หลักคิด

เพื่อที่จะศึกษาพฤติกรรมการปริแตกของหินหรือรอยเลื่อนก่อนที่จะเกิดแผ่นดินไหวในธรรมชาติ Sobolev (1995) ได้จำลองการเกิดแผ่นดินไหวจากการลองบีบอัดหินและตรวจวัดจำนวนเสียงปริแตกของหิน ซึ่งคล้ายกับการทดสอบของ Main และคณะ (1989) ในการวิเคราะห์ค่า b จากสมการความสัมพันธ์ FMD แต่ผลการทดสอบของ Sobolev (1995) ตรวจพบเพิ่มเติมเกี่ยวกับพฤติกรรมการปริแตกของหิน และอธิบายว่าในระยะเริ่มต้นบีบอัดหินจำนวนเสียงปริแตกจะเพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่มแรงบีบอัดมากขึ้น อย่างไรก็ตามจำนวนเสียงปริแตกจะลดลงเนื่องจากรอยแตกของหินเริ่มเข้าสู่ภาวะสมดุล จนกระทั่งในระยะสุดท้ายหินจะปริแตกอย่างรุนแรง เกิดเสียงปริแตกเพิ่มขึ้นอีกครั้งและเกิดการแตกหักของหินในเวลาต่อมา

ซึ่งจากการทดลองดังกล่าว Sobolev (1995) สรุปว่าหากพื้นที่ใดๆ ได้รับความเค้นทางธรณีแปรสัณฐานเพิ่มขึ้น อัตราการเกิดแผ่นดินไหวจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ เรียกว่า ภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหว (seismic quiescence) และหลังจากนั้นอัตราการเกิดแผ่นดินไหวจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เรียกว่า ภาวะกระตุ้นแผ่นดินไหว (seismic activation) ก่อนที่จะเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ในเวลาต่อมา และจากแนวคิดดังกล่าว Sobolev และ Tyupkin (1997; 1999) ได้นำเสนอวิธีการทางสถิติ เรียกว่า ระเบียบวิธีพื้นที่-เวลา-ความยาวรอยเลื่อน (Region-Time-Length, RTL algorithm) เพื่อตรวจวัดและจับสัญญาณของภาวะเงียบสงบและภาวะกระตุ้นแผ่นดินไหว โดยให้คะแนนตัวแปรที่เกี่ยวข้อง 3 ตัวแปร จากเหตุการณ์แผ่นดินไหวที่เคยเกิดขึ้นรอบพื้นที่ย่อยที่พิจารณา ดังแสดงใน 3 สมการด้านล่าง

กำหนดให้ R(x,y,z,t) คือ ฟังก์ชั่นความสัมพันธ์ระหว่างระยะทางจากพื้นที่ย่อยที่ต้องการวิเคราะห์ถึงจุดศูนย์กลางแผ่นดินไหว i ที่พิจารณา (r_i) ซึ่งมีคะแนนมาก/น้อยเมื่อระยะทางระหว่างพื้นที่ย่อยและจุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวสั้น/ยาว ในขณะที่ T(x,y,z,t) คือ ฟังก์ชั่นความสัมพันธ์ระหว่างช่วงเวลาที่ต้องการวิเคราะห์ (t) และเวลาเกิดแผ่นดินไหวที่พิจารณา (t_i) ซึ่งมีคะแนนมาก/น้อย เมื่อช่วงเวลาระหว่างช่วงเวลาวิเคราะห์และเวลาเกิดแผ่นดินไหวสั้น/ยาว และ L(x,y,z,t) คือ ฟังก์ชั่นแสดงความยาวรอยแตกของรอยเลื่อน (l_i) เนื่องจากแผ่นดินไหวขนาด M_i ที่พิจารณา ซึ่งมีคะแนนมาก/น้อยเมื่อรอยแตกยาว/สั้น ในขณะที่ฟังก์ชั่น R_bg(x,y,z,t) T_bg(x,y,z,t) และ L_bg(x,y,z,t) คือ ค่าภูมิหลัง (background) ของฟังก์ชั่น R(x,y,z,t) T(x,y,z,t) และฟังก์ชั่น L(x,y,z,t) ตามลำดับ โดยในการคัดเลือกข้อมูลแผ่นดินไหว i เพื่อวิเคราะห์ระเบียบวิธีพื้นที่-เวลา-ความยาวรอยเลื่อน ต้องเป็นแผ่นดินไหวที่มีคุณสมบัติครบตาม 3 เงื่อนไข ดังนี้ เงื่อนไข 1) M_i ≥ M_min เงื่อนไข 2) r_i ≤ 2r₀ และ เงื่อนไข 3) t_i ≤ 2t₀

