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

53
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).

Bảng 4.5: Phân bố magnitude động đất cực đại theo năm
Bảng 4.6a: Các tham số cơ bản của 6 trận động đất mạnh.

60
62
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.


2

Cách đánh giá này rất phổ biến do tính hiệu quả và khả thi của nó. Với cách
này, chúng ta cần thành lập một danh mục các trận động đất, xem xét tính
quy luật của các trận động đất đó, chọn và áp dụng một phƣơng pháp toán
để đánh giá Mmax.
Các nghiên cứu về đặc điểm hoạt động động đất và đánh giá magnitude
động đất cực đại khu vực Biển Đông đã đƣợc tiến hành bởi rất nhiều tác giả
khác nhau với các nội dung, phƣơng pháp nghiên cứu, số liệu sử dụng và cả
giới hạn khu vực nghiên cứu khác nhau. Các kết quả nghiên cứu nhận đƣợc
cũng rất phong phú và đa dạng. Nhìn chung các nghiên cứu về hoạt động

động đất khu vực Biển Đông đều chỉ ra rằng khu vực này tiềm ẩn khả năng
phát sinh động đất mạnh ở phía Đông của Biển Đông dọc đới Manila
Trench. Tuy nhiên, do phần lớn các nghiên cứu nêu trên đều hoặc còn sử
dụng cả số liệu lịch sử và số liệu máy với chu kỳ số liệu không đủ dài, hoặc
sử dụng số liệu địa chấn từ các nguồn khác nhau mà chƣa có sự thống nhất
độ lớn động đất về một thang duy nhất. Điều này chắc chắn ảnh hƣởng đến
độ tin cậy của các kết quả nghiên cứu.
Nghiên cứu đánh giá magnitude động đất cực đại Mmax thì chủ yếu là các
phƣơng pháp xác suất hoặc phƣơng pháp địa chất kiến tạo. Các phƣơng pháp
xác suất đã đƣợc sử dụng để đánh giá magnitude động đất cực đại khu vực
Biển Đông trong các nghiên cứu trƣớc đây thì có nhƣợc điểm chung là không
xác định đƣợc mốc thời gian dự báo. Nhƣợc điểm này sẽ đƣợc khắc phục khi
sử dụng phƣơng pháp phân bố cực trị tổng quát (GEV). Còn các phƣơng pháp
địa chất kiến tạo thì đánh giá Mmax thông qua các biến trung gian nhƣ mặt đứt
gãy, chiều dài đứt gãy dựa trên những giả định ban đầu cố định cho các vùng
nguồn (mặt đứt gãy là hình chữ nhật có chiều dài gấp đôi chiều rộng….), mà
kết quả thực địa nhiều khi chƣa phản ánh đầy đủ và chính xác về các tham số
này. Những yếu tố này chắc chắn ảnh hƣởng tới độ chính xác của các kết quả
nghiên cứu.
Do đó, nghiên cứu đặc điểm hoạt động động đất và đánh giá


3

magnitude động đất cực đại khu vực Biển Đông là nhiệm vụ vô cùng quan
trọng,có tính cấp thiết và có ý nghĩa khoa học, thực tiễn trong việc đánh giá
độ nguy hiểm, dự báo động đất, sóng thần khu vực Biển Đông. Đặc biệt,
nghiên cứu đặc điểm hoạt động động đất khu vực Biển Đông trên cơ sở sử
dụng các số liệu địa chấn hoàn toàn là số liệu ghi nhận đƣợc bằng máy, với
việc thống nhất hóa số liệu từ các nguồn khác nhau về một thang

