Đặc điểm hoạt động động đất khu vực Biển Đông (Luận án tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

VŨ THỊ HOÃN

ĐẶC ĐIỂM HOẠT ĐỘNG ĐỘNG ĐẤT KHU VỰC BIỂN ĐÔNG

Ngành: Kỹ thuật Địa vật lý
Mã số: 9520502

LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA VẬT LÝ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. TSKH. NGÔ THỊ LƢ
2. PGS. TS. PHAN THIÊN HƢƠNG

HÀ NỘI - 2018


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Các số liệu do tôi thu thập và xử lý, kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là
trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất cứ công trình nào khác.
Tác giả luận án

VŨ THỊ HOÃN

ii

MỤC LỤC
Lời cam đoan ...................................................................................................... i
Mục lục.............................................................................................................. ii
Danh mục các chữ viết tắt,các ký hiệu.............................................................. v
Danh mục các bảng .......................................................................................... vi
Danh mục các hình vẽ, đồ thị .......................................................................... vii
Lời cảm ơn ........................................................................................................ x
MỞ ĐẦU........................................................................................................... 1
Chƣơng1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỘNG ĐẤT
KHU VỰC BIỂN ĐÔNG VÀ LÂN CẬN ........................................................ 7
1.1. Đặc điểm kiến tạo - địa động lực hiện đại khu vực Biển Đông và kế cận. 7

1.2. Tình hình nghiên cứu đặc điểm hoạt động động đất khu vực Biển Đông 15
1.2.1. Vài nét về việc thành lập danh mục động đất ................................... 15
1.2.2. Tình hình nghiên cứu về đặc điểm hoạt động động đất khu vực Biển
Đông ............................................................................................................ 24

1.2.3. Tình hình nghiên cứu dự báo độ lớn động đất cực đại khu vực Biển
Đông ............................................................................................................ 29

KẾT LUẬN CHƢƠNG 1................................................................................ 32
Chƣơng 2: PHẠM VI KHU VỰC NGHIÊN CỨU, SỐ LIỆU SỬ DỤNG VÀ
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................... 33

2.1. Phạm vi khu vực nghiên cứu.................................................................... 33
2.2. Số liệu sử dụng......................................................................................... 35
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu.......................................................................... 37

2.3.1. Phƣơng pháp so sánh, đối chiếu ....................................................... 37
2.3.2. Phƣơng pháp phân tích hồi quy ........................................................ 37
2.3.3. Phƣơng pháp cửa sổ không gian - thời gian ..................................... 39
2.3.4. Phƣơng pháp phân bố cực trị tổng quát ............................................ 40


iii

KẾT LUẬN CHƢƠNG 2................................................................................ 44
Chƣơng 3: THÀNH LẬP DANH MỤC ĐỘNG ĐẤT THỐNG NHẤT KHU

VỰC BIỂN ĐÔNG VÀ LÂN CẬN................................................................ 45
3.1. Phân tích và chỉnh lý số liệu phục vụ nghiên cứu.................................... 45
3.2. Xây dựng các hàm tƣơng quan giữa các loại magnitude ......................... 45
3.2.1. Hàm tƣơng quan Mw = f(Ms) ............................................................ 45
3.2.2. Hàm tƣơng quan Mw = f(Mb) ............................................................ 45
3.2.3. Hàm tƣơng quan Mw = f(ML)............................................................ 50

3.3. Tách các nhóm tiền chấn - dƣ chấn khỏi danh mục động đất.................. 52
3.4. Thành lập danh mục động đất thống nhất khu vực Biển Đông ............... 53
KẾT LUẬN CHƢƠNG 3................................................................................ 54
Chƣơng 4: ĐẶC ĐIỂM HOẠT ĐỘNG ĐỘNG ĐẤT KHU VỰC BIỂN
ĐÔNG ............................................................................................................. 55
4.1. Đặc điểm hoạt động động đất khu vực Biển Đông .................................. 55

4.1.1. Bản đồ chấn tâm động đất khu vực Biển Đông ............................... 55
4.1.2. Đồ thị lặp lại động đất khu vực Biển Đông ...................................... 56
4.1.3. Phân bố động đất theo độ sâu chấn tiêu............................................ 58
4.1.4. Tiến trình thời gian - phân bố động đất theo năm............................. 59
4.1.5. Phân bố động đất cực đại theo thời gian........................................... 62

