Phối hợp nghiên cứu để xây dựng và hoàn thiện hệ thống trọng lực phục vụ công tác nghiên cứu lãnh thổ và khai thác tài nguyên, bảo vệ môi trường ở Việt nam

Phối hợp nghiên cứu để xây dựng và hoàn thiện hệ thống trọng lực phục vụ công tác nghiên cứu lãnh thổ và khai thác tài nguyên, bảo vệ môi trường ở Việt nam.

BTNMT VNCĐC

Bộ tài nguyên và môi trường

viện nghiên cứu địa chính

Đường Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội

báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật

đề tài hợp tác quốc tế về khoa học công nghệ và môi trường:

“Phối hợp nghiên cứu để xây dựng và hoàn thiện hệ thống trọng lực phục vụ công tác nghiên cứu lãnh thổ và khai

thác tài nguyên, bảo vệ môi trường ở Việt nam”

BTNMT VNCĐC

Bộ tài nguyên và môi trường

viện nghiên cứu địa chính

Đường Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội

báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật

đề tài hợp tác quốc tế về khoa học công nghệ và môi trường:

“Phối hợp nghiên cứu để xây dựng và hoàn thiện hệ thống trọng lực phục vụ công tác nghiên cứu lãnh thổ và khai

thác tài nguyên, bảo vệ môi trường ở Việt nam”

Hà Nội, ngày tháng năm 2007 Hà Nội, ngày tháng năm 2007

Chủ nhiệm Đề tài Cơ quan chủ trì Đề tài

Q.Viện trưởng Viện Nghiên cứu Địa chính

TS Lê Minh TS Nguyễn Dũng Tiến

Hà Nội, 12-2007

danh sách những người thực hiện

5 KS Lê Thanh Hải Cục Địa chất và Khoáng sản

6 KS Phan Xuân Hậu Viện Nghiên cứu Địa chính

8 TS Maiorov MA Viện Nghiên cứu Trắc địa Bản đồ Liên

Bài tóm tắt

Đề tài Hợp tác Quốc tế về Khoa học công nghệ và Môi trường “Phối hợp

nghiên cứu để xây dựng và hoàn thiện hệ thống trọng lực phục vụ công tác nghiên cứu l∙nh thổ và khai thác tài nguyên, bảo vệ môi trường ở Việt Nam”

là đề tài hợp tác với Liên hiệp Trắc địa Bản đồ ảnh của Liên bang Nga nhằm mục

đích xây dựng và hoàn thiện hệ thống trọng lực quốc gia ở nước ta Mục tiêu cơ bản của đề tài là phối hợp và hợp tác với cơ quan đo đạc và bản đồ của Liên bang Nga nhằm thực hiện dự án “Xây dựng và hoàn thiện hệ thống trọng lực quốc gia

ở Việt Nam” đã được Bộ Tài nguyên và Môi trường phê duyệt và đưa vào thực hiện từ năm 2003 Ngoài ra, còn xây dựng cơ sở khoa học cho việc thống nhất hệ thống độ cao khu vực thông qua việc ứng dụng phương pháp đo cao vệ tinh Đề tài đã giải quyết được các nội dung chính sau:

- Xây dựng các yêu cầu cơ bản cho việc xây dựng hệ thống trọng lực nhà nước bao gồm lưới trọng lực cơ sở và lưới trọng lực hạng I Đưa ra các yêu cầu về độ chính xác của các lưới trọng lực phục vụ cho việc xác định sự thay

đổi của trọng lực với đại lượng thay đổi hàng năm từ 0,01 - 0,03 mGal cần phải xác địh độ chính xác của giá trị trọng lực tuyệt đối là ± 0,005 mGal Ngoài ra, còn xem xét đến độ chính xác trung bình của dị thường trọng lực theo các ô chuẩn 3’ x 3’ phục vụ xây dựng mô hình Geoid độ chính xác cao

ở Việt Nam Các yêu cầu về tọa độ và độ cao cần phải xác định cho các mốc trọng lực cơ sở và trọng lực hạng I được nghiên cứu có căn cứ khoa học

• Đối với lưới trọng lực cơ sở: MX,Y≤ 0,5 m, Mh ≤ 2,0 cm

• Đối với lưới trọng lực hạng I: MX,Y≤ 2,0 m, Mh ≤ 5,0 cm

- Trong báo cáo đã đề cập đến việc thu thập và đánh giá tổng quan về hệ thống trọng lực hiện có ở nước ta và ở CHDCND Lào Trên cơ sở các đánh giá trên đã đưa ra các yêu cầu kỹ thuật trong việc xây dựng hệ thống trọng lực nhà nước bao gồm:

• Yêu cầu kỹ thuật xây dựng lưới trọng lực cơ sở;

• Yêu cầu kỹ thuật xây dựng lưới trọng lực hạng I

Trong phần này đã xây dựng quy trình đo và xử lý kết quả đo trọng lực (đo trọng lực tuyệt đối và đo trọng lực tương đối), đã xây dựng phần mềm tính toán bình sai trọng lực tuyệt đối và lưới trọng lực (chương trình bình sai lưới trọng lực

đã được áp dụng cho lưới trọng lực điểm tựa) Trên cơ sở những nghiên cứu trên

đã đề xuất phương án xây dựng lưới trọng lực nhà nước ở Việt Nam bao gồm:

• Lưới trọng lực cơ sở: có 12 điểm

• Lưới trọng lực hạng I: có 28 điểm

Lưới trọng lực cơ sở sử dụng máy trọng lực tuyệt đối GBL của Nga để đo Lưới trọng lực hạng I sử dụng bộ máy con lắc tương đối AGAT (Nga) để đo Các lưới trọng lực nhà nước có sự hợp tác với Liên bang Nga để thực hiện

Trong thời gian thực hiện Đề tài đã phối hợp với Xí nghiệp Trắc địa ảnh Matscơva đo được 4 điểm trọng lực tuyệt đối và 1 điểm trọng lực hạng I Đề tài

đã xây dựng phương án thống nhất hệ thống độ cao khu vực thông qua việc nghiên cứu phương pháp xác định độ chênh δh giữa mặt nước biển trung bình và mặt Geoid ở điểm khởi tính độ cao (ở nước ta ở điểm Hòn Dấu độ chính xác đó khoảng 0,9 m) Đã xây dựng phương pháp thống nhất hệ thống độ cao thông qua việc xử lý hỗn hợp dữ liệu GPS - TC và độ cao Geoid trên cơ sở xây dựng lưới GPS trên các mốc độ cao quốc gia Đề tài đã đề xuất phương pháp bình phương tối thiểu Collocation trong việc xử lý các dữ liệu trên Các kết quả của đề tài đã

được Viện Nghiên cứu Địa chính đưa vào áp dụng trong việc thực hiện dự án

“Xây dựng và hoàn thiện hệ thống trọng lực nhà nước”

