8. í nghĩa khoa học và thực ti ễn
1.2Về nghiờn cứu TTBT cho khu vực Việt Nam và lõn cận
Mụ hỡnh TTBT của mỗi quốc gia rất quan trọng trong thăm dũ khoỏng sản và một số mục đớch khỏc. Quỏ trỡnh xõy dựng mụ hỡnh TTBT cho lónh thổ Việt Nam từ những năm 1960 cho đến năm 1988 đó được Nguyễn Văn Giảng [3] tổng kết trong luận ỏn của mỡnh và cú thể túm tắt lại như sau:
Bản đồ TTBT đầu tiờn ở Việt Nam cho niờn đại 1961.0 được Tổng cục Địa chất thành lập cho thành phần thẳng đứng (Z) và trường toàn phần (F) đối với phần miền Bắc.
Năm 1970, Nguyễn San đó thành lập bản đồ TTBT cho cỏc thành H, Z, F trờn cơ sở 70 điểm đo tuyệt đối do Đoàn 35 tiến hành đo tập trung tại cỏc vựng nhỏ phớa Bắc Việt Nam như: Phỳc Yờn, Bắc Cạn, Đỡnh Lập, Vinh và Sơn La. Tuy nhiờn cỏc kết quả này cũn cú hạn chế là cỏc phộp đo sử dụng thiết bị cú độ chớnh xỏc kộm và khụng đo độ từ thiờn D; cỏc số liệu chỉ tập trung những vựng nhất định khụng phõn bốđều khắp cho toàn miền Bắc.
Đến năm 1974, Lờ Minh Triết và nnk [19] đó thành lập bản đồ TTBT cho miền Bắc Việt Nam cho niờn đại 1973.0. Trong nghiờn cứu này cỏc tỏc giả đó sử dụng số liệu của 69 điểm đo thành phần H và Z phõn bố tại miền Bắc và đó sử dụng phương phỏp xấp xỉđa thức bậc 2:
F(φ,λ)=F0 + A∆φ + B∆λ + C(∆φ)2 + D∆φ∆λ + E(∆λ)2 (1.1) Trong đú, Flà giỏ trị trường bỡnh thường tại điểm cú tọa độ (φ,λ), F0 là giỏ trị trường bỡnh thường tại điểm gốc cú tọa độ (φ0,λ0) và (∆φ, ∆λ) là hiệu giỏ trị theo kinh độ và vĩ độ của điểm (φ,λ) với điểm gốc cú tọa độ (φ0,λ0) cỏc hệ số F0, A, B, C, D, E
được xỏc định bằng phương phỏp bỡnh phương tối thiểu. Cỏc tỏc giả đó xõy dựng bản đồ trường bỡnh thường cho cỏc thành phần F, H, Z cho toàn bộ miền Bắc Việt Nam với sai số là ±25nT. Tuy nhiờn, trong cụng trỡnh này cỏc tỏc giả cũng nờu ra một số hạn chế như: sai số tớnh toỏn cũn cao, thiếu số liệu tại vựng biờn, cỏc phộp đo cú độ chớnh xỏc khụng cao, thiếu thành phần D của từ trường.
Năm 1979 Hà Duyờn Chõu [1] đó sử dụng 69 điểm số liệu trờn để tớnh toỏn lại trường bỡnh thường cho miền Bắc Việt Nam cũng bằng đa thức bậc 2 nhưng sử dụng phộp lọc cỏc điểm cú dị thường lớn và kết quả bản đồ cỏc thành phần của trường trường bỡnh thường H, Z, F và I cho niờn đại 1973.0 với chọn điểm gốc tại tọa độ ϕo = 16o40'N, λo = 106010'E. Giỏ trị phương sai σ cho cỏc thành phần là σF=80.0nT, σH=40.8nT, σZ=69.7nT.
Cỏc cụng trỡnh nghiờn cứu về từ trường bỡnh thường miền Bắc Việt Nam do Phũng Vật lý địa cầu, Viện cỏc khoa học về Trỏi Đất thực hiện) Phạm Văn Thục và nnk [18]) dựa trờn gần 300 điểm đo với cỏc thiết bị cú độ chớnh xỏc cao hơn và phương phỏp đo phự hợp hơn với việc đo cả thành phần D của từ trường. Cỏc tỏc giả đó xõy dựng bản đồ phõn bố của cỏc thành phần F, H, Z, D và I của trường địa từ. Với độ chớnh xỏc của F, H, Z là ±25nT và ±3.4 phỳt cho D. Để hoàn chỉnh bản đồ trờn cả nước, nhúm tỏc giả trờn đó thu thập thờm số liệu cỏc điểm đo từở miền nam Việt Nam với việc sử dụng cỏc thiết bị cú độ chớnh xỏc cao hơn (từ kế proton) và tập bản đồ cỏc yếu tố từ mặt đất niờn đại 1975,5 đó được cụng bố bởi Trương Quang Hảo và nnk [4].
