Xây dựng thuật toán và sơ đồ khối của chương trình dự báo động đất theo mô hình thống kê

Luận văn Thạc sĩ

Lời cảm ơn
Luận văn này được hoàn thành tại Viện Vật lý Địa cầu - Viện KH&CN Việt Nam
trên cơ sở giải quyết một trong các nhiệm vụ của đề tài độc lập cấp Viện khoa học
Việt Nam, mã số: VAST.ĐL.09/11-12: “Xây dựng bộ chương trình thử nghiệm dự
báo ngắn hạn động đất trên cơ sở mô hình thống kê kết hợp sử dụng các phương
pháp Vật lý kiến tạo, áp dụng đối với lãnh thổ Việt Nam và các cùng lân cận” do
TSKH. Ngô Thị Lư làm chủ nhiệm. Trong suốt quá trình hoàn thành luận văn tôi đã
nhận được sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của TSKH. Ngô Thị Lư. Tôi xin bày tỏ
sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc tới cô. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Ban
lãnh đạo Viện Vật lý Địa cầu đã quan tâm và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi
hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Đức Vinh (ĐH
Khoa học Tự nhiên - ĐH Quốc Gia Hà Nội (ĐHKHTN – ĐHQGHN), TS. Phạm
Đình Nguyên (Viện Vật lý Địa cầu - Viện KH&CN Việt Nam) đã có những góp ý
quý báu trong quá trình hoàn thiện luận văn. Tác giả xin cảm ơn các đồng nghiệp
Viện Vật lý Địa cầu, các cán bộ phòng Vật lý kiến tạo, phòng Địa động lực, đặc biệt
là Ths. Phùng Thị Thu Hằng, CN Lê Thị Thuấn và KS Đỗ Thị Hiên vì sự giúp đỡ
nhiệt tình, thiết thực cho tôi trong suốt quá trình thực hiện các nhiệm vụ cụ thể của
luận văn.
Luận văn này là sự tiếp tục trau dồi, hoàn thiện và phát triển những kiến thức
tôi đã tiếp thu được trong thời gian học tập tại trường ĐHKHTN - ĐHQGHN. Tôi
xin chân thành cảm ơn các thầy cô ở bộ môn Vật lý Địa cầu, đặc biệt là TS. Đỗ Đức
Thanh, TS. Nguyễn Đức Vinh, TS. Nguyễn Đức Tân.
Tôi vô cùng biết ơn gia đình đã luôn động viên, tạo điều kiện thuận lợi nhất cho
tôi học tập và làm việc!
Mặc dù đã có nhiều cố gắng song luận văn này không tránh khỏi những thiếu
sót, tôi rất mong nhận được sự góp ý từ các thầy cô, các bạn đồng nghiệp!
Tôi xin chân thành cảm ơn!

Trần Việt Phương

1


Luận văn Thạc sĩ
môc lôc
MỞ ĐẦU.............................................................................................................
Chương 1: TỔNG QUAN...............................................................................................
1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu dự báo động đất trên thế giới......................
1.2. Tình hình nghiên cứu dự báo động đất ở Việt Nam.....................................11
Chương 2: PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO ĐỘNG ĐẤT THEO MÔ HÌNH THỐNG
KÊ.................................................................................................................
2.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp..................................................................
2.2. Qui trình dự báo động đất theo mô hình thống kê........................................26
Chương 3: THIẾT LẬP CHƯƠNG TRÌNH DỰ BÁO ĐỘNG ĐẤT THEO MÔ
HÌNH THỐNG KÊ.......................................................................................................31
3.1. Thuật toán và sơ đồ khối của chương trình dự báo động đất theo mô hình
thống kê:........................................................................................................................31
3.2. Ngôn ngữ lập trình.........................................................................................35
3.3. Chương trình..................................................................................................36
3.4. Hướng dẫn sử dụng phần mềm.....................................................................37
3.5. Các giao diện của chương trình.....................................................................40
3.6. Code chương trình.........................................................................................41
Chương 4: ÁP DỤNG CHƯƠNG TRÌNH DỰ BÁO ĐỘNG ĐẤT THEO MÔ
HÌNH THỐNG KÊ THỬ NGHIỆM DỰ BÁO CHO CÁC KHU VỰC CỤ
THỂ.................................................................................................................45
4.1. Các tài liệu sử dụng.......................................................................................45
4.2. Áp dụng thử nghiệm chương trình đối với khu vực tây bắc việt nam.........45
4.3. Áp dụng thử nghiệm dự báo đối với danh mục động đất đông nam á.........50
4.4. So sánh kết quả dự báo trong 2 trường hợp khi lựa chọn xác xuất tin cậy

của dự báo khác nhau...................................................................................53
4.5. Nhận xét................................................................................................55
KẾT LUẬN...................................................................................................................56

Trần Việt Phương

2


Luận văn Thạc sĩ

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................58
PHỤ LỤC 1...................................................................................................................65
PHỤ LỤC 2...................................................................................................................72

Bảng ký hiệu các chữ viết tắt
DMĐĐ

Danh mục động đất

DMĐĐĐL

Danh mục động đất độc lập

Danh mục các bảng
Bảng 4.1. Kết quả áp dụng chương trình thử nghiệm dự báo động đất cho

47

khu vực Tây Bắc Việt Nam trong 2 trường hợp

Bảng 4.2. So sánh độ chênh lệch Tmax-Tdb với Tthực- Tdb
Bảng 4.3. Ví dụ về kết quả dự báo đối với một số trận động đất
Bảng 4.4. So sánh kết quả dự báo động đất với xác xuất tin cậy khác nhau

48
49
54

Danh mục các hình
Hình 2.1. Hàm phân bố mật độ xác suất
Hình 2.2. Giới hạn của tiểu vùng S
Hình 2.3. Sơ đồ miêu tả chuỗi các sự kiện trong DMĐĐ và các khái niệm

25
27
28

dùng trong thuật toán
Hình 3.1. Đồ thị của hàm mật độ xác suất của phân phối chuẩn
Hình 3.2. Sơ đồ khối của chương trình dự báo động đất theo mô hình thống

32
34

kê
Hình 3.3. Giao diện nhập dữ liệu đầu vào
Hình 3.4. Giao diện hiển thị kết quả
Hình 4.1. So sánh độ chênh lệch về thời gian Tmax-Tdb và Tthực- Tdb
Hình 4.2. Biểu đồ thể hiện tính liên tục của dải số liệu về thời gian xuất

40
41
48
50

hiện động đất
Hình 4.3. Phân bố độ chênh lệch giữa thời gian dự báo và thời gian đã xảy

52

ra sự kiện trên thực tế (ngày)

Trần Việt Phương

3


Luận văn Thạc sĩ

Các công trình đã công bố
Trong quá trình học tập và làm việc tại viện Vật lý địa cầu để hoàn thành luận
văn, tác giả luận văn đã tham gia và là đồng tác giả của các công trình đã được công
bố dưới đây:
1. Ngô Thị Lư, Trần Việt Phương (2009), “Tách các nhóm tiền chấn, dư chấn từ
danh mục động đất khu vực Đông Nam Á (chu kỳ 1278-2008) bằng phương
pháp cửa sổ không gian thời gian” Các khoa học về Trái đất 31(1), Hà Nội,
2009.Tr. 35- 43.
2. Burmin V.Yu., Ngô Thị Lư, Trần Việt Phương (2009), “Đánh giá tính hiệu quả
của hệ thống trạm địa chấn hiện có của Việt Nam” Các thiết bị địa chấn, Viện
Hàn lâm khoa học Nga, 45(1), Moscow, 2009. Tr. 44-61. (Tiếng Nga).

