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

trên các đảo. Khoảng cách giữa các điểm 150 - 300 km. Đo l−ới trọng lực hạng I bằng 10 máy trọng lực tuyệt đối GAG-2, ph−ơng tiện đo dùng máy bay IL14, DC8. Các điểm trọng lực đều đ−ợc chôn mốc bê tông cốt sắt có kích th−ớc: 100cm x 150cm x 50cm. Độ chính xác đo trọng lực hạng I: mGalM g 04,0±≤∆ . Hiện nay, chỉ còn 7 mốc trọng lực hạng I trên thực địa, 18 mốc trọng lực đã bị mất. Trong thời gian 1987- 1988, với mục đích hiện đại hoá hệ thống trọng lực quốc gia đã tiến hành xây dựng lại l−ới trọng lực hạng I. Hệ thống trọng lực hạng 7 I có 10 điểm phân bố đều trong cả n−ớc. Khoảng cách giữa các mốc từ 200 - 400 km. Các mốc chủ yếu đ−ợc đặt ở sân bay. Độ chính xác của các điểm trọng lực hạng I: mGalM g 03,0±≤∆ . Độ cao các điểm trọng lực hạng I đ−ợc đo với độ chính xác của thuỷ chuẩn hạng II ( Lmm5 ). Hiện nay, chỉ còn 7 điểm trọng lực, 3 điểm đã bị mất mốc (xem Phụ lục 5). 1.6 L−ới trọng lực hạng II L−ới trọng lực hạng II đ−ợc xây dựng trong khoảng từ năm 1973 - 1977 có tổng số 148 điểm trọng lực hạng II. Các điểm trọng lực hạng II đ−ợc chôn mốc bê tông có kích th−ớc 80cm x 100cm x 50cm. Các điểm trọng lực hạng II đ−ợc đặt dọc theo các đ−ờng quốc lộ, sân bay. Đo trọng lực bằng các ô tô giảm sóc và bằng máy bay trực thăng Mi-8, Mi-4. 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. 1.7 L−ới trọng lực hạng III và trọng lực chi tiết Trong khoảng thời gian từ 1976 đến 1980 đã tiến hành xây dựng l−ới trọng lực hạng III. ở n−ớc ta, đã có tổng số hơn 500 điểm trọng lực hạng III đ−ợc đo. L−ới trọng lực hạng III đ−ợc xây dựng dựa trên l−ới 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 l−ới 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 đ−ợc 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 n−ớc tr−ớc 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 tr−ớc 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 n−ớc 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 8 mật độ điểm trọng lực rất dày đã đạt tới 200- 400 m/điểm nh− ở Tây Nguyên và miền Trung Việt Nam. Tổng cộng có khoảng gần 32.000 điểm trọng lực đã đ−ợc thu thập và đánh giá độ chính xác. Các điểm trọng lực chi tiết đ−ợc đo với độ chính xác khoảng 0,6 mGal. Tuy nhiên, dị th−ờng trọng lực Bouger hoặc dị th−ờng 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 đ−ợc mô hình GRID trọng lực với các ô có kích th−ớc 3’ x 3’ (5km x 5km) có độ chính xác: mGalM g 35,0±≤∆ . 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 th−a, độ chính xác đạt khoảng từ 5 đến 6 mGal. 1.8 Các dữ liệu trọng lực biển và trọng lực vệ tinh Đã thu thập đ−ợc khoảng 30.000 điểm trọng lực chi tiết đo trên biển chủ yếu là của các công ty n−ớc ngoài đo đạc trọng lực chi tiết để thăm dò, tìm kiếm dầu khí. Các dữ liệu trọng lực trên đ−ợc 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 n−ớc 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 đ−ợc 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 đ−ợc dị th−ờng 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 th−ờng trọng lực ở trên biển xác định từ đo cao Altimetry có độ chính xác từ 6 - 8 mGal, độ chính xác này gần t−ơng đ−ơng với độ chính xác đo trọng lực trực tiếp trên biển.Các độ chính xác trên đ−ợc 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 đánh giá của n−ớc ngoài. 1.9 Các dữ liệu trọng lực ở Lào Trong thời gian từ 1983 đến 1984, trên lãnh thổ Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào đã tiến hành xây dựng hệ thống trọng lực bao gồm: − Điểm gốc trọng lực ở Viêng Chăn. − L−ới trọng lực hạng II − L−ới trọng lực hạng III − Đo trọng lực chi tiết trên các mốc thuỷ chuẩn hạng II và hạng III. 9 Hệ thống trọng lực ở Lào do Liên Xô tr−ớc đây giúp đỡ. * Điểm gốc trọng lực Điểm gốc trọng lực ở Lào đ−ợc xây dựng ở thủ đô Viêng Chăn. Điểm gốc đ−ợc đo nối với điểm gốc trọng lực ở Liodovo của Nga bằng 4 máy trọng lực t−ơng đối con lắc AGAT. Độ chính xác đo trọng lực đạt mGalM g 05.0±= . Hệ thống trọng lực của Lào trong hệ IGSN-71. * L−ới trọng lực hạng II Gồm có 16 điểm đ−ợc 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 t−ơng đối: GAG-2, GNU-K2, GAK-PT đo theo ch−ơng trình A-B-A hoặc A-B-B- A (đo máy AGAT). Độ chính xác của l−ới trọng lực hạng II: mGalM g 15,010,0 −±=∆ , độ chính xác này t−ơng đ−ơng với độ chính xác trọng lực hạng III của Việt Nam. * L−ới 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 t−ơng đối nh− đo trọng lực hạng II. Độ chính xác của l−ới 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 mGalM g 0,1±=∆ . Sử dụng máy trọng lực loại GNU-K2 và GAK-PT để đo. Đo theo ch−ơng 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 − 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 3 km) và trên biển khoảng 40 km2/điểm. Tuy vậy, mật độ trên là rất không đồng đều; − ở đất liền, vùng đồng bằng mật độ 2 - 4 km2/điểm, vùng núi cao, biên giới tới 30 km2/điểm, thậm chí 60- 80 km2/điểm. ở trên biển mật độ rất không đồng đều, các điểm trọng lực hầu hết đ−ợc đo tập trung theo tuyến, vì vậy có nhiều khu vực bỏ trống ch−a có giá trị đo trọng lực chi tiết; − Độ chính xác của dị th−ờng trọng lực ch−a cao, độ chính xác dị th−ờng trọng lực đạt mGalmGal 0,20,1 −± trên đất liền và mGal65 − ở trên biển. Độ chính xác nội suy cho đất liền đạt trung bình mGal5,3± và ở trên biển đạt khoảng 10 mGal106 − . Độ chính xác giá trị trọng lực tuyệt đối đạt mGalmg 05,0±= (Tính cả sai số điểm gốc Mátcơva); − 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 đ−ờng thuỷ chuẩn hạng II và hạng III ở Lào, còn ở Campuchia