วิจัย

อยากรู้นิสัยแผ่นดินไหวใหญ่ๆ ควรใส่ใจแผ่นดินไหวเล็กๆ

ในการเฝ้าติดตาม ตรวจจับ และตรวจวัดเหตุการณ์แผ่นดินไหวที่เกิดขึ้น ยิ่ง เครือข่ายการตรวจวัดแผ่นดินไหว สามารถตรวจวัดแผ่นดินไหวขนาดเล็กได้อย่างสมบูรณ์มากขึ้นเท่าไหร่ นั่นถือเป็นเรื่องดี !!! บางท่านอาจจะสงสัยว่าแผ่นดินไหวเล็กๆ จะไปกลัวกันทำไม จะไปมองมันทำไมให้เสียเวลา เรื่องของเรื่องมันมีอยู่ว่า โดยธรรมชาติของการเกิดภัย (รวมถึงภัยพิบัติอื่นๆ ด้วยนะ) แผ่นดินไหวขนาดเล็กจะเกิดขึ้นบ่อยในขณะที่แผ่นดินไหวใหญ่ นานๆ จะเกิดที และในบางพื้นที่แผ่นดินไหวใหญ่เกิดน้อยเกินไป จนทำให้ระยะเวลาแค่ 50-60 ปี ที่สถานีตรวจวัดตั้งขึ้น เก็บข้อมูลแผ่นดินไหวใหญ่ได้ไม่กี่เหตุการณ์

ความจริงก็เป็นเช่นนั้น เรากลัวเรากังวลแผ่นดินไหวใหญ่ แต่ทำไงได้ เมื่อเราไม่มีแผ่นดินไหวใหญ่ให้ศึกษาพฤติกรรมเพราะมันโผล่มาน้อย ทางเลือกเดียวที่ดีที่สุดที่จะรู้นิสัยของแผ่นดินไหวใหญ่ได้ก็คือ การศึกษาพฤติกรรมการเกิดแผ่นดินไหวเล็ก แล้วค่อยไปเทียบสัดส่วนนิสัยว่าแผ่นดินไหวใหญ่จะมีนิสัยแบบไหน นิ่แหละสาเหตุที่มาที่ไป ว่าทำไมเราควรจะใส่ใจ ตรวจวัดแผ่นดินไหวเล็กให้ครบสมบูรณ์ในทุกเหตุการณ์ เพราะถ้าเรายังวัดแผ่นดินไหวเล็กไม่สมบูรณ์ นั่นหมายความว่าความเข้าใจเรื่องแผ่นดินไหวใหญ่ก็จะผิดเพี้ยนตามไปด้วย แล้วเรามีวิธีไหนบ้างที่จะตรวจสอบได้ว่าเราวัดแผ่นดินไหวเล็กๆ หรือฟังโลกเสียงเบาๆ รับข่าวสารได้อย่างครบถ้วนสมบูรณ์

จากข้อมูลแผ่นดินไหวที่บันทึกเก็บไว้ตั้งแต่อดีตจนปัจจุบัน Ishimoto และ Iida (1939) และ Gutenberg และ Richter (1944) ได้ค้นพบความสัมพันธ์ระหว่างระหว่างจำนวนการเกิดของแผ่นดินไหวในแต่ละขนาด และนำเสนอสมการความสัมพันธ์ การกระจายตัวความถี่-ขนาดแผ่นดินไหว (Frequency-Magnitude Distribution, FMD) หรือที่นักแผ่นดินไหวบางกลุ่มวิจัย เรียกว่า สมการกูเต็นเบิร์ก-ริกเตอร์ (Gutenberg-Richter Relationship) ดังแสดงในสมการ (ดูรูปประกอบ)

สมการ (1)

กำหนดให้ NM คือ จำนวนหรืออัตราการเกิดแผ่นดินไหวสะสม (cumulative number) ของแผ่นดินไหวที่มีขนาด ≥ M ส่วนค่า a และค่า b คือ ค่าคงที่มีค่าบวก ซึ่งจะมีค่าแตกต่างกันไปในแต่ละช่วงเวลาและพื้นที่ใดๆ และเป็นตัวแปรสำคัญที่สื่อถึง พฤติกรรมการเกิดแผ่นดินไหว (earthquake activity)

(ก) กราฟแสดงอัตราการเกิดแผ่นดินไหวทั่วโลกจำแนกตามขนาดแผ่นดินไหว (ที่มา : www.geothai.net) (ข) กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างขนาดแผ่นดินไหว (M) และจำนวนแผ่นดินไหวสะสมที่มีขนาด ≥ M (NM)

