แบบฝึกหัด 4 ความเค้นทางธรณีแปรสัณฐาน
วัตถุประสงค์การเรียนรู้
- เพื่อเข้าใจธรรมชาติการเกิดแผ่นดินไหวในเชิงความสัมพันธ์ระหว่างความถี่และขนาดแผ่นดินไหว
- เพื่อเข้าใจการประยุกต์ใช้ค่า b ในการศึกษาแรงเค้นทางธรณีแปรสัณฐาน
เนื้อหา
- การเปลี่ยนแปลงค่า b (Variation of b Value)
- เกาะสุมาตรา-อันดามัน (Sumatra-Andaman Island)
- แนวหมู่เกาะประเทศอินโดนีเซีย (Indonesian Island Chain)
- หมู่เกาะฟิลิปปินส์ (Philippines Islands)
- รอยเลื่อนสะกาย (Sagaing Fault)
- ภาคเหนือของประเทศไทย (Northern Thailand)
- ภาคตะวันตกของประเทศไทย (Western Thailand)
- ประสิทธิภาพการตรวจวัด (Detection Capability)
ค่าคงที่ b จากสมการความสัมพันธ์การกระจายตัวความถี่-ขนาดแผ่นดินไหว (Frequency-Magnitude Distribution, FMD) มีนัยสำคัญถึงความเค้นทางธรณีแปรสัณฐานที่สะสมอยู่ในแต่ละพื้นที่ย่อยของแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหว โดยค่า b ต่ำ/สูง หมายถึง ความเค้นสูง/ต่ำ ดังนั้นการวิเคราะห์ความแตกต่างของค่า b ทั้งในเชิงเวลาและเชิงพื้นที่จึงสามารถประยุกต์ใช้เป็นสัญญาณบอกเหตุก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ได้
ขอให้เมามันส์ไปกับแรงสั่นของแผ่นดินไหวนะครับ ?
คำอธิบาย: ตอบคำถามต่อไปนี้โดยใช้ คำสำคัญ เป็นแนวทางประกอบในการตอบคำถาม
1) อธิบายการประยุกต์ใช้ค่า b กับการศึกษากระบวนการทางธรณีแปรสัณฐานด้านต่างๆ
คำสำคัญ: กลไกการปริแตกของหิน; รูปร่างของกระเปาะแมกมา; พฤติกรรมการเกิดแผ่นดินไหวตาม; แผ่นดินไหวจากการทำเหมืองแร่; สัญญาณบอกเหตุแผ่นดินไหว
2) ผลการวิเคราะห์ค่า b ตามแนวรอยเลื่อนสะกายบ่งชี้ว่ามีโอกาสเกิดแผ่นดินไหวในพื้นที่ใดและมีขนาดเท่าใด (ศึกษาเพิ่มเติมใน Pailoplee, 2013)
คำสำคัญ: รอยเลื่อนสะกาย; ประเทศพม่า; สมการความสัมพันธ์ FMD; ค่า b; พื้นที่ยึดติดของระนาบรอยเลื่อน; เมืองเนย์ปิดอว์; เมืองมัณฑะเลย์; เมืองมิตจีนา
3) อธิบายหลักการประเมินประสิทธิภาพการตรวจวัดแผ่นดินไหว (earthquake detection capability) ของเครือข่ายตรวจวัดแผ่นดินไหว
คำสำคัญ: สมการความสัมพันธ์ FMD; ขนาดแผ่นดินไหวเล็กที่สุดที่เครือข่ายตรวจวัดแผ่นดินไหวสามารถตรวจวัดได้อย่างสมบูรณ์; การกระจายตัวของเครือข่ายตรวจวัดแผ่นดินไหว
แนวทางการตอบคำถาม
1) อธิบายการประยุกต์ใช้ค่า b กับการศึกษากระบวนการทางธรณีแปรสัณฐานด้านต่างๆ
นักแผ่นดินไหว เช่น Gerstenberger และคณะ (2001) พบว่าในพื้นที่เฉพาะและช่วงเวลาใดๆ ค่า b จากสมการความสัมพันธ์ FMD มีความแตกต่างทั้งในเชิงเวลาและเชิงพื้นที่ ดังนั้นจึงมีนักแผ่นดินไหวหลายกลุ่มประยุกต์ใช้แนวคิดการเปลี่ยนแปลงค่า b เพื่อศึกษากระบวนการทางธรณีแปรสัณฐานด้านต่างๆ ได้แก่