ch−a có giá trị trọng lực đo trực tiếp nào. Độ chính xác của các giá trị dị th−ờng trọng lực ở Lào không cao. Các điểm trọng lực chi tiết có độ chính xác của dị th−ờng trong lực mGal0,1± t−ơng đ−ơng với độ chính xác trọng lực ở Việt Nam. 2. Xây dựng L−ới trọng lực quốc gia L−ới trọng lực quốc gia là l−ới cơ sở để thực hiện các nghiên cứu về trọng lực với mục đích nghiên cứu tr−ờng trọng lực và hình dạng trái đất, nghiên cứu sự thay đổi của trọng tr−ờng theo thời gian đồng thời giải quyết các nhiệm vụ khoa học và phát triển kinh tế khác. L−ới 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 t−ơng đối. L−ới trọng lực quốc gia Việt Nam đ−ợc xây dựng trong giai đoạn hiện nay bao gồm l−ới trọng lực cơ sở quốc gia và l−ới trọng lực hạng I. Đây là hệ thống các điểm trọng lực đ−ợc xác định ở thực địa và đ−ợc xác định các giá trị trọng lực g bằng đo trọng lực tuyệt đối và đo trọng lực t−ơng đối, đ−ợc xác định tọa độ và độ cao giữa chúng có các quan hệ bằng các giá trị đo nối với nhau. L−ới trọng lực cơ sở quốc gia là l−ới 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. L−ới đ−ợc đo nối với hệ thống trọng lực quốc tế và khu vực nhằm thống nhất và chuẩn hoá hệ thống trọng lực. L−ới 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 l−ới trọng lực cơ sở quốc gia đ−ợc đặt ở điểm Láng - Hà Nội. Một trong những nhiệm vụ chủ yếu của l−ới trọng lực cơ sở quốc gia là nghiên cứu sự thay đổi của tr−ờng trọng lực theo thời gian để phục vụ cho mục đích này, trên các điểm trọng lực cơ sở đ−ợc 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 th−ờng xuyên theo từng chu kỳ nhất định th−ờng là từ 8 đến 10 năm thực hiện việc đo lặp trọng lực tuyệt đối và trọng lực t−ơng đối với độ chính xác cao nhất có thể đạt đ−ợc. 11 L−ới trọng lực hạng I quốc gia đ−ợc xây dựng dựa trên các điểm trọng lực cơ sở nhằm truyền bá trong cả n−ớc hệ trọng lực thống nhất có độ chính xác cao. Các điểm trọng lực hạng I đ−ợc phân bố đều trong cả n−ớc với mật độ 10.000 - 12.000 km2/điểm. Điểm trọng lực đ−ợc đặt ở những vị trí thuận tiện cho đo trọng lực bằng ô tô hoặc máy bay, th−ờng là gần đ−ờng ô tô hoặc gần bãi đỗ trực thăng. L−ới trọng lực hạng I đ−ợc tính toán bình sai chung với l−ới trọng lực cơ sở và đ−ợc gắn với hệ thống l−ới toạ độ cơ sở quốc gia. 2.1 Các yêu cầu và giải pháp kỹ thuật xây dựng l−ới trọng lực hạng cao 2.1.1 Yêu cầu kỹ thuật của l−ới trọng lực cơ bản quốc gia − 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 đ−ợc 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 n−ớc và thuận tiện vận chuyển, nhiệt độ trong phòng từ +10oC - +30oC. 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. − Vị trí các điểm trọng lực cơ sở tốt nhất đ−ợc chọn trùng với các điểm toạ độ cơ sở Nhà n−ớc, trong tr−ờng 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 t−ơng đối loại Lacoste Rombert hoặc GNUKV với độ chính xác KmGalà5 . − Các điểm trọng lực cơ sở đ−ợc chôn mốc bê tông cốt thép: 150 x 100 x 100 cm, phía d−ới có đổ lớp bê tông dày 10 cm và lớp cát dày 50 cm để tránh bị rung động (xem Phụ lục 6). − Giá trị trọng lực gi trên các mốc trọng lực cơ bản đ−ợc xác định với độ chính xác: mGalmgi 005,0±= ( )KGalà5 . − Các điểm trọng lực cơ sở đ−ợc xác định tọa độ với độ chính xác 0,5 m và độ cao với độ chính xác của thuỷ chuẩn hạng I ( )Lmm3 (mh ≤ 0,02m). − 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. − 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 tr−ờng trọng lực thì số điểm trọng 12 lực vệ tinh có thể lên tới 20 điểm đ−ợc phân bố trong bán kính tới 150km quanh điểm trọng lực cơ sở. Các điểm trọng lực vệ tinh đ−ợc chôn mốc nh− mốc trọng lực hạng I. − Mỗi điểm trọng lực cơ sở đ−ợc nối với ít nhất 4 điểm trọng lực hạng I đ−ợc phân bố đều theo các h−ớng Bắc, Nam, Đông, Tây. − Việc đo lặp trọng lực trên các điểm trọng lực cơ sở đ−ợc tiến hành từ 8- 10 năm 1 lần hoặc ngay sau khi có động đất hoặc có các hiện t−ợng trồi, lún đất dẫn đến có sự biến đổi của trọng lực. Đo lặp trọng lực đ−ợc thực hiện bằng đo trọng lực tuyệt đối. − Các điểm trọng lực tuyệt đối và các điểm trọng lực vệ tinh đ−ợc chọn cách xa những nơi nhà máy, khu công nghiệp, đ−ờng sắt, đ−ờng ô tô, đ−ờng điện cao thế... với khoảng cách: • Cách xa nhà máy, hầm mỏ, đ−ờng sắt từ 1 km trở lên. • Cách xa đ−ờng cao tốc (ôtô, đ−ờng phố chính) khoảng cách từ 200 m trở lên. • Cách xa các hồ chứa n−ớc, các sông lớn từ 1 km trở lên. • Cách xa đ−ờng dây cao thế từ 300 m trở lên. • Cách xa các ống khói nhà máy, đ−ờng ống dẫn n−ớc, tháp n−ớc từ 200 m trở lên. • Cách xa cây to đứng một mình từ 100 m trở lên. − Độ chính xác đo nối trọng lực giữa điểm trọng lực cơ sở và điểm trọng lực hạng I phải đạt mGal030,0± còn độ chính xác đo nối giữa điểm trọng lực tuyệt đối và điểm trọng lực vệ tinh với nhau phải đạt mGal020,0± . − Để xác định các đại l−ợng lệch tâm dấu mốc trọng lực tiến hành đo số gia trọng lực bằng các máy trọng lực t−ơng đối kiểu GNUKV với độ chính xác không lớn hơn 0,003 mGal. − Độ cao các điểm trọng lực vệ tinh đ−ợc xác định với độ chính xác của thuỷ chuẩn hạng II, toạ độ với độ chính xác 2,0 m. − Tất cả các điểm trọng lực cơ sở, các điểm trọng lực vệ tinh đều đ−ợc lập theo các tài liệu mẫu và đ−ợc l−u trữ, bảo quản theo qui định. 2.1.2 Yêu cầu kỹ thuật của l−ới trọng lực hạng I − Các điểm trọng lực hạng I đ−ợc xây dựng phân bổ đều trong cả n−ớc với khoảng cách từ 100 - 200 km/điểm. − Để xác định gia tốc trọng tr−ờng g sử dụng các máy trọng lực tuyệt đối loại GBL (Nga), A-10 (Mỹ) hoặc các máy trọng lực t−ơng đối con lắc loại AGAT (Nga) và các máy trọng lực t−ơng đối loại Lacoste Rombert (Mỹ). 