Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Ứng dụng hàm Green trong mô phỏng lan truyền sóng thần khu vực Biển Đông Việt Nam

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:61

Thêm vào BST

Báo xấu

74
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn tìm hiểu nguyên lý lan truyền sóng thần và xây dựng một số kịch mô phỏng lan truyền sóng thần đến bờ biển và hải đảo Việt Nam phục vụ đánh giá thiệt hại, phòng tránh, giảm nhẹ thiên tai và quy hoạch xây dựng kinh thế xã hội.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Ứng dụng hàm Green trong mô phỏng lan truyền sóng thần khu vực Biển Đông Việt Nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Mai Xuân Bách ỨNG DỤNG HÀM GREEN TRONG MÔ PHỎNG LAN TRUYỀN SÓNG THẦN KHU VỰC BIỂN ĐÔNG VIỆT NAM Chuyên ngành: Vật lý Địa cầu Mã số : 604415 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS CAO ĐÌNH TRIỀU Hà Nội - 2011
Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Xuân Bách, 2011 Lời cảm ơn Đƣợc sự đồng ý của khoa Địa chất trƣờng ĐH KHTN, ĐH QGHN dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS. Cao Đình Triều (Viện Vật lý Địa cầu,Viện KH&CN Việt Nam) đề tài luận văn tốt nghiệp của em với tiêu đề: “Ứng dụng hàm Green trong mô phỏng lan truyền sóng thần khu vực Biển Đông Việt Nam” đến nay đã đƣợc hoàn thành. Em xin chân thành cám ơn PGS.TS. Cao Đình Triều, ngƣời đã trực tiếp tận tình hƣớng dẫn trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp. Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo trong khoa Vật Lý, Bộ môn Vật lý Địa cầu, đã trang bị cho em nhƣng kiến thức trong quá trình học tập. Nhân dịp này tác giả xin gửi lời cám ơn chân thành đối với Ban lãnh đạo Viện Vật lý Địa cầu, Phòng Sau Đại Học, Trƣờng ĐHKHTN, cán bộ công nhân viên trong nhà trƣờng, cùng bạn bè và các đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ để hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Mặc dù đã cố gắng để hoàn thiện luận văn, nhƣng do những hạn chế về kiến thức chuyên môn, kinh nghiệm thực tế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, học viên cao học thành thực mong nhận đƣợc những góp ý của thầy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp. Xin chân thành cám ơn. Hà nội, năm 2011 1
Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Xuân Bách, 2011 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ……………………………………………………………………... 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU SÓNG THẦN Ở VIỆT NAM 5 1.1 Sơ lƣợc về nghiên cứu sóng thần ở Việt Nam ………………………….. 5 1.2 Nghiên cứu cổ sóng thần ........................................................................... 8 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƢƠNG PHÁP LUẬN VỀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ MÔ PHỎNG LAN TRUYỀN SÓNG THẦN ………. 15 2.1 Kích hoạt sóng thần bởi nguồn động đất, phƣơng pháp mô hình 15 2.1.1 Mô hình nguồn phát sinh sóng thần ……………………………. 15 2.1.2 Cơ sở lý thuyết và phương pháp luận …………………………. 21 2.2 Phƣơng pháp hàm Green ……………………………………………….. 25 2.2.1 Biểu diễn minh hoạ …………………………………………….. 25 2.2.2 Hàm Green ……………………………………………………... 27 Dịch chuyển của đáy biển dưới tác động của điểm lực trong nửa 2.2.3 29 không gian đàn hồi ………………………………………... 2.2.4 Kích hoạt sóng thần trong lớp nước vô hạn …………………… 31 2.2.5 Hàm kích hoạt và tạo thuỷ triều ………………………………... 34 2.2.6 Kích hoạt sóng thần từ nguồn hữu hạn ………………………… 36 2.2.7 Kích hoạt sóng thần trong lớp nước nửa vô hạn (semi- infinite) 37 2.2.8 Mô hình phẳng phức tạp (không đồng nhất) …………………… 43 CHƢƠNG 3: CÁC KỊCH BẢN ÁP DỤNG MÔ PHỎNG TÍNH TOÁN LAN 45 TRUYỀN SÓNG THẦN ĐẾN BỜ BIỂN VÀ HẢI ĐẢO VIỆT NAM ……… 3.1 Xây dựng các kịch bản lan truyền sóng thần .………………………….. 45 3.2 Ảnh hƣởng của sóng thần đến bờ biển và hải đảo Việt Nam …................ 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ……………………………………………… 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………… 59 2
Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Xuân Bách, 2011 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài: Nƣớc ta với hơn 3000km bờ biển kéo dài từ bắc đến nam, hơn 20 tỉnh, thành phố và gần 3000 hải đảo có nguy cơ chịu ảnh hƣởng trực tiếp của sóng thần. Hàng triệu ngƣời và nhiều công trình kinh tế và an sinh xã hội cũng bị ảnh hƣởng nếu xảy ra sóng thần ở Biển Đông. Vì vậy việc nghiên cứu động đất gây sóng thần và lan truyền sóng thần là rất cần thiết nhằm phòng tránh, giảm nhẹ thiệt hại khi có thảm họa xảy ra. Mục tiêu của đề tài: Tìm hiểu nguyên lý lan truyền sóng thần và xây dựng một số kịch mô phỏng lan truyền sóng thần đến bờ biển và hải đảo Việt Nam phục vụ dánh giá thiệt hại, phòng tránh, giảm nhẹ thiên tai và quy hoạch xây dựng kinh thế xã hội. Để đạt đƣợc các mục tiêu đề trên, nhiệm vụ của đề tài tập trung giải quyết vấn đề sau: - Nghiên cứu đặc trƣng cấu trúc vùng nguồn có thể phát sinh sóng thần - Nghiên cứu nguyên lý lan truyền sóng thần. - Mô phỏng và tính toán thử nghiệm cho một số kịch bản sóng thần lan truyền đến bờ biển và hải đảo Việt Nam. Cơ sở tài liệu tham khảo sử dụng: Để hoàn thành nhiệm vụ đặt ra, học viên cao học đã tham khảo các nguồn tài liệu nhƣ sau: 1/ Kết quả nghiên cứu của nhiệm vụ hợp tác về Khoa học và Công nghệ theo nghị định thƣ Việt Nam - Italy “Nghiên cứu dự báo động đất mạnh khu vực đông nam châu á có nguy cơ gây sóng thần ảnh hƣởng đến bờ biển và hải đảo việt nam” do PGS. TS Cao Đình Triều làm chủ nhiệm (có sự tham gia của học viên cao học). 2/ Kết quả dự án “xây dựng bản đồ cảnh báo nguy cơ sóng thần cho các vùng bờ biển việt nam”, TS Vũ Thanh Ca chủ nhiệm. 3
Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Xuân Bách, 2011 3/ Kết quả nghiên cứu của đề tài “ Nghiên cứu đánh giá độ nguy hiểm của động đất và sóng thần ở vùng ven biển và hải đảo Việt Nam và đề xuất giải pháp phòng tránh, giảm nhẹ hậu quả”, GS. TS Bùi Công Quế chủ nhiệm. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: Nghiên cứu động đất có nguy cơ phát sinh sóng thần và nguyên lý lan truyền sóng thần trên biển là một đối tƣợng khoa học phức tạp, kết quả nghiên cứu theo hƣớng này đòi hỏi phải sử dụng nhiều các dữ liệu liên nghành nhƣ Địa chấn, Địa chất và Hải dƣơng hoc, vì vậy trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn học viên cao học đã nâng cao đƣợc khả năng phân tích tông hợp tài liệu và trình độ nghiên cứu của mình. Đặc biệt, học viên cao học đã tự xây dựng đƣợc chƣơng trình tính toán lan truyền sóng thần, trên cơ sở phƣơng pháp hàm Green, dƣới sự giúp đỡ của các chuyên gia Italy và Việt Nam. Kết quả nghiên cứu trình bày trong luận văn đã làm rõ đƣợc: cơ sở phƣơng pháp luận, nguồn động đất sinh sóng thần, nguyên lý lan truyền của sóng thần và mức độ ảnh hƣởng của sóng thần đến bờ biển va hải đảo Việt Nam. Thông qua đó luận văn có thể cung cấp cơ sở khoa học và là những tài liệu tham khảo cho các nhà hoạch định chính sách, các nhà quản lý trong việc quy hoạch phát triển kinh tế vùng và công tác quy hoạch kháng chấn trong xây dựng phục vụ phát triển bền vững và quản lý đô thị trong khu vực nói chung. Cấu trúc luận văn: Luận văn gồm 65 trang đánh máy vi tính với 40 hình và 3 biểu bảng. Ngoài phần mở đầu, kết luận, phụ lục và tài liệu tham khảo luận văn gồm 3 chƣơng chính: Chương 1. Tổng quan về nghiên cứu sóng thần ở Việt Nam Chương 2. Cơ sở lý thuyết và phương pháp luận về xây dựng mô hình và mô phỏng lan truyền sóng thần . Chương 3. Các kịch bản áp dụng mô phỏng tính toán lan truyền sóng thần đến bờ biển và hải đảo việt nam 4
Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Xuân Bách, 2011 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU SÓNG THẦN Ở VIỆT NAM 1.1. Sơ lƣợc về nghiên cứu sóng thần ở Việt Nam Trƣớc khi xảy ra thảm hoạ sóng thần ngày 26-12-2004 gây ra bởi động đất Mw=9,0 ở Sumatra, thì nghiên cứu sóng thần ở nƣớc ta chƣa đƣợc chú ý nhiều. Lần đầu tiên việc khảo sát, đánh giá sóng thần đƣợc tiến hành cho vùng bờ biển Nghệ An-Hà Tĩnh phục vụ việc xây dựng khu gang thép Thạch Khê (Nguyễn Đình Xuyên và cộng sự, 1984). Nghiên cứu này đã đƣa ra các kết luận sau: 1/ Ở vùng bờ biển này đã từng và có khả năng xảy ra sóng thần cao tới 3m nguyên nhân không phải động đất mà có thể là nguồn gốc khí tƣợng, … 2/ Động đất có khả năng phát sinh ở các đứt gãy trên vùng thềm lục địa có thể gây sóng thần cao không quá 2m ở vùng bờ biển này. Tuy nhiên những nhà nghiên cứu chƣa chú ý đến các nguồn sóng thần trong vùng Biển Đông. Muộn hơn, vào những năm 90, vấn đề sóng thần đƣợc một số nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Phạm Văn Thục (1995, 1998, 2000, 2001, 2007) đã dựa vào các kết quả nghiên cứu sóng thần trên thế giới, đặc biệt là khu vực Thái Bình Dƣơng, và nghiên cứu hoạt động động đất trong vùng Biển Đông, đƣa ra một số nhận định về sóng thần trong vùng Biển Đông và ảnh hƣởng đến vùng bờ biển nƣớc ta: Vùng quần đảo Philippinne là một vùng có hoạt động động đất rất cao, vùng Biển Đông và dải ven bờ nƣớc ta có thể chịu ảnh hƣởng của nguồn sóng thần duy nhất từ các động đất thuộc trũng sâu và vùng chồng gối (đới hút chìm) Manila. Nguyễn Ngọc Thuỷ (2005) cũng có nhận định định tính, sơ bộ về khả năng sóng thần ở vùng bờ biển nƣớc ta. Gần đây, sau thảm hoạ sóng thần Sumatra, vấn đề sóng thần đƣợc đặc biệt chú ý. Về quan điểm địa chấn thì khu vực Đông Nam Á bị bao bọc bởi 2 vành đai động đất lớn nhất hành tinh: Ở phía Đông là phần cuối của vành đai Thái Bình Dƣơng, kéo dài hàng nghìn km từ Đài Loan qua quần đảo Philippin đến Đông Timo; ở phía Tây và Nam là phần cuối của vành đai Địa Trung Hải-Hymalaya kéo dài hàng nghìn km từ vịnh Bengal đến Đông Timo, ôm lấy quần đảo Indonesia. 5
Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Xuân Bách, 2011 Động đất mạnh và rất mạnh xảy ra thƣờng xuyên trên các vành đai này. Với cơ chế dịch chuyển chờm nghịch, các đới hút chìm này là nguyên nhân gây ra các thảm hoạ sóng thần tại khu vực Đông Nam Á (Nguyễn Đình Xuyên và nnk, 2007). Tuy khu vực Đông Nam Á và quanh vành đai Thái Bình Dƣơng đã xảy ra nhiều động đất gây sóng thần lớn song nhờ sự che chắn của các cung đảo bao quanh nên các sóng thần này đã không gây ảnh hƣởng tới bờ biển và hải đảo Việt Nam. Các nhà địa chấn Việt Nam và thế giới đều khẳng định rằng nguy cơ sóng thần tác động đến bờ biển và hải đảo Việt Nam chủ yếu là từ đới hút chìm Manila (Philippin) và các động đất mạnh xảy ra trong phạm vị Biển Đông Việt Nam. Theo thống kê có đƣợc thì chỉ tính từ năm 1627 đến nay đã có đến 62 trận sóng thần ghi nhận đƣợc đã xảy ra trong phạm vị Biển Đông Việt Nam và Tây, Tây Nam Philippin. Đại đa số các sóng thần (cụ thể là 41 sóng thần) đã xuất hiện tại biển Luzon, Sulu, Celebes và Taal. Số còn lại chủ yếu phân bố tại khu vực phía Bắc, Đông Bắc và Đông Biển Đông. Chỉ có sóng thần ngày 5/1/1992 là nằm về phía Tây Bắc Biển Đông (toạ độ: 18,00N; 108,00E). Hình 1.1: Vị trí xảy ra sóng thần khu vưc Đông nam châu Á 6
Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Xuân Bách, 2011 Hình 1.2: Vị trí chấn tâm động đất khu vực Đông nam châu Á Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu về sóng thần mới nhất ở Việt Nam cho thấy: - Đới hút chìm Manila là nơi có nguy cơ xuất hiện động đất mạnh gây sóng thần tác động đến bờ biển tiếp giáp với Biển Đông Việt Nam nhƣ bờ biển Nam Trung Quốc, bờ biển Đông Việt Nam, Brunay và Malaysia. Mức độ ảnh hƣởng của sóng thần có nguồn Manila đến các điểm trên đƣờng bờ của mỗi nƣớc này sẽ khác nhau, phụ thuộc vào độ mạnh của động đất gây ra sóng thần và khoảng cách từ chấn tâm tới đƣờng bờ quan sát sóng thần. Đới hút chìm tây Philippin (đới Manila) có chiều dài trên 1000 km, có thể gây ra động đất có độ lớn 8,85 độ Richter (theo công thức Well & Copersmith, 1994). Đây là nguồn xa có nguy cơ xuất hiện động đất gây sóng thần ảnh hƣởng đến hải đảo và bờ biển Việt Nam. 7
Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Xuân Bách, 2011 - Các nguồn sóng thần đƣợc ghi nhận có toạ độ nằm sát với đƣờng bờ biển Nam Trung Quốc và đặc biệt là sát với đƣờng bờ biển Việt Nam lại trùng với đới động đất mạnh thuộc ven bờ Biển Đông Việt Nam và Trung Quốc. Nhƣ vậy, ngoài yếu tố sóng thần lan truyền tới từ nguồn Manila còn có yếu tố của sóng thần vùng gần đƣờng bờ tác động đến bờ biển nƣớc ta. Theo các nhà địa chấn Việt Nam thì nguy cơ xuất hiện động đất gây sóng thần tại các đới phát sinh trong vùng Biển Đông Việt Nam là: Đới Huyện Nhai - Văn Ninh – Châu Giang – Bắc Hoàng Sa; Đới đứt gãy kinh tuyến 1100; và Đới Thuận Hải – Minh Hải – Nam Côn Sơn. 1.2. Nghiên cứu cổ sóng thần 1. Tài liệu lịch sử Theo Đại Nam Thực lục chính biên (37 tập) thì trận động đất năm 1877 đƣợc ghi nhận nhƣ sau: tháng 9 năm 1877, tại Bình Thuận, “Động đất, từ đấy đến tháng 12 tất cả 3 lần, lần đầu nƣớc sông cuốn lên, nhà ngói cũng rung động, hai lần sau nhẹ hơn”. Trận động đất này đƣợc các nhà địa chấn Viện Vật lý Địa cầu đánh giá chỉ có 5,1 độ Richter, tuy vậy theo số liệu của NOAA thì có Ml =7,0 độ Richter, gây sóng to. Liệu có phải động đất đã gây nên sóng thần địa phƣơng hay không?. 2. Tài liệu điều tra trong nhân dân Kết quả điều tra sóng thần trong nhân dân dọc ven biển Việt Nam (Nguyễn Đình Xuyên và nnk…, 2005; lƣu VLĐC) cho thấy ngoài sóng bão, thuỷ triều, nƣớc dâng, đã phát hiện một số hiện tƣợng sóng lớn? mà các tác giả gọi là sóng thần có nguồn gốc khác: - “Năm 1978 sóng thần đã thực sự xuất hiện ở vùng bờ biển Trà Cổ, Móng Cái. Sóng cao 3-5 m đã tràn vào bờ nhiều đợt, làm nứt tƣờng nhà, đổ các hàng cây phi lao ven bờ”. -“Theo ghi chép của TS Armand Krempt năm 1923 sóng thần đã phá hỏng chuồng ngựa của bác sĩ Alexandre Yersin. Vị trí chuồng ngựa cách bờ biển 5-6m. Sự cố này liên quan với phun trào núi lửa ở đào Hòn Tro. Vùng biển nam Trung Bộ và Nam Bộ là vùng hoạt động núi lửa hiện đại. Năm 1923 phun trào núi lửa diễn ra ở đảo Hòn Tro trong quần đảo Phú Quý đã gây động đất núi lửa 6,1 độ Richter. 8
Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Xuân Bách, 2011 Năm 1960, 1963 hoạt động núi lửa lại diễn ra nhƣng yếu hơn. Việc phun trào núi lửa Hòn Tro gây sóng thần cho thấy hoạt động núi lửa cũng là một nguồn sóng thần đáng chú ý trong vùng biển Đông”. -“Theo lời kể của những ngƣời cao tuổi, vào cuối thế kỷ 19 hoặc đầu thế kỷ 20, hiện tƣợng sóng thần cũng đã xảy ra ở Diễn Châu (Nghệ An). Sóng cao nhƣ sóng bão xảy ra ở đây năm 1984” (5-10 m). -“Một hiện tƣợng đáng chú ý nữa đã xảy ra ở Tuy Hoà, Nha Trang ngày 4/5 năm 1991, trƣớc ngày núi lửa Pinatubo, Philippin, phun trào. Nƣớc biển rút ra xa, nhiều tàu nhỏ lộ trên bãi cát, mọi ngƣời sợ hãi chạy vào bờ, không hiểu là hiện tƣợng gì xảy ra. Một lúc sau nƣớc lại trở lại nhƣng do đứng xa nên không rõ cao hơn hay bằng mực nƣớc ban đầu. Ông Đỗ Minh Tiệp, một ngƣời trong đoàn cán bộ địa chất khảo sát, đào hố lấy mẫu ở bờ biển, những ngƣời chứng kiến hiện tƣợng, đánh giá: nƣớc đã rút 2m so với mức bình thƣờng. Nhiều ngƣời dân cũng