Nghiên cứu mới về trận động đất Tohoku-Oki 9.0 độ richter khám phá sự giao thoa giữa khoa học Trái đất, tính chất vật liệu và kỹ thuật lập mô hình tiên tiến. Bằng cách kết hợp các khía cạnh của các lĩnh vực khoa học này, Ehsan Jamali Hondori và Công viên Jin-Oh tại Đại học Tokyo đã có thể xác định vai trò của trầm tích dưới đáy biển trong trận động đất chết người xảy ra ở Nhật Bản vào năm 2011. Nghiên cứu này cũng có thể giúp xác định các đứt gãy dễ xảy ra các trận động đất tương tự trong tương lai.
Công việc của bộ đôi này tập trung vào một đứt gãy ranh giới mảng nông, còn được gọi là décollement, là một vùng hoạt động kiến tạo rất nông và không ổn định. Đứt gãy này có vị trí tương đối so với đới hút chìm rãnh Nhật Bản ngoài khơi bờ biển phía đông Nhật Bản, và sự đứt gãy của nó dẫn đến sự xáo trộn dưới đáy biển tạo ra sóng thần liên quan đến trận động đất Tohoku-Oki. Cách giải thích quy mô lớn này được chấp nhận tốt; tuy nhiên, điều cần nghiên cứu thêm là sự ổn định của trầm tích bên dưới (các hạt phân lớp chưa trở thành đá rắn) có thể đã ảnh hưởng đến sự lan truyền đứt gãy của đứt gãy.
Jamali Hondori và Park đã nghiên cứu sự ổn định này bằng cách sử dụng hình ảnh địa chấn 2D, sau đó là tính toán áp suất chất lỏng lỗ rỗng của các trầm tích ở décollement. Hình ảnh địa chấn cho phép tái tạo các cấu trúc địa chất và áp suất chất lỏng lỗ rỗng mô tả hành vi của các hạt trầm tích khi chúng chịu tải trọng áp suất cao đến từ đại dương phía trên décollement.
Dữ liệu địa chấn và dữ liệu chất lỏng lỗ rỗng được thu thập riêng biệt, với dữ liệu địa chấn ở dạng biểu đồ địa chấn và dữ liệu chất lỏng lỗ rỗng được vẽ biểu đồ chống biến dạng cắt và khoảng cách từ rãnh.
giải độc đắc dữ liệu
Tâm chấn của trận động đất nằm khá gần với địa điểm 2E, là địa điểm khảo sát từ một nghiên cứu trước đây. Với vị trí chính này so với phần décollement, Jamali Hondori và Park đã trúng số độc đắc khi nói đến hình ảnh độ sâu địa chấn.
Hình ảnh độ sâu địa chấn của décollement cho thấy sự hình thành của một lăng kính bồi tụ. Đây là một tập hợp các trầm tích bị dịch chuyển đã được nạo vét và xô đẩy bởi các chuyển động kiến tạo của khu vực. Đo vận tốc tương đối của sóng địa chấn thông qua các cấu trúc trầm tích này cho phép bộ đôi kết luận rằng áp suất chất lỏng lỗ rỗng của trầm tích dẫn đến sự mất ổn định, từ đó dẫn đến hoạt động địa chấn gần địa điểm 2E.
Nghiên cứu tạo ra mối liên hệ quan trọng giữa nguyên nhân của trận động đất và cách chất lỏng thoát ra khỏi trầm tích. Điều này được đánh giá bằng cách tính toán “tỷ lệ quá áp của chất lỏng”, định lượng lượng thoát nước và lượng chất lỏng vẫn còn trong trầm tích. Jamali Hondori và Park đã chỉ ra rằng bên dưới địa điểm 2E, có một đường thoát nước đang hoạt động. Kết quả là, sự thấm của chất lỏng từ trầm tích dẫn đến điều kiện áp suất lỗ rỗng thấp hơn trong vùng này. Tuy nhiên, tại décollement, chất lỏng lỗ rỗng có áp suất cao bị mắc kẹt trong các trầm tích không thấm nước. Điều này gây ra sự mất ổn định lỗi và giảm ma sát, tạo điều kiện thuận lợi cho sự lan truyền đứt gãy.
trầm tích không ổn định
Nói tóm lại, tải trọng kiến tạo và áp suất nhiệt của các trầm tích khi chúng dịch chuyển dọc theo chất nền của chúng có khả năng là thủ phạm gây ra sự đứt gãy lớn bất ngờ của trận động đất Tohoku-Oki. Nói cách khác, trận động đất Tohoku-Oki được gây ra bởi áp suất thủy tĩnh của đại dương tác động lên trầm tích. Điều này cuối cùng đã làm mất ổn định trầm tích ở quy mô vi mô, do đó tạo ra chuyển động kiến tạo quy mô lớn.
Nếu áp suất chất lỏng lỗ rỗng và áp suất thủy tĩnh có độ lớn bằng nhau thì sẽ không có tải trọng động đất. Thay vào đó, sự chênh lệch giữa hai loại này là nguyên nhân của sự trượt địa chấn lớn trong trận động đất, trong đó địa chấn đề cập đến một sự kiện cơ học trùng khớp với hoạt động địa chấn.
Các nhà nghiên cứu đã phân tích ứng suất hiệu quả cắt và dọc tại vị trí đứt gãy, bên cạnh tỷ lệ giữa ứng suất hiệu quả dọc được tính toán trên dự kiến – mà bộ đôi này mô tả là tỷ lệ ứng suất hiệu quả. Phân tích này cho thấy xu hướng trượt và đứt gãy do địa chấn của đứt gãy, trong đó tỷ lệ ứng suất hiệu quả thấp dẫn đến cả trượt đứt gãy và sóng thần liên quan.
Dịch chuyển ngang
Sự suy giảm sóng gợi ý về bản chất của quyển mềm của Trái đất
Cuối cùng, Jamali Hondori và Park kết luận rằng các dạng đứt gãy phức tạp tại đứt gãy đã tạo ra các điều kiện trong đó áp suất chất lỏng lỗ rỗng là công cụ quyết định mức độ ứng suất cắt. Kết quả là, các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng sự dịch chuyển theo phương ngang tương ứng với những dao động về độ ổn định của trầm tích đã gây ra trận động đất lớn này.
Nghiên cứu này cũng có ý nghĩa đối với sự hiểu biết của chúng ta về các đứt gãy đẩy décollement, minh họa tầm quan trọng của các tính chất của trầm tích bên dưới đứt gãy. Có thể nghiên cứu hồ sơ trầm tích của lỗi cụ thể và dự đoán các trận động đất mạnh trước khi chúng xảy ra. Khả năng dự báo các mối nguy hiểm do thiên nhiên gây ra sẽ là vô giá đối với những người sống ven biển, đặc biệt là khi biến đổi khí hậu khiến tần suất xảy ra các thảm họa thiên nhiên ngày càng nghiêm trọng.
Nghiên cứu được mô tả trong Báo cáo khoa học.