เพิ่มเติม : แผ่นดินไหวเล็กและใหญ่ เกิดเป็นสัดส่วนกัน-ถ้าเราดูออก ก็รู้จักนิสัยของเขา

ตัวอย่างเช่น พื้นที่ภูมิภาคอาเซียน Pailoplee และ Choowong (2013) ได้นำข้อมูลแผ่นดินไหวทั้งหมดในพื้นที่ มาวิเคราะห์จำนวนแผ่นดินไหวในแต่ละขนาด และสร้างกราฟแสดงความสัมพันธ์ FMD และวิเคราะห์ค่า a และค่า b ของแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวสำคัญๆ เพื่อนำไปต่อยอดวิเคราะห์ พฤติกรรมการเกิดแผ่นดินไหว (earthquake activity)

กราฟแสดงความสัมพันธ์ FMD วิเคราะห์จากข้อมูลแผ่นดินไหวในแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวสำคัญในภูมิภาคอาเซียน (Pailoplee และ Choowong, 2013) สามเหลี่ยม คือ จำนวนแผ่นดินไหวในแต่ละขนาด M สี่เหลี่ยม คือ จำนวนแผ่นดินไหวสะสมของแผ่นดินไหวขนาด ≥ M เส้นตรง คือ ความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ ประเมินจากจำนวนแผ่นดินไหวสะสม

ซึ่งจากรูปบน พบว่าในทางปฏิบัติ ข้อมูลแผ่นดินไหวที่ใช้สร้างกราฟแสดงความสัมพันธ์ FMD มีความเป็นเส้นตรงเฉพาะแผ่นดินไหวขนาด ≥ Mc ในขณะที่แผ่นดินไหวขนาด < Mc ไม่เป็นเส้นตรงตามสมการความสัมพันธ์ FMD ซึ่งจากการศึกษางานวิจัยในอดีต Chouliaras (2009) สรุปว่า การที่แผ่นดินไหวขนาด < Mc ไม่เป็นเส้นตรงตามสมการความสัมพันธ์ FMD เกิดจากข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพการตรวจวัดคลื่นไหวสะเทือนของเครื่องมือตรวจวัดแผ่นดินไหว เช่น ในกรณีของเครือข่ายตรวจวัดแผ่นดินไหวกระจายอยู่ไม่หนาแน่นเพียงพอในพื้นที่ศึกษา คลื่นไหวสะเทือนจากแผ่นดินไหวขนาดเล็กจะไม่สามารถตรวจวัดได้และไม่ปรากฏในฐานข้อมูลแผ่นดินไหว

ในทาง แผ่นดินไหววิทยาเชิงสถิติ (statistical seismology) ค่า Mc คือ ขนาดแผ่นดินไหวเล็กที่สุดที่เครือข่ายตรวจวัดแผ่นดินไหวสามารถตรวจวัดได้อย่างครบถ้วนสมบูรณ์ทุกเหตุการณ์ (magnitude of completeness; Woessner และ Wiemer, 2005) ซึ่งจากรูป FMD ด้านบน พบว่าการกำหนดค่า Mc ให้ถูกต้องแม่นยำจะส่งผลกระทบต่อการวิเคราะห์ทั้งค่า a และค่า b จากสมการความสัมพันธ์ FMD ดังนั้นในการวิเคราะห์ค่า a และค่า b ซึ่งเป็นตัวแปรสำคัญในการประเมินพฤติกรรมการเกิดแผ่นดินไหว นักแผ่นดินไหว จึงให้ความสำคัญกับการวิเคราะห์ค่า Mc

ปัจจุบันมีการนำเสนอแนวคิดทางสถิติเพื่อใช้ในการวิเคราะห์ค่า Mc หลายแนวคิด เช่น วิธีความโค้งสูงที่สุด (maximum curvature; Wiemer และ Wyss, 2000) วิธีทดสอบเปอร์เซนต์ความสอดคล้องระหว่างข้อมูลแผ่นดินไหวที่ใช้ในการวิเคราะห์และความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ของสมการความสัมพันธ์ FMD (goodness fit test; Wiemer และ Wyss, 2000) และ วิธีช่วงขนาดแผ่นดินไหวทั้งหมด (entire magnitude range; Woessner และ Wiemer, 2005) เป็นต้น ซึ่งจากการทดสอบกับฐานข้อมูลแผ่นดินไหวในพื้นที่ต่างๆ ทั่วโลก Woessner และ Wiemer (2005) สรุปว่า วิธีช่วงขนาดแผ่นดินไหวทั้งหมด เป็นวิธีดีที่สุดในการวิเคราะห์ค่า Mc เนื่องจากเป็นวิธีการที่มีความเสถียรและใช้ข้อมูลแผ่นดินไหวส่วนใหญ่ในการวิเคราะห์ค่า Mc