กำหนดให้ M_min หมายถึง ขนาดแผ่นดินไหวเล็กที่สุดที่จะพิจารณา ซึ่งงานวิจัยในอดีตส่วนใหญ่กำหนดให้มีค่าเท่ากับ ขนาดแผ่นดินไหวเล็กที่สุดที่เครือข่ายตรวจวัดแผ่นดินไหวสามารถตรวจวัดได้อย่างสมบูรณ์หรือค่า Mc ส่วนในกรณีของ r₀ และ t₀ คือ ตัวแปรอิสระในการวิเคราะห์ระเบียบวิธีพื้นที่-เวลา-ความยาวรอยเลื่อน ซึ่งแตกต่างกันในแต่ละพื้นที่ศึกษา (Huang และคณะ, 2001)

จากรูปด้านล่าง รูป ก แสดงตัวอย่างการเปลี่ยนแปลงเชิงเวลาในแต่ละฟังก์ชั่น R(x,y,z,t) T(x,y,z,t) และฟังก์ชั่น L(x,y,z,t) วิเคราะห์ตามสมการ R-T-L (Huang และ Sobolev, 2002) ซึ่งจากสมการดังกล่าว Sobolev และ Tyupkin (1997; 1999) นำเสนอผลรวมของทั้ง 3 ฟังก์ชั่น ดังแสดงในสมการด้านล่าง (ดูข ประกอบ)

กำหนดให้ V_RTL(x,y,z,t) คือ ผลรวมของฟังก์ชั่น R(x,y,z,t) T(x,y,z,t) และฟังก์ชั่น L(x,y,z,t) โดยปรับเทียบมาตราส่วนกับค่า V_RTL(x,y,z,t) สูงที่สุดที่วิเคราะห์ได้ตลอดช่วงเวลาการวิเคราะห์ของทั้ง 3 ฟังก์ชั่นดังกล่าว (R_max(x,y,z,t) T_max(x,y,z,t) และฟังก์ชั่น L_max(x,y,z,t)) ดังนั้น V_RTL(x,y,z,t) จึงมีความแปรผันอยู่ระหว่าง -1 ถึง 1 เรียกว่า คะแนน RTL (RTL score) ซึ่งในทางวิทยาคลื่นไหวสะเทือน คะแนน RTL < 0 หมายถึง ภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหว และคะแนน RTL > 0 หมายถึง ภาวะกระตุ้นแผ่นดินไหว

สืบเนื่องจากการวิเคราะห์คะแนน RTL ดังที่อธิบายในข้างต้น เป็นการวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงเชิงเวลาเฉพาะพื้นที่ศึกษาย่อยใดๆ ดังนั้นเพื่อที่จะสร้างแผนที่แสดงการกระจายตัวเชิงพื้นที่ของภาวะเงียบสงบและภาวะกระตุ้นแผ่นดินไหว Huang (2004) นำเสนอการวิเคราะห์คะแนน RTL เฉลี่ยในช่วงเวลาใดๆ ดังแสดงในสมการด้านล่าง(ดู ประกอบ)

