya và nối với vành đai Thái bình dương tại vùng quần đảo Indonesia Theo tính toán của các nhà địa chấn 15-20% năng lượng động đất trong một năm thuộc về đới động đất này

c Đới động đất ngầm dưới sống núi giữa các đại dương

Tại đới này thường xảy ra các trận động đất yếu hơn so với hai đới hoạt động địa chấn kể trên Chỉ khoảng 3 -7% năng lượng trung bình năm của các trận động đất được giải toả tại đới này

Nói tóm lại, động đất chủ yếu xảy ra tại 3 đới hoạt động địa chấn Phần lớn bề mặt của Trái đất được xếp vào loại không có động đất thường xuyên Tất nhiên, chúng

ta không nên coi kết luận này là qui luật có ý nghĩa tuyệt đối Thực tế, tại các vùng được xếp vào khối không động đất vẫn có những động đất mạnh xảy ra, nhưng năng lượng động đất giải toả trên toàn khối này chỉ khoảng 1%

Các nhà địa chấn còn nghiên cứu độ sâu chấn tiêu của các trận động đất và rút ra kết luận: tại đới giữa đại dương hầu như chỉ có các động đất có độ sâu chấn tiêu nhỏ hơn 100 km, các động đất sâu chủ yếu tập trung ở vành đai Thái bình dương và đới Địa trung hải – Xuyên Á

3.2 Kiến tạo mảng và các đới động đất

Động đất xảy ra ở nơi mà ứng suất được tích lũy từ các quá trình bên trong Trái đất vượt quá giới hạn chịu đựng của môi trường đất đá Nhưng câu hỏi được đặt ra: Tại sao trên toàn địa cầu hoạt động địa chấn mạnh chỉ tập trung chủ yếu ở một số đới như đã trình bày ở trên?

Sự phân bố động đất theo các đới hoạt động địa chấn chắc chắn không phải là hiện tượng ngẫu nhiên Tuy nhiên mãi đến những năm 60 của thế kỷ 20 các nhà địa chấn mới có thể giải thích dựa trên thuyết kiến tạo mảng hay còn gọi là thuyết mới về kiến tạo toàn cầu Thuyết kiến tạo mảng là một lý thuyết tổng hợp các ngành khoa học về Trái đất, có khả năng giải thích một cách thống nhất các hiện tượng địa chấn

và vật lý địa cầu, trong đó các hiện tượng động đất, xảy ra với qui mô hành tinh

Nội dung chính của thuyết kiến tạo mảng có thể tóm tắt như sau:

a Thạch quyển – lớp vỏ bọc bên ngoài của Trái đất, tương đối rắn và giòn – không phải là khối nguyên vẹn, mà bao gồm một số không lớn các mảng thạch quyển được gọi là mảng kiến tạo (hình 3) có kích thước thay đổi từ vài trăm đến vài ngàn

kilomet cụ thể là gồm 12 mảng kiến tạo chính: mảng Nam cực, mảng Châu Phi, mảng Á – Au, mảng An Độ, mảng Châu Uc, mảng Arập, mảng Philippin, mảng Bắc

Mỹ, mảng Nam Mỹ, mảng Thái bình dương, mảng Nazca và mảng Cocos Ranh giới phân chia các mảng không trùng với ranh giới phân cách các châu lục và các đại dương

b Các mảng kiến tạo dịch chuyển nằm ngang đối với nhau với các tốc độ khác nhau, trung bình vài chục milimet trong một năm Tốc độ dịch chuyển giữa mảng Nam Mỹ và mảng Nazca khoảng 80 milimet/năm, còn tốc độ dịch chuyển giữa mảng Thái bình dương và mảng Nazca lên đến 160 milimet/năm Dịch chuyển tương đối giữa các mảng kiến tạo diễn ra ít nhất từ khoảng 200 triệu năm nay Sự dịch chuyển này là nhân tố quyết định trong lịch sử địa chất của Trái đất, tuy

nguyên nhân của các lực gây ra sự dịch chuyển còn chưa được giải thích đầy đủ

c Hoạt động kiến tạo, hoạt động địa chấn, hoạt động núi lửa chủ yếu tập trung tại ranh giới của các mảng kiến tạo: Các đới hoạt động địa chấn mạnh trùng với ranh giới giữa các mảng Gần 95% xảy ra tại ranh giới của các mảng Đặc điểm của các quá trình hoạt động này tuỳ thuộc vào kiểu ranh giới: tách xa, tiến đến gần nhau hay cắt trượt lên nhau

d Khi hai mảng tiến đến gần nhau thì phần đại dương của một mảng sẽ hút chìm xuống mảng kia và nơi đây hoạt động địa chấn là mạnh nhất Vành đai động đất Thái bình dương xuất hiện do chính quá trình này Tại vành đai này hoạt động núi lửa cũng mạnh nhất, nên vành đai Thái bình dương đôi khi được gọi là được gọi là

