Nghiên cứu xác định giá trị động đất thiết kế cực đại cho nhà máy điện hạt nhân ninh thuận 2 11

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮTENSTTI European Nuclear Safety Training & Tutoring Institute: Viện nghiên cứuđào tạo và thực hành an toàn hạt nhân châu Âu; GSHAP Global Seismic Hazard Assessment Pr

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

-Bùi Trung Thông

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ ĐỘNG ĐẤT THIẾT KẾ CỰC ĐẠI CHO NHÀ MÁY ĐIỆN

HẠT NHÂN NINH THUẬN 2

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

-Bùi Trung Thông

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ ĐỘNG ĐẤT THIẾT KẾ CỰC ĐẠI CHO NHÀ MÁY ĐIỆN

HẠT NHÂN NINH THUẬN 2

Chuyên ngành: Vật lý Địa cầu

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc và gửi lời cảm ơn chân

thành đến TS Phạm Đình Nguyên, người trực tiếp hướng dẫn tôi thực hiện

Luận văn, đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi tìm ra hướng nghiên cứu, tiếp cận thực tế, tìm kiếm tài liệu, xử lý và phân tích số liệu, giải quyết vấn đề… nhờ đó tôi mới có thể hoàn thành luận văn Thạc sỹ của mình.

Ngoài ra, trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài tôi còn nhận được nhiều sự quan tâm, góp ý, hỗ trợ quý báu của quý thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè và người thân Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

 Cha mẹ và những người thân trong gia đình đã hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian qua và đặc biệt trong thời gian tôi theo học khóa thạc sỹ tại trường Đại học Khoa học Tự nhiên –

ĐHQGHN.

 Quý Thầy, Cô là cán bộ thuộc Bộ môn Vật lý địa cầu, và quý Thầy, Cô công tác tại Khoa Vật lý – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN, đã truyền đạt cho tôi những kiến thức bổ ích trong suốt hai năm học vừa qua.

 Các bạn bè, đồng nghiệp tại Cục An toàn bức xạ và hạt nhân – Bộ Khoa học và Công nghệ, luôn động viên, hỗ trợ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.

Tác giả

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Phương pháp nghiên cứu 2

3 Cấu trúc luận văn 2

4 Các kết quả thu được của luận văn 3

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ ĐỘ NGUY HIỂM ĐỘNG ĐẤT TẠI KHU VỰC NMĐHN NINH THUẬN 2 4

1.1 Khái niệm 4

1.2 Khái quát về hoạt động địa chất, kiến tạo lãnh thổ Việt Nam 4

1.3 Hoạt động động đất ở Miền nam Việt Nam và khu vực Ninh Thuận 7

1.4 Một số kết quả nghiên cứu, đánh giá độ nguy hiểm động đất đối với địa điểm NMĐHN Ninh Thuận 2 12

1.4.1 Các nghiên cứu, đánh giá độ nguy hiểm động đất do nước ngoài thực hiện 12

1.4.2 Đánh giá đánh giá độ nguy hiểm động đất của các nhà khoa học Việt Nam .15

1.5 Những tồn tại cần được tiếp tục giải quyết 20

CHƯƠNG 2 - PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ ĐỘNG ĐẤT THIẾT KẾ CỰC ĐẠI 22

2.1 Phương pháp xác định độ lớn Mmax của động đất cực đại có thể phát sinh tại mỗi vùng nguồn 22

2.2 Xác định MDE bằng phương pháp xác suất 28

2.3 Xác định MDE bằng phương pháp tất định 31

2.4 Đánh giá việc sử dụng hai phương pháp xác suất và tất định 33

CHƯƠNG 3 - XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ ĐỘNG ĐẤT THIẾT KẾ CỰC ĐẠI CHO NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN NINH THUẬN 2 36

3.1 Các vùng nguồn sinh chấn ảnh hưởng tới an toàn NMĐHN Ninh Thuận 2 39

3.1.1 Các vùng nguồn trong bán kính 300km tính từ vị trí nhà máy 39

3.1.2 Các vùng nguồn trong bán kính 40km tính từ vị trí nhà máy 43

3.2 Xác định giá trị độ lớn động đất phục vụ cho thiết kế NMĐHN Ninh Thuận 2 46 3.2.1 Mô hình tắt dần chấn động sử dụng trong tính toán 46

3.2.2 Động đất thiết kế cực đại cho NMĐHN Ninh Thuận 2 49

KẾT LUẬN 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

PHỤ LỤC 59

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1: Dữ liệu các trận động đất xảy ra sau trận động đất (M6.7) năm 1983 (Zung,2007) và những trận động đất tại miền Nam Việt Nam gần đây……… 11Bảng 2: Giá trị rung động nền cực đại tại địa điểm Ninh Thuận 2 theo phương pháp xác suất ……… ……… …… 15Bảng 3: Giá trị rung động nền cực đại tại địa điểm Ninh Thuận 2 theo phương pháp tấtđịnh…….……….16

Bảng 4 Một số động đất ghi nhận được tại khu vực Ninh Thuận……… ….36Bảng 5: Giá trị rung động nền cực đại tại địa điểm Ninh Thuận 2….……….49

