Kết quả nghiên cứu cắt lớp địa chấn tại vùng hồ thủy điện sông Tranh 2

Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” DOI: 10.15625/vap.2019.000115 198 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CẮT LỚP ĐỊA CHẤN TẠI VÙNG HỒ THỦY ĐIỆN SÔNG TRANH 2 Lê Tử Sơn, Hà Thị Giang, Đinh Quốc Văn Viện Vật lý địa cầu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Email: letuson@yahoo.com, hagiangvast@gmail.com , vandqigp@gmail.com TÓM TẮT Nằm ở rìa bắc của khối nâng Kontum, khu vực hồ thủy điện Sông Tranh 2 (ST2), Quảng Nam có tính địa chấn yếu. Ngay sau khi tích nước, (11/2011) động đất kích thích hồ chứa đã xẩy ra với tần suất và độ lớn (magnitude) ngày một tăng.Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng 1366 động đất trong thời gian từ 8/2013 đến 10/2015 và áp dụng thuật toán LOTOS-12 để thực hiện cắt lớp địa chấn 3-D cho sóng địa chấn P, S, tỷ số Vp/Vs. Kết quả cho thấy phần phía Đông hồ có vận tốc cao hơn phần trung tâm và phần phía Tây và phía Nam. Tại rìa Tây Bắc hồ chứa, tồn tại dải dị thường vận tốc cao theo hướng Tây Bắc – Đông Nam. Dị thường vận tốc này có thể là ngyên nhân cho việc tập trung đến hơn 70% động đất và các động đất với M ≥ 4.0 tại đây. Đứt gẫy Hưng Nhượng – Tà Vi biểu hiện trên dải dị thường tỉ số vận tốc Vp/Vs cao có giá trị từ 1.72 – 1.74. Ở mức độ kém rõ ràng hơn,dải dị thường Vp/Vs cao tương đối ở rìa Bắc hồ đi sang phía Tây và từ trung tâm hồ chạy xuống phía Nam. Đối với các đá kết tinh rắn chắc như tại vùng hồ ST2, tỉ số Vp/Vs cao thường phản ánh tình trạng nứt nẻ cao. Dựa trên lập luận này có thể dự đoán/giải thích việc tập trung động đất ở khu vực lân cận đứt gẫy Hưng Nhương – Tà Vi là do áp lực nước tại hồ chứa đi theo đới dập vỡ cao tác động đến đứt gẫy gây nên. Từ khóa: Cắt lớp địa chấn, dị thường vận tốc, tỉ số vận tốc Vp/Vs, hồ Sông Tranh 2 1. GIỚI THIỆU Đập thủy điên Sông Tranh 2 (ST2) nằm ở huyện Bắc Trà My, Quảng Nam cao 96 m, dung tích hồ chứa 730 triệu m3.Cho đến trước khi tích nước (29/11/2010), tại đây chỉ ghi nhận được 1 động đất vào năm 1715 (tài liệu lịch sử). Ngay sau khi tích nước, từ 12/2010 tại vùng hồ đã xuất hiện nhiều động đất, liên tục và kéo dài trong nhiều năm. Trong thời gian từ 12/2012 đến 10/2015, mạng lưới gồm 10 trạm địa chấn xung quanh hồ ST2 đã ghi được hơn 3000 trận động đất [3] tạo khả năng cho việc nghiên cứu cắt lớp địa chấn cho vùng hồ. 2. PHƢƠNG PHÁP Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng phần mềm LOTOS-12 [2].Chương trình LOTOS-12 sử dụng 2 tập số liệu chính: tọa độ mạng trạm địa chấn và thời gian tới trạm của sóng P và sóng S từ các động đất địa phương.Chương trình tính toán bao gồm các bước chính sau: 1) Tính toán mô hình vận tốc 1-D và vị trị động đất ban đầu tối ưu; 2) Xác định vị trí động đất trong mô hình động đất 3- D và 3) Nghịch đảo đồng thời các thông số của động đất và mô hình vận tốc. Các bước (2) và (3) được tính cho một vài bước lặp và dừng lại khi đạt tới một giá trị định trước. Trong LOTOS-12, Koulakov [2] đã sử dụng thuật toán uốntia để tìm cực tiểu thời gian truyền sóng và dùng phương pháp gradient để tìm cực trị của hàm mục tiêu trong việc xác định vị trí động đất trong mô hình vận tốc 3-D và tiến hành nghịch đảo với