IGF]
BO GIAO DUC VA DAO TAO - TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
DUONG CHÍ CƠNG
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CHUYỂN ĐỘNG NGANG DUT GAY SONG HONG BANG
| PHUONG PHAP XU LY HON HOP
SO LIEU TRAC DIA MAT DAT VA TRAC DIA VE TINH
Chuyên ngành: Trac dia dai cương
Mã số: 2.16.01
TÓM TẤT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI -2000
Trang 2Công trình được hoàn thành tại Khoa Trắc địa
TRUONG DAI HOC MO-DIA CHAT HA NOI
Người hướng dẫn khoa học:
1-PGS TS Đỗ Ngọc Đường
2- TS, Trần Đình Tá
Phản biện 1: GS TSKH Hoang Ngọc Hà, Bộ Giáo dục và Đào tạo
Phản biện 2: TS Đào Chắ Cường, Cục Bản đồ Bộ Tổng tham mưu
Phản biện 3: TSKH Hà Minh Hòa, Tổng cục Địa chắnh
Luận án sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận án cấp nhà nước họp tại Phòng hop C, Trường Đại học Mỏ-Địa chất (Đông Ngạc-Từ Liêm, Hà Nội)
vào hồi 08 giờ 30, Thứ Năm, ngày 19 tháng 10 năm 2000
Có thểtìm hiểu luận án tại Thư viện Quốc gia
Trang 3MỞ ĐẦU
I TÍNH CẤP THIẾT CUA DE TAL
Nghiên cứu đánh giá hoạt động các đới đứt gẫy bằng phương
pháp trắc địa cho phép xác định về định lượng các chuyển động
ngang, thẳng đứng, các yếu tố biến dạng của khu vực
Kết quả thu được từ đề tài luận án sẽ cung cấp những thông tin mới về mức độ hoạt động của đứt gẫy Sông Hồng (ĐGSH) Điều này
có ý nghĩa quan trọng đối với nền kinh tế quốc dân và cần thiết cho các mục đắch quy hoạch phân vùng lãnh thổ ở nước 1a
2 PHẠM VI ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
là ĐGSH khu vực lưới nghiên cứu biến dạng Thác Bà-Yên Bái thuộc địa phận các tỉnh Yên Bái, Tuyên Quang, Vĩnh Phúc, Phú Thọ
3 Ý NGHĨA KHOA HOC, THUC TIEN CUA ĐỀ TÀI
ĐGSH được thừa nhận là ranh giới địa chất quan trọng ở chau A Sự hiểu biết về hoạt động kiến tạo của ĐGSH cho phép đánh giá sự
dịch chuyển tương đối của khối Nam Trung Hoa so với mảng Âu-Á
và là một trong những điểu kiện ràng buộc cho những mô hình động học của sự va chạm giữa Ấn Độ và châu Á (Hình 1)
Việc sử dụng số liệu đo GPS (Global Positioning System) kết
hợp với số liệu trắc địa mặt đất góp phần hoàn thiện và nâng cao chất
lượng công tác nghiên cứu chuyển dịch và biến dạng ngang vỏ Trái
đất bằng phương pháp trắc địa ở Việt Nam hiện nay Một số kết quả
nghiên cứu liên quan đến luận án đã được báo cáo trong các đề tài cấp nhà nước thực hiện tại Viện Địa Chất (VĐC)
4 MUC DICH CUA DE TAI
Áp dụng công nghệ GPS (đo đạc và xử lý), mô hình tham số biến
dang vào mục đắch nghiên cứu hoạt động đứt gẫy tại Việt Nam
5 NỘI DƯNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN
Trang 5e_ Giới thiêu mò hình tham số biến dạng dẻo môi trường liên tục xử
lý số liệu trắc địa mật đất và vệ tỉnh phục vụ nghiên cứu chuyển
dịch và biên dạng ngang
ẹ Xiu ly sở liệu ba chu kỳ đo lưới Thác Bà-Yên Bái theo mô hình
tham số biến dạng nhằm đưa ra những đánh giá về chuyển dịch và
biến dạng ngang ĐGSH
6 LUẬN ĐIỀM CẦN BẢO VỆ:
Luận điển thứ nhất: Công nghệ GPS cùng phần mềm GAMTT và
GLOBK đáp ứng đầy đủ mục đắch nghiên cứu chuyển dịch và biến
dạng ngang vỏ Trái đất ở nước ta hiện nay
Luận điển thứ hai: Hoàn thiện và áp dụng thành công mô hình
tham số biến dang dẻo môi trường liên tục để xử lý đồng thời số liệu
đo mặt đất và vệ tắnh trong nghiên cứu chuyển dịch và biến dạng
ngang vỏ Trái đất ở Việt Nam
Luận điểm thứ ba: Vận tốc biến dạng trượt ĐGSH khu vực Thác
Bà-Yên Bái từ 1963 đến 1994 là khơng lớn hơn Ơ,6 trad/năm (tương đương với 6 mm/nãm trên 10 km) ứng với mức xác suất 95%
Trong quá trình thực hiện luận án tác giả đã có hai đóng góp:
một là đã thay đổi một phần cách biểu diễn vận tốc biến dạng trượt
z, để việc tắnh toán trở nên đơn giản và thuận tiện hơn và bổ sung
cách tắnh phương của vận tốc biến dạng trượt cực đại 7Ấ, vào phần
mém FONDA, hai là nhân định về mức độ hoạt động của ĐGSH khu
vực Thác Bà-Yên Bái
7 KHỐI LƯỢNG CỦA LUẬN ÁN
Luận án được trình bày trong 75 trang gồm Ế chương và các
phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, có 6 hình vẽ, I bảng, cùng danh
mục 120 tài liệu tham khảo và 2 phụ lục (gồm 36 trang) kèm theo
