คณะผู้วิจัย

1. ดร.ปัทมา พอดี มหาวิทยาลัยบูรพา (หัวหน้าโครงการวิจัย)

2. ดร.อนุเผ่า อบแพทย์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร

3. นายประสิทธิ์ มากสิน สำนักงานพัฒนาเทคโนโลยีอวกาศและภูมิสารสนเทศ (องค์การมหาชน)

4. นายอรรถวุฒิ นารถกุลพัฒน์ มหาวิทยาลัยบูรพา

ที่ปรึกษาโครงการวิจัย

1. รศ.ดร.อิทธิ ตริสิริสัตยวงศ์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

2. ดร.วีระชาติ วิเวกวิน กรมทรัพยากรธรณี

บทคัดย่อภาษาไทย และบทคัดย่อภาษาอังกฤษ (Abstract)

      รอยเลื่อนแม่จันควรเฝ้าระวังเป็นพิเศษเนื่องจากเป็นรอยเลื่อนที่อยู่ในระบบเดียวกันกับแผ่นดินไหวขนาดมากกว่า Mw 6 บริเวณพื้นที่สามเหลี่ยมทองคำในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา การกระจุกตัวทั้งในเชิงตำแหน่งและเวลาแสดงถึงการส่งถ่ายแรงเค้นจากแผ่นดินไหวไปยังรอยเลื่อนข้างเคียง เทคนิค InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) ถูกนำมาใช้เนื่องจากวิเคราะห์และติดตามพฤติกรรมการเคลื่อนตัวของรอยเลื่อนได้ในระดับมิลลิเมตร ถ่ายภาพได้เป็นบริเวณกว้างในพื้นที่ยากต่อการเข้าถึงและไร้ปัญหาเรื่องขอบเขตพรมแดน ปราศจากปัญหาเรื่องสภาพอากาศและบันทึกภาพได้ทั้งกลางวันและกลางคืน

      วัตถุประสงค์ของงานวิจัยคือ 1. ประยุกต์ใช้เทคนิค Time-series InSAR เพื่อหาความเร็วของการเคลื่อนตัวของแผ่นดินในบริเวณรอยเลื่อนแม่จัน ด้วยข้อมูลดาวเทียม Radarsat-2 เป็นระยะเวลา 2 ปี (พ.ศ. 2554-2556) นำมาคำนวณค่าต่างเฟสและขจัดค่าความคลาดเคลื่อนจนเหลือแค่ค่าการเคลื่อนตัวของเปลือกโลก 2. ศึกษาเพื่อหา Slip rate และ Locking Depth จากการประมาณขนาดและคาบอุบัติซ้ำของแผ่นดินไหวจากจุดความเร็วจากเทคนิค InSAR ตามแนวตั้งฉากของรอยเลื่อน (Transect) อ้างอิงจากแบบจำลอง Elastic half-space model และนำข้อมูลทางธรณีวิทยาประกอบเพื่อวิเคราะห์คาบอุบัติซ้ำ ผลการศึกษาพบว่าชุดภาพ path F21F มีจุดความเร็วเฉลี่ยทั้งภาพประมาณ -188.75 ถึง 57.04 มิลลิเมตรต่อปี ในทิศทางของเรดาร์ แสดงถึงรูปแบบการสะสมแรงเค้นอย่างชัดเจน พฤติกรรมของรอยเลื่อนอยู่ในช่วง Interseismic Motion เนื่องจากมีการเคลื่อนตัวระหว่างสองฝั่งแนวรอยเลื่อนในทิศทางที่ต่างกัน (ฝั่งทิศเหนือเป็นบวกส่วนฝั่งทางทิศใต้เป็นค่าลบ) สอดคล้องกับแบบจำลอง Reid’s Elastic Rebound นำจุดความเร็วในแนวตั้งฉากของรอยเลื่อนวิเคราะห์หา Slip rate ได้ค่าประมาณ 8 มิลลิเมตรต่อปี และ Locking Depth มีค่าประมาณ 0.9 กิโลเมตร คาบอุบัติซ้ำมีค่าระหว่าง 200 – 600 ปี เมื่อจำลองสถานการณ์แผ่นดินไหวด้วยวิธี Coulomb Stress Change พบว่ารอยเลื่อนพะเยาส่วนเหนือและรอยเลื่อนแม่จันทางตะวันออกมีความเร่งในการเกิดแผ่นดินไหวได้เร็วกว่าส่วนอื่น งานวิจัยแสดงให้เห็นว่าเทคนิค InSAR มีศักยภาพในการตรวจจับการเคลื่อนตัวของรอยเลื่อน อย่างไรก็ดีข้อจำกัดที่พบในงานวิจัยคือข้อมูลภาพที่นำมาวิเคราะห์อยู่ในช่วงเวลาเพียง 2 ปี มีจำนวนภาพที่น้อย ในอนาคตอาจจะต้องอาศัยจำนวนภาพที่มากและช่วงเวลาที่ยาวนานขึ้น เพื่อเพิ่มความแม่นยำของข้อมูลรวมถึงการนำข้อมูลดาวเทียมระบบเรดาร์ในช่วงคลื่นที่ยาวขึ้น เช่น L band เพื่อลดทอนปัญหาความคลาดเคลื่อนในป่าเขตร้อนชื้นในประเทศไทยได้