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Bản đồ kiến tạo khu vực xung quanh lãnh thổ Việt Nam………5Hình 1.2 Bản đồ chấn tâm các trận động đất từng xảy ra tại Việt Nam trong thời gian từ 1067 đến 2002 ………6Hình 1.3 Địa điểm xây dựng dự kiến NMĐHN Ninh Thuận 2……… 7Hình 1.4 Cơ cấu chấn tiêu và bản đồ cường độ động đất xảy ra ngày 08/11/2005 tạimiền Nam Việt Nam (USGS) ………9Hình 1.5 Cơ chế chấn tâm và bản đồ cường độ động đất của trận động đất diễn ra ngày26/01/2011 (USGS) ……….10

Hình 1.6 Khu vực NMĐHN Ninh Thuận 2 nằm trong vùng nguy hiểm động đất có gia tốc rung động nền cực đại từ 200-400 cm/s2……… 12

Hình 1.7 Khu vực NMĐHN Ninh Thuận 2 được xác định thuộc vùng nền ổn định Sunda với động đất cực đại có độ lớn M=7,0……… 13Hình 1.8 Các vùng nguồn chấn động sử dụng trong đánh giá Mmax bằng phương phápxác suất……….14

Hình 1.9 Kết quả đánh giá rung động nền do động đất theo phổ phản ứng của động đất đứt đối với đứt gãy núi Bàu ……… 18

Hình 2.1 Các bước đánh giá độ nguy hiểm động đất bằng phương pháp xác suất (Nguồn ENSTTI) ……….28Hình 3.1 Sơ đồ phân bố đứt gãy tổng hợp từ tài liệu địa chấn nông phân giải cao vàđịa chấn dầu khí trong phạm vi bán kinh 100 km tính từ Phan Rang (Theo PhanTrọng Trịnh và nnk., 2013) ……… 40Hình 3.2 Bản đồ địa chấn kiến tạo của địa điểm Ninh Thuận 2 và các vùng lân cận (Nguyễn Hồng Phương) ……… 41Hình 3.3: Đặc trưng địa mạo kiến tạo quanh đứt gãy Đông Hòn Gió……….43

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮTENSTTI (European Nuclear Safety Training & Tutoring Institute): Viện nghiên cứu

đào tạo và thực hành an toàn hạt nhân châu Âu;

GSHAP (Global Seismic Hazard Assessment Program): Chương trình đánh giá độ

nguy hiểm động đất toàn cầu;

IAEA (International Atomic Energy Agency): Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc

tế;

MCE (Maximum Credible Earthquake): Động đất cực đại có thể xảy ra;

MDE (Maximum Design Earthquake): Động đất thiết kế cực đại;

NMĐHN: Nhà máy điện hạt nhân;

PEER: Trung tâm nghiên cứu kỹ thuật địa chấn Thái Bình Dương;

PGA (Peak Ground Acceleration): gia tốc rung động nền cực đại;

USGS: Cơ quan khảo sát địa chất Hoa Kỳ;

WSSI (World Seismic Safety Initiative): Sáng kiến an toàn địa chấn toàn cầu.

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Dự án các nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận tại Việt Nam, trong đó cóNMĐHN Ninh Thuận 2 là công trình quan trọng cấp quốc gia của Việt Nam Mộttrong các mối nguy hại lớn nhất đối với an toàn của các NMĐHN là các tác độnggây ra bởi động đất tới các cấu trúc, bộ phận và thành phần của NMĐHN Trongquá khứ đã có NMĐHN bị hư hại nghiêm trọng, phải ngừng hoạt động trong mộtthời gian dài sau khi xảy ra động đất như NMĐHN Kashiwazaki-Kariwa (Japan) -nhà máy điện hạt nhân lớn nhất thế giới về sản lượng điện, có đến 7 lò phản ứng,được xây dựng từ giữa những năm 1990 Do đó việc xác định các giá trị về độ lớnđộng đất làm cơ sở để thiết kế NMĐHN Ninh Thuận 2 có vai trò đặc biệt quan trọngtrong đảm bảo an toàn tuyệt đối cho công trình và người dân khi xây dựng và đưacông trình vào vận hành Bên cạnh đó, một trong các tiêu chí để đánh giá tính ưuviệt giữa các thế hệ lò phản ứng sử dụng trong các NMĐHN là khả năng chốngđộng đất của nhà máy điện hạt nhân đó Do đó việc xác định các giá trị về độ lớnđộng đất làm cơ sở để thiết kế NMĐHN Ninh Thuận 2 có vai trò quan trọng tronglựa chọn công nghệ sẽ sử dụng, cũng như đạt được các mục tiêu kinh tế đặt ra khiquyết định triển khai chương trình điện hạt nhân tại Việt Nam

Về lý thuyết, việc đánh giá, xác định giá trị động đất thiết kế cực đại cho các côngtrình quan trọng đã được rất nhiều tác giả đề cập (chẳng hạn Cornell, 1968; McGuire,1976; Ordaz et al., 2001; Lee et al., 2002, 2003; Campbell và Bozorgnia, 2008;Abrahamson và Silva, 2008; Panza et al., 2011) Tuy nhiên, khu vực lân cân vị trí dựkiến xây dựng NMĐHN Ninh Thuận 2 có những đặc thù thực tế nhất định như điềukiện địa chất kiến tạo phức tạp, các kết quả điều tra, khảo sát trước đây còn nghèo nàn,hoạt động động đất không được quan sát đầy đủ, v.v (Nguyễn Đình Xuyên và nnk.,