magnitude momen duy nhất chắc chắn sẽ cho kết quả với độ tin cậy cao
hơn. Đồng thời, việc đánh giá magnitude động đất cực đại khu vực Biển
Đông trên cơ sở các số liệu nhƣ vậy bằng phƣơng pháp phân bố các cực trị
tổng quát (GEV) với việc chỉ ra các mốc thời gian cụ thể cũng chắc chắn sẽ
khắc phục đƣợc nhƣợc điểm chung của các phƣơng pháp xác suất đã đƣợc
sử dụng trƣớc đây.
Từ những lý do trên, nghiên cứu sinh chọn đề tài “Đặc điểm hoạt động
động đất khu vực Biển Đông”. Đề tài nàyđƣợc thực hiện trên cơ sở thành
lập các danh mục động đất mới và thống nhất (danh mục động đất độc lập
và danh mục các nhóm tiền chấn(TC), dƣ chấn (DC) của các trận động đất
mạnh). Danh mục các trận động đất độc lập sẽ đƣợc dùng để nghiên cứu
đặc điểm hoạt động động đất và đánh giá độ lớn động đất cực đại khu vực
Biển Đông bằng phƣơng pháp GEV nhằm kiểm tra và so sánh các kết quả
đánh giá Mmax cũng nhƣ đánh giá tính khả thi của phƣơng pháp này. Còn
danh mục các nhóm TC - DC sẽ đƣợc dùng để nghiên cứu chi tiết diễn biến
không gian thời gian và quá trình phát triển trong vùng nguồn của các trận
động đất mạnh.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Làm sáng tỏ các đặc điểm hoạt động động đất khu vực Biển Đông và
đánh giá magnitude động đất cực đại khu vực Biển Đông nói chung, nghiên
cứu chi tiết một số trận động đất mạnh nói riêng trên cơ sở danh mục động
đấtmới và thống nhất cho khu vực Biển Đông.
3. Nhiệm vụ của luận án


4

Đề tài tập trung vào bốn nhiệm vụ chính nhƣ sau:
- Thành lập danh mục động đấtthống nhất khu vực nghiên cứu.
- Phân tích các đặc điểm hoạt động động đất khu vực Biển Đông bằng

cách xem xét phân bố chấn tâm động đất trong không gian, phân bố động
đất cực đại theo thời gian, tần suất xuất hiện động đất, mức đại diện của
động đất, tiến trình thời gian động đất.
- Nghiên cứu chi tiết và làm sáng tỏ quá trình trong vùng nguồn một
số trận động đất mạnh thuộc khu vực Biển Đông.
- Đánh giá Mmax cho khu vực Biển Đông bằng phƣơng pháp phân bố
cực trị tổng quát. Trên cơ sở các kết quả này, tiến hành so sánh với các kết
quả từ các công bố trƣớc đây để kiểm tra tính phù hợp của phƣơng pháp
phân bố cực trị tổng quát.
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tƣợng nghiên cứu: Đặc điểm hoạt động động đất và khả năng
phát sinh động đất cực đại.
- Phạm vi nghiên cứu:
+ Phạm vi thu thập số liệu:  = 11,20S - 35,5°N;  = 92,5°E - 1320E.
+ Phạm vi khu vực Biển Đông:  = 50S - 30°N;  = 100°E - 1270E.
5. Điểm mới của luận án
- Thành lập đƣợc danh mục động đấtmới và thống nhất cho khu vực
Biển Đông giai đoạn 1900 - 2017 với magnitude 3 ≤ Mw≤ 8,5.
- Làm sáng tỏ quá trình trong vùng nguồn của 6 trận động đất mạnh
trên cơ sở xem xét phân bố không gian, thời gian của các đám mây dƣ chấn
của chúng. Khẳng định đƣợc sự tồn tại của một đứt gãy giả định, phác thảo
đƣợc ba đoạn đứt gãy giả định khác.
- Đã đánh giá trị magnitude động đất cực đại khu vực Biển Đông trên
cơ sở áp dụng quy luật phân bố cực trị tổng quát (GEV) là Mw= 8.7 trong
vòng 100 năm kể từ năm 2017 với xác suất 0.8.
6. Luận điểm bảo vệ


