1Dịch chuyển vỏ trái đất theo số liệu GPS liên tục tại việt nam và khu vực đông nam á

Tạp chí Các khoa học Trái Đất 32(3), 249-260 9-2010 DịCH CHUYểN Vỏ TRáI ĐấT THEO Số LIệU GPS LIÊN TụC TạI VIệT NAM Và KHU VựC ĐÔNG NAM LÊ HUY MINH, KURT FEIGL, FRéDéRIC MASSON, DƯƠNG CHí CÔNG, ALAIN BOURDILLON, PATRICK LASSUDRIE DUCHESNE, NGUYễN CHIếN THắNG, NGUYễN Hà THàNH, TRầN NGọC NAM, HOàNG THáI LAN i Mở ĐầU Ngày phơng pháp đo dịch chuyển kiến tạo vỏ Trái Đất công nghệ GPS đợc sử dụng rộng rÃi khắp nơi giới Công nghệ đà cung cấp đồ định lợng trờng vận tốc vùng kiến tạo hoạt động tỷ lệ khác nhau, cho phép đa thông tin phân bố không gian biến dạng, lực khống chế đặc trng dòn dẻo thạch lục địa [4, 22, 25] Các đồ nh khu vực Đông Nam tìm thấy nhiều nghiên cứu [12, 13, 18, 19] Trên lÃnh thổ Việt Nam đà có kết nghiên cứu dịch chuyển kiến tạo số đứt gẫy hoạt động (đứt gẫy Lai Châu - Điện Biên, đứt gẫy Sơn La, đứt gẫy Sông Hồng) dựa việc đo lặp GPS [2, 3, 5-9, 23] Tuy nhiên chuyển dịch tơng đối đứt gẫy thờng nhỏ, kết đo lặp thời gian quan sát cha đủ dài, nên thật cha cho thông tin tin cậy dịch chuyển tơng đối đứt gẫy, việc nghiên cứu tiếp tục Việt Nam cha có công bố dịch chuyển kiến tạo vỏ Trái Đất dựa quan sát GPS liên tục, báo trình bầy số kết tính toán dịch chuyển kiến tạo vỏ Trái Đất dựa số liệu trạm GPS liên tục Hà Nội, Huế thành phố Hồ Chí Minh (Tp HCM) Các thông tin dịch chuyển vỏ Trái Đất theo số liệu GPS liên tục có độ xác tin cậy cao trình bầy cã thĨ xem nh− nh÷ng t− liƯu chn gióp cho việc đánh giá kết đo đạc GPS với mục đích nghiên cứu dịch chuyển kiến tạo vỏ Trái §Êt ë ViƯt Nam ii Sè LIƯU GPS LI£N TơC VIệT NAM, PHƯƠNG PHáP Xử Lý Số liệu : nh đà nêu [14-17], ba trạm GPS liên tục Hà Nội, Huế Tp HCM đợc đa vào hoạt động từ tháng 4-5/2005 (Hà Nội Tp HCM) từ 1-2006 (Huế) đến Vị trí trạm loại thiết bị nêu bảng Các máy thu ba trạm Việt Nam thuộc loại GSV4004 [11], loại máy thu hai tần số hÃng NovAtel Trạm Hà Nội đặt nhà Viện Vật lý địa cầu, nhu cầu sửa chữa nhà nên máy thu đà bị di chuyển, chuỗi số liệu liên tục đợc sử dụng có từ tháng 4-2005 đến tháng 12-2006, vị trí khác chuỗi số liệu cha đủ dài nên không nêu Từ tháng 2-2009 máy thu trạm Hà Nội đợc đặt đài điện ly Phú Thụy Máy thu trạm Huế đợc đặt từ ngày13-01-2006 đến nay, nhiên khoảng thời gian 5-20075-2008 máy dừng hoạt động hỏng hóc phải sửa chữa, sau lại tiếp tục hoạt động liên tục Máy thu trạm Tp HCM hoạt động gần nh liên tục từ tháng 5-2005 đến Hiện máy thu Huế Tp HCM hoạt động chế độ 30 giây lần thu số liệu, máy thu trạm Phú Thụy hoạt động chế độ giây Tuy nhiên để phục vụ mục đích nghiên cứu dịch chuyển kiến tạo vỏ Trái Đất sử dụng số liệu dạng RINEX với khoảng thời gian thu số liệu 30 giây nh số liệu trạm IGS Các chuỗi thời gian trạm GPS nêu bảng chuỗi số liệu GPS liên tục dài Việt Nam Phơng pháp xử lý : để tính toán chuỗi thời gian tọa độ trạm sau tính toán tốc độ dịch chuyển vỏ Trái Đất vị trí trạm, đà sử dụng phần mềm GAMIT/GLOBK phiên 10.35 đợc phát hành tháng 6-2009 [10] Trớc chạy chơng trình GAMIT, bớc chuẩn bị quan trọng đảm bảo thu đợc kết mong đợi, việc chuẩn bị tệp sau : process default (quy định môi trờng chạy chơng trình, nguồn số liệu bên bên ngoài, tệp 249 quỹ đạo vệ tinh, cấu trúc cho lu trữ kết quả), sites default (bao hàm tên trạm IGS trạm địa phơng đợc sử dụng cách thức quản lý tài liệu trạm), station.info (chứa thông tin kiểu máy thu anten, giá trị độ cao anten, thời gian hoạt động ), lfile (chứa thông tin tọa độ gần trạm), sestbl (thiết lập lựa chọn thích hợp cho việc phân tích) Ngoài cần cập nhật thông tin lịch thiên văn vệ tinh, mô hình triều Mặt Trăng Mặt Trời, vị trí cực Tất tệp RINEX ba trạm GPS nớc ta với 20 trạm IGS lân cận thuộc mảng Âu-á mảng khác mà vỏ Trái Đất tơng đối ổn định đợc lựa chọn đa vào th mục rinex th mơc xư lý GAMIT ViƯc tÝnh to¸n víi sè liƯu 20 trạm IGS nh đà nêu lựa chọn phơng pháp xử lý phần mềm GAMIT với khoảng cách trạm lớn (trên 500 km) Việc xử lý kiểu đòi hỏi dùng mode BASELINE số liệu 10 trạm IGS/ITRF, tệp glorg đòi hỏi dùng 10 trạm ITRF có vận tốc tơng đối ổn định để ổn định trờng vận tốc trạm cần nghiên cứu Phơng pháp xử lý không đòi hỏi dùng hfiles từ trung tâm số liệu MIT SOPAC, nhng số liệu trạm đa vào tính nhiều nên đòi hái thêi gian xư lý nhiỊu h¬n ViƯc xư lý số liệu đợc thực hàng ngày ITRF2005, nh sau xử lý ngày số liệu phần mềm GAMIT tạo th mục ngày lu trữ toàn kết tính toán, có tệp kết đánh giá tọa độ trạm (Q-file) Lối lối vào cho việc chạy chơng trình GLOBK để đánh giá vận tốc dịch chuyển vỏ Trái Đất Để hiểu rõ thêm, độc giả cần tham khảo kỹ sách hớng dẫn sử dụng phần mềm GAMIT/GLOBK phiên 10.35 nh đà nêu iii KếT QUả Và THảO LUậN Kết xử lý số liệu GPS phần mềm GAMIT cho chuỗi thời gian theo ngày ba thành phần tọa độ trạm : thành phần bắc N, thành phần đông E chiều cao U Hình biểu diễn chuỗi thời gian thành phần N E khoảng thời gian 4-2005-12-2006 trạm Hà Nội Hình hình tơng tự trạm Huế trạm Tp HCM Hình Biến đổi theo thời gian thành phần bắc (trên) thành phần đông (dới) trạm Hà Nội ITRF2005 250 Bảng Vị trí trạm GPS liên tục Việt Nam loại máy đợc sử dụng Tên trạm Tọa độ Kinh ®é Vü ®é Hµ Néi 105.800oE 21.047oN HuÕ Tp HCM 107.593oE 106.560oE 16.459oN 10.849oN M¸y thu Anten Thêi gian GSV4004A GSV4004B GSV4004A GSV4004B NOV503+CR NOV533+CR NOV503+CR NOV533+CR 4/2005 - 1/2006 1/2006 - 12/2006 1/2006 - 12/2009 5/2005 - 12/2009 H×nh Biến đổi theo thời gian thành phần bắc (trên), thành phần đông (giữa) chiều cao (dới) trạm Huế ITRF2005 trạm Hà Nội có thay đổi thiết bị anten vào ngày 11-1-2006, hiệu chỉnh thay đổi độ cao anten cha đợc xác định tốt nên kết tính toán độ cao cha thống nên không đa 251 Hình Biến đổi thời gian thành phần bắc (trên) thành phần đông (giữa) chiều cao (dới) trạm Tp HCM ITRF2005 ở trạm Huế trạm Tp HCM trình bầy kết thu đợc ba thành phần Các hình vẽ đợc lấy nguyên từ lối sh_gamit sh_glred phần mềm GAMIT Có thể thấy xu biến đổi tuyến tính thành phần N E ba 252 trạm rõ, độ dài chuỗi số liệu tơng đối dài (21 tháng trạm Hà Nội, năm Huế năm tháng trạm Tp HCM) để thu đợc thông tin tin cậy hệ số góc xu tuyến tính này, tức thông tin tin cậy vận tốc dịch chuyển vỏ Trái Đất vị trí trạm ba trạm tham số nrms (độ lệch bình phơng trung bình chuẩn) xấp xỉ 1, tham số wrms (độ lệch bình phơng trung bình có trọng số) xấp xỉ 3-5 mm thành phần nằm ngang 8-9 mm thành thẳng đứng, giá trị gần với giá trị tơng ứng trạm IGS có chất lợng tốt giới (ví dụ trạm KUNM, hình 4) cho phép khẳng định chất lợng số liệu đa vào xử lý ba trạm GPS Việt Nam tơng đối tốt Hình Biến đổi theo thời gian thành phần bắc (trên), thành phần đông (giữa) chiều cao (dới) trạm KUNM ITRF2005 Trên đồ thị biểu thị chuỗi theo thời gian thành phần vận tốc bên cạnh xu thể tuyến tính biểu thị thành phần tốc độ dịch chuyển có dao động theo mùa rõ rệt, thành 253 phần thẳng đứng, điều nhiều nguyên nhân, nhng chủ yếu ảnh hởng tầng khí cha đợc loại trừ cách đầy đủ phần mềm xư lý sè liƯu GPS hiƯn [16, 17] ViƯc nghiên cứu biến đổi theo thời gian phần d nh chủ đề nghiên cứu khác không đợc đề cập tới Do loại trừ xu thể biến đổi mùa nh vậy, nên phải có chuỗi số liệu thời gian đủ dài để đờng thẳng xấp xỉ chuỗi thời gian tọa độ thực phản ánh đắn vận tốc dịch chuyển vỏ Trái Đất điểm quan sát Mặt khác từ chuỗi số liệu biến đổi độ cao quan sát ta thấy hai trạm Huế Tp HCM bị lún với tốc độ khoảng mm/năm, nhiên ảnh hởng biến đổi chu kỳ năm tơng đối lớn, nên cần quan sát khoảng thời gian dài để khẳng định tốc độ sụt lún Từ chuỗi thời gian thành