3. Rodkin M.V.*, Ngo Thi Lu **, Pisarenko V.F.*, Tran Viet Phuong** and Vu
Thi Hoan **(2010), “Change in the regime of growth of cumulative seismic
energy with time: examination from the regional catalogue of Vietnam”, 8th
General Assembly of Asian Seismological Commision (ASC 2010). (*International Institute of Earthquake Prediction Theory and Mathematical
Geophysics

Russian Academy of Sciences (IIEPT RAS); **- Institute of

Geophysics VAST (Vietnam Academy of Science and Technology).
4.

V.Yu. Burmin*, Ngo Thi Lu**, Tran Viet Phuong**(2010), “Design of an
optimal network of seismic stations in North Vietnam” 8th General Assembly of
Asian Seismological Commision (ASC 2010). *Schmidt Institute of Physics of the
Earth, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia; **Institute of Geophysics of
Vietnamese Academy of Science and technology, Hanoi.

5. Ngo Thi Lu, Nguyen Anh Quan, Tran Viet Phuong (2010), “Establishing a
computer program for earthquake prediction on the vietnamese territory and
adjacent regions by zoning of Earth’s crust types” Journal of Geology, series
B(35-36/2010). tr. 111-130).

Trần Việt Phương

4


Luận văn Thạc sĩ

6. Ngô Thị Lư, Trần Việt Phương (2012) “Thiết lập chương trình dự báo động đất

theo mô hình thống kê”, Địa chất, Số 331-332; 5-8/2012, tr. 40-49. ISSN 08667381.
7. Ngô Thị Lư, Trần Việt Phương (2012) “Cải biên thuật toán và xây dựng sơ đồ
khối của chương trình dự báo động đất cực đại bằng phương pháp vật lý kiến
tạo”, Tc Địa chất 331-332; 5-8/2012, tr. 50-58. ISSN 0866-7381.
8. Ngô Thị Lư, Trần Việt Phương (2012) “Về một cách tiếp cận mới đề xây dựng
thuật toán và quy trình dự báo động đất theo mô hình thống kê”, Các khoa học
về Trái đất 34(3), Hà Nội, 2012, tr. 3-7.
9. Ngô Thị Lư (Chủ nhiệm đề tài), Trần Việt Phương, Phùng Thị Thu Hằng,
Nguyễn Hữu Tuyên và nnk (2011) Đánh giá tiềm năng địa chấn lãnh thổ Việt
Nam theo tổ hợp các tài liệu địa chất-địa vật lý và địa chấn, Nhiệm vụ hợp tác
khoa học quốc tế giữa hai viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam và viện HLKH
Liên bang Nga theo Nghị định thư cấp Nhà nước (giai đoạn 2008-2010). Hà
Nội, 2011. Báo cáo tổng kết đề tài. 163tr.

Trần Việt Phương

5


Luận văn Thạc sĩ

MỞ ĐẦU
Những năm gần đây, thảm hoạ động đất, sóng thần trên toàn cầu ngày một gia
tăng, nhất là đối với khu vực Đông Nam Á. Do có vị trí địa lý nằm tại nơi tiếp giáp
giữa 2 vành đai hoạt động địa chấn lớn liên quan với 2 vành đai phá huỷ kiến tạo
chính hoạt động mạnh mẽ nhất trên hành tinh, nên Đông Nam Á không những chịu
ảnh hưởng của hoạt động phá huỷ kiến tạo mạnh mà còn chịu độ nguy hiểm động
đất và sóng thần rất cao. Đặc biệt, thảm hoạ động đất sóng thần Sumatra ngày
26.12.2004, thảm hoạ do động đất Tứ Xuyên (12.05.2008) và động đất (4.2010)
(Trung Quốc), thảm họa động đất Tōhoku (Nhật Bản) vào ngày 11 tháng 3 năm

2011 đã gây tổn thất vô cùng nghiêm trọng về người, về của và cả về sự phá huỷ
môi trường. Gần đây nhất, hiện tượng động đất liên tục xảy ra tại khu vực đập thủy
điện sông Tranh 2 gây hoang mang trong dư luận cả nước nói chung và tỉnh Quảng
Nam nói riêng. Tình hình thực tế nêu trên làm cho vấn đề dự báo động đất, sóng
thần, vốn là vấn đề nan giải và luôn mang tính thời sự trên qui mô toàn cầu, càng trở
nên cấp thiết hơn và đang được các nhà khoa học vô cùng quan tâm. Lãnh thổ VN
tham gia vào thành phần của ĐNA, nên ít nhiều chịu ảnh hưởng của vùng hoạt động
kiến tạo và vùng nguy hiểm địa chấn, được đặc trưng bởi tính địa chấn và hoạt động
kiến tạo tích cực như vậy. Do đó, nghiên cứu dự báo động đất đối với lãnh thổ Việt
Nam và các vùng lân cận không những là vấn đề có ý nghĩa khoa học và thực tiễn
cao mà còn là một nhiệm vụ có tính cấp thiết đối với thực tế địa chấn Việt Nam. Để
giải quyết vấn đề mang tính thời sự như vậy đối với một lãnh thổ bất kỳ, một trong
những nhiệm vụ quan trọng hàng đầu là cần xây dựng và thiết lập một chương trình,
cho phép dự báo thời gian, địa điểm và độ mạnh của trận động đất có thể xảy ra
trong tương lai gần nhằm xây dựng các biện pháp phòng tránh, giảm thiểu tối đa
thiệt hại có thể. Nhiệm vụ như vậy càng có ý nghĩa hơn trong bối cảnh Viện VLĐC
đang thực hiện Dự án tăng cường trang thiết bị trạm, phục vụ báo tin động đất và
cảnh báo sóng thần.
Để giải quyết vấn đề nêu trên, một trong những nhiệm vụ có tính cấp thiết là
cần tiến hành là “Xây dựng thuật toán và sơ đồ khối của chương trình dự báo động

Trần Việt Phương

6


Luận văn Thạc sĩ

đất theo mô hình thống kê”. Đó chính là lý do mà tác giả luận văn đã chọn tên đề tài
nghiên cứu này.

Mục tiêu của luận văn
1. Xây dựng thuật toán mới và thiết lập chương trình dự báo động đất theo mô
hình thống kê.
2. Áp dụng thử nghiệm chương trình được thiết lập đối với khu vực Tây Bắc
Việt Nam và khu vực Đông Nam Á để so sánh kết quả dự báo với với các sự kiện
đã xảy ra trong thực tế nhằm kiểm tra tính đúng đắn của chương trình.
Nhiệm vụ của luận văn
1. Tìm hiểu phương pháp dự báo động đất theo mô hình thống kê trên cơ sở tổ
hợp các tài liệu địa vật lý và địa chấn.
2. Thu thập các tài liệu địa vật lý và địa chấn cho khu vực nghiên cứu, phân
tích, lựa chọn và chỉnh lý số liệu phục vụ hướng nghiên cứu.
3. Xây dựng thuật toán, sơ đồ khối, lựa chọn ngôn ngữ lập trình phù hợp và
thiết lập chương trình phân loại vỏ Trái đất trên máy tính.
4. Áp dụng thử nghiệm chương trình đã được thiết lập đối với các khu vực khác
nhau, nhận xét và đánh giá khả năng ứng dụng của chương trình.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn
1.

