Kiểm nghiệm đường cong tắt dần chấn động phù hợp với miền bắc việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

LÊ QUANG KHÔI

KIỂM NGHIỆM ĐƢỜNG CONG TẮT DẦN CHẤN ĐỘNG
PHÙ HỢP VỚI MIỀN BẮC VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 12/2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI


TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

LÊ QUANG KHÔI

KIỂM NGHIỆM ĐƢỜNG CONG TẮT DẦN CHẤN ĐỘNG
PHÙ HỢP VỚI MIỀN BẮC VIỆT NAM
Chuyên ngành: Vật lý địa cầu
Mã số: 60.44.0111

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. Lê Tử Sơn

Hà Nội – 12/2015


Lời Cảm Ơn
Lời đầu tiên, Em xin cảm ơn sâu sắc tới người Thầy, TS. Lê Tử Sơn, người đã
trực tiếp chỉ bảo tận tình, trực tiếp giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập và hoàn thành
bản luận văn thạc sĩ khoa học này.
Em cũng gửi lời cảm ơn chân thành tới tất cả các Thầy Cô, tập thể cán bộ bộ
môn Bộ môn Vật Lý Địa Cầu đã trực tiếp đóng góp, trao đổi ý kiến khoa học quí báu để
em có thể hoàn thành bản luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Viện Vật lý Địa cầu, lãnh đạo phòng
Quan sát động đất đã giúp đỡ tạo điều kiện cho tôi được đi học tập nâng cao trình độ và
cung cấp số liệu tốt để tôi hoàn thành được bản luận văn này.
Tôi xin cảm ơn TS. Nguyễn Văn Dƣơng đã giúp đỡ tôi rất nhiều cho việc học tập
và hoàn thành bản luận văn cũng như các em, bạn, đồng nghiệp trong phòng Quan sát
Động đất đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn khoa học này.
Qua đây, em xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô Khoa Vật Lý, các cán bộ
thuộc phòng Sau Đại Học đã hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp em
trong suốt quá trình học tập và hoàn thành bản luận văn này.
Luận văn được sự hỗ trợ của Đề tài độc lập trẻ cấp Viện Hàn lâm Khoa học và
Công nghệ Việt nam “ Nghiên cứu chuyển động hiện đại và mối liên quan với hoạt động
động đất tại khu vực Tây Bắc Việt Nam trên cơ sở sử dụng tổ hợp số liệu GPS và địa
chấn” Mã số: VAST.ĐLT 10/15-16.
Bản Luận văn này đƣợc thực hiện tại bộ môn Vật Lý Địa Cầu - Khoa vật lý Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên Hà nội./.
Hà nội, ngày 6 tháng 12 năm 2015
Học viên Lê Quang Khôi

