Hiệu chỉnh địa hình phần đất liền lãnh thổ Việt Nam

Nội dung text: Hiệu chỉnh địa hình phần đất liền lãnh thổ Việt Nam

1. T¹p chÝ KHKT Má - §Þa chÊt, sè 54, 04/2016, (Chuyªn ®Ò §Þa vËt lý), tr.26-30 HIỆU CHỈNH ĐỊA HÌNH PHẦN ĐẤT LIỀN LÃNH THỔ VIỆT NAM PHẠM NAM HƯNG, CAO ĐÌNH TRIỀU, PHAN THANH QUANG, PHẠM THỊ HIỀN Viện Vật lý Địa cầu, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam Tóm tắt: Việc tính toán hiệu chỉnh địa hình trọng lực là một công việc rất khó khăn nhưng rất cần thiết và đặc biệt có ý nghĩa quan trọng trong việc thành lập bản đồ dị thường trọng lực Bouguer. Cần thiết phải tiến hành khảo sát lựa chọn bán kính vùng trong cùng và bán kính vùng ngoài cùng trước khi tiến hành thiết lập quy trình tính hiệu chỉnh địa hình. Khảo sát vùng trong cùng tối ưu là nhằm lựa chọn bán kính mà có mô hình lý thuyết phù hợp nhất với địa hình thực tế nhằm nâng cao được tính đầy đủ của phép hiệu chỉnh. Khảo sát vùng ngoài tối thiểu để tìm ra bán kính bao nhiêu là đủ cho tính hiệu chỉnh ảnh hưởng địa hình trong một phương án thăm dò cụ thể để đạt yêu cầu kỹ thuật đặt ra từ trước. Trong bài báo này, hiệu chỉnh địa hình phần đất liền lãnh thổ Việt Nam được tính toán kết hợp bằng các phương pháp đưa ra bởi Nagy (1966) và Kane (1962). Kết quả cho thấy: Đối với vùng địa hình đồi núi cao ở Việt Nam cần thiết phải lấy bán kính tối ưu r=2 km và bán kính tối thiểu R=70 km. Giá trị hiệu chỉnh địa hình thu được trong toàn bộ phần đất liền lãnh thổ hầu hết nhỏ hơn 10 mGal. Giá trị hiệu chỉnh bé ở vùng đồng bằng, nhỏ hơn 2 mGal và giá trị lớn ở vùng miền núi cao, có thể đến 21 mGal. Với kết quả hiệu chỉnh địa hình, kết hợp với nguồn số liệu khác, các tác giả đã xây dựng bản đồ dị thường trọng lực Bouguer trên cơ sở công thức trường trọng lực bình thường Quốc tế 1980, tương ứng với tỷ lệ 1: 500.000. Mở đầu ngoài là 80 km [14]; Danes, 1982 lấy bán kính Việc tính toán hiệu chỉnh địa hình ở Việt vùng ngoài bằng 52,6 km cho vùng Washington Nam trước đây vẫn thường sử dụng các phương nước Mỹ [6]. pháp truyền thống [2, 3, 4]: Phương pháp Ở Việt Nam, thuật toán của Kane, 1962 và Prisivanco, Phương pháp Lucaptrenco, Phương Nagy, 1966 được Cao Đình Triều, Lê Văn pháp Beriozkin. Và một thực tế, tính toán địa hình Dũng, 2006 [1] áp dụng tính hiệu chỉnh địa hình còn chưa đồng nhất với các tài liệu ở các tỷ lệ cho vùng Yên Châu - Sơn La ở tỷ lệ đo vẽ trọng khác nhau khi thành lập bản đồ trọng lực lực 1:50.000, với bán kính ngoài được lấy bằng Bouguer. Chẳng hạn, phương pháp Prisivanco có 45km. Gần đây, Trần Tuấn Dũng, 2012 [5] bán kính hiệu chỉnh không lớn hơn 7.290 m, còn cũng áp dụng thuật toán trên để tính hiệu chỉnh hai phương pháp kia mới chỉ sử dụng ở bán kính địa hình khu vực Biển Đông và lân cận với bán không vượt quá 21 km, do đó còn bỏ qua ảnh kính vòng ngoài cùng được lấy bằng R=100 hưởng của địa hình ở khoảng cách lớn hơn 21km. km. Tuy nhiên, tính toán hiệu chỉnh địa hình Trên thế giới hiện nay chủ yếu sử dụng cho toàn bộ phần đất liền lãnh thổ Việt Nam phương pháp tính dựa trên thuật toán của Kane, một cách đầy đủ thì chưa có công trình công bố 1962 [9] và Nagy, 1966 [13]. Phương pháp này nào đề cập đến. Vì