คำสำคัญ: แผ่นดินไหว รอยเลื่อนแม่จัน อินซาร์ ภาพซาร์ การเคลื่อนตัวก่อนเกิดแผ่นดินไหว อัตราการเคลื่อนตัวของรอยเลื่อน ความลึกของการยึดติดกันของรอยเลื่อน คาบอุบัติซ้ำ

      Mae Chan fault should be specially monitored as they are in the same fault system as the Mw 6 earthquake area in the Golden Triangle over the past 10 years. Concentration in both position and time indicates the force transfer to nearby fault. InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) technique is used to analyze and monitor land deformation in millimeters accuracy. The most attractive in this technique is that the use of satellite imagery in wide coverage area instead of point measurement, so the area can be captured in even difficult condition to reach and borderless. Moreover, with the use of radar imagery, there is no problem with the weather or day and night recording since it is the active system.

      The objectives of this research are to: 1. Apply Time-series InSAR technique to determine the land deformation velocity of Mae Chan fault using Radarsat-2 satellite data for 2 years (2011-2013) period. We calculated the phase difference and eliminated the error contained in the phase value until remain only deformation phase. 2. Study to find the Slip rate and Locking Depth from the estimation of the magnitude and recurrence period from InSAR technique based on the perpendicularity of the transect according to the Elastic half-space model and geological data.

      The results show that the F21F path has an average velocity of approximately -188.75 to 57.04 mm. per year in radar line of sight. It represents a clear form of accumulating force, and the behavior of the faults can be expected within the Interseismic Motion period because of the movement between two sides of the fault in different directions. This is consistent with the Reid's Elastic Rebound model, which measures the slip velocity at approximately 8 mm per year, and the Locking Depth is approximately 0.9 km with recurrence period between 200 and 600 years. When simulating the earthquake with the Coulomb Stress Change method, it was found that the northern Phayao and the Eastern Mae Chan were accelerating faster than other parts of the faults. The overall results reveal the potential of InSAR technique to detect land deformation respectively. However, the limitation found in the research is that the time series of the data analyzed cover a period of only 2 years with a small number of images. Therefore, in the future, we expect to have more time series data with longer temporal baseline to increase the accuracy of the technique as well as the use of long wavelength radar data, such as L band, to mitigate the error in such a tropical area in Thailand.

Keywords: Earthquakes, Mae Chan Fault, InSAR, SAR, Interseismic Motion, Slip rate, Locking depth, Recurrence periods