1996, 2004) Chính vì vậy, việc đánh giá, xác định giá trị động đất thiết kế cực đại choNMĐHN Ninh Thuận 2 là không đơn giản, cần được nghiên cứu kỹ để có thể đảm bảođược đồng thời hai yêu cầu đã nêu: i) Đảm bảo mức an

1

toàn cao nhất cho công trình; ii) Đảm bảo tiết kiệm chi phí đầu tư và hiệu quả kinh

tế của công trình

Chính vì những lý do đã nêu trên đây, tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu xác định giá trị động đất thiết kế cực đại cho nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 2” cho luận văn Thạc sĩ của mình Luận văn được đặt ra với mục tiêu xác

định giá trị động đất thiết kế cực đại cho NMĐHN Ninh Thuận 2 trên cơ sở cácthông tin đã có về điều kiện địa chất, kiến tạo, đứt gãy và các quan trắc địa chấn tạikhu vực dự kiến xây dựng NMĐHN Ninh Thuận 2 và lân cận

Để xác định giá trị động đất thiết kế cực đại cho công trình xây dựng nói chung

và đối với nhà máy điện hạt nhân nói riêng, các phương pháp phổ biến thườngđược sử dụng là phương pháp xác suất (xem Cornell, 1968; McGuire, 1976; Ordaz

et al., 2001) và phương pháp tất định (Campbell và Bozorgnia, 2008; Abrahamson

và Silva, 2008; Hermann et al., 2010; Irikura và Miyake, 2011; Kluegel vàAttinger, 2011) Việc lựa chọn phương pháp nào thích hợp để có được kết quả tincậy phụ thuộc vào đặc điểm địa chất, bối cảnh kiến tạo của khu vực nghiên cứu.Trong luận văn của mình, tôi đã hệ thống lại các phương pháp thường được sửdụng trong đánh giá động đất thiết kế cực đại, phân tích các điều kiện thực tế củakhu vực dự kiến xây dựng công trình NMĐHN Ninh Thuận 2, từ đó lựa chọnphương pháp tất định cho nghiên cứu này nhằm tính toán giá trị động đất thiết kếcực đại cho địa điểm nghiên cứu: nguồn sinh chấn được xác định theo mô hình đứtgãy, sử dụng mô hình tắt dần chấn động của Campbell và Bozorgnia, 2008

Luận văn ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận văn gồm

có 3 chương, cụ thể:

Chương 1: Tổng quan về các nghiên cứu, đánh giá độ nguy hiểm động đất tại khu vực dự kiến xây dựng NMĐHN Ninh Thuận 2

Chương 2: Phương pháp xác định giá trị động đất thiết kế cực đại.

Chương 3: Xác định giá trị động đất thiết kế cực đại cho nhà máy điện hạt

nhân Ninh Thuận 2

4 Các kết quả thu được của luận văn

Quá trình thực hiện Luận văn đã đưa lại một số kết quả chính sau đây:

- Hệ thống được đầy đủ các phương pháp xác định giá trị động đất thiết kế cực đại thường được sử dụng hiện nay;

- Xác định được giá trị động đất thiết kế cực đại cho NMĐHN Ninh Thuận 2

trong các điều kiện thực tế của Việt Nam hiện nay Kết quả này hoàn toàn cóthể tham khảo trong quá trình thiết kế, xây dựng chống động đất choNMĐHN Ninh Thuận 2

3

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ ĐỘ

NGUY HIỂM ĐỘNG ĐẤT TẠI KHU VỰC NMĐHN NINH THUẬN 2

1.1 Khái niệm

Một tham số dao động nền rất quan trọng trong việc đưa ra giải pháp thiết kế xâydựng cho công trình chịu động đất như đập thủy điện lớn, nhà máy điện hạt nhân, cầu,hoặc nhà cao tầng, v.v… là mức độ nguy hiểm động đất ở địa điểm xây dựng công

trình Độ nguy hiểm động đất tại một điểm là mức chấn động cực đại của nền đất (có

thể là dịch chuyển, tốc độ, gia tốc hoặc cường độ chấn động) do động đất gây ra tạiđiểm đó với xác suất xuất hiện vượt quá một ngưỡng P nào đó trong một khoảng thờigian cho trước Để xác định được yếu tố này cần phải biết 1) Động đất có thể xảy ra ởđâu, mức độ phát sinh động đất mạnh đến mức nào (vị trí và đặc trưng địa chấn củanguồn sinh động đất); 2) Quy luật xuất hiện động đất theo thời gian ra sao; và 3) Quátrình lan truyền chấn động từ chấn tiêu động đất tới các vị trí

ở vùng quan tâm như thế nào (đặc điểm môi trường truyền sóng địa chấn) (xem Phạm Đình Nguyên và nnk., 2015)

Đánh giá được độ nguy hiểm động đất tại một vị trí sẽ giúp các kỹ sư xác địnhđược giá trị MDE cho công trình xây dựng tại điểm đó Giá trị MDE được xem làmức dao động nền cực đại dùng cho thiết kế các cấu trúc công trình để nếu chấnđộng như vậy xảy ra, các cấu trúc có thể bị hư hại nhất định nhưng khả năng đảmbảo an toàn đối với công trình phải được duy trì Đối với nhà máy điện hạt nhân,giá trị MDE được tính bằng giá trị (gia tốc rung động) của MCE có thể xảy ra tại vịtrí công trình

