Dùng trí tuệ nhân tạo tìm quy luật phát sinh động đất kích thích ở Việt Nam

Tìm mối quan hệ hoạt động địa chấn và dao động mực nước hồ

Lần đầu tiên tại Việt Nam, các nhà khoa học Viện Các Khoa học Trái đất, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tiên phong ứng dụng trí tuệ nhân tạo cùng các kỹ thuật thống kê hiện đại nhằm phân tích vùng, nguồn phát sinh và quy luật hoạt động của động đất kích thích khu vực hồ chứa thủy điện Lai Châu. Kết quả này không chỉ góp phần nâng cao năng lực cảnh báo, ứng phó với động đất mà còn mở ra hướng tiếp cận mới trong nghiên cứu địa chấn, hướng tới quản lý an toàn công trình, giảm thiểu rủi ro thiên tai chủ động và khoa học.

Theo chia sẻ của TS Cao Đình Trọng, chủ nhiệm đề tài: Hiện tượng động đất kích thích ở Lai Châu không còn là giả thuyết mà đã ghi nhận trên thực tế với hàng ngàn trận động đất, trong đó nhiều trận có độ lớn đáng kể. Việc phân tích mối liên hệ giữa hoạt động địa chấn và dao động mực nước hồ chứa sẽ giúp các đơn vị vận hành chủ động hơn trong công tác phòng ngừa rủi ro.

TS Cao Đình Trọng (bên phải) trao đổi về kết quả phân tích, tính toán động đất kích thích do hồ chứa thủy điện.

Ở Việt Nam, động đất kích thích đã xảy ra ở một số hồ chứa sau khi tích nước như Hòa Bình, Sơn La, Sông Tranh 2. Tại khu vực thủy điện Lai Châu, hồ chứa được tích nước vào tháng 5 năm 2015, ngay sau đó động đất bắt đầu xuất hiện ở khu vực gần hồ. Từ đó đến nay, động đất liên tục xảy ra. Tính đến năm 2021, có khoảng 1.500 trận động đất được ghi nhận, trong đó có 13 trận có magnitude ≥ 4,2. Những con số này thể hiện rõ tính cấp thiết của của nghiên cứu.

Phân bố động đất trong vòng bán kính 10 km tính từ tâm đập thủy điện Lai Châu.

Nhiệm vụ "Nghiên cứu sự ảnh hưởng của động đất kích thích và đánh giá độ nguy hiểm động đất khu vực Lai Châu, Việt Nam" được triển khai nhằm kịp thời nhận diện các rủi ro tiềm ẩn và đề xuất các giải pháp ứng phó phù hợp. Đây là kết quả của chương trình hợp tác quốc tế giữa nhóm nghiên cứu Viện Các Khoa học Trái đất với Trung tâm Nghiên cứu quốc gia Italia (CNR).

Các nhà khoa học đã phân tích động thái thời gian của các chuỗi địa chấn trong bán kính 10 km quanh hồ, ở độ sâu tới 9 km. Việc áp dụng phương pháp thực nghiệm (EMD) cho phép bóc tách chuỗi tín hiệu thành các thành phần riêng biệt, từ đó phát hiện các chu kỳ dao động địa chấn trùng với chu kỳ biến thiên mực nước hồ. Đây là lần đầu tiên mối liên hệ mang tính chu kỳ giữa 2 đại lượng này được khẳng định trong điều kiện thực tế tại Việt Nam.

Dựa trên số liệu thu thập được, nhóm đã xác định mức độ nguy hiểm động đất tại khu vực Lai Châu nằm trong khoảng 0,08 đến 0,1g, tương ứng với cấp độ VII theo thang đo MSK-64 - một mức độ có thể gây ảnh hưởng rõ rệt đến công trình xây dựng. Nhằm đánh giá mức độ nhạy cảm của khu vực đối với hoạt động địa chấn, nhóm cũng đã xây dựng và huấn luyện thành công mô hình mạng nơ-ron nhân tạo nhiều lớp (MLP) với cấu trúc 8-14-1.