สรุปโครงการวิจัย

      จากบทเรียนในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา เกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ (มากกว่า Mw = 6) จำนวน 3 ครั้ง ในพื้นที่รอยเลื่อนมีพลัง บริเวณสามเหลี่ยมทองคำที่สร้างความเสียหายทั้งชีวิตและทรัพย์สินของประชาชน หนึ่งในนั้นคือแผ่นดินไหวเชียงราย เมื่อวันที่ 5 พฤษภาคม 2557 ขนาด Mw 6.3 ซึ่งพบการกระจุกตัวทั้งในเชิงตำแหน่งและเวลา ที่แสดงให้เห็นถึงการส่งถ่ายแรงเค้นหลัง จากที่เกิดแผ่นดินไหวในแต่ละครั้งอันจะเป็นตัวกระตุ้นให้เกิดแผ่นดินไหวในรอยเลื่อนอื่น ๆ ดังนั้นการทราบพฤติกรรมของรอยเลื่อนข้างเคียง โดยเฉพาะรอยเลื่อนแม่จันจึงควรเป็นพื้นที่เฝ้าระวังเป็นพิเศษโดยเร่งด่วน

      เทคนิค InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) เป็นการนำข้อมูลดาวเทียม ระบบเรดาร์มาวิเคราะห์ที่มีจุดเด่นที่สำคัญคือ สามารถวิเคราะห์และติดตามพฤติกรรมการเคลื่อนตัวของรอยเลื่อนได้ในระดับมิลลิเมตร ถ่ายภาพได้เป็นบริเวณกว้างโดยเฉพาะพื้นที่ยากต่อการเข้าถึงและไร้ปัญหาเรื่องขอบเขตพรมแดน ซึ่งรอยเลื่อนบางส่วนวางแนวพาดผ่านต่อเนื่องไปยังประเทศข้างเคียง ปราศจากปัญหาเรื่องสภาพอากาศและบันทึกภาพได้ทั้งกลางวันและกลางคืน สำหรับวัตถุประสงค์ของงานวิจัยมี 2 ประการคือ

1.ประยุกต์ใช้เทคนิค Time-series InSAR เพื่อหาความเร็วของการเคลื่อนตัวของแผ่นดินในบริเวณรอยเลื่อนแม่จัน

2. ศึกษาเพื่อหา Slip Rate (อัตราการเลื่อนไถล) และ Locking Depth (ความลึกของการยึดติดกันของรอยเลื่อน) จากการประมาณขนาดและคาบอุบัติซ้ำของแผ่นดินไหวที่จะเกิดขึ้นในบริเวณรอยเลื่อนแม่จัน

      พื้นที่ศึกษาครอบคลุมพื้นที่รอยเลื่อนแม่จันในบริเวณ อำเภอฝาง อำเภอแม่จัน อำเภอแม่อาย และอำเภอเชียงแสน โดยใช้ข้อมูลจากดาวเทียม Radarsat-2 เป็นระยะเวลา 2 ปี (ตั้งแต่ประมาณเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2554-2556) จำนวนชุดภาพทั้ง 6 Path ในแนววงโคจรขาขึ้น (F1,F4F,F3N) และขาลง (F2,F4N,F21F) ระเบียบวิธีวิจัยเริ่มต้นจากนำภาพจากดาวเทียมระบบเรดาร์ (SAR) ตั้งแต่สองภาพขึ้นไป (Time-series) ที่ถ่าย ณ ตำแหน่งเดียวกันมาคำนวณค่าต่างเฟส (Phase) เพื่อวิเคราะห์หารูปแบบการเปลี่ยนแปลงของแผ่นดินได้ในระดับมิลลิเมตร โดยมุ่งเน้นไปที่เทคนิค PSInSAR (Persistent Scatterer InSAR) อาศัยค่าเฟสของจุดภาพที่มีความเสถียรสูง คัดเลือกและขจัดความคลาดเคลื่อนต่าง ๆ ให้เหลือน้อยที่สุด ผลลัพธ์จะได้ค่าการเคลื่อนตัวบริเวณของสองฝั่งแนวรอยเลื่อน (slip rate) นำค่าที่ได้ไปวิเคราะห์หาค่าความลึกของการยึดติดกันของรอยเลื่อน (locking depth) บนพื้นฐานของแบบจำลอง Elastic half-space model ที่เกี่ยวข้องกับแผ่นดินไหว จากนั้นนำข้อมูลทางธรณีวิทยาประกอบเพื่อวิเคราะห์คาบอุบัติซ้ำ เพื่อเป็นแนวทางในการวางแผนและจัดการป้องกันความเสียหายจากธรณีพิบัติภัยต่อไป