Đã chuyển giao, áp dụng một cách sáng tạo phương pháp dự báo bằng mô

hình thống kê, góp phần giải quyết nhiệm vụ dự báo được thời gian, tọa độ và
magnitude của động đất ở Việt Nam và lân cận.
2.

Thời gian gần đây có rất nhiều các trận động đất mạnh xảy ra, gây nên

những tổn thất vô cùng nặng nề về người và của. Vì vậy, xây dựng một phần mềm
có khả năng dự báo trước được động đất là một yêu cầu vô cùng cấp thiết có ý
nghĩa khoa học và có ý nghĩa thực tiễn.

Trần Việt Phương

7


Luận văn Thạc sĩ

3.

Những nội dung đã được thực hiện trong luận văn này góp phần thiết thực

vào việc giải quyết một trong nhiệm vụ của Đề tài độc lập cấp Viện khoa học Việt
Nam, mã số: VAST.ĐL.09/11-12: “Xây dựng bộ chương trình thử nghiệm dự báo
ngắn hạn động đất trên cơ sở mô hình thống kê kết hợp sử dụng các phương pháp
Vật lý kiến tạo, áp dụng đối với lãnh thổ Việt Nam và các cùng lân cận”.
Cấu trúc của luận văn
Luận văn gồm phần mở đầu, 4 chương, kết luận, tài liệu tham khảo và 2 phụ
lục. Toàn bộ các nội dung nêu trên được trình bày trên 76 trang đánh máy khổ A4,
với 10 hình vẽ và 4 bảng biểu minh họa (không kể phần phụ lục).
Phần mở đầu gồm 4 trang trình bày tính cấp thiết và lý do chọn đề tài: “Xây
dựng thuật toán và sơ đồ khối của chương trình dự báo động đất theo mô hình
thống kê”. Trong phần này còn trình bày mục tiêu , nhiệm vụ, các kết quả nhận
được, các điểm mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn.
Chương 1: gồm 10 trang, giới thiệu tổng quan về tình hình nghiên cứu dự báo
động đất trên thế giới và ở Việt Nam, các phương pháp xác định magnutide cực đại
của động đất và vùng phát sinh động đất mạnh.
Chương 2: gồm 12 trang với 3 hình vẽ trình bày cơ sở lý thuyết của phương
pháp và quy trình dự báo động đất.
Chương 3: gồm 14 trang với 4 hình vẽ. Nội dung chương này trình bày thuật
toán, sơ đồ khối, giới thiệu về ngôn ngữ lập trình được sử dụng, các giao diện của

chương trình và hướng dẫn sử dụng chương trình.
Chương 4: gồm 11 trang với 3 hình vẽ và 4 bảng biểu trình bày kết quả áp dụng
thử nghiệm chương trình đã lập để dự báo động đất cho khu vực Tây Bắc Việt Nam
và khu vực Đông Nam Á. Trên cơ sở các kết quả này tác giả đã đưa ra những nhận
xét và đánh giá về khả năng áp dụng và các ưu điểm của chương trình đã lập.

Trần Việt Phương

8


Luận văn Thạc sĩ

Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu dự báo động đất trên thế giới:
Từ lâu các nhà khoa học đã thống kê và tổng kết được những nguyên nhân
chính gây ra động đất, nơi nào thường xuyên xảy ra động đất và tính toán được
những tham số cơ bản của một trận động đất khi nó diễn ra. Tuy nhiên, vấn đề dự
báo sớm động đất sẽ xảy ra ở đâu, khi nào và có độ lớn bao nhiêu là điều mà các
nhà khoa học hướng đến thì vẫn là một bài toán chưa có lời giải trọn vẹn.
Qua nhiều thế kỷ, người ta đã dựa trên những cơ sở khác nhau, từ các hoạt động
khác thường của một số loài vật tới những hình thù kỳ lạ của các đám mây, sự biến
đổi đột ngột của mực nước giếng, hay sự thay đổi hàm lượng radon hoặc hydro
trong đất đá để tìm cách dự báo động đất. Một trong những lần người ta đã dự báo
được chính xác là trận động đất tại Haicheng, Trung Quốc, năm 1975. Lệnh di tản
đã được phát đi một ngày trước khi trận động đất mạnh 7,3 độ Richter tàn phá thành
phố. Trong nhiều tháng trước đó, người ta đã ghi được hàng loạt những trận động
đất nhỏ, cùng với nó là sự thay đổi mực nước ngầm và sự dâng lên của bề mặt địa
hình. Tuy nhiên, rất ít trận động đất có những dấu hiệu tiền báo như thế. Sau thành

công ở Haicheng, cũng chính các nhà địa chấn học Trung Quốc đã không thể dự
báo một trận động đất với sức hủy diệt còn lớn hơn tại Tangshan năm 1976. Với
cường độ 7,6 độ Richter, trận động đất này đã cướp đi sinh mạng của 250 nghìn
người.
Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, công nghệ dự báo thiên tai
ngày càng được hoàn thiện hơn. Các trận động đất thường là kết quả chuyển động
của các bộ phận đứt gãy trên vỏ Trái đất, cấu tạo chủ yếu từ chất rắn. Tuy rất chậm
nhưng mặt đất vẫn luôn chuyển động và động đất xảy ra khi ứng suất (nội lực phát
sinh trong vật thể biến dạng do các tác nhân bên ngoài tác dụng) cao hơn sức chịu
đựng của đất đá. Các nhà khoa học nhận thấy rằng việc đo những sự thay đổi trong
các đoạn đứt gãy khó hơn nhiều so với việc đo biến thiên ứng suất, đặc biệt là các

Trần Việt Phương

9


Luận văn Thạc sĩ

đứt đoạn nằm sâu bên trong thạch quyển. Gần đây, các chuyên gia khoa học của
Viện nghiên cứu Carnegie - Mỹ đã tìm ra cách để kiểm tra và giám sát chiều dài của
các đoạn đứt gãy, cũng như sự dịch chuyển của chúng trên vỏ Trái đất. Phát hiện
này có thể là một phương pháp mới đầy hữu ích, giúp cho việc dự báo các trận động
đất bằng cách định vị chính xác các đứt gãy có khả năng làm rung chuyển mặt đất
và gây ra các trận động đất. Trong khi đó, các chuyên gia của Viện Nghiên cứu vũ
trụ thuộc Viện Hàn lâm khoa học Nga lại tiếp cận việc dự báo động đất sớm từ vũ
trụ bằng việc lắp đặt thiết bị dự báo động đất trên trạm không gian quốc tế. Thiết bị
này có thể ghi nhận những biến đổi của các dòng điện tử và proton có năng lượng
trung bình trong khoảng không gian gần Trái đất. Các nhà khoa học cho rằng những
thay đổi của các dòng điện tử và proton này có liên quan tới các quá trình địa vật lý

trên Trái đất như dông tố, động đất, vv… Do vậy, khi ghi nhận được những thay
đổi này, chúng ta có thể dự báo động đất với độ chính xác cao.
Ngoài ra, người ta đã và đang sử dụng hàng loạt các phương pháp nghiên cứu dự
báo động đất khác dựa trên việc làm sáng tỏ các dấu hiệu khác nhau như:
-

Các dấu hiệu về sự phát triển của vùng nguồn (dị thường về mật độ các đứt
gãy sinh chấn),

-

Quan hệ giữa vận tốc lan truyền sóng dọc và sóng ngang,

-

Năng lượng giải phóng trong các chuỗi động đất, và hàng loạt các dấu hiệu
khác có đặc trưng báo trước các động đất tương lai (các động đất sẽ xảy
ra).