1.2 Khái quát về hoạt động địa chất, kiến tạo lãnh thổ Việt Nam

Nước ta nằm giữa hai vành đai động đất lớn trên thế giới là Tây Thái BìnhDương Himalaya – Sumatra Đây là phần lãnh thổ có cấu trúc vỏ trái đất phức tạp

do ảnh hưởng của quá trình biến dạng hình thành từ va chạm giữa các mảng Ấn Độ

- Âu Á (Hình 1.1)

Dựa trên việc xem xét điều kiện kiến tạo – địa động lực ở quy mô khu vực ,người ta nhận thấy có các lực tác động lên vỏ trái đất theo xu hướng đẩy bán đảoĐông Dương về phía Nam để giải phóng biến dạng do sự va chạm giữa tiểu lục địa

Ấn Độ và mảng Âu - Á Va chạm này tạo ra một đứt gãy trượt bằng, gọi là đứt gãySông Hồng, dài hơn 900km, dọc theo sông Hồng gần Hà Nội, cắt qua miền Bắc ViệtNam Một số đới đứt gãy hoạt động và đang tiếp tục phát triển cũng được tìm thấyquanh đứt gãy Sông Hồng Một số trận động đất cỡ trung bình đã xảy ra ở Việt Namtrước đây, đặc biệt là ở miền Bắc với tâm chấn phân bố dọc theo đứt gãy SôngHồng

Hình 1.1 Bản đồ kiến tạo khu vực xung quanh lãnh thổ Việt Nam

(Tapponnier và các cộng sự, sửa đổi năm 1990)

5

Xét một cách tổng quan, hệ thống các đứt gãy đứt gãy lớn hoạt động và phátsinh động đất trên lãnh thổ Việt Nam được thể hiện tại Hình 1.2 dưới đây.

East Sea

Hình 1.2: Bản đồ chấn tâm các trận động đất từng xảy ra tại Việt Nam trong thời gian từ 1067 đến 2002 (Nguyễn Đình

Xuyên và Lê Tử Sơn, 2005).

1.3 Hoạt động động đất ở Miền nam Việt Nam và khu vực Ninh Thuận

Trên lãnh thổ nước ta, hoạt động động đất phần lớn tập trung ở khu vực miềnBắc Theo Viện Vật lý Địa cầu Việt Nam, 90% số trận động đất ở Việt Nam xảy ratại khu vực Tây Bắc và độ sâu chấn tâm của các trận động đất này thường khôngvượt quá 30 km (Nguyễn Đình Xuyên và nnk., 1996; 2004) Nói khác đi, các trậnđộng đất xảy ra trên lãnh thổ Việt Nam chủ yếu ở trong lớp vỏ Trái đất Một trongnhững trận động đất mạnh nhất trên lãnh thổ Việt Nam với độ lớn M=6.7 đã xảy ranăm 1983 ở khu vực Tây Bắc Việt Nam (Nguyễn Đình Xuyên và nnk., 1996)

Vị trí dự kiến xây dựng NMĐHN Ninh Thuận 2 là tại xã Vĩnh Hải, huyệnNinh Hải, tỉnh Ninh Thuận, miền Nam Việt Nam (Hình 1.3) Địa điểm xây dựngnhà máy theo kế hoạch nằm trong vùng đồng bằng hẹp thuộc khu vực trung tâm xãVĩnh Hải, tỉnh Ninh Thuận, miền Nam Việt Nam Phía Bắc - Tây - Nam của đồngbằng được bao quanh bởi dãy núi và phía Đông giáp biển Đông

Hình 1.3: Địa điểm xây dựng dự kiến NMĐHN Ninh Thuận 2

7

Mặc dù các trận động đất có độ lớn từ 5,5 trở lên chưa được ghi nhận ở khuvực miền Nam nước ta (Zung, 2007) kể từ năm 2001 đến nay, tuy nhiên gần đây đãxảy ra hai trận động đất với độ lớn Mw 5.3 và Mw 5,0 lần lượt vào các ngày08/11/2005 và 26/01/2011 Vị trí và cơ cấu chấn tiêu của các trận động đất này nhưsau:

(1) Cơ cấu chấn tiêu xác định bởi Đại học Harvard đối với trận động đất xảy

ra ngày 08/11/2005 tại khu vực ngoài khơi biển Vũng Tàu, Việt Nam

Thời gian: 8/11/2005 Centroid time: 7:54:42.5 GMT;

Mô men Tensor: Expo=24 -0,146 -0,794 0,940 -0,298 -0,294 -0,558 ;

Mômen vô hướng=1,12e+24 ;

Mặt phẳng đứt gãy: phương vị=27 độ chúc=82 độ trượt=-22

Hình 1.4: Cơ cấu chấn tiêu và bản đồ cường độ động đất xảy ra ngày 08/11/2005 tại miền Nam Việt Nam (USGS)

(2) Cơ cấu chấn tiêu xác định bởi Đại học Harvard đối với trận động đất xảy ra ngày26/11/2011 Thời gian: 2011/1/26 Centroid time: 7:24:28.7 GMT

9

Centroid time minus hypocenter: 3,5

Mặt phẳng đứt gãy: phương vị=16 độ chúc=85 độ trượt=-21

Hình 1.5: Cơ chế chấn tâm và bản đồ cường độ động đất của trận

động đất diễn ra ngày 26/01/2011 (USGS)

Đối với việc ghi đo động đất, thông qua mạng lưới đài trạm quốc gia, đã ghilại được thông tin về các trận động đất xảy ra trong thời gian gần đây trên lãnh thổnước ta như bảng dưới đây:

Bảng 1: Dữ liệu các trận động đất xảy ra sau trận động đất (M6.7) năm 1983 (Zung, 2007) và những trận động đất tại miền Nam Việt Nam gần đây.