Luận án sử dụng số liệu đo trắc địa mật đất và trắc địa vệ tỉnh ở lưới Thác Bà-Yên Bái, từ đề tài cấp Nhà nước và để tài hợp tác với
Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp mà tác giả đã tham gia
CHUONG 1: VAL NET VE DIA DONG LUC HIEN DAI LANH THO VIET NAM VA DUT GAY SONG HONG
Trang 6Việt Nam nằm ở rìa phắa tây của khu vực Đông Nam Á, là nơi có trường ứng suất kiến tạo hiện dai bi chi phối chủ yếu bởi sự va chạm
giữa hai mảng thạch quyền Ấn Độ và Âu-Á
Trường ứng suất kiến tạo lãnh thổ Việt Nam được đặc trưng bởi
ứng suất chắnh Ế¡; có phương chủ yếu kinh tuyến và gần kinh tuyến, gây nên nén ép ngang theo hướng kinh tuyến, gần kinh tuyến và tách giãn ngang theo hướng vĩ tuyến, gần vĩ tuyến với chế độ ứng suất biến dạng chủ yếu là trượt bằng
Déi DGSH bao gồm các đứt gãy sâu (ĐGSH, đứt gay Song Chay, đứt gây Sông Lô ) và đới trượt Sông Hồng Các kết quả nghiên cứu
địa chất địa mạo cho thấy: ĐGSH đã dịch chuyển trượt bằng trái
trong giai đoạn trước cuối Mioxen (khoảng 5 triệu năm) và sau đó có
biểu hiện đổi thành trượt bằng phải
CHUONG 2: MOT SO NET TONG QUAN NGHIEN CUU
CHUYEN DICH NGANG VO TRAI DAT BANG
CÁC PHUONG PHAP TRAC DIA TREN THE
GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
2.1 Nghiên cứu chuyển dịch ngang vỏ Trái đất bằng các phương
pháp trắc địa trên Thế giới
Đã từ rất lâu các nhà khoa học đã ứng dụng các phương pháp trac địa để nghiên cứu địa động lực, đầu tiên là đánh giá chuyển động thẳng đứng vỏ Trái đất, về sau cùng với sự phát triển của kỹ thuật đo
đạc là nghiên cứu chuyển động ngang trên gui mô địa phương, qui mô khu vực và qui mơ tồn cầu
Ở các nước Đông Âu và Liên Xô cũ nhiều kết quả đã đạt được trong nghiên cứu các thuật toán xác định chuyển dịch cùng các tham số biến dạng từ các số liệu trắc địa đo lặp, minh giải các kết quả thu được kết hợp với các loại số liệu địa vật lý, với các tắnh chất và cấu trúc vỏ Trái đất nơi nghiên cứu
Ở Nhật Bản từ lâu người ta đã sử dụng các số liệu trắc địa đo lặp để tắnh toán chuyển dịch biến dạng vỏ Trái đất và phục vụ dự báo động đất
Trang 7đất, mặt cắt địa chất và những mô hình động học khu vực khi nghiên
cứu chuyển dịch, biến dạng vùng trung tâm và nam California nơi có
đứt gây San Andreas là ranh giới giữa mảng Thái Bình Dương và
mảng Bắc Mỹ
Sự ra đời của công nghệ GPS đã tạo một bước ngoặt phát triển về
lượng cũng như về chất phương pháp trắc địa nghiên cứu chuyển động hiện đại vỏ Trái đất
Các nhà khoa hợc châu Âu và Hoa Kỳ cũng đã hợp tác cùng các nhà khoa học Trung Quốc ứng dụng công nghệ đo đạc vệ tắnh để
nghiên cứu hoạt động các đứt gẫy sâu tại lục địa Trung Quốc, trong đó có ĐGSH
2.2 Nghiên cứu chuyển dịch ngang vỏ Trái đất bằng các phương pháp trắc địa ở Việt Nam
Đối với ĐGSH đã đạt được những thành tựu sau:
~ Từ 1980 đến 1990 đã bước đầu xác định chuyển động ngang
khu vực Thác Bà-Yên Bái trên cơ sở xử lý lưới tam giác đo lặp gồm
12 điểm hạng I, II Viện các Khoa học vẻ Trái đất (Viên các KHTĐ)
nay là VĐC xác định chuyển động tương đối giữa các cánh của hệ
thống ĐGSH với vận tốc chuyển dịch phải trung bình 23 mm/năm
Tắnh chất trượt bằng phải là phù hợp với các nghiên cứu địa chất,
nhưng giá trị vận tốc lại không phù hợp với số liệu địa chấn khu vực Có thể cho rằng trong kết quả trên, sai số số liệu gốc đã làm tăng giá
trị vận tốc trung bình
~ Cũng với tập số liệu trên, Cục Đo đạc và Bản đổ Nhà Nước (Cục ĐĐBĐNN) nay là Tổng cục Địa chắnh (TCĐC) đã đánh giá chuyển động so với 3 điểm hạng ỳ nhận cố định (NNA, CDU, NLA); 3 điểm này nằm trên ba cánh của hệ thống ĐGSH tại khu vực nghiên cứu nên nhận chúng cố định là không phù hợp với mục đắch đánh giá chuyển động tương đối của đứt gẫy Cục cũng đã xác định các tham
số biến dang tách dãn, nén ép và trương nở mặc dù không có đủ trị đo
cạnh lặp lại
Mặt khác cả hai kết quả công bố trên đều chưa được minh giải
kèm theo mức xác suất tin cây
Trang 8'VĐC đã ứng dụng công nghệ GPS đo lại lưới Thác Bà-Yên Bái và đo
thêm 8 điểm khác
CHƯƠNG 3: UNG DUNG CONG NGHE GPS TRONG
NGHIEN CUU CHUYEN BONG HIEN DAI VO
TRÁI ĐẤT Ở VIỆT NAM
