Mô hình kết hợp các số liệu đia chấn với các số liệu địa chất vật lý để dự báo động đất

Bài toán dự báo động đất là một trong những bài toán được quan tâm trong nhiều năm qua. Khi nghiên cứu về bài toán này người ta đặc biệt chú ý đến những khu vực cần dự báo tiềm năng động đất trong tương lai và những khu vực động đất hoạt mạnh, số liệu quan sát khá phong phú.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô hình kết hợp các số liệu đia chấn với các số liệu địa chất vật lý để dự báo động đất 52(4): 6 - 63 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 4 - 2009 MÔ HÌNH KẾT HỢP CÁC SỐ LIỆU ĐỊA CHẤN VỚI CÁC SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT - ĐỊA VẬT LÝ ĐỂ DỰ BÁO ĐỘNG ĐẤT Trần Thị Ngân, Trần Mạnh Tuấn, Phạm Bích Trà (Khoa Công nghệ thông tin - ĐH Thái Nguyên) Tóm tắt Bài toán dự báo động đất là một trong những bài toán được quan tâm trong nhiều năm qua. Khi nghiên cứu về bài toán này người ta đặc biệt chú ý đến những khu vực cần dự báo tiềm năng động đất trong tương lai và những khu vực động đất hoạt mạnh, số liệu quan sát khá phong phú Khi đó hình thành hai xu hướng ứng dụng các phương pháp toán học để dự báo động đất tách biệt nhau là: Dự báo động đất bằng các số liệu địa chất - địa vật lý. Dự báo động đất bằng các số liệu địa chấn (catalog) Dựa trên các kết quả nghiên cứu từ hai xu hướng trên, mô hình kết hợp giữa các số liệu địa chấn với các số liệu địa chất - địa vật lý để dự báo động đất được đề xuất.) I. Đặt vấn đề Việc sử dụng các phương pháp toán học để tiến hành dự báo động đất đang là vấn đề thời sự được các chuyên gia toán học và địa chất quan tâm. Sự phức tạp của vấn đề là ở chỗ khó kết hợp được những nghiên cứu định tính của các nhà địa chấn với các mô hình toán học bởi hai đặc điểm: + Tại những khu vực cần dự báo tiềm năng động đất trong tương lai (để xác định các hệ số an toàn cho những công trình xây dựng công nghiệp và dân dụng lâu dài) thường ít hoặc chưa xuất hiện động đất trong lịch sử thì các thông tin về các nhân tố địa chất - địa vật lý liên quan đến động đất được cung cấp khá đầy đủ. + Tại những khu vực động đất hoạt động mạnh, số liệu quan sát khá phong phú (ít ra là trên các catalog động đất của thế giới từ năm 1965) lại thiếu những nhân tố địa chất - địa vật lý liên quan. Đặc biệt là các thông tin được cung cấp trên các catalog động đất có thời gian ngắn ngủi so với các quá trình động đất (có tới hàng triệu năm lịch sử). II. Các kết quả liên quan Những đặc điểm trên đã hình thành hai xu hướng ứng dụng các phương pháp toán học để dự báo động đất tách biệt nhau là: 1.Xu hướng dự báo động đất bằng các số liệu địa chất - địa vật lý. 2.Xu hướng dự báo động đất bằng các số liệu địa chấn (catalog) Với xu hướng thứ nhất, các tác giả N.Đ Xuyên, N.Q Hỷ, N.V Hữu, T.Đ Quỳ, N.X Bình, T.Cảnh [2] sử dụng các số liệu quan sát về các nhân tố địa chất - địa vật lý (dựa vào khảo sát trên cấu trúc địa chất) để dự báo chấn cấp cực đại của các trận động đất sẽ xuất hiện trong tương lai trên mỗi khu vực. Từ những năm 1973 đến 1975, người ta đã sử dụng các công cụ của phép tính biến phân, đường dốc nhất và hồi quy để giải quyết bài toán này nhưng do hạn chế của công cụ giải tích số nên các kết quả dự báo không hoàn hảo [4]. Người ta đã cải tiến bằng cách sử dụng phương pháp xấp xỉ ngẫu nhiên thay cho phương pháp đường dốc nhất trong những năm gần đây cho kết quả dự báo chính xác hơn [2], [3]. Liên quan đến xu hướng thứ hai khi dùng các phương pháp toán học để dự báo động đất chủ yếu sử dụng các số liệu địa chấn thống kê trong các catalog động đất (về chấn tâm, chấn cấp, thời điểm xuất hiện các trận động đất) để xây dựng mô hình dự báo động đất bằng các số liệu địa chấn, nhằm dự báo số những trận động đất trung bình sẽ xuất hiện trên một khu vực nào đó, chấn cấp, thời gian diễn ra động đất. Bước đầu giải quyết các vấn đề này là các công trình của D.JackSon – Y.Kagan [1] xuất phát từ giả thiết về tính độc lập giữa chấn tâm và chấn cấp của mỗi trận động đất và chuyển bài toán dự báo nói trên về việc xác định hàm chấn suất (hàm mật độ đồng thời của vectơ ngẫu nhiên biểu thị chấn tâm và chấn cấp) trên mỗi dải khu vực với bài toán đặt ra là xác định các tham số cho hàm mật độ của chấn tâm trên dải khu vực được xét (bằng phương pháp hợp lý cực đại) [5]. Khi mở rộng các kết quả này người ta đã sử dụng lý thuyết quá trình điểm và lý thuyết đổi mới 1 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 52(4): 60 - 63 để chuyển mô hình dự báo động đất bằng các số liệu địa chấn về việc xác định hàm cường độ trung bình của quá trình động đất trên mỗi dải khu vực [6]. Sử dụng phương pháp hợp lý cực đại kết hợp với phương pháp gradient và phương pháp dò tìm ngẫu nhiên để xác định các tham số cho hàm mật độ của véctơ ngẫu nhiên biểu thị chấn tâm và hàm mật độ của đại lượng ngẫu nhiên biểu thị chấn cấp (với giả thiết chấn tâm độc lập với chấn cấp) của mỗi trận động đất sẽ xuất hiện trên dải khu vực và dải chấn cấp được quan tâm dự báo. Giả thiết hạn chế của Jackson-Kagan về tính độc lập của chấn tâm và chấn cấp của mỗi trận động đất được thay thế bởi giả thiết rộng rãi hơn về tính phụ thuộc giữa chúng, seminar “Các phương pháp ngẫu nhiên và giải tích số” đã nghiên cứu mô hình dự báo động đất bằng các số liệu địa chấn trong trường hợp tổng quát. III. Mô hình kết hợp Mô hình kết hợp giữa các số liệu địa chấn và các số liệu địa chất - địa vật lý sử dụng phương pháp hợp lý cực đại [5] kết hợp với phương pháp dò tìm ngẫu nhiên [6] để xác ...