หลักคิด

การเปลี่ยนแปลงอัตราการเกิดแผ่นดินไหว (seismicity rate change) พัฒนามาากแนวคิด เขตช่วงว่างแผ่นดินไหว (seismic gap) ซึ่ง McCann และคณะ (1979) อธิบายว่า ทุกพื้นที่ย่อยของแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวจะมีพฤติกรรมหรืออัตราการเกิดแผ่นดินไหวโดยรวมใกล้เคียงกัน ดังนั้นหากพื้นที่ย่อยใดๆ ภายในแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวมีอัตราการเกิดแผ่นดินไหวต่ำกว่าพื้นที่ย่อยข้างเคียงหรือไม่มีกิจกรรมแผ่นดินไหว นักแผ่นดินไหวประเมินว่าพื้นที่ย่อยดังกล่าวกำลังสะสมความเค้นทางธรณีแปรสัณฐานและอาจเป็นพื้นที่เสี่ยงต่อการเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ในอนาคต (McCann และคณะ, 1979)

นอกจากนี้จากการศึกษาพฤติกรรมการเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ทั่วโลก เช่น แผ่นดินไหวสปีตัก (Spitak Earthquake) ขนาด 7.0 M_w ในปี ค.ศ. 1988 แผ่นดินไหวแลนเดอร์ (Lander Earthquake) ขนาด 7.5 M_w ในปี ค.ศ. 1992 และ แผ่นดินไหวฮอกไกโด-โทคาชิโอกิ (Hokkaido-Tokachi-Oki Earthquake) ขนาด 8.3 M_w ในปี ค.ศ. 1994 เป็นต้น บ่งชี้ว่าก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ดังกล่าวประมาณ 1-6 ปี อัตราการเกิดแผ่นดินไหวจะลดลงจากภาวะปกติประมาณ 45-90% ซึ่งสอดคล้องกับผลการศึกษาของนักแผ่นดินไหวหลายกลุ่ม (Mogi, 1969; Ohtake และคณะ, 1977; Habermann, 1983; Wyss, 1985) ดังนั้นนักแผ่นดินไหวจึงสรุปว่าก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ อัตราการเกิดแผ่นดินไหวในพื้นที่ดังกล่าวจะลดลง เรียกว่า ภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหว (seismic quiescence) ซึ่งสามารถใช้เป็นสัญญาณบอกเหตุแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ได้

ในทางวิทยาคลื่นไหวสะเทือน แสดงตัวอย่างพฤติกรรมการเกิดแผ่นดินไหวในรูปแบบของกราฟจำนวนแผ่นดินไหว (number of earthquake) และจำนวนแผ่นดินไหวสะสม (cumulative number of earthquake) ที่เกิดขึ้นในช่วงเวลา 100 วัน โดยก แสดงจำนวนแผ่นดินไหวในแต่ละช่วงเวลาที่มีอัตราการเกิดแผ่นดินไหวในภาวะปกติคงที่ 1 เหตุการณ์/วัน ดังนั้นจำนวนแผ่นดินไหวสะสมจะมีลักษณะเป็นเส้นตรงเฉียงขึ้น โดยความชันของกราฟจำนวนแผ่นดินไหวสะสมจะขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดแผ่นดินไหวในแต่ละพื้นที่ เช่นหากเกิดแผ่นดินไหว 1 เหตุการณ์/วัน เมื่อเวลาผ่านไป 100 วัน จะมีจำนวนแผ่นดินไหวสะสมทั้งหมด 100 เหตุการณ์ อย่างไรก็ตาม ในบางช่วงเวลาเกิดภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหว เช่น ไม่มีแผ่นดินไหวเกิดขึ้นในช่วงวันที่ 40-60 กราฟจำนวนแผ่นดินไหวสะสมจะมีลักษณะเป็นแนวนอนในช่วงวันที่ 40-60 เช่นกัน ดังนั้นกราฟจำนวนแผ่นดินไหวสะสมแนวนอนดังกล่าว จึงหมายถึง ภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหว ดังที่อธิบายในข้างต้น

ในภาวะปกติ แหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวใดๆ จะมีอัตราการเกิดแผ่นดินไหวโดยรวมคงที่ อย่างไรก็ตามจากการทดสอบทั้งในห้องปฏิบัติการและพื้นที่จริงพบว่า อัตราการเกิดแผ่นดินไหวจะลดลงก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ เรียกว่า ภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหว (seismic quiescence) ดังนั้นการวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงอัตราการเกิดแผ่นดินไหวจึงสามารถประยุกต์ใช้เป็นสัญญาณบอกเหตุก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ได้

