Đứt gãy Himalaya ở Uttarakhand tích tụ lượng biến dạng tương đương động đất độ lớn 8,1 mỗi thế kỷ

Một đứt gãy bị khóa bên dưới dãy núi đang chuyển động

Một đoạn dài khoảng 300 km của Đới hút chìm chính Himalaya (Main Himalayan Thrust) bên dưới Uttarakhand đang tích tụ biến dạng với tốc độ tương đương năng lượng giải phóng trong một trận động đất độ lớn 8,1 mỗi thế kỷ, theo một nghiên cứu đăng trên tạp chí Earth and Planetary Science Letters. Các phép đo mặt đất và quan sát vệ tinh cho thấy đứt gãy bị khóa từ bề mặt xuống độ sâu khoảng 20 km, trên bề rộng xấp xỉ 115 km.

Các nhà nghiên cứu đo được mức thiếu hụt trượt khoảng 18 mm mỗi năm. Đây là phần dịch chuyển lẽ ra được giải tỏa bằng cách trượt dọc đứt gãy, nhưng thay vào đó lại tích tụ dưới dạng biến dạng trong các khối đá xung quanh. Vệ tinh ALOS-2 của Nhật Bản cũng ghi nhận mức nâng mặt đất cực đại từ 4 đến 6 mm mỗi năm.

Nghiên cứu đưa ra phép đo chính xác hơn về biến dạng đang tích tụ bên dưới Uttarakhand, nơi trước đây các nhà khoa học cho rằng một đoạn đứt gãy tương đối yếu có thể cho phép một phần chuyển động thoát ra thông qua quá trình trượt từ từ. Phân tích mới cho thấy đứt gãy bị khóa chặt, với ước tính mức độ liên kết lớn hơn 0,8.

Con số tính theo thế kỷ thể hiện tốc độ tích tụ biến dạng. Thời điểm, độ lớn và phạm vi của một lần đứt gãy trong tương lai vẫn chưa xác định, cũng như chưa rõ biến dạng tích tụ sẽ được giải phóng trong một sự kiện hay qua một chuỗi sự kiện phức tạp hơn.

Nghiên cứu có sự tham gia của các nhà khoa học thuộc IIT Bombay, Đại học Trung ương Tamil Nadu và Đại học New Mexico. Các nhà nghiên cứu được nêu tên là Dibyashakti Panda, Mridul Yadav, Eric O. Lindsey và G. Srinivasa Rao. Phát hiện của họ liên quan đến cả Uttarakhand và đồng bằng Ấn-Hằng liền kề, nơi đông dân cư có thể chịu rung chấn từ một trận động đất lớn ở Himalaya.

Các phép đo cho thấy điều gì dưới lòng đất

Đới hút chìm chính Himalaya là đứt gãy lớn nơi mảng Ấn Độ dịch chuyển xuống dưới vành đai núi Himalaya khi Ấn Độ hội tụ với Á-Âu. Đứt gãy hút chìm là một đứt gãy lớn ở ranh giới giữa các mảng kiến tạo đang hội tụ. Diện tích khổng lồ của đứt gãy này có thể tạo ra những trận động đất rất lớn.

Các mảng vẫn tiếp tục dịch chuyển ngay cả khi một đoạn nông ở ranh giới giữa chúng bị mắc kẹt. Ma sát giữ đứt gãy tại chỗ trong khi các khối đá xung quanh từ từ biến dạng. Biến dạng đàn hồi là phần biến dạng được tích trữ và có thể giải phóng khi đứt gãy trượt, tương tự như một vật bị uốn cong giải phóng năng lượng tích trữ khi bật trở lại.

Nghiên cứu về mức độ liên kết giữa các mảng của nhóm ước tính đoạn đứt gãy ở Uttarakhand có mức độ liên kết cao, với giá trị trên 0,8. Nói một cách thực tế, hơn 80% chuyển động tương đối được thể hiện trong mô hình đang bị giữ lại tại đứt gãy, thay vì được giải tỏa qua quá trình trượt từ từ.