13 − Để xác định giá trị trọng tr−ờng g trên các điểm trọng lực hạng I bằng ph−ơng pháp đo trọng lực t−ơng đối các điểm khởi tính là các điểm trọng lực cơ sở (đo trọng lực bằng ph−ơng pháp tuyệt đối). − Các điểm trọng lực hạng I đ−ợc xây dựng tạo thành các vòng khép kín, trong mỗi vòng khép không v−ợt quá 5 điểm trọng lực, các vòng khép đ−ợc 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). − 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 đ−ờng cao tốc, đ−ờng ô tô từ 100m trở lên, cách xa nhà máy, hầm mỏ, hồ chứa n−ớc từ 500m trở lên, cách xa đ−ờng dây cao thế, tháp n−ớc từ 200m trở lên. − Mỗi điểm trọng lực hạng I có các điểm trọng lực vệ tinh đặt ở các sân bay (hoặc vị trí thuận tiện cho đo ngắm) với khoảng cách không xa quá 60km. Các điểm trọng lực vệ tinh đ−ợc chôn mốc hoặc gắn dấu. Nếu điểm trọng lực hạng I đ−ợc đặt gần các bến tàu thì ở các bến tàu cần đặt điểm trọng lực vệ tinh. Các điểm trọng lực vệ tinh đ−ợc 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 tr−ờng hợp điểm trọng lực hạng I bị mất. − 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 ch−ơng trình đi A-B-A hoặc A-B-C... C-B-A. − Trong tr−ờng hợp đo bằng các máy trọng lực t−ơng đối giữa hai điểm thực hiện ch−ơng trình đo A-B-A, nếu nh− trong tuyến đo xác định nhiều hơn 1 điểm thì tiến hành đo theo ch−ơng trình đo kép A-B-A-B-C-B-C... − Khi đo bằng các máy trọng lực t−ơng 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. − 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 t−ơng đ−ơng. − Sai số trung ph−ơng hiệu giá trị trọng lực ( g∆ ) giữa hai điểm trọng lực hạng I đ−ợc xác định với độ chính xác không lớn hơn 0,02mGal. T−ơng ứng với độ chính xác trên sai số xác định của một máy con lắc trong bộ máy không v−ợt quá 0,07mGal, đối với máy trọng lực t−ơng đối không v−ợt quá 0,10mGal. Sai số này đ−ợc tính nh− giá trị trung bình trung ph−ơng của sai số trung ph−ơng. Các kết quả đo giữa hai điểm trọng lực liền kề nhau đ−ợc tính toán từ ít nhất 5 kết 14 quả đo. Sự sai khác giữa các kết quả đo nhận đ−ợc từ các máy trọng lực khác nhau của bộ máy đo không v−ợt quá 0,25mGal đối với máy con lắc và 0,30mGal đối với máy trọng lực t−ơng đối. − Sai số trung ph−ơng kết quả trung bình các trị đo của các điểm trọng lực hạng I với các điểm trọng lực vệ tinh không v−ợt quá 0,02mGal. − Trong tr−ờng hợp có 1 máy trọng bộ máy trọng lực con lắc bị hỏng nh−ng kết quả đo và độ chính xác vẫn đạt yêu cầu đề ra thì thành quả của tuyến đo vẫn có thể đ−ợc chấp nhận. − Sai số khép trong các vòng đo khép của l−ới trọng lực hạng I đ−ợc tính theo công thức: KW 10,0= . ở đây K là số cạnh trong vòng khép. − Sai số trung ph−ơng sau bình sai giá trị trọng lực của l−ới trọng lực hạng I không v−ợt quá 0,03mGal, trong tr−ờng hợp với các điểm trọng lực riêng rẽ không v−ợt quá 0,04mGal. − Độ cao các điểm trọng lực hạng I và điểm trọng lực vệ tinh đ−ợc xác định với độ chính xác của thuỷ chuẩn hạng II, toạ độ với độ chính xác 2,0 m. − Các điểm trọng lực hạng I đ−ợc chôn mốc bê tông cốt thép có kích th−ớc 80cm x 80cm x 120cm, phía d−ới có lớp vữa bêtông 140cm x 140cm x 15cm. Các điểm trọng lực vệ tinh đ−ợc chôn mốc hoặc gắn dấu vào các vị trí kiên cố ổn định nh−: bản đồ sân bay, nhà thờ, nhà kiên cố có điều kiện bảo vệ dài lâu. Mốc các điểm vệ tinh có kích th−ớc 50cm x 50cm x 100cm. − Sau khi thực hiện xong việc tính toán khái l−ợc sẽ tiến hành phân tích đánh giá kết quả nhận đ−ợc và bình sai toàn bộ l−ới, lập các bảng thành quả và kết quả của các điểm trọng lực. 3. Ph−ơng án đo trọng lực độ chính xác cao 3.1 Đo trọng lực tuyệt đối 3.1.1 Nguyên tắc chung Đo trọng lực tuyệt đối hiện nay có hai ph−ơng pháp: ph−ơng pháp rơi tự do và ph−ơng pháp con lắc. − Ph−ơng pháp rơi tự do (Free-Fall Methods: Fundamentals) Ph−ơng pháp này dựa trên nguyên lý xác định gia tốc trọng tr−ờng của vật rơi tự do khi đo đ−ợc chính xác khoảng cách và thời gian rơi của vật. Ph−ơng pháp này đ−ợc mô tả nh− sau: Giả sử có vật rơi trong môi tr−ờng trọng lực đồng nhất, ở các thời điểm t1, t2, t3 xác định đ−ợc các vị trí t−ơng ứng là S1(t1), S2(t2), S3(t3). Gia tốc trọng tr−ờng g xác định đ−ợc bằng công thức: 15 ( )( ) ( )( ) ( )( )( )231213 131212132 tttttt ttSSttSS g −−− −−−−−= Trong thực tế đối với các máy trọng lực tuyệt đối ng−ời ta đo nhiều hơn 3 vị trí và sử dụng ph−ơng pháp bình ph−ơng tối thiểu để xác định giá trị gia tốc g đ−ợc chính xác hơn. Độ chính xác t−ơng đối của gia tốc trọng tr−ờng đ−ợc biểu diễn bằng công thức: t dt S dS g dg 2−= Hiện nay các máy trọng lực tuyệt đối hiện đại có thể xác định độ chính xác tới Galà2 (FG-5 Mỹ) hoặc Galà5 (máy trọng lực tuyệt đối GBL Nga) − Ph−ơng pháp con lắc Ph−ơng pháp này dựa trên nguyên lý xác định chu kỳ dao động của con lắc khi biết chính xác độ dài của con lắc trong tr−ờng trọng lực. Công thức gần đúng để xác định gia tốc trọng tr−ờng g đ−ợc viết: 2 24 T lg π= Trong đó: l - độ dài con lắc T - Chu kỳ dao động của con lắc Trong tr−ờng hợp ở các chu kỳ dao động T1, T2 của con lắc đo đ−ợc độ dài con lắc ở l1, l2 thì gia tốc trọng tr−ờng g đ−ợc xác định bằng công thức: 2 2 2 1 2124 TT llg − −= π 3.2 Đo trọng lực t−ơng đối Nguyên tắc chung a. Đo trọng lực t−ơng đối bằng máy trọng lực con lắc Ph−ơng pháp đo trọng lực t−ơng 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 đ−ợc 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 lT π= , 2 2 g lT π= (3.1) L−u ý: l - chiều dài của con lắc không đổi 16 Từ hai công thức trên, sau khi biến đổi ta nhận đ−ợc giá trị trọng lực ở điểm 2 là: 2 2 2 