1) การปริแตกของหิน (rock fracture) Rao และคณะ (2005) ศึกษาการปริแตกของหินจากการให้ความเค้นบีบอัดตัวอย่างหิน หลังจากนั้นวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างความถี่-ความดังหรือแอมพลิจูดของเสียง พบว่าในช่วงเริ่มต้นที่ความเค้นบีบอัดตัวอย่างหินมีค่า b สูงถึง 2.3 และลดลงอย่างต่อเนื่องถึง b = 1.5 เมื่อเข้าสู่ภาวะเสถียรในระหว่างการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่น (elastic deformation) ในเวลาต่อมาเมื่อเพิ่มความเค้นบีบอัดมากขึ้น หินจะสร้างรอยแตกขนาดเล็กชุดใหม่จำนวนมาก เกิดการครูดถูของรอยแตกหินและแตกหักอย่างรวดเร็วในเวลาต่อมา Rao และคณะ (2005) จึงสรุปว่าค่า b ต่ำกว่าภาวะปกติก่อนการปริแตกของหิน
2) การกระจายตัวของกระเปาะแมกมา (magma chamber distribution) Sanchez และคณะ (2004) ศึกษาความแตกต่างเชิงพื้นที่ของค่า b ใต้ภูเขาไฟพินาตูโบ ประเทศฟิลิปปินส์ เพื่อวิเคราะห์รูปร่างกระเปาะแมกมาที่อยู่ใต้พื้นโลก ผลการศึกษาบ่งชี้ว่าค่า b สูงอย่างผิดปกติรอบภูเขาไฟพินาตูโบบ่งชี้ความดันสูงและรอยแตกที่เพิ่มขึ้นในพื้นที่ดังกล่าว ซึ่งอาจสัมพันธ์กับรูปร่างของกระเปาะแมกมาใต้พื้นโลก
3) พฤติกรรมการเกิดแผ่นดินไหวตาม (aftershock activity) Wiemer และคณะ (2002) วิเคราะห์ค่า b จากข้อมูลแผ่นดินไหวตามจำนวน 11,000 เหตุการณ์ ที่เกิดขึ้นหลังจากแผ่นดินไหวหลักขนาด 7.1 Mw บริเวณเหมืองแร่เฮคเตอร์ ประเทศสหรัฐอเมริกา ในปี ค.ศ) 1999 พบว่าโดยรวมค่า b สูง (b = 1.2) ในพื้นที่ปริแตกส่วนใหญ่ของแผ่นดินไหวหลักและทิศทางการปริแตกของแผ่นดินไหวหลักส่งผลกระทบต่อการกระจายตัวของแผ่นดินไหวตาม
4) แผ่นดินไหวจากการทำเหมืองแร่ (rockburst seismicity) Nuannin และคณะ (2002) ศึกษาพฤติกรรมการเกิดแผ่นดินไหวจากการระเบิดเพื่อทำเหมืองแร่ซิงกรูวาน (Zinkgruvan mine) ประเทศสวีเดน จากการวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงค่า b เชิงเวลา พบค่า b แปรผันอยู่ในช่วง 0.5-3.0 และมีการลดลงอย่างผิดปกติ 2 ครั้ง ซึ่งหลังจากนั้นเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ที่สุด (2.4 Mw) ทางตะวันออกของเหมืองแร่
5) สัญญาณบอกเหตุแผ่นดินไหว (earthquake precursor) Mogi (1962) Scholz (1968) และ Wyss (1973) พบว่าความแตกต่างของค่า b ในแต่ละพื้นที่มีความสัมพันธ์กับความเค้นทางธรณีแปรสัณฐานที่สะสมอยู่ในพื้นที่ โดยค่า b ต่ำ/สูง หมายถึง ความเค้นสูง/ต่ำ ซึ่งบริเวณที่มีการสะสมความเค้นทางธรณีแปรสัณฐานสูงมักจะสัมพันธ์กับเหตุการณ์แผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นในเวลาต่อมา ซึ่งจากความสัมพันธ์ดังกล่าว นักแผ่นดินไหวประยุกต์ใช้เพื่อวิเคราะห์สัญญาณบอกเหตุแผ่นดินไหวในหลายแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวทั่วโลก เช่น Chan และคณะ (2012) วิเคราะห์ค่า b และพบค่า b ต่ำ ก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาด ≥ 6.0 ML ในประเทศไต้หวัน
