แผ่นดินไหว – วิเคราะห์โดย : เชาว์วรรธน์ สิงห์ทอง และ สันติ ภัยหลบลี้

ในช่วง เดือนธันวาคม พ.ศ. 2559 ถึง เดือนมกราคม พ.ศ. 2560 เกิด กลุ่มแผ่นดินไหวขนาด 1.0-3.0 จำนวนมากกว่า 150 เหตุการณ์ ในพื้นที่ อำเภอแม่วาง และ อำเภอจอมทอง จังหวัดเชียงใหม่ การเกิดแผ่นดินไหวเป็นชุดจำนวนมากในครั้งนั้น ถึงแม้ว่าจะไม่ได้สร้างความเสียหายให้กับบ้านเรือนหรือสิ่งปลูกสร้างมากนัก แต่ก็ทำให้ประชาชนในพื้นที่เกิดความวิตกกังวลพอสมควร ว่าเกิดอะไรขึ้นกันแน่ และต่อไปในอนาคตจะเกิดอะไรที่น่ากลัวอีกหรือไม่

หลายประเด็นคำถามของคนในพื้นที่หรือประชาชนทั่วไปเกิดขึ้น และมีการวิพากษ์วิจารณ์ตามระดับความรู้และข้อมูลของแต่ละคนมี ทำให้เกิดการแปลความถึงอนาคตกันไปต่างๆนานา บทความนี้จึงตั้งใจที่จะหาหลักฐานเพื่อตอบคำถามต่างๆ เหล่านั้นโดยใช้ข้อมูลแผ่นดินไหวมาวิเคราะห์ในเชิงสถิติเป็นหลัก โดยมุ่งหวังว่าจะให้ผู้ที่สนใจได้เห็นถึงข้อเท็จจริง และป้องปรามประเด็นดราม่าด้านภัยพิบัติแผ่นดินไหว ที่อาจจะกระพือขึ้นในอนาคต ซึ่งโดยสรุปคำถาม-คำตอบ ที่พอจะมีคนสนใจก็น่าจะประมาณนี้

1) แผ่นดินไหว ขนาดเล็ก แต่เกิดมากๆ ในช่วงเวลาสั้นๆ ถือว่าประหลาดไหม ?

จริงๆ ในช่วงแรกของการติดตามชุดการเกิดแผ่นดินไหวบริเวณอำเภอแม่วางและอำเภอจอมทอง จังหวัดเชียงใหม่ แว๊บแรก !!! ก็น่าประหลาดใจและสงสัยอยู่เหมือนกันว่า ปรากฏการณ์นี้ดูเหมือนจะไม่ปกติ แต่หลังจากการสืบค้นข้อมูลแผ่นดินไหว ย้อนหลังไปประมาณ 1 ปี ในพื้นที่ ประเทศไทยและประเทศเพื่อนบ้าน กลับพบว่าพฤติกรรมการเกิดแผ่นดินไหวไสตล์ 1) ขนาดเล็กๆ 2) เกิดจำนวนมากๆ 3) ในช่วงเวลาสั้นๆ และ 4) ในพื้นที่แคบๆ นิสัยแบบนี้ไม่ได้มีแค่กรณีของอำเภอแม่วางอย่างเดียว เพราะจากการสำรวจในเบื้องต้น ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2550-2560 (10 ปี ย้อนหลัง) ตรวจพบกลุ่มแผ่นดินไหวขนาดเล็ก (0.6-6.7 m_b) มีไม่ต่ำกว่า 11 กลุ่ม คิดเป็น 3,610 เหตุการณ์ ดังนั้นจึงสรุปได้ว่า การเกิดแผ่นดินไหวแบบนี้ไม่ใช่ครั้งแรก และไม่ถือว่าเป็นเรื่องแปลก แต่อาจจะเป็นพฤติกรรมเฉพาะตัวในพื้นที่ภาคเหนือของประเทศไทย

เพิ่มเติม : บันทึกแผ่นดินไหว : ไดอารี่ที่จดเอาไว้คาดการณ์อนาคต

2) เกิดเยอะเกินไปหรือเปล่า ?