Thông qua các phương pháp phân tích phổ, kiểm tra mối liên hệ giữa các chuỗi dữ liệu và áp dụng thống kê hiện đại, mô hình đã chỉ ra mối liên quan giữa các trận động đất nhỏ trong khu vực với quá trình tích nước của hồ chứa. Những nghiên cứu này cung cấp thêm bằng chứng và khuyến nghị giúp nâng cao an toàn cho công trình và giảm thiểu rủi ro thiên tai.

Ứng dụng đảm bảo an toàn hồ chứa

Theo TS Cao Đình Trọng, kết quả của nhiệm vụ được chuyển giao cho các đơn vị liên quan như: nhà máy Thủy điện Lai Châu, các đơn vị quản lý an toàn hồ chứa cũng như các cơ quan phòng chống thiên tai, tạo tiền đề cho những cảnh báo sớm, vận hành chủ động và hoạch định chính sách khoa học hơn.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng đã công bố kết quả phân tích và đánh giá trên các tạp chí khoa học uy tín trong nước và quốc tế, làm rõ các đặc trưng của động đất kích thích tại khu vực Lai Châu. Một trong những công trình đáng chú ý được đăng trên tạp chí Fractal and Fractional năm 2023, sử dụng phương pháp phân tích fractal và phổ để làm rõ tính chất phi tuyến và cấu trúc tự tổ chức của các chuỗi động đất tại Lai Châu.

Nghiên cứu đã chỉ ra dấu hiệu của quá trình tích lũy năng lượng trước khi xảy ra động đất. Công trình thứ hai được đăng trên tạp chí Entropy năm 2024, nhằm ứng dụng phương pháp đồ thị tầm nhìn (visibility graph) để phân tích động đất nông tại Lai Châu.

Kết quả nghiên cứu đã giúp nhận diện các quy luật tiềm ẩn trong chuỗi sự kiện địa chấn và cung cấp thêm dữ liệu khoa học quan trọng phục vụ việc đánh giá độ nguy hiểm động đất tại khu vực.

Kết quả nghiên cứu đã làm rõ mối liên hệ giữa mực nước hồ và hoạt động địa chấn tại khu vực Lai Châu, đồng thời mở ra hướng tiếp cận mới trong đánh giá rủi ro địa chất thông qua việc tích hợp dữ liệu thời gian thực với mô hình trí tuệ nhân tạo. Đây là bước đệm quan trọng cho việc chuyển từ phân tích mô tả sang dự báo, hỗ trợ xây dựng tiêu chí an toàn địa chấn và cập nhật bản đồ nguy cơ động đất quốc gia theo chuẩn quốc tế.

Trong giai đoạn tiếp theo, nhóm nghiên cứu sẽ kết hợp thêm dữ liệu vệ tinh (InSAR) nhằm theo dõi biến dạng mặt đất, từ đó nâng cao khả năng mô phỏng và cảnh báo sớm các chuỗi địa chấn. Việc tích hợp đa nguồn dữ liệu sẽ giúp tăng độ chính xác và mở rộng phạm vi ứng dụng của mô hình.

Thông qua hợp tác quốc tế, nhóm đã tiếp cận được các phương pháp hiện đại và nâng cao năng lực công bố khoa học. Từ kết quả này, các nhà khoa học hy vọng sẽ tiếp tục mở rộng sang các khu vực hồ chứa lớn khác, hướng tới xây dựng hệ thống cảnh báo sớm và hoàn thiện bản đồ nguy cơ động đất kích thích trên toàn quốc, đồng thời thúc đẩy mạng lưới hợp tác quốc tế, hướng tới các chương trình nghiên cứu đa quốc gia do Liên minh châu Âu và các tổ chức quốc tế tài trợ.

Tô Hội