XÁC ĐỊNH CHUYỂN DỊCH TUYỆT ĐỐI

I. MỞ ĐẦU

Chuyển dịch hiện đại vỏ Trái đất có thể phân loại thành:

- Chuyển dịch tương đối: được hiểu là chuyển dịch được so sánh với một điểm nào đó trong lưới được chọn là điểm khởi đầu, trên cơ sở các cân nhắc về đồ hình lưới và các thông số địa chất. Phương án này đã được sử dụng khi tính toán chuyển dịch tồn tại giữa hai cánh đứt gãy Sông Hồng, Sông Đà, Lai Châu - Điện Biên trong thời gian qua [5, 7, 8].

- Chuyển dịch tuyệt đối: là chuyển dịch được biểu diễn trong hệ tọa độ toàn cầu. Về nguyên lý, chuyển dịch này được so với gốc tọa độ được chọn tại tâm Trái đất. Cơ sở để xác định chuyển dịch tuyệt đối là hệ quy chiếu, tọa độ toàn cầu.

Yếu tố quan trọng quyết định phương án xác định chuyển dịch tuyệt đối khu vực lưới Tam Đảo - Ba Vì là hệ tọa độ và hiện trạng số liệu đo.

Về hệ tọa độ, trên thế giới tồn tại nhiều hệ toàn cầu khác nhau, song các ứng dụng GPS có độ chính xác cao thường sử dụng Khung tọa độ Trái đất quốc tế (International Terrestial Reference Frame - ITRF).

Ngay từ ngày đầu hoạt động (1994), Cơ quan GPS quốc tế (International GPS Service - IGS) đã lấy ITRF là hệ toạ độ chính thức cho các nghiên cứu của mình. Từ đó đến nay đã có ITRF.88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 96, 97, 2000 và gần đây nhất là ITRF.2005 được định nghĩa [3,9].

IGS xác định và công bố toạ độ của các trạm đo IGS trong ITRF với sai số cỡ mm. Với sai số cỡ này, cần phải tính tới các chuyển dịch mang tính kiến tạo mảng hoặc các chuyển động khác của vỏ Trái đất (ví dụ như mảng kiến tạo Bắc Mỹ chuyển dịch với tốc độ 2,5 cm/năm). Vì lý do trên, toạ độ của các điểm trong ITRF chỉ đúng với thời điểm nhất định. Để có tọa độ tại thời điểm bất kỳ, cần phải hiệu chỉnh bằng các số liệu vận tốc.

Vì việc xử lý số liệu sẽ liên quan tới thời điểm chu kỳ đo 1996 và 2006, nên ITRF.2000 được lựa chọn cho việc tính toán và đánh giá chuyển dịch. Phải khai thác tọa độ các điểm IGS khu vực lân cận trong ITRF.2000 liên quan tới thời điểm đợt đo 1996 và đợt đo 2006. Từ đó, ta xác định tọa độ điểm HUN1 tại hai thời điểm đợt đo (1996 và 2006) và tính toán chuyển dịch trong ITRF 2000.

Về số liệu, điểm HUN1 thuộc lưới GPS Tam Đảo - Ba Vì được thiết lập năm 1994 với mục đích nghiên cứu chuyển động hiện đại đới đứt gãy Sông Hồng (Hình 3 [8]). Năm 1996, điểm HUN1 được đo liên tục 5 ca đo 24 giờ; năm 2006, được đo lặp 12 ca đo 24 giờ theo một quy trình chặt chẽ bằng máy thu hai tần số và anten có vành chống phản xạ. Khoảng thời gian giữa hai đợt đo xấp xỉ 10 năm. Đây thực sự là nguồn số liệu quý để có thể xác định chuyển dịch của điểm HUN1 trong ITRF, hay còn được gọi là chuyển dịch tuyệt đối đạt độ tin cậy cao.

Cũng xin lưu ý, vận tốc chuyển dịch (tương đối) giữa hai cánh đứt gãy thường rất nhỏ (xấp xỉ mm/năm). Trong khi đó, vận tốc chuyển dịch tuyệt đối lớn hơn nhiều lần (30-40 mm/năm); bởi vậy chuyển dịch tuyệt đối của điểm HUN1 hoàn toàn đại diện cho đặc điểm chuyển dịch khu vực lưới GPS Tam Đảo - Ba Vì trong mô hình chuyển dịch toàn cầu.