Năm 1988, Nguyễn Văn Giảng [3] sử dụng chuỗi số liệu trường từ thu được trờn vệ tinh MAGSAT (1980-1981) và phương phỏp phõn tớch điều hũa cầu để thu được cỏc hệ số Gauss cho mụ hỡnh trường từ bỡnh thường với bậc n=13. Từ cỏc hệ số Gauss thu được, việc tớnh toỏn TTBT cho khu vực Việt Nam đó được thực hiện và so sỏnh với số liệu đo được trờn mặt đất tại 20 điểm chuẩn trong tập bản đồ “cỏc yếu tốđịa từ mặt đất Việt Nam” và 30 điểm đo trờn biển của tàu “Nỳi lửa”. Độ lệch tớnh theo mụ hỡnh và giỏ trị đo là ∆X=2.6nT, ∆Y=13nT, ∆T=-6nT, ∆H=-3.7nT, ∆D=2.8 phỳt. Sử dụng mụ hỡnh TTBT đó tớnh như vậy, tỏc giả đó tỏch trường dị thường theo số liệu đo trờn 12 tuyến mặt đất với tổng chiều dài 3500km cựng với 1
tuyến chạy dài từ Năm Căn đến Mốo Vạc, và nhận thấy là mụ hỡnh TTBT tớnh từ số liệu MAGSAT đó chọn thớch hợp trong việc tỏch trường dị thường ở khu vực Việt Nam. Từ mụ hỡnh tớnh toỏn được kết hợp với kết quả tớnh biến thiờn thế kỷ, tỏc giả đó đưa ra mụ hỡnh từ trường bỡnh thường cho cỏc niờn đại từ 1960 – 1980. Tuy nhiờn, ngày nay chỳng ta biết rằng vệ tinh MAGSAT chỉ cho số liệu trong thời gian rất ngắn (30/10/1979 – 11/6/1980) cũng nhưđộ cao quỹ đạo của nú thay đổi nhiều (từ 352km-578km) và độ chớnh xỏc của phộp đo là khụng cao (với F là ±1nT và cỏc thành phần là ±3nT) và cộng với cỏc sai số khỏc dẫn đến tổng cỏc sai số cho mụ hỡnh TTBT này khỏ cao là ±60nT. Những vệ tinh sau này sử dụng cỏc thiết bị đo đạt độ chớnh xỏc cao hơn nhiều, hơn nữa với mụ hỡnh TTBT này tỏc giả đó sử dụng phương phỏp phõn tớch điều hũa cầu đến bậc n=m=13, tức là đó quan tõm đến cỏc súng cú bước súng khoảng 3000km. Tuy nhiờn, ngày nay cú rất nhiều nghiờn cứu chi tiết đũi hỏi phải mụ hỡnh húa trường từ của lớp vỏ Trỏi Đất nằm nụng hơn để cú thể biểu diễn được khụng những trường lưỡng cực, trường lục địa mà cũn cả phần trường khu vực, do vậy cần quan tõm đến những súng cú bước súng nhỏ hơn, khi đú cần phải cú nhiều số liệu hơn và thời gian tớnh toỏn sẽ lõu hơn và điều này cú thể dẫn đến sai số tớnh toỏn sẽ tăng lờn nếu phõn bố số liệu khụng đều và rộng khắp hoặc dẫn đến sự chờnh lệch giữa số liệu đo đạc và mụ hỡnh tăng lờn.