Trong một loạt các phương pháp khác người ta lại sử dụng các bất thường đồng thời
trong diễn biến của một số các dấu hiệu có bản chất vật lý khác nhau. Một số công trình
theo hướng này chứa các công thức thuật toán dự báo động đất. Đó là các thuật toán dự
báo động đất CN và M8. Kết quả dự báo động đất theo kiểu như vậy là chỉ ra vùng động
đất mạnh trong tương lai, mà ở đó trong một khoảng thời gian nào đó (thường là nhiều
năm và gọi là dự báo trung hạn) sẽ xảy ra động đất.
Ưu điểm của hệ phương pháp và các thuật toán dự báo trung hạn như trên là làm
sáng tỏ được các dấu hiệu của động đất tương lai, có ý nghĩa vật lý và cho phép

Trần Việt Phương

10


Luận văn Thạc sĩ

đánh giá chúng bằng các phương pháp thống kê. Tuy nhiên, tính không xác định
của độ chính xác dự báo động đất trung hạn có thể coi là nhược điểm cơ bản của
các phương pháp này. Vì vậy, trong luận văn này, tác giả sẽ ứng dụng mô hình
thống kê để thiết lập chương trình thử nghiệm dự báo ngắn hạn động đất và
magnitude của chúng, áp dụng đối với lãnh thổ Việt Nam và các vùng lân cận. Cách
tiếp cận mới này vừa đơn giản hơn mà lại có khả năng loại bỏ được các nhược điểm
của các phương pháp nêu trên.
1.2. Tình hình nghiên cứu dự báo động đất ở Việt Nam: Nghiên cứu dự báo
động đất ở Việt Nam chủ yếu được tiến hành theo hai nhóm phương pháp chính
như sau:
•

Dự báo động đất cực đại trên cơ sở các tài liệu địa chất – địa vật lý.

•

Dự báo động đất cực đại trên cơ sở phân tích thống kê địa chấn.

* Dự báo động đất cực đại trên cơ sở tài liệu địa chất – địa vật lý bao gồm một số
phương pháp như sau:
1.2.1. Phương pháp tính Mmax theo quy mô vùng phát sinh động đất: Theo
phương pháp này, người ta dựa vào sự liên hệ giữa kích thước của đoạn đứt gãy
sinh chấn (L) cũng như bề dày tầng sinh chấn (H) với M max động đất [37, 38, 43,
44]:
Mmax ≤ 2lg L(km) + 1.77

Mmax ≤ 4lg H(km) + 0.48
Độ chính xác của phương pháp phụ thuộc vào việc chúng ta xác định kích thước
của đoạn đứt gãy sinh chấn và bề dày tầng sinh chấn như thế nào. Phương pháp này
áp dụng tốt cho vùng có đứt gãy hoạt động nhưng đồng thời nó lại không thể dự báo
được Mmax cho những vùng khác không có đứt gãy hoạt động.
1.2.2. Phương pháp kiến tạo vật lý: Theo phương pháp này cho rằng, vị trí,
năng lượng của động đất mạnh cực đại của mỗi vùng phụ thuộc vào gradient vận
tốc chuyển động kiến tạo thẳng đứng trong thời kì tân kiến tạo. Trong đó nếu

Trần Việt Phương

11


Luận văn Thạc sĩ

gradient vận tốc lớn hơn 10-8/ năm thì trên diện tích 1000 km2 có thể xảy ra động đất
cấp 7 một lần trong 1000 năm. Sau đó gradient vận tốc cứ tăng lên 3 lần thì độ
mạnh động đất tăng lên 1-2 cấp. Song cần lưu ý rằng, động đất trước hết là hệ quả
của các chuyển động hiện đại mà gradient vận tốc trung bình trong cả chu kỳ tân
kiến tạo có thể không phản ánh được, do đó có thể gradient của vận tốc ấy không
phản ánh mức độ nguy hiểm động đất hiện nay. Thêm nữa động đất mạnh không
chỉ là hệ quả của chuyển động thẳng đứng mà thường là hệ quả của các chuyển
động ngang. Trong từng trường hợp đó gradient vận tốc chuyển động thẳng đứng
không nói lên điều quan trọng nhất.
1.2.3. Phương pháp đánh giá chuyên gia
Cơ sở chính của phương pháp này là việc xác định mức độ phản ánh của các lớp
đối tượng địa chất – địa vật lý về đặc trưng hoạt động động đất. Mức độ phản ánh
này được biểu diễn qua trọng số của từng tham số. Sau khi phân loại đối tượng, gán
trọng số cho đối tượng, chúng ta tổng hợp ảnh hưởng của các đối tượng để dự báo

khu vực có khả năng phát sinh động đất mạnh cũng như thành lập bản đồ dự báo
chấn động cực đại [42].
1.2.4. Sử dụng kết hợp các tài liệu địa chất – địa vật lý: Các phương pháp
này bước đầu đã được áp dụng ở Việt Nam trong một số công trình trên cơ sở sử
dụng các đặc trưng cấu trúc vỏ [8, 39, 40]. Ngoài ra, các tác giả của công trình [27]
cũng sử dụng một số đặc trưng cấu trúc vỏ Trái đất để áp dụng thử nghiệm dự báo
động đất theo vecto dấu hiệu nhiều chiều. Tuy nhiên, các kết quả nhận đựơc trong
những công trình nêu trên còn hết sức sơ lược. Mặt khác cũng chưa có tác giả nào
xây dựng được thuật toán và thiết lập được chương trình dự báo động đất phù hợp
với điều kiện thực tế Việt Nam trên cơ sở các phương pháp áp dụng.
* Các phương pháp dự báo động đất cực đại trên cơ sở phân tích thống kê địa
chấn đã và đang được sử dụng ở Việt Nam chủ yếu là:
1.