Các kích thước mô tả những phần khác nhau của cùng một cấu trúc dưới lòng đất. Chiều dài khoảng 300 km chạy dọc theo vành đai núi. Bề rộng khoảng 115 km trải ngang bề mặt đứt gãy, còn độ sâu khoảng 20 km cho biết vùng bị khóa kéo dài xuống dưới mặt đất bao xa.

18 mm mỗi năm tích lũy như thế nào

Mức thiếu hụt trượt 18 mm mỗi năm nhỏ đến mức không thể nhận thấy trong đời sống thường ngày. Tuy nhiên, trên một đứt gãy rộng, lượng biến dạng tích tụ đều đặn này là đáng kể. Nếu tốc độ không đổi, 18 mm mỗi năm sẽ cộng thành 1.800 mm, tức 1,8 m, trong 100 năm.

Phép tính theo thế kỷ kết hợp tốc độ tích tụ với quy mô và đặc tính cơ học giả định của đứt gãy. Các nhà nghiên cứu biểu thị kết quả tương đương với một trận động đất hút chìm độ lớn 8,1, với giả định năng lượng tích tụ được giải phóng qua các trận động đất.

Dibyashakti Panda, tác giả chính và trợ lý giáo sư tại khoa địa chất của Đại học Trung ương Tamil Nadu, mô tả cách các nhà khoa học đo quá trình này:

Đới hút chìm chính Himalaya có thể bị mắc kẹt trong thời gian dài, khiến năng lượng tích tụ bên dưới bề mặt. Các kỹ thuật trắc địa như GPS và InSAR cho phép các nhà nghiên cứu đo gián tiếp sự biến dạng này. Trong nghiên cứu của chúng tôi, đứt gãy bên dưới Uttarakhand được phát hiện đang giữ một kho năng lượng tương đương với một trận động đất độ lớn mô men 8 cứ mỗi 100 năm.

Bài báo đưa ra con số cụ thể hơn là độ lớn mô men 8,1. Độ lớn mô men là thước đo quy mô động đất, liên quan đến diện tích đứt gãy trượt, độ trượt và độ cứng của đá. Trong trường hợp này, phép so sánh về độ lớn giúp độc giả hình dung quy mô biến dạng đang tích tụ.

Hai cách theo dõi cảnh quan biến đổi chậm

Các trạm Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu, gọi tắt là GNSS, đo sự thay đổi vị trí của các điểm trên mặt đất. Bằng cách so sánh vị trí theo thời gian, các nhà nghiên cứu có thể theo dõi chuyển động theo phương ngang của những khu vực khác nhau khi các mảng hội tụ.

Phân tích ở Uttarakhand sử dụng bộ tổng hợp số liệu GNSS được cập nhật để ước tính mức thiếu hụt trượt và bề rộng của đứt gãy bị khóa. Các quan sát này cung cấp dữ liệu về thành phần phương ngang của nghiên cứu: mặt đất dịch chuyển như thế nào trên khắp khu vực.

Ảnh radar ALOS-2 cung cấp một góc nhìn khác. Radar khẩu độ tổng hợp giao thoa, hay InSAR, so sánh các quan sát radar thu được ở những thời điểm khác nhau để phát hiện những thay đổi nhỏ về khoảng cách giữa vệ tinh và mặt đất. Các phép đo này giúp nhà nghiên cứu ước tính mô hình biến dạng bề mặt trên một khu vực rộng hơn phạm vi bao phủ của từng trạm mặt đất.

Ảnh vệ tinh từ năm 2015 đến 2024 cho thấy mức nâng cực đại từ 4 đến 6 mm mỗi năm. Các mức cực đại này mô tả những vị trí nâng nhanh nhất trong mô hình được quan sát, chứ không phải toàn bộ Uttarakhand đều nâng đồng đều. Ảnh hưởng của khí quyển và sai số trong quá trình xử lý radar khiến các phép đo có độ bất định.