Năm 1992 Nguyễn Thị Kim Thoa và nnk [16] đó xõy dựng bản đồ trường bỡnh thường cho lónh thổ Việt Nam dựa vào phương phỏp đa thức bậc hai và số liệu trờn mạng lưới 56 điểm đo phõn bố khỏ đều khắp toàn lónh thổ, trong đú cú 18 điểm là cỏc cột mốc vĩnh cửu, cỏc điểm cũn lại là cột mốc tạm thời. Để thực hiện nghiờn cứu này, cỏc phộp đo đạc được sự giỳp đỡ của Viện Vật lý địa cầu Paris gồm từ kế Proton cú độ phõn giải 0,1nT kớnh kinh vĩ cú độ phõn giải với đo D và I là 0.1’’. Sai số của việc đo đạc và xử lý số liệu quy về năm 1991.5 đối với cỏc thành phần là: σF = 9nT, σH = 9nT, σZ = 4.5nT, σD = 1’’. Kết quả thu được là cỏc phương trỡnh biểu diễn trường cho cỏc thành phần H, Z, F và I cho niờn đại 1991.0.
Năm 1997 Hà Duyờn Chõu [2] đó tiến hành đo lặp tại 56 điểm trờn, với năm điểm khụng đỏp ứng được yờu cầu đó phải di chuyển và tỏc giả cũng đó xõy dựng bản đồ trường bỡnh thường cho niờn đại 1997.5 cho cỏc thành phần của trường từ
dựa vào phương phỏp đa thức bậc 2. Năm 2003 Hà Duyờn Chõu [33] tiếp tục tiến hành đo lặp lần thứ hai tại 58 điểm đo. Tỏc giả cũng đó xõy dựng bản đồ trường bỡnh thường cho niờn đại 2003.5 cho cả 7 thành phần của trường từ cũng dựa vào phương phỏp đa thức bậc 2. Cần chỳ ý rằng cỏc bản đồ TTBT này đều chỉ cú phần lónh thổ Việt Nam, cũn phần lónh hải rộng lớn của Việt Nam đều khụng cú số liệu. Đõy cũng là tập bản đồ TTBT cho lónh thổ Việt Nam được thành lập gần đõy nhất.
1.2.2 Sử dụng phương phỏp SCHA để tớnh TTBT cho một khu vực
Phương phỏp phõn tớch điều hũa chỏm cầu (SCHA) đó được Haines [54] cụng bố lần đầu tiờn vào năm 1985. Phương phỏp SCHA cho phộp mụ hỡnh húa TTBT cho một khu vực hay cho một quốc gia khi chỳng ta chỉ cú số liệu trường từ trong khu vực hay quốc gia đú và nú cú ưu điểm là cú thể sử dụng số liệu ở những độ cao khỏc nhau để tớnh toỏn. Cho đến nay, việc sử dụng phương phỏp SCHA với số liệu trường từ thu được trờn cỏc vệ tinh để mụ hỡnh húa TTBT và biến thiờn thế kỷ cho mỗi quốc gia hay cho một khu vực đó được nhiều nước trờn thế giới thực hiện và đó thu được những kết quả khỏ tốt. Những mụ hỡnh TTBT này khụng những phản ỏnh được trường từ chớnh của Trỏi Đất mà nú cũn biểu diễn được cả trường lục địa rộng lớn và một phần trường khu vực khi nú cú thể phản ỏnh được cỏc súng cú bước súng cỡ vài trăm km; đõy chớnh là một ưu thế của phương phỏp SCHA so với phương phỏp phõn tớch điều hũa cầu thụng thường. Điều này khỏ quan trọng, chẳng hạn như trong nghiờn cứu dị thường từ, để làm nổi bật lờn những dị thường cần quan tõm, người ta mong muốn loại bỏđi cả những trường từ của lớp đất đỏ nằm trong vỏ Trỏi Đất.
Đầu tiờn là nghiờn cứu của Haines [55-57] sử dụng số liệu vệ tinh MAGSAT và số liệu từ hàng khụng kết hợp với số liệu đài trạm mặt đất để xõy dựng bản đồ TTBT cho Canada niờn đại 1980.0, tỏc giảđó lựa chọn gúc chỏm cầu θ0=300 và bậc khai triển Kmax=16, và kết quả là đó thành lập được bản đồ TTBT thành phần H và Z cho toàn bộđất nước Canada và vựng lõn cận.