ปัญหาในการตัดสินใจ

อย่างไรก็ตามหากวิเคราะห์จำนวนแผ่นดินไหวสะสมจากฐานข้อมูลแผ่นดินไหวในพื้นที่ต่างๆ ทั่วโลก พบว่ามีภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหวหลายช่วงเวลาซึ่งมีความยาวนานแตกต่างกัน ดังนั้นการวิเคราะห์ภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหวจากการพิจารณากราฟจำนวนแผ่นดินไหวสะสมโดยตรงจึงอาจมีความคลาดเคลื่อนเนื่องจากวิจารณญาณของนักแผ่นดินไหวผู้วิเคราะห์

ค่า Z (Z value) คือ วิธีการทางสถิติซึ่งนำเสนอโดย Habermann (1983; 1987) เพื่อใช้วิเคราะห์ภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหวในช่วงหรือกรอบเวลาที่พิจารณา จากการเปรียบเทียบพฤติกรรมการเกิดแผ่นดินไหวในกรอบเวลา (window) และนอกกรอบเวลา (background) ดังแสดงในสมการด้านล่าง

กำหนดให้ R_w คือ อัตราการเกิดแผ่นดินไหวเฉลี่ยในกรอบเวลา R_bg คือ อัตราการเกิดแผ่นดินไหวเฉลี่ยนอกกรอบเวลา S_w คือ ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานของอัตราการเกิดแผ่นดินไหวในกรอบเวลา S_bg คือ ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานของอัตราการเกิดแผ่นดินไหวนอกกรอบเวลา n_w คือ จำนวนแผ่นดินไหวในกรอบเวลาและ n_bg คือ จำนวนแผ่นดินไหวนอกกรอบเวลา ตามลำดับ

จากสมการ ค่า Z มีค่าบวก หมายถึง อัตราการเกิดแผ่นดินไหวในกรอบเวลาต่ำกว่าอัตราการเกิดแผ่นดินไหวนอกกรอบเวลาที่พิจารณา หรือ หมายถึง ภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหว ในขณะที่ค่า Z มีค่าลบ หมายถึง อัตราการเกิดแผ่นดินไหวในกรอบเวลาสูงกว่าอัตราการเกิดแผ่นดินไหวนอกกรอบเวลาที่พิจารณา ซึ่งจากการศึกษางานวิจัยในอดีตพบว่านักแผ่นดินไหวหลายกลุ่มประยุกต์ใช้ค่า Z เพื่อวิเคราะห์ภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหวก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ในพื้นที่ต่างๆ ทั่วโลก

ภาวะเงียบสงบในสหรัฐอเมริกา

Bachmann (2001) ศึกษาการเปลี่ยนแปลงอัตราการเกิดแผ่นดินไหวก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาด 5.8 M_w บริเวณทะเลสาบโคยอท (Coyote Lake) และแผ่นดินไหวขนาด 6.2 M_w บริเวณมอร์แกนฮิลล์ ประเทศสหรัฐอเมริกา โดยในกรณีของแผ่นดินไหวขนาด 5.8 M_w Bachmann (2001) วิเคราะห์ค่า Z ทุกพื้นที่ย่อยขนาด 50×50 ตารางกิโลเมตร ครอบคลุมทะเลสาบโคยอทและพื้นที่ข้างเคียง จากข้อมูลแผ่นดินไหวในช่วงปี ค.ศ. 1977.10-1979.50 ซึ่งจากก แสดงการกระจายตัวเชิงพื้นที่ของค่า Z บริเวณทะเลสาบโคยอท พบภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหวในพื้นที่ทางตะวันออกของแผ่นดินไหวขนาด 5.8 M_w

 นอกจากนี้ Bachmann (2001) วิเคราะห์ค่า Z ตามแนวภาคตัดขวางของรอยเลื่อนบริเวณทะเลสาบโคยอท ซึ่งแสดงภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหว (Z = 4.0-6.5) ทางตอนเหนือของจุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวในช่วงเวลา 2.4 ปี ก่อนเกิดแผ่นดินไหวดังกล่าว

ในกรณีของแผ่นดินไหวขนาด 6.2 M_w บริเวณมอร์แกนฮิลล์ Bachmann (2001) วิเคราะห์ค่า Z จากข้อมูลแผ่นดินไหวในช่วงปี ค.ศ. 1981.40-1984.30 ซึ่งจากข พบภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหวในพื้นที่ทางตะวันตกของแผ่นดินไหว ในขณะที่ตอนเหนือของพื้นที่พบการเพิ่มขึ้นของอัตราการเกิดแผ่นดินไหวอย่างชัดเจน หลังจากนั้น Bachmann (2001) วิเคราะห์ค่า Z ตามแนวภาคตัดขวางของรอยเลื่อนบริเวณมอร์แกนฮิลล์ พบภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหวทางตอนใต้ของรอยเลื่อนในช่วงเวลา 2.9 ปี ก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาด 6.2 M_w ที่มอร์แกนฮิลล์ ในขณะที่ทางตอนเหนือของระนาบรอยเลื่อนพบการเพิ่มขึ้นของอัตราการเกิดแผ่นดินไหว