Bài toán phân bố cực trị Gumbel:

Trần Việt Phương

12


Luận văn Thạc sĩ

Cơ sở lý thuyết các hàm phân bố cực trị của Gumbel đã được trình bày trong
nhiều công trình nghiên cứu ở Việt Nam và thế giới [52, 53, 10, 27, 28, 34].
Nếu ta 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 từ cùng
phân bố F(X) sẽ là:
G(x) = P{ X1 ≤ x, X2 ≤ x,..., Xn ≤ x } = Fn (x)
Đó chính là hàm phân bố của các cực trị. Nếu như ta biết được hàm phân bố ban

đầu F(X) thì sẽ rất đơn giản để nhận được chính xác phân bố của các cực trị. Nhưng
thông thường ta không biết được hàm phân bố ban đầu, nên cần phải xem đến dạng
đường tiệm cận của sự phân bố các cực trị. Khi áp dụng lý thuyết phân bố cực trị
Gumbel vào trong dự báo động đất luôn phải tuân thủ 2 giả thiết, đó là [10]:
- Các cực trị quan sát được trong một khoảng thời gian cho trước độc lập đối với
nhau.
- Các điều kiện đã xảy ra trong quá khứ vẫn có thể xảy ra trong tương lai.
Gumbel đã xây dựng được 3 loại hàm phân bố tiệm cận các cực trị, trong đó hàm
phân bố cực trị loại I có dạng:
G 1 ( x) = exp[−e − β ( x −u ) ]

với β > 0

ở đây: u - là đặc trưng các cực trị, β- là hàm cường độ cực trị ; u và β là các tham số
cần xác định.
Phân bố loại II có dạng:

G 2 ( x) =

exp[−(

u −ε k
) ] với k > 0, x ≥ ε , u > ε ≥ 0
x−ε

Trong đó k – là đại lượng hình dạng, ε – là giá trị cận dưới của các cực trị, u – đặc
trưng các cực trị, u, k, ε là các tham số cần xác định.
Phân bố loại III có dạng:

G 3 ( x) =

exp[−(

w− x k
) ] với k > 0, x ≤ w, u < w
w−u

Trong đó, w – là giá trị cận trên của các cực trị, u, k, w là các tham số cần xác định.

Trần Việt Phương

13


Luận văn Thạc sĩ

Từ 3 hàm phân bố tiệm cận trên ta thấy phân bố tiệm cận loại II có tồn tại giá trị cận
dưới ε nên chúng không được sử dụng để đánh giá chấn cấp cực đại động đất. Thông
thường chúng ta chỉ dùng 2 hàm còn lại để giải quyết nhiệm vụ trên.
Nguyễn Kim Lạp và Nguyễn Duy Nuôi [19] đã sử dụng hàm phân bố tiệm
cận loại I của Gumbel để tính độ nguy hiểm động đất cho các vùng ở khu vực
Đông Nam Á với chu kỳ khoảng số liệu cực trị là 6 tháng và 1 năm. Nguyễn Hồng
Phương [28] sử dụng hàm phân bố loại III của Gumbel kết hợp với hợp lý cực đại
và phân bố β để tính cho các vùng nhỏ trên lãnh thổ Việt Nam. Nguyễn Đình Xuyên
và Nguyễn Ngọc Thủy sử dụng hàm Gumbel loại I cải tiến để tính cho các vùng
thuộc khu vực thủy điện Sơn La [43]. Trần Thị Mỹ Thành đã tính M max cho 23 vùng
nguồn dựa theo hàm Gumbel III [34]…
2. Phương pháp hợp lý cực đại có thể tính được giới hạn chặn hai phía của
dãy những trận động đất chính và hoạt động địa chấn theo luật phân bố Poisson và
biểu thức Gutenberg-Richter. Phương trình biểu diễn quan hệ giữa tần suất xuất

hiện động đất NM và chấn cấp M là phương trình nổi tiếng Gutenberg-Richter [53]:
lg NM = a - bM
Quy luật xuất hiện động đất tuân theo quy luật phân bố Poisson. Trong mỗi
vùng nguồn, coi động đất là các sự kiện độc lập (loại bỏ tiền chấn và dư chấn), xác
suất P N để xảy ra N trận động đất có chấn cấp M ≥ m 0, gây ra cường độ chấn động I
lớn hơn mức i nào đó, trên toàn vùng nguồn trong khoảng thời gian t năm thỏa mãn
phương trình:
PN= P [ N = n ] =

e −νt (νt ) n
n!

n = 0, 1, 2 ...
trong đó ν là vận tốc trung bình xuất hiện động đất có chấn cấp M ≥ m 0.
Nếu xem pi là xác suất xuất hiện một trận động đất có chấn cấp M ≥ m 0, thì xác suất
để xuất hiện N trận động đất sẽ là:

Trần Việt Phương

14


Luận văn Thạc sĩ

N

=P[ N=n]=

e − piνt ( pi νt ) n
n!

n = 0, 1, 2 ...
Trong trường hợp đặc biệt, phân bố xác suất của cường độ chấn động cực đại
trong khoảng thời gian t năm được xem như:

i)
P [ I (max
≤ i ] = P [ N = 0 ] = e − p νt
i

i)
Trong đó I (max
là cường độ chấn động cực đại trong khoảng thời gian t năm

đối với vùng nguồn.
Hai phương pháp, hợp lý cực đại và sử dụng hàm phân bố Gumbel, vừa nêu
trên đều mang bản chất của xác suất thống kê. Ưu điểm của các phương pháp này là
áp dụng thuận tiện, dễ dàng. Nhưng nó cũng mang nhược điểm chung của phương
pháp xác suất là các mô hình được xây dựng trên giả định là lịch sử lặp lại, độ tin
cậy của kết quả phụ thuộc vào việc thu thập số liệu đầy đủ và chính xác đến đâu.
3. Sử dụng quy luật biểu hiện hoạt động động đất :
Phương pháp ngoại suy địa chấn dựa trên cơ sở là động đất cực đại đã xảy
ra trên một vùng nào đó tại một đoạn của đứt gãy thì nó cũng có thể xảy ra ở những
đoạn khác của đứt gãy đó, hoặc ở trên những đoạn đứt gãy khác tương đương với
nó về vai trò cũng như đặc trưng của chúng trong kiến tạo khu vực.
Phương pháp dự báo Mmax dựa vào hoạt động tiền chấn – dư chấn
Trước những trận động đất lớn thường có một vài trận động đất nhỏ (tiền
chấn) báo hiệu thời kì yên tĩnh đã chuyển sang thời kì hoạt động động đất và sau
kích động chính cũng xuất hiện những trận động đất nhỏ (dư chấn). Nghiên cứu quy
luật hoạt động tiền chấn – dư chấn giúp dự báo được kích động chính (nếu đã có

tiền chấn) và những dư chấn (khi biết kích động chính). Bài toán này đã được đề
cập và giải quyết năm 2003 bởi các tác giả của công trình [45].