vậy, các tác giả đã thực hiện tính hoàn toàn tự động cho phép ta lấy bán kính tính toán hiệu chỉnh địa hình cho phần đất liền vòng trong và vòng ngoài tùy ý, tùy theo mức lãnh thổ Việt Nam, từ đó thành lập bản đồ dị độ phức tạp của địa hình và yêu cầu cụ thể của thường trọng lực Bouguer ở tỷ lệ 1: 500.000. phương án đo đạc trọng lực và giảm thiểu thời 1. Nguồn số liệu và phương pháp tính hiệu gian tính toán. Tuy nhiên, câu hỏi đặt ra rằng chỉnh địa hình cần lấy bán kính ngoài bao nhiêu là đủ? Theo 1.1. Nguồn số liệu sử dụng Horng-Yuan Yen, 1994 khi tính hiệu chỉnh địa Để tính toán hiệu chỉnh địa hình phần đất hình cho lãnh thổ Đài Loan lấy bán kính trong liền lãnh thổ Việt Nam tác giả có sử dụng các là 6,5 km và bán kính ngoài lấy bằng 100km nguồn số liệu có được sau: [8]; Yamamoto Akihiko, 2001 tính cho phần - Bản đồ địa hình phần đất liền lãnh thổ trung tâm lãnh thổ Nhật Bản lấy bán kính vùng Việt Nam ở tỷ lệ 1:500.000. 26
2. - Bản đồ địa hình số độ cao DEM-30 được và bán kính tối thiểu (R) cho phép hiệu chỉnh cung cấp bởi cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ với địa hình, bao gồm 10 điểm ở Tây bắc và 4 điểm khoảng cách điểm là 30'' (xấp xỉ khoảng 1 km), ở Tây Nguyên. với hệ tọa độ vĩ độ và kinh độ là hệ tọa độ trắc 1.2.1. Khảo sát bán kính vùng trong (r) khi tính địa UTM-WGS 84. hiệu chỉnh địa hình - Các điểm trọng lực được cung cấp bởi Thông thường, việc xác định bán kính vùng Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam và trong cùng trong tính hiệu chỉnh địa hình là dựa các đơn vị khác đo đạc có được. vào tỷ lệ bản đồ dị thường Bouguer cần được 1.2. Phương pháp tính hiệu chỉnh địa hình thiết lập. Nhiều nhà trọng lực quen lấy bán kính Phương pháp tính hiệu chỉnh địa hình được vùng trong cùng bằng độ dài tương ứng của 1 tác giả áp dụng dựa trên thuật toán của Kane và cm trên bản đồ. Ví dụ, với bản đồ tỷ lệ Nagy [9, 13]. Người ta chia địa hình cần hiệu 1/500.000 thì r = 5 km và bản đồ tỷ lệ chỉnh thành một mạng lưới ô vuông bằng nhau 1/100.000 thì r = 1 km, tương ứng như vậy thì có bán kính r. Việc tính hiệu chỉnh ảnh hưởng với tỷ lệ 1/ 50.000 là 0,5 km, Cách làm này là địa hình trong phạm vi bán kính lớn hơn 16r không khoa học vì bán kính trong (r) phụ thuộc được thiết lập trên cơ sở phân chia thành 4 vùng rất lớn vào độ phức tạp của địa hình. Nhằm xác riêng biệt như sau: Vùng ngoài, nằm ở khoảng định r tối ưu, tác giả đã tiến hành phép tính sau cách có bán kính từ 16r trở ra; vùng xa là vùng đây: nằm trong phạm vi từ khoảng cách 8r đến 16r; 1- Chọn theo xác suất một số điểm bất kỳ vùng gần (r-8r); và vùng trong cùng, có bán trong khu vực nghiên cứu và tiến hành tính hiệu kính r, vùng này chứa điểm đo trọng lực. chỉnh ảnh hưởng của địa hình theo cách cho r Để nâng cao tính chính xác của phép hiệu thay đổi từ giá trị nhỏ nhất có thể được đến giá chỉnh và giảm thiểu thời gian tính toán hiệu trị lớn nhất có thể được. chỉnh, cần thiết phải khảo sát bán kính nhỏ nhất 2- Thiết lập phân bố giá trị hiệu chỉnh trong của vùng trong (r) và bán kính tối thiểu của quan hệ với r ta có được tập hợp đường cong vùng ngoài cùng (R), các bán kính này phụ phân bố, ví dụ như trong hình 1 