1 12 T Tgg = (3.2) Trong thực tế, ng−ời ta th−ờng thay chu kỳ dao động T bằng hiệu của chúng là T∆ . Từ công thức (1.6) thay vào TTT ∆−= 21 ta có: ( ) 2 2 1 2 11 2 2 2 12 2 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ∆+∆−=∆−= T Tg T Tgg T TTgg Hay: 2 2 1 2 112 2 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ∆+∆−=−=∆ T Tg T Tgggg (3.3) ở công thức trên trong tr−ờng hợp: mGalg 61 10.98,0= , ST 5,02 = ta có TmGal T Tg ∆=∆ 81 10.0392,02 . Nh− vậy, nếu chu kỳ dao động con lắc thay đổi một đại l−ợng 1.108 thì giá trị trọng lực thay đổi gần bằng 0,04 mGal. Đại l−ợng thứ hai của công thức (3.3) khi mGalg 200≤∆ sẽ không v−ợt quá KGalà3 , do vậy ở n−ớc ta khi đo trọng lực bằng các máy con lắc t−ơng đối đại l−ợng thứ hai của công thức (3.3) là 2 2 1 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ∆ T Tg sẽ không cần phải tính. Từ công thức (3.3) ta có: 2 12 T Tgg ∆−≈∆ . b. Đo trọng lực t−ơng đối bằng các máy trọng lực tĩnh (ph−ơng pháp đo trọng lực tĩnh). Đo trọng lực tĩnh dựa trên việc quan sát vị trí cân bằng của vật thể, d−ới tác động của trọng lực và lực chuẩn cho tr−ớc. Nguyên lý của 2 ph−ơng pháp này nh− sau: Một vật thể có khối l−ợng m đ−ợc treo bởi lò xo có độ dài là l0. D−ới tác động của trọng lực lên vật lò xo bị kéo dài và có độ dài là l. Cho rằng sự thay đổi của lò xo (l - l0) tỷ lệ thuận với lực hút mg ta có: ( ) mgllf −=− 0 (3.4) ở đây: f - hệ số đàn hồi của lò xo Khi thay đổi gia tốc trọng tr−ờng lên đại l−ợng g∆ độ dài của lò xo thay đổi đại l−ợng l∆ , khi đó ta có biểu thức. g g ll l ∆=− ∆ 0 (3.5) 17 Nh− 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. 4. Tính toán giá trị trọng lực và đánh giá độ chính xác 4.1 Tính toán giá trị trọng lực tuyệt đối Kết quả đo trọng lực tuyệt đối bằng máy trọng lực GBL (Nga) nhận đ−ợc rất nhiều các số đọc khoảng thời gian Ti, mà trong thời gian đo vật rơi tự do đi đ−ợc quãng đ−ờng cho tr−ớc là Si. Các khoảng Ti và Si đ−ợc tính cho từng thời điểm (i=1, 2, 3... N). Giá trị gia tốc trọng lực g đ−ợc tính bằng ph−ơng pháp bình ph−ơng tối thiểu trên cơ sở công thức tính sau: TLnxgsbaec gggggggggHgg ∆+∆+∆+∆+∆+∆+∆+∆+∆++= γ1 (4.1) ở đây: g1 - Giá trị trọng lực t−ơng ứng với vị trí mặt trên của vật rơi tự do, g1 đ−ợc tính theo công thức: ∑∑∑ ∑∑∑ ∑∑ ∑∑∑ ∑∑∑ ∑∑ = n i n i n i n i n i n i n i n i n ii n i n i i n ii n i n i n i n i TTT TTT TTN TSTT TSTT STN g 1 4 1 3 1 2 1 3 1 2 1 1 2 1 1 2 1 32 11 2 1 11 1 2 (4.2) γ - Gradient trọng lực t−ơng 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. − Số cải chính do sự giới hạn tốc độ lan truyền của ánh sáng cg∆ đ−ợc tính theo công thức: ( )nc TgVC gg 11 5,0 3 +−=∆ (4.3) Số cải chính này đ−ợc tính tự động trong quá trình xử lý dữ liệu. − Số cải chính eg∆ do sự thay đổi độ dài b−ớc sóng của bức xạ tia lazer. − Số cải chỉnh ag∆ do ảnh h−ởng của áp suất không khí đ−ợc tính theo công thức: 18 ( ) KGalBBKg nan à−=∆ (4.4) ở đây: Bn- Giá trị bình th−ờng của áp suất điểm đo Ba - Giá trị trung bình áp suất điểm đo trong mỗi đợt đo KGalK à4,0= trên mmHg áp suất bình th−ờng tính theo công thức 2559,5 15,288 5,615,28800,760 ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −= HBn mmHg H: độ cao điểm đo − Số cải chính bg∆ do ảnh h−ởng của l−ợng không khí còn lại trong buồng máy trọng lực, đ−ợc tính theo công thức: KGalBgb àα 610.=∆ (4.5) ở đây: B - áp suất không khí còn d− lại trong buồng máy trọng lực α - Hệ số đ−ợc xác định là KGalàα 5,3= trên 1.10-6 mmHg − Sg∆ : số cải chính do sức hút mặt trăng và mặt trời: ........) 3 1(cossin3 20 3 2 +−=∆ zfmrg ρ δ (4.6) ở đây: 17,1=δ ,f = 66,70.10-9, r = 6,371.108cm. Số cải chính mặt trăng và mặt trời đạt giá trị cực đại khi Z = 0 , mgalgs 1877.0=∆ − xg∆ : số cải chính Khoncasalo đ−ợc tính theo công thức: ( )mGalKg yx ϕ2sin310305,0 −=∆ (4.7) ở đây: K - Hệ số do ảnh h−ởng sự đàn hồi của trái đất ϕ - Vĩ độ điểm đo − ∆gg: số cải chính trọng lực chuyển về tâm dấu mốc trọng lực xác định nhờ đo trọng lực bằng máy trọng lực GNUKV hoặc máy có độ chính xác t−ơng tự. − ∆gn: Số cải chính do chuyển động của cực trái đất đ−ợc xác định bằng công thức: ( )mGalLmLmgn sincos2sin3900 21 −−=∆ ϕ (4.8) ở đây: S xm =1 và S ym =2 x, y: toạ độ của cực L,ϕ : vĩ độ và kinh độ đông điểm đo − TLg∆ : Số cải chính do sự thay đổi độ sâu của tầng đất n−ớc ngầm, đ−ợc xác định bởi công thức: ( ) KGalhhGg TBTL à−=∆ (4.9) ở đây: G - Hệ số đặc tr−ng đ−ợc tính KGalà trên meter. Đại l−ợng 19 này phụ thuộc vào loại đất có giá trị trong khoảng KGalà178 − trên meter. h, hTB - Giá trị độ sâu và độ sâu trung bình của tầng n−ớc ngầm so với mặt đất. Thông tin về mặt của tầng n−ớc ngầm đ−ợc nhận từ các tổ chức đào giếng khoan gần điểm đo. 4.2 Tính giá trị trọng lực t−ơng đối Tính giá trị trọng lực từ các kết quả đo bằng máy trọng lực con lắc t−ơng đối: Tính toán các kết quả đo bao gồm các b−ớc sau: • Tính chu kỳ dao động của con lắc và các số hiệu chỉnh của nó. • Tính hiệu giá trị trọng lực • Đánh giá độ chính xác các kết quả đo. Chu kỳ dao động của con lắc đ−ợc hiệu chỉnh tính theo công thức sau: ofBta SSSSSSS ∆+∆+∆+∆+∆+= ' (4.10) ở đây: S’ - Chu kỳ dao động của con lắc đo đ−ợc xác định bằng công thức 0. ' fN QS S= SQ - Số xung do động cơ thạch anh phát ra trong khoảng thời gian t−ơng ứng với N dao động của con lắc. 0f - Giá trị tần số chuẩn của động cơ Các số cải chính 0,,,, SSSSS fBta ∆∆∆∆∆ đ−ợc lần l−ợt tính nh− sau: - aS∆ là số cải chính biên độ để hiệu chỉnh chu kỳ dao động của con lắc tới biên độ vô cùng bé, đ−ợc tính bằng công thức sau: 0 222 2 '..2 sin. . 