“vòng cung lửa”

Quá trình hút chìm của các mảng được bù trừ với quá trình gia tăng lớp vỏ mới ở các đới tách dãn, nên thể tích chung của Trái đất hầu như không thay đổi

4 Dự báo và phòng chống động đất

Dự báo và phòng chống các tai hoạ thiên nhiên, nhất là đối với động đất, không chỉ

là trách nhiệm của các nhà địa chấn và các chuyên gia của nhiều ngành kỹ thuật có liên quan, mà còn là vấn đề được cả xã hội quan tâm Các nhà khoa học và các chuyên gia kỹ thuật đã tốn rất nhiều công sức và trí tuệ, đặc biệt là ở Mỹ, Nhật Bản, Trung Quốc và Liên Xô, cho hoạt động nghiên cứu dự báo động đất, nhưng đến nay

vấn đề cấp bách và phức tạp này vẫn chưa giải quyết được Dự báo động đất có nghĩa là phải trả lời được: Động đất xảy ra tại đâu? Mạnh đến cỡ nào? Và khi nào? Trong 3 câu hỏi đó, câu hỏi thứ ba là quan trọng nhất và cũng khó trả lời nhất Hai câu hỏi đầu đã được giải quyết có hiệu quả nhờ các bản đồ phân vùng động đất và phân vùng vi địa chấn Các bản đồ đó cho chúng ta biết nơi đâu (chưa cho biết được toạ độ chính xác!) và cường độ bao nhiêu, nếu động đất xảy ra Cho đến nay chỉ có một dự báo thành công mỹ mãn ở Trung Quốc, cụ thể là trận động đất xảy ra vào ngày 4-2-1975 tại thành phố Hải Thành, tỉnh Liêu Ninh đã được báo trước 5 giờ 30 phút Nhờ đó dù động đất rất mạnh (M = 7,3) phá huỷ hàng trăm toà nhà và nhà máy, nhưng thiệt hại nhân mạng rất ít Thực ra, các nhà địa chấn đã có các dự báo đúng đối với một số trận động đất khác nữa, nhưng chưa đạt được mức chính xác như trường hợp vừa kể Để đưa ra các dự báo về các trận động đất sẽ xảy ra các nhà địa chấn phải căn cứ vào một tập hợp các dấu hiệu đặc trưng của môi trường địa chất, kể cả sự thay đổi bất thường trong hành vi của động vật trước khi có động đất Chúng ta có thể liệt kê các dấu hiệu quan trọng và đáng tin cậy như dưới đây:

- Sự xuất hiện các chấn động yếu trước khi có động đất mạnh

- Sự dịch chuyển nhanh của vỏ trái đất, được xác định nhờ mạng trắc địa và đo đạc

từ vệ tinh

- Sự thay đổi tốc độ truyền sóng động đất: trước khi động đất mạnh xảy ra tỉ số giữa tốc độ sóng dọc và tốc độ sóng ngang có sự biến đổi

- Sự thay đổi của từ trường trái đất và độ dẫn điện của đất đá

- Sự thay đổi lượng và thành phần của các loại khí, đặc biệt là rađon và clo, thoát ra trước khi xảy ra động đất

- Sự thay đổi mực nước trong giếng và lỗ khoan Mực nước dưới đất thường dâng lên hoặc sụt xuống là dấu hiệu thể hiện rất rõ trước khi xảy ra trận động đất ở Hải Thành, Liêu Ninh, Trung quốc

Trong khi chưa có thể dự báo chính xác từng trận động đất, thì phân vùng động đất được coi là cơ sở để đưa ra các giải pháp phòng chống động đất Dựa trên kết quả nghiên cứu các trận động đất xảy ra trong quá khứ, các điều kiện địa chất của một vùng, các nhà địa chấn thành lập bản đồ phân vùng động đất Trên bản đồ phân vùng địa chấn vạch ra các đới phát sinh động đất, vạch ra các vùng, các dãi có khả năng bị động đất có cường độ từ cấp VII trở lên (theo thang động đất MSK – 64) Bản đồ phân vùng động đất cho một lãnh thổ, một khu vực là một căn cứ quan trọng

để thiết lập qui hoạch xây dựng các công trình trên mặt đất và áp dụng các biện pháp kỹ thuật phòng chống động đất