Để xác định được chuyển dịch cần phải tiến hành các công việc sau: 1) Xác định toạ độ của điểm HUN1 tại thời điểm đo 1996; 2) Xác định tọa độ của điểm HUN1 tại thời điểm đo 2006; và 3) Tính toán chuyển dịch và tốc độ chuyển dịch.

II. SỐ LIỆU ĐO VÀ SỐ LIỆU IGS

1. Số liệu đo của điểm HUN1

Năm 1996, số liệu của điểm HUN1 được Viện Địa chất và chuyên gia Cộng hoà Liên bang Đức cùng phối hợp thu thập. Sau khi kiểm tra, đối chiếu nhật ký đo đã tập hợp đầy đủ số liệu đo ở dạng *.dat và dạng Rinex.

Bảng 1. Bảng kê số liệu điểm HUN1 năm 1996

STT	DOY	Tuần GPS	Tệp số liệu	Ghi chú
1	109	0849,4	HUN11091.dat	Máy thu: Trimble 4000SSE Anten: Compact L1/L2 W/G Tần suất thu tín hiệu: 30 sec
2	110	0849,5	HUN11101.dat
3	111	0849,6	HUN11111.dat
4	112	0850,0	HUN11121.dat
5	113	0850,1	HUN11131.dat

Ghi chú: DOY (Day of year) là ngày trong năm, dữ liệu thông dụng được sử dụng trong xử lý số liệu GPS.

Bảng 2. Bảng kê số liệu đo điểm HUN1 năm 2006

STT	DOY	Ngày GPS	Tệp số liệu	Ghi chú
1	286	1396.4	HUN12861.dat	Máy thu: Trimble 4000SSi Anten: Compact L1/L2 W/G Tần suât thu tín hiệu: 30 giây
2	287	1396.5	HUN12871.dat
3	288	1396.6	HUN12881.dat
4	289	1397.0	HUN12891.dat
5	290	1397.1	HUN12901.dat
6	291	1397.2	HUN12911.dat
7	293	1397.4	HUN12931.dat
8	294	1397.5	HUN12941.dat
9	295	1397.6	HUN12951.dat
10	296	1398.0	HUN12961.dat
11	297	1398.1	HUN12971.dat
12	298	1398.2	HUN12981.dat

2. Số liệu IGS

Số liệu IGS gồm: số liệu GPS của các điểm đo liên tục của IGS, tọa độ của các điểm IGS trong ITRF.2000 liên quan tới các đợt đo của điểm HUN1 tại chu kỳ 1996 và 2006, lịch vệ tinh chính xác và các thông số hỗ trợ phần mềm.

Việc khai thác số liệu đo của các điểm IGS phụ thuộc vào:

a. Yêu cầu độ chính xác của nhiệm vụ: Đối với việc xác định chuyển dịch, rõ ràng rằng càng thu thập được nhiều số liệu đo của các điểm IGS càng tốt, từ đó có nhiều khả năng lựa chọn trong xử lý số liệu. Tuy vậy, cũng cần lưu ý tới khuyến cáo của các phần mềm độ dài cạnh không nên vượt quá 2000 km, vì vậy việc chọn điểm IGS nên giới hạn trong vòng tròn trên Hình 1.

b. Mật độ điểm: Các điểm đo liên tục thuộc tổ chức IGS được phân bố toàn cầu với mật độ khác nhau. Về cơ bản, các vùng Bắc Mỹ và Tây Âu có mật độ điểm IGS dày đặc hơn. Việt Nam cũng như khu vực Đông Nam Á là nơi có nhiều khó khăn trong việc lựa chọn và sử dụng số liệu này do mật độ điểm còn thưa (Hình 1).