กำหนดให้ i คือ ข้อมูลคะแนน RTL จำนวน m ข้อมูล ที่อยู่ในช่วงเวลา (t₁, t₂) ที่พิจารณา ซึ่งค่า Q(x,y,z,t₁,t₂) จากทุกพื้นที่ย่อย (x,y,z) ครอบคลุมพื้นที่ศึกษา สามารถนำมาสร้างแผนที่เส้นชั้นความสูง (contour map) แสดงการกระจายตัวเชิงพื้นที่ของภาวะเงียบสงบและภาวะกระตุ้นแผ่นดินไหวได้

หลังจาก Sobolev และ Tyupkin (1997; 1999) และ Huang (2004) ได้นำเสนอวิธีการวิเคราะห์ภาวะเงียบสงบและภาวะกระตุ้นแผ่นดินไหว นักแผ่นดินไหวหลายกลุ่มจึงประยุกต์ใช้วิธีการดังกล่าวเพื่อประเมินพื้นที่เสี่ยงต่อการเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ในอนาคตในแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวสำคัญทั่วโลก

ระเบียบวิธีพื้นที่-เวลา-ความยาวรอยเลื่อน (RTL Algorithm) เป็นอีกหนึ่งวิธีการทางสถิติที่ใช้ตรวจวัดภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหว โดยการให้คะแนนตัวแปรที่เกี่ยวข้อง 3 ตัวแปร จากเหตุการณ์แผ่นดินไหวที่เคยเกิดขึ้นรอบพื้นที่ศึกษาและประมวลผลออกมาในรูปแบบของคะแนน RTL (RTL score)

ภาวะเงียบในรัสเซีย

Sobolev และ Tyupkin (1997) ศึกษาการเปลี่ยนแปลงเชิงเวลาของคะแนน RTL ที่สัมพันธ์กับการเกิดแผ่นดินไหวขนาด ≥ 7.0 M_w ในพื้นที่เมืองคัมชัตกา (Kamchatka) ประเทศรัสเซีย โดยใช้ข้อมูลแผ่นดินไหวขนาด ≥ 3.0 M_w ในช่วงปี ค.ศ. 1962-1997 และใช้สมการความสัมพันธ์ของ Riznichenko (1976) ในการปรับเทียบขนาดแผ่นดินไหว (M_i) (หน่วย M_w) ในแต่ละเหตุการณ์เป็นความยาวรอยแตกของรอยเลื่อน (l_i) (หน่วย กิโลเมตร)

 รูปด้านล่าง แสดงการเปลี่ยนแปลงเชิงเวลาของคะแนน RTL วิเคราะห์ที่จุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวขนาด ≥ 7.0 M_w จำนวน 3 เหตุการณ์ บ่งชี้ว่าแผ่นดินไหวขนาด ≥ 7.0 M_w มักจะเกิดขึ้นหลังจากตรวจพบภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหว (แถบสีเทา) และภาวะกระตุ้นแผ่นดินไหว โดยภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหวเกิดขึ้นประมาณ 1.5-3.5 ปี ก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาด ≥ 7.0 M_w และภาวะกระตุ้นแผ่นดินไหวเกิดขึ้นประมาณ 0.5-1.5 ปี ก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาด ≥ 7.0 M_w

นอกจากนี้ ในรูป ค ยังแสดงภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหวในช่วงเวลาสั้นๆ ในปี ค.ศ. 1999 ซึ่งในเวลาต่อมา เกิดแผ่นดินไหวขนาด 5.9 M_w ดังนั้น Sobolev และ Tyupkin (1997) จึงสรุปว่านอกจากภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหวที่ตรวจพบได้อย่างชัดเจนก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาด ≥ 7.0 M_w ระเบียบวิธีพื้นที่-เวลา-ความยาวรอยเลื่อนยังสามารถตรวจพบภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหวก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาด ≥ 5.9 M_w ได้เช่นกัน