3.1 Một số đặc điểm lưới khảo sát chuyển động vỏ Trái đất
Lưới khảo sát chuyển động vô Trái đất cần thỏa mãn một số yêu
cầu riêng: loại dấu mốc, số lượng mốc, vị trắ đặt mốc,
Ngoài việc thiết lập lưới mới chuyên dụng, có thể lập lưới bao
gồm những mốc trắc địa nhà nước có tại khu vực nghiên cứu
Bên cạnh các thiết bị đo góc, đo cạnh kinh điển, ngày nay công nghệ GPS ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu chuyển động vỏ Trái dat
3.2 Ứng dụng công nghệ GPS trong nghiên cứu chuyển động hiện đại vỏ Trái đất
3.2.1 Các ưu việt của công nghệ GPS
Ngày nay công nghệ GPS đã được ứng dụng rộng rãi trong
nghiên cứu địa động lực ở mọi quốc gia và trong mọi quy mô nhờ các
tắnh ưu việt của nó
Một khác biệt trong việc lập lưới GPS so với lưới trắc địa truyền thống là các điểm lưới không bị ràng buộc bởi tầm nhìn thông với
nhau Nhờ vậy có thể bố trắ điểm lưới GPS trong các khối đá gốc giảm thiểu các ảnh hưởng ngoại sinh
3.2.2 Sử dụng pha sóng tải trong xứ lý số liệu đo GPS
Hiện nay trong bối cảnh các biện pháp AS (Anti-Spoofing) va SA
(Selective Availability) đang hoạt động, để đạt được độ chắnh xác cao
nhất, xuất phát từ phương trình pha sóng tải GPS hay phương trình số do pha một chiều:
6i; () =Ởfi¡Ể01/¡Ể)) +C¡;Ể) + Out Os, (3.2.12) người ta còn sử dụng thêm một số loại trị đo pha như: hiệu don pha sóng tải giữa hai máy thu với mội vệ tình, hiệu đơn pha sóng tải giữa
Trang 9hai máy thu, hiệu giữa các thời diểm đo (hiệu bội ba hay hiệu
Doppler pha séng tat}
Một số nguồn sai số ảnh hưởng tới thời trễ truyền tắn hiệu 7,(t,):
sai số đa phương, sai số quỹ đạo vệ tỉnh ồ Ấ (theo chiều thẳng đứng), số hiệu chỉnh tầng đối lưu AtẤẤẤ, số hiệu chỉnh tầng điện ly A+,ẤẤ, số hiệu chỉnh ăng ten AtẤ,
Từ những số hiệu chỉnh kể trên ta có thể biểu diễn phương trình
trị đo pha sóng tải (3.2.12) dưới dạng sau:
đi; (ty) = -ặ; (tl Teej FAT oni CY FA Trop sift)
FAT a if A+ Ci (t+ oat os (32.17) 3.3 Xử lý số liệu đo GPS bằng phần mềm GAMTT phục vụ nghiên
cứu địa động học
3.3.1 Giới thiệu chung về phần mềm GAMILT
Phần mềm GAMITT xử !ý số liệu từng ca đo nhằm xác định vị trắ tương đối các điểm đo mặt đất và quỹ đạo vệ tỉnh GAMTT sử dụng: trị đo pha sóng tải của hai tần số LI, L2, nguyên lý số bình phương nhỏ nhất có trọng số theo Bayes, thuật toán bình sai chia nhóm theo
Helmert và thuật toán trực giao hóa, phép thử thống kê để đánh giá
chất lượng các tham số, trị đo sau bình sai Sau đó phẩn mềm GLOBK được sử dụng để đưa ra lời giải chung cuối cũng cho các ca đo cũng như các chu kỳ đo khác nhau
Sau đây là một số biện pháp tắnh toán của GAMIT nhằm nâng
cao độ chắnh xác phục vụ nghiên cứu địa động học
3.3.2 Tắnh trị cải chắnh đồng hồ vệ tỉnh
GAMIT cho phép tắnh trị cải chắnh đồng hồ vệ tinh cho ca hai
trường hợp: sử dụng và không sử dụng biện pháp SA
3.3.3 Tắnh trị cải chắnh đồng hồ máy thu
Khi đã biết vị trắ trạm đo, vị trắ vệ tỉnh và độ lệch đồng hồ vệ
tinh, tit tri đo tựa khoảng cách ta có thể tắnh được độ lệch đồng hồ máy thu
Trang 10a) Tri do pha tan số LC (còn gọi là L3) không bị ảnh hưởng của tầng điện ly: Pre = 2,546 9, - 1.984 9, (3.3.12) b) Trị ảo pha tần số LG: Pig = @:Ở 0/779 ụ, (3.3.14) xác định được trực tiếp ảnh hưởng của tầng điện ly 3.3.5 Xác định số nguyên đa trị
Xuất phát từ 3 phương trình trị hiệu chỉnh trị đo pha sóng tải tần số L1, L2 và trễ pha tầng điện ly, sử dụng các trị đo pha độc lập ửcị=
ử¡c Và ử c; người ta thiết lập hệ phương trình chuẩn trong đó các ấn
số bao gồm cả số nguyên đa trị miền rộng nạỞn; và số nguyên đa trị miền hẹp nạ Trước hết số nguyên đa trị nạỞn, được xác định theo phương pháp cuốn chiếu Từ đó, thiết lập lại hệ phương trình chuẩn nói trên, giải hệ này ta xác định được số nguyên đa trị nụ
3.3.6 Sử dụng các số liệu khắ tượng
GAMITT cho phép tắnh thời trễ khắ quyển từ các số liệu khắ tượng theo các mó hình tự chọn như: Saastamoinen, Niell, Marini, Chao,
GAMTT cũng tạo điều kiện xác định số hiệu chỉnh cho thời trễ tại thiên đỉnh Việc tăng số lượng tham số thời trễ thiên đỉnh cho một ca đo góp phần tăng độ chắnh xác của các trị đo GPS Điều này rất có ắch trong điều kiện hiện nay ở Việt Nam, khi chưa đưa vào sử dụng