1024 ' fSK QF YSS a a a πχ ∆−=∆ (4.11) Trong đó: aQ - Tổng các xung do động cơ phát ra trong khoảng thời gian t−ơng ứng với số aK dải sóng (vùng sóng) đi qua từ con lắc giữa các đầu khe hở của màng ngăn (tấm chắn) khi đo biên độ. y∆ - Khoảng cách giữa các đầu khe hở của tấm chắn tính bằng milimeter. F - Tiêu cự kính vật tính bằng milimeter. χ - Số các chùm ánh sáng bị phản lại từ g−ơng của từng cặp con lắc. - tS∆ : Số cải chính nhiệt độ - BS∆ : Số cải chính áp suất không khí còn tồn tại (sót lại) trong máy. - fS∆ : Số cải chính do sự sai lệch của tần số máy phát f với tần số chuẩn f0. 20 0 0'. f ff SS f −=∆ (4.12) - 0S∆ : Số cải chính do ảnh h−ởng sức hút mặt trăng, mặt trời. 0S∆ đ−ợc tính theo công thức: ype KKZZg SS ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −−=∆ 3 1cos1647,0 3 1cos0760,0 2 ' 22 00 (4.13) ở đây: Z0, Ze - Khoảng cách thiên đỉnh của mặt trời và mặt trăng Ky - Hệ số đàn hồi trái đất Kp - Thị sai của mặt trăng - gδ là số cải chính Khoncasalo đ−ợc tính bổ sung vào kết quả tính toán giá trị trọng lực. ( )Kyg ϕδ 2sin31030569,0 −= (4.14) ϕ - Vĩ độ điểm đo Hiệu giá trị trọng lực ( )mGalg∆ của điểm đo so với điểm khởi tính đ−ợc xác định bằng công thức: ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −=∆ 12 2 0 0 S S gg (4.15) Hoặc: ( ) ( ) ( )30200 SSSSSSg −+−+−=∆ εàλ (4.16) 0 02 S g−=λ , 2 0 03 S g=à , 3 0 04 S g−=ε ở đây: S, S0 - Giá trị trung bình của chu kỳ dao động con lắc ở điểm đo và điểm khởi tính, đ−ợc cải chính tất cả các số hiệu chỉnh. g, g0 - Giá trị trọng lực ở điểm đo và điểm khởi tính 5. Bình sai l−ới trọng lực Nguyên tắc chung Đối với tính toán bình sai trọng lực chúng ta có các tr−ờng hợp sau: − Đối với đo trọng lực tuyệt đối, ph−ơng trình sai số có dạng: kkk Vgg =− (5.1) Trong đó: kg : giá trị trọng lực cần xác định của điểm k kg : giá trị trọng lực đo đ−ợc ở điểm k Đối với đo trọng lực t−ơng đối, ph−ơng trình sai số có dạng: gk - gl - ∆gkl = Vkl (5.2) Trong đó: gk, gl: giá trị trọng lực cần xác định ở điểm k và điểm l ∆gkl: gia số trọng lực đo đ−ợc giữa điểm k và điểm l Vk, Vkl: các số hiệu chỉnh đến trị đo 21 Với n trị đo có thể lập ph−ơng trình sai số có dạng: V = AX - L (5.3) Giải ph−ơng trình (6.3) theo ph−ơng pháp bình ph−ơng tối thiểu [pvv] = min Ta có ph−ơng trình chuẩn: PAXApLA TT = Từ đó có: nN PAA pLAX T T 1−== ở đây: PAAN T= pLAn T= với sai số trung ph−ơng trong số đơn vị: un pvV T −=0à Sai số các giá trị trọng lực i: lli Q0àà = Trong đó: ( ) 1−= pvAQ Tll Giá trị trọng lực cần tính: KKK ggg δ+= 0 Kgδ : ẩn số cần tìm. 6. Ph−ơng án xây dựng l−ới trọng lực quốc gia ở Việt nam 6.1 Thiết kế l−ới trọng lực cơ sở. Nh− trên đã trình bày về vai trò của l−ới trọng lực cơ sở hiện nay là xác định chính xác giá trị trọng lực tuyệt đối g trên các điểm trọng lực nhà n−ớc ở lãnh thổ Việt Nam và liên kết với hệ thống trọng lực quốc tế làm cơ sở để nghiên cứu sự biến thiên cục bộ cũng nh− sự biến thiên khu vực và trên toàn cầu của giá trị trọng lực phục vụ cho các bài toán xác định chính xác kích th−ớc hình dạng của trái đất, cấu trúc vỏ trái đất, sự biến thiên vật chất trong lòng trái đất và phục vụ cho mục đích quân sự trong việc xác định quỹ đạo chuyển động của đạn pháo tầm xa và quỹ đạo đ−ờng đi của các tên lửa hành trình... Mặt khác, căn cứ vào hiện trạng công nghệ và khả năng thực hiện công tác trọng lực hiện nay ở n−ớc ta, việc xây dựng hệ thống các điểm trọng lực tuyệt đối có khoảng cách giữa các điểm từ 200km - 400km là ph−ơng án khả thi và đáp ứng đ−ợc các yêu cầu đặt ra tr−ớc mắt và lâu dài của công tác trọng lực ở n−ớc ta. L−ới trọng lực cơ sở đ−ợc đo bằng các máy trọng lực tuyệt đối GBL của Liên bang Nga có độ chính xác ± 0.005 mGal. Tổng số các điểm của l−ới dự kiến đ−ợc thiết kế bao gồm 12 điểm, trong đó: 1. Các điểm đã đo trong năm 2006 (4 điểm) − Điểm gốc Hà Nội − Điểm Điện biên Phủ − Điểm Đà Nẵng − Điểm thành phố Hồ Chí Minh 22 2. Các điểm đo mới (8 điểm ) − Điểm Lào Cai (Sa Pa) − Điểm Cao Bằng − Điểm TP Vinh − Điểm Nha Trang − Điểm Buôn Mê Thuật. − Điểm Lao Bảo − Điểm Côn Đảo − Điểm Phú Quốc. Xung quanh mỗi điểm trọng lực cơ sở đo thêm ít nhất 4 điểm trọng lực vệ tinh. Các điểm trọng lực vệ tinh đ−ợc đo bằng các máy GNUKV hoặc các máy trọng lực có độ chính xác t−ơng đ−ơng, độ chính xác của các điểm trọng lực vệ tinh ± 0.02 mGal. Việc xây dựng thêm 8 điểm trọng lực tuyệt đối ở n−ớc ta tạo đ−ợc một l−ới trọng lực cơ bản nhà n−ớc gồm 12 điểm, phân bố đều trong cả n−ớc có độ chính xác cao gấp 10 lần l−ới trọng lực hiện có ở n−ớc ta (xem Phụ lục 8). L−ới trọng lực cơ sở này đáp ứng việc nghiên cứu sự biến thiên trọng lực hàng năm từ 0.02- 0.04 mGal ở mọi khu vực trên lãnh thổ n−ớc ta và phục vụ trực tiếp cho việc phát hiện sớm các tai biến thiên tai nh− động đất, núi lửa giúp cho công tác cảnh báo thiên tai giảm thiểu thiệt hại cho đất n−ớc. Trong số 12 điểm trọng lực tuyệt đối có một số điểm trọng lực tuyệt đối đ−ợc đặt ở các khu vực nhạy cảm hay xảy ra động đất nh− Điện Biên Phủ, Lào Cai hay gần đây là TP. Hồ Chí Minh. Các điểm trọng lực tuyệt đối ở đây cần đ−ợc đo lặp th−ờng xuyên hơn với tần suất 2 - 3 năm/lần. Ngoài ra, xung quanh các điểm này cần xây dựng mạng l−ới các điểm trọng lực vệ tinh có từ 4 - 10 điểm đ−ợc phân bổ đều xung quanh điểm (khoảng cách không v−ợt quá 80 km). Ngoài ra, có 2 điểm trọng lực tuyệt đối đ−ợc xây dựng trên các đảo Côn Đảo và Phú Quốc phục vụ cho đo trọng lực biển và còn phục vụ cho việc nghiên cứu các biến thiên của vỏ trái đất ở vùng biển n−ớc ta. Điểm trọng lực tuyệt đối ở Lao Bảo ngoài việc phục vụ nghiên cứu sự biến thiên của trọng lực ở khu vực đó còn làm cơ sở để phát