ก็อย่างที่อธิบายในข้างต้น ค่า Mc มีนัยสำคัญถึประสิทธิภาพการตรวจวัดแผ่นดินไหว และการกระจายตัวของเครือข่ายตรวจวัดแผ่นดินไหว โดยค่า Mc สูง/ต่ำ มีนัยสำคัญถึงมีความหนาแน่นของเครือข่ายตรวจวัดแผ่นดินไหวน้อย/มาก จึงมีประสิทธิภาพการตรวจวัดแผ่นดินไหวต่ำ/สูง ดังนั้นเพื่อที่จะวิเคราะห์วิวัฒนาการของประสิทธิภาพการตรวจวัดแผ่นดินไหว และการกระจายตัวของเครือข่ายตรวจวัดแผ่นดินไหว Pailoplee (2014c) จึงได้วิเคราะห์ค่า Mc ของฐานข้อมูลแผ่นดินไหวจากหน่วยงาน TMD ทั้งในเชิงเวลาและเชิงพื้นที่

วิวัฒนาการค่า Mc เชิงเวลา : พัฒนาการการวัดแผ่นดินไหวของเครือข่ายตรวจวัด

เพื่อที่จะวิเคราะห์วิวัฒนาการของประสิทธิภาพในการตรวจวัดแผ่นดินไหวที่เกิดในภูมิภาคอาเซียนแผ่นดินใหญ่จากเครือข่ายตรวจวัดแผ่นดินไหวของ กองเฝ้าระวังแผ่นดินไหว กรมอุตุนิยมวิทยา (Thai Meteorological Department, TMD) Pailoplee (2014c) วิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงค่า Mc เชิงเวลา จากข้อมูลแผ่นดินไหวในช่วงปี ค.ศ. 1998-2009 โดยพิจารณาข้อมูลแผ่นดินไหวที่เกิดในเวลาใกล้เคียงกับช่วงเวลาวิเคราะห์มากที่สุดจำนวน 50 เหตุการณ์ หลังจากนั้นเลื่อนช่วงเวลาการวิเคราะห์ค่า Mc ในทุก 5 เหตุการณ์แผ่นดินไหว (Nuannin และคณะ, 2005) ผลการวิเคราะห์บ่งชี้ว่าค่า Mc ในช่วงปี ค.ศ. 1998-2009 มีความแปรผันอยู่ในช่วง 2.5-4.4 Mw

กราฟแสดงการเปลี่ยนแปลงค่า Mc เชิงเวลา วิเคราะห์จากข้อมูลแผ่นดินไหวในช่วงปี ค.ศ. 1998-2009 ของหน่วยงาน TMD (Pailoplee, 2014c)

นอกจากนี้ยัวพบการลดลงอย่างชัดเจนของค่า Mc ในปี ค.ศ. 1999 และ ค.ศ. 2008 และเพิ่มขึ้นในปี ค.ศ. 2001 และ ค.ศ. 2009 ตามลำดับ ซึ่งจากการสืบค้นช่วงเวลาการเปลี่ยนแปลงเครือข่ายตรวจวัดแผ่นดินไหวของหน่วยงาน TMD ไม่พบความสอดคล้องกับช่วงเวลาการเปลี่ยนแปลงค่า Mc ดังกล่าว Pailoplee (2014c) จึงสรุปว่าการเปลี่ยนแปลงค่า Mc เชิงเวลาที่วิเคราะห์จากฐานข้อมูลแผ่นดินไหวของหน่วยงาน TMD อาจเกิดจากการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยในพื้นที่เฉพาะ เช่น ความเสียหายของเครื่องมือตรวจวัดแผ่นดินไหวในบางช่วงเวลา ทำให้ค่า Mc เพิ่มขึ้น หรือการติดตั้งเครือข่ายตรวจวัดแผ่นดินไหวเพิ่มเติม ทำให้ค่า Mc ลดลง