      ผลการวิจัยตามวัตถุประสงค์ข้อที่ 1 เพื่อหาความเร็วของการเคลื่อนตัวของแผ่นดินในบริเวณรอยเลื่อนแม่จันด้วยเทคนิค Time-series InSAR โดยใช้ภาพทั้ง 6 path พบว่าภาพที่ประสบความสำเร็จและเห็นแนวโน้มการเคลื่อนตัวของรอยเลื่อนแม่จันคือภาพจาก path F21F (ดังแสดงในภาพที่ 1) ความเร็วของการเคลื่อนตัวบริเวณรอยเลื่อนแม่จัน (หลังจากหักค่าความเร็วบริเวณรอยเลื่อน) มีค่าประมาณ -188.75 ถึง 57.04 มิลลิเมตรต่อปี ในทิศทางของแนวเรดาร์ (Line of sight) จากการวิเคราะห์รูปแบบของจุดที่แสดงถึงความเร็วระหว่างสองฝั่งแนวรอยเลื่อนพบว่ามีทิศทางการเคลื่อนตัวที่แตกต่างกัน กล่าวคือฝั่งทิศเหนือของรอยเลื่อนแม่จันส่วนใหญ่มีทิศทางการเคลื่อนที่เป็นบวก และฝั่งทางทิศใต้ของรอยเลื่อนแม่จันส่วนใหญ่มีทิศทางการเคลื่อนที่เป็นค่าลบ สอดคล้องกับรูปแบบการเคลื่อนตัวของรอยเลื่อนแม่จันที่เป็นในแนวระดับเหลื่อมซ้าย และแบบจำลอง Reid’s Elastic Rebound ที่อธิบายการวัฎจักรการเคลื่อนตัวของรอยเลื่อนในช่วงเวลาต่าง ๆ จากผลการศึกษารูปแบบการเคลื่อนตัวของรอยเลื่อนพบว่ารอยเลื่อนแม่จันซึ่งครอบคลุมบริเวณ อำเภอแม่อาย อำเภอเมือง และอำเภอแม่จัน อยู่ในวัฎจักรของแผ่นดินไหวในช่วง Interseismic กล่าวคืออยู่ในช่วงการสะสมแรงเค้นระหว่างสองฝั่งแนวรอยเลื่อนก่อนเกิดเหตุการณ์แผ่นดินไหว แสดงให้เห็นว่ารอยเลื่อนแม่จันมีแรงเค้นที่มากระทำระหว่างสองฝั่งของแนวรอยเลื่อนตลอดเวลา เป็นรอยเลื่อนที่มีพลังและมีโอกาสเสี่ยงที่จะเกิดแผ่นดินไหวในอนาคต

รูปที่ 1 แผนที่แสดงถึงอัตราการเคลื่อนตัวบริเวณสองฝั่งแนวรอยเลื่อนแม่จันจากภาพรอยเลื่อนพาดผ่านเริ่มตั้งแต่บางส่วนของ อ.แม่อาย อ.เมือง และ อ.แม่จัน จุดการเคลื่อนตัวในโทนสีฟ้าและสีแดงแสดงให้เห็นถึงทิศทางการเคลื่อนตัวระหว่างสองฝั่งแนวรอยเลื่อนอันมาจากแรงเค้นที่มากระทำในช่วงวัฎจักรที่เรียกว่า Interseismic motion เส้นสีชมพูทั้งสองเส้นแสดงถึง Cross section เส้นที่ 1 และ 2 เพื่อหาความเร็วระหว่างสองฝั่งแนวรอยเลื่อนออกไป

      เมื่อพิจารณาจากเส้น Cross section ของภาพ F21F ประกอบเพิ่มเติมแล้วพบว่าบริเวณทั้งสองฝั่งของแนวรอยเลื่อนเมื่อห่างออกไปที่ระยะประมาณ 25 กิโลเมตรเปลือกโลกมีแรงเค้นที่มากระทำมากที่สุด (40 มิลลิเมตรต่อปี) ในขณะที่บริเวณใกล้แนวรอยเลื่อนมีแรงเค้นที่มากระทำใกล้ศูนย์ แสดงให้เห็นว่ารอยเลื่อนแม่จันอยู่ในช่วง Interseismic motion อย่างชัดเจน เมื่อไกลจากแนวรอยเลื่อนออกไปจะพบการบิดเบี้ยวของเปลือกโลกตามค่าการเคลื่อนตัวที่ได้จากเทคนิค Time-series InSAR