triển l−ới trọng lực quốc gia cho CHDCND Lào. 6.2 Thiết kế l−ới trọng lực hạng I L−ới trọng lực hạng I đ−ợc thiết kế dựa vào các điểm của l−ới trọng lực cơ sở, khoảng cách giữa các điểm từ 100 km - 150 km, với mật độ trung bình từ 23 10.000km2 - 20.000km2/điểm. Tổng số điểm trọng lực hạng I cần xây dựng mới gồm có 28 điểm, bao gồm các điểm sau: STT Tên điểm Ghi chú 1. Hà Giang xây mốc mới 2. Lai Châu (Thị xã Cam Đ−ờng) -nt- 3. Lạng Sơn -nt- 4. Yên Bái mốc cũ (đo trùng vào mốc trọng lực hạng I cũ) 5. Nà Sản -nt- 6. Thảo Nguyên Sử dụng mốc cũ 7. Tiên Yên -nt- 8. Kiến An -nt- 9. Thái Bình (Tiền Hải) -nt- 10. Bạch Long Vĩ -nt- 11. Thọ Xuân -nt- 12. M−ờng Xén -nt- 13. Đồng Hới -nt- 14. Phú Bình -nt- 15. Đảo Ly Sơn -nt- 16. Kon Tum -nt- 17. Phù Cát -nt- 18. Pleiku -nt- 19. Tuy Hòa -nt- 20. Liên Kh−ơng -nt- 21. Xa Mát -nt- 22. Phan Thiết -nt- 23. Phú Quý -nt- 24. Vũng Tàu sử dụng mốc cũ 25. Châu Đốc mốc mới 26. Cần Thơ -nt- 27. Cà Mau -nt- 28. Hà Tiên -nt- 24 7. Kết quả đo trọng lực tuyệt đối 7.1 Khái quát chung Theo kết quả hợp tác giữa Viện Nghiên cứu Địa chính - Bộ Tài nguyên và Môi tr−ờng Việt Nam và Xí nghiệp Trắc địa ảnh Matscơva - Liên bang Nga từ ngày 26 tháng 10 năm 2004 đến ngày 31 tháng 12 năm 2005. Phía Nga đã tiến hành đo trọng lực tuyệt đối bằng bộ máy con lắc GBL ở Việt Nam. Viện Nghiên cứu Địa chính đã tiến hành chọn điểm và chôn mốc trọng lực tuyệt đối tại 5 điểm, trong đó bao gồm: − Điểm trọng lực gốc (Láng Hà Nội) − Điểm trọng lực Điện Biên Phủ − Điểm trọng lực Đà Nẵng − Điểm trọng lực Nha Trang − Điểm trọng lực gốc TP. Hồ Chí Minh (28 Nguyễn Văn Trỗi). Trong 5 điểm trên đã sử dụng các mốc cũ là: − Điểm trọng lực gốc ở Láng - Hà Nội − Điểm trọng lực hạng I ở Đà Nẵng, điểm này đ−ợc đặt trong nhà làm việc của Viện bảo tàng, do nền nhà đã tôn cao nên mốc trọng lực bị thấp, khi tu sửa đã nâng thêm 15 cm. − Điểm trọng lực Nha Trang lúc đầu đặt ở Tr−ờng Đại học Thủy sản nh−ng do gần biển (cách biển 300 m), thời gian đo trong tháng 10 và tháng 11 biển động vì vậy mốc bị rung, không đo đ−ợc nên phải chọn điểm mốc ở huyện Diên Khánh (cách biển khoảng 10 - 12 km). Điểm Diên Khánh đ−ợc chọn và chôn mốc mới. − Điểm trọng lực Điện Biên Phủ đ−ợc chọn và chôn mốc mới ở khu đất của trạm DGPS Điện Biên Phủ do Cục Đo đạc và Bản đồ quản lý. − Điểm trọng lực TP. Hồ Chí Minh sử dụng mốc của điểm trọng lực gốc ở tầng 1 nhà số 28 phố Nguyễn Văn Trỗi. Phía Nga đã tiến hành kiểm nghiệm máy ở Liên bang Nga và cuối tháng 10 năm 2005 đã đ−a máy trọng lực tuyệt đối GBL sang đo ở Việt Nam. Nguyên tắc hoạt động của máy trọng lực tuyệt đối GBL là đo các khoảng thời gian Ti mà vật rơi tự do đi đ−ợc trong các khoảng cách cho tr−ớc Si. Đo khoảng cách Si mà vật rơi tự do đi đ−ợc nhờ máy giao thoa kế laser. Kết quả đo của máy trọng lực GBL nhận đ−ợc các số đọc khoảng thời gian Ti mà vật rơi tự do đi đ−ợc trong các khoảng cách cho tr−ớc Si. Các giá trị Ti và Si đ−ợc tính theo từng thời điểm L = 1, 2, 3 ... N, số đọc N thay đổi từ 150 đến 600 phụ thuộc vào từng loại máy. 25 Các giá trị của lực trọng tr−ờng gi đ−ợc tính bằng ph−ơng pháp bình ph−ơng tối thiểu để đạt đ−ợc giá trị trọng lực gần đúng tốt nhất so với giá trị của gia tốc trọng tr−ờng của điểm đo. 7.2 Kết quả đo trọng lực tuyệt đối Trong hơn 2 tháng đã đo đ−ợc 5 giá trị trọng lực tuyệt đối của 5 điểm với độ chính xác nh− sau: − Điểm gốc trọng lực ở Láng - Hà Nội: à = 0,0034 mGal − Điểm Điện Biên Phủ: à = 0,0035 mGal − Điểm Đà Nẵng: à = 0,0054 mGal − Điểm TP. Hồ Chí Minh (28 Nguyễn Văn Trỗi): à = 0,0052 mGal − Điểm Diên Khánh (Nha Trang): à = 0,0187 mGal Nh− vậy, có 4 điểm trọng lực là Láng (Hà Nội), Điện Biên Phủ, Đà Nẵng và TP. Hồ Chí Minh, độ chính xác của gia tốc trọng tr−ờng đạt 5 àkGal. Các điểm này đạt tiêu chuẩn của điểm trọng lực cơ sở quốc gia. Điểm Nha Trang đạt độ chính xác 19 àkGal, đạt độ chính xác của điểm trọng lực hạng I. 8. Ph−ơng án đo và thống nhất hệ thống độ cao 8.1 Giới thiệu chung ở mỗi quốc gia ngoài hệ thống tọa độ còn xây dựng hệ thống độ cao quốc gia. Hệ thống độ cao là một trong ba thành phần quan trọng nhất của trắc địa cơ bản. Trong báo cáo này, chúng tôi chỉ trình bày cơ sở khoa học của hệ thống độ cao và ph−ơng án thống nhất các hệ thống độ cao khác nhau 8.2 Cơ sở khoa học của hệ thống độ cao Nh− đã biết, để xây dựng hệ thống độ cao quốc gia cần xác định mặt khởi tính độ cao (mặt Geoid). Theo định nghĩa, mặt Geoid trọng lực là mặt đẳng thế trọng tr−ờng trái đất đi qua điểm “0” độ cao (điểm khởi tính độ cao) và trùng với mặt n−ớc biển trung bình. Trong thực tế, mặt n−ớc biển trung bình do các yếu tố đại d−ơng nh− dòng chảy, nhiệt độ, độ mặn và áp suất n−ớc biển thay đổi...mà chênh với mặt Geoid tới 1m. Nh− vậy, trên thực tế mặt Geoid trọng lực không trùng với mặt n−ớc biển trùng bình dùng làm mặt khởi tính độ cao. Hai mặt này luôn chênh nhau một đại l−ợng hδ thay đổi theo thời gian. Theo Hình vẽ 8.1 ta có: 26 Hình 8.1 ở đây: Đoạn AB = h: độ cao thủy chuẩn Đoạn CD = N: độ cao Geoid Đoạn AD = H: độ cao trắc địa Đoạn BC = hδ :độ cao chênh lệch giữa Geoid và mặt n−ớc biển trung bình ở n−ớc ta, trạm nghiệm triều Hòn Dấu đ−ợc chọn là trạm quan trắc để xác định mặt n−ớc biển trung bình làm mặt khởi tính độ cao cho hệ thống độ cao ở n−ớc ta. Hình 8.2 Theo mô tả ở Hình 8.2 cho thấy đại l−ợng hδ thay đổi khi độ cao của mặt n−ớc biển trung bình thay đổi. Nh− vậy, để xây dựng hệ thống độ cao quốc gia cần thiết phải xây dựng điểm gốc độ cao quốc gia (điểm khởi tính độ cao) trên cơ sở sử dụng các số liệu quan trắc ở trạm thủy văn liên tục hàng chục năm độ cao của mực n−ớc biển để xác định đ−ợc độ cao trung bình của mặt n−ớc biển trong khu vực quan trắc làm cơ sở khởi tính độ cao cho hệ thống l−ới độ cao quốc gia. Việc nghiên cứu xác Geoid Mặt n−ớc biển trung bình ở khu vực Mặt n−ớc biển tức thời Mặt n−ớc biển khi thủy triều ở mức cạn nhất (trong khoảng thời gian T) Mốc độ cao gốc Trạm thủy văn (Hòn Dấu) hδ A B C D mặt n−ớc biển trung bình Geoid Ellipsoid ể mặt đất δh 27 định độ chênh hδ giữa mặt n−ớc biển trung bình và độ mặt Geoid có ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu thống nhất hệ thống độ cao khác nhau và trong việc xác lập mô hình Geoid độ chính xác cao. Để xác định độ cao của chúng ta có 2 ph−ơng pháp: - Ph−ơng pháp đo thủy chuẩn hình học; - Ph−ơng pháp đo cao vệ tinh. 8.3 Ph−ơng pháp thống nhất hệ độ cao ở mỗi quốc gia đều xây dựng cho mình một hệ thống độ cao riêng. Mỗi hệ thống độ cao này có điểm khởi tính độ cao riêng (mặt n−ớc biển trung bình) mà ở đó độ cao cho bằng 0 (H0 = 0). Điều này chỉ đúng khi mặt n−ớc biển trung bình trùng với mặt Geoid ở điểm khởi tính độ cao. Tuy nhiên, thực tế mặt n−ớc biển trung bình luôn chênh với mặt Geoid một đại l−ợng δh. Chính điều này dẫn đến sự khác biệt trong các hệ thống độ cao có điểm khởi tính độ cao khác nhau. Do độ chênh của mặt n−ớc biển trung bình δhi so với mặt Geoid ở mỗi điểm khởi tính độ cao là đại l−ợng khác nhau. Ngày nay, do sự phát triển của hệ thống định vị vệ tinh GPS cho phép xác định tọa độ X, Y, Z và độ cao trắc địa H trên Ellipsoid tham chiếu WGS-84 với độ chính xác rất cao. Theo báo cáo tại Hội nghị l−ới trắc địa Châu á - Thái Bình D−ơng tổ chức tại Thành phố Hồ Chí Minh độ chính xác MX,Y,Z ≤ 1,0mm còn mH ≤ 5 - 6 cm. Ngoài ra, tr−ờng trọng lực toàn cầu đã đ−ợc xác định ngày càng chính xác mô hình trọng tr−ờng EGM-96 cho phép xác định độ cao Geoid trong phạm vi toàn cầu với độ chính xác mN ≤ 1,0m đối với vùng núi, đối với vùng đồng bằng mN ≤ 0,30 - 0,50m, còn đối với vùng biển độ chính xác Geoid đạt 0,10 - 0,15m. Tuy nhiên, ở mỗi quốc gia với các số liệu trọng lực đo chi tiết ở mặt đất đủ mật độ và độ chính xác sử dụng kết hợp với mô hình trọng tr−ờng toàn cầu nh− mô hình trọng lực EGM-96 có độ chính xác tới 0,10m, thậm chí tới 0,05m (Mỹ, Pháp...). ở n−ớc ta, với kết quả xây dựng mô hình GraGeoid bằng việc chỉnh lý mô hình Geoid trọng lực trên các điểm GPS - TC cho phép xác định độ chính xác độ cao Geiod ở vùng đồng bằng 0,10m và vùng núi 0,20 - 0,30m. Với các kết quả nh− trên, để thống nhất độ cao khu vực (hệ thống độ cao của nhiều n−ớc khác nhau) ngoài việc đo nối hệ thống độ cao của các n−ớc với nhau (có đo trọng lực dọc các tuyến độ cao) để thống nhất hệ thống độ cao về một mặt quy chiếu, chúng ta có thể xây dựng l−ới độ cao thống nhất trong khu vực bằng công nghệ GPS. Nội dung bài toán nh− sau: Trên K điểm thủy chuẩn có độ cao hK của các hệ thống độ cao các n−ớc trong khu vực tiến hành đo GPS xác định độ cao trắc địa HK. Dựa vào mô hình 28 Geoid trong khu vực xác định đ−ợc độ cao Geoid trọng lực NK. Nh− vậy, trên K điểm ta xác lập đ−ợc hệ ph−ơng trình có dạng: K T KKKK VXaNhH +=−− (8.5) X: các ẩn số VK: số hiệu chỉnh (sai số ngẫu nhiên của các hệ quy chiếu) Th−ờng dùng biểu thức: KKKKKK T K xxxxxXa ϕϕλϕλϕ 243210 sinsinsincoscoscos ++++= Các ẩn: x0, x1, x2, x3, x4 cần tìm. L−u ý rằng biểu thức: HK - hK - NK ≠ 0 bởi các nguồn sai số sau: - Không đồng nhất về hệ quy chiếu và các nguồn sai số hệ thống khác bao gồm: sai số do xác định độ cao Geoid N, sai số đo thủy chuẩn h, sai số giữa sự khác nhau giữa các mặt Geoid trọng lực và mặt tham chiếu thủy chuẩn; - Sai số do lấy giá trị gần đúng để tính các giá trị H và N (giá trị trọng lực chuẩn gần đúng, độ cao địa hình gần đúng, giá trị gần đúng của mật độ vật chất, sự sai lệch giữa mặt địa hình đáy biển và mặt n−ớc biển trung bình ở trạm nghiệm triều,... - Sai số do sự biến động của các bề mặt do các hiện t−ợng địa động học trái đất, v.v.. Nh− vậy, ở trên mỗi điểm đo GPS ta có biểu thức: 0000 KKKK LNhH =−− Biểu thức (8.5) có thể viết d−ới dạng: KK T K VLXa =+ 0 (8.6) Với điều kiện [ ] min=TVVα có thể tìm đ−ợc các nghiệm x0, x1, x2, x3, x4. Nh− vậy, độ cao của một điểm bất kỳ nào trong khu vực có thể xác định bằng công thức: 0XANHh T KKKK +−= Trong đó: HK, NK: độ cao trắc địa và độ cao Geoid của điểm K ( )432100 ,,,, xxxxxX = : các hệ số tính đ−ợc từ giải ph−ơng trình trên. Kết quả tính toán các tham số thống nhất hệ thống độ cao 3 n−ớc Đông D−ơng: 1. Dữ liệu độ cao: Name φ (Vĩ tuyến) λ (kinh tuyến) H WGS-84 H TC N EGM96 Residuals NT02 10.38975 104.48365 -10.155 2.138 -12.021 -0.272 3 10.88831 105.78426 -4.331 2.719 -8.364 1.314 19 09.30724 105.72037 -1.870 1.422 -4.671 1.379 HN00 21.04534 105.78368 -18.962 9.010 -28.232 0.260 VT02 10.33952 107.07191 1.834 3.019 -1.882 0.697 29 QN01 13.77498 109.25436 3.265 3.697 -1.071 0.639 HN01 18.80139 105.77662 -20.394 4.092 -23.906 -0.580 NT01 20.66847 106.81424 -22.345 2.541 -23.926 -0.960 MN01 21.43570 107.96586 -20.696 2.348 -21.873 -1.171 HOUA 20.26185 100.43721 373.287 409.483 -36.848 0.652 PHUT 16.61458 106.50061 258.794 275.730 -17.474 0.538 42617 16.55053 104.75513 117.896 141.470 -24.561 0.987 PAKSE 15.12864 105.78458 87.556 104.428 -18.309 1.437 VIENTIANE 18.02551 102.51559 192.537 223.560 -32.040 1.017 M.XAI 20.69312 101.99107 607.636 640.764 -33.898 0.770 Các dữ liệu trên đ−ợc lấy từ kết quả đo GPS trong l−ới châu á - Thái Bình D−ơng ở Việt Nam, Lào và Campuchia trong các năm 1999 - 2000 và một số kết quả đo GPS độ chính xác cao trong việc xây dựng mô hình Geoid ở đồng