bức xạ kế hơi nước và chưa thống nhất lựa chọn được mô hình khắ
quyển phù hợp
3.3.7 Quy trình khái lược xử lý số liệu đo GPS bằng GAMIT Giai đoạn đầu của xử lý từng ca đo là việc chuẩn bị số liệu được thực biện theo các bước cơ bản sau:
* Ding chương trình MAKEXP để tạo các tệp xử lý bó cho các
chương trình MAKEX, MAKEI, MAKEK, BCTOT, và tệp D phục vụ cho chương trình F[XDRV sau này
ệ Chạy các chương trình MAKEI, MAKEK, MAKEX tạo tệp J, K
chứa trị cải chắnh đồng hồ vệ tỉnh và máy thu và tệp X chứa trị đo,
Trang 11= Chạy chương trình BCTOT để tạo tệp T và G từ tệp dao hang
ệ Thiết lập tệp điểm đo và tệp tham số xử lý ca đo chứa các thông tin
về trạm đo và phương án xử lý ca đo
Chạy chương trình FIXDRV để tạo tệp xử lý bó cho giai đoạn chắnh của xứ lý một ca đo thực hiện các bước tắnh toán sau:
ẹ Dùng chương trình ARC để xác định tệp T
ề Chay chương trình MODEL để tắnh giá trị lý thuyết của các trị đo, các đạo hàm riêng và ghắ chúng vào tệp C
ề Sử dụng chương trình AUTCLN để chỉnh lý số liệu đo, loại bỏ các sai số thô và ghi kết quả vào tệp C mới
s Chay chương trình CEMRG để tạo nên tệp M trong đó thiết lập các
số liệu đo và các tham số để đưa vào bình sai
s Dùng chương trinh SOLVE để bình sai theo phương pháp sế bình phương nhỏ nhất: xác định tọa độ điểm đo xác định các tham số
quỹ đạo vệ tình,
* Thực hiện chắnh lý số liệu do bằng các chương trình CVIEW,
SCANDD, SCANM, SHOWRMS
Tùy thuộc vào kiểu xử lý (được ghi trong tệp tham số xử lý ca đo) mà 6 bước tắnh toán nêu trên có thể lặp lại một hay nhiều lần
Xử lý số liệu đo GPS đòi hỏi một sự chú ý đặc biệt để có thể đạt
được độ chắnh xác cao, nhất là trong nghiên cứu chuyển động hiện
đại vỏ Trái đất Việc sử dụng máy thu 2 tần số là cần thiết Phần mềm GAMIT trinh bay ở trên là rất thắch hợp cho công tác nghiên cứu địa
động học
CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH BIẾN DẠNG BẰNG XỦ LÝ HỒN
HOP SO LIEU TRAC BIA MAT DAT VA TRAC
DIA VE TINH
4.1 Khái quát nội dung
Quá trình xử lý bao gồm một số bước đặc trưng như: kiểm tra
chất lượng trị đo, xác định các điểm mốc ổn định, bình sai lưới, đánh
Trang 12tiên các lưới khảo sát biến dạng có thể có cùng loại trị đo (hoặc mặt
đất hoặc GPS), hoặc có cả hai loại tri do
Việc xác định các mốc ổn định tương đối với nhau trong phạm vi
một lưới được thực hiện trên cơ sở phân tắch các tập hợp trị do Có thể
sử dụng các điểm đo liên tục IGS nằm xa khu vực nghiên cứu như là
các điểm cơ sở Ở nước ta hiện nay việc chọn các mốc ổn định cần
tắnh đến vị trắ của chúng cùng nằm trên một cánh đứt gẫy
Để có thể bình sai hỗn hợp các loại số liệu trắc địa khác nhau cần phải tắnh chuyền chúng về một hệ chung
Đánh giá độ chắnh xác sau bình sai thực chất là tiến hành kiểm định thống kê đối với giá trị sai số trung phương trọng số đơn vị và
giá trị sai số xác định từ ma trận hiệp phương sai tọa độ và ma trận
hiệp phương sai các hàm số của tọa độ
Tọa độ các điểm sau bình sai và sai số của chúng là cơ sở để xác định các véc tơ chuyển dịch
4.2 Xác định chuyến dịch ngang vẻ Trái đất
Trong nghiên cứu chuyển dịch biến dạng ngang phải tắnh đến
ảnh hưởng của 4 tham số định vị hệ tọa độ phẳng xy: 2 tọa độ điểm
gốc góc định hướng trục tọa độ và hệ số tý lệ khi so sánh tọa độ
điểm mốc trắc địa ở những thời điểm khác nhau
Với mục đắch giảm thiểu ảnh hưởng của các yếu tố nói trên người ta đã sử dụng các tham số biến dạng trong mới trường liên tục và déo để mô tả biến dạng vỏ Trái đất
4.2.1 Xác định chuyển dịch ngang bằng so sánh tọa độ
a) Dịch chuyển ngang của các điểm lưới giữa hai thời điểm tị, t;
theo toa dé x, y là:
Ax=x2-xU và Ay =yử-yU, (4.2.3)
hay dưới dạng số phức:
Az=z~z0), (4.2.4)
b) Dịch chuyển ngang có tắnh đến các yếu tố định vị lưới: gang
Acy=[Az, + 20 (e!4? - 1) +Az,] (1= Am), (4.2.11)
Trang 13c) Ma trận hiệp phương sai của chuyển dịch ngang Ax, Ay là:
Ca Cx +OỢ (4.2.12)
Từ (4.2.12) ta có thể xác định elip sai số ứng với mức xác suất lựa chọn (xem 4.5) cần thiết cho việc phân tắch và mình giải các kết quả