ว่ากันตามตรง ภายในระยะเวลา 1-2 เดือน แล้วเกิดแผ่นดินไหว 150 กว่าครั้ง ไปถามใครเค้าก็บอกว่ามันเยอะเกินกันทั้งนั้น แต่ถ้าลองเอาข้อมูลแผ่นดินไหวทั้งหมดในแต่ละกลุ่มมาลอง จัดกลุ่มแผ่นดินไหว (earthquake clustering) และคัดเลือกเฉพาะ แผ่นดินไหวหลัก (mainshock) ซึ่งเป็นแผ่นดินไหวที่เกิดจากแรงเค้นทางธรณีแปรสัณฐานโดยตรง

เพิ่มเติม : แผ่นดินไหวตาม

แบบจำลองการจัดกลุ่มแผ่นดินไหว (earthquake clustering) ที่นำเสนอโดย Gardner และ Knopoff (1974) ซึ่งจัดกลุ่มแผ่นดินไหวในทางสถิติโดยพิจารณาจาก 3 เงื่อนไข คือ 1) ขนาดแผ่นดินไหว2) ระยะทางระหว่างจุดศูนย์กลางแผ่นดินไหว และ 3) ความแตกต่างของเวลาเกิดแผ่นดินไหว รูปด้านล่างคือผลวิเคราะห์ที่ได้จากการจัดกลุ่มแผ่นดินไหวตามสมมติฐานของ Gardner และ Knopoff (1974) เส้นสีแดง คือ กรอบเวลาและระยะทางของเหตุการณ์แผ่นดินไหวที่ขนาดใดๆ จุดสีฟ้า แสดงเหตุการณ์แผ่นดินไหวแต่ละเหตุการณ์ โดย 1) แผ่นดินไหวที่มีระยะเวลาการเกิดสั่นกว่ากรอบเวลา (ต่ำกว่าเส้นสีแดงในกราฟระยะเวลา) และ 2) แผ่นดินไหวที่มีระยะทางน้อยกว่ากรอบระยะทาง (ต่ำกว่าเส้นสีแดงในกราฟระยะทาง) ถือเป็นแผ่นดินไหวที่อยูในกลุ่มแผ่นดินไหวเดียวกัน (earthquake cluster)

เพิ่มเติม : การจัดกลุ่มแผ่นดินไหว (Earthquake Clustering)

จากรูปด้านล่างจะพบว่าในบรรดาแผ่นดินไหวทั้งหมดมากกว่า 80-90% จัดเป็น แผ่นดินไหวนำ (foreshock) และ แผ่นดินไหวตาม (aftershock) ในขณะที่มีเพียงประมาณ 10% เท่านั้นที่จัดเป็น แผ่นดินไหวหลัก (mainshock) ดังนั้นจึงสรุปได้ว่า แผ่นดินไหวที่เกิดจากกระบวนการทางธรณีแปรสัณฐาน (tectonic) ของแต่ละกลุ่มแผ่นดินไหวไม่ได้มีจำนวนมากจนถึงระดับประหลาดนัก

3) โลกเปลี่ยนไปไหม ?

จากการศึกษาของนักแผ่นดินไหววิทยาในอดีตพบว่า ฐานข้อมูลแผ่นดินไหว (earthquake catalogue) มักจะมีความไม่สมบูรณ์ของข้อมูลแผ่นดินไหว และไม่เป็นไปตามทฤษฎี อันเนื่องมาจาก 1) ความไวต่อสัญญาณของเครื่องมือตรวจวัดแผ่นดินไหว 2) ประสิทธิภาพของเครื่องมือ และ 3) ความหนาแน่นของเครื่องมือตรวจวัดแผ่นดินไหว เช่น ในกรณีของเครือข่ายตรวจวัดแผ่นดินไหวกระจายไม่หนาแน่นเพียงพอในพื้นที่ศึกษา คลื่นไหวสะเทือนจากแผ่นดินไหวที่มีขนาดเล็ก จะไม่สามารถตรวจจับได้และไม่ปรากฏในฐานข้อมูลการตรวจวัด ด้วยเหตุนี้จึงมีการกำหนดค่า Mc หรือ magnitude of completeness (Woessner และ Wiemer, 2005) โดยค่า Mc หมายถึง แผ่นดินไหวขนาดต่ำที่สุดที่สามารถตรวจวัดได้อย่างสมบูรณ์จากเครื่องมือ