phần tọa độ thu đợc trên, độ lớn thành phần vector vận tốc dịch chuyển tuyệt đối víi ®é tin cËy 95 % hƯ quy chiÕu chuẩn ITRF2005 (thành phần bắc VN thành phần đông VE), với biên độ vector chuyển dịch |V| phơng vị chúng đợc trình bầy bảng Trờng vận tốc trạm IGS thu đợc lời giải đà nêu phù hợp với trờng vận tốc trạm theo ITRF2005 Ví dụ trạm KUNM vận tốc ITRF2005 35,0 mm/năm, BAKO 25,9 mm/năm, PIMO 28,9 mm/năm, giá trị tơng ứng bảng 35,3 mm/năm, 26,5 mm/năm 30,1 mm/năm, phù hợp sở quan trọng cho độ tin cậy kết thu đợc sè liƯu míi cđa ba tr¹m ë ViƯt Nam Cịng cần ý, có sai lệch đáng kể vận tốc tính đợc trạm NTUS so với vận tốc trạm theo ITRF2005 Khi xem xét chuỗi sè liƯu biÕn ®ỉi täa ®é theo thêi gian cđa trạm NTUS khoảng thời gian 4-2005-12-2009 có thay đổi nhẩy bậc vào tháng 8-2007, sử dụng đoạn số liệu sau thời điểm nhẩy bậc tới tháng 12-2009 để tính toán vận tốc Mô hình ITRF2005 đợc tính toán với số liệu trớc thời điểm số liệu nhẩy bậc trạm NTUS, nh kết tính toán phản ánh đầy đủ trờng dịch chuyển đại vỏ Trái Đất trạm Kết đánh giá thành phần vận tốc ba trạm Việt Nam trạm KUNM, BAKO, NTUS PIMO ITRF2005 đợc biểu diễn hình Các vòng gần tròn đầu mũi tên vận tốc vòng tròn sai số với độ tin cậy việc xác định vector vận tốc 95 % Lu ý hệ số góc đờng thẳng xấp xỉ chuỗi số liệu tính toán hình 1-4 có khác đôi chút so với kết tính toán bảng trình tính toán vận tốc đà xem xét lại chuỗi thời gian trạm, loại ngày có kết ®¸nh gi¸ täa ®é lƯch nhiỊu so víi xu thÕ đoạn thẳng xấp xỉ Các trạm có chất lợng số liệu tốt chuỗi thời gian quan sát đủ dài, chênh lệch nêu nhỏ, nói chung chênh lệch tơng đối không vợt vài phần trăm Số liệu bảng hình cho thấy vận tốc dịch chuyển có xu giảm từ KUNM Hà Nội (~35 mm/năm) tới NTUS (21,9 mm/năm) theo phơng vỹ độ ; trạm BAKO có vận tốc 26,5 mm/năm, trạm PIMO có vận tốc 30,1 mm/năm ; sai số xác định thành phần vận tốc với độ tin cậy 95 % khoảng mm/năm, trạm Hà Nội có chuỗi thời gian ngắn sai số cỡ 1,7 mm/năm, trạm NTUS có sai số cỡ 1,4 mm/năm Tất trạm (trừ PIMO) dịch chuyển phía đông nam với góc phơng vị thay đổi từ 1117 BAKO đến 1263 NTUS ; trạm PIMO dịch chuyển phía tây bắc (phơng vị 2843) Kết tính dịch chuyển tuyệt đối hợp lý tất trạm đà nêu (trừ trạm PIMO) thuộc khối Sundaland khối Nam Trung Hoa, khối dịch chuyển phía đông nam [12, 13] ; trạm phía Bắc (KUNM, Bảng Các thành phần tọa độ vận tốc trạm GPS liên tục Việt Nam Đông Nam ITRF2005 Trạm KUNM Hà Nội Huế Tp HCM NTUS BAKO PIMO 254 Täa ®é Kinh ®é Vü ®é 102.797 105.800 