Trần Việt Phương

15


Luận văn Thạc sĩ

Mô hình thời gian – magnitude để đánh giá khả năng phát sinh động đất
Theo mô hình này, một số tác giả của Nhật Bản và Thổ Nhĩ Kỳ (Papazachos
B.C., Karakaisis G.F.,..) đã chỉ ra rằng, thời gian xuất hiện của một trận động đất tại
một nguồn phát sinh động đất phụ thuộc vào magnitude và thời gian xuất hiện của
trận động đất xảy ra trước trong vùng theo công thức:
Log T = bMmin +cMp +a
Trong đó, Mp là magnitude của trận động đất chính xảy ra trước đó, M min
ngưỡng magnitude của trận động đất dùng trong thống kê xảy ra tại nguồn sinh
chấn, T là khoảng thời gian giữa các trận động đất M p và Mmin. Các hệ số a, b, c
được xác định theo phương pháp hồi quy bội từ các giá trị thực tế của T, M p và
Mmin. Dựa vào mô hình thời gian – magnitude có thể đánh giá được khả năng phát
sinh động đất theo thời gian cho từng vùng nguồn. Kết quả nhận được là xác suất
trận động đất cấp M xảy ra sau khoảng thời gian ∆t năm tính từ năm hiện tại làm
mốc.
Ở Việt Nam, bài toán dự báo động đất kiều này được áp dụng lần đầu năm
2002 cho khu vực Lai Châu - Điện Biên [9]. Sau đó, năm 2004, Đặng Thanh Hải lại
tiếp tục áp dụng phương pháp này cho phần phía Bắc lãnh thổ Việt Nam [10].
Tóm lại, dự báo thời gian phát sinh động đất ở Việt Nam chủ yếu mới chỉ là dự
báo trung hạn và dài hạn dựa trên các quy luật phát sinh động đất thông qua thuật
toán thông kê, như dự báo tần suất lặp lại động đất, mô hình thời gian – magnitud,

quy luật hoạt động tiền chấn… Các phương pháp: hợp lý cực đại và sử dụng hàm
phân bố Gumbel nêu trên đều mang bản chất của xác suất thống kê. Ưu điểm của
các phương pháp này là áp dụng thuận tiện, dễ dàng. Nhưng nó cũng mang nhược
điểm chung của các phương pháp xác suất là các mô hình được xây dựng trên giả
định rằng lịch sử lặp lại, độ tin cậy của kết quả phụ thuộc vào tính đầy đủ và độ
chính xác của số liệu sử dụng. Thêm nữa, kết quả của việc áp dụng các phương
pháp thống kê kiểu này chỉ cho phép nhận được những đánh giá rất sơ lược về qui
luật phân bố động đất và tần suất lặp lại động đất (thường là trung hạn và dài hạn

Trần Việt Phương

16


Luận văn Thạc sĩ

(từ vài trăm năm đến hàng nghìn năm) đối với một khu vực mà không thể chỉ ra
một cách cụ thể ngày giờ, địa điểm và độ lớn của trận động đất có khả năng xảy ra
trong tương lai gần.
Phương pháp ngoại suy địa chấn thì dựa trên cơ sở là động đất cực đại đã xảy ra
trên một vùng nào đó tại một đoạn của đứt gãy thì nó cũng có thể xảy ra ở những
đoạn khác của đứt gãy đó, hoặc ở trên những đoạn đứt gãy khác tương đương với
nó về vai trò cũng như đặc trưng của chúng trong kiến tạo khu vực. Nguyên lý này
có thể dẫn đến đánh giá sai về Mmax vì động đất mạnh nhất đã quan sát thấy có thể
chưa phải là động đất cực đại có khả năng xảy ra, thêm vào đó, điều kiện địa chấn
kiến tạo khó có thể xem là đồng nhất. Để khắc phục những hạn chế đã nêu, cần phải
mở rộng vùng nghiên cứu để có thể đánh giá tính tương đồng của vỏ Trái đất trên
quy mô lớn hơn, điều này sẽ làm tăng tính đúng đắn khi lấy M max là đại diện cho
những mảnh có đặc trưng kiến tạo tương đồng. Đồng thời cũng cần phải thu thập và
sử dụng một lượng lớn các tham số liên quan đến đặc trưng địa chấn, đặc điểm kiến

tạo của khu vực, ví dụ như tài liệu từ, trọng lực, móng kết tinh, các mặt gián đoạn,
các đứt gãy và số liệu về động đất…Có nghĩa là, chúng ta phải sử dụng tổ hợp các
tài liệu địa chất, địa vật lý và địa chấn để có thể đánh giá một cách đúng đắn nhất về
tiềm năng địa chấn khu vực nghiên cứu.
Trong giai đoạn 2008-2010 tác giả luận văn đã tham gia thực hiện Nhiệm vụ
Hợp tác quốc tế Việt-Nga theo Nghị định thư cấp Nhà nước: “Đánh giá tiềm năng
địa chấn lãnh thổ Việt Nam theo tổ hợp các tài liệu địa chất, địa vật lý và địa chấn”.
Trong quá trình thực hiện Nhiệm vụ này, tác giả đã cùng các đồng nghiệp bước đầu
đã xây dựng một chương trình cho phép đánh giá dự báo tiềm năng địa chấn
(Mmax) trên cơ sở áp dụng phương pháp phân loại vỏ Trái đất. Tuy nhiên, các kết
quả nhận được mới chỉ là những đánh giá bước đầu. Đặc biệt, do bản chất của
phương pháp đòi hỏi phải sử dụng tổ hợp 5 tham số đặc trưng của vỏ Trái đất, mà
trên thực tế tại Việt Nam các số liệu chưa có đầy đủ trên toàn khu vực nghiên cứu,
nhất là số liệu về mật độ dòng nhiệt Q. Bản thân chương trình được xây dựng bởi

Trần Việt Phương

17


Luận văn Thạc sĩ

tác giả và các đồng nghiệp cũng cần được tiếp tục hiệu chỉnh, cải biến và hoàn thiện
để có thể áp dụng phù hợp với các điều kiện thực tế của Việt Nam.
Như vậy, thực tế của công tác nghiên cứu dự báo động đất trong nước và quốc
tế nêu trên cho thấy bài toán dự báo thời gian, địa điểm và độ lớn của trận động đất
có khả năng xảy ra trong tương lai gần với độ chính xác nhất định vẫn là một bài
toán chưa có lời giải trọn vẹn và vẫn là điều mà các nhà khoa học cần hướng đến.
Mặt khác, trong các nghiên cứu dự báo động đất đã được tiến hành ở Việt Nam như
đã nêu trên, hầu hết các tác giả đều áp dụng các phần mềm của các tác giả nước

ngoài, được thiết kế phù hợp với các điều kiện số liệu thực tế của các nước đó. Vì
vậy, áp dụng các phần mềm đó đối với thực tế địa chấn Việt Nam phần lớn đều
phải tự động mặc nhiên chấp nhận một số điều kiện ở đầu vào như các qui luật hay
các thông số chuẩn của các nước khác. Điều này không những không phù hợp với
điều kiện thực tế của Việt Nam mà còn chắc chắn luôn dẫn đến một sai số hệ thống
nào đó trong các đánh giá dự báo động đất. Phần mềm nhận được trong các nghiên
cứu gần đây nhất của tác giả luận văn cùng các đồng nghiệp là một đóng góp mới
cho thực tế địa chấn của Việt Nam [25]. Tuy nhiên cũng cần phải có những nghiên
cứu so sánh, bổ sung để có thể đánh giá tính đúng đắn của nó.
Tất cả những lý do nêu trên đã dẫn dắt tập thể tác giả đến ý tưởng “Xây dựng
bộ chương trình thử nghiệm dự báo ngắn hạn động đất trên cơ sở mô hình
thống kê kết hợp sử dụng các phương pháp vật lý kiến tạo, áp dụng đối với lãnh
thổ Việt Nam và các vùng lân cận” nhằm giải quyết bài toán nan giải không chỉ
đối với thực tế địa chấn Việt Nam nói riêng, mà cả trong thực tế địa chấn quốc tế
nói chung. Tác giả luận văn lựa chon đề tài: “Xây dựng thuật toán và sơ đồ khối
của chương trình dự báo động đất theo mô hình thống kê” nhằm giải quyết một
trong những nội dung của ý tưởng nêu trên.

Trần Việt Phương

18


Luận văn Thạc sĩ

Chương 2

PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO ĐỘNG ĐẤT THEO MÔ HÌNH THỐNG KÊ
Trên thế giới, người ta đã và đang sử dụng hàng loạt các phương pháp
nghiên cứu dự báo động đất khác nhau như; dựa trên việc làm sáng tỏ các dấu hiệu

về dị thường mật độ các đứt gãy sinh chấn [50]; hay quan hệ giữa vận tốc lan truyền
sóng dọc và sóng ngang[26]; năng lượng giải phóng từ chuỗi các trận động đất [3],
cũng như hàng loạt các dấu hiệu khác có đặc trưng báo trước các động đất tương
lai, và cũng sử dụng các bất thường đồng thời trong diễn biến của một số các dấu
hiệu có bản chất vật lý khác nhau [1, 18, 30, 31]. Một số công trình theo hướng này
chứa các công thức thuật toán dự báo động đất như: các thuật toán dự báo động đất
KH và M8 [3, 13, 17]. Kết quả dự báo đông đất theo các phương pháp này là chỉ ra
vùng động đất mạnh trong tương lai, mà ở đó trong một khoảng thời gian nào đó
(thường là nhiều năm và gọi là dự báo trung hạn) sẽ xảy ra động đất. Các phương
pháp và thuật toán dự báo trung hạn như trên có ưu điểm là làm sáng tỏ được các
dấu hiệu của động đất tương lai, có ý nghĩa vật lý và cho phép đánh giá chúng bằng
các phương pháp thống kê trên cơ sở các thông tin địa chấn có được. Tuy nhiên, các
phương pháp này lại có nhược điểm chính là không xác định được độ chính xác của
các kết quả dự báo và không xác định được thời gian và magnitude của sự kiện dự
báo. Vì vậy, trong luận văn này, tác giả sẽ áp dụng cách tiếp cận mới, được đề xuất
bởi tác giả A.P. Grishin [5, 6] trên cơ sở ứng dụng mô hình thống kê để thiết lập
chương trình thử nghiệm dự báo thời điểm xảy ra động đất và magnitude của chúng
và áp dụng dự báo động đất đối với lãnh thổ Việt Nam và các vùng lân cận. Cách
tiếp cận này vừa đơn giản hơn mà lại có khả năng loại bỏ được các nhược điểm của
các phương pháp dự báo trung hạn nói trên [5, 6].
2.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp:
Bản chất của phương pháp là dựa trên ý tưởng về khái niệm tập hợp các trận
động đất với chấn tiêu trong một tiểu vùng S nào đó ở dạng chuỗi thời gian của các

Trần Việt Phương

19


Luận văn Thạc sĩ

tham số ngẫu nhiên (thời điểm xảy ra động đất Ti, độ lớn của trận động đất
(magnitude) Mi) với các khoảng cách thời gian ngẫu nhiên giữa chúng (∆ti).
Như vậy nhiệm vụ của mô hình thống kê là dự báo thời điểm xảy ra động đất
Ti tại vùng S và độ mạnh (magnitude Mi) của nó. Khi đó, thời điểm xảy ra động đất
Ti và magnitude Mi của động đất dự báo được coi là sự kiện ngẫu nhiên. Bài toán
dự báo thời điểm xảy ra động đất Ti và magnitude Mi của nó chính là là bài toán
xác định kỳ vọng toán học và các khoảng tin tưởng của chúng với xác suất bảo đảm
Pg đặc trưng cho độ chính xác của dự báo.
Với ý nghĩa đó, nguồn số liệu xuất phát duy nhất để làm việc theo mô hình
thống kê là danh mục (hay đoạn danh mục) động đất đối với khu vực chứa tiểu
vùng dự báo. Mô hình dự báo sẽ cho các khoảng tin tưởng đối với thời gian và
magnitude của trận động đất với chấn tiêu thuộc giới hạn của tiểu vùng đó, mà nó
sẽ xảy ra sau sự kiện cuối cùng trong vùng với danh mục động đất nêu trên.
Khoảng tin tưởng thỏa mãn xác suất Pg thường được hiểu là đoạn ∆x(Pg)
trên trục của tham số dự báo ξ, mà đối với nó xác suất để cho giá trị ngẫu nhiên ξ
rơi vào đoạn ∆x(Pg) bằng Pg (SX{ξ € ∆x(Pg)} = Pg).
Mô hình này đưa ra giả định đơn giản về khả năng sử dụng trong đoạn danh
mục xử lý một giới hạn về magnitude của các sự kiện theo một dải đã cho, giả định
về khả năng suy giảm cực đại mật độ phân bố đối với các tham số ngẫu nhiên của
tập hợp và về tính độc lập thống kê của tập hợp các số gia ngẫu nhiên ∆Mi từ tập
hợp các khoảng thời gian ngẫu nhiên ∆Ti = Ti=1-Ti.
Các giả định như trên đã được kiểm chứng trên các ví dụ về tính toán các
hệ số tương quan giữa chúng và có thể coi là chấp nhận được [5, 6].
Theo đó, có thể mô tả mô hình và thuật toán dự báo như sau:
Giả sử có một tiểu vùng S trong khu vực nguy hiểm địa chấn có danh mục
động đất độc lập (đã được loại bỏ khỏi các tiền chấn và dư chấn). Giả sử đã biết

Trần Việt Phương

20


Luận văn Thạc sĩ

thời điểm xảy ra động đất và magnitude của trận động đất sau cùng trong tiểu vùng
S với magnitude M không nhỏ hơn ngưỡng Mmin cho trước. Ngưỡng Mmin được xác
định tùy theo mục đích dự báo. Trận động đất sau cùng này được gọi là trận động
đất tựa (sự kiện tựa) và được ký hiệu là Zop. Khi dự báo động đất mạnh, thường
thường Mmin = 4-5. Trong các trường hợp còn lại, giá trị Mmin được xác định bởi
mức đại diện của danh mục động đất theo ngưỡng magnitude.
Nhiệm vụ của mô hình là dự báo thời điểm xảy ra động đất và magnitude của
trận động đất với chấn tâm trong tiểu vùng S, xảy ra ngay sau sự kiện tựa. Trận
động đất đó được gọi là trận động đất dự báo. Thời điểm xảy ra và magnitude của
trận động đất dự báo được coi là các đại lượng ngẫu nhiên. Khi đó, khái niệm dự
báo động đất được hiểu là xác định kỳ vọng toán học và khoảng tin cậy của chúng
khi cho trước xác suất đảm bảo Pg, đặc trưng cho độ chính xác của dự báo.
Nhiệm vụ dự báo gồm các bước như sau:
1. Tiến hành phép chọn Vb từ danh mục động đất (DMĐĐ) tất cả những trận
động đất với chấn tâm thuộc tiểu vùng S có magnitude M≥ Mmin và với thời
điểm xảy ra chúng thuộc khoảng thời gian nào đó (Tvb, Tcat).
-

Ranh giới dưới Tvb của nó được chọn sao cho phép chọn Vb lấy được
hết những trận động đất từ DMĐĐ thuộc chu kỳ số liệu quan sát nào
đó (nếu trong danh mục có các sự kiện đó) và những trận động đất từ
một phần của DMĐĐ mà đối với nó Mmin không phải là mức đại diện.