Các quan sát theo phương ngang và phương đứng cùng chỉ ra hình học tổng thể tương tự: một đoạn nông của Đới hút chìm chính Himalaya vẫn bị khóa trên bề rộng khoảng 115 km. Sự thống nhất giữa hai loại quan sát có ý nghĩa vì mỗi kỹ thuật đo một phần khác nhau trong phản ứng của bề mặt trước chuyển động dưới lòng đất.

Vì sao việc lựa chọn mô hình có ý nghĩa

Các nhà nghiên cứu sử dụng Mô hình mảng hút chìm đàn hồi, viết tắt là ESPM, để liên hệ chuyển động mặt đất quan sát được với độ trượt và mức độ khóa của đứt gãy bị chôn vùi. Mô hình là cách biểu diễn bằng toán học sự biến dạng của các mảng và đá xung quanh.

Nghiên cứu tập trung giải quyết một khó khăn của các mô hình trượt ngược và đứt gãy sâu truyền thống: chúng có thể tạo ra những mô hình chuyển động theo phương đứng không có thật. Những sai lệch này phát sinh từ cách mô hình biểu diễn chuyển động dưới lòng đất và có thể gây khó khăn khi so sánh với các phép đo nâng mặt đất từ vệ tinh.

ESPM được dùng để tái hiện biến dạng mà không tạo ra những sai lệch về chuyển động theo phương đứng đó. Kết quả phù hợp với cả số liệu GNSS lẫn mức nâng được phát hiện qua InSAR, củng cố ước tính rằng đứt gãy bị khóa hoàn toàn từ bề mặt xuống độ sâu khoảng 20 km.

Tóm tắt bài trình bày tại EGU cũng cho biết ESPM dự đoán cả độ dịch chuyển theo phương ngang và phương đứng mà không tạo ra sai lệch.

Các tác giả cũng cung cấp tư liệu để những nhà nghiên cứu khác có thể kiểm tra công trình. Bộ tổng hợp trạm GNSS được trình bày dưới dạng Data Set S1 trong Supporting Information S1. Tuyên bố về khả năng truy cập dữ liệu liệt kê mã mô hình, tập lệnh dựng hình học đứt gãy và dữ liệu dịch chuyển ALOS-2 trên các kho GitHub và Zenodo.

Giả thuyết về đới yếu được xem xét lại

Uttarakhand được chọn một phần vì những diễn giải trước đây cho rằng khu vực này có thể chứa một đới liên kết yếu. Trong đới như vậy, phần lớn chuyển động của các mảng sẽ được giải tỏa qua chuyển động từ từ của đứt gãy, khiến phần biến dạng đàn hồi tích trữ nhỏ hơn.

Ngược lại, các phép đo mới ủng hộ nhận định rằng đoạn được nghiên cứu có mức độ liên kết cao. Điều này làm thay đổi cách hình dung về mặt vật lý khi đánh giá tiềm năng động đất tại địa phương: đứt gãy đang tích trữ một phần đáng kể chuyển động liên tục của các mảng bên dưới khu vực.

Sống ngầm Delhi-Haridwar cũng là một cấu trúc được xem xét trong đánh giá đó. Cấu trúc địa chất bị chôn vùi này dường như không làm giảm mức độ liên kết hiện tại dọc theo Đới hút chìm chính Himalaya.

Ảnh hưởng của cấu trúc này đối với một lần đứt gãy trong tương lai một phần phụ thuộc vào sự biến đổi ma sát dọc đứt gãy, yếu tố không được nghiên cứu ghi nhận. Tác động của một cấu trúc đối với biến dạng chậm giữa các trận động đất và ảnh hưởng của nó đến một lần đứt gãy lan truyền nhanh liên quan đến những khía cạnh khác nhau trong cơ chế hoạt động của đứt gãy.

Vì sao Uttarakhand và vùng đồng bằng cùng đáng quan tâm

Uttarakhand nằm trong Vùng trống địa chấn Trung Himalaya, một khu vực được nghiên cứu kỹ vì những đoạn đáng kể của đứt gãy hút chìm đã hơn 200 năm không xảy ra động đất lớn. Vùng trống địa chấn là đoạn đứt gãy đang hoạt động nhưng đã trải qua khoảng thời gian tương đối dài kể từ lần đứt gãy lớn gần nhất.