chứng kiến hiện tƣợng này và đều tỏ ra sợ hãi. Sáng ngày 5/5 toàn bộ vùng Khánh Hoà bị bao phủ một lớp tro bụi dày vài mm đến vài cm, đó là tro bụi từ núi lửa Pinatubo”. Nguyễn Đình Xuyên và các đồng nghiệp (2005) đã lý giải các sự kiện điều tra đƣợc nhƣ sau: - “Sự kiện ở Trà Cổ diễn ra trong không gian hẹp, có tính địa phƣơng, không liên quan với sự cố động đất nào. Phân tích sơ bộ dẫn đến kết luận, đây là hiện tƣợng sóng thần nguồn gốc khí tƣợng: ở vùng tâm bão hay lốc xoáy, xa vùng biển Trà Cổ, do áp suất khí quỷên thấp, nƣớc biển dâng cao trên diện rộng. Khi áp suất khí quyển thay đổi đột ngột vì những nguyên nhân khác nhau, quả đồi nƣớc này xụp suống bởi trọng lực gây ra sóng trọng lực, tức sóng thần”. Nghi ngờ có thể đƣợc đặt ra là liệu có thể có một cơn lốc xảy ra trong thời tiết rất đẹp không? hay là một cơn sóng thần địa phƣơng, gắn với một động đất gần mà ta chƣa điều tra đƣợc?. Nếu nƣớc biển dâng cao trên diện rộng thì chắc chắn sẽ gây ngập lụt trên một diện rộng, chí ít cũng sẽ quan sát thấy ở cả khu vực Hải Phòng, thậm chí có thể ở Thanh Hoá, Nghệ An hay xa hơn nữa về phía Nam. - Đối với sóng cao ở Diễn Châu các tác giả này cũng cho rằng do nguyên nhân khí tƣợng song cũng chƣa chứng minh đƣợc rằng đã có hiện tƣợng khí tƣợng 9
Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Xuân Bách, 2011 nào xảy ra vào lúc bấy giờ. Thế thì liệu có nguyên nhân nào khác nữa, nhƣ sóng thần chẳng hạn?. Sự thật là có thể đã xảy ra sóng thần ở Diễn Châu vào khoảng năm 1860- 1865?, vào ngày 18 tháng 8 âm lịch. Đó là một ngày đẹp trời, nƣớc biển tự dƣng dâng lên cao (có thể đạt 15-20 m), ập vào bờ với vận tốc lớn đã tàn phá một vùng rộng lớn của huyện Diễn Châu. Số ngƣời và tài sản bị nƣớc cuốn trôi ra biển là vô kể. Và ngƣời ta cũng tìm đƣợc rất nhiều ngƣời đã chết sau trận sóng, nhờ những bún tóc cuốn vào ngọn tre nên không bị cuốn đi. Ngày 18 tháng 8 âm lịch hàng năm là ngày giỗ chung tại rất nhiều xã vùng ven biển Diễn Châu. 3. sóng thần có thể đã tác động đến bờ biển Việt Nam Bảng 1.1. Danh mục các trận sóng thần gây thiệt hại lớn khu vực Đông Nam Châu Á Thời gian xảy Vùng nguồn Độ cao sóng Vị trí Ghi chú ra sóng thần thần quan quan sát sát thấy (m) 1 2 3 4 5 27/08/1883 Hoạt động Java Hơn 36 000 chết núi lửa Krakatoa 03/06/1994 Java 11 Malang 222 ngƣời chết, M=7,2 01/01/1996 Indonesia 5 Sulawesi 9 ngƣời chết, M=7,7 17/07/1998 Papua, New >10 Aitape khoảng 2 500 Guinea ngƣời chết, M=7,0 26/12/2004 Sumatra 298 000 ngƣời chết, M=9,0 10
Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Xuân Bách, 2011 Đã có một số trận động đất rất mạnh gây sóng thần làm thiệt hại lớn về ngƣời và của tại khu vực Đông Nam Châu Á (Bảng 1). Tuy vậy bờ biển bao quanh biển đông đã không chịu ảnh hƣởng của các trận sóng thần này vì chúng đã đƣợc che chắn bởi các vòng cung đảo nhƣ Philippine, Indonesia, Jawa, Thái Lan, Malaysia từ phía đông, đông nam, nam, tây và tây bắc. Ví dụ: Động đất Chi Lê M9,5 ngày 22/5- 1960 đã gây ra sóng thần rất lớn tràn qua Thái Bình dƣơng, tại Nhật Bản, Hồng Kông sóng lên cao đến 5m, nhƣng ở ven biển nƣớc ta không thấy sóng thần xuất hiện. Sóng thần rất lớn ở ấn Độ dƣơng gây ra bởi động đất Sumatra M9,0 ngày 26/12-2004 cũng không tràn vào đƣợc vùng Biển Đông. Nhƣ vậy, dù động đất có mạnh bao nhiêu và gây sóng thần có độ cao lớn đi chăng nữa, nếu nằm ngoài khu vực Biển Đông thì cũng không thể tạo ra sóng thần ảnh hƣởng đến bờ biển và hải đảo nƣớc ta. Nhƣ vậy rõ ràng rằng tần xuất xuất hiện sóng thần trong khu vực Biển Đông Việt Nam và tây Philippine là khá lớn. Nguồn động đất gây sóng thần chủ yếu là đới tây Philippine (đới Manila), đƣợc biết nhƣ là đới hút chìm có biểu hiện hoạt động động đất mạnh nằm về phía đông Biển