11

1.4 Một số kết quả nghiên cứu, đánh giá độ nguy hiểm động đất đối

với địa điểm NMĐHN Ninh Thuận 2

1.4.1 Các nghiên cứu, đánh giá độ nguy hiểm động đất do nước ngoài thực hiệnViệc nghiên cứu về động đất phục vụ công tác quy hoạch vùng, miền, các đô thị

và thiết kế chống động đất cho các công trình xây dựng nhằm giảm thiểu thiệt hại

mà động đất có thể gây ra được nhiều nước trên thế giới đặc biệt quan tâm.UNESCO đã có nhiều chương trình nghiên cứu theo hướng này như Thập kỷ quốc

tế giảm nhẹ thiên tai IDNDR, chương trình GSHAP, chương trình An toàn địa chấntoàn cầu WSSI, v.v Theo kết quả nghiên cứu từ GSHAP, khu vực NMĐHN NinhThuận 2 nằm trong vùng nguy hiểm động đất có gia tốc rung động nền cực đại từ20-40 cm/s2 (Hình 1.6)

12

Hình 1.6 Khu vực NMĐHN Ninh Thuận 2 nằm trong vùng nguy hiểm động đất có gia tốc rung động nền cực đại thấp (Nguồn: GSHAP)

Sau trận động đất Sumatra M=9.2 ngày 26/12/2004, Cơ quan khảo sát địa chất

Mỹ (USGS) cũng đã tiến hành đánh giá độ nguy hiểm động đất cho khu vực ĐôngNam Á, trong đó có khu vực NMĐHN Ninh Thuận 2 (Petersen et al., 2007)

Hình 1.7 Khu vực NMĐHN Ninh Thuận 2 đƣợc xác định thuộc vùng nền ổn định Sunda với động đất cực đại có độ lớn M=7,0 (Nguồn: Petersen et.

al., 2007)

Trong dự án nghiên cứu này, khu vực NMĐHN Ninh Thuận 2 đƣợc xác địnhthuộc vùng nền ổn định Sunda với động đất cực đại có độ lớn M=7,0 Các mô hìnhtắt dần chấn động sau đây đã đƣợc sử dụng trong tính tóan độ nguy hiểm động đấttại đây: Toro và nnk (2005; wt 0.2), Frankel và nnk (1996; wt 0.1), Atkinson vàBoore 140 bar stress drop (2006, 2007; wt 0.1), Atkinson và Boore 200 bar stress

14

drop (2006, 2007; wt 0.1), Somerville và nnk (2001; wt 0.2), Campbell (2002; wt.0.1), Tavakoli và Pezeshk (2005; wt 0.1), và Silva và nnk, (2005, wt 0.1).

1.4.2 Đánh giá đánh giá độ nguy hiểm động đất của các nhà khoa học Việt NamTrong số các đề tài nghiên cứu đánh giá độ nguy hiểm động đất đối với địađiểm xây dựng NMĐHN tại khu vực Ninh Thuận, một số đề tài đã được triển khai

và công bố kết quả, dưới đây là một số kết quả đã được thực hiện bởi các nhà khoahọc thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VAST):

- Kết quả đánh giá rung động nền bằng phương pháp xác suất:

Rung động nền trong khu vực địa điểm xây dựng NMĐHN Ninh Thuậnđược thực hiện bằng phương pháp xác suất, trong đó có xem xét tới tám vùngnguồn như hình sau:

1) Thuận Hải – Minh Hải;

2) Kinh tuyến 1090;3) Cửu Long – Côn Sơn;

4) Nha Trang – Tánh Linh;

5) Tuy Hòa–

Củ Chi;

6) Ba Tơ – Củng Sơn;

7) Sông Sài Gòn;8) Sông Vàm

Cỏ Đông

Hình 1.8: Các vùng nguồn chấn động sử dụng trong đánh

giá Mmax bằng phương pháp xác suất (Nguyễn Hồng

Phương)

Trong tính toán này, các tham số sau đây đã được ước lượng cho mỗi vùng nguồn:

• Các tham số a và b trong biểu thức phân bố động đất theo độ lớn của Gutenberg-Richter và các đại lượng suy diễn tương ứng λ và β Các tham số này phản ánh tần suất xảy ra động đất trong vùng;

Các phương pháp hợp lý cực đại và cực trị được áp dụng đồng thời để ướclượng các tham số nguy hiểm động đất Phương trình tắt dần chấn động củaCampbell (1997) được lựa chọn để áp dụng cho vùng nghiên cứu:

- Rseis là khoảng cách gần nhất giữa trạm ghi và lớp hoạt động địa chấn;

- Mw là độ lớn theo mô men;

- F là hệ số kiểu đứt gãy (trượt bằng khi F = 0, nghịch khi F =1);

- SSR và SHR là các hệ số nền đất: đất mềm rời SSR = SHR = 0; SSR =1;SHR =0 đối với đá nửa cứng; SSR=0, SHR= 1 đối với đá gốc và  là độ lệch chuẩn