ภาวะเงียบสงบในญี่ปุ่น

Huang และคณะ (2001) ศึกษาการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมการเกิดแผ่นดินไหวที่สัมพันธ์กับการเกิดแผ่นดินไหวขนาด 7.2 M_w ในพื้นที่เมืองโกเบ ประเทศญี่ปุ่น เมื่อวันที่ 17 เดือนมกราคม ค.ศ. 1995 โดยประยุกต์ใช้ระเบียบวิธีพื้นที่-เวลา-ความยาวรอยเลื่อนมาวิเคราะห์ฐานข้อมูลแผ่นดินไหวของกรมอุตุนิยมวิทยา ประเทศญี่ปุ่น (Japan Meteorological Agency, JMA) โดยผลการวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงคะแนน RTL เชิงเวลาในช่วงปี ค.ศ. 1980-1995 ที่จุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวดังกล่าว แสดงการลดลงอย่างชัดเจนของคะแนน RTL ในช่วงต้นปี ค.ศ. 1993 ถึงปลายปี ค.ศ. 1994 โดย Huang และคณะ (2001) สรุปว่าเป็นภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหว และหลังจากนั้นจึงเกิดภาวะกระตุ้นแผ่นดินไหวยาวนานประมาณ 7 เดือน ก่อนที่แผ่นดินไหวขนาด 7.2 M_w จะเกิดขึ้นในพื้นที่เมืองโกเบ

นอกจากนี้ Huang และคณะ (2001) วิเคราะห์คะแนน RTL ครอบคลุมพื้นที่ประเทศญี่ปุ่น และสร้างแผนที่แสดงการกระจายตัวเชิงพื้นที่ของภาวะเงียบสงบและภาวะกระตุ้นแผ่นดินไหว ซึ่งผลการวิเคราะห์บ่งชี้ว่าในบริเวณจุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวขนาด 7.2 M_w เมืองโกเบ พบภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหว และภาวะกระตุ้นแผ่นดินไหว ในเวลาต่อมา ตามลำดับ และตรวจพบเฉพาะพื้นที่โดยรอบจุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวดังกล่าว Huang และคณะ (2001) จึงสรุปว่าภาวะเงียบสงบและภาวะกระตุ้นแผ่นดินไหวที่ตรวจวัดได้จากการวิเคราะห์คะแนน RTL สามารถใช้เป็นสัญญาณบอกเหตุแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ได้

Huang และ Sobolev (2002) ประยุกต์ใช้ระเบียบวิธีพื้นที่-เวลา-ความยาวรอยเลื่อน มาวิเคราะห์ฐานข้อมูลแผ่นดินไหวของหน่วยงาน JMA เพื่อศึกษาพฤติกรรมการเกิดแผ่นดินไหวในบริเวณอ่าวเนมูโระ ทางตอนเหนือของประเทศญี่ปุ่น ซึ่งผลการศึกษาพบภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหวเริ่มเกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1995 บริเวณนอกชายฝั่งทางตะวันออกของเกาะฮอกไกโด ประเทศญี่ปุ่น และคะแนน RTL ลดลงต่ำที่สุดในเดือนตุลาคม ค.ศ. 1996

ต่อมาในช่วงต้นปี ค.ศ. 1997 เกิดภาวะกระตุ้นแผ่นดินไหวยาวนานประมาณ 8 เดือน ในบริเวณเดียวกันกับที่เกิดภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหว และหลังจากนั้นประมาณ 4 ปี เกิดแผ่นดินไหวขนาด 6.8 M_w ในบริเวณที่เคยตรวจพบความผิดปกติของคะแนน RTL ดังกล่าว ในเดือนมกราคม ค.ศ. 2000