      ผลการศึกษาตามวัตถุประสงค์ข้อที่ 2 เพื่อหา Slip rate (อัตราการเลื่อนไถล) และ Locking Depth (ความลึกของการยึดติดกันของรอยเลื่อน) จากการประมาณขนาดและคาบอุบัติซ้ำของแผ่นดินไหวที่จะเกิดขึ้นในบริเวณรอยเลื่อนแม่จัน เมื่อนำข้อมูลที่ได้จากผลลัพธ์ข้างต้นไปวิเคราะห์ด้วย Elastic dislocation model (Savage and Burford, 1973) บนพื้นฐานที่อธิบายถึงการเปลี่ยนรูปของเปลือกโลก (Deformation) แบบยืดหยุ่นที่มีแรงมากระทำออกไปจากแนวรอยเลื่อนในทิศเหนือและใต้เป็นระยะทางฝั่งละ 20 กิโลเมตร โดยประมาณการจากจุดความเร็วที่เหมาะสมตามแนวตั้งฉากของรอยเลื่อน (Transect) ที่ได้จากเทคนิค InSAR พบว่าค่า Slip rate ที่เป็นตัวแทนของอัตราการเคลื่อนตัวของรอยเลื่อนแม่จันมีค่าประมาณ 8 มิลลิเมตรต่อปี และมีค่าความลึกของการยึดติดกันของรอยเลื่อนแม่จันเท่ากับ 0.9 กิโลเมตร ดังรูปที่ 2 จากพื้นผิวดิน เมื่อนำข้อมูลทางธรณีวิทยามาประกอบได้คาบอุบัติซ้ำประมาณ 200 - 600 ปี (slip ประมาณ 1.5-4.5 m.)

รูปที่ 2 จุดกากบาทสีแดงคือความเร็วเฉลี่ยในแต่ละฝั่งของแนวรอยลื่อนไปทุกๆระยะ 500 ม. เส้นสีน้ำเงินแสดงถึงค่าอัตราการเคลื่อนตัว (slip rate) ระหว่างสองฝั่งแนวรอยเลื่อนมีค่าประมาณ 8 มิลลิเมตรต่อปี ความลึกของการยึดติดกันของรอยเลื่อน (locking depth) มีค่าประมาณ 0.9 กิโลเมตรจากพื้นผิวดิน

      จากนั้นจำลองสถานการณ์การส่งถ่ายแรงเค้นไปยังบริเวณโดยรอบหากเกิดแผ่นดินไหวที่รอยเลื่อนแม่จัน ด้วยวิธี Coulomb Stress Change พบว่า มีการเพิ่มของแรงเค้นจากรอยเลื่อนแม่จันไปยังรอยเลื่อนย่อยพะเยาส่วนที่อยู่ทางทิศเหนือ โดยมีค่า 1.43 บาร์ ในขณะที่ทางด้านตะวันออกของรอยเลื่อนแม่จัน พบการเพิ่มขึ้นของแรงเค้นที่เพิ่มขึ้นมากถึง 2.85 บาร์ สามารถอนุมานได้ว่า ในส่วนเหนือรอยเลื่อนพะเยาและส่วนทางด้านตะวันออกของรอยเลื่อนแม่จันอาจจะมีโอกาสหรือความเร่งในการเกิดแผ่นดินไหวได้เร็วกว่ารอยเลื่อนในกลุ่มเดียวกัน