Các kết quả tính toán rung động nền cực đại như sau:

Bảng 2 : Giá trị rung động nền cực đại tại địa điểm Ninh Thuận 2 theo

2500 0.041 VI

Kết quả đánh giá rung động nền bằng phương pháp tất định cho khu vực dự kiến xây dựng NMĐHN ở Ninh Thuận:

Bảng 3 : Giá trị rung động nền cực đại tại địa điểm Ninh

Thuận 2 theo phương pháp tất định

Rung động nền Rung động nền cựcSTT Biểu thức tắt dần cực đại, PGA (g) đại I (MSK-64)

Ninh Thuận 2 Ninh Thuận 2

(1994

2 Boore, Joyner & Fumal (1994) 0.05415 VI

3 Sadigh, Chang, Abrahamson,

4 Campbell & Bozorgnia (1994) 0.0571 VI

- Cường độ rung động nền cực đại tại địa điểm NT2 tính được từ 6 phương trình tắt dần chấn động đều không vượt quá cường độ cấp VII theo thang MSK-64.

- Các kết quả tính rung động nền cực đại theo phương pháp khảo sát theo diệncho thấy trong mọi trường hợp, rung động nền cực đại tại địa điểm NT2 đều do

động đất phát sinh trên đới đứt gãy Thuận Hải – Minh Hải gây ra

- Các kết quả áp dụng phương pháp phân tích phản ứng nền tại địa điểm (siteresponse analysis) cho thấy giá trị gia tốc cực đại nền (PGA) và cường độ chấn

động trên mặt (I) tại địa điểm NT2 cũng không vượt quá cấp VII

1.4.3 Kết quả đánh giá của các Tư vấn tham gia khảo sát, đánh giá địa điểm NMĐHN Ninh Thuận 2

Theo nhận định của Tư vấn Nhật Bản, trong số các đứt gãy hoạt động được xácđịnh trong khảo sát cấu trúc địa chất, đứt gãy núi Bàu, Bắc Hòn Ông và đứt gãy bờbên phải sông Rừa v.v…là các đứt gãy không thể phủ nhận hoạt động của chúngtrong 10.000 năm qua Trong số các đứt gãy này, đứt gãy Đông núi Bàu – đứt gãyđược cho là gây ảnh hưởng lớn nhất đến địa điểm đã quy hoạch, đã được lựa chọnlàm đối tượng để đánh giá địa điểm

* Đánh giá rung động nền do động đất theo phổ phản ứng:

Phương pháp Campell và Bozorgnia (2008) được sử dụng để đánh giá rungđộng nền do động đất theo phổ phản ứng với nguồn sinh chấn là đứt gãy núi Bàu.Hình 1.9 dưới đây biểu diễn kết quả đánh giá rung động nền do động đất theophổ phản ứng của động đất

18

Hình 1.9 Kết quả đánh giá rung động nền do động đất theo phổ phản

ứng của động đất đứt đối với đứt gãy núi Bàu.

Theo kết quả trên, rung động nền do động đất tại địa điểm gây ra bởi hoạt động

của đứt gãy núi Bàu dự tính là 171cm/s2

* Đánh giá rung động nền theo mô hình đứt gãy (phương pháp Irikura – Miyake)

Trong đánh giá này, Tư vấn Nhật Bản cho rằng do không có hồ sơ địa chấn phùhợp tại địa điểm xây dựng nên phạm vi ảnh hưởng ngắn hạn được đánh giá bằngphương pháp hàm Green ngẫu nhiên và ảnh hưởng lâu dài được đánh giá bằngphương pháp lý thuyết Các rung động nền do động đất gây ra tại địa điểm xâydựng được đánh giá bằng phương pháp lai giữa cả hai phương pháp này Theo đó,dựa trên phương pháp mô hình đứt gãy, giá trị đỉnh gia tốc rung động nền tại địa

điểm do đứt gãy phía Đông núi Hòn Gió gây ra là 410 cm/s2 Mặt khác, để xác định

rung động động đất thiết kế cơ sở (SS) là rung động nền do động đất theo phươngthẳng đứng hoặc phương nằm ngang tại địa điểm do động đất phát sinh tại đứt gãyphía Đông núi Hòn Gió, Tư vấn Nhật Bản đã áp dụng phương pháp xác định "rungđộng nền do động đất không theo tâm chấn cụ thể" được dựa trên nghiên cứu củaKato và các cộng sự (2004), với hệ số khuyếch đại từ tầng đá gốc địa chấn tới vị tríđánh giá rung động nền do động đất được đánh giá theo phương pháp của Noda vàcác cộng sự (2002), theo đó, gia tốc rung động nền cực đại do động đất trong thiết

kế cơ sở cho NMĐHN Ninh Thuận 2 được xác định dựa trên "các rung động nền dođộng đất không theo tâm chấn cụ thể" như sau:

• Gia tốc rung động nền cực đại theo phương ngang: 450 cm/s2;

• Gia tốc rung động nền cực đại theo phương thẳng đứng: 261 cm/s2

1.5 Những tồn tại cần được tiếp tục giải quyết

Từ những hệ thống trên đây về các nghiên cứu đánh giá độ nguy hiểm động đấttại khu vực nghiên cứu có thể thấy rằng các kết quả có sự khác biệt đáng kể Nhữngnguyên nhân chính đưa đến sự khác biệt này là:

- Việc xác định các vùng nguồn sinh chấn lại khu vực nghiên cứu cùng cáctham số địa chấn của chúng (đặc biệt là giá trị độ lớn của động đất cực đại có thể phátsinh) có sự khác nhau lớn;

- Phương pháp đánh giá quá trình lan truyền chấn động từ nguồn sinh chấn đến vị trí xây dựng công trình là khác nhau

20

Chính vì vậy, để có thể đánh giá một cách tin cậy mức nguy hiểm động đất tại

vị trí dự kiến xây dựng công trình cần tiếp tục tập trung giải quyết những vấn đề sauđây:

- Xác định và đánh giá lại một cách kỹ lưỡng các vùng nguồn sinh chấn tại khu vực nghiên cứu cùng các tham số địa chấn của chúng;

- Lựa chọn hợp lý phương pháp đánh giá giá trị động đất thiết kế cực đại tại vịtrí công trình trong các điều kiện thực tế tại khu vực nghiên cứu

Những vấn đề này sẽ lần lượt được đề cập trong những chương tiếp theo sau đây của Luận văn

CHƯƠNG 2 - PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ ĐỘNG ĐẤT THIẾT

KẾ CỰC ĐẠI

Giá trị động đất thiết kế cực đại MDE được xác định dựa trên cơ sở độ nguyhiểm động đất tại mỗi khu vực nghiên cứu, trong đó, độ nguy hiểm động đất phụthuộc vào khả năng phát sinh động đất cực đại Mmax của mỗi vùng nguồn, vị trí nơitrận động đất Mmax có thể phát sinh, cơ cấu chấn tiêu của động đất và quá trình lantruyền sóng địa chấn từ nơi động đất phát sinh tới các vị trí trên mặt đất Trên thực

tế, việc đánh giá độ nguy hiểm động đất đối với mỗi địa điểm, công trình xây dựngđược thực hiện qua việc áp dụng hai phương pháp phổ biến, đó là phương pháp xácsuất và phương pháp tất định, từ đó đưa ra giá trị động đất thiết kế cực đại MDEphục vụ cho việc thiết kế kháng chấn của công trình

2.1 Phương pháp xác định độ lớn Mmax của động đất cực đại có thể phát sinh tại mỗi vùng nguồn

Một trong những tham số đầu vào quan trọng trong việc xác định MDE theo

cả hai phương pháp xác suất và tất định như đã đề cập ở trên là độ lớn Mmax củađộng đất cực đại có thể phát sinh tại mỗi vùng nguồn Về bản chất, việc đánh giáMmax phụ thuộc vào kinh nghiệm cũng như phương pháp phân tích của các nhàchuyên môn Hiện nay, phổ biến 6 phương pháp để xác định Mmax bao gồm:

(I) Cộng thêm một số gia nào đó vào giá trị Mmax đã được xác định trong quá khứ;

(II) Ngoại suy từ đồ thị độ lớn – tần suất;

(III) Dựa vào quy mô của nguồn phát sinh động đất (phương pháp tất

định);

(IV) Sử dụng xấp xỉ thống kê (mang bản chất của phương pháp xác suất);(V) Dựa vào sức căng hoặc mức độ giải phóng mô-ment ứng suất trong lòng đất;

22

(VI) Tham khảo các số liệu toàn cầu.

Với mỗi một phương pháp, chúng ta đều có các ưu điểm và các hạn chếriêng, chẳng hạn như:

(I) Phương pháp cộng thêm một số gia nào đó vào giá trị Mmax đã đượcxác định trong quá khứ

Giá trị Mmax liên quan mật thiết với độ hoạt động động đất của khu vựcnghiên cứu và biểu hiện dưới nhiều hình thức Ví dụ như quá trình biến đổi độ hoạtđộng động đất trong vùng chấn tiêu động đất cực đại giữa hai lần động đất cực đạixảy ra liên tiếp ở đó với biểu hiện qua ba giai đoạn: tiền chấn, dư chấn và ổn định(thường được gọi là chu trình địa chấn) Tuy nhiên, nếu thời gian quan sát động đất

đủ dài thì chúng ta có một bức tranh đầy đủ về chu trình địa chấn cũng như biết

được giá trị Mmax một cách khá chính xác, việc này đòi hỏi các quan sát phải

được thực hiện trong hàng ngàn năm Phần lớn các danh mục động đất hiện nay chỉ

có trong khoảng một vài trăm năm nên mọi động đất thu thập trong quá khứ chỉ

được xem là những trận động đất dùng để mô tả chế độ địa chấn của khu vực quantâm mà thôi Khi đó giá trị Mmax của cả khu vực nghiên cứu sẽ là giá trị Mmaxtrong quá khứ của khu vực đó công thêm một lượng 0,5 hay 1,0 đơn vị giá trị độlớn động đất tùy thuộc vào mức độ hoạt động của mỗi khu vực

(II) Xác định Mmax thông qua phương pháp ngoại suy từ đồ thị độ lớn – tầnsuất

Thông thường, đồ thị lặp lại động đất được xem là tuyến tính và giá trịMmax được xác định từ phần kéo dài của nó giao với trục hoành Phương pháp này

cũng gần giống với phương pháp (I) nên trên ở chỗ phụ thuộc nhiều vào khoảng

thời gian có số liệu động đất Trong thực tế, chính những động đất trong lịch sử và

các dư chấn của nó là các giá trị Mmax của khu vực nghiên cứu, tuy nhiên để cóđược giá trị Mmax hợp lý cần phải có khoảng thời gian thu thập số liệu động đất đủdài