จากผลการวิเคราะห์ค่า Z ดังกล่าว Bachmann (2001) สรุปว่าก่อนเกิดแผ่นดินไหวทั้ง 2 เหตุการณ์ มีการลดลงของอัตราการเกิดแผ่นดินไหวอย่างผิดปกติ แสดงถึงภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหวซึ่งสามารถใช้เป็นสัญญาณบอกเหตุแผ่นดินไหวขนาด 5.0-6.0 M_w ได้

ภาวะเงียบสงบทางตะวันตกของกรีซ

Chouliaras (2009) ศึกษาภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหวก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาด 6.4 M_w ทางตะวันตกของประเทศกรีซ เมื่อวันที่ 8 และวันที่ 13 เดือนธันวาคม ค.ศ. 2008 โดยใช้ฐานข้อมูลแผ่นดินไหวที่ตรวจวัดได้จากเครื่องมือตรวจวัดแผ่นดินไหวจากหน่วยงาน Institute of Geodynamics of the National Observatory of Athens จำนวน 64,344 เหตุการณ์ เพื่อวิเคราะห์ค่า Z โดยกำหนดกรอบเวลาในการวิเคราะห์ 2.5 ปี ซึ่งผลการวิเคราะห์ทั้งในเชิงเวลาและเชิงพื้นที่พบภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหวในปี ค.ศ. 2001 หรือประมาณ 7 ปี ก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาด 6.4 M_w

ภาวะเงียบสงบในตุรกี

Ozturk และ Bayrak (2009) ศึกษาภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหวก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาด 6.4 M_w ในประเทศตุรกี โดยใช้ข้อมูลแผ่นดินไหวจากหน่วยงาน Kandilli Observatory and Earthquake Research Institute จำนวน 522 เหตุการณ์ เพื่อวิเคราะห์ค่า Z โดยกำหนดกรอบเวลาวิเคราะห์ 5 ปี และจำนวนแผ่นดินไหวที่ใช้ในการวิเคราะห์ในแต่ละพื้นที่ย่อย ≥ 50 เหตุการณ์ ผลการวิเคราะห์ พบภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหวห่างจากจุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวประมาณ 8 กิโลเมตร นับตั้งแต่ปี ค.ศ. 1997 โดยประเมินจากค่า Z สูงที่สุด (Z_max = 2.5) และหลังจากนั้น 6 ปี จึงเกิดแผ่นดินไหวขนาด 6.4 M_w ในพื้นที่ดังกล่าว

ภาวะเงียบสงบในเม็กซิโก

Rudolf-Navarro และคณะ (2010) ศึกษาจำนวนแผ่นดินไหวสะสมจากข้อมูลแผ่นดินไหวบริเวณนอกชายฝั่งมหาสมุทรแปซิฟิกของประเทศเม็กซิโก พบภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหวอย่างมีนัยสำคัญก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ เช่น แผ่นดินไหวขนาด 8.0 M_w เมื่อวันที่ 9 เดือนตุลาคม ค.ศ. 1995 และแผ่นดินไหวขนาด 7.6 M_w เมื่อวันที่ 23 เดือนมกราคม ค.ศ. 2003 เป็นต้น

ภาวะเงียบสงบในญี่ปุ่น

Katsumata (2011a) ศึกษาภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหวก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาด 8.3 M_w ที่เกิดในปี ค.ศ. 2003 บริเวณเมืองโทคาชิโอกิ (Tokachi-Oki) ประเทศญี่ปุ่น โดยใช้ข้อมูลแผ่นดินไหวในช่วงปี ค.ศ. 1994-2003 จำนวน 2,000 เหตุการณ์ เพื่อวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงค่า Z เชิงเวลา ซึ่งผลการวิเคราะห์พบว่านับตั้งแต่ปี ค.ศ. 1999 เริ่มมีการลดลงของอัตราการเกิดแผ่นดินไหวอย่างผิดปกติใน 2 พื้นที่ใกล้จุดศูนย์กลางแผ่นดินไหว (Z_max = 3.9-4.0) หลังจากนั้นประมาณ 5 ปี จึงเกิดแผ่นดินไหวขนาด 8.3 M_w ที่เกิดตามมาในพื้นที่ดังกล่าว