Mở đầu

Việt Nam nằm trong khu vực Đông Nam Á, phía bắc giáp với Vân Nam, Trung
Quốc, phía Đông-Nam giáp với biển Đông, Việt Nam, phía Tây giáp với hai quốc gia
Lào và Campuchia (Hình1). Về mặt kiến tạo, lãnh thổ Việt Nam nằm trên vùng lồi lõm
của mảng Á-Âu, kẹp giữa ba mảng có mức độ hoạt động kiến tạo mạnh mẽ là mà châu
Úc, mảng Philippine và mảng Thái Bình Dương. Phía tây và tây nam Việt Nam là vành
đai động Himalaya và rãnh sâu Java được tạo ra do sự va húc giữa mảng châu Úc và
mảng Á-Âu. Phía đông của Việt Nam là vành đai Thái Bình Dương được tạo ra do sự
va chạm giữa mảng Thái Bình Dương và mảng Philippine với mảng Á-Âu. Các nghiên
cứu khoa học gần đây đã khẳng định rằng, sự xô húc giữa các mảng Ấn Độ Dương và
mảng Á-Âu, bắt đầu khoảng 50 triệu năm, và sự tách dãn trũng trung tâm Biển Đông,
bắt đầu vào khoảng 25 triệu năm, đã hình thành nên địa khối kiến tạo Đông Dương và
đứt gãy sông Hồng kéo dài hơn 1000km từ phía đông nam cao nguyên Tây Tạng đi qua
tỉnh Vân Nam, Trung Quốc, cắt qua miền Bắc Việt Nam và ra biển Đông. Các quá trình
kiến tạo động lực học phức tạp trên đã ảnh hưởng trực tiếp đến bình đồ kiến tạo miền
Bắc Việt Nam và lân cận.
Việt Nam có độ hoạt động động đất trung bình và yếu, tuy nhiên khu vực phía
Bắc Việt Nam (đặc biệt là vùng Tây Bắc) vẫn có mức độ hoạt động động đất khá cao
sảy ra trên các đứt gãy hoạt động như: đứt gãy Lai Châu-Điện Biên, đứt gãy Sông Mã,
đứt gãy Sơn La, đứt gãy Mường La-Bắc Yên. Tại khu vực Tây bắc đã ghi nhận được các
trận động đất mạnh như: động đất Tuần Giáo, có magnitude M=6.7, xảy ra năm 1983 đã
gây nên chấn đông cấp VII tại thị xã Điện Biên cách chấn tâm 70 km; trận động đất có
magnitude M=5.3 xảy ra tại biên giới Việt – Lào năm 2001 đã gây chấn động cấp VII tại
thị xã Điện Biên cách chấn tâm khoảng 20 km. Các trận động đất này đã gây thiệt hại
nặng nề về người và cơ sở hạ tầng của các tỉnh Tây Bắc và lân cận.


Hình 1: Bản đồ các trận động đất ghi được và một vài đứt gãy chính tại Việt Nam
Phần lớn những thiệt hại do động đất gây ra cho các vùng đô thị đều có liên quan
trực tiếp hay gián tiếp tới rung động nền, tức là sự rung động của nền đất diễn ra trong

quá trình động đất. Trong nghiên cứu địa chấn, đại lượng này thường được biểu thị dưới
dạng một trong ba thông số dao động nền: gia tốc cực đại nền A, vận tốc nền V, hay dịch
chuyển nền D. Các thông số dao động nền đóng vai trò rất quan trọng trong thực tiễn, do
chúng được sử dụng làm dữ liệu đầu vào cho các tính toán đánh giá rủi ro động đất


(chẳng hạn như việc tính tải trọng động đất lên các công trình xây dựng, xây dựng quy
phạm thiết kế kháng chấn, ước lượng thiệt hại đối với các yếu tố chịu rủi ro, bảo hiểm,
v.v…). Trong nghiên cứu địa chấn công trình, một trong những tham số cơ bản quan
trọng trong đánh giá rủi ro động đất là tính mối quan hệ giữa chuyển động nền đất dự
kiến (Gia tốc nền cực đại PGA, vận tốc nền cực đại PGV) với khoảng cách tới chấn tâm
và magnitude động đất. Từ đó biểu diễn được mối quan hệ suy giảm chấn động (hay
đường cong tắt dần) theo khoảng cách và magnitude. Cách thông thường để xây dựng
các đường cong tắt dần là biểu diễn nó dưới các công thức toán học liên quan đến các
thông số đặc trưng cho động đất [5,29,34].
Trong hơn hai thập niên gần đây, nền kinh tế Việt Nam có những bước tiến nhanh
chóng. Nhiều công trình công cộng quan trọng được nhà nước đầu tư, cùng với đó là
các khu đô thị được xây dựng. Việc đánh giá mức độ ảnh hưởng của dao động nền đất
lên các công trình xây dựng là nhiệm vụ hết sức cấp thiết.
Để thực hiện việc này, nghiên cứu về động đất và đánh giá độ nguy hiểm động
đất, vi phân vùng các khu đô thị và công trình xây dựng là quan trọng nhất. Trong
những thập kỷ vừa qua, tại một số công trình xây dựng quanh khu vực có hoạt động
động đất mạnh tại một số trận động đất lớn gây nguy hiểm. Do đó đã có các dự án đánh
giá về độ nguy hiểm động đất như “Nghiên cứu dự báo động đất và chuyển động nền tại
Việt Nam (Nguyễn Đình Xuyên 2004.), Đánh giá độ nguy hiểm động đất khu vực thủy
điện Sơn La (Nguyễn Đình Xuyên,1998-2002) và nhiều dự án khác ở miền Bắc Việt
Nam đã được thực hiện trên những công trình xây dựng cụ thể. Trong tất cả các nghiên
cứu, vì Việt Nam chưa có đường cong suy giảm chấn động riêng, nên các đường cong
Campbell (1997) cho toàn cầu và đường cong Janguang & Gao Xiang Dong (1994)[29]
cho vùng Vân Nam, Trung Quốc đã được sử dụng để đánh giá. Trong hai thập kỷ gần