Mục lục

Đặt vấn đề 7

1 Các yêu cầu cho lưới trọng lực quốc gia 10

1.1 Các yêu cầu cơ bản cho lưới trọng lực quốc gia 10

1.2 Yêu cầu về độ chính xác của lưới trọng lực quốc gia 11

2 Hiện trạng của hệ thống trọng lực ở Việt Nam và khả năng sử dụng vào mục đích trắc địa 15

2.1 Hiện trạng về hệ thống trọng lực ở Việt Nam 15

2.2 Điểm gốc trọng lực 16

2.3 Đường đáy trọng lực 16

2.4 Lưới trọng lực cơ sở 17

2.5 Lưới trọng lực hạng I 17

2.6 Lưới trọng lực hạng II 18

2.7 Lưới trọng lực hạng III và trọng lực chi tiết 18

2.8 Các dữ liệu trọng lực biển và trọng lực vũ trụ 19

2.9 Các dữ liệu trọng lực ở Lào 20

3 Xây dựng Lưới trọng lực quốc gia 23

3.1 Các yêu cầu và giải pháp kỹ thuật xây dựng lưới trọng lực hạng cao 24

3.1.1 Yêu cầu kỹ thuật của lưới trọng lực cơ bản quốc gia 24

3.1.2 Yêu cầu kỹ thuật của lưới trọng lực hạng I 25

4 Phương án đo trọng lực độ chính xác cao 27

4.1 Đo trọng lực tuyệt đối 27

4.1.1 Nguyên tắc chung 27

4.1.2 Một số máy trọng lực tuyệt đối 28

4.1.3 Đo trọng lực tuyệt đối bằng máy Lazer GBL (Nga) 30

4.1.4 Trình tự đo trọng lực bằng máy GBL 33

4.2 Đo trọng lực tương đối 34

4.2.1 Nguyên tắc chung 34

5 Tính toán giá trị trọng lực và đánh giá độ chính xác 37

5.1 Tính toán giá trị trọng lực tuyệt đối 37

5.2 Tính giá trị trọng lực tương đối 40

5.2.1 Tính giá trị trọng lực từ các kết quả đo bằng máy trọng lực con lắc tương đối 40

5.2.2 Đánh giá độ chính xác kết quả đo bằng máy trọng lực con lắc tương đối 41

5.2.3 Tính giá trị trọng lực từ kết quả đo bằng các máy trọng lực tĩnh 43

5.2.4 Số hiệu chỉnh các kết quả đo về tâm mốc 47

6 Bình sai lưới trọng lực 47

6.1 Nguyên tắc chung 47

7 Phương án xây dựng lưới trọng lực quốc gia ở Việt nam 48

7.1 Thiết kế lưới trọng lực cơ sở .48

7.2 Thiết kế lưới trọng lực hạng I 50

7.3 Đo trọng lực hạng I bằng máy “Agat” 51

7.4 Kiểm tra kết quả đo ngoại nghiệp 53

7.5 Đo các điểm trọng lực vệ tinh 53

8 Kết quả đo trọng lực tuyệt đối 54

8.1 Khái quát chung 54

8.2 Kết quả đo trọng lực tuyệt đối 55

9 Phương án đo và thống nhất hệ thống độ cao 56

9.1 Giới thiệu chung 56

9.2 Cơ sở khoa học của hệ thống độ cao 56

9.3 Phương pháp thống nhất hệ độ cao 63

10 Kết luận và Kiến nghị 67

10.1 Kết luận 67

10.2 Kiến nghị 68

Tài liệu tham khảo 70 Phụ lục

Đặt vấn đề

Trọng lực là ngành khoa học về trái đất nghiên cứu xác định trường trọng lực của trái đất và xác định hình dạng của trái đất Trọng lực là ngành khoa học chung của trái đất nhưng nó là một phần không thể tách biệt được của Trắc địa Trọng lực trong Trắc địa đóng vai trò to lớn, nó giải quyết nhiều bài toán của Trắc địa như xác định độ lệch dây dọi và dị thường độ cao trọng lực để chỉnh lý các trị đo góc và các trị đo cạnh về mặt ellipsoid quy chiếu Dị thường độ cao trọng lực đóng vai trò quan trọng trong việc xác định mô hình Geoid cục bộ và toàn cầu Dị thường trọng lực còn phục vụ cho việc xác định các số cải chính trọng lực cho việc thành lập hệ độ cao chuẩn

Nhờ có các giá trị trọng lực trong thời kỳ những năm 70 và 80 của thế kỷ trước chúng ta đã xác định được độ chính xác của độ lệch dây dọi 0’’,5 và dị thường độ cao đạt độ chính xác 3,0m đáp ứng được việc chỉnh lý hệ thống trắc

địa bằng công nghệ cổ truyền

Ngày nay, với sự phát triển của khoa học trắc địa trong phạm vi toàn cầu, nhiều bài toán trắc địa được giải quyết với sự tham gia của nhiều nước đã cho kết quả có độ chính xác hơn và khả năng ứng dụng cao hơn vào nhiều nhiệm vụ nghiên cứu khoa học và phát triển kinh tế của mỗi nước

Hệ thống các số liệu trọng lực toàn cầu đã được thiết lập với độ chính xác cao bằng nhiều công nghệ và phương pháp khác nhau

Trước hết, công nghệ trọng lực mặt đất ngày nay các thiết bị đo trọng lực trên đất liền và trên biển đã có những cải tiến đáng kể Với các thiết bị đo mặt

đất, hệ thống các máy trọng lực tuyệt đối thế hệ mới ra đời có kết hợp công nghệ

điện tử và tin học cho phép xác định độ chính xác giá trị trọng lực tuyệt đối tới

Hệ thống trọng lực tương đối cũng có những cải tiến và phát triển đáng kể Thế hệ máy trọng lực tương đối Lacoste Rombert (G) (Mỹ) có biên độ đo tới

7000 mGal và độ chính xác đạt 0,01 mGal, các máy Ascania (Tây Đức) có biên

độ tới 5000 mGal, độ chính xác đạt tới ± 0,01 mGal cho phép thiết lập các mạng lưới trọng lực trong phạm vi từng quốc gia, từng khu vực với độ chính xác rất cao

và với mật độ điểm tuỳ ý Cũng cần lưu ý rằng sự dao động (xê dịch) của điểm

“0” của các máy này rất nhỏ, trong vòng 24h chỉ đạt 0,1 - 0,2 mGal Hệ thống máy đo trọng lực biển đã được cải tiến đáng kể, nếu trước đây các máy đo trọng lực biển đặt trên tàu do hiệu ứng EVOST chỉ có thể đạt độ chính xác từ 3-5 mGal thì ngày nay các máy trọng lực có thể đo được cả trên biển và trên không đạt độ chính xác nhỏ hơn 1 mGal, đó là các loại máy của hãng Lacoste Rombert (Sea air Gravity) Độ chính xác đo trọng lực trên biển được nâng lên phần nhiều phụ thuộc vào việc tự động hoá hoàn toàn quá trình đo và xử lý các số liệu đo Hệ thống giám sát và kiểm soát các dữ liệu cũng được tự động hoá cao, hiệu ứng EVOST đã được xử lý tính toán đạt độ chính xác tới phần mười mGal Ngoài ra, việc định vị tàu bằng công nghệ GPS có độ chính xác tới 1 - 2m cũng làm tăng

đáng kể độ chính xác của dị thường trọng lực

Hệ thống trọng lực toàn cầu được thiết lập không chỉ nhờ vào việc đo trọng lực trên đất liền và trên biển mà còn nhờ vào công nghệ vũ trụ Nhờ vào kết quả

đo liên tục khoảng cách từ vệ tinh tới mặt nước biển người ta có thể xác định

được độ cao Geoid trên biển với độ chính xác tới decimeter và xác định dị thường trọng lực với độ chính xác nhỏ hơn 10 mGal Trong giai đoạn hiện nay, các mô hình trọng trường trái đất đã được thiết lập như mô hình EGM-96 (Mỹ) hoặc GAO-97 (Nga) xác định được nhờ các hệ số điều hoà cầu có bậc n = m =360,

đồng thời nhờ các hệ số điều hoà này có thể xác định dị thường trọng lực toàn cầu với độ chính xác cho vùng đất liền từ 20 - 30 mGal, cho vùng biển từ 6 - 10mGal Với độ chính xác của dị thường trọng lực trên cho phép xác định độ cao Geoid với độ chính xác từ 0,5 - 1,5m trong phạm vi toàn cầu Từ năm 2004, Mỹ

đã đưa vào hoạt đông hệ thống trọng lưc vệ tinh Grace cho phép xác định giá trị trọng lực trong phạm vi toàn cầu với độ chính xác cao gấp nhiều lần so với mô hình trọng trường EGM-96 Độ chính xác trọng lực đạt tới 5-10 mgal

Ngoài ra, ngày nay với việc sử dụng các thiết bị đo trọng lực vũ trụ như gradiometer có thể xác định giá trị trọng lực với độ chính xác tới 1 - 2 mGal

ở Việt Nam, từ năm 1998 đã tiến hành nghiên cứu sử dụng các dữ liệu trọng lực đo được trên đất liền, trên biển và các dữ liệu từ các mô hình trọng trường trái

đất phục vụ cho việc xây dựng mô hình Geoid đáp ứng cho nhiệm vụ chỉnh lý hệ thống lưới toạ độ ở Việt Nam

Hệ thống trọng lực Việt Nam được xây dựng từ năm 70 của thế kỷ trước, có

điểm gốc trọng lực ở Hà Nội được đo nối với hệ thống trọng lực quốc tế thông qua điểm PoCoVo (Nga) với độ chính xác đo tương đối ± 0,04 mGal Hệ thống trọng lực trên đã được truyền tới các điểm trọng lực hạng I, hạng II phủ trùm cả nước Năm 1998, hệ thống trọng lực Việt Nam đã được hiện đại hoá, tuy nhiên

độ chính xác cũng không được tăng lên Hiện nay, hệ thống trọng lực cũ đã có nhiều thay đổi tới 70% số mốc trọng lực hạng I và hạng II đã bị mất ở thực địa Các giá trị trọng lực, nhất là về toạ độ và độ cao chưa được xác định với độ chính xác cần thiết Yêu cầu đòi hỏi phải xây dựng hệ thống trọng lực với độ chính xác cao theo các tiêu chuẩn quốc tế đã được đặt ra cho công tác trắc địa ở Việt Nam

để giải quyết các bài toán về xây dựng mô hình Geoid độ chính xác cao cỡ vài centimeter, thậm chí là 1cm; vấn đề nghiên cứu sự chuyển dịch của vỏ trái đất, phát hiện sớm các nguyên nhân động đất; vấn đề biến đổi của vật chất, sự chuyển

động của thềm lục địa và biến đổi của môi trường cũng như các bài toán về thăm

dò dầu khí, khoáng sản, tài nguyên thiên nhiên đòi hỏi phải xây dựng một hệ thống trọng lực có độ chính xác tới phần trăm mGal hoặc phần nghìn mGal mới

đáp ứng thoả mãn được các nhiệm vụ nghiên cứu lãnh thổ và phát triển kinh tế, phòng tránh thiên tai trong thời gian hiện nay và các năm tiếp theo

Hệ thống trọng lực quốc gia ở nước ta được xây dựng và sẽ hoàn thành trong thời gian 2003- 2007 Trong dự án này chúng tôi sẽ trình bày các chuyên mục chính sau:

ư Yêu cầu cho lưới trọng lực quốc gia;

ư Hiện trạng hệ thống trọng lực ở Việt Nam và khả năng sử dụng trong trắc

địa;

ư Các giải pháp kỹ thuật công nghệ đo trọng lực hạng cao:

• Đo trọng lực tuyệt đối

• Đo trọng lực tương đối

ư Xây dựng phương án xử lý toán học các số liệu trọng lực hạng cao;

ư Xây dựng phương án đo trọng lực độ chính xác cao;

ư Xây dựng quy trình công nghệ đo và xử lý kết quả đọ trọng lực hạng cao;

ư Chương trình xử lý, tính toán các kết quả đo trọng lực;

ư Xây dựng phương án đo và xử lý thống nhất hệ thống độ cao

ư Thực hiện các chuyên mục trên có sự tham gia của các chuyên gia trong nước và các chuyên gia Nga từ Viện Nghiên cứu Trắc địa Bản đồ Liên Bang Nga và Xí nghiệp Đo vẽ ảnh Địa hình Moskva - Liên Bang Nga

1 Các yêu cầu cho lưới trọng lực quốc gia

1.1 Các yêu cầu cơ bản cho lưới trọng lực quốc gia

Lưới trọng lực quốc gia là một trong ba thành phần cơ bản của hệ thống trắc

địa quốc gia Lưới trọng lưc quốc gia có vai trò quan trọng cho việc nghiên cứu trường trọng lực, xác định kích thước hình dạng của trái đất trong phạm vi toàn cầu và trong từng khu vực (phần lãnh thổ của mỗi quốc gia) và nghiên cứu sự biến thiên của trọng trường theo thời gian, đồng thời còn phuc vụ cho việc giải quyết các nhiệm vụ khoa học về trái đất, các nhiệm vụ khảo sát thăm dò khoáng sản Hệ thống trọng lực quốc gia còn phục vụ cho việc thiết lập trong cả nước mạng lưới trọng lực thống nhất có độ chính xác cao Như vậy, để đảm bảo các yêu cầu của các nhiệm vụ trên hệ thống trọng lực ngày nay cần được xây dựng phải thoả mãn các yêu cầu sau :

ư Lưới trọng lực quốc gia được xây dựng phủ chùm lãnh thổ, các điểm của lưới được xây bằng các mốc bê tông vững chắc, trên mỗi điểm được đo trọng lực tuyệt đối (xác định giá trị g) hoặc giữa các điểm đo trọng lực tương đối (xác định ∆g)

ư Lưới trọng lực quốc gia đươc phân thành hai cấp:

• Lưới trọng lực cơ sở, nhiệm vụ cơ bản của lưới trọng lực cơ sở để nghiên cứu sự biến thiên của trọng lưc theo thời gian;

• Lưới trọng lực hạng I để thiết lập hệ thống trọng lực thống nhất độ chính xác cao phủ chùm trong cả nước

ư Lưới trọng lực quốc gia cần được xây dựng với độ chính xác cao đảm bảo cho việc nghiên cứu xác định sự biến thiên của trọng lực theo chu kì hàng năm với đại lượng thay đổi trung bình khoảng từ 0.01 - 0.03 mgal/y

ư Lưới trọng lực quốc gia đạt độ chính xác cao để làm cơ sở cho việc thiết lập mô hình trọng trường phủ chùm lãnh thổ với độ chính xác 1,0 đến 2,0 mgal cho các ô chuẩn có kích thước 3, x 3, (5km x 5km) phục vụ cho việc xây dựng mô hình Geoid độ chính xác cao và phục vụ nghiên cứu về các khoa học trái đất ở Việt Nam

1.2 Yêu cầu về độ chính xác của lưới trọng lực quốc gia

ư Xác định sự biến thiên của giá trị trọng lực theo thời gian

Sự thay đổi của trọng lực trong phạm vi toàn cầu, trong khu vực và trong từng địa phương (trong từng nước) có thể xác định nhờ việc đo lặp trọng lực (đo tuyệt đối hoặc đo tương đối) theo từng chu kì thời gian trên các điểm trọng lực nhà nước Kết quả đo lặp trọng lực được tiến hành xử lý như sau:

• Bình sai đánh giá độ chính xác của lưới trọng lưc theo mỗi lần đo lặp;

• So sánh kết quả của mỗi lần đo lặp và tiến hành đánh giá thống kê sự thay đổi của giá trị trọng lực theo thời gian;

• Mô hình hoá sự thay đổi tạm thời của trọng lực theo từng chu kỳ thời gian trên các điểm của lưới trọng lực;

• Nội suy các giá trị thay đổi theo từng đơn vị thời gian

Sự thay đổi theo thời gian có thể biểu diễn bằng công thức sau: g(t)=g(to)+

2

1 ) ( )

∂

∂

o t t t

g

0 2

2

) (

t a

đổi của δgtheo từng đơn vị thời gian ∆t và khoảng cách giữa các điểm quan sát

s Hàm hiệp phương sai có dạng sau:

cov ((δg,δg) =aexp( ưb(s2 +k∆t2)1/2) (1.2)

k: tham số đặc trưng cho khoảng thời gian giữa các lần quan sát Để xác định các

đại lượng a,b,k cần phải sử dụng các hàm thực nghiệm, thông thường các hàm

thực nghiệm có dạng:

k k

i i g

g

n

g g s

δδ

δ

ở đây n k: số điểm quan sát

Trên cơ sở các công thức (1.1) và (1.2) chúng ta tính đươc sự biến thiên của trọng lực theo thời gian

Sự thay đổi của giá trị trọng lực g theo thời điểm quan trắc lần 1 và lần 2 có thể biểu diễn bằng công thức sau:

) ) ( ( )

1 2

h

w h

w h

w g

g g

g2 1 δ g (1.5) Theo K.F Zhang và W.E Featherstone sau khi thay biểu thức (1.5) vào

R h

h R

g g

ở đây:

R

g h

Theo kết quả đo trọng lực trong 2 chu kì trong năm 1988 và 2005 ở 3 điểm trọng lực đó là: điểm gốc trọng lực (điểm Láng), điểm Đà Nẵng và điểm trọng lực TP Hồ Chí Minh có sự thay đổi theo bảng sau:

Giá trị trọng lực tuyệt đối mGal

Độ chính xác Mg (mGal)

Thời gian

đo

Khoảng thời gian

Độ cao (m)

Vg (mGal)

1 Láng (Hà Nội)

Láng (Hà Nội)

659,1490 659,1084

0,0200 0,0034

1989 2005

0,0200 0,0052

1989

2005 16

4,856 4,856 0,0007 mGal/N

3 TP Đà Nẵng

TP Đà Nẵng

403,5160 403,5695

0,0200 0,0054

1989 2005

16 5,724

5,739

0,0002 mGal/N (đã hiện chỉnh

do độ cao tăng lên 15m)

Căn cứ vào kết quả trên cho thấy sự biến thiên trọng lực hàng năm ở nước ta (Hà Nội, Đà Nẵng, TP Hồ Chí Minh) khoảng từ 0,0002 mGal - 0,0002 mGal Nếu tính cả sai số gốc 0,02 mGal thì sự biến đổi của giá trị trọng lực tuyệt đối ở nước ta cũng không vượt quá đối với 3 khu vực ở trên là 0,003 mGal/năm

Như vậy, để xác định được sự biến thiên hàng năm của trọng lực, cần đo trọng lực tuyệt đối với độ chính xác 0,002 mGal Tuy nhiên, do giá trị trọng lực thay đổi rất ít nên có thể sau 8 năm - 10 năm đo lặp trọng lực tuyệt đối với độ chính xác 0,005 mGal

ư Yêu cầu độ chính xác trọng lực cho việc xây dựng mô hình Geoid độ chính xác cao

Như đã biết, để xác định độ cao Geoid cần phải có các giá trị của dị thường trọng lực trong phạm vi toàn cầu hoặc trong một khu vực có bán kinh r đủ rộng (tính theo tích phân Stoks) Theo W.E Featherstone và I.G Oliver ta có công thức tính gần đúng (với o

o < 1

2 sin(

Trong trường hợp xem xét mô hình trọng lực toàn cầu được xây dựng trên cơ

sở các số hạng bậc n của hàm điều hoà cầu thì phương sai mô hình Geoid bậc n theo Wolfgang Torge có thể viết dưới dạng công thức sau:

) ( )

1 ( )

2 2

theo công thức trên nếu n = 360 ta có δn(N) = 1 5δn( ∆g) Như vậy, nếu sai số của

dị thường trọng lực 1mGal thì ảnh hưởng tới độ cao Geoid 1.5 cm

ư Yêu cầu độ chính xác tọa độ và độ cao điểm trọng lực tuyệt đối và điểm trọng lực hạng I

Tọa độ và độ cao của điểm trọng lực cần thiết để xác định các số cải chính trọng lực, trong đó tọa độ điểm trọng lực (X, Y) sử dụng để tính giá trị trọng lực bình thường (γi) trên bề mặt Elipsoid, còn độ cao dùng để xác định số cải chính trọng lực (xác định dị thường khoảng không tự do và dị thường Bouger)

Theo (1.3) ta có:

ϕ

γ ϕ

2 sin

19

0

m

m =

Trong đó: ϕ: vĩ độ điểm tính; γ0: dị thường bình thường (mS-2)

Để cho giá trị mγ0không ảnh hưởng đến độ chính xác của giá trị trọng lực g

ư Đối với tọa độ điểm trọng lực hạng I:

Khi mg = 0,02 mGal ⇒ mγ0 ≤ 0,1 mg = 0,002 mGal

™ Đối với điểm trọng lực tuyệt đối: mH ≤ 2 cm

™ Đối với điểm trọng lực hạng I: mH ≤ 5 cm

Để thiết lập hệ thống trọng lực đáp ứng đươc các nhiệm vụ nêu ở trên lưới trọng lực quốc gia cần có các chỉ tiêu kỹ thuật như sau:

Cấp hạng lưới trọng lực

Độ chính xác Mg (mGal)

Độ chính xác toạ độ

M x,y,m

Độ chính xác độ cao Mh,cm

±

0 5

đích sau:

ư Thiết lập một hệ thống các lưới trọng lực khu vực xung quanh các điểm trọng lực cơ sở hoặc trọng lực hang I để nghiên cứu sự biến thiên của trọng trường ở khu vực đó;

ư Các điểm trọng lực vệ tinh dùng làm điểm khống chế cho phát triển các lưới trọng lực hạng thấp;

ư Các điểm trọng lực vệ tinh dùng để lưu giữ giá trị trọng lực độ chính xác cao khi các điểm trọng lực cơ sở hoặc trọng lực hạng I bị mất và dùng để khôi phục lại các điểm này

Để nghiên cứu sự biến thiên của trọng trường quanh các điểm trọng lực cơ

sở có từ 4 đến 20 điểm trọng lực vệ tinh được xây dựng phân bố đều xung quanh

điểm trọng lực cơ sở Khoảng cách giữa điểm trọng lực vệ tinh với điểm trọng lực cơ sở từ 20 km - 80 km, các điểm trọng lực vệ tinh được xác định với độ chính xác ± 0 02mGal

Mỗi điểm trọng lực hạng I có từ 2 đến 4 điểm trọng lực vệ tinh được xây dựng xung quanh với khoảng cách giữa các điểm từ 20km - 60km Độ chính xác của các điểm vệ tinh đạt ± 0 04mGal

2 Hiện trạng của hệ thống trọng lực ở Việt Nam và khả năng sử dụng vào mục đích trắc địa

2.1 Hiện trạng về hệ thống trọng lực ở Việt Nam

Hệ thống trọng lực ở Việt Nam được xây dựng trong khoảng thời gian từ

1973 - 1977 và được hiện đại hoá trong các năm 1987 - 1988 Trong các giai

đoạn thời gian trên với sự giúp đỡ của chuyên gia Liên Xô trước đây đã thiết lập

* Phòng kiểm nghiệm máy:

Phòng kiểm nghiệm máy được bố trí gần kề phòng đặt mốc trọng lực gốc Phòng có diện tích khoảng 30m2, có nhiều bệ chứa máy xây bằng bê tông liền với nền nhà dọc theo tường, mỗi bệ máy có kích thước 1,0m x 0,5m x 1,0m Trong phòng có nhiều ổ cắm điện (220V) Phòng dùng để kiểm nghiệm các máy trọng lực xác định hệ số tỷ lệ và hiệu ứng nhiệt ở các nhiệt độ từ 15oC - 35oC Điểm gốc trọng lực được đo nối với điểm Liodovo ở Moskva (Nga) bằng hệ thống máy con lắc tương đối OVM (1975) và bằng hệ thống máy con lắc tương đối AGAT (1988) của Liên Xô cũ nay là Liên bang Nga, độ chính xác của điểm gốc Mg = ± 0,04mGal Hiện nay, các điểm gốc trọng lực còn tốt, chỉ có hệ thống điện bị hỏng nhiều

2.3 Đường đáy trọng lực

Để xác định hệ số tỷ lệ của máy trọng lực bằng phương pháp ngoài trời đã xây dựng 2 đường đáy:

ư Đường đáy Vĩnh Yên - Tam Đảo: Đường đáy có 8 mốc được đo bằng 10 máy trọng lực tương đối GAG-2 có độ chính xác ± 3 1 10ư4mGal Hiện đường

đáy vẫn đang được sử dụng, các mốc đều tốt (xem Phụ lục 1)

ư Đường đáy Sài Gòn - Vũng Tàu: đường đáy có 8 mốc được đo với độ chính xác ± 6 1 10ư4mGal Hiện đường đáy này các mốc đã bị mất 50%, cần phải xây dựng lại (xem Phụ lục 2)

2.4 Lưới trọng lực cơ sở

Lưới trọng lực cơ sở được xây dựng năm 1988 trên cơ sở hiện đại hoá lưới trọng lực Nhà nước xây dựng từ các năm từ 1973 - 1977 Tất cả có 4 điểm trọng lực cơ sở:

ư Điểm Hà Nội (Điểm gốc trọng lực)

Các điểm trọng lực cơ sở được đo bằng hệ thống máy con lắc tương đối (4 máy) loại AGAT (Nga)

Độ chính xác của điểm trọng lực cơ sở đạt: ± 0,02mGal Các điểm trọng lực gốc Hà Nội, điểm cơ sở Thành phố Hồ Chí Minh được đo nối với điểm gốc trọng lực Liodovo của Liên Xô cũ với độ chính xác m∆g ≤ ± 0 , 03mGal Như vậy, độ chính xác của giá trị trọng lực tuyệt đối của điểm gốc Trọng lực ở nước ta đạt Mg =

±0.04 mgal Hệ thống trọng lực của Việt Nam trong hệ IGSN-71

Các mốc trọng lực cơ bản được xác định độ cao với độ chính xác của thuỷ chuẩn hạng I với độ chính xác ±2 cm,toạ độ với độ chính xác ±100m

Hiện nay, các điểm trọng lực cơ sở ở Đà Nẵng và Nha Trang đã bị mất

2.5 Lưới trọng lực hạng I

Trong thời gian từ 1973 - 1977 đã xây dựng lưới trọng lực hạng I phân bổ

đều trong cả nước gồm có 25 điểm, các điểm trọng lực ở trên đất liền và trên các

đảo Khoảng cách giữa các điểm 150 - 300 km (xem Phụ lục 4)

Đo lưới trọng lực hạng I bằng 10 máy trọng lực tuyệt đối GAG-2, phương tiện đo dùng máy bay IL14, DC8 Các điểm trọng lực đều được chôn mốc bê tông cốt sắt có kích thước: 100cm x 150cm x 50cm Độ chính xác đo trọng lực hạng I: M∆g ≤ ± 0 , 04mGal

Hiện nay, chỉ còn 7 mốc trọng lực hạng I trên thực địa, 18 mốc trọng lực đã

Độ chính xác của các điểm trọng lực hạng I: M∆g ≤ ± 0 , 03mGal

Độ cao các điểm trọng lực hạng I được đo với độ chính xác của thuỷ chuẩn hạng II (5mm L)

Hiện nay, chỉ còn 7 điểm trọng lực, 3 điểm đã bị mất mốc (xem Phụ lục 5)

Sử dụng 6 máy trọng lực GAG-2 để đo theo sơ đồ A - B - A - B hoặc A - B -

A Độ chính xác của điểm trọng lực hạng II là ± 0,05 mGal

Hiện nay, chỉ còn 45 điểm, các điểm khác đã mất

2.7 Lưới trọng lực hạng III và trọng lực chi tiết

Trong khoảng thời gian từ 1976 đến 1980 đã tiến hành xây dựng lưới trọng lực hạng III ở nước ta, đã có tổng số hơn 500 điểm trọng lực hạng III được đo Lưới trọng lực hạng III được xây dựng dựa trên lưới trọng lực hạng II Khoảng cách trung bình giữa hai điểm từ 15 - 25km, độ chính xác của trọng lực hạng III

đạt ± 0,1 mGal Đến nay nhiều mốc trọng lực hạng III đã mất ở thực địa Tuy vậy, giá trị trọng lực vẫn còn có ý nghĩa sử dụng cho các mục đích phát triển các lưới trọng lực chi tiết phục vụ thăm dò khoáng sản và phục vụ mục đích trắc địa

Hệ thống các điểm trọng lực chi tiết được đo dọc các tuyến thuỷ chuẩn hạng

I và hạng II để phục vụ cho việc tính chuyển về hệ độ cao chuẩn Tổng cộng có

khoảng hơn 7000 điểm trọng lực chi tiết do Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước trước đây và Viện Nghiên cứu Địa Chính thực hiện

Ngoài các dữ liệu trọng lực trên hiện còn có các dữ liệu trọng lực do Tổng cục Địa chất trước đây nay là Cục Địa chất khoáng sản Việt Nam thực hiện Với mục đích thăm dò, tìm kiếm khoáng sản, Cục Địa chất Việt Nam đã tiến hành đo trọng lực chi tiết ở toàn bộ lãnh thổ phần đất liền nước ta với mật độ vùng đồng bằng từ 1-2 km/điểm, vùng trung du từ 3-4 km/điểm, vùng núi 7-8 km/điểm, tuy vậy những khu vực núi cao, giáp biên giới Lào và Trung Quốc mật độ chỉ từ 10- 15km/điểm Đặc biệt, ở một vài khu vực phục vụ cho mục đích thăm dò chi tiết mật độ điểm trọng lực rất dày đã đạt tới 200- 400 m/điểm như ở Tây Nguyên và miền Trung Việt Nam Tổng cộng có khoảng gần 32.000 điểm trọng lực đã được thu thập và đánh giá độ chính xác Các điểm trọng lực chi tiết được đo với độ chính xác khoảng 0,6 mGal Tuy nhiên, dị thường trọng lực Bouger hoặc dị thường Fai có độ chính xác khoảng từ 1 - 2 mGal (do sai số xác định toạ độ và độ cao các điểm trọng lực chi tiết)

Trên cơ sở số liệu trọng lực trên đã xây dựng được mô hình GRID trọng lực với các ô có kích thước 3’ x 3’ (5km x 5km) có độ chính xác: M∆g ≤ ± 0 , 35mGal Tuy vậy, ở các khu vực Tây Bắc, Việt Bắc và dọc biên giới Việt Nam - Trung Quốc, biên giới Việt Nam - Lào có mật độ điểm trọng lực thưa, độ chính xác đạt khoảng từ ±5 đến ±6 mgal

2.8 Các dữ liệu trọng lực biển và trọng lực vũ trụ

Đã thu thập được khoảng 30.000 điểm trọng lực chi tiết đo trên biển chủ yếu

là của các công ty nước ngoài đo đạc trọng lực chi tiết để thăm dò, tìm kiếm dầu khí Các dữ liệu trọng lực trên được đo theo từng dải đo và tập trung vào từng khu vực rất không đồng đều Các dữ liệu trọng lực ở dạng trọng lực Fai và trọng lực Bouger có cải chính đo sâu của nước biển Độ chính xác của các dữ liệu trên đạt khoảng ± 4mGal - 6 mGal

Ngoài các dữ liệu trọng lực đo chi tiết trên biển còn có các dữ liệu trọng lực thu thập được từ cơ quan ảnh và Bản đồ của Mỹ (NIMA) và cơ quan Hàng không Vũ trụ của Mỹ (NASA) đã cho phép xác định được dị thường trọng lực trên đất liền với độ chính xác từ 15- 30 mGal (Vùng đồng bằng có độ chính xác khoảng từ 13 - 20 mGal, vùng núi có độ chính xác khoảng từ 25 - 30 mGal) Dị thường trọng lực ở trên biển xác định từ đo cao Altimetry có độ chính xác từ 6 - 8 mGal độ chính xác này gần tương đương với độ chính xác đo trọng lực trực tiếp trên biển.Các độ chính xác trên được đánh giá dựa trên các số liệu so sánh với

các số liệu trọng lực đo trực tiếp ở trên đất liền và ở trên biển và số liệu đấnh giá của nước ngoài

ư Đo trọng lực chi tiết trên các mốc thuỷ chuẩn hạng II và hạng III

Hệ thống trọng lực ở Lào do Liên Xô trước đây giúp đỡ

* Điểm gốc trọng lực

Điểm gốc trọng lực ở Lào được xây dựng ở thủ đô Viêng Chăn Điểm gốc

được đo nối với điểm gốc trọng lực ở Liodovo của Nga bằng 4 máy trọng lực tương đối con lắc AGAT Độ chính xác đo trọng lực đạt M g = ± 0 05mGal Hệ thống trọng lực của Lào trong hệ IGSN-71

* Lưới trọng lực hạng II

Gồm có 16 điểm được phân bố ở các sân bay thuộc Thành phố, Thị xã của Lào Đo trọng lực hạng II bằng các máy: máy con lắc AGAT, máy trọng lực tương đối: GAG-2, GNU-K2, GAK-PT đo theo chương trình A-B-A hoặc A-B-B-

A (đo máy AGAT)

Độ chính xác của lưới trọng lực hạng II: M∆g = ± 0 , 10 ư 0 , 15mGal, độ chính xác này tương đương với độ chính xác trọng lực hạng III của Việt Nam

* Lưới trọng lực hạng III (điểm trọng lực cơ sở)

Tổng cộng có 11 điểm Đo trọng lực hạng III cũng sử dụng các máy trọng lực tương đối như đo trọng lực hạng II Độ chính xác của lưới trọng lực hạng III

đạt Mg = ±0.30 mgal

* Đo trọng lực chi tiết trên các điểm thuỷ chuẩn hạng II và hạng III

Để tính chuyển hệ thống độ cao về hệ độ cao chuẩn đã tiến hành đo trọng lực chi tiết trên các mốc thuỷ chuẩn hạng II và hạng III Tổng cộng đã đo 330

điểm trọng lực chi tiết với độ chính xác M∆g = ± 1 , 0mGal

Sử dụng máy trọng lực loại GNU-K2 và GAK-PT để đo Đo theo chương trình A - B - C - D - M

ở đây: A, M là điểm trọng lực hạng III hoặc trọng lực hạng II

B, C, D là các mốc thuỷ chuẩn hạng II và hạng III

Nhận xét chung

ư Hệ thống trọng lực ở Việt Nam hiện nay với mật độ trên đất liền trung bình

là 10 km2/điểm (khoảng cách giữa các điểm trung bình là 3km) và trên biển khoảng 40km2/điểm Tuy vậy, mật độ trên là rất không đồng đều;

ư ở đất liền, vùng đồng bằng mật độ 2 - 4km2/điểm, vùng núi cao, biên giới tới 30km2/điểm, thậm chí 60- 80 km2/điểm ở trên biển mật độ rất không

đồng đều, các điểm trọng lực hầu hết được đo tâp trung theo tuyến vì vậy có nhiều khu vực bỏ trống chưa có giá trị đo trọng lực chi tiết;

ư Độ chính xác của dị thường trọng lực chưa cao, độ chính xác dị thường trọng lực đạt ± 1 , 0mGalư 2 , 0mGal trên đất liền và 5 ư 6mGal ở trên biển Độ chính xác nội suy cho đất liền đạt trung bình ± 3 , 5mGal và ở trên biển đạt khoảng ±6 ư 10mGal Độ chính xác giá trị trọng lực tuyệt đối đạt

mGal

m g = ± 0 , 05 (Tính cả sai số điểm gốc Moskva);

ư Các dữ liệu trọng lực ở Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào có rất ít, chỉ có khoảng gần 4000 điểm trọng lực đo dọc theo các đường thuỷ chuẩn hạng II

và hạng III ở Lào, còn ở Campuchia chưa có giá trị trọng lực đo trực tiếp nào Độ chính xác của các giá trị dị thường trọng lực ở Lào không cao Các

điểm trọng lực chi tiết có độ chính xác của dị thường trong lực ± 1 , 0mGal

tương đương với độ chính xác trọng lực ở Việt Nam

ư Dữ liệu trọng lực hiện có còn phục vụ cho thăm dò và tìm kiếm khoáng sản

ở mức độ tổng thể trong cả nước và làm cơ sở cho đo vẽ tăng dầy trọng lực chi tiết ở các khu vực nhỏ;

ư Mô hình Geoid trọng lực xây dựng nhờ các số liệu trọng lực hiện có kết hợp với các dữ liệu GPS - TC (các điểm GPS có đo độ cao thuỷ chuẩn) có thể

xây dựng mô hình Geoid địa phương với độ chính xác cao đạt tới 10cm – 15cm;

Tuy nhiên, để phục vụ cho các đòi hỏi hiện nay hệ thống trọng lực hiện có cần được xây dựng và hoàn thiện để thỏa mãn các nhiệm vụ sau:

ư Để phục vụ cho việc thiết lập một hệ thống trọng lực độ chính xác cao thống nhất và phủ chùm trong cả nước phục vụ việc thiết lập mô hình Geoid độ chính xác cao và NC xác định sự thay đổi của trọng lực theo thời gian, cần xây dựng và hiện đại hoá hệ thống trọng lực nhà nước hiện có Trên cơ sở xây dựng hệ thống lưới trọng lực nhà nước hai cấp:

• Lưới trọng lưc cơ sở: Gồm các điểm trọng lực được xác định giá trị trọng

lực g với độ chính xác tuyệt đối từ 2àKGalư 5àKGal và tiến hành đo lặp

thường kỳ theo chu kì thời gian 8 năm Độ chính xác của giá trị trọng lực tuyệt đối g ở trên không chỉ cho phép xác định sự biến thiên của giá trị trọng lực, xây dựng trường trọng lực thống nhât độ chính xác cao trong cả nước mà còn cho phép xác định được cả sự chuyển động đứng của vỏ trái đất và phục vụ các nghiên cứu về cấu trúc kiến tạo vật chất của vỏ trái đất về thăm dò khoáng sản và các ứng dụng trong nghiên cứu về các hiện tượng tai biến thiên tai như động đất và núi lửa

bố đều trong cả nước với mật độ từ 10.000 - 12.000km2/điểm Độ chính xác đạt Mg = ±0.02 mgal Lưới trọng lực hạng I phục vụ cho thiết lập hệ thống trọng lực thống nhất độ chính xác cao trong cả nước và là cơ sở để phát triển các lưới trọng lực hạng thấp

ư Xây dựng thống nhất trường trọng lực trong phạm vi nước ta và khu vực sẽ phục vụ cho các bài toán phục vụ quân sự như dẫn đường cho tên lửa, cho các đạn pháo tầm xa, cho các nghiên cứu về công nghệ vũ trụ ở nước ta

ư Để phục vụ cho việc xây dựng mô hình Geoid độ chính xác cao cỡ 3 - 5 cm, thậm chí đạt độ chính xác 1cm cần phải xác định độ chính xác của dị thường trọng lực trong các ô chuẩn 3’ x 3’ (5km x 5km) hoặc 2’ x 2’ (3km x 3km)

có độ chính xác 1 - 2 mGal Như vậy, cần phải tăng mật độ các điểm trọng lực chi tiết trung bình từ 2 - 3km2/điểm, đối với khu vực vùng núi mật độ phải bảo đảm 20 - 25 km2/điểm và tăng độ chính xác của đo trọng lực chi tiết cả về xác định giá trị trọng lực đến độ chính xác xác định tọa độ, độ cao các điểm trọng lực chi tiết

3 Xây dựng Lưới trọng lực quốc gia

Lưới trọng lực quốc gia là lưới cơ sở để thực hiện các nghiên cứu về trọng lực với mục đích nghiên cứu trường trọng lực và hình dạng trái đất, nghiên cứu sự thay đổi của trọng trường theo thời gian đồng thời giải quyết các nhiệm vụ khoa học và phát triển kinh tế khác

Lưới trọng lực quốc gia còn có nhiệm vụ truyền phát trong toàn lãnh thổ hệ thống trọng lực thống nhất trên cơ sở xử lý tính toán đồng thời các dữ liệu trọng lực tuyệt đối và tương đối

Lưới trọng lực quốc gia Việt Nam được xây dựng trong giai đoạn hiện nay bao gồm lưới trọng lực cơ sở quốc gia và lưới trọng lực hạng I Đây là hệ thống các điểm trọng lực được xác định ở thực địa và được xác định các giá trị trọng lực

g bằng đo trọng lực tuyệt đối và đo trọng lực tương đối, được xác định toạ độ và

độ cao và giữa chúng có các quan hệ bằng các giá trị đo nối với nhau Lưới trọng lực cơ sở quốc gia là lưới trọng lực hạng cao nhất ở Việt Nam phục vụ cho việc xác định và chính xác hoá hệ thống trọng lực ở Việt Nam Lưới được đo nối với

hệ thống trọng lực quốc tế và khu vực nhằm thống nhất và chuẩn hoá hệ thống trọng lực Lưới trọng lực cơ sở quốc gia làm khống chế để phát triển hệ thống trọng lực các cấp thấp hơn

Điểm gốc trọng lực là một trong các điểm của lưới trọng lực cơ sở quốc gia

được đặt ở điểm Láng - Hà Nội

Một trong những nhiệm vụ chủ yếu của lưới trọng lực cơ sở quốc gia là nghiên cứu sự thay đổi của trường trọng lực theo thời gian để phục vụ cho mục

đích này, trên các điểm trọng lực cơ sở được phân bố ở các vị trí khu vực kiến tạo

địa chất khác nhau với mật độ 30.000 - 40.000 km2/điểm và phải thường xuyên theo từng chu kỳ nhất định thường là từ 6 đến 8 năm thực hiện việc đo lặp trọng lực tuyệt đối và trọng lực tương đối với độ chính xác cao nhất có thể đạt được Lưới trọng lực hạng I quốc gia được xây dựng dựa trên các điểm trọng lực cơ sở nhằm truyền bá trong cả nước hệ trọng lực thống nhất có độ chính xác cao Các điểm trọng lực hạng I được phân bố đều trong cả nước với mật độ 10.000 - 12.000 km2/điểm Điểm trọng lực được đặt ở những vị trí thuận tiện cho đo trọng lực bằng ô tô hoặc máy bay, thường là gần đường ô tô hoặc gần bãi đỗ trực thăng Lưới trọng lực hạng I được tính toán bình sai chung với lưới trọng lực cơ sở và

được gắn với hệ thống lưới toạ độ cơ sở quốc gia

3.1 Các yêu cầu và giải pháp kỹ thuật xây dựng lưới trọng lực hạng cao

3.1.1 Yêu cầu kỹ thuật của lưới trọng lực cơ bản quốc gia

ư Để đảm bảo các điều kiện cho việc đo trọng lực đạt độ chính xác cao nhất và bảo vệ lâu dài các mốc trọng lực cơ bản Tất cả các mốc trọng lực cơ bản

đều được đặt ở trong phòng có diện tích tối thiểu 10m2, có nền nhà ổn định, bền vững, ít bị chấn động, có điện (công suất không nhỏ hơn 2KBT), có nước và tiện lợi vận chuyển, nhiệt độ trong phòng từ +10o - +30o Nên đặt các mốc trọng lực tuyệt đối ở các trạm quan trắc thiên văn, ở các phòng thí nghiệm địa động học hoặc đặt ở vị trí gần chúng Đo trọng lực trên các điểm trọng lực cơ sở sử dụng các thiết bị, công nghệ hoàn thiện nhất

ư Vị trí các điểm trọng lực cơ sở tốt nhất được chọn trùng với các điểm toạ độ cơ sở Nhà nước, trong trường hợp hai điểm cách xa nhau hơn 10km cần phải

đo nối truyền giá trị trọng lực sang điểm toạ độ cơ sở bằng các máy trọng lực tương đối loại Lacoste Rombert hoặc GNUKV với độ chính xác

ư Các điểm trọng lực cơ sở được xác định toạ độ với độ chính xác 0,5 m và độ cao với độ chính xác của thuỷ chuẩn hạng I (3mm L) (mh ≤ 0,02m)

ư Mật độ các điểm trọng lực cơ sở bảo đảm cho phát triển trọng lực ở trên đất liền và trên biển là 30.000 - 40.000 km2/điểm

ư Xung quanh mỗi điểm trọng lực cơ sở có ít nhất 4 điểm trọng lực vệ tinh phân bố đều với khoảng cách từ điểm trọng lực vệ tinh đến điểm trọng lực cơ sở không quá 80km Các điểm trọng lực vệ tinh dùng để phát hiện khả năng biến đổi cục bộ của trọng lực trong khu vực Nếu điểm trọng lực tuyệt

đối nằm trong vùng động đất hoặc ở nơi không ổn định của trường trọng lực thì số điểm trọng lực vệ tinh có thể lên tới 20 điểm được phân bố trong bán kính tới 150km quanh điểm trọng lực cơ sở Các điểm trọng lực vệ tinh được chôn mốc như mốc trọng lực hạng I

ư Mỗi điểm trọng lực cơ sở được nối với ít nhất 4 điểm trọng lực hạng I được phân bố đều theo các hướng Bắc, Nam, Đông, Tây

ư Việc đo lặp trọng lực trên các điểm trọng lực cơ sở được tiến hành từ 5-8 năm 1 lần hoặc ngay sau khi có động đất hoặc có các hiện tượng chồi đất dẫn đến có sự biến đổi của trọng lực Đo lặp trong lực được thực hiện bằng

đo trọng lực tuyệt đối

ư Các điểm trọng lực tuyệt đối và các điểm trọng lực vệ tinh được chọn cách

xa những nơi nhà máy, khu công nghiệp, đường sắt, đường ô tô, đường điện cao thế với khoảng cách:

• Cách xa nhà máy, hầm mỏ, đường sắt từ 1 km trở lên

• Cách xa đường cao tốc (ôtô, đường phố chính) khoảng cách từ 200 m trở lên

• Cách xa các hồ chứa nước, các sông lớn từ 1 km trở lên

• Cách xa đường dây cao thế từ 300 m trở lên

• Cách xa các ống khói nhà máy, đường ống dẫn nước, tháp nước từ 200

m trở lên

• Cách xa cây to đứng một mình từ 100 m trở lên

ư Độ chính xác đo nối trọng lực giữa điểm trọng lực cơ sở và điểm trọng lực hạng I phải đạt ± 0 , 030mGal còn độ chính xác đo nối giữa điểm trọng lực tuyệt đối và điểm trọng lực vệ tinh và giữa chúng với nhau phải đạt

ư Độ cao các điểm trọng lực vệ tinh được xác định với độ chính xác của thuỷ chuẩn hạng II, toạ độ với độ chính xác 2,0 m

ư Tất cả các điểm trọng lực cơ sở, các điểm trọng lực vệ tinh đều được lập theo các tài liệu mẫu và được lưu trữ, bảo quản theo qui định

3.1.2 Yêu cầu kỹ thuật của lưới trọng lực hạng I

ư Các điểm trọng lực hạng I được xây dựng phân bổ đều trong cả nước với khoảng cách từ 100 - 200 km/điểm

ư Để xác định gia tốc trọng trường g sử dụng các máy trọng lực tuyệt đối loại GBL (Nga), A-10 (Mỹ) hoặc các máy trọng lực tương đối con lắc loại AGAT (Nga) và các máy trọng lực tương đối loại Lacoste Rombert (Mỹ)

ư Để xác định giá trị trọng trường g trên các điểm trọng lực hạng I bằng phương pháp đo trọng lực tương đối các điểm khởi tính là các điểm trọng lực cơ sở (đo trọng lực bằng phương pháp tuyệt đối)

ư Các điểm trọng lực hạng I được xây dựng tạo thành các vòng khép kín, trong mỗi vòng khép không vượt quá 5 điểm trọng lực, các vòng khép được xây dựng sao cho việc truyền gia tốc trọng lực g từ các điểm trọng lực cơ sở tới bất kỳ điểm trọng lực hạng I nào không quá 2 cạnh (3 điểm) (xem Phụ lục 4)

ư Các điểm trọng lực hạng I có thể đặt ở trong nhà hoặc ở ngoài trời, phải đảm bảo vị trí là nơi đất ổn định, vững chắc và xa đường cao tốc, đường ô tô từ 100m trở lên, cách xa nhà máy, hầm mỏ, hồ chứa nước từ 500m trở lên, cách

xa đường dây cao thế, tháp nước từ 200m trở lên

ư Mỗi điểm trọng lực hạng I có các điểm trọng lực vệ tinh đặt ở các sây bay (hoặc vị trí thuận tiện cho đo ngắm) với khoảng cách không xa quá 60km Các điểm trọng lực vệ tinh được chôn mốc hoặc gắn dấu Nếu điểm trọng lực hạng I được đặt gần các bến tàu thì ở các bến tàu cần đặt điểm trọng lực

vệ tinh Các điểm trọng lực vệ tinh được xây dựng nhằm tiện lợi cho phát triển hoặc đo nối với các điểm trọng lực ở các cấp hạng thấp hơn, đồng thời gìn giữ giá trị trọng lực trong trường hợp điểm trọng lực hạng I bị mất

ư Trong khi đo trọng lực bằng các máy trọng lực con lắc để xác định gia tốc trọng lực truyền từ điểm khởi tính (điểm trọng lực cơ sở) đến các điểm trọng lực hạng I là B, C, D, E theo chương trình đi A - B - A hoặc A- B- C C-B -

A

ư Trong trường hợp đo bằng các máy trọng lực tương đối giữa hai điểm thực hiện chương trình đo A-B-A, nếu như trong tuyến đo xác định nhiều hơn 1

điểm thì tiến hành đo theo chương trình đo kép A-B-A-B-C-B-C

ư Khi đo bằng các máy trọng lực tương đối cần sử dụng ít nhất 3 máy trọng lực loại Lacoste Rombert hoặc từ 4 máy trở lên loại GNUKV Số lần đo với các máy trọng lực Lacoste Rombert không ít hơn 3 trị đo ∆g cho mỗi máy,

đối với các máy khác không ít hơn 4 trị đo ∆g cho mỗi máy

ư Để đo các điểm trọng lực vệ tinh từ các điểm trọng lực hạng I sử dụng máy trọng lực GNUKV và các máy có độ chính xác tương đương

ư Sai số trung phương hiệu giá trị trọng lực (∆g) giữa hai điểm trọng lực hạng

I được xác định với độ chính xác không lớn hơn 0,02mGal Tương ứng với

độ chính xác trên sai số xác định của một máy con lắc trong bộ máy không

vượt quá 0,07mGal, đối với máy trọng lực tương đối không vượt quá 0,10mGal Sai số này được tính như giá trị trung bình trung phương của sai

số trung phương Các kết quả đo giữa hai điểm trọng lực liền kề nhau được tính toán từ ít nhất từ 5 kết quả đo Sự sai khác giữa các kết quả đo nhận

được từ các máy trọng lực khác nhau của bộ máy đo không vượt quá 0,25mGal đối với máy con lắc và 0,30mGal đối với máy trọng lực tương đối

ư Sai số trung phương kết quả trung bình các trị đo của các điểm trọng lực hạng I với các điểm trọng lực vệ tinh không vượt quá 0,02mGal

ư Trong trường hợp có 1 máy trọng bộ máy trọng lực con lắc bị hỏng nhưng kết quả đo và độ chính xác vẫn đạt yêu cầu đề ra thì thành quả của tuyến đo vẫn có thể được chấp nhận

ư Sai số khép trong các vòng đo khép của lưới trọng lực hạng I được tính theo công thức: W = 0 , 10 K ở đây K là số cạnh trong vòng khép

ư Sai số trung phương sau bình sai giá trị trọng lực của lưới trọng lực hạng I không vượt quá 0,03mGal, trong trường hợp với các điểm trọng lực riêng rẽ không vượt quá 0,04mGal

ư Độ cao các điểm trọng lực hạng I và điểm trọng lực vệ tinh được xác định với độ chính xác của thuỷ chuẩn hạng II, toạ độ với độ chính xác 2,0 m

ư Các điểm trọng lực hạng I được chôn mốc bê tông cốt thép có kích thước 80m x 80m x 120m, phía dưới có lớp vữa bêtông 140m x 140m x 15m Các

điểm trọng lực vệ tinh được chôn mốc hoặc gắn dấu vào các vị trí kiên cố ổn

định như: bản đồ sân bay, nhà thờ, nhà kiên cố có điều kiện bảo vệ dài lâu (xem Phụ lục 7) Mốc các điểm vệ tinh có kích thước 50m x 50m x 100m

ư Sau khi thực hiện xong việc tính toán khái lược sẽ tiến hành phân tích đánh giá kết quả nhận được và bình sai toàn bộ lưới, lập các bảng thành quả và kết quả của các điểm trọng lực

Phương pháp này dựa trên nguyên lý xác định gia tốc trọng trường của vật rơi tự do khi đo được chính xác khoảng cách và thời gian rơi của vật

Phương pháp này được mô tả như sau:

Giả sử có vật rơi trong môi trường trọng lực đồng nhất, ở các thời điểm t1, t2,

t3 xác định được các vị trí tương ứng là S1(t1), S2(t2), S3(t3) Gia tốc trọng trường g xác định được bằng công thức:

( )( ) ( )( ) (3 1)(2 1)( 3 2)

1 3 1 2 1 2 1 3

2

t t t t t t

t t S S t t S S g

dS g

4

T

l

Trong đó: l - độ dài con lắc

T - Chu kỳ dao động của con lắc Trong trường hợp ở các chu kỳ dao động T1, T2 của con lắc đo được độ dài con lắc ở l1, l2 thì gia tốc trọng trường g được xác định bằng công thức:

2 2 2 1

2 1 2

4

T T

l l g

ư

ư

= π

4.1.2 Một số máy trọng lực tuyệt đối

Hiện nay, trên thế giới chỉ có một số nước sản xuất máy trọng lực tuyệt đối, trong đó có Mỹ, Canada và Liên bang Nga Sau đây chúng tôi xin giới thiệu một

số máy trọng lực có độ chính xác cao hiện đang được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới (chủ yếu là của Mỹ)

ư Chế độ đo hoàn toàn tự động

ư Đo chế độ thời gian thực

ư Tính toán xử lý tự động bằng các phần mềm

ư Thời gian đo 2 giờ (trên điểm)

Máy trọng lực tuyệt đối FG5 (Mỹ)

Một số đặc tính kỹ thuật:

ư Đo tự động và đo chế độ thời gian thực

ư Kích thước nhỏ gọn, tiện cho đo ngoại nghiệp, dễ vận chuyển

ư Độ chính xác σg ≤ 10 àGal

ư Nhiệt độ đo: - 200C đến +350C

ư Điện năng: 100V - 240V

Máy trọng lực tuyệt đối Micro-g A10 (Mỹ)

Máy trọng lực tuyệt đối FG5 - L (Mỹ)

4.1.3 Đo trọng lực tuyệt đối bằng máy Lazer GBL (Nga)

Máy trọng lực tuyệt đối Lazer GBL

Máy trọng lực tuyệt đối GBL dùng để xác định giá trị trọng lực tuyệt đối với

độ chính xác cao trên các điểm trọng lực cơ sở, điểm trọng lực hạng I quốc gia và trên các điểm của các poligon địa động học

Trong bộ máy trọng lực tuyệt đối GBL gồm có:

ư Đế máy gồm cả chân máy

ư Máy bơm chân không và thiết bị khuếch tán

ư Máy giao thoa

ư Thiết bị Lazer (nguồn cung cấp lazer)

ư Thiết bị tính toán điện tử

ư Máy tính

ư Thiết bị tần số chuẩn

ư Máy đo độ chân không ViT-2 (chân không kế)

ư Thiết bị kiểm tra độ dài bước sóng lazer

ư Máy ghi dao động

Tổng trọng lượng khoảng 250 kg không kể hòm, nếu tính cả hòm khoảng

400 kg

Máy đo trọng lực Laser GBL - Nga

Trong thành phần của bộ máy GBL có thể bao gồm cả máy làm lạnh để làm lạnh nước và khuếch động nhờ máy bơm khuếch tán khí dầu

Tính năng kỹ thuật của máy trọng lực tuyệt đối GBL

Máy trọng lực tuyệt đối GBL có sai số máy đặc trưng gồm các thành phần sau:

ư Ghi lại các kết quả đo và đưa lên màn hình của bộ kiểm tra

ư Độ chính xác của bước sóng lazer được kiểm tra bằng thiết bị kiểm tra không vượt quá 5.10-9

ư Sai số tương đối của tần số chuẩn không vượt quá 1.10-9

ư áp suất không khí trung bình chân không nhỏ hơn 5.10-6 mmPT

ư Số đọc khoảng cách quãng đường (độ dài) và thời gian của một lần rơi tự do thay đổi theo chương trình từ 150 - 500

ư Thời gian một chu kỳ đo của một lần rơi tự do của vật thể là 10 ± 5s

ư Nguồn điện sử dụng là 220V ± 10 %

ư Công suất sử dụng 2KW

ư Máy có thể đặt lên bệ bê tông có kích thước 100 x 100 cm

ư Độ chính xác xác định giá trị trọng lực g của máy GBL đạt 5àKGalư 8àKGal

ư Máy trọng lực tuyệt đối GBL làm việc bình thường trọng điều kiện nhiệt độ

từ +10oC - +30oC với độ ẩm tương đối tới 85% với nhiệt độ 20oC và áp xuất không khí từ 75 đến 104 KPA (từ 560 đến 780 mmPT)

Nguyên tắc làm việc với máy GBL

Nguyên tắc hoạt động của máy GBL là đo khoảng thời gian vật rơi tự do đi qua những khoảng cách cho trước (phương pháp đo không đối xứng)

Đo khoảng cách mà vật rơi tự do đi qua nhờ máy giao thoa lazer Đo khoảng cách bằng độ dài sóng lazer và kiểm tra bằng lazer nhờ thiết bị tế bào điện tử Khoảng thời gian đo được là các tín hiệu của tần số chuẩn đá RuBi

ư Đặt cầu dao “Circle ‐ Stop” ở vị trí “Ѕtоp” còn công tắc “on ‐ fall” ở vị trí

“on” nhờ sự giúp đỡ của chương trình chuyển đổi “Mnojitel” lựa chọn các

số đo cần thiết trong từng sery đo

ư Khởi động chương trình Absolut trong máy tính, đưa các thông số ban đầu

gồm có:

• Tên điểm đo tới 15 chữ số

• Giá trị gần đúng của gia tốc trọng trường (9 chữ số)

• Giá trị Gradient đứng của gia tốc trọng trường trên bệ đo (àKGal trên meter)

• Múi giờ đặt trong đồng hồ máy tính

• Độ cao điểm đo (theo đơn vị meter)

• Độ cao máy trọng lực (khoảng cách từ dấu mốc tới mặt phẳng trên cùng của mặt trên máy và khoảng cách từ mặt phẳng đó tới tâm khối vặt chất rơi tự do ở vị trí ban đầu của nó)

• Độ dài bước sóng lazer (à) viết tới 10 chữ số sau dấu phẩy

• Số lần ném trong sery đo

• Số lần đo trong một lần ném (N)

• Giới hạn cho phép (Đưa ra nhằm loại trừ sai số lớn) đơn vị mGal

• Khoảng tin cậy

• Số vạch giao thoa giữa hai mức gần nhau

• Chế độ đo

Lưu ý: Gradient đứng của gia tốc trọng trường đo được nhờ các máy trọng lực, trong trường hợp không có máy đo có thể nhân giá trị bằng 308,6 àKGal / m

ư Một số các số hiệu chỉnh cần phải đưa vào kết quả đo:

• áp suất của phần không khí còn sót lại trong buồng máy

• áp suất khí quyển

• Độ dài sóng lazer

• Chuyển động cực

• Sức hút mặt trăng và mặt trời

ư Đặt tên các Files đo cho từng lần đo và chuẩn bị cho máy tính làm việc

ư Khởi động các sery đo được tiến hành như sau:

• Điều chỉnh vị trí để con lắc dao động

• Đổi nút “push” của cầu dao “circle - stop” đặt ở vị trí “cirle”

4.2 Đo trọng lực tương đối

4.2.1 Nguyên tắc chung

a Đo trọng lực tương đối bằng máy trọng lực con lắc

Phương pháp đo trọng lực tương đối bằng các máy trọng lực con lắc dựa trên các quan sát dao động tự do của chỉ một con lắc có độ dài không đổi trên các

điểm đo khác nhau

Giả sử ở điểm trọng lực 1 đo được chu kỳ dao động của con lắc là T1, ở điểm

2 là T2 Giá trị trọng lực g1 ở điểm 1 đã biết Theo công thức Giodenca ta có:

1 1

g

l

T =π ,

2 2

g

l

T =π (4.1) Lưu ý: l - chiều dài của con lắc không đổi

Từ hai công thức trên, sau khi biến đổi ta nhận được giá trị trọng lực ở điểm

2 là:

2 2

2 1 1 2

T

T g

g = (4.2)

Trong thực tế, người ta thường thay chu kỳ dao động T bằng hiệu của chúng

là ∆T Từ công thức (1.6) thay vào T1 =T2 ư ∆T ta có:

2 1 2 1 1 2

2 2

T g g T

T T g g

Hay:

2

2 1 2 1 1

T g g

2

T

T g

b Máy trọng lực tương đối con lắc

Máy trọng lực tương đối con lắc gồm có những thành phần chính sau:

ư Bàn điều khiển con lắc và lực

Hệ thống các máy trọng lực con lắc tương đối được sử dụng hiện nay bao gồm các máy của Liên Xô trước đây như OVM và AGAT và các loại máy của

Mỹ, ý, Nhật, Canada và Anh

Một số các tính năng kỹ thuật của các máy trọng lực con lắc tương đối như sau:

STT Máy

Năm và nước sản xuất

Độ chính xác

đo chu kỳ dao

động

Độ chính xác đo nối 1 máy (mGal)

Độ chính xác bộ máy (mGal)

Đo trọng lực tĩnh dựa trên việc quan sát vị trí cân bằng của vật thể, dưới tác

động của trọng lực và lực chuẩn cho trước

Nguyên lý của 2 phương pháp này như sau:

Một vật thể có khối lượng m được treo bởi lò so có độ dài là l0 Dưới tác

động của trọng lực lên vật lò so bị kéo dài và có độ dài là l

Cho rằng sự thay đổi của lò so (l - l0) tỷ lệ thuận với lực hút mg ta có:

(l l ) mg

f ư 0 = ư (4.4)

ở đây: f - hệ số đàn hồi của lò so

Khi thay đổi gia tốc trọng trường lên đại lượng ∆gđộ dài của lò so thay đổi

đại lượng ∆l, khi đó ta có biểu thức

g

g l

Như vậy, khi di động vật thể đi khoảng cách ∆l là cơ sở để đo sự thay đổi

của trọng lực Thành phần nhạy cảm điều chỉnh sự thay đổi của trọng lực là yếu

tố cơ bản của mọi máy trọng lực

Theo nguyên lý trên, hiện nay trên thế giới đã sản xuất nhiều loại máy trọng

lực tĩnh Một số các máy trọng lực cơ bản được trình bày ở bảng dưới đây:

STT Tên máy Nước sản

xuất

Độ chính xác (mGal)

Biên độ

đo (mGal)

Khối lượng

5 Tính toán giá trị trọng lực và đánh giá độ chính xác

5.1 Tính toán giá trị trọng lực tuyệt đối

Kết quả đo trọng lực tuyệt đối bằng máy trọng lực GBL (Nga) nhận được rất nhiều các số đọc khoảng thời gian Ti, mà trong thời gian đo vật rơi tự do đi được quãng đường cho trước là Si

Các khoảng Ti và Si được tính cho từng thời điểm (i=1, 2, 3 N) Giá trị gia tốc trọng lực g được tính bằng phương pháp bình phương tối thiểu trên cơ sở công thức tính sau:

TL n

x g s b a e

g H g

g= 1 +γ + ∆ + ∆ + ∆ + ∆ + ∆ + ∆ + ∆ + ∆ + ∆ (5.1)

ở đây: g1 - Giá trị trọng lực tương ứng với vị trí mặt trên của vật rơi tự do, g1

được tính theo công thức:

i n

i

n i n

i n

i

n i n

i

n i i n

i n

i i

n i i n

i n

i

i i

T T

T

T T

T

T T

N

T S T

T

T S T

T

S T

N

g

1 4 1

3 1

2

1 3 1

2 1

1 2 1

1 2 1

3 2

1 1

2 1

1 1

γ - Gradient trọng lực tương ứng với độ cao của mặt bệ máy

H - Khoảng cách từ tâm quang học vật rơi tự do ở vị trí khởi đầu trên đến mặt bệ máy

ư Số cải chính do sự giới hạn tốc độ lan truyền của ánh sáng ∆g cđược tính theo công thức:

Số cải chính này được tính tự động trong quá trình xử lý dữ liệu

ư Số cải chính ∆g e do sự thay đổi độ dài bước sóng của bức xạ tia lazer

ư Số cải chỉnh ∆g a do ảnh hưởng của áp suất không khí được tính theo công thức:

(B B ) KGal K

ở đây: Bn- Giá trị bình thường của áp suất điểm đo

Ba - Giá trị trung bình áp suất điểm đo trong mỗi đợt đo

KGal

K = 0 , 4à trên mmPT

áp suất bình thường tính theo công thức

2559 , 5

15 , 288

5 , 6 15 , 288 00 ,

H: độ cao điểm đo

ư Số cải chính ∆g b do ảnh hưởng của lượng không khí còn lại trong buồng máy trọng lực, được tính theo công thức:

KGal B

10

1 (cos sin

0 3

ư ∆g x: số cải chính Khoncasalo được tính theo công thức:

K

sin 3 1 0305 ,

ư ∆gg: số cải chính trọng lực chuyển về tâm dấu mốc trọng lực xác định nhờ

đo trọng lực bằng máy trọng lực GHUKV hoặc máy có độ chính xác tương

ϕ : vĩ độ và kinh độ đông điểm đo

ư ∆g TL: Số cải chính do sự thay đổi độ sâu của tầng đất nước ngầm, được xác

định bởi công thức:

(h h ) KGal G

g TL = ư TB à

ở đây: G - Hệ số đặc trưng được tính àKGal trên meter Đại lượng này

phụ thuộc vào loại đất có giá trị trong khoảng 8 ư 17àKGal trên meter

h, hTB - Giá trị độ sâu và độ sâu trung bình của tầng nước ngầm so

với mặt đất Thông tin về mặt của tầng nước ngầm được nhận từ