การกระจายตัวเชิงพื้นที่ของ Mc : ความหนาแน่นของเครือข่ายตรวจวัด

สำหรับการวิเคราะห์การกระจายตัวเชิงพื้นที่ของค่า Mc Pailoplee (2014c) แบ่งพื้นที่ศึกษาเป็นพื้นที่ย่อยขนาด 25×25 ตารางกิโลเมตร ครอบคลุมกลุ่มรอยเลื่อน (Pailoplee และคณะ, 2009a) และเขตกำเนิดแผ่นดินไหว (Pailoplee และ Choowong, 2013) ในภูมิภาคอาเซียนแผ่นดินใหญ่ โดยคัดเลือกแผ่นดินไหวภายในรัศมี 300 กิโลเมตร (Gupta, 2002) จากแต่ละพื้นที่ย่อยเพื่อวิเคราะห์สมการความสัมพันธ์ FMD และวิเคราะห์ค่า Mc ดังแสดงใน รูปแผนที่ด้านล่าง

แผนที่ภูมิภาคอาเซียนแผ่นดินใหญ่แสดงการกระจายตัวเชิงพื้นที่ของค่า Mc (Pailoplee, 2014c) เส้นสีเทา คือ เขตมุดตัวของเปลือกโลกสุมาตรา-อันดามันและกลุ่มรอยเลื่อนภายในแผ่นเปลือกโลกซึ่งนำเสนอโดย Pailoplee และคณะ (2009a)

แผนที่แสดงการกระจายตัวเชิงพื้นที่ของค่า Mc เป็นประโยชน์ต่อหน่วยงาน TMD ในการวางแผนการติดตั้งเครือข่ายตรวจวัดแผ่นดินไหวเพิ่มเติมในอนาคต เพื่อให้ครอบคลุมทุกพื้นที่และมีประสิทธิภาพในการตรวจวัดมากขึ้น (สามารถตรวจวัดแผ่นดินไหวขนาดเล็กได้ครบถ้วนสมบูรณ์ขึ้น) ซึ่งจากผลการศึกษาบ่งชี้ว่าเครือข่ายตรวจวัดแผ่นดินไหวของหน่วยงาน TMD มีประสิทธิภาพในการตรวจวัดแผ่นดินไหวอย่างครบถ้วนสมบูรณ์กับแผ่นดินไหวขนาด ≥ 3.0 Mw ในพื้นที่ภาคเหนือของประเทศไทย ขนาด ≥ 4.4 Mw ในบริเวณหมู่เกาะนิโคบาร์ ขนาด ≥ 4.5 Mw ในบริเวณตอนกลางของประเทศพม่า และ ≥ 5.5 Mw ในพื้นที่โดยรอบเกาะสุมาตรา ตามลำดับ

นอกจากนี้แผนที่แสดงการกระจายตัวเชิงพื้นที่ของค่า Mc ยังบ่งชี้ว่าบริเวณชายแดนภาคเหนือของประเทศไทย-ลาว-พม่ามีประสิทธิภาพในการตรวจวัดแผ่นดินไหวสูง โดยมีค่า Mc ต่ำที่สุดอยู่ในช่วง 3.0-3.5 Mw สำหรับพื้นที่โดยรอบหมู่เกาะนิโคบาร์ ตอนเหนือของประเทศเวียดนามและตอนใต้ของประเทศจีนแสดงค่า Mc อยู่ในช่วง 4.0-4.3 Mw ซึ่งถือว่าเพียงพอสำหรับการศึกษาแผ่นดินไหวที่เป็นภัยพิบัติ (Mw ≥ 4.0; Kramer, 1996) แต่ในกรณีของพื้นที่โดยรอบเกาะสุมาตราและตอนเหนือของประเทศพม่า พบว่าฐานข้อมูลแผ่นดินไหวของหน่วยงาน TMD ตรวจวัดไม่สมบูรณ์บางส่วน โดยมีค่า Mc สูงที่สุดถึง 5.4-6.0 Mw ดังนั้นฐานข้อมูลแผ่นดินไหวของหน่วยงาน TMD จึงไม่เหมาะสมสำหรับการศึกษาแผ่นดินไหวในบริเวณ 1) เกาะสุมาตรา ในพื้นที่ซึ่งเคยเกิดแผ่นดินไหวขนาด 9.0 Mw และ 2) ตอนเหนือของประเทศพม่า ตามแนวรอยเลื่อนสะกาย

ทั้งหมดทั้งมวลนี้ก็คือ ความสำคัญ หลักการวิเคราะห์ และผลการศึกษาค่า Mc ซึ่งสื่อถึงความหนาแน่นของเครือข่ายตรวจวัดแผ่นดินไหวที่มี หรือสื่อถึงประสิทธิภาพการตรวจวัดแผ่นดินไหวของในแต่ละเครือข่ายตรวจวัดแผ่นดินไหว

. . .
บทความล่าสุด : www.mitrearth.org
เยี่ยมชม facebook : มิตรเอิร์ธ – mitrearth

Share: