Thứ 6, 24/09/2021 - 00:36
A- A A+ | Tăng tương phản Giảm tương phản

Các kết quả thực nghiệm giải quyết bài toán nội suy các giá trị dị thường Bouguer ở các khu vực rừng núi, trung du và đồng bằng thuộc lãnh thổ Việt Nam theo phương pháp kriging tổng quát

Việc nội suy các giá trị dị thường trọng lực trên các điểm trong lực trong khu vực nghiên cứu vào các đỉnh của các ô chuẩn của CSDL dị thường trọng lực là một trong những bài toán then chốt của quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL) dị thường trọng lực quốc gia. Trên các khu vực đất liền với độ cao địa hình nhỏ hơn 1500 m, người ta thường sử dụng dị thường Bouguer để giải quyết bài toán này. Trên cơ sở nghiên cứu cơ sở khoa học của việc sử dụng phương pháp kriging tổng quát, đặc biệt xem xét vai trò quan trọng của việc xây dựng mô hình mặt xu thế, để giải quyết bài toán nêu trên, và các kết quả thực nghiệm, báo cáo khoa học này đã khẳng định độ chính xác cao của các giá trị dị thường Bouguer được nội suy trên các đỉnh của các ô chuẩn của CSDL trọng lực nhận được từ phương pháp kriging tổng quát.

Việc xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL) trọng lực quốc gia là một trong những nhiệm vụ trọng yếu của Trắc địa vật lý nhằm khai thác các dữ liệu đo trọng lực chi tiết phục vụ việc  giải quyết các bài toán trắc địa vật lý như xây dựng mô hình geoid/quasigeoid quốc gia, tính các thành phần độ lệch dây dọi, hiệu chỉnh các kết quả đo đạc thủy chuẩn hạng I, II nhà nước ... và phục vụ lĩnh vực Địa chất – Khoáng sản trong việc nghiên cứu cấu trúc sâu của vỏ Trái đất và tìm kiếm khoáng sản.

Theo đó, hệ độ cao quốc gia của Việt Nam là hệ độ cao chuẩn được xây dựng theo lý thuyết của Molodenxkii M.X.. Do đó ở Việt Nam chúng ta phải xây dựng mô hình quasigeoid quốc gia, thêm vào đó các độ cao quasigeoid được xác định theo các dữ liệu trọng lực dựa trên các kết quả giải quyết bài toán biên hỗn hợp của Trắc địa vật lý theo cách tiếp cận của Molodenxkii M.X.. Bài toán biên này, về mặt lý thuyết được giải quyết trên mặt biên là mặt telluroid, nhưng trên thực tế được giải quyết trên mặt vật lý Trái đất (Heiskanen, W.A., and Moritz, H., 1967; Simberov, B.P., 1975). Vấn đề quy chiếu các giá trị dị thường không khí tự do lên mặt vật lý Trái đất mà trên mặt này sẽ giải quyết bài toán biên hỗn hợp của Trắc địa vật lý theo cách tiếp cận của Molodenxkii M.X. là một trong những vấn đề khoa học – kỹ thuật phức tạp cần được giải quyết trong quá trình xây dựng CSDL dị thường trọng lực quốc gia.

Với mục đích sử dụng các dữ liệu trọng lực để xây dựng mô hình trọng trường Trái đất (EGM) và giải quyết các bài toán trắc địa vật lý khác nhau có liên quan đến trọng trường Trái đất luôn đòi hỏi để các giá trị dị thường trọng lực là các hàm điều hòa thay đổi liên tục và có đạo hàm các bậc trên mặt biên và trong không gian ngoài mặt biên. Do đó khi giải quyết bài toán biên hỗn hợp của Trắc địa vật lý luôn đặt ra yêu cầu để trên mặt biên và trong không gian ngoài mặt biên không tồn tại các khối lượng vật chất gây nhiễu các giá trị dị thường trọng lực bởi các sai số hệ thống, làm cho chúng biến thiên lớn trong phạm vi nghiên cứu và không còn là các hàm điều hòa nữa. Như vậy, đối với bài toán biên hỗn hợp của Trắc địa vật lý theo cách tiếp cận của Molodenxkii M.X. luôn đòi hỏi để không tồn tại các khối lượng vật chất nhiễu trên mặt vật lý Trái đất mà trên mặt này sẽ giải quyết bài toán biên nêu trên.

Cũng cần thiết phải chỉ ra rằng việc giải quyết bài toán biên của Trắc địa vật lý trên mặt geoid theo cách tiếp cận của Stokes G. không cho lời giải đơn trị và độ chính xác cao do phải giải quyết hai vấn đề của Stokes G:

- Phải loại bỏ toàn bộ các khối lượng vật chất của các lục địa, các đảo và các quần đảo nằm trên mặt geoid và đưa chúng vào bên trong Trái đất bên dưới mặt geoid;

- Phải biết quy luật phân bố mật độ vật chất của lớp vỏ Trái đất để quy chiếu các giá trị gia tốc lực trọng trường đo được trên mặt vật lý Trái đất xuống mặt biên là mặt geoid.

Hai vấn đề nêu trên hiện nay chưa thể giải quyết được một cách chặt chẽ đối với bài toán biên của Stokes G.. Trong khi đó việc giải quyết bài toán biên theo cách tiếp cận của Molodenxkii M.X. không đòi hỏi phải giải quyết hai vấn đề nêu trên. Do đó, ngoài các nước sử dụng lý thuyết của Molodenxkii M.X. như Đức, Pháp, Australia, Liên Xô (cũ), các nước Đông Âu, Việt Nam, Trung Quốc v.v, các nước sử dụng lý thuyết Stokes G. như Mỹ, Anh v..v mặc dù sử dụng hệ độ cao chính, nhưng sử dụng phương pháp của Molodenxkii M.X. để xây dựng các mô hình quasigeoid quốc gia, sau đó chuyển về các mô hình geoid quốc gia theo công thức Moritz H., ví dụ mô hình geoid OSGM02 của Anh, các mô hình USGG2009, USGG2012 của Mỹ. Đối với các nước Mỹ, Anh ... việc quy chiếu các giá trị dị thường trọng lực lên mặt biên là mặt vật lý Trái đất để xây dựng các mô hình quasigeoid được thực hiện đúng như quy định của lý thuyết Molodenxkii M.X.. Ngoài ra, quy trình này còn được áp dụng để xây dựng các mô hình quasigeoid toàn cầu như EGM96, EGM2008.

 

Theo tài liệu, do khối lượng Trái đất được sử dụng để tính toán các hằng số trọng trường địa tâm GM của các ellipsoid GRS80, WGS84 đã bao gồm cả khối lượng vật chất khí quyển, nên khi xác định các giá trị dị thường trọng lực không khí tự do để giải quyết các bài toán trắc địa vật lý dựa trên các ellipsoid GRS80, WGS84 phải loại bỏ ảnh hưởng của khối lượng vật chất khí quyển. Trong quá trình giải quyết bài toán quy chiếu dị thường trọng lực ở Việt Nam, vấn đề này đã được giải quyết.   

Khi lưu ý rằng trên mặt vật lý Trái đất tồn tại các khối lượng vật chất địa hình khác nhau làm nhiễu các giá trị dị thường không khí tự do, chúng ta phải lần lượt loại bỏ các ảnh hưởng của các lớp vật chất nhiễu nêu trên trong các giá trị dị thường không khí tự do được xác định trên các điểm trọng lực chi tiết nhờ việc quy chiếu các giá trị dị thường không khí tự do lên mặt vật lý Trái đất tương ứng.

Tuy nhiên độ chính xác của việc quy chiếu nêu trên lại phụ thuộc nhiều vào độ chính xác của mô hình số độ cao. Khi tính đến các sai số của các mô hình số độ cao DEM, ở nước Mỹ đã đưa ra tiêu chuẩn để sai số trung phương lớn nhất của dị thường trọng lực ở mức ± 5,1 mGal. Do đó hạn sai của độ cao trong mô hình số độ cao ở mức ± 50 m.

Cơ quan Vũ trụ và Hàng không quốc gia (NASA) cùng với Cơ quan Tri thức Địa không gian quốc gia (NGA, trước đây là NIMA) của Mỹ cùng với các cơ quan vũ trụ của Đức, Italy đã thành lập mô hình số cận - toàn cầu (near - global) của Trái đất dựa trên giao thoa Radar. Theo các tài liệu, từ 11 - 22 tháng 02 năm 2000, dự án thành lập bản đồ địa hình Trái đất từ vũ trụ SRTM đã đo chụp được vùng lãnh thổ Trái đất từ 560S đến 600N bao phủ 80 % phần lục địa của Trái đất và 90 % dữ liệu độ cao có các sai số nằm trong khoảng ± (6 - 10) m. Khi so sánh các mô hình SRTM3 và GTOPO30 với DEM độ phân giải 1’ x 1’ của Đức, theo tài liệu [4] SRTM3 độ phân giải 3” x 3” có độ chính xác nằm ở mức ± 7,9 m, còn GTOPO30 độ phân giải 30” x 30” có độ chính xác nằm ở mức ± 6,8 m. Ở Việt Nam, theo đánh giá trong tài liệu  mô hình số độ cao SRTM1 có độ phân giải 1” x 1” có độ chính xác ở mức ± 5,48 m.

Như vậy độ chính xác của các mô hình số độ cao toàn cầu độ phân giải cao hoàn toàn đáp ứng yêu cầu giải quyết bài toán quy chiếu các giá trị dị thường trọng lực. Đối với Việt Nam, việc sử dụng mô hình số độ cao toàn cầu cho phép tính toán các số hiệu chỉnh Faye tại các điểm trọng lực nằm gần biên giới (nhỏ hơn 200 km) với các nước Trung Quốc, Lào và Campuchia trong bối cảnh không có các dữ liệu độ cao ở các khu vực biên giới của các nước nêu trên. Các phương pháp tích phân số để tính toán các số hiệu chỉnh Faye theo công thức giải tích và công thức tính phân lăng trụ của Nagy D. đã được trình bày trong tài liệu . Ngoài ra, các mô hình số độ cao toàn cầu độ phân giải cao còn được sử dụng để tính toán các giá trị dị thường Bouguer trên các điểm trọng lực phục vụ việc giải quyết bài toán nội suy trong quá trình xây dựng CSDL dị thường trọng lực.

Trong quá trình xây dựng CSDL dị thường trọng lực quốc gia, một trong những bài toán khoa học - kỹ thuật phức tạp nhất là bài toán nội suy các giá trị dị thường trung gian (Bouguer hoặc địa hình - đẳng tĩnh) từ các điểm trọng lực chi tiết vào các đỉnh của các ô chuẩn (cells) của mạng lưới (grid) các ô chuẩn của CSDL dị thường trọng lực quốc gia. Việc xác định các giá trị dị thường trọng lực Faye hoặc RTM trên các đỉnh của các ô chuẩn được thực hiện nhờ “phép chuyển ngược” các giá trị dị thường trung gian được xác định trên các đỉnh này [5]. Công thức “chuyển ngược” dị thường Bouguer thành dị thường RTM đã được trình bày trong tài liệu.

Ở các khu vực rừng núi với độ cao địa hình không lớn hơn 1500 m, các vùng trung du và đồng bằng, việc loại bỏ các lớp vật chất giữa mặt vật lý được chọn làm mặt biên để giải bài toán biên và mặt geoid sẽ làm cho các giá trị dị thường Bouguer thay đổi tương đối đồng đều. Đây là cơ sở khoa học quan trọng của việc sử dụng các giá trị dị thường Bouguer để giải quyết bài toán nội suy trong quá trình xây dựng CSDL dị thường trọng lực. Ở các khu vực rừng núi cao với độ cao địa hình lớn hơn 1500 m, hiệu ứng đẳng tĩnh sẽ làm cho các giá trị dị thường Bouguer biến thiên lớn. Trong trường hợp này, thay cho dị thường Bouguer người ta phải sử dụng dị thường địa hình – đẳng tĩnh để giải quyết bài toán nội suy nêu trên.

Vào năm 2012, Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ đã thu thập được 65.536 giá trị gia tốc lực trọng trường chi tiết ở các khu vực rừng núi với độ cao địa hình không lớn hơn 1500 m, các vùng trung du và đồng bằng thuộc lãnh thổ Việt Nam. Do đó trong Báo cáo khoa học này sẽ trình bày các kết quả nghiên cứu và thực nghiệm việc giải quyết bài toán nội suy các giá trị dị thường Bouguer từ các điểm trọng lực chi tiết vào các đỉnh của các ô chuẩn của CSDL dị thường RTM độ phân giải 3’ x 3’ tại khu vực thử nghiệm ở phía Bắc Việt Nam.

 

Các kết quả nghiên cứu sử dụng phương pháp kriging tổng quát để nội suy các giá trị dị thường Bouguer  từ các điểm trọng lực vào các đỉnh của các ô chuẩn của CSDL dị thường trọng lực độ phân giải 3’ x 3’ cho thấy phương pháp này rất chặt chẽ và cho các kết quả nội suy dị thường Bouguer với độ chính xác cao. Các kết quả tính toán nhận được hoàn toàn tự động nhờ bộ phần mềm GravDB.


Tổng số điểm của bài viết là: 0 trong 0 đánh giá
Click để đánh giá bài viết

Lượt bình luận

Trường đánh đấu (*) là bắt buộc.

Tin liên quan