Thông thường, những rung động nguy hiểm nhất đối với các công trình xây dựng là do các trận động đất kiến tạo (có nguồn gốc gắn với sự tích lũy và giải phóng năng lượng trong một phần rộng lớn của vỏ Trái đất gây ra do các quá trình vận động kiến tạo tự nhiên) gây ra. Ở các khu vực hồ chứa nhân tạo lớn (thủy điện, thủy lợi) còn một dạng động đất khác nữa, cũng có thể gây nguy hiểm cho công trình nhưng lại gắn với các quá trình tích, xả nước hồ trong những năm đầu khi hồ chứa bắt đầu đi vào hoạt động, đó là động đất kích thích. Sự liên quan của động đất với sự tích nước của các hồ chứa nhân tạo lần đầu tiên được Carder (1945) đưa ra đối với hồ Mead, Mỹ. Việc xảy ra một trận động đất mạnh có M=6.3 tại khu vực đập Koyna, Ấn Độ vào tháng 12/1967 đã được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới. Rothé (1968) đã viết một bài báo “Tích nước hồ chứa, động đất bắt đầu” có dẫn ra 6 ví dụ về các trận động đất kích thích. Số lượng thông báo những trường hợp về động đất kích thích đã đều đặn gia tăng từ thời đó. Gupta và Rastogi (1976) thông báo hơn 30 trường hợp về hồ chứa phát sinh động đất kích thích. Simpson (1976) cung cấp 30 trường hợp thay đổi tính động đất, bao gồm các ví dụ nơi có sự tích nước của các hồ chứa nhân tạo gây nên sự suy giảm trong động đất tự nhiên. Packer và nnk (1979) đã liệt kê 60 trường hợp chấp nhận và 35 trường hợp còn nghi vấn về động đất sinh ra bởi hồ chứa…
Qua thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:
1. Do chịu tác động của các lực lan truyền từ sự đụng độ giữa mảng Ấn Độ và mảng Âu Á, các đới đứt gãy cổ trong vùng bán kính 100 km và 30 km từ tim đập thủy điện Sông Tranh 2 đã tái hoạt động, gây nên những chuyển động phân dị tạo nên bình đồ kiến trúc Tân kiến tạo hiện nay. Trong khu vực nghiên cứu có các hệ thống đứt gãy theo các phương khác nhau: á vĩ tuyến, á kinh tuyến, tây bắc-đông nam và đông bắc-tây nam. Quy mô của các đứt gãy được phân cấp từ cao xuống thấp như sau: 03 đứt gãy cấp 1 (Trường Sơn, Sông Pô Cô và Tam Kỳ-Phước Sơn); 02 đứt gãy cấp 2 (Nam Ô-Nam Đông và Hưng Nhượng-Tà Vi); 06 đứt gãy cấp 3 (Sông Côn, Sông Trà Bồng, Sông Re, Kon Tum-Ba Tơ, Ba Tơ-Củng Sơn, và Iasir-Sông Ba). Các đới đứt gãy còn lại có quy mô cấp 4 và nhỏ hơn.
2. Trong giai đoạn hiện đại dưới tác động của trường ứng suất kiến tạo trượt bằng, đặc trưng bởi trục nén ép nằm ngang theo phương kinh tuyến, á kinh tuyến, các đới đứt gãy phương tây bắc-đông nam có cơ thức trượt bằng phải, các đứt gãy phương đông bắc-tây nam trượt bằng trái, các đứt gãy vĩ tuyến, á vĩ tuyến có xu thế nghịch, các đứt gãy kinh tuyến và á kinh tuyến có xu thế thuận. Các đứt gãy có mức độ hoạt động trung bình hoặc trung bình yếu, tuy nhiên các đứt gãy phương tây bắc-đông nam và á vĩ tuyến có biểu hiện hoạt động rõ ràng hơn.
3. Từ tháng 11/2011 đến 12/2015 quan sát được 2637 trận động đất có độ lớn, trận động đất lớn nhất có M=4,7 xảy ra vào ngày 15/11/2012 gây ra chấn động cấp 7 tại khu vực đập thủy điện Sông Tranh 2. Động đất tập trung ở bốn khu vực chính: xung quanh 3 đới đứt gãy nhỏ phương tây bắc-đông nam không phân cấp là đứt gãy Sông Trà Nô, đứt gãy Sông Sóc Soi và đứt gãy Sông Bơ Loa-Nước Lẻ, đứt gãy cấp 2 Hương Nhượng-Tà Vi và đứt gãy cấp 3 Sông Trà Bồng. Phân bố chấn tiêu động đất tập trung ở độ sâu khoảng 4-8 km, độ sâu trung bình là 6 km. Với tần suất động đất lớn từ sau khi hồ thủy điện tích nước và độ sâu chấn tiêu nông khẳng định 5,0 M các động đất quan sát được ở khu vực Bắc Trà My và lân cận là động đất kích thích.