một vài lưới có hướng khác nhau (0º,22º,45º,67º) nhằm giảm ảnh hưởng của phân bố của các nút. Để tiến hành cắt lớp địa chấn đối với vùng hồ ST2 chúng tôi đã lựa chọn 1366 động đất thỏa mãn các điều kiện sau: a) Chấn tiêu động đất được xác định với số liệu của ít nhất là 5 trạm địa chấn có pha sóng P và pha sóng S rõ ràng; b) Góc hở tính từ chấn tiêu đến 2 trạm địa chấn liên tiếp lớn nhất không vượt quá 1800. Phần lớn chấn tâm (đến 75%) tập trung tại phía Bắc hồ chứa, giữa các đứt gẫy nhỏ tạo thành dải hẹp theo theo hướng TB-ĐN. Độ sâu chấn tiêu của các động đất < 10 km (chủ yếu từ 5-7 km). Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” 199 Các động đất còn lại, một phần tập trung quanh đứt gẫy Hưng Nhượng – Tà Vi (HN-TV) và phân bố rải rác giữa đứt gẫy HN-TV và đứt gẫy Trà Bồng. Mô hình vận tốc tại vùng hồ ST2 được xác định theo phương pháp VELEST [1]. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Nghiên cứu cắt lớp địa chấn tại hồ ST2 được tiến hành tính toán phân bố thay đổi vận tốc Vp và tỉ số Vp/Vs theo các mặt cắt ngang tại độ sâu: 1, 3, 5, 7 km. Kết quả nghiên cứu chủ yếu được biểu diễn trên các hình 1 và hình 2. Hình 1. Kết quả cắt lớp địa chấn theo vận tốc sóng dọc Vp tại vùng hồ ST2 theo các mặt cắt ngang ở các độ sâu 1 km (a), 3 km (b) , 5 km (c) và 7 km (d). Các chấm đỏ trên hình vẽ biểu thị vị trí chấn tiêu có độ sâu 0 – 2km (a), 2-4 km (b), 4-6 km (c) và 6-8 km (d). Trên tất cả các mặt cắt ngang trong hình1 đều phản ánh phần phía Đông và phía Bắc hồ ST2có Vp cao hơn trung bình, trong khi đó phần phía Tây và trung tâm Vp nhỏ hơn trung bình từ 1% - 1.5% và đều tồn tại một dải dị thườngVp cao hơn trung bình đến > 5% tại rìa phía Bắc hồ. Tại đây, động đất xẩy ra thường xuyên và nhiều bao gồm toàn bộ động đất với M ≥ 4.0. Trên hình 2, các mặt cắt ngang tại độ sâu 1, 3 và 5 km đều thể hiện giá trị Vp/Vs nằm trong khoảng từ 1.65 đến 1.69 và dải giá trị Vp/Vs với giá trị từ 1.72 đến 1.74 xung quanh vị trí phân bố của đứt gãy HN-TV. Mặc dù vậy, tại mặt cắt ngang ở độ sâu 3 km (hình 2b) dải giá trị Vp/Vs cao này thể hiện kém hơn. Tại mặt cắt ngang ở độ sâu 5 km, còn xuất hiện dải giá trị Vp/Vs cao hơn so với lân cận theo hướng Nam từ trung tâm hồ dến đứt gẫy HN-TV và dải nữa theo hướng Tây theo rìa vùng hồ phía Bắc. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2019 200 Hình2. Kết quả cắt lớp địa chấn theo tỉ số vận tốc sóng dọc Vp và sóng ngang Vs tại vùng hồ ST2 theo các mặt cắt ngang ở các độ sâu 1 km (a), 3 km (b) , 5 km (c) và 7 km (d). Các đá phân bố trong vùng hồ thủy điện ST2 đều là đá kết tinh, rắn chắc, có mật độ và vận tốc truyền sóng cao. Đối với các đá kết tinh rắn chắc, tỉ số Vp/Vs cao thường phản ánh tình trạng nứt nẻ cao, do nước lấp đầy các khe nứt làm cho Vs giảm, trong khi không ảnh hưởng nhiều đến Vp. Như vậy, áp lực nước hồ sẽ làm tăng áp lực lỗ rỗng trong các đới nứt nẻ. Chính vì vậy động đất thường tập trung tại các đới có giá trị Vp/Vs cao. Điều này cũng giải thích xu hướng tập trung và dịch chuyển động đất từ trung tâm hồ lên rìa phía Bắc và về phía Đông Nam theo hướng đứt gẫy HN- TV. Mặt khác, không thấy nhiều động đất tại đứt gẫy Trà Bồng mặc dù đứt gẫy này được đánh giá là hoạt động nhất khu vực