Santis [104-105] đó sử dụng số liệu vệ tinh MAGSAT để lập bản đồ cỏc thành phần TTBT cho Italia bằng phương phỏp SCHA và phương phỏp đa thức bậc
2, sau khi so sỏnh hai kết quả đó đi đến kết luận rằng bản đồ TTBT tớnh bằng phương phỏp SCHA cho sai số thấp hơn. Trong [39], Duka đó sử dụng số liệu vệ tinh MAGSAT và sử dụng phương phỏp SCHA, phương phỏp DESI (nghịch đảo nguồn tương đương lưỡng cực), phương phỏp PESI (nghịch đảo nguồn tương đương đa thức), phương phỏp MESI (nghịch đảo nguồn tương đương đơn cực), phương phỏp RHA (điều hũa hỡnh chữ nhật) để xõy dựng bản đồ TTBT và dị thường từ cho lónh thổ Italia. Duka cũng đó nhận thấy rằng mụ hỡnh trường từ bỡnh thường cho lónh thổ Italia tớnh bằng phương phỏp SCHA cho sai số thấp hơn cỏc phương phỏp cũn lại. Ngoài ra tại khu vực chõu Âu cũn cú nghiờn cứu của Korte [65] ,[66]... cũng sử dụng phương phỏp SCHA để tớnh TTBT cho khu vực.
Tương tự, Kotzộ [64] đó sử dụng số liệu vệ tinh ỉrsted trong vũng 2 thỏng (từ thỏng 12/1999 đến 1/2000) để mụ hỡnh húa trường từ cho khu vực Nam Mỹ tớnh cho niờn đại 2000.0 (Hỡnh 1.7). Trong nghiờn cứu này, tỏc giả đó lựa chọn gúc chỏm cầu θ0=200 và bậc khai triển Kmax=8 cho phần trường cú nguồn gốc bờn trong. Như vậy mụ hỡnh TTBT này đó biểu diễn được cỏc súng cú bước súng khoảng 1200km.
Hỡnh 1.7: TTBT niờn đại 2000.0 thu được tại Nam Mỹ với thành phần H (hỡnh trỏi) và thành phần Z (hỡnh phải) (Theo Kotzộ và Haak, [64]).
Ở khu vực chõu Á, An [26] đó sử dụng phương phỏp SCHA với số liệu tại 220 điểm đo lặp và cỏc đài địa từ tại Trung Quốc và Mụng Cổ để tớnh TTBT và dị thường từ cho vựng đất liền của cả khu vực rộng lớn kộo dài từ vĩđộ 200N-700N và kinh độ từ 400E - 1600E. Tương tự, Gu [51] đó sử dụng số liệu tại 170 điểm đo trờn toàn lónh thổ Trung Quốc và ỏp dụng phương phỏp SCHA để tớnh TTBT cho toàn bộ khu vực niờn đại 2003.0 với Kmax=8 và thu được bản đồ TTBT cho toàn bộ khu vực nghiờn cứu với độ lệch giữa đo đạc và mụ hỡnh cho cỏc thành phần X, Y, Z như sau: σX=84.9nT, σY=76.9nT σZ=119.1nT.
Qamili [89-90] đó sử dụng phương phỏp SCHA với số liệu thu được trờn cỏc vệ tinh CHAMP, Orsted và cỏc điểm đo lặp để tớnh cho Albania và phớa đụng Italia cho niờn đại 1990.0; 1995.0; 2010.0 tại cỏc điểm đo lặp và đài địa từ thuộc Albania và Italy để mụ hỡnh húa TTBT cho khu vực từ năm 1988 đến 2010. Gaya-Piquộ [50] đó sử dụng số liệu CHAMP và số liệu đài trạm để mụ hỡnh húa trường từ bỡnh thường cho Nam cực từ năm 1960 đến năm 2000. Tỏc giả cũng so sỏnh bản đồ TTBT thu được từ cỏc vệ tinh POGO, MAGSAT, and ỉrsted và kết luận rằng bản đồ TTBT thu được từ số liệu CHAMP cho độ lệch bỡnh phương trung bỡnh nhỏ hơn so với bản đồ TTBT tớnh từ cỏc số liệu khỏc. Thộbault [108],[118] đó sử dụng số liệu trờn CHAMP và số liệu cỏc điểm đo lặp để mụ hỡnh húa TTBT cho toàn bộ nước Phỏp cho cỏc niờn đại khỏc nhau 2000.0; 2005.0 và 2007.5 để tớnh ra biến thiờn thế kỷ cho từng thời kỳ.
