Mức độ động đất phụ thuộc vào phạm vi, mức độ thay đổi áp lực nước trong lòng đất. Rất có thể tốc độ rút nước nhanh hơn về sau tại thủy điện Sông Tranh 2 đã gây ra động đất với cường độ mạnh hơn.
Việc có một cái nhìn sâu hơn về bản chất của hiện tượng động đất trong khu vực công trình thủy điện Sông Tranh 2 là rất cần thiết.Những hiểu biết đúng đắn về vấn đề này có thể giúp cho các cơ quan hữu quan có một thái độ bình tĩnh hơn và có thể đề ra các biện pháp phù hợp cho công tác xử lý sự cố công trình.
Trước hết, cần phải khẳng định rằng hiện tượng động đất kích thích liên quan đến các hồ chứa tương tự như đã xảy ra tại công trình thủy điện Sông Tranh 2 không phải là hiện tượng mới.
Trên thế giới đã có rất nhiều khu vực xảy ra hiện tượng động đất sau khi hoàn thành và tích nước các công trình hồ chứa. Vì vậy rất nhiều kết quả nghiên cứu về hiện tượng này đã được thống kê.
Theo nghiên cứu của tác giả Harh K. Gupta thì cho tới năm 2002, có khoảng hơn 90 hồ chứa trên thế giới đã xảy ra hiện tượng động đất khi tích nước. Bản đồ của một số khu vực có động đất do hồ chứa cũng đã được tổ chức "Sông ngòi thế giới" cập nhật (tài liệu tham khảo số 2).
Trong hầu hết các kết quả nghiên cứu về hiện tượng động đất do hồ chứa đều có chung kết luận rằng: hiện tượng động đất xảy ra khi các hồ chứa làm thay đổi áp lực nước trong lòng đất với mức độ đủ để các cấu trúc địa chất dịch chuyển và sự chuyển dịch này gây nên động đất ở các cấp độ khác nhau.
Điển hình của lý thuyết này được trình bày trong báo cáo của tác giả Peter M. James trong công trình được công bố với tựa đề "Cơ chế của động đất do hồ chứa" (tài liệu tham khảo số 3).
Tại sao nước trong các hồ chứa lại làm cho các cấu trúc địa chất trở nên dễ dịch chuyển hơn?
Để có thể dễ hình dung về hiện tượng này và lý giải bằng ngôn ngữ phổ thông, ta có thể đơn giản hóa và xem xét một ví dụ thông thường mà bất cứ ai cũng có thể thử nghiệm được.
Đó là việc mang một tảng đá nặng trong nước sẽ dễ dàng hơn so với việc mang cùng tảng đá đó trên cạn. Bởi lẽ, khi ở trong nước, tảng đá đó chịu tác động của áp lực đẩy nổi của nước và nó trở nên "nhẹ" hơn.
Tương tự như vậy, khi các hồ chứa xuất hiện và tích nước, nước hồ thấm sâu vào lòng đất đến một mức độ đủ để làm "giảm nhẹ" một khu vực cấu trúc địa chất đủ lớn thì cấu trúc địa chất đó bắt dầu dịch chuyển và gây ra các hiện tượng rung động địa chất ("chấn động địa chất" hay còn gọi là "động đất") có thể cảm nhận được.
Độ lớn của các chấn động này phụ thuộc vào khối lượng của cấu trúc địa chất cũng như mức độ dịch chuyển của nó.
Nói như vậy để nhấn mạnh rằng khi bắt đầu tích nước là đã có thể có tác động dịch chuyển.
Tuy nhiên, do ban đầu nước chưa thấm sâu vào đất nên vùng ảnh hưởng của nó còn nhỏ, khối lượng cấu trúc địa chất và độ dịch chuyển nhỏ. Do vậy, các chấn động mà nó gây là nhỏ không đáng kể nên chúng ta không cảm nhận được.
Trở lại với công trình thủy điện Sông Tranh 2, hiện tượng động đất tại đây sẽ được làm sáng tỏ hơn nếu ta sử dụng các phân tích đã nêu ở trên cùng với các số liệu quan trắc tại hiện trường.
Số liệu được cung cấp bao gồm diễn biến mực nước hồ từ ngày 1/1/011 đến ngày 6/9/2012 và diễn biến động đất trong khoảng thời gian này.
Các số liệu này được thể hiện như trong Hình 1. Trong đó, đường liền nét màu nâu đỏ là diễn biến mực nước hồ và các chấm tròn màu xanh là sự kiện động đất đo đạc được.
Nhìn vào các số liệu quan trắc có thể rút ra một số nhận xét sau:
1. Chuỗi sự kiện động đất chia làm 2 nhóm rõ rệt:
- Nhóm 1 xuất hiện khoảng từ ngày 23/11/2011 đến ngày 26/4/2012 (kéo dài trong vòng 125 đến 150 ngày). Nhóm này xuất hiện sau khoảng 5 tháng so với thời điểm bắt đầu tích nước hồ.
- Nhóm 2 xuất hiện từ ngày 29/8/2012 đến nay (27/9/2012). Nhóm này xuất hiện sau khoảng 5 tháng so với thời điểm bắt đầu rút nước hồ.
2. Với những phân tích về mối liên quan giữa sự thay đổi áp lực nước trong lòng đất và sự rung động địa chất như đã nêu ở trên, thì rất có thể 2 nhóm sự kiện động đất này liên quan trực tiếp đến 2 quá trình dâng và hạ mực nước hồ.
3. Như vậy có thể tạm rút ra 2 quy luật sau:
- Nếu có sự thay đổi mực nước hồ đủ lớn thì sẽ xuất hiện động đất và động đất sẽ xuất hiện sau khoảng 5 tháng so với thời điểm bắt đầu có sự thay đổi mực nước hồ đó.
- Khi có xuất hiện một chuỗi động đất thì thời lượng của chuỗi rung chấn như vậy sẽ kéo dài khoảng 125 đến 150 ngày.
Như vậy, hiện tượng động đất tại công trình thủy điện Sông Tranh 2 có thể được làm sáng tỏ như sau:
1. Hồ chứa bắt đầu tích nước từ ngày 26/7/2011 đến khoảng ngày 26/10/2011 thì hồ đầy nước.
Kể từ ngày hồ bắt đầu tích nước thì cũng là ngày nước bắt đầu thâm nhập vào trong lòng đất. Sự thâm nhập của nước gây ra những biến động đáng kể về áp lực trong lòng đất như đã nêu ở trên.
Quá trình này diễn biến nhanh hay chậm hoàn toàn phụ thuộc vào tốc độ thâm nhập của nước (hệ số thấm).
Ở công trình thủy điện Sông Tranh 2, quá trình này mất khoảng 5 tháng. Thông số này được khẳng định lại một lần nữa khi hiện tượng động đất nhóm 2 xuất hiện sau thời điểm bắt đầu rút nước hồ cũng vào khoảng 5 tháng.
Cần lưu ý rằng, khi rút nước hồ thì nước trong lòng đất lại thoát ra dẫn đến áp lực nước ngầm giảm và các cấu trúc địa chất lại có xu hướng dịch chuyển trở về trật tự cân bằng trước đó.
2. Vậy tại sao cường độ động đất lại khác nhau trong 2 quá trình tích và rút nước hồ?
Như đã đề cập, mức độ động đất phụ thuộc vào phạm vi, mức độ thay đổi áp lực nước trong lòng đất. Tốc độ thay đổi mực nước hồ trong 2 quá trình tích và rút nước là gần như nhau.
Tuy nhiên, trước thời điểm tích nước hồ, đã xuất hiện lũ làm mực nước trong hồ giữ ở cao trình khoảng 160 m trong vòng 4 tháng. Sau đó là thời đoạn nước rút trước khi nước dâng trở lại.
Tuy nhiên thời gian nước rút chưa đủ dài để làm thay đổi triệt để trạng thái áp lực nước trong lòng đất. Như vậy nếu cộng tác động của cơn lũ này thì tốc độ tích nước hồ chỉ là 15 đến 20 m trong vòng 100 ngày (ước tính tốc độ dâng nước là khoảng 0.2 m/ngày).
Sau đó, quá trình rút nước từ cao trình 175 m đến cao trình mực nước chết 140 m cũng mất khoảng 100 ngày (ước tính tốc độ rút nước khoảng 0.35 m/ngày). Rất có thể tốc độ rút nước nhanh hơn này đã gây ra động đất với cường độ mạnh hơn.
Từ biểu đồ quan trắc và những phân tích trên, có thể dựng lại diễn biến động đất tại công trình thủy điện Sông Tranh như sau:
1. Sau khi công trình hoàn thành và bắt đầu tích nước vận hành, nước trong hồ thâm nhập vào lòng đất gây nên sự thay đổi áp lực. Quá trình từ lúc nước thâm nhập đến khi nó đạt đủ độ lớn cần thiết mất khoảng 5 tháng. Vì vậy mà sau 5 tháng kể từ thời điểm bắt đầu tích nước thì bắt đầu có hiện tượng động đất.
2. Nếu giữ ổn định mực nước hồ thì hiện tượng động đất sẽ kết thúc trong vòng khoảng 125 ngày. Tuy nhiên, do lo lắng cho sự an toàn của nhân dân địa phương cũng như của công trình và để giải quyết sự cố rò rỉ nước nên quyết định tháo nước hồ đã được đưa ra.
Quá trình tháo nước hồ lại tiếp tục gây ra nhóm sự kiện động đất tiếp theo. Do tốc độ rút nước lần này nhanh hơn nên cường độ của nhóm động đất số 2 cũng lớn hơn.
3. Nếu quan sát kỹ sẽ thấy rằng khoảng lặng giữa 2 nhóm động đất (hơn 100 ngày) cũng bằng với thời gian mà mực nước hồ ổn định ở mức 175 m.
Như vậy, xảy ra động đất là do tác động của quá trình thay đổi mực nước chứ không hoàn toàn phụ thuộc vào mực nước ổn định cao hay thấp. Giả sử hồ cứ giữ nguyên mực nước ở cao trình 175 m sau ngày 23/2/2012 thì hiện tượng động đất cũng rất có thể sẽ tắt sau ngày 26/4/2012.
Tài liệu tham khảo
1- Harsh K. Gupta, 2002, "A review of recent studies of triggered earthquakes by artificial water reservoirs with special emphasis on earthquakes in Koyna, India", Tạp chí Earth-Science Reviews, số 58, năm 2002, trang 279-310;
2- International Rivers, Bản đồ các khu vực có động đất do hồ chứa: http://www.internationalrivers.org/resources/google-earth-map-of-global-ris-sites-3554
3- Peter M. James, "Mechanisms of reservoir induced seismicity" (thông tin công bố trên mạng);