Đông. Ngoài ra ta cũng còn thấy một số sóng thần xuất hiện tại bắc Biển Đông, sát với bờ biển phía nam Trung Quốc. Hơn nữa, nếu chứng minh đƣợc rằng các dấu tích điều tra của nhóm cán bộ Viện Vật lý Địa cầu về sóng thần ven biển Việt nam là có thật thì ngoài đới Manila ra, trong khu vực Biển Đông có thể còn tồn tại các đới động đất khá mạnh khác có thể gây nên sóng thần địa phƣơng tác động vào bờ biển nam Trung Quốc và Việt Nam. Bảng 1.2. Danh mục động đất gây sóng thần khu vực Biển Đông và đới tây Philippine (Nguồn National Geophysical Data Center) STT Năm Tháng Ngày φ λ M h R m I Địa đểm 1 1627 9 14 16.00 121.00 8.0 0.0 0.0 2.5 3.5 Luzon 2 1640 9 16 23.50 116.50 5.8 0.0 0.0 1.0 1.0 S.Ch.sea 3 1645 11 30 14.40 121.00 8.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Luzon 4 1661 1 8 23.00 120.00 6.4 0.0 0.0 0.0 1.5 S.Ch.sea 5 1675 3 0 13.40 121.10 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 Sulu Sea 6 1677 12 7 14.50 120.50 0.0 0.0 0.0 1.0 1.0 Luzon 11
Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Xuân Bách, 2011 7 1716 9 24 14.00 121.00 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 Taal 8 1745 5 13 14.00 121.00 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Taal 9 1749 8 11 14.00 121.00 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Taal 10 1749 8 12 13.60 121.10 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Philippine 11 1765 5 0 23.00 113.00 6.0 0.0 2.0 0.0 0.0 S.Ch.sea 12 1770 12 0 14.20 121.00 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Luzon 13 1824 10 26 14.20 121.00 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 Luzon 14 1828 11 9 14.20 121.00 7.5 0.0 0.0 0.0 0.5 Luzon 15 1840 3 22 16.00 123.00 6.5 0.0 0.0 1.0 1.0 Sulu Sea 16 1852 9 16 14.00 120.50 7.5 0.0 0.0 0.0 1.5 Luzon 17 1862 6 6 24.00 121.00 7.5 0.0 0.0 0.0 0.0 Philippine 18 1863 6 3 14.50 121.00 6.5 0.0 0.0 1.0 1.0 Luzon 19 1865 10 19 13.30 123.40 6.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Sulu Sea 20 1869 8 16 12.30 123.10 7.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Sulu Sea 21 1872 1 26 16.00 119.00 6.0 0.0 0.0 0.0 1.0 W.Luzon 22 1880 7 18 15.00 121.50 7.5 0.0 0.0 0.0 0.0 Luzon 23 1889 5 25 13.50 121.00 6.8 0.0 0.0 0.0 3.0 Sulu Sea 24 1889 5 26 13.50 121.00 6.8 0.0 0.0 0.0 3.0 Sulu Sea 25 1897 9 21 6.80 122.50 8.5 0.0 6.0 1.0 2.5 Sulu sea 26 1897 9 21 7.10 122.50 8.6 0.0 6.0 0.0 0.0 Sulu sea 27 1897 10 19 6.50 122.00 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 SE 28 1901 9 10 14.00 122.30 7.0 33.0 1.2 0.0 0.0 E.Luzon 29 1902 8 21 5.00 122.00 0.0 0.0 0.0 0.0 2.0 Celebes 30 1902 8 21 6.30 123.60 7.2 0.0 0.0 0.0 2.0 Celebes 31 1911 1 27 14.00 121.00 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Taal, Luzon 32 1915 11 19 10.00 119.50 6.4 33.0 0.0 0.0 0.5 W.Luzon 33 1917 5 6 23.20 121.60 5.8 33.0 0.5 0.0 0.5 E.Ch.Sea 34 1924 5 6 16.00 119.00 6.9 33.0 2.0 0.0 0.0 S.Ch.sea 12
Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Xuân Bách, 2011 35 1924 5 7 16.00 119.00 6.5 0.0 2.0 0.0 0.0 W.Luzon 36 1924 6 2 16.20 119.70 0.0 0.0 0.0 5.0 0.0 W.Luzon 37 1925 5 5 9.30 122.70 6.8 33.0 0.0 0.0 0.5 W.Luzon 38 1925 5 25 12.20 122.50 6.2 0.0 0.7 0.0 0.5 W.Luzon 39 1928 6 15 12.40 120.90 7.0 33.0 1.0 0.0 0.0 S.Ch.sea 40 1934 6 14 17.60 119.00 7.6 33.0 1.0 0.0 0.0 W.Luzon 41 1937 8 20 14.50 121.50 7.5 0.0 1.4 0.0 0.0 W.Luzon 42 1939 5 7 13.50 121.20 6.5 150.0 0.0 0.0 0.5 Sulu Sea 43 1948 1 24 10.50 122.00 8.3 0.0 2.0 0.0 0.0 S.Ch.sea 44 1948 1 25 10.60 122.00 8.2 33.0 0.0 0.0 0.0 Sulu sea 45 1949 9 5 18.60 122.00 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 E.Luzon 46 1949 9 5 17.00 121.50 6.0 0.0 0.0 0.0 4.0 W.Pacific 47 1949 11 5 17.00 121.50 6.0 8.0 0.0 0.0 4.0 Philippine 48 1949 12 29 18.00 121.00 7.2 33.0 0.0 0.0 0.0 E.Luzon 49 1965 9 28 14.00 121.00 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Taal 50 1965 9 28 14.00 121.00 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Taal 51 1968 8 1 16.50 122.20 7.3 36.0 0.3 2.0 0.0 E.Luzon 52 1968 8 15 23.00 119.80 7.8 23.0 0.0 0.0 0.0 N.Celebes 53 1970 4 7 15.80 121.70 6.5 0.0 2.0 0.0 0.0 S.Ch.sea 54 1970 9 30 20.60 122.00 5.3 33.0 0.0 0.0 0.5 Philippine 55 1978 6 14 8.20 122.40 6.9 24.0
Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Xuân Bách, 2011 Chú giải: M - Độ lớn động đất; H - độ sâu chấn tiêu; R - độ cao sóng thần so vơi mực nƣớc bển (0.0 là không xác định đƣợc); m - magnitude sóng thần tính theo công thức mlog2h Liệu sóng thần đã đổ bộ vào bờ biển Việt Nam hay chƣa? là một câu hỏi cần đƣợc làm sáng tỏ. Trên cơ sở việc phát hiện một số điểm có thành tạo địa chất biểu hiện do nguyên nhân gây nên bởi sóng thần, các hiện tƣợng sóng lớn điều tra đƣợc trong nhân dân, cộng thêm đó là các bậc thềm đƣợc thành tạo tại ven biển Diễn Châu cũng nhƣ danh mục sóng thần khu vực Biển Đông và tây Philippine đã chứng tỏ có khả năng sóng thần đã tấn công vào bờ biển Việt nam. Cơ sở cho nhận định này là: 1. Các sóng thần đã ghi nhận đƣợc trong khu vực Biển Đông Việt Nam và tây Philippine (Bảng 2, gồm 62 sóng thần). Danh mục này đã chứng tỏ: - Đới hút chìm Manila là nơi có nguy cơ xuất hiện động đất mạnh gây sóng thần tác động đến bờ biển tiếp giáp với Biển Đông Việt Nam nhƣ bờ biển nam Trung Quốc, bờ biển đông Việt nam, Brunay và Malaysia. Mức độ ảnh hƣởng của sóng thần có nguồn Manila đến các điểm trên đƣờng bờ của mỗi nƣớc này sẽ khác nhau, phụ thuộc vào độ mạnh của động đất gây ra sóng thần và khoảng cách từ chấn tâm tới đƣờng bờ quan sát sóng thần. - Các nguồn sóng thần đƣợc ghi nhận trong bảng 2 có toạ độ nằm sát với đƣờng bờ biển nam Trung Quốc và đặc biệt là sát với đƣờng bờ biển Việt Nam lại trùng với đới động đất mạnh thuộc ven bờ Biển Đông Việt Nam và Trung Quốc. Nhƣ vậy, ngoài yếu tố sóng thần lan truyền tới từ nguồn Manila còn có yếu tố của sóng thần vùng gần đƣờng bờ tác động đến bờ biển nƣớc ta. 14
Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Xuân Bách, 2011 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƢƠNG PHÁP LUẬN VỀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ MÔ PHỎNG LAN TRUYỀN SÓNG THẦN 2.1. Kích hoạt sóng thần bởi nguồn động đất, phƣơng pháp mô hình 2.1.1. Mô hình nguồn phát sinh sóng thần Mô hình đơn giản của nguồn động đất đƣợc xem nhƣ là một cặp điểm ngẫu lực. Là tổ hợp của hai cặp lực kép Mij, mỗi cặp gồm hai lực có độ lớn (magnitude) f tách biệt nhau bởi khoảng cách d dọc theo trục J, chúng chuyển động theo phƣơng đối lập nhau  i. Thông thƣờng, nội lực (body forces) tƣơng đƣơng cho nguồn động đất có hình dạng khác nhau đƣợc biểu diễn bằng moment tensor địa chấn M, tạo lập bởi 9 cặp ngẫu lực thành phần (Hình 2.1).  M xx M xy M xz    M   M yx M yy M yz  M M zy M zz   zx Ví dụ: dịch trƣợt trái theo phƣơng  y của đứt gãy, trong mặt phẳng y-z biểu diễn tƣơng ứng bằng nội lực (body forces) Mxy + Myx. Trong trƣờng hợp này monent tensor động đất là ma trận:  0 M0 0  0 1 0     M  M0 0 0  M 0 1 0 0  0 0   0 0 0  0   Moment địa chấn vô hƣớng M0 là moment của cặp ngẫu lực đơn, có độ lớn là  tích của độ cứng , vùng đứt gãy A và dịch trƣợt trung bình u :  M0= A u (2.1) Moment tensor động đất miêu tả hình thái hình học và moment địa chấn vô hƣớng là một đơn vị của độ lớn. 15
Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Xuân Bách, 2011 Trên cơ sở của moment địa chấn Kanamori (1997) đã xác định thang độ lớn động đất (magnitude scale) gọi là moment magnitude, ký hiệu là M và đƣợc tính bằng công thức: log M0= 1,5M+9,1 (2.2) Trong đó M0 tính bằng N. m. Thang monent magnitude tiến bộ hơn các thang độ lớn địa chấn khác ở chỗ nó không bão hoà và có tính đến quá trình của nguồn động đất. Sự kích hoạt của sóng địa chấn bởi cặp ngẫu lực đƣợc biểu diễn trên hình 2.1. Hình 2.1. Chín cặp ngẫu lực là những thành phần moment tensor địa chấn. Mỗi thành phần có hai lực ngược chiều tách ra bởi khoảng cách d (đường đậm nét). 16
Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Xuân Bách, 2011 Hình 2.2. Thông số nguồn trong tính toán mô hình kích hoạt sóng thần Hàm lan toả tia  (hs ,  ,  ,  ) (Ben- Menhaem & Harkrider, 1964) có dạng:  (hs ,  ,  ,  )  d 0  id1 sin   d 2 cos    d 3 sin 2  d 4 cos 2 (2.3) Trong đó: d 0  Bhs sin  sin 2 ; d1  C hs sin  sin 2 ; 1 2 d 2  C hs cos  cos  ; d 3  Ahs cos  sin  ; và d 4   Ahs sin  sin 2 . 1 2 hs là độ sâu nguồn;  là góc tới, góc giữa phƣơng dịch trƣợt của đứt gãy và đƣờng thẳng nối chấn tâm với điểm quan sát tính theo chiều ngƣợc kim đồng hồ;  là góc cắm (dip angle);  góc giữa phƣơng phát triển của đứt gãy và phƣơng dịch chuyển cách treo của đứt gãy theo chiều ngƣợc chiều kim đồng hồ (rake angle); (Hình 2.3). Hàm A, B và C đƣợc xác định bởi công thức: Ahs   ikuhs    2 h       2 hs   Bhs   ikuhs  3  4 2 s   2  hs    z hs  iku h  1  2   2 hs   (2.4)   u C hs    ik hs  z hs Đối với mô hình phẳng đồng nhất, băng sóng tổng hợp thủy triều đầy đủ U= (U, W) đƣợc viết dƣới dạng (theo Levish et al., 1989, sử dụng biểu thức tiệm cận đối với hàm sóng điều hoà): 17
Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Xuân Bách, 2011  X i i e 4 e c e it R  hs ,  u U() = (2.5) 8 kX cv g I1 cv g I1 Ở đây: hs là độ sâu chấn tiêu; X là khoảng cách chấn tâm, u= u(z, )=u(z,)ex+(z,)ez, R() là hàm ở thời điểm ban đầu; và I1 là hàm số nguyên năng lƣợng, đƣợc xác định bởi biểu thức (Aki& Richards, 1980): 1 n1  i * 2    H Hi I1   i  2 i 1  0 u i dz    i 2 dz   (2.6) 0  Trong trƣờng hợp môi trƣờng cấu trúc đa lớp đồng nhất biểu thức (2.6) có thể đƣợc viết lại nhƣ sau: 1 n1  i * 2    H Hi I1   i  2 i 1  0 u i dz    i 2 dz   (2.7) 0  Theo Levshin et al. (1989), hàm tiệm cận của một hàm sóng điều hoà có dạng:  i e e i t   R  hs ,  4 u U (2.8) 8 kJ cv g I1 cv g I1 r s  và J đƣợc tính toán dọc theo đƣờng lan truyền và đƣợc xác định bởi: X dx   (2.9) 0 cx  1  p 2 x c 2 x  Y J cos   (2.10)  0 px cx dx X Ở đây: Y 0 1  p 2 x c 2 x  Và, nhƣ hình 2.2, X và Y là toạ độ của điểm đến, p là thông số chiếu theo phƣơng ngang, p= sin/c, đây là một hằng số dọc theo hình chiếu của mô hình đƣờng cong, và  là góc gữa phƣơng tƣơng ứng với trục x ( = 0 tại x= x0). Nếu vận tốc thay đổi tuyến tính dọc theo trục x, có nghĩa là: c=c0(1+x), khi đó ta có x= X: 18
Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Xuân Bách, 2011 sin  0 1  x  cos  0  cos  X Y dx  (2.11) 0 1  sin 2  0 (1  x) 2  sin  0 cosh 1 (1/ sin  )  cosh 1/ sin   X 1 dx    (2.12) 0 c0 (1  x) 1  sin  0 (1  x) 2 2 c0 cos  0  cos  Y J  (2.13)  sin  0 2 sin  0 Nếu sóng lan truyền dọc theo trục x, có nghĩa là Y=0, cho giới hạn 0 0,  0, khi đó  và J trở thành: log(1  x)  (2.14) c0  X  J  1  X (2.15)  2  Nếu c(x) là phƣơng trình tuyến tính từng đoạn, thời gian tới và khoảng không lan truyền đƣợc xác định bởi hàm: n log(1   i xi )   (2.16) i 1 ci n ci  1 x J  (1  i i ) xi (2.17) i 1 c0 2 So sánh (2.5) và (2.8) ta thiết lập biểu thức của yếu tố ảnh hƣởng bề mặt đáy biển, ta có:   W(X 2 ,0,  )  w(0,  X 2 vI1 X 1  J1  (2.18) W(X1 ,0,  )  w(0,  X 1 vI1 X 2  J 2   Nếu đáy biển đƣợc cho là cứng và chất lỏng không nén, hàm riêng trở thành: sinh(kH  zH ) w( z,  )  w(0,  ) sinh(kH ) cosh(kH  zH ) u ( z,  )  iw(0,  ) (2.19) sinh(kH ) Ở đây H là độ sâu đáy biển (bề dày mực nƣớc biển). 19