tắnh toán
4.2.2 Xác định chuyển dịch ngang đồng thời từ các chu kỳ đo a) Phương trình trị hiệu chỉnh độ lệch các trị đo:
A Ax=AL +Ây, (4.2.14)
b) Lời giải theo phương pháp số bình phương nhỏ nhất của
(42.14):
Ax=(ATCMA) ATCNAL (4.2.16)
So với phương pháp xác định chuyển dịch ngang bằng so sánh
tọa độ tắnh theo từng chu kỳ riêng lẻ, phương pháp này được giảm
thiểu khối lượng tắnh toán
Tuy nhiên cả hai cách tắnh này đều có cùng hạn chế về tắnh bất định Đây là một vấn đề cần quan tâm và chắnh việc giải quyết chúng
đã thúc đẩy sự phát triển và áp dụng mê hình tham số biến dạng dẻo
môi trường liên tục trong nghiên cứu chuyển động hiện đại vỏ Trái
đất
4.3 Mô hình tham số biến dạng
Trang 14du
Ở Ộu11, as (4.3.5 )
trong đó ,JẤ là ma trận gradien vận tốc chuyển dịch ngang, véc
tơ Ợ gồm các côsin chỉ phương của đoạn thẳng nối hai phần tử đó Viết dưới dạng ma trận ta có: dụ, | [Guz Gus |[ dx dS |_ Ox oy || dS) (43.6) đụ, | | Paty Puy |) ay Las Ox Oy |LdẾ
đ) Phân tắch ma trận J, thành tổng của ma trận (hay ten so) van
tốc biến dang E va ma tran vận tốc xoay Ô: Ư Ưy| [9 ÓvĐ rẻ nal Pal Sel esa, (4.3.7) bye by OQ 0 trong đó: -Ở 1(2ụ eu) cố a 2x) : << .ẽ <6 ee (2 Oy bar Os 2\Oy Ox tạ ( ) Ten so vận tốc biến dạng E không phụ thuộc vào sự tịnh tiến của hệ tọa độ và ảnh hưởng không đáng kể vào phép xoay Ma trận vận tốc xoay Ạ2 không phụ thuộc vào phép tịnh tiến hệ tọa độ và ảnh hưởng của phép xoay tọa độ Aụ ở đây sẽ giống như ảnh hưởng của
nó đối với độ lớn của địch chuyển ngang (4.2.11)
e) Do ưu điểm nói trên của ten sơ vận tốc biến dạng nên người 1a thường sử dụng các tham số tắnh từ các thành phần của nó để mô tả
biến dạng bề mặt vỏ Trái đất: ƯẤ, Ưy (4.3.1), Ữ,Ấ(4.3.2) Từ những
tham số cơ bản này ta có thể xác định thêm:
- Vận tốc trương nở (co ngét) dién tich A:
Az be +b, (4.3.17)
- Van toc dan né (nén ép) theo phuong a:
Trang 15Eq =Ex sin @ + 2é,, COSA SINA + E, cos @, (4.3.18)
- Vận tốc biến dạng truot theo phuong @:
vq =(E, ~ &x)sin2a-2ằ,, cos2a (4.3.19) - Vận tốc dãn nở (nén ép) lớn nhất Ư ẤẤẤ, nhỏ nhất ặẤẤ :
Emma max.min = és + &)# Je, Hea) 2 + y TY xy 4 x Ừ (4.3.21) ceed
Tác giả đã thay đổi cách biểu diễn z, như sau: 7, [A van tốc thay
đổi của góc vuông tạo bởi các cạnh có phương đông và nam (Hình
2) Điều này cho phép xác định ;, từ công thức (4.3.19) - Giá trị của 7, và 7, : ự mổ Tế, VÀ Ấm2 (4.3.22) Ộ.- +% (4.3.23) Xuất phát từ (4.3.19) tác giả đã xác định phương của vận tốc biến đạng trượt lớn nhất zẤ là: y= 0.Sarctan (7, /?,) Ấ hoặc (4.3.24) = 0.5arclan(Ữ, (7) + 1/2, (4.3.25)
Cách xác định này đối với phương của zẤẤ, đã được tác giả bổ sung
vào phần mềm xử lý số liệu trắc địa nghiên cứu biến dạng FONDA
f) Các vận tốc biến dạng nêu trên có thể được xác định trực tiếp từ các trị đo góc cạnh lặp lại Chúng cũng có thể được xác định từ vận
tốc chuyển dịch: đối với mỗi đỉnh ?, của một tam giác ta có biểu thức sau:
Vie Vot Juli x0) (4.3.26)
Như vậy đối với mỗi tam giác ta có 6 phương trình với 6 ẩn số là vp, vo, và 4 thành phần của ,/Ấ Ưu điểm của phương pháp này là giá trị tắnh được của các vận tốc biến dạng đối với từng tam giác phản ánh
Trang 16Yq > 0 1) X& 2) fA J a) 3 Ừ a1) Yo o> 0 1) 2) = 3) ỌE b) b1)
Truot don gian
Trượt thuần túy
Trượt đơn giản
Sứ
ats Trượt thuần túy
b2)
Hình 2: Ý nghĩa hình học của vận tốc trượt 7¡, 7Ấ Vận tốc 7, dương biểu thị vận tốc tăng lên của góc vuông có cạnh gạch nét a) và là vận tốc (từ trên xưống dưới): L) trượt bằng phải của đứt gắy phương tây bắc, 2) trượt bằng trái của đứt gấy phương đông bắc, 3) nén ép theo phương
bác - nam Vận tốc trượt 7, dương biểu thi van t6c tăng lên của góc vuông có cạnh gạch nét b) và là vận tốc (từ trên xuống dưới) : L) trượt
bằng trái của đứt gẫy phương bắc - nam 2) trượt bằng phải của đứt gẫy
phương đông - tây, 3) tách dãn theo phương đông bắc - tay nam al)
y, > 0.02) 4, <0, bl) 7, > 0,62) 7, <0
Trang 17Xét dưới góc độ tắnh toán, trên cơ sở các loại trị đo (toàn cạnh, góc-canh, toàn góc) có thể phân loại các vận tốc biến dạng theo các
nhóm: nhóm tham số "gradienỢ, nhóm tham số "giá trị riêngỢ và nhóm tham số "kỹ thuật"