5

- Luận điểm 1: Tính mới và tính thống nhất củadanh mục động đất
khu vực Biển Đôngđƣợc thành lập trên cơ sở quy chuẩn độ lớn động đất về
một thang magnitude mômenMwduy nhấtgiai đoạn 1900 - 2017 (3 ≤ Mw≤
8,5).Trên cơ sở danh mục nhận đƣợc, tính địa chấn khu vực Biển Đông
đƣợc làm sáng tỏ với các đặc trƣng:Mức đại diện động đất Mw=4,7;Phần
lớn các trận động đất xảy ra ở trong lớp vỏ Trái đất với độ sâu dƣới
75km;Chu kỳ lặp lại động đất mức M max 7,5 trong khu vực nghiên cứu là
3-5 năm.
- Luận điểm 2: Giá trị độ lớn động đất cực đại khu vực Biển
Đôngtheo phƣơng pháp cực trị tổng quátlà Mw= 8,7 trong vòng 100 năm kể
từ năm 2017 với xác suất 0,8.Đây là thông số đầu vào quan trọng trong
đánh giá nguy hiểm sóng thần khu vực Biển Đông. Kết quả này tƣơng đồng
với các kết quả nghiên cứu trƣớc đây nhƣng khác căn bản bởi thời gian dự
báo xác định.
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ý nghĩa khoa học
Danh mục động đấtkhu vực Biển Đông đƣợc thành lập trong luận án
mang tính khoa học và cập nhật số liệu đến hết năm 2017 sẽ là cơ sở dữ
liệu quan trọng phục vụ cho nhiều nghiên cứu khác nhau nhƣ phân vùng
động đất, đánh giá nguy hiểm động đất, sóng thần,..v.v.
Các kết quả nghiên cứu một mặt đã làm sáng tỏ đặc điểm hoạt động
động đất khu vực Biển Đông, mặt khác, chúng là tài liệu tham khảo quan
trọng cho nhiều nghiên cứu khác nhau trong các lĩnh vực khoa học Trái đất,
xây dựng, giao thông, quốc phòng.
Kết quả đánh giá, dự báo Mmax bằng phƣơng pháp cực trị tổng quát
không những cho thấy khu vực Biển Đông tiềm ẩn nguy cơ phát sinh động
đất mạnh M 8,7 mà còn khẳng định tính khả thi của phƣơng pháp này nói
chung, đối với khu vực Biển Đông nói riêng.
Ý nghĩa thực tiễn

6

Kết quả dự báo Mmax trong tƣơng lai có ý nghĩa quan trọng để định
hƣớng việc lựa chọn độ lớn cực đại đầu vào cho các mô hình cảnh báo sóng
thần hiện có. Đồng thời đây là cơ sở khoa học cho các cơ quan chức năng
quy hoạch các công trình trên biển và ven biển đảm bảo an toàn và hiệu
quả.
Việc vạch ra đƣợc các đoạn đứt gãy giả định và khẳng định đƣợc một đứt
gãy giả định là đứt gãy hoạt động có ý nghĩa thực tiễn trong khoa học địa chất.
8. Cấu trúc của luận án
Luận án gồm phần mở đầu, 4 chƣơng, kết luận, kiến nghị, danh mục tài
liệu tham khảo và phụ lục. Toàn bộ luận án đƣợc trình bày trong 114 trang
giấy khổ A4 với 49 hình vẽ và 14 bảng. Các chƣơng trong luận án:
- Chƣơng 1: Giới thiệu tổng quan về các nghiên cứu đặc điểm hoạt
động động đất, dự báo động đất, các thành tựu đã đạt đƣợc cùng với những
hạn chế. Làm rõ tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu.
- Chƣơng 2: Bao gồm hai nội dung, một là trình bày về các nguồn số
liệu động đất đƣợc thu thập, hai là trình bày các phƣơng pháp để thu thập,
xử lý số liệu động đất, phƣơng pháp cửa sổ không thời gian để tách TC DC, các phƣơng pháp thống kê để đánh giá tính địa chấn và phƣơng pháp
GEV dự báo độ lớn động đất cực đại.
- Chƣơng 3: Dành cho việc thành lập danh mục động đất
(DMĐĐ)thống nhất khu vực Biển Đông trên cơ sở thiết lập các hàm tƣơng
quan giữa các loại magnitude khác nhau để thống nhất magnitude động đất
về một thang độ lớn moment duy nhất (Mw). Để đảm bảo tính độc lập của
các sự kiện, đã tiến hành tách các nhóm TC, DC bằng phƣơng pháp cửa sổ
không gian thời gian.
- Chƣơng 4: Làm sáng tỏ đặc điểm hoạt động động đất khu vực Biển
Đông trên cơ sở xem xét phân bố chấn tâm động đất trong không gian,
phân bố động đất cực đại theo thời gian, tần suất xuất hiện động đất, mức

7

đại diện của động đất, tiến trình thời gian động đất. Trên cơ sở phân tích
diễn biến không gian, thời gian của các loạt TC, DC từ 6 trận động đất
mạnh khu vực Biển Đông làm sáng tỏ quá trình phát triển trong vùng
nguồn của chúng. Trên cơ sở áp dụng phƣơng pháp GEV cho tập số liệu từ
DMĐĐ thống nhất, đã tiến hành đánh giá độ lớn động đất cực đại khu vực
Biển Đông nói chung, cho vùng Philippine nói riêng và kiểm tra tính phù
hợp của phƣơng pháp phân bố cực trị tổng quát trên cơ sở so sánh các kết
quả nhận đƣợc với các kết quả từ các công bố trƣớc đây.