107.593 106.560 103.680 106.849 121.078 25.030 21.047 16.459 10.849 1.346 -6.491 14.636 VE mm/năm ĐLBPTB mm/năm VN mm/năm ĐLBPTB mm/năm 29,7 31,4 28,6 20,9 17,7 24,6 -29,2 0,88 1,70 1,07 1,00 1,42 0,99 1,03 -19,1 -16,4 -15,1 -11,9 -13,0 -9,8 7,4 0,88 1,67 1,06 0,99 1,41 0,98 1,02 |V| Phơng vị mm/năm (o) 35,3 35,4 32,3 24,1 21,9 26,5 30,1 122.7 117.6 117.7 119.7 126.3 111.7 284.3 30 25 ← H×nh Chuyển dịch tuyệt đối trạm KUNM, Hà Néi, HuÕ, Tp HCM, NTUS, BAKO vµ PIMO ITRF2005 20 Vỹ độ địa lý 15 10 -5 -10 95 100 105 110 Kinh độ địa lý 115 Hà Nội, Huế) dịch chuyển nhanh trạm phía Nam (Tp HCM, NTUS BAKO), trạm PIMO thuộc mảng Philippine dịch chuyển phía tây bắc Để thấy đợc rõ ý nghĩa kiến tạo dịch chuyển trạm GPS liên tục đà nêu, tiến hành tính toán dịch chuyển tơng đối trạm so với mảng Âu-á so với mảng Sundaland, nghĩa tính chuyển dịch tơng đối trạm so với cực Euler mảng Âu-á cực Euler khối Sundaland đợc lấy theo E Calais et al [1] vµ W.J.F Simons et al [18] cách tơng ứng Các kết đợc nêu bảng và trình bầy hình So với mảng Âu-á, dịch chuyển tơng đối trạm giảm dần từ KUNM (11,5 mm/năm) đến Tp HCM 4,0 mm/năm, trạm NTUS 6,1 mm/năm, trạm BAKO 4,8 mm/năm, trạm PIMO đạt tới 56,5 mm/năm Sự chênh lệch phơng vị vector dịch chuyển lớn nhiều so với phơng vị vector dịch 120 125 Bảng Dịch chuyển tơng đối (mm/năm) trạm so với mảng Âu-á Tên trạm VE VN |V| Phơng vị (o) KUNM Hà Nội Huế TP HCM NTUS BAKO PIMO 4,0 6,3 4,1 -2,9 -4,2 4,8 -52,9 -10,8 -7,4 -5,6 -2,7 -4,5 -0,5 19,9 11,5 9,7 6,9 4,0 6,1 4,8 56,5 159.5 139.8 144.0 226.3 223.4 96.0 290.6 chuyển tuyệt đối ; phơng vị tăng rõ rƯt tõ Hµ Néi tíi H vµ Tp HCM biĨu thị quay khối Đông Dơng theo chiều kim đồng hồ so với mảng Âu-á chênh lệch biên độ vận tốc đà nêu cho thấy phần phía bắc quay nhanh phần phía nam, nh có biến dạng đáng kể xẩy nội khối Đông Dơng Biên độ vận tốc tơng đối trạm NTUS lớn (6,1 mm/năm) so với ë Tp HCM 255 ... tới tháng 12-2009 để tính toán vận tốc Mô hình ITRF2005 đợc tính toán với số liệu trớc thời điểm số liệu nhẩy bậc trạm NTUS, nh kết tính toán phản ánh đầy đủ trờng dịch chuyển đại vỏ Trái Đất trạm... chuỗi số liệu thời gian đủ dài để đờng thẳng xấp xỉ chuỗi thời gian tọa độ thực phản ánh đắn vận tốc dịch chuyển vỏ Trái Đất điểm quan sát Mặt khác từ chuỗi số liệu biến đổi độ cao quan sát ta... RINEX ba trạm GPS nớc ta với 20 trạm IGS lân cận thuộc mảng Âu -á mảng khác mà vỏ Trái Đất tơng đối ổn định đợc lựa chọn đa vào th mục rinex th− mơc xư lý GAMIT ViƯc tÝnh to¸n víi sè liệu 20 trạm