(III) Xác định giá trị Mmax dựa trên kích thước của vùng nguồn và giá trị độlớn động đất cực đại

Nhiều nghiên cứu trước đây đã chứng minh rằng độ lớn động đất có liênquan mật thiết đến kích thước chấn tiêu như chiều dài đoạn đứt gãy và bề dày tầngsinh chấn Hai đại lượng này là một trong những cơ sở quy định kích thước khônggian chuẩn bị cho một trận động đất lớn nhất có thể xảy ra trên đoạn đứt gãy nào đó

đã được xác định Năm 1958 Tocher lần đầu tiên quan sát chiều dài trên bề mặt đứtgãy L (km) mà độ lớn động đất M của mười trận động đất ở California và Nevadanước Mỹ đã đưa ra mối liên hệ:

M = 3.415 + 0.285 lg (L)Sau đó đã có nhiều công trình sử dụng độ dài đứt gãy, bề dày tần sinh chấn,

độ dịch chuyển của đứt gãy ….để tính Mmax cho các vùng khác nhau Ở Việt Nam,sau nhiều lần chỉnh lý và bổ sung, một số nhà địa chấn đã đưa ra công thức tính

Mmax theo chiều dài L (km) của đứt gãy và chiều rộng (H) của đứt gãy:

Với điều kiện các giá trị Mmax xác định được cho mỗi vùng trên lãnh thổ

Việt Nam đều phải đáp ứng cả hai công thức (2) và (3) này

(IV) Xác định giá trị Mmax sử dụng xấp xỉ thống kê

Cơ sở và lý thuyết các hàm phân bố cực trị Gumbel đã được trình bày trong nhiều công trình nghiên cứu [5], [6]

Nếu coi X là các biến ngẫu nhiên có hàm phân bố là F(X):

F(X) = P{X  x}

thì xác suất để cho x là lớn nhất trong n mẫu độc lập của phân bố F(X) sẽ là:

G(x) = P{X1  x, X2  x Xn  x} = Fn (x)

24

và đó chính là hàm phân bố của các cực trị Nếu như biết được hàm phân bốban đầu F(X) thì sẽ rất đơn giản để nhận được chính xác phân bố của các cực trị.Nhưng thông thường không biết được hàm phân bố ban đầu, nên cần phải xem đếndạng đường tiệm cận của sự phân bố các cực trị Trong địa chấn thì các cực trịthông thường được lấy là giá trị độ lớn (magnitude) trong vùng theo chuỗi thời gianhay cường độ (intensity) của các trận động đất đã xảy ra Các cực trị nhận được từviệc chia chuỗi thời gian thành các khoảng bằng nhau và lấy các giá trị lớn nhấttrong mỗi khoảng đó Các nhà nghiên cứu địa chấn ở Việt Nam và trên thế giới đã

áp dụng lý thuyết cực trị của Gumbel để tính chu kỳ lặp lại, xác suất xảy ra cũngnhư đánh giá độ nguy hiểm động đất Khi áp dụng lý thuyết phân bố cực trị Gumbeltrong nghiên cứu dự báo động đất luôn tuân thủ 2 giả thiết:

- Các cực trị đã quan sát được trong một khoảng thời gian cho trước là độc lập với nhau

- Các điều kiện đã xảy ra trong quá khứ vẫn có thể xảy ra trong tương lai Gumbel đã xây dựng 3 loại hàm phân bố tiệm cận các cực trị, đó là:

 Phân bố tiệm cận loại I có dạng:

G1 (x)  exp[e(xu) ] , với  > 0 (6)trong đó u và  là các tham số của hàm phân bố và cần xác định

 Phân bố tiệm cận loại II có dạng:

Trong đó w- là giá trị cận trên của các cực trị; u, k là các tham số của hàmphân bố; u, k và w là các tham số cần xác định.

Từ 3 hàm phân bố tiệm cận trên nhận thấy, hàm phân bố tiệm cận loại II chỉtồn tại giá trị để xác định cận dưới () nên chúng không được sử dụng trong việcđánh giá độ lớn cực đại động đất Thông thường chỉ sử dụng hàm phân bố tiệm cậnloại I và loại III để giải quyết nhiệm vụ trên Trong đó tiệm cận của hàm loại I đượcxác định ở vị trí xấp xỉ xác suất 1.0

Các giá trị G(x) đối với các cực trị x khác nhau được tính như sau Chuỗithời gian đã quan sát được chia thành N khoảng bằng nhau và lấy các giá trị x lớnnhất trong mỗi khoảng đó Theo kinh nghiệm của các nhà khoa học nghiên cứuđộng đất, nếu cực trị tính theo giá trị độ lớn thì đó là các động đất lớn nhất trongmỗi khoảng Tiếp đến là xếp các cực trị mới nhận được theo thứ tự tăng dần, tức làxây dựng dãy số với các giá trị của x như sau:

x1 < x2,< x3 < < xNnhư vậy đối với vị trí thứ j có giá trị xj và tương ứng giá trị G(xj) sẽ là:

26