8

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỘNG ĐẤT
KHU VỰC BIỂN ĐÔNG VÀ LÂN CẬN
Hoạt động kiến tạo địa động lực hiện đại là một trong các nguyên nhân
chính gây ra động đất. Vì vậy, để nghiên cứu tính địa chấn và đánh giá độ
lớn động đất cực đại cho một khu vực bất kì cần phải đánh giá sơ bộ các
đặc điểm kiến tạo địa động lực hiện đại khu vực đó.
1.1. Đặc điểm kiến tạo - địa động lực hiện đại khu vực Biển Đông và
kế cận
Động đất thƣờng là kết quả của sự giải phóng đột ngột năng lƣợng
trong vỏ trái đất. Năng lƣợng này đƣợc tích lũy từ những hoạt động kiến
tạo địa động lực hiện đại không chỉ trong khu vực nghiên cứu mà còn cả
những vùng lân cận. Do vậy khi nghiên cứu đặc điểm hoạt động động đất
khu vực Biển Đông (BĐ) cần xem xét khu vực này trong bình đồ kiến trúc

hiện đại của khu vực rộng hơn, khu vực Đông Nam Á. Đông Nam Á
(ĐNA) đƣợc đánh giá là nơi có các hoạt động kiến tạo, địa động lực mạnh,
đa dạng, phức tạp (Nguyễn Kim Lạp, 1983, 1986; Hayes D. E, 1980;
Taylor B. and Hayes D. E, 1980; Xia K. and Huang C., 1994; Ngo Thi Lu,
2003; Ngô Thị Lƣ, Rogozhin E.A, 2008a, 2008b; Cao Đình Triều và nnk,
2009a, 2009b; Phan Trọng Trịnh 2010b; Lê Huy Minh và nnk, 2014).
Trên cơ sở phân tích tính địa chấn và các hoạt động kiến tạo địa động
lực hiện đại, các tác giả Ngô Thị Lƣ và Rogozhin E.A đã thành lập sơ đồ
địa động lực hiện đại khu vực ĐNA (hình 1.1). Trong công trình này, khu
vực ĐNA đƣợc chia thành 6 khối: I. Tibet-Hymalaya, II. Đông nam Trung
Quốc, III. Đông Dƣơng, IV-Biển Nam Trung Quốc, V- Thềm Sunda, VI.
Kalimantan-Java. Sự dịch chuyển tƣơng đối của các khối này khá đa dạng
cả về hƣớng và độ lớn. Điểm đáng chú ý trong công trình này là các tác giả
đã xây dựng sơ đồ phân bố chấn tâm các trận động đất mạnh và diễn biến


9

không gian-thời gian của quá trình DC chính động đất Sumatra ngày
26.12.2004 để xác định đƣợc hƣớng phát triển ứng suất của các khối mảng.

Hình 1.1: Sơ đồ địa động lực hiện đại Đông Nam Á
(Ngô Thị Lư, Rogozhin E.A, 2008b).
Chú thích cho hình 1.1:
1-Chấn tâm các trận động đất mạnh và số thứ tự của chúng: a- thiếu lời