c. Khả năng tiếp cận: Về nguyên tắc, số liệu IGS được khai thác miễn phí. Tuy vậy, khó khăn có thể gặp và vì vậy không thể khai thác được, do nhiều nguyên nhân. Về chủ quan có thể do cơ sở hạ tầng khoa học, công nghệ thông tin và Internet của chúng ta chưa thực sự thuận lợi đối với kiểu khai thác số liệu này.

d. Dung lượng và chất lượng các tệp số liệu: Thực tế cho thấy không phải tệp số liệu nào cũng đảm bảo đủ 24 giờ đo; dựa trên chỉ số phần trăm (%), có thể lựa chọn và ưu tiên các tệp có dung lượng đủ lớn tại các điểm phù hợp.

e. Tọa độ trong ITRF: Không phải tất cả các điểm IGS đều có tọa độ trong tất cả các ITRF, bởi vậy đây cũng là yếu tố để lựa chọn ITRF cho việc xử lý số liệu, và ngược lại chỉ sử dụng được các điểm có tọa độ trong ITRF đã chọn (trong trường hợp của chúng ta là ITRF.2000).

f. Thông tin về điểm đo minh bạch: Muốn sử dụng được số liệu đo các điểm IGS, cần thu thập và sử dụng các thông tin tổng hợp của các điểm đo (Sitelog). Đây là tệp dữ liệu dạng biên bản (nhật ký) ghi đầy đủ các thông số liên quan tới điểm đo, gồm:

- Vị trí mốc, loại dạng mốc.

- Cơ quan quản lý, người phụ trách.

- Máy thu, các thông số và các thay đổi về máy thu.

- Anten, độ cao anten, các thay đổi về anten, v.v..

Trên cơ sỏ các nguyên tắc và hiểu biết nêu trên, số liệu IGS đã được khai thác đầy đủ cho tất cả các ngày đo của cả hai đợt đo 1996 và 2006.

III. KẾT QUẢ XỬ LÝ VÀ TÍNH TOÁN CHUYỂN DỊCH

Việc xử lý số liệu được tiến hành bằng hai phần mềm GPSurvey 2.35 và Bernese 4.2. Đây là cơ hội tránh các sai sót, sai lầm và cũng là dịp tốt để so sánh, đánh giá khả năng của hai phần mềm trên lưới có quy mô lớn (có cạnh dài hàng ngàn km).

Bằng phần mềm GPSurvey 2.35, số liệu điểm HUN1 và các điểm IGS được xử lý theo từng ca đo (ngày đo) để nhận được các đường mốc (baseline), sau đó sẽ bình sai toàn bộ đợt đo để nhận được tọa độ điểm HUN1 từ các điểm IGS. Kết quả bình sai tọa độ đợt đo 2006 được trình bày ở Bảng 3.

Sau khi chuẩn bị và chuyển đổi số liệu phù hợp với phần mềm, tiến hành xử lý số liệu bằng phần mềm Bernese theo thực đơn, kết quả cuối cùng cũng là tọa độ bình sai của điểm HUN1. Tọa độ bình sai đợt đo 2006, xác định bằng phần mềm Bernese 4.2, được trình bày ở Bảng 4.

Sai số xác định điểm HUN1 năm 2006 bằng phần mềm GPSurvey 2.35 lần lượt là 4,3 mm, 3,6 mm và 18,7 mm theo chiều vĩ tuyến, kinh tuyến và độ cao; sai số theo phần mềm Bernese thông báo tương ứng là: 0,2 mm, 0,2 mm và 1,6 mm. Đây là kết quả hết sức thuyết phục trên lưới có quy mô lớn và chuyển dịch tuyệt đối thường ở bậc cm. Cũng xin lưu ý, phần mềm Bernese thường đưa ra sai số "quá chính xác", sai số này phải được nhân với một hệ số được xác định từ thông báo kết quả bình sai.

Bảng 4. Kết quả bình sai tọa độ chu kỳ 2006

Số liệu năm 1996 cũng được xử lý bằng hai phần mềm theo một quy trình thống nhất và đạt được độ chính xác tương tự.