-

Ranh giới trên Tcat là ranh giới thời gian trên của DMĐĐ.

Phép chọn Vb nhận được có nghĩa đối với đoạn danh mục mà mô hình sẽ xử lý nó.
Giả sử phép chọn Vb là tuần tự theo thời gian và trong đó:
T1 và Top là các thời điểm xảy ra sự kiện đầu tiên và sự kiện cuối cùng,
Còn sự kiện j xảy ra ở thời điểm Tj với magnitude Mj.
2. Từ lựa chon Vb xác định sự kiện tựa Zop (nó xảy ra ở thời điểm Top).
3. Thành lập từ phép chọn chuỗi các khoảng thời gian ngẫu nhiên

∆t j = t j +1 − t j và

Trần Việt Phương

(2.1)

21


Luận văn Thạc sĩ

chuỗi các số gia:

∆m j = m j +1 − m j

giữa các trận động đất liền nhau trong phép

chọn.
4. Xác định trong khoảng thời gian đã chọn (Tvb, Tcat) nhóm các khoảng thời
gian chạy { ti , ti +1 } với i=1,2,..k, Ti ≥ Tvb , Tk+1 ≤ Tcat, sao cho trong mỗi khoảng
chạy có từ 10 đến 20 sự kiện. Những khoảng này sẽ được coi là ngẫu nhiên bởi vì

chúng ta chưa biết tất cả những nguyên nhân gây ra sự thay đổi của chúng.
Tính t si =

ti +ti +1
.
2

5. Theo công thức toán học thống kê tính:
- Kỳ vọng toán học MO( ∆t j ) ; MO(∆m j ) ;
- Độ lệch bình phương trung bình

σ (∆t j ) và σ (∆m j ) , khi giả thiết rằng

chúng ta hoàn toàn không biết nguyên nhân vật lý gây ra trận động đất tiếp theo, và
coi chúng là hằng số trong mỗi khoảng chạy { ti , ti +1 }. Các giá trị MO ( ∆ti ) ;

MO(∆mi ) và

σ (∆ti ) và σ (∆mi ) được

đưa vào điểm giữa Tsi ∈{ ti , ti +1 }.

Sau đó xác định giá trị các hàm số MO∆t (Tsi ) ; MO∆m(Tsi ) ,

σ (∆tsi ) và

σ (∆msi ) .
6. Xác định các giá trị trung bình và độ lệch bình phương trung bình đối với
thời gian phát sinh và magnitude của trận động đất tiếp theo (động đất dự báo), xảy
ra tiếp theo sau sự kiện tựa, mà các số liệu của nó chưa có trong danh mục động đất

ban đầu, theo các công thức sau:

Trần Việt Phương

22


Luận văn Thạc sĩ

Tpr = top + MO∆t (Top )

;

m pr = mop + MO∆ m(Top ) ;

(2.2)

σ t pr = σ∆t (Top ) ;

(2.3)

σ m pr = σ∆m(Top ) ;

(2.4)

Thay cho các giá trị

σt pr

và

σm pr

với tư cách đặc trưng của độ chính xác

dự báo có thể sử dụng các ranh giới dưới và các ranh giới trên của các khoảng tin
tưởng đối với thời điểm phát sinh và magnitude của trận động đất tựa (sự kiện tựa)
như sau:
- Các ranh giới dưới:
pr
Tmin
= Tpr − min{δ T , Tpr -Top }

(2.5)

pr
mmin
= m pr − min{δ m, m pr -m op }

- Các ranh giới trên:
pr
Tmax
= Tpr + δT

(2.6)

pr
mmax
= m pr + δ m

Các giá trị

δT

và

δm

là một nửa giá trị độ lớn của các khoảng tin cậy đối

với các giá trị ngẫu nhiên T và m.
Khi cho trước xác suất dự báo Pg và qui luật phân bố chuẩn đã biết (ví dụ phân
bố Gauss) đối với các giá trị ngẫu nhiên ∆t và ∆m dễ dàng tính được

σ m pr , δT

và

Trần Việt Phương

δm.

23

σTpr ,


Luận văn Thạc sĩ

-

Ví dụ: với Pg=0.8 và theo qui luật phân bố chuẩn (Gauss) của các đại lượng

ngẫu nhiên

∆ti

và

∆mi ta có:

δ t = 1.282σ t pr
δ m = 1.282σ m pr

Các công thức 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6 hoàn thành thuật toán dự báo thời gian
và magnitude của trận động đất xảy ra tiếp theo sự kiện tựa. Các đại lượng
và

σTpr

σ m pr đặc trưng cho độ chính xác của việc dự báo trận động đất tiếp theo.

Dấu hiệu của độ tin cậy của dự báo động đất tiếp theo sau sự kiện tựa là các sự phụ
thuộc sau:
pr
T ∈ (Tmin
, Tmprax ) ,
pr
m ∈ (mmin
, mmprax ) ,

Trong đó: T, m là thời điểm phát sinh và magnitude của động đất thực tế xảy ra
tiếp theo sự kiện tựa.
Nếu có cơ sở để giả thiết rằng một số nguyên nhân vật lý ảnh hưởng đến thời
điểm phát sinh và magnitude của sự kiện tiếp theo và trong đó không có một
nguyên nhân nào là phổ biến thì với tư cách là qui luật phân bố của các đại lượng
∆Tj , ∆Mj có thể dựa trên cơ sở của lý thuyết giới hạn để sử dụng qui luật phân bố
chuẩn.
Như đã biết theo lý thuyết xác suất, phân phối chuẩn, còn gọi là phân phối
Gauss, là một phân phối xác suất cực kì quan trọng trong nhiều lĩnh vực. Nó là họ
phân phối có dạng tổng quát giống nhau, chỉ khác tham số vị trí (giá trị trung bình
μ) và tỉ lệ (phương sai σ2).

Trần Việt Phương

24


Luận văn Thạc sĩ

Phân phối chuẩn chuẩn hóa (standard normal distribution) là phân phối chuẩn
với giá trị trung bình bằng 0 và phương sai bằng 1 (đường cong màu đỏ trong
hình 2.1). Phân phối chuẩn còn được gọi là đường cong chuông (bell curve) vì đồ
thị của mật độ xác suất có dạng chuông.

Hình 2.1 : hàm phân bố mật độ xác suất
Đường màu đỏ (có cực đại bằng 0.4) là phân phối chuẩn hóa
Hàm mật độ xác suất của phân phối chuẩn với trung bình μ và phương sai σ2 (hay,
độ lệch chuẩn σ) là một ví dụ của một hàm Gauss,

(2.7)
Nếu một biến ngẫu nhiên X có phân phối này, ta kí hiệu là X ~ N(μ,σ2). Nếu μ = 0
và σ = 1, phân phối được gọi là phân phối chuẩn hóa và hàm mật độ xác suất rút
gọn thành:

Trần Việt Phương

25