4. Từ 11/2010 đến 10/2015 mực nước hồ thủy điện Sông Tranh 2 đã trải qua 8 chu kỳ tích/xả nước. Trong thời gian này, quan sát thấy 14 khoảng thời gian hoạt động động đất tích cực khi số động đất có độ lớn M≥2,0 lớn hơn 5 với cửa số thời gian 10 ngày. Có sự trễ giữa thời điểm bắt đầu của chu trình tích/xả nước và thời điểm bắt đầu của khoảng thời gian hoạt động động đất tích cực. Trong phần lớn các quan sát thấy độ trễ nằm trong khoảng từ 70-85 ngày. Có 2 trường hợp độ trễ ngắn hơn 40 - 45 ngày.
5. Dựa vào chuỗi số liệu động đất kích thích quan sát được tại khu vực Bắc Trà My và lân cận, theo phương pháp đánh giá động đất của Kijko (2004) và phương pháp Reasenberg (1989) cho phép ước lượng độ lớn cực đại Mmax của động đất kích thích tại hồ thủy điện Sông Tranh 2 là 5,0.
6. Sử dụng phương pháp tất định, hệ thống đứt gãy trong khu vực nghiên cứu và các phương trình tắt dần chấn động của Campbell và Borzognia (2008) và Chiou và Youngs (2014), động đất cực đại khu vực thủy điện Sông Tranh 2 (Mmax=5,5 đánh giá theo hàm phân bố cực trị Gumble 3) và lân cận có thể gây chấn động trên nền đá tại vị trí đập thủy điện Sông Tranh 2 với gia tốc nền cực đại amax = 0,208g tương đương với cường độ chấn động cực đại Imax = VIII theo thang MSK-64.
7. Sử dụng phương pháp xác suất, giá trị rung động nền tại vị trí đập thủy điện Sông Tranh 2 ứng với bốn chu kỳ lặp lại bằng 147, 475, 950 và 4750 năm tương ứng với các cấp VII (amax=0,067 m/s2), VII (amax=0,099 m/s2),VIII (amax=0,124 m/s2) và VIII (amax=0,214 m/s2) thang MSK-64, tương đối phù hợp với các kết quả cũ của Nguyễn Ngọc Thủy và nnk (2003).
8. Cho tới nay trận động đất M=4,7 xảy ra ngày 15/11/2012 là trận động đất lớn nhất quan sát được ở khu vực Bắc Trà My và lân cận. Chấn động cực đại trong động đất quan sát được là cấp VII theo thang MSK64 và hầu như không gây hậu quả gì nghiêm trọng cho đập thủy điện Sông Tranh 2 cũng như cho các công trình xây dựng dân sinh khác trong khu vực.
9. Kết quả đánh giá lại các tham số động đất cơ sở vận hành (OBE) và động đất thiết kế cực đại (MDE) cho đập thủy điện Sông Tranh 2 là PGA=0,067 g và PGA=0.208g tương ứng với cường độ chấn động cực đại là cấp VII và cấp VIII theo thang MSK64.
10. Khu vực công trình đầu mối thủy điện Sông Tranh 2 là nơi vỏ Trái đất bị phá hủy mạnh nhất với mật độ cao của hệ thống đứt gãy phương á vĩ tuyến và tây bắc - đông nam. Tuy hoạt động nhưng ở mức độ yếu nên năng lượng tích lũy được từ dịch chuyển của các đới đứt gãy trong khu vực chưa đủ để có thể gây phát sinh động đất tự nhiên. Nước được tích trong hồ thủy điện Sông Tranh 2 thấm xuống dưới dọc theo các đứt gãy là tác nhân quan trọng làm suy giảm sức bền của đá vốn đã bị dập vỡ cao, kích thích cho quá trình giải tỏa năng lượng gây phát sinh những trận động đất yếu và trung bình yếu, với độ sâu chấn tiêu trong khoảng 4-8 km. Sự tăng cao của hàm lượng radon trong khí đất trên một số đứt gãy trong khu vực công trình đầu mối thủy điện Sông Tranh 2 cho thấy khu vực này vẫn chưa ổn định. Tuy nhiên động đất theo cơ chế kích thích sẽ suy giảm và khu vực này sẽ ổn định trở lại.
11. Kết quả đo đạc vị địa chấn nghiên cứu cấu trúc vận tốc thân đập cho thấy tồn tại một vùng dị thường cường độ tương đối vận tốc sóng địa chấn ứng với vùng beton bị ẩm ướt do nước thấm qua khe nhiệt nhiều nhất trong giai đoạn trước 30/08/2012. Theo thời gian vùng này sẽ bị thu hẹp do beton sẽ khô dần khi việc chống thấm phía thượng lưu của thân đập đã được hoàn tất vào ngày 30/8/2012.
*Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 13851/2017) tại Cục Thông tin KHCNQG.