4.2. Nghiên cứu chi tiết một số trận động đất mạnh khu vực Biển Đông ...... 65
4.2.1. Trận động đất số 1 ngày 21/01/2007 tại Molucca, Indonesia M7.5. 67
4.2.2. Trận động đất số 2 ngày 12/09/2007 tại Southern Sumatra, Indonesia
M8.5. ........................................................................................................... 71
4.2.3. Trận động đất số 3 ngày 11/02/2009 tại Kepulauan Talaud, Indonesia
ngày 11/02/2009 với M7.1.......................................................................... 74
4.2.4. Trận động đất số 4 ngày 31/08/ 2012 tại Sulangan, Philippines với
magnitude M7.6. ......................................................................................... 74


iv

4.2.5. Trận động đất số 5 ngày 15/10/2013 tại Balilihan, Philippines
với magnitude M7.1. .................................................................................. 80
4.2.6. Trận động đất số 6 ngày 15/11/2014 tại Balilihan, Philippines
với magnitude M7.1. ................................................................................... 83
4.3. Đánh giá độ lớn động đất cực đại khu vực nghiên cứu. .......................... 86
4.3.1. Đánh giá độ lớnđộng đất cực đại cho khu vực Biển Đông ............... 86
4.3.2. Đánh giá độ lớnđộng đất cực đại cho vùng Philippine..................... 91

Thảo luận......................................................................................................... 93
KẾT LUẬN CHƢƠNG 4................................................................................ 94
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 96
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ............................................... 98
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 99
PHỤ LỤC ...................................................................................................... 112


v

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU
BĐ: Biển Đông
DC: Dƣ chấn; DMĐĐ: Danh mục động đất
ĐNA: Đông Nam Á
CCCT: Cơ cấu chấn tiêu

GEV: Generalized Extreme Value distribution (Phân bố cực trị tổng quát)
GPS:Global Positioning System (Hệ thống Định vị Toàn cầu)
ISC: International Seismological Centre (Trung tâm địa chấn quốc tế)
KĐC: Kích động chính

mB: Magnitude theo sóng khối chu kì dài
mb: Magnitude theo sóng khối chu kì ngắn
Mb: Magnitude theo sóng khối nói chung
Mmax: Moment magnitude cực đại
ML: Magnitude địa phƣơng
MS: Magnitude theo sóng mặt
Mw: Magnitude moment
NCS: Nghiên cứu sinh
nnk hoặc et al: Những ngƣời khác
RIMES: Regional Integrated Multi-Hazard Early Warning System for Africa
and Asia (Hệ thống cảnh báo sớm đa tích hợp khu vực châu Phi và châu Á)
TC: Tiền chấn
USGS: United State Geological Survey (Cục khảo sát địa chất Hoa Kỳ)
φ: Vĩ độ
: Kinh độ

NCS: Nghiên cứu sinh

vi

DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên bảng

Trang

Bảng 2.1: Giới hạn khu vực Biển Đông theo Tổ chức Thủy văn

Quốc tế.

33

Bảng 3.1: Các giá trị R1a , R1b và R1 tƣơng ứng với các giá trị

MS*.

47

Bảng 3.2: Tổng bình phƣơng sai số của các hàm Mw = f(MS) .

47

Bảng 3.3: Tổng bình phƣơng sai số của các hàm Mw = f(Mb) .

50

Bảng 3.4: Các giá trị cửa sổ không gian – thời gian dùng trong luận
án.

53

Bảng 4.1: Phân bố số lƣợng động đất theo magnitude.

55

Bảng 4.2: Phân bố động đất khu vực Biển Đông theo độ sâu chấn

tiêu.
Bảng 4.3: Danh mục các trận động đất mạnh nhất khu vực Biển
Đông giai đoạn 1900-2017.

56
58

Bảng 4.4: Phân bố số lƣợng động đất khu vực Biển Đông theo thời
gian (3 ≤ Mw ≤ 8,5).

60

Bảng 4.5: Phân bố magnitude động đất cực đại theo năm

62

Bảng 4.6a: Các tham số cơ bản của 6 trận động đất mạnh.

66

Bảng 4.6b: Các đặc điểm cơ bản của các nhóm TC-DC kèm theo
các KĐC.

67

Bảng 4.7: Giá trị các tham số T, λT, 1/ λT phục vụ tính Mmax.

89

Bảng 4.8: Các giá trị Q0,8() tƣơng ứng với các giá trị khác nhau.

91


vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Tên hình
Hình 1.1: Sơ đồ địa địa động lực hiện đại Đông Nam Á (Ngô Thị Lƣ,

Rogozhin E.A, 2008b).
Hình 1.2: Đặc điểm phân bố ứng suất kiến tạo khu vực Biển Đông và

lân cận (Nguyễn Văn Lƣơng và Cao Đình Triều, 2014).
Hình 1.3: Sơ đồ vận tốc chuyển dịch tuyệt đối trong IGS05 của các

trạm GPS trên Biển Đông (Phan Trọng Trịnh và nnk, 2011).
Hình 1.4: Bản đồ các hệ đứt gãy hoạt động trên Biển Đông và kế cận
(Bùi Công Quế chủ biên, 2010).
Hình 1.5: Sơ đồ các vùng nguồn động đất có khả năng gây sóng thần
trên Biển Đông (Nguyễn Hồng Phƣơng và nnk, 2012).