và hình 2. thuộc vào mức độ phức tạp của địa hình trong 3- Xác định vùng giá trị cực đại của hiệu khu vực nghiên cứu. chỉnh, từ đó xác định được bán kính tối ưu cho Phần lớn diện tích phần đất liền lãnh thổ vùng trong cùng. Từ hình 1 và hình 2 ta thấy, ở Việt Nam có địa hình tương đối cao và phân cắt bán kính r =2.000 mét thì giá trị hiệu chỉnh ảnh mạnh như ở miền núi phía Tây Bắc và Tây hưởng địa hình vùng trong cùng đạt lớn nhất. Nguyên. Chính vì vậy, tác giả đã chọn một số Hay nói cách khác, bán kính vùng trong tối ưu điểm tựa trọng lực Quốc gia có được đặc trưng cho tính hiệu chỉnh địa hình ở vùng núi cao lãnh cho vùng núi cao để khảo sát bán kính tối ưu (r) thổ Việt Nam là 2.000 mét. Hình 1. Đồ thị khảo sát bán kính vùng Hình 2. Đồ thị khảo sát bán kính vùng trong cùng (r) cho vùng núi Tây Bắc trong cùng (r) cho vùng núi Tây Nguyên 27
3. 1.2.2. Khảo sát bán kính vùng ngoài (R) khi tính trị hiệu chỉnh nhỏ hơn 10mGal tại những khu hiệu chỉnh địa hình vực còn lại (hình 5). Bán kính vùng ngoài được khảo sát bằng cách cho R thay đổi với các khoảng cách khác nhau tăng dần từ bé đến lớn đến khi giá trị giá trị hiệu chỉnh không tăng nữa, ta sẽ xác định được bán kính tối thiểu cho phép tính hiệu chỉnh địa hình cho vùng núi cao lãnh thổ Việt Nam tốt nhất là R = 70 km (hình 3 và hình 4). Hình 3. Khảo sát bán kính vùng ngoài cùng (R) cho khu vực Tây Bắc Hình 5. Bản đồ phân bố giá trị hiệu chỉnh địa hình phần đất liền lãnh thổ Việt Nam, năm 2014 (Tỷ lệ 1:500.000) Với kết quả bản đồ giá trị hiệu chỉnh mới có được, chúng ta có thể tham khảo và sử dụng kết quả này khi thành lập các bản đồ dị thường Hình 4. Khảo sát bán kính vùng ngoài cùng (R) trọng lực ở tỷ lệ 1: 500.000 trở lên. cho khu vực Tây nguyên 2.2. Bản đồ dị thường trọng lực Bouguer phần 2. Kết quả và thảo luận đất liền lãnh thổ Việt Nam trên cơ sở hiệu 2.1. Bản đồ giá trị hiệu chỉnh địa hình phần chỉnh địa hình đầy đủ đất liền lãnh thổ Việt Nam Bản đồ dị thường trọng lực Bouguer đầy đủ phần đất liền lãnh thổ Việt Nam được tính theo Với việc khảo sát chọn bán kính vùng trong công thức trường trọng lực bình thường Quốc cùng được lấy bằng 2km, bán kính vùng ngoài tế 1980 [12]. cùng lấy bằng 70km và mật độ đất đá lấy bằng 2,67g/cm3. Kết quả cho thấy: giá trị hiệu chỉnh Công thức tổng quát để tính dị thường địa hình cao nhất ở vùng núi phía Bắc Việt trọng lực Bouguer là: Nam, như tại Lai Châu và Lào Cai, giá trị hiệu gB g qs g 0 (0.3086 0.04192* )*H  dh ,(1) chỉnh có thể lên đến 20,76mGal và nhỏ dần về trong đó: phía vùng đồng bằng. Nhìn chung hầu hết giá - gqs là giá trị trọng lực quan sát; 28
4. - g0 là giá trị trọng lực được tính theo công kích thước hình dạng và diện phân bố. Phương thức trường trọng lực bình thường Quốc tế phát triển của đường đẳng trị cũng như phương 1980; phát triển của các trục dị thường cũng rất đa - là mật độ lớp giữa được lấy bằng dạng, theo phương Tây Bắc-Đông Nam, phương 3 2.67g/cm ; Đông Bắc - Tây Nam là chủ yếu, tiếp theo là - H là độ cao điểm quan sát so với mặt phương á vĩ tuyến và á kinh tuyến. Miền trường Geoid; có giá trị dương dao động từ 0-20 mGal trải dài - dh là giá trị hiệu chỉnh địa hình. cách đoạn dọc theo bờ biển từ Móng Cái-Quảng Ninh đến Bà Rịa-Vũng Tàu và bao trùm hầu hết đồng bằng Nam Bộ. Miền trường có giá trị âm phân bố trên diện rộng, bao trùm hầu hết các miền núi phía Bắc, Đông Bắc và Tây Nguyên. Trường dị thường âm có cường độ rất mạnh, phát triển và phân bố phức tạp, đa dạng về phương trục, hình dạng và diện phân bố. Có thể nói, bản đồ dị thường trọng lực Bouguer được các tác giả xây dựng là bản đồ mới có tính toán hiệu chỉnh địa hình đầy đủ, nếu so với bản đồ dị thường Bouguer xây dựng trước đây [3] cho thấy về dáng điệu dị thường thì giống nhau, tuy nhiên vẫn có nhiều vùng dị thường phản ánh khác nhau. Sự khác nhau này có thể do cách tính hiệu chỉnh địa hình ở bản đồ thành lập trước đây còn chưa được tính toán và khảo sát bán kính một cách đầy đủ. Kết luận Trên cơ sở áp dụng thuật toán tính hiệu chỉnh địa hình cho phần đất liền lãnh thổ Việt Nam, có thể đưa ra một số nhận định sau: 1. Cần thiết phải tiến hành khảo sát (theo nguyên lý xác suất) lựa chọn bán kính vùng trong cùng và bán kính vùng ngoài cùng trước khi tiến hành thiết lập quy trình tính hiệu chỉnh Hình 6. Bản đồ dị thường trọng lực Bouguer địa hình. Khảo sát vùng trong cùng tối ưu là đầy đủ phần đất liền lãnh thổ Việt Nam, năm nhằm lựa chọn bán kính mà có mô hình lý 2014 (Tỷ lệ 1:500.000) thuyết phù hợp nhất với địa hình thực tế nhằm Kết quả bản đồ dị thường trọng lực nâng cao được tính đầy đủ của phép hiệu chỉnh. Bouguer phần đất liền lãnh thổ Việt Nam trên Khảo sát vùng ngoài tối thiểu để tìm ra bán kính hình 6 cho thấy: Cường độ trường dị thường bao nhiêu là đủ cho tính hiệu chỉnh ảnh hưởng trọng lực Bouguer Việt Nam có giá trị lớn đạt - địa hình trong một phương án thăm dò cụ thể để 175mGal ở Mèo Vạc - Hà Giang, Sapa - Lào Cai đạt yêu cầu kỹ thuật đặt ra từ trước. và ở Mường Tè - Lai Châu cho đến giá trị 2. Các tác giả đã sử dụng bán kính vùng +20mGal ở Rạch Góc-Cà Mau, Biên Hòa, Long trong r=2 km và bán kính vùng ngoài R=70 km An. Giá trị dị thường có xu thế tăng cao từ Bắc để tính hiệu chỉnh địa hình phần đất liền lãnh vào Nam và tăng dần từ Tây sang Đông. Các thổ Việt Nam. Kết quả cho thấy hầu hết giá trị đường đẳng trị của trường dị thường có đặc điểm hiệu chỉnh nhỏ hơn 10 mGal. Giá trị nhỏ nhất ở dạng dải, uốn lượn, gấp khúc tạo nên nhiều dị vùng đồng bằng và giá trị lớn nhất ở vùng miền thường địa phương có hình dáng rất phức tạp về núi phía Bắc, gần bằng 21 mGal. 29
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Cao Đình Triều, Lê Văn Dũng, 2006. Vấn đề [8]. Horng-Yuan Yen, Yih-Hsiung Yehi and nâng cao hiệu quả của phép hiệu chỉnh địa hình Chao-Huei Chen, 1994. Gravity Terrain trong thăm dò trọng lực ở Việt Nam. Tạp chí Địa Corrections of Taiwan. TAO, Vol 5, No.1, 1- 10. chất, loạt A, Số 292 (1-2), Hà Nội, tr. 39 - 48. [9]. Kane, M.F., 1962. A comprehensive system [2]. Lại Mạnh Giàu và nnk, 2011. Báo cáo Đề of terrain corrections using a digital computer. tài: Biên tập, hoàn chỉnh đề xuất bản đồ trường Geophysics, 27, 455-462. trọng lực Việt Nam tỷ lệ 1: 500.000 (phần đất [10]. Kirby.J.F and Featherstone W.E, 1999. liền). Lưu trữ Địa chất, Hà Nội. Terrain correcting Australian gravity [3]. Lại Mạnh Giầu, Lê