10

giải cơ cấu chấn tiêu, b- với lời giải cơ cấu chấn tiêu (vùng gạch-vùng sóng

nén); 2, 3- kích thƣớc và hình dạng của vùng chấn tiêu động đất với hƣớng
phân bố đám mây tiền chấn và dƣ chấn: 2- theo không gian, 3- theo tiến
trình thời gian; 4, 5- các đứt gãy chính, hoạt động trong Kainozoi muộn: 4Dịch chuyển ngang (a-Đới Benhiop, b- sụt lún khác); 6- các cấu trúc giãn:
a- Rãnh sâu ven biển, b- Bể trầm tích trong giới hạn lục địa và thềm lục
địa; 7- Vành đai hố nƣớc sâu ven bờ biển; 8, 9- Các vec tơ dịch chuyển: 8của mảng thạch quyển chính, 9- của các khối phần đông nam mảng Âu-Á.
Các mảng chính đƣợc ký hiệu bằng các chữ: EU- Âu-Á, IN- Ấn-Úc, P-Thái
Bình Dƣơng, PH-các vi mảng Phillipine. Các chữ số La Mã ký hiệu cho
các khối: I. Tibet-Hymalaya, II.Đông nam Trung Quốc, III. Đông Dƣơng,
IV-Biển Nam Trung Quốc, V- Thềm Sunda, VI. Kalimantan-Java. Các số
trong các ô vuông ký hiệu cho các đứt gãy: 1-Sụt lún tiếp giáp chính, 2Siaoiang, 3- Phancheng-Línan, 4- Đông Giang-Chingiangpy, 5- Sông
Hồng, 6- Sagaing, 7- Xuyên Đông Dƣơng, 8- Phillipine, 9- HainanhNatuna, 10- Tuyến Lupar, 11- Sorong, 12- Semanko, 13- Sulavesi Palavan.
Trên hình 1.1 cũng cho thấy BĐ là phần trung tâm của ĐNA do đó BĐ
chịu tác động kiến tạo nhiều chiều và các bối cảnh địa động lực phức tạp
trong không gian và theo thời gian. Một mặt BĐ thuộc phần rìa Đông Nam
của mảng thạch quyển lục địa Âu - Á, nơi có sự giáp nối và cùng tác động
của các mảng thạch quyển Thái Bình Dƣơng và mảng Ấn - Úc. Mặt khác,
nó nằm trong đai động Tây Thái Bình Dƣơng, nơi đã và đang xảy ra quá
trình tiêu biến của vỏ đại dƣơng dƣới gầm lục địa Âu - Á (Lê Duy Bách,
2013).
Đặc trƣng động học của khu vực BĐ và kế cận đƣợc các tác giả
Nguyễn Văn Lƣơng và Cao Đình Triều nghiên cứu thông qua việc phân
tích số liệu cơ cấu chấn tiêu của 20 trận động đất 3.6 ≤ M ≤ 6.8 giai đoạn
1903 - 2006. Các hình thái phân bố ứng suất kiến tạo trong khu vực này


11

đƣợc thể hiện nhƣ hình 1.2 (Nguyễn Văn Lƣơng và Cao Đình Triều, 2014).

Hình 1.2: Đặc điểm phân bố ứng suất kiến tạo khu vực Biển Đông và

lân cận (Nguyễn Văn Lương và Cao Đình Triều, 2014).
Gần đây, sự phát triển bùng nổ của công nghệ viễn thám đã tạo cho các
nhà khoa học một công cụ hữu dụng để nghiên cứu sự dịch chuyển và biến
dạng vỏ trái đất. Trên cơ sở sử dụng các số liệu đo lặp lƣới GPS (Hệ thống
Định vị Toàn cầu-Global Positioning System) trong thời gian 4/20074/2010 và 2012-2013, các tác giả đã nhận đƣợc các kết quả tính toán với sai
số nhỏ và cho phép đánh giá biến dạng khu vực Biển Đông Việt Nam với


12

một số đặc trƣng chính (Phan Trọng Trịnh và nnk, 2010a, 2010b, 2011,
2012; Lê Huy Minh và nnk, 2014) (hình 1.3):
- Biến dạng của khu vực BĐ chịu sự chi phối chủ yếu do sự đụng độ
giữa mảng Ấn Úc và mảng Âu Á với tốc độ biến đổi 2-15 nm/năm.
- Phía Bắc BĐ đang đóng lại theo phƣơng Tây Tây Bắc-Đông Đông
Nam với tốc độ cỡ 77mm/năm. Mảng Bắc BĐ cắm dƣới Philippine tại
trũng Manila về phía Đông-Đông Nam với tốc độ dịch chuyển không đều
30-39 mm/năm về phía Đông và 8-11 mm/năm về phía Nam.
- Phía Nam BĐ có tốc độ biến đổi nhỏ hơn phía Bắc và có hƣớng dịch
chuyển về phía Đông Nam với tốc độ 22 mm/năm về phía Đông và 7-11
mm/năm về phía Nam.
- Vùng Nam và Tây Nam BĐ hầu nhƣ không bị biến đổi lớn (đứt gãy
110 nếu đang hoạt động thì tốc độ dịch chuyển cũng rất nhỏ).
Hoạt động động đất, núi lửa và kiến tạo trẻ là minh chứng rõ ràng và cụ
thể về mức độ hoạt động của đứt gãy, đặc biệt là các đứt gãy hoạt động
trong hiện tại, đó là một tiêu chí quan trọng để xác định một đứt gãy có
phải là đứt gãy hoạt động và là đứt gãy sinh chấn hay không.
Các hệ thống đứt gãy hoạt động trên BĐ đƣợc nghiên cứu từ rất sớm.
Ban đầu là những công trình điều tra nghiên cứu về địa chất kiến tạo BĐ
Việt Nam và sau này là BĐ (Taylor B. and Hayes D.E.,1980; Bùi Công

Quế và Phạm Tiến Long, 1995;Bùi Công Quế và Phùng Văn Phách, 2001;
Bùi Công Quế và nnk, 2014; Le Van De (1986), Phan Văn Quýnh và Võ
Năng Lạc (1996),Tønnesson and Stein (2005), Galgana et al (2007), Hsu,
Y. J. (2009), Phạm Năng Vũ (2007), Phạm Năng Vũ và nnk (2008),
Nguyễn Văn Lƣơng và nnk (2003, 2005, 2013, 2014), Phùng Văn Phách và
nnk (2008), Cao Đình Triều và nnk (2013), Phan Trọng Trịnh& nnk
(2010), Dƣơng Quốc Hƣng và nnk (2013), Bùi Nhị Thanh (2012), Trần


13

Tuấn Dũng (2013), v.v…

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).
Các tác giả công trình (Phan Trọng Trịnh& nnk, 2010a, 2010b, 2012)
đã thu thập và kết hợp nhiều nguồn tài liệu khác nhau, đặc biệt là các số
liệu địa chấn dầu khí do các công ty tìm kiếm, thăm dò dầu khí trong và
ngoài nƣớc tiến hành ở vùng biển Việt Nam, các mặt cắt địa chấn nông


14

phân giải cao do nhiều cơ quan khác nhau thực hiện trong nhiều năm qua,
để thành lập sơ đồ phân bố các đứt gãy trẻ khu vực BĐ Việt Nam và các
vùng lân cận.
Trên cơ sở kế thừa và bổ sung vào các kết quả nghiên cứu trƣớc đây,
các tác giả Nguyễn Văn Lƣơng và Cao Đình Triều đã xác lập hệ thống các
đứt gãy chính khu vực BĐ và lân cận, bao gồm 37 đứt gãy, trong đó có 22
đứt gãy thuộc khu vực ven biển và thềm lục địa Việt Nam; 3 đứt gãy thuộc

khu vực Bắc BĐ (thềm lục địa Đông Nam Trung Quốc và 12 đứt gãy thuộc
các khu vực giữa và nam BĐ (Trũng sâu BĐ, các quần đảo Trƣờng Sa,
Hoàng Sa và thềm lục địa Nam BĐ). Chúng phát triển theo 3 hƣớng chính
Đông Bắc - Tây Nam và Đông Đông Bắc - Tây Tây Nam (19 đứt gãy), Tây
Bắc - Đông Nam (7 đứt gãy) và á kinh tuyến (12 đứt gãy) (Nguyễn Văn
Lƣơng và Cao Đình Triều, 2014) .
Tác giả Bùi Công Quế và cộng sự đã xem xét đặc điểm hoạt động địa
chấn cùng với các đặc điểm hoạt động kiến tạo, trên cơ sở đó đã xây dựng
đƣợc bản đồ các hệ thống đứt gãy hoạt động trên BĐ và kế cận (hình 1.4).
Các hệ đứt gãy chạy dọc theo rìa phía Đông và Đông Nam của BĐ gồm các
hệ đứt gãy Nam Đài Loan, Bắc Luzon, rãnh sâu Manila và Palawan Borneo. Các hệ đứt gãy này có độ dài hàng nghìn km, độ sâu đạt 200 km và
sâu hơn, góc cắm mặt đứt gãy thay đổi từ nghiêng lớn ở phần trên cho đến
gần thẳng đứng ở phần dƣới sâu. Đây là các hệ đứt gãy dạng đới hút chìm
với cơ chế địa động lực biến động theo bề mặt và theo chiều sâu nhƣng chủ
yếu là nén ép và nghịch chờm. Các hệ đứt gãy khác nhƣ hệ đứt gãy Bắc BĐ
phân bố trên rìa Bắc và Tây Bắc BĐ. Hệ đứt gãy trục tách dãn chạy dọc
theo vùng trung tâm BĐ và các hệ đứt gãy trên các vùng quần đảo Trƣờng
Sa, Hoàng Sa đều có phƣơng Đông Bắc-Tây Nam, có độ dài lớn, độ sâu
xuyên cắt vỏ trái đất, có cơ chế địa động lực chủ yếu là nén ép do trƣợt
bằng hoặc tách giãn cục bộ trên một số vùng hạn chế. Đáng chú ý là trên