Các phép đo mới nhất bổ sung bức tranh hiện tại về sự tích tụ biến dạng cho mối quan ngại dựa trên lịch sử đó. Chúng cho thấy đứt gãy hoạt động ra sao giữa các trận động đất lớn, giai đoạn mà các nhà khoa học gọi là pha liên địa chấn.

Đồng bằng Ấn-Hằng liền kề cũng đáng lưu ý vì rung chấn động đất có thể lan rộng ra ngoài đoạn đứt gãy bị phá vỡ. Tóm tắt nghiên cứu đặt mối nguy từ đứt gãy hút chìm lớn ở Himalaya trong bối cảnh tác động tiềm tàng đến hơn nửa tỷ người trên khắp khu vực.

Đối với cộng đồng cư dân vùng núi và đồng bằng, thiệt hại sẽ tùy thuộc vào vị trí và độ sâu của lần đứt gãy, quãng đường nó lan truyền, điều kiện nền đất tại địa phương và các công trình chịu rung lắc. Việc tiếp tục theo dõi bằng thiết bị mặt đất và vệ tinh có thể ghi nhận biến dạng, đồng thời giúp cải thiện đánh giá về nơi đang tích tụ biến dạng.

Dòng thời gian quan sát và nghiên cứu

Các phát hiện kết hợp số liệu thu thập trong nhiều năm với nghiên cứu được trình bày vào năm 2026. Các mốc thời gian mô tả quá trình quan sát và công bố khoa học:

• 2015 đến 2024: Ảnh vệ tinh ALOS-2 ghi nhận biến dạng, được dùng để ước tính mức nâng cực đại từ 4 đến 6 mm mỗi năm.
• 2026: Nghiên cứu được trình bày tại Đại hội đồng Liên minh Khoa học Địa chất châu Âu.
• Nghiên cứu đăng trên Earth and Planetary Science Letters kết hợp bộ tổng hợp GNSS được cập nhật, quan sát radar và mô hình đàn hồi để ước tính mức độ khóa bên dưới Uttarakhand.

Hồ sơ bài trình bày tại EGU, mã EGU26-4678, có tiêu đề "Bằng chứng về mức độ liên kết mạnh giữa các mảng ở Himalaya thuộc Uttarakhand: Các ràng buộc từ quan sát GNSS và InSAR của ALOS-2" và liệt kê Dibyashakti Panda, Mridul Yadav, Eric O. Lindsey và G Srinivasa Rao là các tác giả. Trang tóm tắt ghi thời gian trình bày từ ngày 3 đến 8 tháng 5 năm 2026 tại Vienna, Áo, đồng thời cho biết bài trình bày chỉ dành cho người đăng ký tham dự hội nghị.

Đóng góp chính của nghiên cứu là mô tả chi tiết hơn hoạt động hiện tại của đứt gãy. Chuyển động theo phương ngang, mức nâng theo phương đứng và các mô hình đều cho thấy một đoạn bị khóa chặt đang tích tụ biến dạng bên dưới vành đai núi.

Điểm chính

• Đới hút chìm chính Himalaya bên dưới Uttarakhand bị khóa chặt trên đoạn được nghiên cứu dài khoảng 300 km.
• Vùng bị khóa trải rộng khoảng 115 km và xuống độ sâu xấp xỉ 20 km.
• Các nhà nghiên cứu ước tính mức thiếu hụt trượt khoảng 18 mm mỗi năm và mức độ liên kết lớn hơn 0,8.
• Quan sát từ ALOS-2 cho thấy mức nâng cực đại từ 4 đến 6 mm mỗi năm.
• Lượng biến dạng tích tụ ước tính trong một thế kỷ tương đương với một trận động đất độ lớn 8,1; thời điểm đứt gãy trong tương lai vẫn chưa rõ.
• Phát hiện này có ý nghĩa đối với việc đánh giá nguy cơ động đất ở Uttarakhand và đồng bằng Ấn-Hằng liền kề.