Chương II ĐỘNG ĐẤT Ở VIỆT NAM

Nhìn vào bản đồ phân bố chấn tâm động đất toàn cầu đã giới thiệu trong chương I, một số chuyên gia cho rằng động đất ở Việt Nam là không đáng kể Một số khác nhìn vào bình đồ kiến tạo phức tạp của vỏ trái đất ở Việt Nam với mạng lưới dày đặc những đứt gãy (*) sâu lớn, một số chuyên gia khác lại cho rằng ở Việt Nam có thể xảy ra những động đất thảm họa lớn hơn 7,5 độ Richter Vậy sự thật thì động đất

đã xảy ra ở nước ta như thế nào và trong tương lai động đất mạnh có xảy ra hay

không? Nếu xảy ra thì mạnh đến mức nào? Và ở đâu? Chúng ta hãy tìm hiểu những vấn đề đó dựa trên những hiểu biết tích luỹ được đến hôm nay.

1 Động đất xảy ra ở nước ta như thế nào?

Theo toàn bộ các nguồn tài liệu thu thập được từ năm 114 đến năm 2003 các nhà địa chấn nước ta đã ghi nhận được 1645 trận động đất có độ lớn M 3 độ Richter Trước 1900, mặc dù chỉ có ít tài liệu lịch sử, nhưng vẫn phát hiện được nhiều trận động đất mạnh Năm 114 trận động đất cấp VIII (thang cấp động đất MSK – 64) đã xảy ra ở quận Nhật Nam (khu bắc Đồng Hới – Quảng Bình ngày nay) Các trận động đất cấp VII, cấp VIII đã xảy ở Hà Nội vào các năm 1277, 1278, 1285 Ở khu vực Yên Định – Vĩnh Lộc – Nho Quan (thuộc tỉnh Thanh Hoá và Ninh Bình ngày nay) đã xảy ra động đất cấp VIII vào năm 1635 Ở Nghệ An động đất cấp VIII đã xảy ra vào năm 1821 Ở vùng Phan Thiết các trận động đất cấp VII đã xảy ra 1882,

1887 Và còn một số trận động đất khác

Trước thế kỷ thứ 10, các tài liệu về động đất quá hiếm Có thể các nhà chép sử không ghi lại, hoặc tài liệu lịch sử không bảo tồn được đầy đủ và cũng có thể việc sưu tầm chưa tiến hành triệt để Nhưng chúng ta cũng cần lưu ý rằng trứơc thế kỷ thứ 10, việc biên chép lịch sử ở nước ta chủ yếu do các sử quan Trung Hoa đảm nhiệm Từ 1010, sau khi nước ta giành được độc lập tự chủ, người Việt Nam mới tự viết lịch sử của mình, các sự cố thiên tai, trong đó có động đất, mới được ghi chép đầy đủ hơn Cũng cần lưu ý thêm rằng những tài liệu lịch sử vừa kể đều thuộc vùng đồng bằng có người Kinh sinh sống đông đúc Đối với các vùng núi chiếm phần lớn lãnh thổ, chúng ta không có tài liệu lịch sử nào về động đất

Từ 1900 đến nay các nhà địa chấn nước ta có điều kiện thu thập được nhiều tài liệu

về đọng đất qua các chuyến khảo sát thực địa, điều tra trong nhân dân, sưu tầm các bản tin trên báo chí thế kỷ 20 và nhất là qua tài liệu quan sát bằng máy của mạng lưới trạm động đất thế giới và nước ta Trong thời gian ngắn này đã xác định được 2 trận động đất cấp VIII với độ lớn M = 6,7 – 6,8 độ Richter ở Điện biên (1935) và Tuần giáo (1983), 17 trận động đất cấp VII với M = 5,0 – 5,9 độ Richter và 115 trận động đất cấp VI – cấp VII với M = 4,5 – 4,9 độ Richter ở khắp các vùng lãnh thổ nước ta

Các trận động đất nêu trên đã gây chấn động cấp VI, cấp VII và cấp VIII trên một diện tích rộng Để minh họa chúng ta xem bản đồ đường đẳng chấn của trận động đất Tuần giáo ngày 24 tháng 6 năm 1983 (hình 4)

Hình 4

(*) Nơi đứt đoạn của mội trường đất đá dẫn tới sự dịch chuyển tương đối ở hai bên

Các trận động đất mạnh cấp VIII, cấp VII đã gây nhiều tác hại và hậu quả:

- Động đất xảy ra năm 114 ở khu vực Đồng hới ngày nay làm đất nứt xé ra dài hơn trăm dặm(30 – 35 km) Nếu độ sâu chấn tiêu không sâu (10 – 15 km) Thì độ lớn của trận động đất này ít nhất phải là 6 độ Richter (M = 6)