      ผลสรุปและข้อเสนอแนะจากโครงการวิจัยนี้พบว่า การดำเนินโครงการในลักษณะของการนำเทคโนโลยีสมัยใหม่คือเทคนิค InSAR ซึ่งเป็นเทคโนโลยีขั้นสูงในการนำภาพถ่ายดาวเทียมระบบเรดาร์มาวิเคราะห์การเคลื่อนตัวของแผ่นดิน สามารถนำมาใช้ประกอบหรือทำงานร่วมกับวิธีการแบบเดิมในการศึกษาเรื่องแผ่นดินไหวได้เป็นอย่างดี แต่ทั้งนี้สิ่งที่สำคัญคือความสามารถในการรับรู้ ความเข้าใจในเทคนิคและข้อจำกัดของวิธีการนั้น ๆ ซึ่งต้องอาศัยการอ่าน วิเคราะห์ และการทำงานร่วมกันของทีมงาน ซึ่งผลการวิเคราะห์ Coseismic Motion และ Postseimsic Motion จาก Time-series InSAR และการวิเคราะห์ Interseismic Motion ของรอยเลื่อนแม่จัน จังหวัดเชียงราย ที่ทำให้เราสามารถหาค่า Slip rate และ Locking Depth ออกมาได้นั้น เป็นสิ่งที่ควรจะดำเนินการศึกษาอย่างต่อเนื่องในทุก ๆ รอยเลื่อนมีพลังในประเทศไทย เนื่องจากองค์ความรู้ในด้านนี้ยังมีอยู่น้อย ประกอบกับคุณลักษณะของแต่ละรอยเลื่อนก็มีความแตกต่างกัน จึงต้องมีข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ที่มีเหตุผลและข้อมูลมารองรับ เพื่อให้การรับรู้ของทุกภาคส่วนอยู่บนพื้นฐานของข้อมูลที่ถูกต้อง นอกจากนี้ กิจกรรมต่าง ๆ ในโครงการที่ได้จัดทำขึ้น เช่น การออกภาคสนาม เพื่อเรียนรู้การสำรวจแนวรอยเลื่อนโดยวิธีการอื่น ๆ เช่นการทำ Trenching เป็นต้น พร้อมการดำเนินงานร่วมกับหน่วยงานในพื้นที่ในการจัดอบรมให้ความรู้แก่หน่วยงานที่เกี่ยวข้องเช่น กรมทรัพยากรธรณี กรมการป้องกันและบรรเทาสาธารณภัย บุคลากรในภาคการศึกษาจากมหาวิทยาลัยในภาคเหนือ เป็นต้น โดยมีวิทยากรและผู้เชี่ยวชาญจากต่างประเทศคือ Professor Andy Hooper จาก Institute of Geophysics and Tectonics (IGT), University of Leeds ซึ่ง การศึกษาที่มุ่งเน้นการเชื่อมโยงเครือข่ายการเรียนรู้และการพัฒนางานด้านวิชาการระดับโลก (global network) กับวิถีชุมชนในการจัดการภัยพิบัติระดับท้องถิ่น (local organizing) นอกจากนั้นยังได้ดำเนินการวางแนวทางการศึกษาการติดตาม (Monitoring) การเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกในอนาคตโดยการจัดทำระบบการจัดทำแผนที่แผ่นดินไหวอัตโนมัติ การสร้างเครือข่ายภาคประชาสังคมผ่านทางการถ่ายทอดเทคโนโลยี การจัดสร้างศูนย์ความเป็นเลิศทางวิชาการและศูนย์การวิจัยเทคโนโลยี InSAR (Thailand InSAR Center of Excellent, TICE) เพื่อจัดอบรม การถ่ายทอดองค์ความรู้ ทั้งในระดับประเทศและนานาชาติ นอกจากนี้สาธารณะชนยังสามารถติดตามความก้าวหน้าและความเคลื่อนไหวของโครงการอย่างต่อเนื่องผ่านทางเว็บไซต์ http://tice.buu.ac.th/ ทั้งนี้ทางโครงการได้จัดทำแผนการดำเนินงานในอนาคต ซึ่งจะเป็นการสร้างความต่อเนื่องและลดความเหลื่อมล้ำของประชาชนในพื้นที่เสี่ยงผ่านทางเทคโนโลยี และการให้การศึกษาดังตารางด้านล่าง

ตารางที่ 1 แสดงแผนการดำเนินงานในอนาคต