trong các nghiển cứu về kiến tạo. Trên hình 1 và hình 2 cho thấy không có dị thường Vp và Vp/Vs tại đứt gẫy này. 4. KẾT LUẬN Nghiên cứu cắt lớp địa chấn tại vùng hồ ST2 đã xác định được các vùng tập trung động đất có liên quan đến các dị thường vận tốc và tỉ số vận tốc Vp/Vs. Tuy nhiên, các kết quả này mới chỉ là bước đầu còn cần thêm số liệu để kết quả chi tiết hơn. Đến nay, vẫn còn nhiều vấn đề tại hồ ST2 còn chưa được giải quyết như sự tập trung váo một vài vùng cũng như sự kéo dài của động đất kích thích. Các động đất tại hồ ST2 về cơ bản có cơ chế chấn tiêu thuận phản ánh trường ứng suất địa phương khác hẳn với trường ứng suất khu vực với trục nén hướng á kinh tuyến và trục dãn theo phương á vĩ tuyến [3] cũng là một vấn đề rất đáng quan tâm. Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” 201 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Kissling E., Ellworth W.L., EberhartPhillips D. and Kradolfer U., 1994: Initialreference models in local earthquake tomography.J. Geophys. Res., 99, 19635-19646 [2]. Koulakov, I., 2009. LOTOS Code for Local Earthquake Tomography Inversion: benchmarks for testing algorithms. Bull. Seism. Soc. Am., 99(1), 194–214, doi:10.1785/0120080013 [3]. Lê Huy Minh và nnk, 2016. Báo cáo tổng kết đề tài độc lập cấp nhà nước 2012-G/57“Nghiên cứu tác động địa chấn kiến tạo đến sự ổn định công trình thủy điện Sông Tranh 2, khu vực Bắc Trà My, tỉnh Quảng Nam”. LOCAL SEISMIC TOMOGRAPHY FOR SONG TRANH 2 HYDROPOWER RESERVOIR REGION Le Tu Son, Ha Thị Giang, Dinh Quoc Van Institute of Geophysis, 18 Hoang Quoc Viet Str., Hanoi Email: letuson@yahoo.com, hagiangvast@gmail.com, vandqigp@gmail.com ABSTRACT Located in the northern margin of KonTum uplift, the Song Tranh 2 hydropower reservoir's region (in the Center Vietnam) has low seismicity. Just after filling water (11/2011), induced earthquakes frequently occurred in this region.In this study, we revise data of 1366 events recorded by the reservoir network from 8/2013 to 10/2015 and applied LOTOS-12 algorism for3-D local seismic seismic tomography. Results showed that the eastern part of the reservoirs has higher velocity than central, western and southern parts. At the northwest edge of the reservoir there is an existence of high velocity anomaly that extends from the Northwest to Southeast. This velocity anomaly could be the cause for the concentration to 70% induced earthquakes and all events with magnitude larger than 4.0 in the region. The Hung Nhuong - Ta Vi fault expresses as a trip of high ratio Vp/Vs anomalies with values of 1.72 - 1.74. At a less clear than above there is the existence of high Vp/Vs anomaly at the northern edge of the reservoir that goes to the west and of another anomaly runs from the center of reservoir down to the south. For crystalline rock in the Song Tranh 2 reservoir, the high Vp/Vs ratio often reflects the high crack status. Based on this argument we can predict/explain the concentration of earthquakes in the neighborhood of the Hung Nhuong - Ta Vi fault is due to increasing pore pressure in the broken zones that concerned with the fault. Key words: Local seismic tomography, velocity anomaly, Vp/Vs ratio, Song Tranh 2 hydropower reservoir.