คำสำคัญ: กลไกการปริแตกของหิน; รูปร่างของกระเปาะแมกมา; พฤติกรรมการเกิดแผ่นดินไหวตาม; แผ่นดินไหวจากการทำเหมืองแร่; สัญญาณบอกเหตุแผ่นดินไหว
2) ผลการวิเคราะห์ค่า b ตามแนวรอยเลื่อนสะกายบ่งชี้ว่ามีโอกาสเกิดแผ่นดินไหวในพื้นที่ใดและมีขนาดเท่าใด (ศึกษาเพิ่มเติมใน Pailoplee, 2013)
ผลการศึกษาของ Pailoplee (2013) บ่งชี้ว่าตลอดแนวรอยเลื่อนสะกายพบ 2 พื้นที่แสดงค่า b ต่ำกว่าพื้นที่ข้างเคียงอย่างชัดเจน ซึ่งอาจเป็นพื้นที่เสี่ยงต่อการเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ในอนาคต คือ รอยเลื่อนสะกายส่วนที่พาดผ่าน 1) เมืองเนย์ปิดอว์-เมืองมัณฑะเลย์ และ 2) พื้นที่ทางตะวันตกเฉียงใต้ของเมืองมิตจีนาตอนเหนือของรอยเลื่อนสะกาย นอกจากนี้ Pailoplee (2013) วิเคราะห์พื้นที่ซึ่งมีความผิดปกติของค่า b ตามแนวภาคตัดขวาง โดยหากอนุมานให้พื้นที่ยึดติดของระนาบรอยเลื่อนมีค่า b < 0.60 และ b < 0.60 ประเมินว่ามี 3 พื้นที่โดยรอบเมืองมิตจีนาที่สามารถเป็นแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวและอาจสร้างแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ที่สุดถึง 8.6
คำสำคัญ: รอยเลื่อนสะกาย; ประเทศพม่า; สมการความสัมพันธ์ FMD; ค่า b; พื้นที่ยึดติดของระนาบรอยเลื่อน; เมืองเนย์ปิดอว์; เมืองมัณฑะเลย์; เมืองมิตจีนา
3) อธิบายหลักการประเมินประสิทธิภาพการตรวจวัดแผ่นดินไหว (earthquake detection capability) ของเครือข่ายตรวจวัดแผ่นดินไหว
สืบเนื่องจากสมการความสัมพันธ์ FMD ส่วนใหญ่จะมีความเป็นเส้นตรงเฉพาะแผ่นดินไหวขนาด ≥ Mc แต่ในส่วนของแผ่นดินไหวขนาด < Mc ไม่เป็นเส้นตรง ซึ่งจากงานวิจัยในอดีต นักแผ่นดินไหว (Chouliaras, 2009) สรุปว่าการที่แผ่นดินไหวขนาด < Mc ไม่เป็นไปตามสมการความสัมพันธ์ FMD เกิดจากข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพการตรวจวัดคลื่นไหวสะเทือนของเครื่องมือตรวจวัดแผ่นดินไหว ดังนั้นค่า Mc สูง/ต่ำ ในพื้นที่ใดๆ สามารถแปลความว่ามีความหนาแน่นของเครือข่ายตรวจวัดแผ่นดินไหวน้อย/มาก ซึ่งการวิเคราะห์ค่า Mc ทั้งในเชิงเวลาและเชิงพื้นที่จึงมีนัยสำคัญถึงวิวัฒนาการของประสิทธิภาพการตรวจวัดแผ่นดินไหวและความหนาแน่นของการกระจายตัวของเครือข่ายตรวจวัดแผ่นดินไหวในแต่ละพื้นที่ศึกษา
คำสำคัญ: สมการความสัมพันธ์ FMD; ขนาดแผ่นดินไหวเล็กที่สุดที่เครือข่ายตรวจวัดแผ่นดินไหวสามารถตรวจวัดได้อย่างสมบูรณ์; การกระจายตัวของเครือข่ายตรวจวัดแผ่นดินไหว
ค้นคว้าเพิ่มเติม
. . .
บทความล่าสุด : www.mitrearth.org
เยี่ยมชม facebook : มิตรเอิร์ธ – mitrearth