- Động đất xảy ra năm 1285 làm bia đá ở chùa Báo Thiên gãy làm đôi (chùa Báo Thiên xây dựng năm 1057 tại vị trí nhà thờ lớn Hà Nội hiện nay) Theo đánh giá của các nhà nghiên cứu độ lớn của trận động đất này vào cỡ 5,5 độ Richter Năng lượng động đất tuy không thật lớn, nhưng nền đất Hà Nội yếu, nên chấn động trở nên mạnh (cấp VIII)

- Trận động đất năm 1635 ở huyện Vĩnh Phúc (Thanh Hoá) giáp với Nho Quan (Ninh Bình) đã làm núi đổ xuống lấp cả đường đi, người và trâu bò không đi lại được Có thể so sánh trận động đất này với trận động đất ở Tuần giáo 1983 có độ lớn 6,7 độ Richter

- Trận động đất năm1821 xảy ra ở Nghệ An không gây hậu quả nghiêm trọng,

nhưng thực ra đó là trận động đất mạnh Nhà của dân thời bấy giờ chủ yếu là nhà tranh, một kiểu nhà chịu động đất rất tốt Động đất làm nhà dân bị xiêu đi nhiều Hậu quả như vậy cũng giống như đối với động đất Tuần giáo 1983 Trận động đất mạnh ở Tuần giáo làm hư hại nặng rất nhiều nhà xây, nhưng chỉ làm xiêu hoặc xê dịch nhà sàn, nhà tranh.

- Những trận động đất cấp VII ghi nhận được trong lịch sử cũng gây một số hậu quả đáng chú ý Chẳng hạn, động đất ở Thừa Thiên (Huế) năm 1829 làm phía Bắc thành

bị sụt và rung động; động đất năm 1877 ở Bình Thuận làm nước sông dâng lên, nhà ngói rung động mạnh; động đất ở Bình Thuận năm 1882 xảy ra ở bờ biển đã làm sóng cuốn lên cao và có nhiều tiếng nổ trong gần một ngày

Tác hại và các hậu quả của các trận động đất nêu trên đã được ghi lại trong các tài liệu lịch sử Đối với các tiêu chuẩn của thang cấp động đất MSK – 64 chúng ta chỉ

có thể ước lượng độ mạnh của các trận động đất trong quá khứ, và tất nhiên khó có thể chính xác, như đối với các động đất xảy ra trong thế kỷ XX, được ghi bằng máy

và đánh giá hậu quả theo khảo sát thực địa

2 Vài trận động đất điển hình ở nước ta

Ơ nước ta, nghiên cứu động đất theo đúng nghĩa chỉ bắt đầu từ cuối những năm 20 của thế kỷ 20, sau khi người Pháp thành lập trạm địa chấn ở Phù liễn gần thành phố Hải Phòng Chúng ta hãy tìm hiểu vài trận động đất điển hình được khảo sát khá đầy đủ

Động đất ở Điện Biên 1935

Động đất xảy ra lúc 23 giờ 22 phút ngày 1 tháng 11 năm 1935 ở phía đông nam thị trấn (nay là thị xã) Điện Biên Phủ có độ lớn M = 6,75 độ Richter Động đất này đã gây hư hại nặng nhà xây ở thị trấn Điện Biên, còn ở Sơn La các tường nhà bị nứt nẻ

Ở vùng chấn tâm đất nứt rộng đến 20 cm, có đoạn dài đến 50 m Năm 1935 các nhà địa chấn người Pháp đã vẽ các đường đẳng chấn Về sau, năm 1966 các nhà địa chấn nước ta đã dựa vào tài liệu điều tra thực địa đã xây dựng bản đồ cho thấy phạm

vi ảnh hưởng của trận động đất này (hình 5) Độ mạnh tại chấn tâm được đánh giá I0 = 8 – 9 theo thang MSK – 64

Đây là 2 trận động đất mạnh nhất ở phần lãnh thổ phía Nam nước ta đã được phát hiện bằng máy đo và điều tra thực địa Hai trận động đất xảy ra ngày 12-4-1970 và 24-5-1972 ở phía Tây thị xã sông Cầu (Phú Yên) Chấn tâm của chúng chỉ cách nhau 20 km theo phương kinh tuyến, nên khó tách riêng chấn động gây ra bởi các trận động đất này Các nhà địa chấn nước ta đã dựng bản đồ đẳng chấn chung cho 2 trận động đất này (hình 6 - Động đất ở Tuần giáo 24-6-1983)) Dựa vào số liệu thực địa và quan trắc bằng máy, độ lớn của 2 trận động đất này vào cỡ M = 5,3 độ

Richter, độ sâu chấn tiêu khoảng 13 km