เมื่อได้ทำการวิเคราะห์ข้อมูลแผ่นดินไหวเพื่อคัดเลือกค่าแผ่นดินไหวต่ำที่สุดที่สามารถตรวจวัดได้อย่างสมบูรณ์จากเครื่องมือ (Mc) แล้วจะได้กราฟความสัมพันธ์ระหว่างความถี่สะสมของการเกิดแผ่นดินไหวและขนาดแผ่นดินไหว ที่จะบอกถึงค่า Mc ของแต่ละกลุ่มแผ่นดินไหวดังโดยเครื่องหมายสามเหลี่ยมแสดงจำนวนแผ่นดินไหวที่พบในแต่ละขนาด ส่วนเครื่องหมายสี่เหลี่ยมแสดงจำนวนแผ่นดินไหวสะสม ผลการประเมินค่า Mc พบว่าค่า Mc มีค่าระหว่าง 1.2-3.2 โดยกลุ่มที่มีค่า Mc สูงที่สุดคือกลุ่ม 1 มีค่า Mc = 3.2 ส่วนกลุ่มที่มีค่า Mc ต่ำสุดคือกลุ่ม 4 มีค่า Mc = 1.2 ซึ่งในอดีต pailoplee บอก mc 3 กว่าๆ นั่นแสดงว่า ทุกวันนี้กรมอุตุฯ วัดได้เก่งขึ้น รายงานแผ่นดินไหวได้มากว่าเดิมเยอะ ซึ่งถือเป็นอีกหนึ่งเรื่องราวดีดีในชีวิตของคนไทย

รูปแผนที่ของ ภัยหลบลี้ 2014

เพิ่มเติม : โลก (แผ่นดินไหว) ไม่เคยเปลี่ยนแปลง

เพิ่มเติม : แผ่นดินไหวเล็กและใหญ่ เกิดเป็นสัดส่วนกัน-ถ้าเราดูออก ก็รู้จักนิสัยของเขา

4) กลุ่มแผ่นดินไหวเล็กนิสัยเป็นยังไง ?

การประเมินพฤติกรรมแผ่นดินไหวเป็นการหาขนาดแผ่นดินไหวสูงสุดที่จะเกิดขึ้นได้ (maximum magnitude), คาบอุบัติซ้ำ (return period) โอกาสเกิด (probability of occurrence) ด้วยวิธีการประเมินด้วยวิธีทางสถิติจากสมการความสัมพันธ์ที่นำเสนอโดย Ishimoto และ Iida (1939) และ Gutenberg และ Richter (1944) (สมการ 1) มาใช้ในการประเมินพฤติกรรมแผ่นดินไหว

เพิ่มเติม : แผ่นดินไหวเล็กและใหญ่ เกิดเป็นสัดส่วนกัน-ถ้าเราดูออก ก็รู้จักนิสัยของเขา