Katsumata (2011b) ศึกษาภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหวก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาด 8.9 M_w บริเวณนอกชายฝั่งมหาสมุทรแปซิฟิกของประเทศญี่ปุ่น ที่เกิดในปี ค.ศ. 2011 โดยใช้ข้อมูลแผ่นดินไหวในช่วงปี ค.ศ. 1965-2010 จำนวน 5,770 เหตุการณ์ เพื่อวิเคราะห์การกระจายตัวเชิงพื้นที่ของค่า Z โดยผลการวิเคราะห์พบว่าเริ่มมีการลดลงของอัตราการเกิดแผ่นดินไหวอย่างผิดปกติ (Z_max = 4.9) ในบริเวณใกล้จุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวนับตั้งแต่ปี ค.ศ. 1988 และต่อเนื่องไปถึงปี ค.ศ. 1992 และ ค.ศ. 1996 ตามลำดับ หลังจากนั้น 23.4 ปี จึงเกิดแผ่นดินไหวขนาด 8.9 M_w ในพื้นที่ดังกล่าว

ภาวะเงียบสงบในอิหร่าน

Sorbi และคณะ (2012) ศึกษาพฤติกรรมการเกิดแผ่นดินไหวโดยรวมก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาด 6.1 M_w ที่เกิดในปี ค.ศ. 2008 ทางตอนใต้ของประเทศอิหร่าน โดยใช้ฐานข้อมูลแผ่นดินไหวจากหน่วยงาน USGS ในช่วงปี ค.ศ. 2005-2011 เพื่อวิเคราะห์การกระจายตัวเชิงพื้นที่ของค่า Z พบการลดลงของอัตราการเกิดแผ่นดินไหวอย่างผิดปกติ (Z_max = 3.0) ในบริเวณใกล้จุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวนับตั้งแต่ปี ค.ศ. 2007 นอกจากนี้ Sorbi และคณะ (2012) วิเคราะห์การกระจายตัวเชิงพื้นที่ของค่า b จากข้อมูลแผ่นดินไหวชุดเดียวกันและพบค่า b ต่ำ ในบริเวณใกล้จุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวเช่นกัน Sorbi และคณะ (2012) จึงสรุปว่าพื้นที่โดยรอบจุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวมีการสะสมความเค้นทางธรณีแปรสัณฐานและแสดงภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหว ซึ่งหลังจากเกิดความผิดปกติของทั้งค่า Z และค่า b ประมาณ 1 ปี จึงเกิดแผ่นดินไหวขนาด 6.1 M_w ในพื้นที่ดังกล่าว

สรุปการพบภาวะเงียบสงบทั่วโลก

จากการประมวลผลงานวิจัยในอดีต ดังที่อธิบายในข้างต้น Puangjaktha และ Pailoplee (2017a) สรุปช่วงเวลาระหว่างภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหวที่ตรวจพบและแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ที่เกิดตามมา พบว่ามีเพียงกรณีศึกษาแผ่นดินไหวขนาด 8.9 M_w ที่เกิดในปี ค.ศ. 2011 บริเวณนอกชายฝั่งมหาสมุทรแปซิฟิกของประเทศญี่ปุ่น ที่ตรวจพบภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหวเกิดก่อนแผ่นดินไหวดังกล่าวยาวนาน 23.4 ปี (; Katsumata, 2011b) ในขณะที่กรณีศึกษาแผ่นดินไหวขนาดใหญ่อื่นๆ พบภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหวที่ได้จากการวิเคราะห์ค่า Z ก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ประมาณ 0.8-7 ปี เช่น Katsumata และ Sakai (2013) ตรวจพบภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหว 2.4 ปี ก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาด 7.0 M_w ที่เกิดในปี ค.ศ. 2008 ในประเทศญี่ปุ่น Wu และ Chiao (2006) ตรวจพบภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหว 0.8 ปี ก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาด 7.6 M_w ที่เกิดในปี ค.ศ. 2008 ในประเทศไต้หวัน Chouliaras และ Stavrakakis (2001) ตรวจพบภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหว 6.0 ปี ก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาด 6.2 M_w ที่เกิดในปี ค.ศ. 1983 ในประเทศกรีซ และ Ozturk และ Bayrak (2009) ตรวจพบภาวะเงียบสงบแผ่นดินไหว 6.0 ปี ก่อนเกิดแผ่นดินไหวขนาด 6.4 M_w ที่เกิดในปี ค.ศ. 1983 ในประเทศตุรกี เป็นต้น

ดังนั้น Puangjaktha และ Pailoplee (2017a) จึงสรุปว่าการวิเคราะห์ค่า Z สามารถใช้วิเคราะห์สัญญาณบอกเหตุแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ได้ และเป็นวิธีการพยากรณ์แผ่นดินไหวในระยะกลาง (intermediate-term earthquake forecasting) ซึ่งมีประสิทธิภาพในการพยากรณ์การเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ที่มีโอกาสเกิดขึ้นในช่วง 1-3 เดือน ถึง 10 ปี

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