đây, nền kinh tế của Việt Nam phát triển rất nhanh đặc biệt là ở miền Bắc Việt Nam nên
mục đích dự đoán dao động nền đất phục vụ cho việc đánh giá độ nguy hiểm động đất
là vô cùng quan trọng. Ngày nay, rất nhiều các nghiên cứu cho các khu vực khác nhau
trên thế giới đã được đề xuất như Campbell, 1997 cho toàn cầu; Atkinson và Boore năm
1997 đối với miền đông Bắc Mỹ; Ambraseys, 1996 cho Châu Âu; Frisenda, 2005 cho
Tây Bắc Ý, v.v…


Tại Việt nam, Nguyễn Đình Xuyên đã xây dựng được mối quan hệ suy giảm chấn
động cho Việt Nam vào năm 1999. Mối quan hệ này được suy ra từ công thức của
đường cong suy giảm chấn động theo cường độ (intensity) và mối quan hệ giữa cường
độ và gia tốc. Tuy nhiên, tác giả cũng chỉ ra rằng mối quan hệ này là không hợp lý do
chất lượng số liệu cũng như cường độ là đại lượng định tính còn giá trị gia tốc là tham
số định lượng dẫn đến các mối quan hệ giữa 2 tham số này rất phân tán[20].
Tại Việt Nam, số liệu gia tốc nền còn quá ít để có thể xây dựng cho riêng mình một
quy luật tắt dần chấn động động đất. Mặc dù đã quan trắc được cả những trận động đất
mạnh nhất trên lãnh thổ, mãi tới năm 2000, Việt Nam mới ghi được số liệu gia tốc nền
trên lãnh thổ của mình. Cho đến nay, vẫn chưa có một biểu thức tắt dần chấn động nào
được xây dựng cho toàn lãnh thổ Việt Nam trên cơ sở tổng hợp các băng gia tốc nền ghi
nhận được từ các trận động đất. Việc chọn lựa áp dụng các phương trình tắt dần chấn
động của các vùng khác vào Việt Nam được suy xét trên hai phương diện chính: 1) tính
phổ biến của số liệu sử dụng, 2) sự tương đồng về mặt địa lý, địa chất[33].
Qua việc tìm hiểu về 3 đường cong của Nguyễn Lê Minh (2012)[20], Trần Việt
Hùng và Kiyomiya (2012) [25] và Campbell (2008) [8] cùng với việc tập hợp các trận
động đất có độ lớn hoặc bằng 4.0 thuộc khu vực Miền bắc Việt nam trong khoảng từ
2009 đến 2014 thì có 8 trận với 165 băng ghi trong đó có 150 băng ghi vận tốc và 15
băng ghi gia tốc. Do số lượng trận động đất ít và thiếu rất nhiều các băng ghi gia tốc thực
nên mới chỉ thực hiện được bước chuyển đổi số liệu vận tốc sang số liệu gia tốc và dùng
số liệu đó để đưa vào đường cong tắt dần chấn động của Campbell (2008)[8] nhằm kiểm
tra, kiểm nghiệm đường cong này có thể sử dụng được trên vùng Miền bắc Việt nam hay

không? Do vậy, Luận văn được đề xuất như sau “ Kiểm nghiệm đƣờng cong tắt dần
chấn động phù hợp với Miền Bắc Việt Nam”
Luận văn này bao gồm 04 chương:
Chƣơng 1: Dao động nền và đường cong tắt dần chấn động: trong chương này là
chương tổng quan tìm hiểu về dao động nền và một vài đường cong tắt dần chấn động
của Nguyễn Lê Minh (2012)[20], Trần Việt Hùng và Kiyomiya (2012) [25] và Campbell
(2008) [8]. Trong đó sẽ dùng Campbell (2008) [8] để thử nghiệm với các trận động đất có
ML lớn hơn hoặc bằng 4.0.