Tác giả đã chọn các thành phần z,, 7, của nhóm tham số "kỹ thuật" để mô tả biến dạng ĐGSH khu vực Thác Bà-Yên Bái
4.4 Về xứ lý hỗn hợp số liệu trắc địa mặt đất và trắc địa vệ tỉnh
phục vụ nghiên cứu biến dạng
Phương trình tri do trắc địa trong hệ tọa độ địa tâm vuông góc không gian có dạng như sau:
l(t) = F {X(a,t), WCX(a,t), b, t), h(t)} (4.4.1)
Tri do GPS được biểu thị trong hệ quy chiếu gắn liền với Trái đất
(vắ dụ như WGS 84) Kết quả các trị do trac địa mật đất được thể hiện
trong hệ tọa độ địa diện địa phương Vì vậy cần phải biếu thị chúng
trong cùng một hệ tọa độ cơ sở được chọn là hệ tọa độ địa tâm vuông góc không gian theo:
dxj(t) = R(Q đX;(Đ (4.4.2)
Một cách lập hệ phương trình số hiệu chỉnh trị đo tại thời điểm t, có tắnh đến chuyển dịch của điểm gốc tọa độ:
vp = Ap [of Ks Cte) fe, (orto) AE] 6X, + Ip (4.4.4)
CNpD (Np 2d) OM 2M) (at 2) 2M4) (2M+80) CAỪ)
Trước khi tiến hành bình sai cần đánh giá độ chắnh xác của từng loại trị đo trên cơ sở đặc điểm các phương pháp đo đạc của chúng Từ
đây xác định ma trận trọng số để đưa vào bình sai
Các thuật toán bình sai hôn hợp các loại số liệu trắc địa phục vụ
nghiên cứu biến dạng vỏ Trái đất thường có các đặc điểm chủ yếu
sau: 1) Cho phép bình sai đồng thời các trị đo cạnh, góc, và GPS, 2)
Xác định biến dạng của toàn bộ khu vực lưới bằng một ma trận ten
xơ vận tốc biến đạng duy nhất, 3) Kết quả sau bình sai là tọa độ vị trắ
điểm, vận tốc chuyển dịch điểm, các vận tốc biến dạng đặc trưng cho
cả khu vực lưới Các thuật toán này chỉ có thể áp dựng cho các lưới ở
khu vực không lớn Một trong số những phần mềm khắc phục nhược
điểm kể trên là FONDA đã được áp dụng trong luận án này để xử lý
số hệu đo góc và đo GPS nghiên cứu biến dạng của ĐGSH khu vực
Trang 184.5 Phần mềm FONDA
Phần mềm FONDA được sử dụng để bình sai lưới và tắnh toán các tham số biến dạng Nó có một số lợi thé chủ yếu sau: 1) Ap dụng mô hình trắc địa 4 chiều (baơ gồm cả trọng trường) và hệ tọa độ địa
tâm thuận lợi cho việc sử dụng các số liệu trắc địa không gian, 2) Xử
lý các loại trị đo khác nhau, 3) Không giả thiết về tắnh đồng nhất theo
không gian của biến dạng nên có thể được áp dụng để nghiên cứu
những khu vực lớn, 4) Cho phép đánh giá sự tương thắch giữa các tập
hợp trị đo trên cơ sở kiểm định thống kê các lời giải vận tốc v.v
Nguyên lý tổ hợp các loại trị đo trắc địa vào một hệ quy chiếu
thống nhất được tóm tắt như sau: từ hai tập hợp trị đo L¡, LƯ độc lập
cùng các ma trận hiệp phương sai của chúng C¡, C,, ta có các phương trình trị hiệu chỉnh trị đo dưới dạng:
vy =A, xt], (4.5.1)
vz= A, x +h
Giá trị véc tơ các trị hiệu chắnh của tham số x được tắnh theo phương pháp số bình phương nhỏ nhất Bayes:
x= (ATC TA, + ATCA, + CG CÁCH + Aa*C '1,X4.5.2) FONDA cho phép thiết lập một số ràng buộc (ở dang phương trình điều kiện tham số) để giúp ta đánh giá hoạt động đứt gẫy dưới
những góc độ khác nhau
4.6 Phản tắch kết quả tắnh toán
Để phân tắch kết quả sau bình sai, thay cho elIp sai số, người ta
thường xác định elip tin cậy (confidence ellipse) hay còn được gọi là
elip sai số xác suất
Trong luận án này tác giả đã sử dung phan mém GMT (The
Generic Mapping Tools) để xác định elip tin cậy ứng với mức xác
suất 95% của vận tốc biến dạng trượt cực đại 7Ấ.Ấ trong các tam giác
lưới Thác Bà-Yên Bái
Có thể thấy rằng các phần mém GAMIT, GLOBK, FONDA, ẼGMT cùng tạo nên một hệ thống hoàn chỉnh để xử lý hỗn hợp số liệu trắc địa mặt đất và trắc địa vệ tỉnh nhằm đánh giá hoạt động kiến tạo
Việc ứng dụng chúng để đánh giá hoạt động ĐGSH khu vực Thác Bà- Yên Bái là nội dung của chương tiếp theo
Trang 197
CHƯƠNG ậ: ĐÁNH GIÁ BIẾN DANG NGANG VO TRAI DAT DUT GAY SONG HONG KHU VUC THAC BA - YEN BAI
5.1 Lưới khảo sát chuyển dịch ngang đứt gây Sông Hồng khu vực
Thác Bà-Yên Bái
Lưới tam giác đo lặp Thác Bà-Yên Bái (1963-1983) gồm 12
điểm hạng I II nhà nước phân bố trên các cánh của ba dit gay:
ĐGSH, đứt gẫy Sông Chảy, đứt gẫy Sóng Lô thuộc địa phận các tỉnh
Yên Bái, Tuyên Quang, Vĩnh Phúc, Phú Thọ Thang 11 nam 1994 đã