bằng sông Cửu Long. Theo các kết quả đánh giá thì: Độ chính xác của độ cao trắc địa mH ≤ 5-6 cm Độ chính xác của độ cao thuỷ chuẩn đạt từ hạng III trở lên. 2. Sơ đồ phân bố điểm: Theo sơ đồ hình 8.5 d−ới đây: (Kích th−ớc các ô l−ới trong sơ đồ phân bố điểm 100 km x 100 km) Hình 8.5 30 - Kết quả tính toán: Nh− vậy, độ cao của một điểm bất kỳ trong khu vực Đông D−ơng có thể tính bằng công thức: iiiiiiiii NHh ϕϕλϕλϕ 2sin318615,107sin032440,36sincos412790,46coscos733979,22877550,47 −+−++−= 9. Kết luận và Kiến nghị 9.1 Kết luận Dự án “ 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 tr−ờng ở Việt Nam ” đã hoàn thành đ−ợc các nội dung cơ bản sau: 1. Nghiên cứu cơ sở khoa học của sự biến thiên trọng lực và các yêu cầu về độ chính xác giá trị trọng lực cho việc xác định mô hình Geoid độ chính xác cao ở Việt Nam với các kết quả nghiên cứu sau: • Sự biến thiên của trọng lực Việt Nam khoảng σg ≈ 0,002 mGal/N • Để xác định độ chính xác của độ cao Geoid với độ chính xác 6 cm → m∆g= 2 mGal, với độ chính xác 3 cm → m∆g= 1 mGal cho các ô chuẩn kích th−ớc 5km x 5km. 2. Thu thập, đánh giá tổng quan hệ thống trọng lực hiện nay ở Việt Nam và ở Lào. ở Việt Nam, mật độ các điểm trọng lực chi tiết chung trong cả n−ớc đạt từ 10 - 15 km2/điểm. Tuy nhiên, vùng đồng bằng và trung du mật độ đạt từ 4 - 9 km2/điểm. Vùng núi cao và vùng biên giới mật độ đạt từ 20 - 30 km2/điểm, thậm chí còn lớn hơn. Độ chính xác trung bình trong các ô chuẩn 5km x 5km là σ∆g≈ 3,4 mGal. Đối với Lào mật độ các điểm trọng lực chỉ đạt 70 - 80 km2/điểm. 3. Nghiên cứu cơ sở khoa học và các yêu cầu kỹ thuật cơ bản cho việc xây dựng và hoàn thiện hệ thống trọng lực nhà n−ớc: • Độ chính xác xác định tọa độ, độ cao các điểm trọng lực tuyệt đối và trọng lực hạng I: + Đối với trọng lực tuyệt đối: mX,Y ≤ 0,5 m mh ≤ 2,0 cm 31 + Đối với trọng lực hạng I: mX,Y ≤ 2,0 m, mh ≤ 5 cm • Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản trong đo trọng lực tuyệt đối; • Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản trong xây dựng l−ới trọng lực hạng I; • Quy trình xử lý, tính toán và đánh giá độ chính xác của đo trọng lực tuyệt đối và trọng lực hạng I. 4. Xây dựng các ch−ơng trình tính toán, xử lý bình sai các điểm trọng lực tuyệt đối và l−ới trọng lực: • Ch−ơng trình tính giá trị trọng lực tuyệt đối; • Ch−ơng trình bình sai l−ới trọng lực. 5. Xây dựng ph−ơng án hoàn thiện hệ thống trọng lực nhà n−ớc ở Việt Nam: • Xây dựng l−ới trọng lực tuyệt đối: 12 điểm • Xây dựng l−ới trọng lực hạng I: 28 điểm 6. Đo trọng lực tuyệt đối: Đo 4 điểm trọng lực tuyệt đối với độ chính xác mg ≈ 0,005 mGal, gồm các điểm: • Điện Biên Phủ • Hà Nội • Đà Nẵng • TP. Hồ Chí Minh 7. Xây dựng ph−ơng án xử lý hỗn hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh, trong đó đề xuất ph−ơng án thống nhất hệ thống l−ới độ cao khu vực bằng ph−ơng pháp GPS - TC - Geoid trên cơ sở xây dựng l−ới GPS vào các mốc độ cao quốc gia. Xây dựng ph−ơng án bình ph−ơng tối thiểu Collocation cho việc đánh giá l−ới GPS - TC - Geoid phục vụ cho việc xây dựng mô hình Geoid độ chính xác cao ở Việt Nam. 9.2 Kiến nghị - Hợp tác với Liên bang Nga để đo tiếp 8 điểm trọng lực tuyệt đối với độ chính xác 0,005 mGal bằng các máy trọng lực tuyệt đối GBL của Liên bang Nga. Đồng thời, hợp tác với Liên bang Nga để đo trọng lực hạng I bằng các máy AGAT (máy trọng lực tuyệt đối con lắc) với độ chính xác m∆g ≤ 0,02 mGal. - áp dụng ph−ơng pháp bình ph−ơng tối thiểu Collocation để đánh giá l−ới GPS - TC - Geoid phục vụ cho việc xây dựng mô hình Geoid độ chính xác cao ở Việt Nam. - Nghiên cứu áp dụng ph−ơng pháp đo cao GPS và mô hình Geoid độ chính xác cao để xác định độ chênh cao giữa mặt n−ớc biển trung bình và mặt Geoid ở điểm khởi tính độ cao (độ chênh giữa mặt đẳng thế trọng lực (mặt Geoid) và mặt 32 địa hình đáy biển) phục vụ cho việc chỉnh lý hệ thống độ cao quốc gia. - Tiếp tục hợp tác nghiên cứu với Liên bang Nga trong xử lý, tính toán bình sai l−ới trọng lực hạng I và xử lý hỗn hợp các dữ liệu GPS - TC và mô hình Geoid trọng lực trong việc xây dựng thống nhất hệ thống độ cao và xây dựng mô hình Geoid độ chính xác cao. - Phối hợp với Liên bang Nga nghiên cứu xây dựng các poligon địa động học nhằm nghiên cứu sự chuyển dịch vỏ trái đất bằng ph−ơng pháp vệ tinh - thủy chuẩn và trọng lực. 33 Tài liệu tham khảo 1. Quy phạm xây dựng l−ới trọng lực nhà n−ớc năm 1988 của Liên Xô. 2. Xây dựng cơ sở dữ liệu tr−ờng trọng lực toàn cầu thiết lập mô hình Geoid độ chính xác cao trên lãnh thổ Việt Nam - GS. TS KH Đặng Hùng Võ, TS. Lê Minh, TS. Phạm Hoàng Lân, KS. Nguyễn Tuấn Anh. 3. Máy trọng lực tuyệt đối GBL 1989. 4. Dự án: “Xây dựng và hoàn thiện hệ thống trọng lực nhà n−ớc” - Viện Nghiên cứu Địa chính năm 2003. 5. Height Determination by GPS A practical Experiment in central Sweden - Stag Gioran Martensson tháng 5/2001. 6. Advanced physical Geodesy GMoris 1983. 7. Space Geodesy and Model Geodinamika Moscow 1996. 8. Gravimetry New York 1989 - Wolfgung Torge. 9. Gravity and Geoid Symposium 1994 - No 113. 10. Reference Frames in Astronomy and Geophysics - Jean Kovalevsky, Ivan I. Mueller tháng 7/1988. 11. Evalution of Geoid Models and their use in combined GPS/Levelling/Geoid Height network Adjustment - Gfotopvulos, C.Kotsakis tháng 6/1989. 12. Precision Geoid determination spherical FFT in and around the Korean peninsula - Hong Sic Yun tháng 10/1988. 13. Gravimetry instruments Moscow 1999. 14. Spectral Analysis of gravity field data and errors in view of sub-decimetre Geoid determination in Canada by Ohigbenga Esan tháng 5/2000.