Chƣơng 2: Đánh giá mối tương quan giữa băng ghi gia tốc chuyển đổi từ băng ghi
vận tốc và băng ghi gia tốc thực: trong chương này sẽ trình bày phương pháp chuyển đổi
số liệu vận tốc sang số liệu gia tốc và so sánh đánh giá mối tương quan giữa chúng bằng
hàm Corr trong Matlab.
Chƣơng 3: Số liệu sử dụng và kết quả tính toán : Với vùng nghiên cứu là Miền
bắc Việt nam, trên cơ sở các trạm động đất trong khu vực này đã thu thập được 8 trận
động đất với 165 băng ghi cả vận tốc và gia tốc, phương pháp chuyển đổi ở chương 2 sẽ
được dùng để chuyển đổi các băng ghi vận tốc thành băng ghi gia tốc và liệt kê thành
bảng kết quả về PGA, ...
Chƣơng 4: Kiểm nghiệm đường cong tắt dần chấn động: Sử dụng kết quả PGA
tính được từ chương 3 để áp vào đường cong tắt dần chấn động của Campbell and
Bozorgnia (2008) [8] và đưa ra các kết luận minh giải.


KẾT LUẬN

Một số băng ghi vận tốc của 8 trận động đất được tiến hành chuyển đổi và tiến
hành so sánh đánh giá mối tương quan của băng ghi gia tốc chuyển đổi đó với băng ghi
gia tốc thực tại cùng một trạm, cùng một trận động đất như các cặp băng HH-HN(HL)
của trạm SLV, BGVB, DBVB, CCVB của 2 trận động đất ngày 19/7/2014 và 19/8/2014.

Kết quả so sánh đánh gia mối tương quan đạt kết quả rất tốt, cho thấy rằng có thể dùng
các băng ghi vận tốc chuyển đổi thành băng ghi gia tốc thay thế cho những vùng, nơi
thiếu số liệu gia tốc thực (điều này chỉ được thực hiện với các băng ghi vận tốc dải rộng).
Các kết quả của việc chuyển đổi các băng ghi vận tốc thành các băng ghi gia tốc
trong 8 trận động đất cho các giá trị PGA đã được áp vào đường cong tắt dần chấn động
của Campbell (2008) đạt kết quả tương đối tốt. Do vậy có thể sử dụng đường cong tắt dần
chấn động của Campbell (2008) cho khu vực miền bắc Việt nam.


Tài Liệu Tham Khảo

A. Phần Tiếng Anh
[1] Ambrasey N., P. Smith, R. Berardi, D. Rinaldis, F. Cotton and Berge -Thierry (2000):
Dissemination of European Strong - Motion Data, CD-ROM collection, European
Counsil, Environment and Climate Research Programe
[2] Ambrasey N., P. Smith, R. Berardi, D. Rinaldis, F. Cotton and Berge -Thierry
(2000): Dissemination of European Strong - Motion Data, CD-ROM collection,
European Counsil, Environment and Climate Research Programe.
[3] Bard P.Y., and J. Riepl-Thomas, (1999): Wave propagation in complex geological
structures and local effects on strong ground motion, Wave motion in earthquake
engineering, E. Kausel and G.D. Manolis Editors, WIT Press, (Chapter 2), Series
"Advances in Earthquake Engineering", ISBN 1-85312-744-2, 1999. pp. 38-95.
[4] Boore, D., and Atkinson, G., 2007, Next generation attenuation relations to be
published in Earthquake Spectra.
[5] Campbell W. Kenneth (1997), Empirical near-source attenuation relations for
horizontal and vertical components of peak ground acceleration, peak ground
velocity,and Pseudo-absolute acceleration response specta, Seism. Res. Lett.,
68(1), pp. 154-179.
[6] Cornell C. Allin (1968): Engineering seismic risk analysis, Bull. Seism. Soc. Am.,
58(5), pp. 1583-1606.