xây dựng bổ sung thêm 8 điểm gắn trong đá gốc và đo lại toàn bộ
lưới mở rộng này bằng GPS (Hình 3)
5.2 Số liệu 3 chu kỳ đo lạp lưới Thác Bà-Yên Bái: đo góc 1963,
1983, GPS 1994 và độ chắnh xác
Nguồn số liệu đo chu kỳ 1963 gồm kết quả trị đo hướng sau bình sai trạm đo trị hiệu chắnh quy tâm và trị hiệu chỉnh độ lệch đây đọi
Số liệu năm 1983, so với năm 1963 còn có thêm kết quả trị đo
hướng (từ 6 đến 12 vòng) trước bình sa! trạm đo, các yếu tố quy tâm
cing tri hiệu chỉnh, độ lệch dây dọi cùng trị hiệu chỉnh 4 trị đo cạnh
chỉ đạt độ chắnh xác trung bình + 4.5 cm (3.10'ệ) nên đã không được
đưa vào xử lý bình sai
Sai số trung phương đo góc theo công thức Ferrero:
M gg = ặ0,62" va m a = ặ0,66"
Tuy vậy dựa vào Quy phạm Tam giác Nhà nước Hạng I, I sai sé do hướng trước bình sai vẫn được chọn là: +0.70Ợ
Đợt đo GPS được tiến hành trên 10 điểm tam giác nhà nước, ậ điểm mới xây và 2 điểm của mạng lưới GEODYSSEA (Cẩm Phả và
Non Nước) vào 10/1994, đã sử dụng 7 máy thu Ashtech 2 tần số
GAMIT được dùng để xử lý từng ca đo, có sử dụng quỹ đạo vệ tỉnh
chắnh xác CODE (Hình 4) Sai số tương đối đo cạnh bằng yếu nhất
đạt 10Ợ
Tiếp theo, kết quả các ca đo này được xử lý chung bàng phần
Trang 21\ + Ủ = 40 - & 30 8 2n be H 10 - Ộa ` ` 0 * 1 \ a | = a - \ & 3 z | Ề 20 J Be | * 2 | 0 * * ae : | ' I + Ea E 1op_ s ồ Ừ |i = ! i B | ee Es E ` _Ở a Lữ _ỞỞ_Ở_ỞỞ * iỢ ị ồ se NY oe | đụ LỞỞ - > 40,| 30, & h 20 t M w 1 i mm at Ẽ " ỞỞỞ ữ 20 40 80 80 106 120 Chiều dài cạnh đo [km] Ị
Trang 22Sai số trung phương trọng số đơn vị sau bình sai chung cả ba chủ kỳ là 0,64 Giá trị này thỏa mãn kiểm định thống kê khi-bình phương, chứng tỏ các trị đo trung bình không chứa sai số thô và việc nhận trọng số trị đo của các chu kỳ là hợp lý
5.3 Các phương án tắnh toán
Ba kiểu số liệu đưa vào bình sai như sau:
({1}Tập hợp các trị đo hướng đã qui tâm năm 1963, 1983 va tri do GPS
năm 1994 cùng ma trận hiệp phương sai đầy đủ của nó
(2JTâp hợp các trị đo hướng đã qui tâm năm 1962, các trị đo hướng chưa quy tâm cùng yếu tố quy tâm năm 1983 và trị đo GPS năm
1994 cùng ma trận hiệp phương sai đầy đủ của nó
(3)C6 ầ thay déi 10m chiéu cao ellipxoid cha một điểm nào đó
Ba kiểu số liệu này đã được lần lượt tắnh theo: a) bình sai lưới tự do,
b) bình sai với 2 điểm khởi tắnh là: KTM và NNA cùng nằm trên một cánh của ĐGSH Kết quả tắnh toán cho thấy: vận tốc biến dạng trượt
z và y, chỉ thay đổi trong khoảng 1/3 sai số xác định chúng Vì vậy luàn án chỉ trình bày kết quả tắnh toán tập hợp số liệu (1) theo phương
ấn bình sai tự do
5.4 Kết quả
a) Giá trị vận tốc biến dạng trượi:
1) Vận tốc biến dạng trượt trung bình của cả lưới:
7 =~0,019 + 0,055 Hrad/năm và ;, = -0,094 + 0,060 trad/năm
2) Vận tốc ; và ;, của từng tam giác đã được xác định và trình
Trang 23| CHU-CDU-KTM 0,033 + 0,124 | -0.023 + 0,140 MEN-CHU-VUA | -0,161 + 0,186 | ~0,150 + 0,155 CDU-CHU-MEN | -0,057 + 0,168 | Ở0,128 + 0,130 NGD-VUA-MEN | 0,341 + 0.169 | ~0,004 + 0,136 CDU-MEN-NLA | 0,203 + 0,323] 0,204 + 0,299 | NNS-NGD-MEN | ~0,118 + 0,179 | -0,168 + 0,144 DEN-NNS-NGD 0,024 + 0.149 | -0,239 + 0,226 NLA-MEN-NNS | 0.222 40.265} 0,628 + 0,474
3) Vận tốc biến dạng trượi cực đại 7Ấ,và phương của chúng cũng được xác định cho từng tam giác của lưới (Hình 6)
b) Đánh giá các kết quả tắnh toán:
Từ giá trị sai số trung phương trung bình của vận tốc biển dạng trượt Ữ 7; (Bảng 1) và ứng với xác suất 95%, đã tắnh được sai số trung bình "giới hạn" của 7, zẤkhu vực Thác Bà-Yên Bái là 0,6 urad/năm Như vậy ứng với mức xác suất 95% có thể suy ra hai nhận định tương đương sau:
- Không có biến dạng trượt với vân tốc trên 0,6 Hrad/năm (tương đương với vận tốc chuyển dịch ngang 6mm/năm trên 10 km)
- Có thể kỳ vọng vận tốc biến đạng trượt của ĐGSH tại khu vực
nghiên cứu chỉ trong khoảng 0.6 trad/năm
Tuy nhiên dưới góc độ hoạt động đứt gẫy từ vận tốc 7, có giá trị dương tại 7 trong 10 tam giác và thông qua phương của vận tốc biến
dạng trượt cực đại zẤ của ba tam giác năm kế ĐGSH (Hình 6) có
thé cho phép kết luận xu thế trượt phải của ĐGSH Nhận xét này phù
hợp với các kết quả nghiên cứu địa chất tại khu vực
