BÁO CÁO TỔNG HỢP ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG DỮ LIỆU TRỌNG TRƯỜNG TRÁI ĐẤT, KẾT HỢP VỚI DỮ LIỆU TRỌNG LỰC ĐO TRỰC TIẾP TRÊN BIỂN ĐỂ XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC TRÊN CÁC KHU VỰC KHÔNG THỂ BAY ĐO TRỌNG LỰC THUỘC

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO TỔNG HỢP

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG DỮ LIỆU TRỌNG TRƯỜNG TRÁIĐẤT, KẾT HỢP VỚI DỮ LIỆU TRỌNG LỰC ĐO TRỰC TIẾPTRÊN BIỂN ĐỂ XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU DỊ THƯỜNGTRỌNG LỰC TRÊN CÁC KHU VỰC KHÔNG THỂ BAY ĐO

TRỌNG LỰC THUỘC VÙNG BIỂN VIỆT NAM MÃ SỐ: TNMT.2018.03.15

Tổ chức chủ trì: Liên đoàn Vật lý Địa chất

Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Nguyên Vượng

HÀ NỘI - 2020

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO TỔNG HỢP

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG DỮ LIỆU TRỌNG TRƯỜNG TRÁIĐẤT, KẾT HỢP VỚI DỮ LIỆU TRỌNG LỰC ĐO TRỰC TIẾPTRÊN BIỂN ĐỂ XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU DỊ THƯỜNGTRỌNG LỰC TRÊN CÁC KHU VỰC KHÔNG THỂ BAY ĐO

TRỌNG LỰC THUỘC VÙNG BIỂN VIỆT NAM

DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

1 ThS Nguyễn Nguyên Vượng Chủ nhiệm đề tài chấtLiên đoàn Vật lý Địa

3 ThS Nguyễn Thị Lụa Thành viên chính chấtLiên đoàn Vật lý Địa 4 KS Hồ Hải Thành viên chính chấtLiên đoàn Vật lý Địa 5 KS Vũ Tuấn Hùng Thành viên chính chấtLiên đoàn Vật lý Địa 6 KS.Đào Văn Dinh Thành viên chính chấtLiên đoàn Vật lý Địa 7 TS Lê Minh Thành viên chính Viễn thám Việt NamHội Trắc địa Bản đồ 8 ThS Nguyễn Tuấn Anh Thành viên chính Thông tin địa lý ViệtCục Đo Đạc, Bản đồ và

9 KS CNTT Lê Minh Tuấn Thành viên chính GiaCục Viễn thám Quốc 10 KS Trần Đình Ấu Thành viên chính viễn thám Việt NamHội Trắc địa Bản đồ 11 KS Lê Ngọc Trình Thành viên chấtLiên đoàn Vật lý Địa 12 KS Trần Ngọc Toàn Thành viên Liên đoàn Vật lý Địa

chất

14 KS Đoàn Quang Tạo Thành viên viễn thám Việt NamHội Trắc địa Bản đồ 15 KS Chu Quốc Khánh Thành viên Việt NamHội KHKT Địa vật lý 16 KS Đặng Văn Hậu Thành viên Việt NamHội KHKT Địa vật lý

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Nghiên cứu sử dụng dữ liệu trọng trường trái đất, kết hợp với dữ liệu trọng

lực đo trực tiếp trên biển để xây dựng cơ sở dữ liệu dị thường trọng lực trên các khu vựckhông thể bay đo trọng lực thuộc vùng biển Việt Nam.

- Mã số: TNMT.2018.03.15

- Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Nguyên Vượng - Tổ chức chủ trì: Liên đoàn Vật lý Địa chất

- Thời gian thực hiện: 30 tháng (từ tháng 7/2018 đến tháng 12/2020).

2 Mục tiêu:

- Xác lập tổ hợp phương pháp tổng hợp và xử lý dữ liệu trọng trường trái đất vàtrọng lực đo trực tiếp trên biển nhằm xây dựng dữ liệu dị thường trọng lực trên diệntích nghiên cứu thuộc vùng biển Việt Nam.

- Xây dựng được CSDL và ứng dụng phần mềm để quản lý, khai thác dữ liệu trườngtrọng lực trên khu vực nghiên cứu thuộc vùng biển Việt Nam.

3 Tính mới và sáng tạo:

Lần đầu tiên đã nghiên cứu và đưa vào áp dụng trong thực tiễn công tác địa vật lý ởViệt Nam các phương pháp nội suy và mô hình nội suy Kriging trên cơ sở sử dụng hàm hiệpphương sai lý thuyết và mô hình phương sai thực nghiệm nhằm nội suy giá trị trọng lực tạinhững khu vực không có tài liệu đo trọng lực trực tiếp, theo tài liệu vệ tinh trích xuất từ cácmô hình trọng trường Trái đất phù hợp và tài liệu đo trực tiếp ở các vùng lân cận.

Vùng biển rộng lớn Việt Nam có diện tích hơn 1 triệu ki lô mét vuông với cấu trúc địachất phức tạp và nhiều nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá đang rất cần được nghiên cứu,đánh giá Trong việc nghiên cứu đó, tài liệu trọng lưc biển đóng vai trò hết sức quan trọng,nhưng do thời tiết phức tạp và nhiều vấn đề còn tranh chấp trên biển Đông nên nhiều khu vựcchưa thể bay đo trọng lực được Do vậy, việc nghiên cứu áp dụng các phương pháp xử lýthống kê nhằm kết hợp tài liệu trọng lực vệ tinh có trên toàn vùng biển với tài liệu đo trực tiếpcó rải rác trên nhiều diện tích để nội suy trọng lực cho những vùng trống là một giải phápsáng tạo nhằm tạo ra cơ sở dữ liệu trọng lực biển có độ chính xác đáp ứng yêu cầu công tácnghiên cứu địa chất hiện nay.

4 Kết quả nghiên cứu:

- Đã nghiên cứu xác định được mô hình trọng trường toàn cầu có độ chính xác cao phùhợp với dữ liệu trọng lực trên vùng biển Việt Nam, qua đó xác lập tổ hợp phương pháp tổnghợp và xử lý dữ liệu trọng trường trái đất kết hợp với dữ liệu trọng lực đo trực tiếp trênbiển xây dựng dữ liệu dị thường trọng lực trên diện tích nghiên cứu thuộc vùng biển ViệtNam với độ chính xác tương đối cao.

- Mục tiêu xây dựng CSDL và ứng dụng phần mềm để quản lý, khai thác dữ liệutrường trọng lực trên khu vực nghiên cứu thuộc vùng biển Việt Nam đang thực hiện dở dangdo kinh phí cấp không đủ.

5 Sản phẩm:

- Quy trình xử lý, tính toán cải chính dữ liệu trọng lực vệ tinh từ các dữ liệu trọng lựcđo trực tiếp;

- File dữ liệu cải chính trọng lực vệ tinh giới hạn bởi tọa độ: φ(6,50 -10,50); λ(1070 -1120);

6 Phương thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích mang lại củakết quả nghiên cứu:

6.1 Phương thức chuyển giao:

- Báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài sẽ được giao nộp vào các cơ quan thông tin, lưutrữ Nhà nước để tham khảo, sử dụng rộng rãi.

- Liên đoàn Vật lý Địa chất có thể chuyển giao kết quả nghiên cứu cho các cá nhân,đơn vị có nhu cầu sử dụng theo quy định của cơ quan có thẩm quyền.

6.2 Địa chỉ ứng dụng:

- Các đơn vị trong và ngoài nước làm về điều tra cơ bản địa chất, đánh giá khoáng sảnsử dụng các tài liệu trọng lực đo trực tiếp, tài liệu trọng lực hàng không trên phạm vi các vùngbiển của Việt Nam.

- Đề án “Bay đo từ - trọng lực tỷ lệ 1:250.000 biển và hải đảo Việt Nam”.

6.3 Tác động và lợi ích mang lại của kết quả nghiên cứu:

- Kết quả nghiên cứu là một bước nâng cao hiệu quả và chất lượng sử dụng các dữ liệutrọng lực vệ tinh được cập nhật thường xuyên và cung cấp miễn phí trên các trang mạngchuyên dụng áp dụng trên các vùng biển của Việt Nam.

- Việc áp dụng quy trình công nghệ tính toán kết hợp dữ liệu trọng lực vệ tinh và dữliệu trọng lực đo trực tiếp góp phần phủ kín dữ liệu trọng lực trên các diện tích không thể đotrọng lực trực tiếp thuộc vùng biển Việt Nam, góp phần thúc đẩy tiến độ, nâng cao chất lượng,

hoàn thiện công tác điều tra cơ bản, dự báo khoáng sản trên vùng biển thuộc chủ quyền củađất nước.

INFORMATION ABOUT RESEARCH RESULT1 General information:

- Research topic: Using earth gravitational data, combined with gravity data which wasmeasured directly above the sea to build a gravitational anomaly database on areas wherepeople cannot conducted airborne gravity survey in Vietnam’s sea.

- Code: TNMT.2018.03.15

- Project manager: MSc Nguyen Nguyen Vuong- Host organization: Geophysical Division

- Execution period: 30 months (from July 2018 to December 2020).

2 Objectives:

- Establish a combination of methods to synthesize and process earth gravitational dataand gravity data which was measured directly above the sea in order to build gravitationalanomalies in researched areas in Vietnamese territorial waters.

- Build a database and apply software to manage and exploit gravity data in theresearch area in the territorial waters of Vietnam.

3 The modernization and creativity:

For the first time, we have studied and applied in practice of the geophysical work inVietnam for the interpolation methods and Kriging interpolation models based on the use oftheoretical covariance and real variance model solutions to interpolate gravity values in areaswhere there are no direct gravitational measurements, according to satellite documentsextracted from suitable Earth gravity models and direct measurements in the vicinity.

The vast sea area of Vietnam with an area of more than 1 million square kilometerswith complex geological structure and many precious natural resources is in need of researchand evaluation In this study, the marine gravity document plays a very important role, butdue to the complicated weather and many disputed issues in the South China Sea, in manyareas we cannot conduct airborne gravity survey Therefore, the study applying statisticalprocessing methods to combine satellite gravity documents available with direct measurementdocuments scattered over many areas to interpolate gravity for those blank regions is aninnovative solution to create an accurate marine gravity database that meets the requirementsof current geological research.

4 Research results:

- Research has determined the global gravitational model with high accuracy inaccordance with gravity data on Vietnam’s sea waters, thereby establishing a combination of

methods to synthesize and process earth gravitational data combined with gravity datameasured directly above the sea to build gravitational anomaly database on the research areaof the Vietnam’s sea area with relatively high accuracy.

- The objective is to build a databases and to apply software to manage and exploitdata on regional gravity field study of Vietnam's sea which was discontinued due toinsufficient funding

5 Products:

- The processing procedures, the calculation and correction of satellite gravity data anddirectly measured gravity data;

Satellite gravity correction data file limited by coordinates: φ(6,50 10,50); λ(1070 -1120);

6 Method of transference, the application, impact and benefits of researchresults:

6.1 Method of transference:

- The report on research results will be submitted to the information and archiveagencies for widely reference and use.

- The Geophysical Division can transfer research results to individuals andorganization who wish to use them according to regulations of competent agencies.

6.2 Address of the application:

- Domestic and foreign units do basic geological surveys and mineral assessmentsusing direct measured gravity documents, aviation gravity documents on the territorial watersof Vietnam.

- Project "Magnetic-gravity flight at scale 1: 250,000 Vietnamese sea and islands".

6.3 Impacts and benefits of research results:

- The research results are one step to improve the efficiency and the quality of usingsatellite gravity data, which is regularly updated and provided free of charge on internetwebsites applied over Vietnam's territorial waters.

- The application of one computational technological procedure which combinessatellite gravity data and direct measurement of gravity data which contributes to the coveragegravity data on areas where gravity cannot be directly measured in Vietnam’s territorialwaters The goal is to speed up and improve quality of basic investigation and forecastingminerals in waters under the country's sovereignty.

2 Mục tiêu của đề tài 3

3 Nội dung nghiên cứu 3

4 Thời gian và kinh phí thực hiện 4

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 4

6 Kết cấu của báo cáo 5

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 6

I.1 Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước 6

I.1.1 Một số công trình nghiên cứu trọng lực biển trên thế giới 6

I.1.2 Một số mô hình trọng trường toàn cầu trên thế giới 7

I.2 Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước 10

I.2.1 Vài nét về quá trình xây dựng hệ thống trọng lực ở Việt Nam 10

I.2.2 Các công trình nghiên cứu trọng lực biển ở Việt Nam 12

I.2.3 Một số đánh giá về tài liệu trọng lực biển trên Biển Đông 14

I.3 Các nội dung cần nghiên cứu trong đề tài 15

CHƯƠNG II PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18

II.1 Phạm vi, đối tượng nghiên cứu và cách tiếp cận 18

II.2 Phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật sử dụng 19

II.3 Tính mới, tính độc đáo và sáng tạo của nghiên cứu 19

III.1 Nghiên cứu, đánh giá các mô hình trọng trường Trái đất và lựa chọn mô hình

phù hợp nhất với vùng biển Việt Nam 21

III.1.1 Tổng quan về trọng lực vệ tinh 21

III.1.2 Tổng quan về các mô hình trọng trường Trái đất 24

III.1.3 Đánh giá các mô hình trọng trường Trái đất và lựa chọn mô hình phù hợpvới Việt Nam 28

III.1.3 Kết hợp các mô hình trọng trường Trái đất và dữ liệu trọng lực đo trựctiếp 44

III.2 Nghiên cứu các phương pháp nội suy trọng lực và xử lý kết hợp dữ liệu trọnglực vệ tinh và dữ liệu trọng lực đo trực tiếp 52

III.2.1 Nội suy dị thường trọng lực 52

III.2.2 Một số phương pháp nội suy trọng lực 56

III.2.3 Thử nghiệm chọn phương pháp nội suy 63

III.2.5 Nghiên cứu xác định hàm hiệp phương sai và biểu đồ phương sai 66

III.2.6 Trình tự tiến hành xác định hàm phương sai và biểu đồ phương sai thựcnghiệm 71

III.3 Nghiên cứu triết xuất các dữ liệu trọng lực tại các khu vực khó tiếp cận bằngcác hàm nội suy tối ưu 73

III.3.1 Xác định mô hình ngoại suy số cải chính 73

III.3.2 Tính toán giá trị trọng lực vệ tinh tại mỗi ô chuẩn 74

III.3.3 Cải chính trọng lực vệ tinh bằng số cải chính ngoại suy 74

III.3.4 Tạo mô hình kết quả 75

III.3.5 Kiểm tra mô hình kết quả 77

CHƯƠNG IV ÁP DỤNG THỬ NGHIỆM TÍNH TOÁN CẢI CHÍNH GIÁ TRỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82PHỤ LỤC 84

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1: Mô hình trọng trường toàn cầu GOCE 9

Hình 2: Sơ đồ bay của vệ tinh CHAMP 22

Hình 3: Sơ đồ bay của vệ tinh GRACE 23

Hình 4: Sơ đồ và vị trí khu đo Vịnh Bắc Bộ 29

Hình 5: Sơ đồ và vị trí khu đo Hà Tiên – Phú Quốc 30

Hình 6: Dữ liệu 3’x3’ các mô hình trọng lực vệ tinh 31

Hình 7: Kết quả so sánh giá trị dị thường FAI đo tàu biển vùng Vịnh Bắc Bộ và cácmô hình trọng lực vệ tinh 34

Hình 8: Độ lệch chuẩn của mô hình EGM2008 trên khu đo phía Bắc 35

Hình 9: Độ lệch chuẩn của mô hình EIGEN-6C4 trên khu đo phía Bắc 35

Hình 10: Độ lệch chuẩn của mô hình SGG-UGM-1 trên khu đo phía Bắc 35

Hình 11: Độ lệch chuẩn của mô hình GECO trên khu đo phía Bắc 36

Hình 12: Độ lệch của mô hình trọng lực vệ tinh toàn cầu so với dữ liệu trọng lực mặtđất, hàng không và tàu biển 36

Hình 13: Sơ đồ bố trí tuyến đo trọng lực tàu biển khu vực Hà Tiên – Phú Quốc 37

Hình 14: Kết quả so sánh giá trị dị thường FAI đo tàu biển vùng Hà Tiên – Phú Quốcvà các mô hình trọng lực vệ tinh 38

Hình 15: Độ lệch chuẩn của mô hình EGM2008 trên tuyến đo phía Nam 39

Hình 16: Độ lệch chuẩn của mô hình EIGEN-6C4 trên tuyến đo phía Nam 40

Hình 17: Độ lệch chuẩn của mô hình SGG-UGM-1 trên tuyến đo phía Nam 40

Hình 18: Độ lệch chuẩn của mô hình GECO trên tuyến đo phía Nam 40

Hình 19: Sơ đồ bay đo trọng lực hàng không năm 2018 47

Hình 20: Sơ đồ khu vực nội suy và ngoại suy 64

Hình 21: Đồ thị biểu đồ bán phương sai 67

Hình 22: Biểu đồ bán phương sai 72

Hình 23: Mô hình số cải chính trọng lực 75

Hình 24: Mô hình dữ liệu trọng lực vệ tinh kích thước 1,2’x1,2’ 76

Hình 26: Kết quả so sánh mô hình trọng lực đo trực tiếp và cải chính ngoại suy 78

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1: Các mô hình trọng trường GOCE 8

Bảng 2: Các mô hình trọng trường kết hợp GOCE và GRACE 9

Bảng 3: Các mô hình trọng lực vệ tinh đưa vào lựa chọn 30

Bảng 4: Kết quả đánh giá Mô hình trọng trường vệ tinh với các dữ liệu trọng lực trựctiếp vùng biển Vịnh Bắc Bộ 34

Bảng 5: Kết quả đánh giá Mô hình trọng trường vệ tinh với các dữ liệu trọng lực trựctiếp vùng biển Hà Tiên – Phú Quốc 39

Bảng 6: Kết quả sai số các mô hình trọng trường trên khu đo Vịnh Bắc Bộ 41

Bảng 7: Kết quả sai số các mô hình trọng trường trên khu đo Hà Tiên – Phú Quốc 42

Bảng 8: Quy mô các khu vực đo trọng lực biển Việt Nam 44

Bảng 9: Thông số kỹ thuật các khu vực đo trọng lực 45

Bảng 10: Sai số đo đạc trên các khu vực đo trọng lực biển 46

Bảng 11: Hướng tuyến đo các vùng bay đo năm 2018 47

Bảng 12: Kết quả tính sai số các phương pháp nội suy và ngoại suy 65

Bảng 13: Dữ liệu trọng lực tại các ô lưới sau cải chính 76

MỞ ĐẦU1 Đặt vấn đề

Bản đồ trường dị thường trọng lực có vai trò quan trọng trong điều tra địa chất và đánh giá khoáng sản, đồng thời có nhiều giá trị khoa học và thực tiễn trong các lĩnh vực khác như trắc địa, hải dương học, v.v Trong lĩnh vực địa chất và địa vật lý, trường trọng lực cung cấp thông tin quan trọng để:

- Nghiên cứu xác định các cấu trúc sâu của vỏ trái đất trên lục địa cũng như ngoài biển, xác định thành phần vật chất các lớp của vỏ trái đất.

- Nghiên cứu kiến tạo, xác định các hệ thống đứt gãy có vai trò quan trọng trong việc hình thành các mỏ quặng, đặc biệt là quặng ẩn sâu.

- Nghiên cứu phát hiện và khoanh định các khối magma ẩn, đặc biệt là magma ngầm dưới đáy biển có tiềm năng chứa nhiều loại quặng quý như sắt, vàng, đồng, nikel, mangan, …

Do có vai trò quan trọng như vậy nên nghiên cứu xác định trường trọng lực và thành lập bản đồ dị thường trọng lực bao trùm diện tích lãnh thổ và lãnh hải luôn là một trong những nhiệm vụ được quan tâm hàng đầu ở mỗi quốc gia.

Diện tích vùng biển Việt Nam bao gồm cả vùng đặc quyền kinh tế chiếm hơn một triệu kilomet vuông, có rất nhiều khu vực tranh chấp giữa Việt Nam và các nước liền kề, ngoài ra điều kiện thời tiết ở Biển Đông rất khắc nghiệt, thường xuyên có bão, mưa giông và những đột biến về khí hậu, do vậy việc đo trọng lực hàng không trên biển sẽ gặp rất nhiều khó khăn, chắc chắn sẽ có nhiều khu vực chưa thể đo được trọng lực hàng không Vì vậy để xây dựng trường trọng lực và thành lập bản đồ trọng lực thống nhất phủ kín vùng biển và hải đảo Việt Nam cần thiết phải nghiên cứu phương pháp sử dụng kết hợp trường trọng lực Trái đất từ các mô hình trọng trường thế giới (được cung cấp miễn phí trên Internet) và trọng lực đo trực tiếp (tàu biển và máy bay) là phương pháp tối ưu đáp ứng được nhiệm vụ này.

Với yêu cầu về độ chính xác trọng lực tương đương với độ chính xác của bản đồ trọng lực 1:250.000 là khoảng 3 mGal thì phương án đề xuất trên hoàn toàn khả thi, bởi:

- Hiện có nhiều mô hình trọng trường Trái đất (GOCE, GRACE, CHAMP, EGM2008, …) đã được công bố với độ chính xác từ 1- 6 mgl;

- Dữ liệu các mô hình trọng trường Trái đất (trên biển và đất liền) hiện được cung cấp trên nhiều Website, trong đó có những Website có uy tín như http://earth- info.nima/gandG hay http://icgem.gfz-potsdam.de của ICGEM (International Centre for Global Earth Models);

- Chúng ta đã có cơ sở dữ liệu địa hình đáy biển Việt Nam tỷ lệ

từ 1- 2 mGal và sẽ có dữ liệu đo trọng lực hàng không trên một diện tích lớn Do vậy, để giải quyết bài toán trên, vấn đề đặt ra là phải thực hiện một số nội dung như: nghiên cứu để hiểu rõ cơ sở khoa học của trọng lực vệ tinh, xây dựng các phương pháp toán học xử lý kết hợp dữ liệu trọng trường trái đất và dữ liệu đo trọng lực trực tiếp, xây dựng thử nghiệm CSDL dị thường trọng lực trên một khu vực thử nghiệm Từ đó tiến tới xây dựng CSDL trường trọng lực và thành lập bộ bản đồ dị thường trọng lực phủ kín vùng biển Việt Nam.

Để triển khai nhiệm vụ nói trên, ngày 15 tháng 05 năm 2018, Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường đã ra Quyết định số 1538/QĐ-BTNMT về việc phê duyệt tổ chức chủ trì, cá nhân chủ nhiệm và dự toán kinh phí nhiệm vụ khoa học và công nghệ cấp Bộ mở mới năm 2018, bắt đầu thực hiện từ năm 2018 Đề tài được triển khai dựa trên các cơ sở pháp lý sau:

- Căn cứ Thông tư số TT 66/2017- BTNMT ngày 22 tháng 12 năm 2017 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường về việc ban hành quy chế quản lý đề tài, dự án khoa học và công nghệ của Bộ Tài nguyên và Môi trường;

- Căn cứ Thông tư số 55/2015/TTLT-BTC-BKHCN ngày 22 tháng 4 năm 2015 của Bộ tài chính- Bộ Khoa học và Công nghệ về Hướng dẫn định mức xây dựng, phân bổ dự toán và quyết toán kinh phí đối với nhiệm vụ khoa học và công nghệ có sử dụng ngân sách nhà nước;

- Căn cứ Quyết định số 1538/QĐ-BTNMT về việc phê duyệt tổ chức chủ trì, cá nhân chủ nhiệm và dự toán kinh phí nhiệm vụ khoa học và công nghệ cấp Bộ mở mới năm 2018 ngày 15 tháng 5 năm 2018

- Căn cứ Hợp đồng thực hiện nhiệm vụ Khoa học và Công nghệ số: TNMT.2018.03.15 ngày 28 tháng 6 năm 2018 ký giữa Bộ Tài Nguyên và Môi

trường và Liên đoàn Vật lý Địa chất về việc thực hiện đề tài: Nghiên cứu sử dụng dữ liệu trọng trường trái đất, kết hợp với dữ liệu trọng lực đo trực tiếp trên biển để xây dựng cơ sở dữ liệu dị thường trọng lực trên các khu vực không thể bay đo trọng lực thuộc vùng biển Việt Nam;

- Căn cứ Quyết định số 28/QĐ-BTNMT ngày 04 tháng 01 năm 2018 và Quyết định số 1339/QĐ-BTNMT ngày 26 tháng 04 năm 2018 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường về việc giao, bổ sung, điều chỉnh dự toán ngân sách Nhà nước năm 2018 cho Liên đoàn Vật lý Địa chất;

- Căn cứ Quyết định số: 3939/QĐ-BTNMT ngày 28 tháng 12 năm 2018 và Quyết định số 2222/QĐ-BTNMT ngày 30 tháng 8 năm 2019 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường về việc giao, điều chỉnh dự toán ngân sách Nhà nước năm 2019 cho Liên đoàn Vật lý Địa chất;

- Căn cứ Quyết định số 822/QĐ-BTMNT ngày 01 tháng 4 năm 2020 của Bộ TNMT về việc điều chỉnh cá nhân chủ nhiệm, thành viên chính và gia hạn các đề tài khoa học và công nghệ cấp Bộ;

- Căn cứ Quyết định: số 3473/QĐ-BTNMT ngày 31/12/2019, số 1411/QĐ-BTNMT ngày 29/6/2020 và số 2345/QĐ-BTNMT ngày 22/10/2020 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường về việc giao dự toán, điều chỉnh dự toán ngân sách nhà nước năm 2020 cho Liên đoàn Vật lý Địa chất;

- Căn cứ Dự toán kinh phí các năm 2018, 2019 và 2020 của Đề tài đã được phê duyệt;

- Căn cứ Thuyết minh Đề tài đã được phê duyệt.

2 Mục tiêu của đề tài

- Xác lập tổ hợp phương pháp tổng hợp và xử lý dữ liệu trọng trường trái đất và trọng lực đo trực tiếp trên biển nhằm xây dựng dữ liệu dị thường trọng lực trên diện tích nghiên cứu thuộc vùng biển Việt Nam

- Xây dựng được CSDL và ứng dụng phần mềm để quản lý, khai thác dữ liệu trường trọng lực trên khu vực nghiên cứu thuộc vùng biển Việt Nam.

3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu xây dựng các phương pháp tổng hợp xử lý kết hợp dữ liệu trọng lực vệ tinh và dữ liệu trọng lực đo trực tiếp;

- Thử nghiệm xử lý, tính toán kết hợp dữ liệu trọng lực vệ tinh và dữ liệu trọng lực đo trực tiếp trên một vùng, thành lập bản đồ trọng lực tỷ lệ 1:250.000;

- Xây dựng CSDL và ứng dụng phần mềm để quản lý, khai thác dữ liệu dị thường trọng lực trên khu vực nghiên cứu thuộc vùng biển Việt Nam.

4 Thời gian và kinh phí thực hiện

Đề tài được thực hiện trong 30 tháng từ tháng 7 năm 2018 đến tháng 12

+ Năm 2018 là: 40.000.000 đồng

+ Năm 2020 là: 500.000.000 đồng

Đến thời điểm hiện tại, đề tài mới chỉ thực hiện được 50% nội dung nghiên cứu và kinh phí của đề tài theo thuyết minh.

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Kết quả nghiên cứu của đề tài khi được ứng dụng sẽ bổ sung, cung cấp hệ thống dữ liệu trọng lực trên phần lớn biển và hải đảo của Việt Nam, đây là một trong những tài liệu quan trọng phục vụ cho công tác nghiên cứu khoa học, phát triển kinh tế - xã hội được nhiều ngành kinh tế khai thác sử dụng.

- Các bản đồ trường trọng lực được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc địa chất, nghiên cứu các hệ thống đứt gãy kiến tạo, làm tiền đề để phân vùng dự báo triển vọng khoáng sản vùng biển và hải đảo Việt Nam.

- Các số liệu trọng lực giúp các nhà khoa học giải quyết nhiều nhiệm vụ khoa học cơ bản của ngành Trắc địa - Bản đồ, như: tính toán, xác định mặt Geoid độ chính xác cao, xây dựng và hoàn chỉnh hệ thống tọa độ, độ cao quốc gia

- Việc xây dựng dữ liệu trọng lực có độ chính xác cao luôn cần thiết, nhưng đi kèm là đòi hỏi chi phí kinh tế không nhỏ Với khả năng cung cấp liên tục và luôn được cập nhật, các dữ liệu trọng lực vệ tinh sẽ đem lại hiệu quả to lớn trong việc xây dựng CSDL trường trọng lực, và do vậy CSDL này cũng được cập nhật liên tục, có độ chính xác cao, phủ kín lãnh thổ và lãnh hải nước nhà.

6 Kết cấu của báo cáo

Báo cáo gồm: 84 trang A4, 13 biểu bảng, 26 hình vẽ minh họa và được kết cấu như sau:

Ngoài phần Mở đầu và Kết luận, có 4 chương: Chương I: Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu

Chương II: Phạm vi, đối tượng và phương pháp nghiên cứu Chương III: Kết quả nghiên cứu

Chương IV: Áp dụng thử nghiệm lập bản đồ dị thường trọng lực

Trong quá trình thực hiện đề tài, các tác giả đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ và nhiều ý kiến đóng góp quý giá của Lãnh đạo và các chuyên viên Vụ KHCN Bộ Tài nguyên và Môi trường, Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam, Lãnh đạo Liên đoàn Vật lý Địa chất, Cục Đo đạc Bản đồ và Thông tin địa lý Việt Nam, Cục Viễn thám Quốc Gia, Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ Việt Nam và nhiều chuyên gia trong các lĩnh vực địa vật lý, trắc địa Tập thể tác giả xin tỏ lòng biết ơn chân thành đối với những giúp đỡ nói trên.

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU I.1 Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước

I.1.1 Một số công trình nghiên cứu trọng lực biển trên thế giới

Đo và nghiên cứu trọng lực biển đã được tiến hành và công bố trong nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới Có thể kể đến một số công trình sau:

- Công trình của Cheinway Hwang và Bary Parsons (1995) về xác định dị thường trọng lực bằng các số liệu đo cao vệ tinh của các vệ tinh ERS-1, TOPEX/POSEIDON, Geosat/ERM Các tác giả đã tính ra gradient độ cao trung bình Geoid để từ đó tính ra dị thường trọng lực trên biển Trên cơ sở sử dụng kết hợp các số liệu trọng lực vệ tinh và số liệu đo trọng lực trực tiếp bằng tầu biển đã thiết lập được giá trị dị thường trọng lực có độ chính xác ±5,7 mGal trên vùng biển khu vực Reykjanes Ridge.

- Công trình nghiên cứu của Cheinway Hwang, Xiaoli Deng, Hsin Ying Hsu, Yuting Liu Trong năm 2006 đã sử dụng các số liệu đo cao của vệ tinh Geosat/GM để tính ra độ cao mặt biển và từ đó sử dụng phép nội suy Collocasia để tính ra dị thường trọng lực ở khu vực gần đảo Đài Loan Kết quả cho thấy, chỉ ở khu vực gần bờ có kết quả không tốt chủ yếu do hiệu ứng thuỷ triều trong kết quả đo cao vệ tinh chưa được xử lý.

- Năm 1997 David T Sandwell và Walter H.Smith trong công trình “Marine Gravity anomaly from Geosat and ERS1 Satellite Altimetry” đã xác định dị thường trọng lực toàn cầu bằng việc sử dụng các số liệu đo cao vệ tinh Geosat Từ các số liệu đo cao của 2 vệ tinh trên đã tính ra dị thường trọng lực và gradient trọng lực bằng phương pháp Fourier Kết quả này được so sánh với kết quả đo trực tiếp trọng lực bằng tầu có độ chính xác từ 4mGal đến 7 mGal Khi các vệt đo cao vệ tinh trùng với tuyến đo của tầu, độ chính xác đạt 3mGal.

- Ole Baltazar Andersen, Per Knudsen, A M.Berry (2010) đã xác định dị thường trọng lực trên biển và xây dựng mô hình trọng lực toàn cầu DNSC08GRAV bằng các dữ liệu đo cao vệ tinh của các vệ tinh ERS, Jason, Envisat, Geosat, T/P và ICEsat Các tác giả sử dụng mô hình EGM2008 bằng kỹ thuật tính toán để xác định được phần dư độ cao Geoid và từ đó xác định phần dư dị thường trọng lực Bằng phương pháp đó các tác giả đã xác định được dị thường trọng lực có độ chính xác ±3,9mGal trên khu vực Northwest Atlantic Ocean.

Khi nâng cấp mô hình trọng trường toàn cầu DNSCO8GRAV, Ole Baltazar Anderrsen (2010) đã bổ sung các dữ liệu đo mới của vệ tinh ERS và ENVISAT kết quả xây dựng mô hình trọng trường DTU10GRAV có độ chính xác ±3,8mGal ở trên biển.

I.1.2 Một số mô hình trọng trường toàn cầu trên thế giớiI.1.2.1 Mô hình trọng trường toàn cầu EGM96

Mô hình trọng trường toàn cầu EGM96 (Lemoine F.G, Kenyon S.C, Factor J.K, Trimmer R.G et al) đã được xây dựng có các hệ số điều hoà cầu có bậc và hạng được khai triển tới 360 (n=m=360) Mô hình trọng trường EGM96 là kết quả hợp tác của 3 cơ quan của Mỹ bao gồm: Cục ảnh và Bản đồ quốc gia (NIMA), Uỷ ban nghiên cứu vũ trụ (NASA) và Trường đại học tổng hợp Ohio Các cơ quan này hợp tác thu thập xử lý các dữ liệu trọng lực mặt đất, trọng lực hàng không, trọng lực vệ tinh và từ mô hình OSU91 bao gồm:

+ 86750 ô chuẩn 30’x30’ và 6500 ô chuẩn 10’x10’ dữ liệu trọng lực mặt đất.

+ 146042 ô chuẩn 30’x30’ dữ liệu đo cao vệ tinh ở trên các đại dương từ các dự án vệ tinh Geosat, ERS-1, TOPEX/POSEIDON, Doppler Trannet của quân đội Mỹ.

+ 1064 ô chuẩn 30’x30’ từ mô hình OSU91 + 18854 ô chuẩn 30’x30’ địa hình đẳng tĩnh.

Mô hình EGM96 được biểu diễn dưới dạng ô chuẩn 30’x30’ phủ chùm toàn cầu, các dị thường trọng lực được xác định gồm dị thường khoảng không tự do, dị thường Bouguer, dị thường faye Việc hiệu chỉnh địa hình RTM được tính nhờ CSDL địa hình số toàn cầu JGP95E với độ phân giải 1’x1’ là mặt địa hình thực và CSDL địa hình 10’x10’ làm mặt địa hình trung bình Độ chính xác của dị thường trọng lực khoảng không tự do của mô hình EGM96 trên mặt đất trong khoảng từ 25,6 ÷ 35,2 mGal (Lemoine F.G et al, 1998) và đạt 6-7 mGal trên biển (Kefei Z.H –Đại hoc Curtin Australia).

I.1.2.2 Mô hình trong trường toàn cầu EGM-2008

Theo công bố trong tài liệu của N.K Pavlis, Simon A.Holmes, Steve C.Kenyon và John K Factor (2008), mô hình trọng trường toàn cầu EGM2008 (Earth Gravitation Model 2008) do NGA (National Geospatial Intelligence Agency), Mỹ xây dựng năm 2008 Đây là mô hình trọng lực toàn cầu có hệ số điều hoà cầu được khai triển tới bậc 2059 Số liệu trọng lực để xây dựng mô

recovery and Climate Experiment), Dữ liệu đo cao vệ tinh từ SIO/NOAA (Scripps Institution of Oceanography and National Oceanic and Atmospheric Administration) và mô hình trọng trường DNSCO7 của Danish National Space Center (DNSC) Ngoài ra còn từ các dự án ArcGP (Arctic Gravity Project) và một số các dữ liệu tính toán bổ sung của NGA Mô hình Grid trọng lực của EGM2008 có kích thước ô chuẩn 5’x5’ phủ chùm toàn bộ trái đất có tất cả

Dữ liệu của mô hình EGM2008 cũng bao gồm: Dị thường khoảng không tự do, dị thường Bouger, dị thường phần dư địa hình Để tính dị thường phần dư địa hình (dị thường RTM), Nga đã lấy mô hình số độ cao toàn cầu DTM2006.0 độ phân giải 5’x5’ làm mặt địa hình trung bình và mô hình số độ cao độ phân giải cao DTM2006.0 30”x30” làm mặt địa hình thực Theo kết quả đánh giá của N K.Pavlis, độ chính xác của dị thường trọng lực của mô hình EGM2008 đạt trung bình toàn cầu là ±4.1 mGal, trong đó vùng thiếu dữ liệu mặt đất (Fill-in) ±7.6 mGal, vùng biển (có dữ liệu Altimetry và dữ liệu đo trực tiếp) đạt ±3,0mGal Tuy nhiên ở mỗi khu vực cụ thể, độ chính xác sẽ khác nhau phụ thuộc vào mật độ và độ chính xác của dữ liệu trọng lực đo trực tiếp trong khu vực đó.

I.1.2.3 Một số mô hình trọng trường vệ tinh GOCE

Vệ tinh trọng lực GOCE (Gravity field and Steady-State Ocean Circulation Explorer) được Uỷ ban vũ trụ châu Âu (ESA-European Space Agency) phóng lên quỹ đạo từ tháng 3/2009 đến 6/2013 Trong thời gian trên nhờ vào kết quả đo trọng lực và đo gradient trọng lực vệ tinh của Goce đã tiến hành xây dựng được một số các mô hình trọng trường sau:

- Mô hình trọng trường GOCE

Bảng 1: Các mô hình trọng trường GOCE

ST

1 Go_CONS_GCF_2_DIR_R1 240 Bruinsma et al, 2010 2 Go_CONS_GCF_2_DIR_R3 240 Bruinsma et al, 2010 3 Go_CONS_GCF_2_DIR_R4 260 Bruinsma et al, 2013 4 Go_CONS_GCF_2_DIR_R5 300 Bruinsma et al, 2013

- Mô hình kết hợp GOCE và GRACE

Bảng 2: Các mô hình trọng trường kết hợp GOCE và GRACE

Theo đánh giá của Timo Saari and Mirjam Bilker-Koivula trên lãnh thổ Finland, độ chính xác dị thường trong lực trung bình trên cả nước (phần đất liền) các mô hình Go_CONS_GCF_2_ ( DIR_R5 và TIM _R5) lần lượt là 9.91 mGal và 10,14 mGal, còn độ chính xác của dị thường trọng lực mô hình kết hợp giữa vệ tinh GOCE và GRACE cho các mô hình EIGEN-6S2, GOCO03S cũng khoảng 10 mGal Theo công bố của G.N Guimarals, A.C Matos và D.I Litzkov các mô hình Go_CONS_GCF_2 _TIM_R3 được đánh giá ở Brazilia cũng đạt độ chính xác 10,47 mGal, mô hình GOCO02S đạt 10,34 mGal, mô hình EGM2008 đạt độ chính xác 10,66 mGal Nhìn chung độ chính xác dị thường trọng lực trên đất liền của các mô hình GOCE khi so sánh với các giá trị trọng lực đo trực tiếp có độ chính xác trong khoảng từ 9,50 đến 10,50 mGal.

I.2 Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước

I.2.1 Vài nét về quá trình xây dựng hệ thống trọng lực ở Việt Nam

Công tác xây dựng hệ thống trọng lực ở việt Nam trải qua các thời kỳ:

Giai đoạn từ 1933-1975

- Từ 1933 đến1935, các nhà địa vật lý người Pháp đã tiến hành đo 107

điểm trọng lực ở Lào, Việt Nam và Campuchia, riêng ở Việt Nam đo 30 điểm độ chính xác đạt ±2,5mGal Trên cơ sở đó đã thành lập bản đồ trọng lực tỷ lệ 1/10.000.000 phủ chùm 3 nước ở bán đảo Đông Dương.

- Trong thời kỳ từ 1954 đến 1973:

Năm 1957 trên cơ sở xây dựng lưới trọng lực quốc tế gồm Liên xô, Trung Quốc, Việt Nam và một số nước ở châu Á Liên Xô trước đây đã xây dựng 01 điểm trọng lực đo bằng hệ thống máy con lắc tương đối OVM ở sân bay Gia Lâm, được đo nối với điểm gốc trọng lực quốc tế Posdam (Đức) thông qua việc đo nối với điểm trọng lực gốc Liodovo ở Moskva Độ chính xác của điểm đạt khoảng ± 0.1 mGal Điểm trọng lực Gia Lâm là điểm gốc cơ sở cho phát triển công tác trọng lực ở Miền Bắc nước ta trong giai đoan 1957-1974.

Trên cơ sở đó Tổng cục Địa chất với sự hợp tác giúp đỡ của chuyên gia Liên Xô đã tiến hành công tác xây dựng lưới trọng lực khống chế và đo trọng lực chi tiết trên toàn miền bắc Việt Nam và kết quả đã thành lập bản đồ dị thường trọng lực tỷ lệ 1/500.000 phủ chùm toàn bộ Miền Bắc và bản đồ trọng lực tỷ lệ 1/200.000 vùng đồng bằng Bắc Bộ.

Ở Miền Nam trong giai đoạn 1960-1961 người Mỹ đã đo 01 điểm trọng lực ở sân bay Tân Sơn Nhất bằng hệ thống máy trọng lực đo tương đối Lacoste and Romberg của Mỹ thông qua việc đo nối với hệ thống lưới trọng lực quốc tế (hệ Posdam) ở các điểm trọng lực tuyệt đối Tokyo và Singapor Độ chính xác của điểm đạt ±0.03 mGal Trên cơ sở điểm gốc trọng lực Tân Sơn Nhất đã tiến

(±0.03 - ±0.07 )mGal, được bố trí ở các địa phương: Tân An, Sa Đéc, Mỹ Tho, Rạch Giá, Bạc Liêu, Long Xuyên, Châu Đốc, Cần Thơ, Sài Gòn, Đà Lạt (2 điểm), Nha Trang, Đà Nẵng, Quy Nhơn, Huế, Buôn Ma Thuật, Pleiku Lưới trọng lực trên được sử dụng làm các điểm khống chế cho mọi công tác đo trọng lực ở miền nam Việt Nam trước năm 1975.

Giai đoạn 1973- 1988

Trong giai đoạn này đã tiến hành việc xây dựng và hoàn thiện hệ thống lưới trọng lực nhà nước và tiến hành công tác đo trọng lực chi tiết trên toàn bộ lãnh thổ Việt Nam Cụ thể như sau:

- Thời kỳ 1973-1977: Trong thời gian nay với sự hợp tác giúp đỡ của chuyên

gia Liên Xô trước đây đã thiết lập ở nước ta hệ thống trọng lực bao gồm hai đường đáy trọng lực là Tam Đảo –Vĩnh Yên, Ba Rịa-Vũng Tầu và các lưới trọng lực hạng I, II, III và hệ thống trọng lực chi tiết.

Các lưới trọng lực hang I, II và hạng III đã đáp ứng kịp thời cho việc đo trọng lực chi tiết phục vụ cho công tác trắc địa và địa chất ở nước ta trong suốt thời gian đó nhất là việc triển khai đo trọng lực ở các tỉnh phía nam.

Trong thời gian này để phục vụ cho công tác trắc địa nhằm tính chuyển về hệ độ cao chuẩn Cục Đo đạc và Bản đồ nhà nước đã đo khoảng gần 10.000 điểm trọng lực chi tiết dọc theo các đường thuỷ chuẩn hạng I và hạng II trong cả nước.

Trong thời gian từ năm 1960 đến năm 2000, Tổng cục Địa chất đã tiến hành đo trọng lực chi tiết trong cả nước phục vụ công tác địa chất và thăm dò khoáng sản với mật độ vùng đồng bằng 1-2km/điểm, vùng trung du từ 3-4km/điểm, vùng núi 7-10km/điểm

Kết quả đã xây dựng được bản đồ dị thường trọng lực tỷ lệ 1/500.000 phủ chùm cả nước và bản đồ trọng lực tỷ lệ 1/200.000 vùng đồng bằng Bắc Bộ, dải đồng bằng miền trung và đồng bằng Nam Bộ Toàn bộ phần lãnh thổ Việt Nam

được xây dựng thành lưới trọng lực có kích thước ô chuẩn 3’x3’ (5kmx5km) với tổng cộng 12.991 ô chuẩn Độ chính xác trung bình trong các ô chuẩn đạt 3 mGal.

Giai đoạn 1987-2013

Trong thời gian từ năm 1987-1988

Đã hiện đại hoá lưới trọng lực nhà nước xây dựng trong thời kỳ 1973 đến 1977 với sự giúp đỡ của chuyên gia Liên Xô trước đây đã tiến hành xây dựng 04 điểm trọng lực cơ sở gồm điểm gốc trọng lực Hà Nội, Điểm Đà Nẵng, Điểm Nha Trang và điểm thành phố Hồ chí Minh Trong thời gian này cũng xây dựng lại lưới trọng lực hạng I gồm 10 điểm Độ chính xác của lưới trọng lực hạng I đạt 0.03 mGal.

Thời kỳ từ 2003-2013.

Là thời kỳ xây dựng hệ thống trọng lực ở Việt nam với độ chính xác cao gấp nhiều lần độ chính xác của các lưới trọng lực đã được xây dựng trước đây Từ năm 2003 đến năm 2013 Viện nghiên cứu Địa chính nay là Viện khoa học Đo đạc và Bản đồ thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường đã hợp tác với liên bang Nga thực hiện dự án “Xây dựng và hoàn thiện hệ thống trọng lực ở Việt Nam” Kết quả đã xây dựng và hoàn thiện hệ thống trọng lực cơ sở và hạng I bao gồm: - Lưới trọng lực cơ sở: Đã xây dựng 11 điểm trọng lực cơ sở được đo bằng

máy trọng lực tuyệt đối GBL của Liên bang Nga với độ chính xác 5 µGal (0.005mGal), độ chính xác này cao gấp 8-10 lần độ chính xác của lưới trọng lực đã xây dựng trước đây.

- Lưới trọng lực hạng I: Đã đo 31 điểm trọng lực hạng I bằng máy trọng lực tuyệt đối GBL với độ chính xác 0.01 mGal, các điểm đo được phân bổ đều trong các địa phương trong cả nước.

Việc xây dựng và hoàn thiện hệ thống trọng lực quốc gia với 42 điểm gồm 11 điểm trọng lực cơ sở và 31 điểm trọng lực hạng I, gia tốc trọng trường g được xác định trực tiếp bằng các máy đo trọng lực tuyệt đối đạt độ chính xác 0.005 mGal đã đáp ứng các yêu cầu cho công tác nghiên cứu trong lĩnh vực địa động lực xác định vi chuyển dịch của vỏ trái đất, nghiên cứu cấu trúc sâu của các lớp vật chất của vỏ trái đất và các nghiên cứu do tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng với sự biến đổi của trường trọng lực ở nước ta và khu vực.

I.2.2 Các công trình nghiên cứu trọng lực biển ở Việt Nam

Những công trình, dự án trọng lực trên Biển Đông trong thời gian qua bao gồm các chương trình khảo cứu rộng và các nghiên cứu nhỏ mang tính chuyên đề Các chương trình khảo cứu có thể kể đến như sau:

- Trong các năm 1973-1979 các công ty dầu khí của Liên Xô, Anh, Pháp, Na Uy đã tiến hành khảo sát địa vật lý theo các lô trên thềm lục địa biển Việt Nam, các tầu của Liên xô như Poisk, Ikatel, Gambuxep và Malugin đã tiến hành một loạt khảo sát địa vật lý trên một số cấu tạo triển vọng có dầu ở Bạch Hổ, Rồng, Đại Hùng…trên biển Đông nước ta.

- Trong thời gian 1984-1985 các tầu thăm dò của Liên xô đã tiến hành khảo sát địa chất khu vực rìa phía tây và tây nam vịnh Bắc Bộ, thềm lục địa miền trung và Đông bắc vịnh Thái Lan Kết quả thành lập được bản đồ dị thường Bouger tỷ lệ 1/500.000, lưới chiếu UTM với đường đẳng trị 5 -8 mGal,

theo công thức Helmert (1901-1909).

- Năm 1987 đoàn khảo sát Bộ địa chất và Khoáng sản Trung Quốc đã tiến hành đo địa vật lý trên toàn bộ vùng Biển Đông, kết quả đã thành lập được bản đồ trọng lực tỷ lệ 1/2.000.000 phép chiếu Mercator toàn Biển Đông với đường đẳng trị 10-20 mGal Trọng lực bình thường được tính theo công thức Cassinic (1930).

- Trong thời gian từ 1990-1992 tàu Gagarinsky (Nga) đã đo trọng lực trên toàn bộ vùng thềm lục địa Việt Nam, kết quả thành lập bản đồ dị thường Bouger tỷ lệ 1/500.000 phép chiếu UTM với đường đẳng trị 5 mGal, lực trọng trường bình thường tính theo công thức Helmert (1901-1909) Đây là bộ bản đồ trọng lực có độ chính xác tốt, các kết quả đo và tính toán có độ tin cậy cao.

- Trong khuôn khổ chương trình 48B “Đặc điểm các trường địa vật lý ở Việt Nam và vùng biển kế cận” Bùi công Quế và Nguyễn Hiệp từ năm 1995-1999 đã thành lập bản đồ dị thường Bouger tỷ lệ 1/1.000.000 toàn bộ Biển Đông Bản đồ được thành lập dựa trên các tài liệu của tầu Gagarinsky và tài liệu của Bộ Địa chất Khoáng sản Trung Quốc.

- Trong thời gian từ 2007-2009 Viện khoa học Đo đạc và Bản đồ thực hiên dự án “Điều tra đặc điểm Địa chất, Địa động lực, Khoáng sản, Địa chất môi trường và tai biến Địa chất trên vùng biển Việt Nam” đã đo được tổng cộng 58.989 điểm trọng lực với độ chính xác 1,0-1,2mGal bằng máy ZLS Dinamic Gravity Meter D06 Tuy vậy các điểm đo được phân bố không đều: khu vực quanh đảo Bạch Long Vỹ có 28.158 điểm, các điểm đo khác nằm rải rác ở các khu vực miền trung và phía nam biển nước ta.

- Trong đề tài nghiên cứu cấp nhà nước của Đặng Hùng Võ, Lê Minh, Phạm Hoàng Lân et al (2003) đã sử dụng dị thường trọng lực của mô hình EGM96 để xây dựng mô hình Grid trọng lực với ô chuẩn 3’x3’ trên toàn bộ khu

sử dụng thuần tuý dị thường trọng lực lấy từ EGM96 Độ chính xác dị thường trọng lực trong các ô chuẩn phần đất liền từ dữ liệu đo trực tiếp là 3,4 mGal và 6-7 mGal phần biển từ dữ liệu của mô hình EGM.

- Năm 2008-2011 trong khuôn khổ thực hiện dự án chính phủ “Xây dựng mô hình Geoid địa phương trên lãnh thổ Việt Nam, Cục Đo đạc và Bản đồ Việt nam đã sử dụng Mô hình EGM2008 để xây dựng mô hình Grid trọng lực phủ chùm toàn bộ khu vực Việt Nam với ô chuẩn là 3’x3’ Độ chính xác trên các ô chuẩn đạt ± 3.0mGal cho vùng lãnh thổ từ dữ liệu đo trọng lực trực tiếp và 4-5 mGal cho vùng biển từ mô hình EGM 2008.

Một số công trình nghiên cứu mang tính chuyên đề về trọng lực biển thực hiện ở Việt Nam gồm có:

- Nguyên văn Sáng và nnk.đã công bố một số kết quả nghiên cứu:

+ Xác định dị thường trọng lực từ số liệu đo cao vệ tinh ENVISAT gồm số liệu 10 chu kỳ đo kết hợp với số liệu đo trọng lực trực tiếp ở Biển Đông đạt độ chính xác khoảng 6mGal (2012).

+ Báo cáo “Khảo sát độ chính xác của một số mô hình trọng lực trên Biển Đông” (8/2016), trong đó đã so sánh dị thường trọng lực tính từ các mô hình trọng lực toàn cầu với số liệu đo trọng lực trực tiếp, kết quả cho

mô hình GO_CONS_EGM_DIR_2I ±14,7mGal và mô hình GOCE-DIR4 là ±15,7mGal.

+ Báo cáo “Đánh giá độ chính xác của số liệu trọng lực biển đo bằng máy ZLS Dinamic gravimeter” (12/2016), bằng cách phân tích đánh giá các số liệu đo trọng lực thực tế khu vực quanh đảo Bạch Long Vỹ các tác giả đã đánh giá độ chính xác đo trọng lực bằng máy ZLS đạt 1.86 mGal.

- Năm 2017 Phạm văn Tuyên, Đại học Mỏ Địa chất đã sử dụng số liệu 52 chu kỳ của vệ tinh Cryosat-2 để xác định dị thường trọng lực trong khu vực biển vịnh Bắc bộ, sau đó kết hợp với số liệu dị thường trọng lực đo trực tiếp bằng tầu biển, kết quả là dị thường trọng lực nhận được có độ chính xác 3.56 mGal.

- Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ “Nghiên cứu phương pháp xác định dị thường trọng lực cho vùng biển xung quanh quần đảo Trường Sa bằng số liệu đo cao vệ tinh và số liệu trọng lực Vệ tinh” (7/2018 ) của Vũ Văn Trí, Nguyễn văn Sang và nnk đã trình bày phương pháp xác định dị thường trọng lực từ số liệu đo cao vệ tinh trên cơ sở sử dụng mô hình trong lực toàn cầu EGM2008, mô hình mặt động lực trung bình toàn cầu MDT, kỹ thuật bình sai giữa các vệt quét (cung) giao cắt của tập hợp các điểm đo cao vệ tinh trên biển để xác định được phần dư độ cao Geoid Sử dụng phần dư độ cao Geoid xác định phần dư dị thường trọng lực bằng phương pháp Collocasia, sau đó cải chính vào mô hình EGM toàn cầu 2008 Đây là phương pháp đã được Ole Baltazar Andderrson và một số tác giả áp dụng để xây dựng mô hình ANSC08GRA (2010) Trong công trình nghiên cứu các tác giả đã trình bày lý thuyết và thực hành xác định các hàm hiệp phương sai trọng lực Trong phần thực hành đã sử dụng 52 chu kỳ đo cao vệ tinh của vệ tinh Cryosat để tính dị thường độ cao ở khu vực quần đảo Trường sa bằng phương pháp trên và so sánh với 625 điểm trọng lực đo trực tiếp Độ lệch giữa các kết quả trên là 0.67 mGal Trong báo cáo cho biết các tác

giả đã sử dụng các kết quả đo trọng lực các năm 1987, 1990 và 1992 của các dự án Việt nam-Pháp và Việt Nam-Nga để đánh giá độ chính xác, tuy vậy không có kết quả phân tích đánh giá độ chính xác của các trị đo trọng lực trực tiếp

I.2.3 Một số đánh giá về tài liệu trọng lực biển trên Biển Đông

Trên cơ sở phân tích các kết quả nghiên cứu nói trên, có thể đưa ra một số nhận xét về tài liệu trọng lực có trên vùng biển sau:

- Số lượng dữ liệu trường trọng lực trên Biển Đông còn ít, phân bổ không đều, độ chính xác thấp Đã thành lập bản đồ dị thường trọng lực khu vực thềm lục địa ở tỷ lệ 1/500.000, các khu vực khác ở tỷ lệ 1/1000.000, với đường đẳng trị 5-8 mGal Các dữ liệu trọng lực đo trực tiếp trên biển trước năm 2005 được xem xét đánh giá độ chính xác để có thể sử dụng cho đề tài.

- Các dữ liệu trọng lực trong các dự án “Điều tra đặc điểm Địa chất, Địa động lực, Khoáng sản, Địa chất môi trường và tai biến Địa chất trên vùng biển Việt Nam” có độ chính xác 1-1,2mGal, phân bổ không đều và còn ít, tuy vậy đây là các dữ liệu có độ tin cậy và độ chính xác khá tốt để sử dụng xác định đị thường trọng lực các khu vực còn trống và không thể đo trọng lực trực tiếp được bằng việc kết hợp với các dữ liệu trọng lực vệ tinh.

- Trên toàn bộ khu vực Biển Đông đã có nhiều mô hình trọng trường thế giới, độ chính xác của các mô hình khoảng 4-5 mGal, do vậy cần nghiên cứu tìm

ra mô hình nào có độ chính xác và độ tin cây tốt nhất đáp ứng việc xây dựng mô

hình trọng lực trên biển Đông có độ chính xác 3mGal Để áp dụng các mô hình

trọng trường EGM toàn cầu cần phải tính toán xử lý đồng bộ các dữ liệu trọng lực vệ tinh và trọng lực đo trực tiếp, đồng bộ hoá các kết quả đo về một hệ quy chiếu, tính toán đầy đủ các số cải chính và tìm ra các phương pháp xử lý thích hợp.

- Các công trình nghiên cứu trọng lực biển ở nước ta còn ít, tuy vậy một số công trình đã có những nghiên cứu khá chi tiết về việc sử dụng các dữ liệu đo cao vệ tinh và mô hình EGM2008 để xác định dị thường trọng lực trên biển Các kết quả nghiên cứu trên là tài liệu tham khảo bổ ích cho các nghiên cứu của đề tài

I.3 Các nội dung cần nghiên cứu trong đề tài

Từ những phân tích trên, để giải quyết mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài, những nội dung chủ yếu cần thực hiện là nghiên cứu cơ sở khoa học của trọng lực vệ tinh, xây dựng các phương pháp toán học xử lý kết hợp dữ liệu trọng

trường trái đất và dữ liệu đo trọng lực trực tiếp, xây dựng thử nghiệm CSDL dị thường trọng lực trên một khu vực thử nghiệm Cụ thể như sau:

Nội dung 1: Nghiên cứu tổng quan về trọng lực biển và các mô hìnhtrọng lực toàn cầu

- Tổng quan về các công trình nghiên cứu trọng lực biển ở Việt Nam và trên thế giới

- Tổng quan về cơ sở của trọng lực vệ tinh

- Nghiên cứu các nguồn sai số xác định trọng lực vệ tinh

- Thu thập, nghiên cứu đánh giá dữ liệu một số mô hình trọng lực vệ tinh (GOCE, GRACE, CHAMP, EGM2008)

- Thu thập, phân tích, đánh giá các dữ liệu trọng lực trực tiếp hiện có trên biển Việt Nam

Nội dung 2: Nghiên cứu xây dựng các phương pháp tổng hợp xử lýkết hợp dữ liệu trọng lực vệ tinh và dữ liệu đo trọng lực trực tiếp

- Phân tích đánh giá khả năng ứng dụng dữ liệu trọng lực vệ tinh trong việc xây dựng CSDL trường trọng lực biển

- Nghiên cứu sử dụng kết hợp các mô hình trọng lực vệ tinh GOCE, GRACE và EGM 2008 trong việc xây dựng CSDL trọng lực biển

- Nghiên cứu các phương pháp nội suy trọng lực

- Thử nghiệm đánh giá các phương pháp nội suy trên một khu vực đã có dữ liệu trọng lực

- Nghiên cứu, xác định hàm hiệp phương sai lý thuyết trọng lực vệ tinh kết hợp với trọng lực trực tiếp

- Nghiên cứu xác định hàm nội suy thích hợp nhất trên cơ sở xác định hàm hiệp phương sai lý thuyết tối ưu

- Đánh giá độ chính xác nội suy trọng lực trên cơ sở sử dụng hàm nội suy thích hợp nhất

Nội dung 3: Thử nghiệm xử lý, tính toán kết hợp dữ liệu trọng lực vệtinh và dữ liệu trọng lực đo trực tiếp trên vùng thử nghiệm, thành lập bảnđồ trọng lực tỷ lệ 1:250 000

- Nghiên cứu tính toán xử lý và chuẩn hóa các dữ liệu trọng lực trên khu vưc thử nghiệm

- Nghiên cứu triết xuất các dữ liệu trọng lực tại các khu vực khó tiếp cận bằng các hàm nội suy tối ưu

- Thử nghiệm xây dựng một mảnh bản đồ dị thường trọng lực tỷ lệ 1:250.000 ở khu vực không có dữ liệu đo trọng lực trực tiếp

- Xây dựng quy trình tính toán xử lý các dữ liệu trọng lực trong khu vực không thể đo trọng lực trực tiếp trên Biển Đông

- Đề xuất phương án xây dựng và hoàn thiện dữ liệu trọng lực các vùng biển Việt Nam trên diện tích không thể bay đo với ô chuẩn 1’x1’ có độ chính xác 3mGal

Nội dung 4: Xây dựng CSDL và ứng dụng phần mềm để quản lý, khaithác dữ liệu dị thường trọng lực trên khu vực nghiên cứu thuộc vùng biểnViệt Nam

- Chuẩn hóa dữ liệu

- Nghiên cứu xây dựng CSDL Metadata

- Xây dựng CSDL trường trọng lực trên khu vực thử nghiệm (hai mảnh bản đồ tỷ lệ 1:250.000)

- Xây dựng quy trình công nghệ xây dựng CSDL trọng lực biển - Nghiên cứu xây dựng giải pháp quản lý dữ liệu

- Xây dựng quy trình cập nhật và khai thác CSDL trọng lực.

Do có Quyết định số 2680 /QĐ-BTNMT ngày 27 tháng 11 năm 2020 củaBộ TN&MT về việc ngừng thi công đề tài nên các chuyên đề từ 3.4 ÷ 3.6 và 4.1÷ 4.6 không được thực hiện.

CHƯƠNG II PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊNCỨU

II.1 Phạm vi, đối tượng nghiên cứu và cách tiếp cận 1 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài là nghiên cứu các phương pháp xử lý tổng hợp tài liệu trọng lực vệ tinh và trọng lực biển đo trực tiếp để xây dựng CSDL trọng lực toàn vùng biển Việt Nam nên đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài là toàn bộ tài liệu trọng lực, gồm cả vệ tinh và bay biển- tầu biển, hiện có trên vùng Biển Đông và lân cận.

2 Cách tiếp cận

Cách tiếp cận hệ thống: Để đạt được các mục tiêu đã đặt ra, Đề tài tiến

hành thực hiện các nội dung nghiên cứu một cách có hệ thống theo một trình tự hợp lý trên cơ sở áp dụng các phương pháp nghiên cứu phù hợp Các nội dung nhiệm vụ được tiến hành theo trình tự từ công tác nghiên cứu cơ bản; nghiên cứu cơ sở; thu thập tài liệu nghiên cứu mô hình trên thế giới; phân tích, đánh giá và đối sánh với điều kiện Việt Nam để lựa chọn mô hình phù hợp; xây dựng quy trình xử lý, tổng hợp và áp dụng thử nghiệm quy trình cho một vùng cụ thể.

Cách tiếp cận kế thừa: Các phương pháp đo và lập bản đồ trọng lực đã và

đang được phát triển phổ biến ở Việt Nam và nhiều nước trên thế giới Do vậy, một số phương pháp, mô hình và quy trình đã được nghiên cứu chi tiết, và áp dụng thành công cho một số khu vực Do vậy, để tiết kiệm chi phí, rút ngắn thời gian nghiên cứu mà vẫn đảm bảo hoàn thành đầy đủ các nội dung nhiệm vụ đã đặt ra, tập thể tác giả chủ trương học hỏi, thu thập các kiến thức và kinh nghiệm từ các nhà khoa học trong nước và quốc tế, kế thừa các kết quả của các công trình nghiên cứu liên quan đã thực hiện trước đây, áp dụng các phương pháp, mô hình, quy trình đã được công bố quốc tế, điều chỉnh bổ sung để áp dụng cho phù hợp với khu vực nghiên cứu thử nghiệm và cho các khu vực nghiên cứu ở Việt Nam.

Cách tiếp cận hệ thống và cách tiếp cận kế thừa chủ yếu thực hiện thông qua các công tác thu thập các tài liệu của các Đề tài, của các công trình nghiên cứu đã triển khai, các bài báo, sách và tạp chí quốc tế, các hội nghị, hội thảo

khoa học và thông qua các trao đổi hợp tác với các nhà khoa học, các tổ chức khoa học trong nước và trên thế giới.

Cách tiếp cận chuyên gia: Công tác xử lý, tổng hợp các tài liệu trọng lực

vệ tinh và trọng lực đo trực tiếp; nghiên cứu áp dụng các mô hình trọng trường thế giới đang có; nghiên cứu áp dụng các phương pháp nội suy và nội suy trọng lực; xây dựng cơ sở dữ liệu trọng lực biển trên cơ sở kết hợp các mô hình trọng lực vệ tinh hiện có với cơ sở tài liệu đo trực tiếp ở Việt nam; việc xây dựng quy trình tính toán và áp dụng quy trình vào thực tiễn phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm và hiểu biết của người nghiên cứu cũng như của người sử dụng các mô hình và công nghệ Do đó, các tác giả của đề tài đã phối hợp chặt chẽ với các chuyên gia chuyên ngành để áp dụng hiệu quả các kiến thức và kinh nghiệm chuyên môn, làm tăng độ chính xác các kết quả phân tích, xử lý, giải đoán các tài liệu trọng lực vệ tinh và trọng lực đo trực tiếp, hiệu chỉnh các phương pháp, quy trình tính toán, nâng cao chất lượng sản phẩm.

II.2 Phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật sử dụng

Đề tài đã áp dụng một loạt phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp thu thập, phân tích và tổng hợp tài liệu:

Nhằm đánh giá các dữ liệu trọng lực vệ tinh và các dữ liệu trọng lực đo trực tiếp hiện có Nghiên cứu các phương pháp đo trọng lực vệ tinh; đánh giá các nguồn sai số đo trọng lực vệ tinh; nghiên cứu các phương pháp xây dựng mô hình trọng trường Trái đất, các loại mô hình trọng trường hiện có Sử dụng phương pháp tính toán thông kê để đánh giá độ chính xác của trọng trường trái đất trên biển

- Phương pháp mô hình toán học: Sử dụng các phương pháp nội suy hàm xấp xỉ tối ưu là các phương pháp Collocasia và Kraing Trên cơ sở các số liệu trọng lực đo trực tiếp và các dữ liệu trọng lực vệ tinh xây dựng các hàm hiệp phương sai (hàm phương sai) thực nghiệm thích hợp cho từng khu vực từ đó xác định hàm nội suy trọng lực tối ưu cho từng vùng

- Sử dụng kỹ thuật lập bản đồ số, kỹ thuật xây dựng CSDL bản đồ và ứng dụng công nghệ GIS để xây dựng CSDL trọng lực.

II.3 Tính mới, tính độc đáo và sáng tạo của nghiên cứu

- Lần đầu tiên đã nghiên cứu và đưa vào áp dụng trong thực tiễn công tác địa vật lý ở Việt Nam các phương pháp nội suy và mô hình nội suy Kriging trên cơ sở sử dụng hàm hiệp phương sai lý thuyết và mô hình phương sai thực nghiệm nhằm nội suy giá trị trọng lực tại những khu vực không có tài liệu đo trọng lực trực tiếp, theo tài liệu vệ tinh trích xuất từ các mô hình trọng trường Trái đất phù hợp và tài liệu đo trực tiếp ở các vùng lân cận.

- Vùng biển rộng lớn Việt Nam có diện tích hơn 1 triệu ki lô mét vuông với cấu trúc địa chất phức tạp và nhiều nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá đang rất cần được nghiên cứu, đánh giá Trong việc nghiên cứu đó, tài liệu trọng lưc biển đóng vai trò hết sức quan trọng, nhưng do thời tiết phức tạp và nhiều vấn đề còn tranh chấp trên biển Đông nên nhiều khu vực chưa thể bay đo trọng lực được Do vậy, việc nghiên cứu áp dụng các phương pháp xử lý thống kê nhằm kết hợp tài liệu trọng lực vệ tinh có trên toàn vùng biển với tài liệu đo trực tiếp có rải rác trên nhiều diện tích để nội suy trọng lực cho những vùng trống là một giải pháp sáng tạo nhằm tạo ra cơ sở dữ liệu trọng lực biển có độ chính xác đáp ứng yêu cầu công tác nghiên cứu địa chất hiện nay.

CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

III.1 Nghiên cứu, đánh giá các mô hình trọng trường Trái đất và lựa chọnmô hình phù hợp nhất với vùng biển Việt Nam

III.1.1 Tổng quan về trọng lực vệ tinhIII.1.1.1 Nguyên lý đo trọng lực vệ tinh

trường trái đất, do vậy nếu xác định chính xác quỹ đạo vệ tinh có thể tính được thế trọng trường trái đất (thế nhiễu) Theo C.Forste, Rolf Komg utd, sự phụ thuộc đó có thể viết dưới dạng biểu thức tổng quát sau:

(1) Trong đó:

- Lực trọng trường bao gồm thế trọng trường với các hệ số của hàm điều hoà cầu.

- Các hiệu ứng phi trọng trường trái đất - Các số dư trọng lực không xác định

Từ đó, dựa vào cơ sở của “Lý thuyết nhiễu” (e.g Kaula 1966) và “Lý thuyết cân bằng năng lượng” (e.g Reigber 1969), … ta có thể xác định được thế trọng trường và giá trị trọng lực Trái đất.

Như vậy, đo trọng lực vệ tinh phụ thuộc vào việc xác định chính xác vị trí và vận tốc của vệ tinh Hiện nay, việc xác định vị trí, khoảng cách và vận tốc vệ tinh được hỗ trợ bởi công nghệ lazer (satellite lazer ranging-SLR), với thiết bị định vị và xác định quỹ đạo vệ tinh bằng sóng radio theo nguyên lý Doppler tích hợp trên vệ tinh (Doppler Orbitography and Radiopositioning Intergrated by Satellite) và thiết bị PRARE (Precise Range and Range-Rate Equipment) Hiện nay đã có những bước tiến rất quan trọng trong việc xác đinh quỹ đạo chính xác của vệ tinh theo thời gian Với việc phát triển của các hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu GNSS như hệ thống GPS (Mỹ), hệ thống GLONAS (Nga), hệ thống GALILEO (EU)… trong đó hạt nhân là hệ thống theo dõi vệ tinh tới vệ tinh

tiếp trên các vệ tinh và vì vậy, vị trí của quỹ đạo chuyển động vệ tinh được xác định chính xác liên tục theo thời gian Nghĩa là các số liệu trọng lực Trái đất cũng được cập nhật liên tục theo thời gian.

III.1.1.2 Một số vệ tinh trọng lực trên thế giớiIII.1.1.2.1 Vệ tinh CHAMP

Vệ tinh trọng lực thuộc dự án CHAMP (Challenging Milisatellite Payload) được phóng lên qũy đạo ở độ cao 350 ÷ km, đây là dự án trọng lực đầu tiên của Đức sử dụng máy định vị vệ tinh GPS đặt trên vệ tinh.

Hình 2: Sơ đồ bay của vệ tinh CHAMP

Mục đích là xác định chính xác quỹ đạo nhiễu của vệ tinh bằng hệ thống đo “High-low-Satellite-to Satellite Tracking –HLSST” Trên vệ tinh được lắp gia tốc kế “Accerometer” còn nhằm xác định các hiệu ứng phi trọng trường, do đó tách biệt được lực tác động lên bề mặt vệ tinh từ trường trọng lực trái đất Nhiệm vụ chính của vệ tinh CHAMP là xác định trường trọng lực trái đất và thành phần thay đổi trọng trường theo thời gian Trước vệ tinh CHAMP việc quan trắc vệ tinh để xây dựng mô hình trọng trường trái đất phải mất nhiều năm Từ khi có vệ tinh CHAMP và đặc biệt là GRACE, việc này chỉ mất vài tuần Sự thay đổi của trường trọng lực toàn cầu được ghi liên tục theo thời gian, do vậy việc mô hình hoá trường trọng lực toàn cầu cũng được xác định liên tục theo thời gian.

III.1.1.2.2 Vệ tinh GRACE

Vệ tinh trọng lực của dự án GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment ) được phóng lên quỹ đạo ở độ cao khoảng chừng 450 km

Hình 3: Sơ đồ bay của vệ tinh GRACE

Ngoài GRACE còn có hai vệ tinh CHAMP được trang bị máy thu GNSS và gia tốc kế để kiểm tra quỹ đạo và đo các hiệu ứng phi trọng lực Hai vệ tinh này bay cách nhau khoảng 220 km, và được hệ thống đo khoảng cách giao thoa sóng ngắn đo liên tục khoảng cách giữa chúng và tốc độ thay đổi khoảng cách với độ chính xác cao, điều này cung cấp thông tin bổ sung xác định trường trọng lực của trái đất (đạo hàm bậc nhất của thế trọng trường trái đất) Các dữ liệu thu được từ hai vệ tinh cho thấy sự khác nhau về gia tốc giữa chúng, hiệu gia tốc của hai máy gia tốc kế trên hai vệ tinh là cơ sở để xác định gradient trọng lực giữa hai vị trí của vệ tinh trên quỹ đạo Kỹ thuật này được gọi là kỹ thuật theo dõi vệ tinh tới vệ tinh theo phương thức thấp – thấp (Satellite-to-satellite Tracking in the Low-Low mode-SST-LL) Các mô hình trọng trường trái đất được xây dựng dựa trên các dữ liệu của vệ tinh CHAMP hoặc vệ tinh GRACE đều có dải bước sóng trung và bước sóng dài (Các mô hình có bậc và hạng thấp thường nhỏ hơn 200).

III.1.1.2.3 Vệ tinh GOCE

Vệ tinh GOCE được trang bị hệ thống đo gradient trọng lực vệ tinh Một trong những nhiệm vụ quan trọng của trọng lực vệ tinh là nghiên cứu xác định chính xác giá trị trọng lực thay đổi theo độ cao Do vậy vệ tinh trọng lực ngoài việc được trang bị các thiết bị định vị vệ tinh GNSS như các hệ thống vệ tinh CHAMP hoặc GRACE nhằm xác định chính xác quỹ đạo chuyển động bằng kỹ thuật “High-Low Satellite-to-Satellite tracking” mà còn được trang bị hệ thống máy trọng lực vệ tinh hiện đại (Gradiometer) để đo trọng lực từ vệ tinh, vệ tinh

gradient trọng lực vệ tinh được đo cho từng cặp máy trên 3 trục vuông góc với nhau đồng nghĩa với việc xác định hiệu gia tốc 3 chiều trên khoảng cách ngắn (50cm).Việc kết hợp kỹ thuật xác định trường trọng lực trái đất với các sóng dài bằng kỹ thuật “Satellite-to Satellite tracking” và kỹ thuật đo trọng lực trực tiếp từ vệ tinh để xác định trường trọng lực trái đất với các bước sóng ngắn đã cho phép nghiên cứu xác định khá chính xác trường trọng lực toàn cầu và sự thay đổi của trường trọng lực trái đất theo thời gian Đây là những kết quả quan trọng phục vụ cho các nghiên cứu về trái đất về sự biến đổi của vật chất và sự chuyển động của các dòng chảy trên các đại dương của trái đất

III.1.2 Tổng quan về các mô hình trọng trường Trái đấtIII.1.2.1 Khái niệm về mô hình trọng trường toàn cầu

Mô hình trọng trường toàn cầu là hàm toán học mô tả trọng lực của trái đất trong không gian 3 chiều, nghiên cứu xác định trường trọng lực toàn cầu là một trong những nhiệm vụ chủ yếu của trắc địa và địa vật lý, nó phục vụ như một dữ liệu tham chiếu của trắc địa để xác định mô hình Geoid-bề mặt tham chiếu độ cao và cung cấp các thông tin quan trọng về cấu trúc và chuyển dịch của vỏ trái đất Như đã biết thế trọng trường ngoài trái đất thoả mãn hàm Laplace và có thể triển khai dưới dạng hàm điều hoà cầu Như vậy thế trọng trường trái đất W (thế nhiễu T), dị thường trọng lực Δg, độ cao geoid N… đều

hệ số của hàm điều hoà cầu có hạng n và bậc m Theo lý thuyết các hệ số điều hoà cầu có hạng và bậc càng cao thì độ chính xác của mô hình trọng trường được thành lập cũng cao hơn và gần với hình dạng của trái đất thực hơn Trong thực tế các mô hình trọng lực toàn cầu được xây dựng dựa trên hai dạng dữ liệu Một loại mô hình được xây dựng chỉ dựa vào dữ liệu vệ tinh như các mô hình CHAMP, GRACE và GOCE và loại mô hình được xây dựng dựa trên việc kết hợp giữa các dữ liệu mặt đất và các dữ liệu vệ tinh Trên cơ sở đó người ta đã xây dựng được nhiều mô hình trọng trường trái đất, trong đó các mô hình kết hợp điển hình là: Mô hình Osu-91 có n = m = 180 (1991), mô hình EGM-96 có n = m = 360 (1996), mô hình EGM2008 có n = 2159 và m = 2159 (2008) và gần đây có các mô hình trọng trường kết hợp có độ phân giải rất cao như các mô hình EIGEN-6C4 (2014) với n = m = 2059, mô hình GECO (2015) với n = m =

2190 và mô hình SGG-UGM-1 (2018) có n = m = 2159 Các mô hình xây dựng chỉ từ dữ liệu vệ tinh có độ phân giải thấp hơn chỉ tới bậc tối đa 300 là các mô hình GOCE hoặc mô hình kết hợp giữa dữ liệu vệ tinh CHAMP, GRACE và GOCE, v.v Các mô hình trọng trường có số hạng và bậc của hệ số hàm điều hoà cầu cao có độ chính xác tốt hơn đáng kể theo kết quả đánh giá các mô hình trọng trường ở biển Việt Nam của Nguyễn Văn Sáng (2016) với độ chính xác

III.1.2.2 Một số mô hình trọng trường Trái đất1 Các loại mô hình trọng trường toàn cầu

Mô hình trọng trường trái đất được chia thành hai loại:

- Mô hình trọng trường trái đất được lập chỉ từ dữ liệu vệ tinh.

- Mô hình trọng trường trái đất được xác định bằng việc kết hợp dữ liệu vệ tinh và dữ liệu đo trực tiếp.

Các mô hình được lập chỉ từ dữ liệu vệ tinh có độ phân giải thấp chỉ khoảng 100km hoặc lớn hơn do sóng ngắn của trường trọng lực sẽ suy giảm khi khoảng cách vệ tinh càng xa trái đất đạt (R/r)n→min và do quỹ đạo bay của vệ tinh không thể nhỏ hơn (250-280km) Còn mô hình trọng lực toàn cầu được xây dựng từ các dữ liệu đo mặt đất và dữ liệu đo cao vệ tinh cho phép xây dựng mô hình có độ phân giải cao hơn, gần với hình dạng thực của Trái đất và không bị ảnh hưởng sai số do mô hình biển.

Các mô hình được xây dựng chỉ từ dữ liệu vệ tinh có độ phân giải thấp (khoảng từ 80 ÷ 100 km) và có bậc và hạng lớn nhất chỉ trong khoảng 100 ÷ 300 là các mô hình vệ tinh CHAMP, GRACE, GOCE và một số mô hình khác.

Các mô hình kết hợp có độ phân giải cao (khoảng 8 ÷10km) như các mô hình EGM2008 có bậc và hạng 2159, mô hình EIGEN-6C4 có bậc và hạng 2190, v.v Dưới đây giới thiệu một số mô hình kết hợp có độ phân giải cao.

2 Một số mô hình trọng trường Trái đất có bậc và độ phân giải cao

Tổ chức International Centre for Global Earth Models (ICGEM), là tổ