[7] Cornell Allin C, Hooshang Banon and Anthony Shakal (1979): Seismic Motion and
Response Prediction Alternatives, Earth. Eng. Struct. Dyn., 7, pp. 295-315.
[8]Campbell(2008) Boore-Atkinson NGA Ground Motion Relations for the
Geometric Mean Horizontal Component of Peak and Spectral Ground
Motion Parameters.
[9] Campbell, K., and Bozorgnia, Y., 2007, Next generation attenuation relations to be
published in Earthquake Spectra.
[10] Clark H. Fenton, Punya Charusiri and Spencer H. Wood (2003), Recent paleoseismic
investigations in Northern and Western Thailand. ANNALS OF GEOPHYSICS,
VOL. 46, N. 5, October 2003
[11] Cornell, C. A. (1968). Engineering seismic risk analysis. Bulletin of the
Seismological Society of America 58(5),1,583 –1,606.
[12] CUI Jian-wen, LI Shi-cheng, GAO Dong, ZHAO Yong-qin, BAO Yi-feng (2006).
Ground Motion Attenuation Relation in the Yunnan Area. J0URNAL OF SEISM
OL0GICAL RESEARCH, V01．29．NO．4, p386-391


[13] Felton, C.H., P. Charusiri, C. Hinthong, A. Lumjuan and B.Mangkonkarn (1997):
Late Quaternary faulting in Northern Thailand, in Proceedings of the International
Conference on Stratigraphy and Tectonic Evolution of Southeast Asia and the
South Pacific, edited by P.Dheeradilok et all (Department of Mineral Resources),
436-452
[14] Gabriel R., Toro, Norman A. Abrahamson, and John F. Schneider (1997): Model of
Strong Ground Motions from Earthquakes in Central and Eastern North America:
Best Estimates and Uncertainties, Seismological Research Letters, 68,
January/February, 1997.
[15] Institute of Engineering Mechanics, CSB, China(2002): Strong motion records.
Volumn I, II, III, IV
[16] Institute of Engineering Mechanics (China) Chinese Strong - Motion Data, CDROM collection
[17] M.D. Petersen and others, "PRELIMINARY SEISMIC HAZARD ASSESSMENT FOR

LOS-ANGELES, VENTURA, AND ORANGE COUNTIES, CALIFORNIA,
AFFECTED BY THE 17-JANUARY-1994 NORTHRIDGEEARTHQUAKE",
Bulletin of the Seismological Society of America, 86(1), 1996, pp. 247-261
[18] Mark Petersen, Stephen Harmsen, Charles Mueller, Kathleen Haller, James Dewey,
Nicolas Luco, Anthony Crone, David Lidke, and Kenneth Rukstales (2007)
Documentation for the Southeast Asia Seismic Hazard Maps. U.S. Department of
the Interior. 65 p
[19] M. Ordaz, A. Aguilar and J. Arboleda, CRISIS99: A Computer Code to Evaluate
Seismic Hazard, Eng. Inst., Nat. Autonomous Univ. of Mexico, Mexico, 1999.
[20]Nguyen, L. M., Lin , T. –L., Wu, Y. –M., Huang, B. –S., Chang, C. –H.,
Huang, W. –G., Le, T. S., Nguyen, Q. C., and Dinh, V. T.,(2012). The first
peak ground motion attenuation relationships for North of Vietnam ,
Journal of Asian Earth Sciences, 43
[21] National Geophysical Data Center (1996): Earthquake Strong Motion 3-volume
CD_ROM Collection.
[22]Nguyen Hong Phuong (2001): Probabilistic Seismic Hazard Assesment Along the
Southeastern Coast of Vietnam. Natural Hazards 24: 53-74, 2001
1.1.1.1.1
[23] Leon Reite (1990). Earthquake hazard analysis : issues and insights.
New York : Columbia University Press, c1990.