Ở trên đới nằm giữa đứt gẫy Sông Chảy và đứt gây Sông Lô (Hình 5): hai tam giác có vận tốc zẤ dương và hai tam giác có vận tốc 7, âm Cả hai cơ chế này đều có khả năng tạo mặt địa hình phù hợp
Trang 24[Hrad/năm] Ss Ủ | te hel ỞỪ end yee Y ib) 2 ồ Ở sỞ fat 1 -Ở+ \ Ị } re E YW purad/naim} Ởệ- Ộ0.54 i Ộ1.04 1000 | - (e) | Ở300~ pia gdy Song Hony Dit gdy Song Chdy || Dat gdy Séng LO ' + L NA ene ene ae % Py -20 ò | Khoảng cách theo hướng đông bắc từ điểm NUA [km] |
Hình 5: Sơ đổ vận tốc biến dạng trượt (vòng tròn đen) 7#, (a), 7, (b) cling
sai số trung phương (đoạn thẳng đứng) của các tam giác sắp xếp ứng
theo vị trắ trên mát cắt địa hình qua điểm NLA có phương vuông góc
Trang 26với mặt cắt địa hình (Hình 5), nhưng chúng không cho phép kết luận về tắnh nén ép hay tách đãn tại khu vực
Những kết quả trên đây hoàn toàn mới và có thể xem như là
những đóng góp làm phong phú thêm sự hiểu biết về hoạt động kiến
tạo ĐGSH
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Trên cơ sở những kết quả nghiên cứu thu được của luận án, có thể rút ra một số kết luận sau:
1) Công nghệ GPS với các tắnh ưu việt: độ chắnh xác cao, xác định đồng thời 3 thành phần tọa độ, thuận tiện đo đạc và liên kết các mạng, cho phép bố trắ mốc trong đá gốc, cùng với các phan mém GAMIT va GLOBK là công cụ thắch hợp để nghiên cứu chuyển động hiện đại vỏ Trái đất ở Việt Nam
2) Cần áp dụng mô hình tắnh các tham số biến dạng dẻo môi
trường liên tục trong xử lý số liệu quan trắc chuyển dịch ngang vỏ Trái đất ở Việt Nam
3) Nhận định vẻ chuyển động, hiện đại vỏ Trái đất ĐGSH khu vực Thác Bà-Yên Bái từ 1963 đến 1994: ứng với mức xác suất 95% không phát hiện thấy vận tốc biến dạng trượt lớn hơn 0,6 prad/nam (tương ứng với vận tốc chuyển dịch ngang 6 mm/năm trên 10 km) Hay nói cách khác chỉ có thể kỳ vọng vận tốc biến dạng trượt ĐGSH tại khu vực nghiên cứu nằm trong khoảng từ 0 đến 0,6 hrad/năm Một số kiến nghị:
a) Để có thể nhận được những đánh giá định lượng chắnh xác
hơn về hoạt động DGSH nên tiến hành ắt nhất một đợt đo GPS tiếp
theo tại lưới Thác Bà-Yên Bái
b) Áp dụng rộng rãi phương pháp quan trắc và xử lý số liệu do
đạc chuyển dịch ngang vỏ Trái đất trình bày ở trên để phục vụ cho dự
báo quy hoạch xây dựng những phần lãnh thổ quan trọng đối với nền
Trang 27NHŨNG CƠNG TRÌNH CÔNG BỐ LIEN QUAN TOI LUAN AN
1) Dương Chắ Công, Nguyễn Đình Tú, Trần Đình Tô, Nguyễn Văn Hùng
Chuyển động kiến tạo hiện đại khu vực Chắ Linh (theo số liệu đo
đạc chắnh xác lặp lại), Tap chắ Dia chat, 202-203, Cuc Pia chat
Viet Nam, 55-59, 1991
2) Vy Quốc Hải, Trần Đình Tô, Dương Chắ Công, Về độ dài ca đo qua việc
xử lý số liệu một lưới GPS, Yap chi CAC KHOA HOC VE TRAL
DAT, 3 (7.20), Trung tam Khoa hoc Tu nhién va Cong nghé Quéc
gia, 200-203, 1908
3) Trần Đình Tô, Dương Chắ Công, Xóc định biển dạng khu vực mặt vỏ Trái
đất từ các số liệu trắc dia, Tap chi CAC KHOA HOC VE TRÁI
ĐẤT 2 (T 20), Trung tâm KHTN và CNQG, 150-152, 1998
4) Trần Đình Tô, Dương Chắ Công, Ứng dụng kỹ thuật GPS vào nghiên cứu
hoạt động đới đứi gấy Sông Hồng, Đặc san Khoa học và Công nghệ Địa chắnh 12/1997, Viện Khoa học và Công nghệ Địa chắnh, Tổng cuc Dia chinh, tr 43-46, 1997
5) Tran Dinh Ts, Duong Chắ Công, Một xố kết quá nghiên cứu biến dạng
đới đứi gấy bằng các phương pháp trắc địa, Tạp chắ Địa chắnh 4
(33), Tổng cục Địa chắnh, 20-22, 1995
6) Trần Đình Tô, Vy Quốc Hải, Dương Chắ Công, Nghiên cứa chuyển động hiện dại bằng các phương pháp do đạc chắnh xác, Tạp chắ CÁC
KHOA HOC VE TRÁI ĐẤT 3 (T 18), Trung tâm KH và
CNQG, 234-237, 1996
7) Duong Chi Cong, Kurt Feigl, Nguyen Trong Yem, Tran Dinh To, Phan Trong Trinh, Gilles Peltzer, Robin Lacassin, Paul Tapponmier, Dang Hung Vo, and Tran Dinh Lu, Terrestrial surveying measurements of
defermation across the Red River fault near Thac Ba, Vietnam,
1963-7983, in Int Workshop on Seismotectonics and Seismic
Hazard in South East Asia, Hanoi, Vietnam, 34-39, 1994
8) Duong Chi Cong, and Kurt L Heigl, Geodetic Measurement of Horizontal Strain across the Red River fault near Thac Ba, Vieinam,