Trang
8

10

12

14

26

Hình 1.6: Tính địa chấn khu vực Biển Đông và lân cận (Xu,2014).

26

Hình 2.1: Giới hạn khu vực Biển Đông theo Tổ chức Thủy văn Quốc tế.

34

Hình 2.2: Phạm vi khu vực Biển Đông và lân cận.

36

Hình 3.1: Các đồ thị hàm số Mw = f(Ms) bậc nhất và bậc hai.

48

Hình 3.2: Các đồ thị hàm số Mw = f(Ms) với giá trị Ms* = 5.7.

48

Hình 3.3: Các đồ thị hàm số Mw = f(Ms) bậc nhất và bậc hai.

49

Hình 3.4: Các đồ thị hàm số Mw = f(Mb) bậc nhất và bậc hai.

50

Hình 3.5: Các đồ thị hàm số Mw = f(ML) bậc nhất và bậc hai.

51

Hình 3.6: Các đồ thị hàm số Mw =f(ML) bậc nhất và bậc hai theo
phân đoạn magnitude.

52

Hình 4.1: Đồ thị lặp lại động đất khu vực Biển Đông (1900 - 2017).

56

Hình 4.2. Phân bố số lƣợng động đất theo độ sâu chấn tiêu

57

Hình 4.3. Bản đồ chấn tâm động đất khu vực Biển Đông giai đoạn
1900 - 2017 (Mw ≥ 5.0).

59

viii

Hình 4.4. Tiến trình thời gian hoạt đông động đất khu vực Biển Đông
giai đoạn 1990 - 2017.

Hình 4.5. Phân bố magnitude động đất cực đại theo năm.
Hình 4.6: Sơ đồ chấn tâm của 6 trận động đất dùng để nghiên cứu chi

tiết động đất mạnh.

62
64
67

Hình 4.6a: Phân bố chấn tâm động đất số 1 và các DC của chúng.

69

Hình 4.6b: Mặt cắt độ sâu chấn tiêu các DC trận động đất số 1.

69

Hình 4.6c: Phân bố chấn tiêu động đất số 1 và các DC của chúng
trong không gian.

70

Hình 4.6d: Cơ cấu chấn tiêu động đất số 1 và các DC của nó.

70

Hình 4.7a: Phân bố chấn tâm động đất số 2 và các TC-DC của nó.

72

Hình 4.7b: Mặt cắt độ sâu chấn tiêu các TC-DC trận động đất số 2

72

Hình 4.7c: Phân bố chấn tiêu động đất số 2 và các TC-DC của nó
trong không gian.
Hình 4.7d: Cơ cấu chấn tiêu động đất số 2 và các TC-DC của nó.
Hình 4.7d’: Sơ đồ đứt gãy khu vực xung quanh động đất số 2 phía

Nam Sumatra, Indonesia M8.5 ngày 12 - 09 - 2007 (theo USGS).

73
73
73

Hình 4.8a: Phân bố chấn tâm động đất số 3 và các TC-DC của nó.

75

Hình 4.8b: Mặt cắt độ sâu chấn tiêu các TC và DC trận động đất số 3.

75

Hình 4.8c: Phân bố chấn tiêu động đất số 3 và các TC-DC của nó
trong không gian.
Hình 4.8d: Cơ cấu chấn tiêu động đất số 3 và các TC-DC của nó.
Hình 4.8e: Sơ đồ hệ thống đứt gãy xung quan chấn tâm động đất

M72 tại Talaud, Indonesia (Nguồn USGS).

76
76
77

Hình 4.9a: Phân bố chấn tâm động đất số 4 và các TC-DC của nó.

78

Hình 4.9b: Mặt cắt độ sâu chấn tiêu các DC trận động đất số 4.

78


ix

Hình 4.9c: Phân bố chấn tiêu động đất số 4 và các TC-DC của nó
trong không gian.

79

Hình 4.9d: Cơ cấu chấn tiêu động đất số 4 và các TC-DC của nó.

79

Hình 4.9d’: Đứt gãy trong khu vực lân cận trận động đất số 4

79

Hình 4.10a: Phân bố chấn tâm động đất số 5 và các DC của nó.

79

Hình 4.10b: Mặt cắt độ sâu chấn tiêu các DC trận động đất số 5.

81

Hình 4.10c: Phân bố chấn tiêu động đất số 5 và các DC của nó trong
không gian.

81

Hình 4.10d: Cơ cấu chấn tiêu động đất số 5 và các DC của nó.

82

Hình 4.11a: Phân bố chấn tâm động đất số 6 và các TC-DC của nó.

84

Hình 4.11b: Mặt cắt độ sâu chấn tiêu các TC-DC trận động đất số 6.