Sử dụng các kết quả này, việc tính toán chuyển dịch được tiến hành như sau:

- Từ tọa độ điểm HUN1 sau bình sai lần lượt là vĩ độ, kinh độ và độ cao trên ellipsoid cùng sai số liên quan, tính độ lệch tọa độ trên ellipsoid qua 2 chu kỳ đo;

- Từ độ lệch tọa độ tính vectơ chuyển dịch, tính sai số vectơ chuyển dịch từ kết quả bình sai tọa độ;

- Từ chuyển dịch và sai số chuyển dịch hoàn toàn xác định được vận tốc và sai số vận tốc theo khoảng thời gian giữa hai chu kỳ đo.

Kết quả cuối cùng được trình bày ở Bảng 5, vectơ chuyển dịch được biểu diễn ở Hình 2. Từ Bảng 5 ta có thể thấy là độ lệch tọa độ qua hai chu kỳ xử lý bằng hai phần mềm có độ chính xác rất cao cho dù quy mô lưới lớn, các cạnh có độ dài xấp xỉ 2000 km.

Bảng 5. Tổng hợp độ lệch tọa độ điểm HUN1 trong ITRF.2000

(Đơn vị: m)

Điểm	Thông số	GPSurvey 2.35		Bernese 4.2		Trung bình
Điểm	Thông số	Độ lệch	Sai số	Độ lệch	Sai số	Độ lệch	Sai số
HUN1	Vĩ độ	-0,1308	0,0124	-0,1332	0,0023	-0,1320	0,0063
	Kinh độ	0,3650	0,0067	0,3476	0,0030	0,3563	0,0037
	Độ cao	-0,0568	0,0407	-0,0671	0,0167	-0,0619	0,0220

- Độ tin cậy của kết quả tính toán được củng cố bởi sự trùng hợp độ lệch tọa độ tính từ hai phần mềm hết sức khả quan. Xét tương quan giá trị tuyệt đối cùng sai số có thể cho rằng hai kết quả này là một. Kết quả độ lệch cuối cùng sẽ là giá trị trung bình của hai phương án.

Hình 2. Sơ đồ chuyển dịch điểm HUN1 (Đơn vị tính: m).

Hình 3. Sơ đồ các vectơ vận tốc khu vực Việt Nam.

- Xét mối quan hệ giữa độ lệch và sai số xác định chúng, có thể khẳng định tồn tại chuyển dịch tại điểm HUN1 (đại diện cho lưới Tam Đảo - Ba Vì) từ 1996 đến 2006. Vận tốc chuyển dịch được xác định trong khoảng thời gian xấp xỉ 10,5 năm với thành phần cụ thể như sau:

+ Theo chiều bắc xuống nam: 12,6 mm/năm với sai số: 0,6 mm/năm.

+ Theo chiều tây sang đông: 33,9 mm/năm với sai số: 0,4 mm/năm.

+ Theo chiều cao: hạ 5,9 mm/năm với sai số 2,2 mm/năm.

Kết quả này rất phù hợp với các tính toán của đề án GEODYSSEA [2] và [1]. Hình 3 trình bày vectơ vận tốc điểm HUN1 (theo số liệu 1996-2006), điểm CAMP, NONN (được tính từ số liệu 1994-1998 của dự án GEODYSSEA) điểm DON1 (theo số liệu 2002-2004 lưới GPS Lai Châu - Điện Biên). Các vectơ vận tốc không chỉ phù hợp về hướng mà còn có cùng bậc về độ lớn. Cùng với các kết quả [5, 7, 8] có thể cho rằng, ở miền Bắc Việt Nam chuyển động nội mảng (chuyển dịch các mảng nhỏ phân cách bởi các các đứt gãy Sông Hồng, Sông Đà, Lai Châu - Điện Biên, v.v.) là không đáng kể. Xét trên quan điểm mô hình chuyển dịch toàn cầu, toàn khu vực là một khối thống nhất có chuyển dịch á vĩ tuyến từ tây sang đông. Kết luận này một lần nữa được củng cố khi so sánh với sơ đồ dịch chuyển các mảng thạch quyển và các vectơ vận tốc xác định từ số liệu GPS khu vực Đông Nam Á và toàn cảnh trường ứng suất khu vực [2, 4].