นอกจากนี้ในกรณีของแผนที่แสดงการกระจายตัวเชิงพื้นที่ของภาวะกระตุ้นแผ่นดินไหว พบภาวะกระตุ้นแผ่นดินไหวในพื้นที่เกาะอิซุ (Izu Island) นอกชายฝั่งทางตอนใต้ของเมืองโตเกียว ซึ่งในเบื้องต้น Huang และ Sobolev (2002) สรุปว่าพื้นที่ดังกล่าว อาจเป็นพื้นที่เสี่ยงต่อการเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ในอนาคต อย่างไรก็ตามจากการศึกษาข้อมูลแผ่นดินไหวในรายละเอียดพบว่าภาวะกระตุ้นแผ่นดินไหวดังกล่าวเกิดจากกระจุกแผ่นดินไหว ก่อนการประทุของภูเขาไฟในบริเวณเกาะอิซุ

Huang (2004) ประยุกต์ใช้ระเบียบวิธีพื้นที่-เวลา-ความยาวรอยเลื่อน เพื่อวิเคราะห์พฤติกรรมการเกิดแผ่นดินไหวขนาด 7.3 M_w ที่เมืองต็อตโตริ (Tottori) ประเทศญี่ปุ่น โดยใช้ข้อมูลแผ่นดินไหวจากหน่วยงาน JMA ซึ่งผลการวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงเชิงเวลาของคะแนน RTL พบความผิดปกติของคะแนน RTL เริ่มเกิดขึ้นในช่วงปลายปี ค.ศ. 1999 และ ลดลงต่ำที่สุดในเดือนพฤษภาคม ค.ศ. 2000 ซึ่งหลังจากนั้น 5 เดือน เกิดแผ่นดินไหวขนาด 7.3 M_w ที่เมืองต็อตโตริ

ภาวะเงียบสงบในไต้หวัน

นอกจากนี้ Chen และ Wu (2006) พบว่าระเบียบวิธีพื้นที่-เวลา-ความยาวรอยเลื่อนสามารถตรวจวัดภาวะเงียบสงบและภาวะกระตุ้นแผ่นดินไหวก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาด 7.6 M_w ที่เมืองชีชี (Chi-Chi) ประเทศไต้หวัน โดยพบภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหวเกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1996 ตามด้วยภาวะกระตุ้นแผ่นดินไหวในปี ค.ศ. 1997 หลังจากนั้นในเดือนกันยายน ค.ศ. 1999 จึงเกิดแผ่นดินไหวขนาด 7.6 M_w ดังกล่าว

ภาวะเงียบในอินเดีย

Shashidhar และคณะ (2010) วิเคราะห์พฤติกรรมการเกิดแผ่นดินไหวก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาด 5.0 M_w ในพื้นที่ทางตะวันตกของประเทศอินเดีย โดยใช้ระเบียบวิธีพื้นที่-เวลา-ความยาวรอยเลื่อน ผลการวิเคราะห์พบการลดลงของคะแนน RTL อย่างผิดปกติก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาด 5.0 M_w ดังกล่าว ดังนั้น Shashidhar และคณะ (2010) จึงสรุปว่านอกจากแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ ระเบียบวิธีพื้นที่-เวลา-ความยาวรอยเลื่อนสามารถตรวจพบภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหวของแผ่นดินไหวขนาด 5.0 M_w ได้เช่นกัน

สรุปการพบภาวะเงียบสงบทั่วโลก

จากการประมวลผลงานวิจัยในอดีต ดังที่อธิบายในข้างต้น Puangjaktha และ Pailoplee (accepted) พบช่วงเวลาระหว่างเวลาที่ตรวจพบความผิดปกติของคะแนน RTL (ภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหว) และเหตุการณ์เแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ที่เกิดตามมา อยู่ในช่วงเวลา 1.0-5.0 ปี ดังนั้น Puangjaktha และ Pailoplee (accepted) จึงสรุปว่าระเบียบวิธีพื้นที่-เวลา-ความยาวรอยเลื่อนสามารถตรวจพบภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหวซึ่งเป็นสัญญาณบอกเหตุแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ได้

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