Năm 2011, Zhi [114] đó sử dụng số liệu tại 88 điểm đo trường địa từ trong khu vực giới hạn theo vĩđộ từ 30N đến 230N và theo kinh độ 1100-1300E để mụ hỡnh húa trường từ cho khu vực Philippin niờn đại 2005.0 bằng phương phỏp SCHA và phương phỏp đa thức Taylor. Kết quả đó xõy dựng được cỏc bản đồ TTBT của 7 thành phần của trường từ cho khu vực nghiờn cứu và cho thấy rằng mụ hỡnh dựng phương phỏp SCHA mụ tả cỏc thành phần trường từ rừ ràng hơn phương phỏp phõn tớch đa thức và độ lệch bỡnh phương trung bỡnh của phương phỏp SCHA thấp hơn. Như vậy, trờn thế giới đó cú nhiều nghiờn cứu về việc sử dụng phương phỏp SCHA để mụ hỡnh húa TTBT cho nhiều quốc gia khỏc nhau sử dụng số liệu thu
được tại cỏc đài địa từ hoặc trờn cỏc vệ tinh cũng như kết hợp với nhiều số liệu khỏc. Cỏc bản đồ TTBT tớnh cho từng quốc gia bằng phương phỏp SCHA là rất tin cậy và thường cú độ lệch nhỏ hơn so với cỏc phương phỏp khỏc. Cũn tại Việt Nam, ngoài cụng trỡnh của Nguyễn Văn Giảng cũn lại hầu hết những nghiờn cứu gần đõy, để mụ hỡnh húa TTBT cho Việt Nam cỏc tỏc giả thường sử dụng số liệu tại cỏc đài địa từ, cỏc điểm đo lặp hay cỏc điểm đo từ tạm thời và thường dựng phương phỏp đa thức bậc hai, nhưng thụng thường phương phỏp này chỉ phự hợp với một khu vực nhỏ và hơn nữa do lónh thổ Việt Nam kộo dài, bề ngang hẹp nờn và cỏc số liệu khụng thể phõn bốđều khắp lónh thổ lónh hải. Do vậy, mụ hỡnh TTBT vẫn cũn sai số cao, chưa phản ỏnh hết phần trường khu vực và nhất là vựng lónh hải của Việt Nam, nơi chỳng ta cú rất ớt số liệu nờn việc nghiờn cứu trường bỡnh thường và trường dị thường cho vựng này cũn nhiều hạn chế.
1.3 Số liệu phục vụ nghiờn cứu
1.3.1 Quan sỏt trường từ bằng cỏc vệ tinh
Qua gần một nửa thập kỷ qua, chỳng ta đó cú gần 20 vệ tinh khỏc nhau chuyờn dụng cú gắn cỏc thiết bị đo đạc trường địa từ với danh sỏch và một số tham số chớnh được nờu trong bảng 1.2. Trong khoảng thời gian những năm 1960-1980, do hạn chế về cụng nghệ, cỏc vệ tinh COSMOS và chuỗi vệ tinh OGO chỉđo trường tổng (F) và cỏc thiết bị cú độ chớnh xỏc rất thấp. Backus [27] đó chỉ ra rằng việc chỉ sử dụng số liệu trường tổng để mụ hỡnh húa trường từ trờn toàn cầu là bài toỏn phi tuyến sẽ gõy nờn sai số lớn trong vựng vĩ độ thấp (nhỏ hơn 200) so với mụ hỡnh trường xõy dựng từ ba thành phần X, Y, Z; hiệu ứng này hiện nay thường được gọi là hiệu ứng Backus. Điều này cũng đó được Holme [60] cho thấy rừ khi sử dụng số liệu thu được trờn vệ tinh CHAMP, sự chờnh lệch giữa mụ hỡnh chỉ sử dụng F và mụ hỡnh sử dụng cả ba thành phần của trường từ với thành phần thẳng đứng (Z) cú thể lờn đến 2400nT. Do vậy, sau những năm 1980 người ta đều thiết kế phúng cỏc vệ tinh đều đo đồng thời cả ba thành phần của trường từ và trường tổng.
Cho đến nay, cỏc số liệu trường địa từ thu được trờn cỏc vệ tinh cú quỹ đạo thấp như MAGSAT, ỉrsted, CHAMP và SAC-C là những số liệu đo cú mật độ dày đặc và đồng nhất của trường địa từ với độ phõn giải khỏ tốt. Tuy nhiờn, vệ tinh
MAGSAT chỉ kộo dài khoảng sỏu thỏng, từ giữa năm 1979 đến đầu năm 1980, với