IV. KẾT LUẬN

1. Số ca đo của điểm HUN1 đủ lớn, độ dài ca đo đủ dài (24 giờ), máy thu hai tần số cùng anten có vành chống phản xạ cùng quy trình đo chặt chẽ là yếu tố quan trọng đảm bảo chất lượng số liệu cả hai chu kỳ đo. Số liệu đo đã được kiểm tra chất lượng trước khi đưa vào xử lý, khoảng thời gian giữa hai chu kỳ đủ dài (10 năm), đây là tiền đề hết sức thuận lợi để việc xác định chuyển dịch tuyệt đối thành công.

2. Các vấn đề lý luận cũng như thực tiễn đã được giải quyết thấu đáo (thể hiện qua việc lựa chọn phương án xử lý, khai thác các số liệu đo của các điểm IGS, chuyển đổi lịch vệ tinh chính xác, tọa độ của các điểm trong ITRF tại thời điểm đo v.v.), trên cơ sở đó mới có thể xử lý được số liệu điểm HUN1 trong ITRF.

3. Số liệu của cả hai đợt đo được xử lý theo một quy trình đồng nhất, đồng thời bằng hai phần mềm.

Các điều nêu trên là cơ sở vững chắc khẳng định sự chuyển dịch cũng như vận tốc chuyển dịch điểm HUN1 (đại diện cho khu vực lưới GPS Tam Đảo - Ba Vì) đã được xác định với độ chính xác và tin cậy cao, góp phần làm sáng tỏ bức tranh chuyển dịch tuyệt đối lãnh thổ nước ta trong mô hình chuyển dịch toàn cầu. Đây cũng là dữ liệu đáng tham khảo cho các nghiên cứu địa động lực và kiến tạo mảng.

Lời cảm ơn: Công trình này là kết quả của đề tài NCCB do Bộ Khoa học và Công nghệ tài trợ.

VĂN LIỆU

1. Duong Chi Cong, Tran Dinh To, 2007. Estimation of ITRF 2000 velocity field across the Lai Chau - Dien Bien fault in Northwest of Vietnam, 2002-2004. Intern. Symp. on Surveying and Mapping for Sust. Devel.. Hà Nội.

2. http:/lareg.ensg.ign.fr/ITRF.

3. http:/www.geologie.ens.fr/ ~vigny/geodyssea-e.html.

4. Nguyễn Trọng Yêm, Guchenko O.I., Lê Minh Quốc, Mostrikov A., 1996. Trường ứng suất hiện đại và cơ thức biến dạng vỏ Trái đất Đông Nam Á. Địa chất Tài nguyên, 2 : 8-13. Viện Địa chất. Nxb KH&KT, Hà Nội.

5. Trần Đình Tô, Vy Quốc Hải, 2005. Xác định chuyển động hiện đại đới đứt gãy Lai Châu - Điện Biên từ số liệu đo GPS (2002-2004). TC Các khoa học về TĐ, 1 : 6-13. Hà Nội.

6. Vy Quốc Hải, 2004. So sánh kết quả xử lý số liệu GPS của lưới địa động lực bằng phần mềm GPSurvey 2.35 và Bernese 4.2. TC Các khoa học về TĐ, 26/4 : 426-431. Hà Nội.

7. Vy Quốc Hải, Trần Đình Tô, Dương Chí Công, 2005. Xác định chuyển dịch hiện đại đới đứt gãy Sông Đà và đới đứt gãy Sơn La - Bỉm Sơn bằng số liệu GPS. TC các khoa học về TĐ, 4 : 306-311. Hà Nội.

8. Vy Quốc Hải (Chủ biên), 2008. Tiếp tục quan trắc và nâng cao độ chính xác xác định chuyển dịch đới đứt gãy Sông Hồng bằng công nghệ GPS. Báo cáo tổng kết đề tài cấp Viện KH&CN. Lưu trữ Viện ĐC, Hà Nội.

9. Zuheir Altamimi, 2000. ITRF Status and Plans for ITRF2000. IVS 2000 Gen. Meeting Proc.. http://ivscc.gsfc.nasa.gov/publications/gm2000/alta./altamimi.htm.