• ขนาดแผ่นดินไหวใหญ่สุด (Maximum magnitude) สำหรับผลการประเมินขนาดแผ่นดินไหวใหญ่สุดที่สามารถเกิดขึ้นได้ในอนาคต กลุ่มแผ่นดินไหวที่มีโอกาสเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ที่สุดมีค่า 5.9 m_b ในอีก 5 ปี 6.3 m_b ในอีก 10 ปี 6.9 m_b ในอีก 30 ปี และ 7.2 m_b ในอีก 50 ปี คือที่เมืองท่าขี้เหล็ก เมืองพยาก ประเทศพม่า เมืองเมิง เมืองต้นผึ้ง ประเทศลาว (กลุ่ม 9)
• คาบอบุติซ้ำ (Return period) คาบอุบัติซ้ำของการเกิดแผ่นดินไหวที่เมืองท่าขี้เหล็ก เมืองพยาก ประเทศพม่า เมืองเมิง เมืองต้นผึ้ง ประเทศลาว (กลุ่ม 9) มีคาบอุบัติซ้ำของการเกิดแผ่นดินไหวที่สั้นที่สุด มีคาบอุบัติซ้ำ 0 ปี 1 ปี 6 ปี และ 34 ปี ของการเกิดแผ่นดินไหวขนาด 4.0, 5.0, 6.0 และ 7.0 m_b ตามลำดับ
• ความน่าจะเป็นของการเกิด (Probability of occurrence) โอกาสเกิดแผ่นดินไหวขนาดต่าง ๆ ที่เมืองท่าขี้เหล็ก เมืองพยาก ประเทศพม่า เมืองเมิง เมืองต้นผึ้ง ประเทศลาว (กลุ่ม 9) มีโอกาสเกิดแผ่นดินไหวที่สูงที่สุด โดยมีโอกาส 100% ในการเกิดแผ่นดินไหวขนาด 4.0, 5.0, และ 6 m_b ในอีก 50 ปี และมีโอกาส 77% ในการเกิดแผ่นดินไหวขนาด 7.0 m_b ในอีก 50 ปี ส่วนที่อำเภอสารภี จังหวัดเชียงใหม่ และอำเภอบ้านธิ จังหวัดลำพูน (กลุ่ม 3) มีโอกาสแค่ 35% และ5% ในการเกิดแผ่นดินไหวขนาด 5.0 m_b และ 6 m_b ตามลำดับ ไม่มีโอกาสเกิดแผ่นดินไหวที่มีขนาดมากกว่า 6 m_b ในอีก 50 ปี

5) ถือเป็นเรื่องดี เพราะโลกได้คลายเครียด จริงไหม ?

จาก ขนาดโมเมนต์ (moment magnitude, M_w) จากสมการ (7) คิดค้นและนำเสนอโดย Hiroo Kanamori (1979) เป็นการบอกขนาดของแผ่นดินไหวโดยไม่ขึ้นกับชนิดของเครื่องมือตรวจวัด และแสดงถึงปริมาณพลังงานของคลื่นแผ่นดินไหวได้ดีกว่าขนาดชนิดอื่น วิเคราะห์ได้จากโมเมนต์แผ่นดินไหว (seismic moment, M₀)

M_w = (2/3logM₀ ) – 10.7 สมการ (7)

แผ่นดินไหวขนาดเล็กจะปลดปล่อยพลังงานน้อยมากเมื่อเทียบกับแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ โดยประเมินได้จาก โมเมนต์แผ่นดินไหว (seismic moment) สมการของ Hiroo Kanamori (1979)

M₀ = μAd สมการ (6)

กำหนดให้ M₀ คือ พลังงานความเครียดที่ปลดปล่อยจากการเคลื่อนตัวของรอยเลื่อน (seismic moment) u คือ ค่ามอดูลัสเฉือน (rock rigidity) A คือ พื้นที่บริเวณพังทลาย (fault area) d คือ ระยะการเลื่อนตัว (slip distance)

เพิ่มเติม : ขนาดแผ่นดินไหว : ความหลากหลาย และ การปรับเทียบ

ผลการคำนวณพลังงานความเครียดที่ปลดปล่อยจากการเคลื่อนตัวของรอยเลื่อน (M₀) Hiroo Kanamori (1979) จากการประเมินแผ่นดินไหวแต่ละกลุ่มพบว่ามีพลังงานรวมประมาณ 3.5 × 10²⁰-17.5 × 10²⁵ นิวตันเมตร หรือประมาณ 3.0-6.8 M_w โดยบริเวณที่มีพลังงานรวมสูงสุดคือที่เมืองท่าขี้เหล็ก เมืองพยาก ประเทศพม่า เมืองเมิง เมืองต้นผึ้ง ประเทศลาว (กลุ่ม 9) มีพลังงานรวมประมาณ 6.8 M_w ส่วนบริเวณที่มีพลังงานรวมน้อยที่สุดคือที่อำเภอสารภี จังหวัดเชียงใหม่ และอำเภอบ้านธิ จังหวัดลำพูน (กลุ่ม 3) มีพลังงานรวมประมาณ 3.0 M_w เท่านั้น

6) มีโอกาสลุกลามไหม ? แล้วจะไหลไปทางไหน ?