[24] Peizhen Zhang, Zhi-xian Yang, H. K. Gupta, S.C. Bhatia, Kaye M. Shedlock. Global
Seismic Hazard Assessment Program (GSHAP) in Continental Asia.
/>[25]Tran Viet Hung and Kiyomiya (2012). Ground motion attenuation relationship for
shallow strike-slip earthquakes in northern Vietnam based on strong motion
records from Japan, Vietnam and adjacent regions, Structural Eng./Earthquake
Eng., JSCE, 29: 23-39.
[26] Tapponiet P., et al, (1986). On the mechanics of collision between India and Asia.
Collision, Tectonics. Publ. 19.

[27] Schnable P.B. et. al., (1972): SHAKE: a computer program for earthquake
response analysis of horizontally layered site, Earthquake Engineering Research
Center, College of Engineering, University of California, Berkeley, California,
USA.
[28] Shunzo Okamoto (1984): Introduction to Eartquake Engineering, Universty of
Tokyo Press. p. 629
[29] Xiang, J., & Gao, D. (1994). The attenuation law of horizontal peak acceleration on
the rock site in Yunnan area. Earthquake Research in China, 8(4), 509–516.
[30]Xiang Jianguang & Gao Dong (1994): The strong ground motion records obtained in
Langcang – Genma Earthquake in 1998, China, and their application. Rept. At
International Workshop on Seismotectonics and seismic Hazard in Southeast Asia,
Hanoi.
[31] W.J. Silva, K. Lee (1987)"State-of-the-Art for Assessing Earthquake Hazards in the
United States. Report 24. WES RASCAL Code for Synthesizing Earthquake
Ground Motions",


B.

Phần Tiếng Việt

[32] Hà thị Giang (2012) luận văn thạc sỹ“ Xác định cơ cấu chấn tiêu một số trận động
đất Miền bắc Việt nam bằng số liệu địa chấn dải rộng“
[33] Nguyễn Hồng Phương (2005) Nghiên cứu khả năng rung động nền và ứng dụng
trong việc đánh giá thiệt hại do động đất gây ra đối với các vùng đô thị .
/>[34] Nguyễn Đình Xuyên, Trần Thị Mỹ Thành (1999): Tìm một công thức tính gia tốc
dao động nền trong động đất mạnh ở Việt Nam, Tạp chí Các KHTĐ , 21(3), 207213
[35] Lê Tử Sơn, Nguyễn Quốc Dũng (2002): Kết quả quan sát dao động nền đầu tiên ở
Việt Nam, Hội thảo khoa học “ Động đát và một số dạng tai biến tự nhiên khác
vùng Tây Bắc, Việt Nam”. Sơn La, 24-25.10/2002. Tr.121-131

[36] Lê Tử Sơn, chuyên đề về “dao động nền, các cơ sở dữ liệu và quan sát dao động nền
ở việt nam” (2003) báo cáo chuyên đề thuộc đề tài độc lpập cấp nhà nước” Dự báo
động đất và quan sát dao động nền” của GS.TS Nguyễn Đình Xuyên
[37] Vũ Văn Chinh (2003),“Đặc điểm dịch chuyển trong Tân kiến tạo của các đứt gãy
vòng cung á vỹ tuyến phía bắc trũng Sông Hồng, Các Khoa học về Trái đất, 25(4),

[38] TCXDVN 375-2006. Thiết kế công trình chịu động đất. Hà Nôi, 2006. 279 trang

[39] Trần Văn Tư (chủ nhiệm) (2011). Báo cáo tổng kết đề tài: “Nghiên cứu đánh giá
điều kiện địa chất công trình và dự báo khả năng xuất hiện các sự cố dọc tuyến đê
sông Hồng thuộc địa phận Hà Nội”(2011). Sở KH & CN Hà Nội.

[40] Trần Thị Mỹ Thành (2002): Đánh giá độ nguy hiểm động đất lãnh thổ Việt Nam và
lân cận. Luận án tiến sĩ vật lý, Viện Vật lý Địa cầu, TTKHTN&CNQG.