Thanh Hải, Chu Quốc observations using the national digital elevation Khánh, Kiều Huỳnh Phương, 2011. Bản đồ các model and the fast Fourier transform. Australian trường dị thường trọng lực Việt Nam (Phần đất Journal of Earth Sciences, 46, 555–562. liền) tỷ lệ 1:500.000. Tạp chí địa chất, loạt A, [11]. Lun-Tao Tong, and Tai-Rong Guo, 2007. số 333, tr. 15-24. Gravity Terrain Effect of the Seafloor [4]. Nguyễn Thiện Giao và nnk, 1985. Báo cáo Topography in Taiwan. Terr. Atmos. Ocean. kết quả nghiên cứu thành lập và chuẩn bị xuất Sci., Vol. 18, No. 4, 699-713. bản bản đồ trọng lực Việt Nam tỷ lệ 1: 500.00 [12]. Moritz, H., 1980. Geodetic Reference (Phần đất liền). Lưu trữ Địa chất, Hà Nội. System 1980. Journal of Geodesy, 54, 395-405. [5]. Trần Tuấn Dũng, Nguyễn Quang Minh, [13]. Nagy, D., 1966. The gravitational Nguyễn Thu Anh, 2012. Ảnh hưởng địa hình attraction of a right rectangular prism. đáy biển lên dị thường trọng lực trên khu vực Geophysics, 31, 362-371. Biển Đông và lân cận. Tạp chí Khoa học và [14]. Yamamoto Akihiko, 2001. Spherical Công nghệ biển. ISSN: 1859-3097, Vol. 4, Terrain Corrections for Gravity Anomaly Using trang 88-97. a Digital Elevation Model Gridded with Nodes [6]. Danes, Z.F., 1982. An analytical method for at Every 50 m. Jour. Fac. Sci., Hokkaido Univ., the determination of distant terrain correction. Ser. VII (Geophysics), Vol. 11, No.6, 845-880. Geophysics. V.47. No.10, p. 1453-1455. [15]. Zhou. X, B. Zhong, and Li. X, 1990. [7]. Hammer, S., 1939. Terrain corrections for Gravimetric terrain corrections by triangular- gravimeter stations. Geophysics, 4, 184-194. element method. Geophysics, 55, pp.232-238. ABSTRACT Gravity terrain correction for mainland territory of Vietnam Pham Nam Hung, Cao Dinh Trieu, Phan Thanh Quang, Pham Thi Hien Institute of Geophysics, VAST The calculation of gravity terrain correction is a very difficult task but very an important in complete Bouguer gravity anomaly maps. To save computing time, it is necessary to find the smallest radius of the inner and outer zones that will still meet the accuracy requirement of terrain correction. (Note that the choice of radius will also depend on the roughness of the terrain under study). To see how the inner radius affects the terrain correction, we must be taken into account if the required accuracy of terrain correction is with high reliability. It is also important to determine the smallest outer radius beyond which the terrain effect can be neglected. In this study, gravity terrain corrections for mainland territory of Vietnam are calculated using a method devised from Nagy (1966) and Kane (1962). The computation was done for an inner distance of 2 km, an outer distance of 70 km with an average rock density of 2.67 g/cm3. Our results show that corrections are lower than 10 mGal for over half of the studied area, the corrections are smallest (less than 2mGal) in the plain areas and highest (approximately 21 mGal) in the northern mountainous areas. When connected for terrain, we completed Bouguer gravity anomaly by International formula 1980 for the whole territory of Vietnam, with map at 1/500.000 scale. 30