แฟร็กทัลและการประยุกต์ใช้ แฟร็กทัล (fractal) เป็นคำนิยามในเชิงวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ ซึ่งหมายถึง วัตถุทางเรขาคณิตที่มีคุณสมบัติเหมือนกันในตัวเอง (self-similar) โดยหากถ้าหากมองเข้าไปในระดับความละเอียดสูง ๆ นักวิทยาศาสตร์พบว่าในบางครั้ง วัตถุในธรรมชาติดังกล่าวจะเกิดจากรูปแบบย่อยที่ซ้ำ ๆ กัน หรือที่เรียกว่า มิติแฟร็กทัล (fractal dimension, D_c)

การวิเคราะห์ในเชิงสถิติ Aki (1981) พบว่าค่ามิติแฟร็กทัล (D_c) สามารถแปลความไปในทางรูปแบบการเกิดแผ่นดินไหว (earthquake pattern) ในพื้นที่ศึกษาได้ โดยหากค่า D_c อยู่ในช่วง 0-1 แสดงถึงแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวนั้นมีลักษณะเป็นแนวเส้น (line source) หากค่า D_c อยู่ในช่วง 1-2 แสดงถึงแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวมีลักษณะเป็นระนาบ (area source) และค่า D_c อยู่ในช่วง 2-3 แสดงถึงแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวมีลักษณะเป็นปริมาตร (volume source) ตามลำดับ

เพิ่มเติม : “ความเหมือนกันในตัวของตัวเอง” กับการศึกษารูปแบบการเกิดแผ่นดินไหว

จากการประเมินพบว่าค่า D_c ของแผ่นดินไหวแต่ละกลุ่มมีค่าอยู่ระหว่าง 2.18-2.79 ซึ่งแสดงถึงแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวมีลักษณะเป็นปริมาตร (volume source) นั่นคือแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นกระจายตัวทั่วปริมาตร ไม่มีการรวมตัวกันหรือกระจุกตัวกันของแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้น ในแต่ละกลุ่มแผ่นดินไหว

7) แผ่นดินไหวขนาดนี้ ถือเป็นภัยพิบัติไหม ?

การประเมินภัยพิบัติแผ่นดินไหวเป็นการประเมินระดับแรงสั่นสะเทือนจากแผ่นดินไหวที่มีโอกาสเกิดขึ้นในแต่ละพื้นที่ ซึ่งมักจะแสดงอยู่ในรูปอัตราเร่งสูงสุดบนพื้นดิน (peak ground acceleration, PGA) โดยงานนี้ใช้ การประเมินภัยพิบัติแผ่นดินไหวด้วยวิธีกำหนดค่า (Deterministic seismic hazard analysis, DSHA) ซึ่งเป็นแนวคิดการประเมินภัยพิบัติสูงสุดที่สามารถเกิดขึ้นได้ (worse-case scenario) โดยพิจารณาจาก 1) แผ่นดินไหวใหญ่สุดที่เกิดได้ (maximum credible earthquake, MCE) และ 2) ระยะทางที่ใกล้ที่สุดระหว่างแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวถึงพื้นที่ศึกษา (shortest source-to-site distance)

ผลการประเมินมีค่าอยู่ระหว่าง 0.03-0.56g โดยแรงสั่นสะเทือนสูงสุดของกลุ่มแผ่นดินไหวขนาดเล็กมีค่าระหว่าง 0.03-0.58g และบริเวณที่มีแรงสั่นสะเทือนสูงสุดคือที่บริเวณอำเภอแม่สรวย อำเภอแม่ลาวและอำเภอพาน จังหวัดเชียงราย (กลุ่ม 1) ส่วนบริเวณที่มีแรงสั่นสะเทือนต่ำที่สุดคือที่อำเภออุ้มผาง จังหวัดตาก (กลุ่ม 6)

เพิ่มเติม : การประเมินภัยพิบัติแผ่นดินไหว (Seismic Hazard Analysis)

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