84

Hình 4.11c: Phân bố chấn tiêu động đất số 6 và các TC-DC của nó
trong không gian.

85

Hình 4.11d: Cơ cấu chấn tiêu động đất số 6 và các TC-DC của nó.

85

Hình 4.12: Đồ thị hàm (T) với magnitude ngƣỡng M* =5.0

88

Hình 4.13. Đồ thị hàm Qq() với q = 0,8 theo số liệu từ DMĐĐ khu

vực Biển Đông (M ≥ 5,0) giai đoạn 1917 - 2017.

90


x

LỜI CẢM ƠN
Luận án này đƣợc hoàn thành tại Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất, dƣới
sự hƣớng dẫn của TSKH Ngô Thị Lƣ và PGS. TS Phan Thiên Hƣơng. Tác
giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các giáo viên hƣớng dẫn, đặc biệt là
TSKH Ngô Thị Lƣ đã trực tiếp định hƣớng, chỉ dạy tận tình và liên tục động
viên, khích lệ nghiên cứu sinh trong suốt quá trình hoàn thành luận án. Tác
giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình và những góp ý quý báu từ
GS TS Phan Trọng Trịnh, GS TSKH Mai Thanh Tân, PGS TS Nguyễn Hồng

Phƣơng, PGS TS Cao Đình Triều, TS Nguyễn Văn Dƣơng. Tôi cũng xin chân

thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Vật lý Địa cầu, đặc biệt là TS Nguyễn Xuân
Anh - Viện trƣởng, đã quan tâm và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn
thành luận án này. Tác giả xin cảm ơn các đồng nghiệp Viện Vật lý Địa cầu,
đặc biệt là các đồng nghiệp phòng Vật lý kiến tạo đã giúp đỡ nhiệt tình, thiết

thực cho tôi trong quá trình thực hiện các nhiệm vụ cụ thể của luận án. Đồng
thời, nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn bộ môn Địa vật lý, Khoa Dầu khí,
Trƣờng ĐH Mỏ - Địa chất và phòng Sau đại học của nhà trƣờng đã luôn ủng hộ

và tạo mọi điều kiện cho nghiên cứu sinh trong thời gian học tập tại trƣờng.
Nhân đây, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thành viên trong
gia đình đã luôn ủng hộ, động viên, hỗ trợ và tạo điều kiện thuận lợi nhất cho

tôi hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn!


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong quan hệ về địa chấn kiến tạo và địa động lực, Biển Đông tham gia
vào thành phần của Đông Nam Á. Lãnh thổ Đông Nam Á nằm trên ranh giới
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: Vành đai động đất Thái
Bình Dƣơng và vành đai Địa Trung Hải - Hymalaya. Vì vậy, Đông Nam Á nói

chung và khu vực Biển Đông nói riêng cũng ít nhiều chịu ảnh hƣởng hoạt

động kiến tạo của hai vành đai này. Khu vực Biển Đông là vùng chuyển tiếp

giữa mảng biển Philippine ở phía đông, mảng Âu-Á ở phía tây và mảng
Australia ở phía đông nam. Sự dịch chuyển của các mảng này với vận tốc
khác nhau làm cho khu vực Biển Đông luôn có nguy cơ động đất và sóng
thần cao.
Việt Nam có hơn 3260 km bờ biển. Biển Việt Nam có diện tích khoảng
trên một triệu km2, gấp 3 lần diện tích đất liền, chiếm gần 30% diện tích
Biển Đông (Biển Đông). Chúng ta đã và đang đƣợc hƣởng rất nhiều nguồn
lợi từ Biển Đông. Tuy nhiên, chúng ta cũng phải đối mặt với những bất cập
từ Biển Đông, mà một trong số đó là nguy cơ động đất - sóng thần cao nhƣ

nêu trên.
Để cảnh báo nguy hiểm động đất, sóng thần thì việc tối quan trọng là

nghiên cứu đánh giá độ lớn động đất cực đại (Mmax). Một mặt, độ lớn động
đất cực đại phụ thuộc vào trạng thái và khả năng tích lũy ứng suất tối đa

của môi trƣờng vật chất quanh khu vực mà động đất xảy ra. Tuy nhiên, rất
khó khăn và tốn kém để đánh giá Mmax dựa vào các yếu tố này, và càng khó
để xác định khi nào thì ứng suất tích lũy đƣợc giải phóng, đặc biệt là những

trận động đất ngoài khơi. Mặt khác, giá trị Mmax của một khu vực có thể
đƣợc đánh giá thông qua các đặc điểm hoạt động động đất của khu vực đó
nói chung và đặc trƣng của những trận động đất mạnh đã từng xảy ra trƣớc
đó, nói riêng nếu coi các trận động đất là những sự kiện độc lập ngẫu nhiên.


Luận án đầy đủ ở file: Luận án Full