Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu phương pháp xác định độ sâu đáy biển dựa trên số liệu dị thường trọng lực, thử nghiệm một khu vực trên Biển Đông

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:134

Thêm vào BST

Báo xấu

7
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Nghiên cứu phương pháp xác định độ sâu đáy biển dựa trên số liệu dị thường trọng lực, thử nghiệm một khu vực trên Biển Đông" trình bày các nội dung chính sau: Tổng quan các công trình nghiên cứu về phương pháp xác định độ sâu đáy biển ở Việt Nam và trên Thế giới; Cơ sở khoa học và phương pháp luận xác định độ sâu đáy biển từ số liệu dị thường trọng lực; Tính toán thực nghiệm xác định độ sâu đáy biển từ số liệu dị thường trọng lực trên biển Đông.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu phương pháp xác định độ sâu đáy biển dựa trên số liệu dị thường trọng lực, thử nghiệm một khu vực trên Biển Đông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ––BỘ NÔNG NGHIỆPVÀ MÔI TRƯỜNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ ĐINH XUÂN MẠNH NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ SÂU NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ SÂU ĐÁY BIỂN DỰA TRÊN SỐ LIỆU DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC, ĐÁY BIỂN DỰA TRÊN SỐ LIỆU DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC, THỬ NGHIỆM MỘT KHU VỰC TRÊN BIỂN ĐÔNG THỬ NGHIỆM MỘT KHU VỰC TRÊN BIỂN ĐÔNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, năm 2024 Hà nội, năm 2025
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ––BỘ NÔNG NGHIỆPVÀ MÔI TRƯỜNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ ĐINH XUÂN MẠNH NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ SÂU NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ SÂU ĐÁY BIỂN DỰA TRÊN SỐ LIỆU DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC, ĐÁY BIỂN DỰA TRÊN SỐ LIỆU DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC, THỬ NGHIỆM MỘT KHU VỰC TRÊN BIỂN ĐÔNG THỬ NGHIỆM MỘT KHU VỰC TRÊN BIỂN ĐÔNG Ngành đào tạo: Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ Mã số : 9.52.05.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS. TS. Nguyễn Văn Sáng 2. TS. Lê Anh Dũng Hà nội, năm 2025 Hà Nội, năm 2024
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết quả của đề tài: “Nghiên cứu phương pháp xác định độ sâu đáy biển dựa trên số liệu dị thường trọng lực, thử nghiệm một khu vực trên biển Đông” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Nguyễn Văn Sáng và TS. Lê Anh Dũng. Các tài liệu, dữ liệu được sử dụng trong đề tài có nguồn dẫn rõ ràng, các kết quả nghiên cứu là quá trình lao động trung thực của tôi. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. TÁC GIẢ ĐỀ TÀI Đinh Xuân Mạnh
ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin bày tỏ sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Sáng và thầy TS. Lê Anh Dũng đã rất tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài này. Trong quá trình thực hiện đề tài gặp rất nhiều khó khăn, vướng mắc về các nội dung lý thuyết của đề tài cũng như việc tiếp cận dữ liệu thực nghiệm và quá trình xử lý dữ liệu, tôi đã luôn nhận được những góp ý, nhận xét và đánh giá của hai Thầy về hướng giải quyết các vấn đề nghiên cứu. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các các anh chị em đồng nghiệp trong Phòng Thí nghiệm trọng lực đã hỗ trợ đồng hành cùng tôi trong quá trình làm đề tài, Phòng nghiên cứu Trắc địa - Địa động lực, Phòng Khoa học, Đào tạo, Hợp tác quốc tế và tạp chí đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập nghiên cứu và các thủ tục cần thiết để tôi hoàn thiện đề tài. Đặc biệt tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Đảng ủy, Ban lãnh đạo Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ đã tạo mọi điều kiện thuận cho tôi trong thời thực hiện học tập, nghiên cứu sinh tại Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ. Đề tài nhận được sự hỗ trợ của đề tài cấp bộ mã số: B2021-MDA-06, do PGS. TS. Nguyễn Văn Sáng làm chủ nhiệm. NCS chân thành cảm ơn Bộ Giáo dục và Đào tạo, Trường đại học Mỏ - Địa chất và chủ nhiệm đề tài. NCS cũng xin gửi lời cảm ơn đến Tổ chức trọng lực quốc tế (BGI) đã cung cấp cho NCS số liệu đo trọng lực và đo sâu trực tiếp; Cảm ơn giáo sư Ole Baltazar Andersen và giáo sư ReneForsberg của Đại học kỹ thuật Đan Mạch (DTU) đã hỗ trợ chúng tôi về số liệu dị thường trọng lực xác định từ đo cao vệ tinh và phần mềm GRAVSOFT sử dụng trong nghiên cứu này. Để hoàn thành được đề tài này, không thể thiếu được sự sát cánh của Gia đình cùng anh em bạn bè. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Gia đình và anh em bạn bè đã luôn đồng hành, giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn!
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................................I LỜI CẢM ƠN...................................................................................................................... II MỤC LỤC ......................................................................................................................... III DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................... V DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................... VII DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ...........................................................................IX MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ........................................................................................ 2 3. Đối tượng nghiên cứu....................................................................................................... 2 4. Phạm vi nghiên cứu .......................................................................................................... 2 5. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................................ 2 6. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................................. 4 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .......................................................................................... 4 8. Các luận điểm bảo vệ của đề tài ....................................................................................... 4 9. Các điểm mới của đề tài.................................................................................................... 5 10. Cấu trúc của đề tài .......................................................................................................... 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU VỀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ SÂU ĐÁY BIỂN Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI ....................... 6 1.1. Tổng quan về các phương pháp xác định độ sâu đáy biển ở Việt Nam ...................... 6 1.2. Tổng quan các công trình nghiên cứu về phương pháp xác định độ sâu đáy biển từ dữ liệu dị thường trọng lực trên thế giới và ở Việt Nam ................................................... 17 1.3. Tổng quan về công tác đo đạc xác định độ sâu đáy biển trên biển Đông ................. 22 1.4. Những vấn đề tồn tại và cần nghiên cứu của đề tài ................................................... 31 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN XÁC ĐỊNH ĐỘ SÂU ĐÁY BIỂN TỪ SỐ LIỆU DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC ................................................ 34 2.1. Khái quát về dị thường trọng lực ................................................................................ 34 2.2. Cơ sở khoa học về đánh giá, lựa chọn số liệu dị thường trọng lực tính từ đo cao vệ tinh 38 2.3. Cơ sở khoa học của phương pháp làm khớp dị thường trọng lực xác định từ đo cao vệ tinh với dị thường trọng lực đo trực tiếp ....................................................................... 40
iv 2.4. Cơ sở khoa học và phương pháp luận xác định độ sâu đáy biển từ số liệu dị thường trọng lực .............................................................................................................................. 47 2.5. Đề xuất quy trình xác định độ sâu đáy biển từ dị thường trọng lực ......................... 50 CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ SÂU ĐÁY BIỂN TỪ SỐ LIỆU DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC TRÊN BIỂN ĐÔNG .............................................................. 55 3.1. Khu vực và số liệu thực nghiệm .................................................................................. 55 3.2. Đánh giá độ chính xác số liệu dị thường trọng lực tính từ mô hình DTU21GRAV trên khu vực thực nghiệm .......................................................................................................... 62 3.3. Làm khớp mô hình DTU21GRAV với số liệu trọng lực đo trực tiếp ......................... 65 3.4. Các phương án xác định tham số tương phản mật độ vật chất tối ưu ...................... 81 3.5. Tính độ sâu đáy biển từ dị thường trọng lực cho khu vực thực nghiệm................... 93 3.6. Đánh giá độ chính xác của độ sâu xác định từ dị thường trọng lực......................... 99 3.7. Đánh giá độ chính xác của mô hình độ sâu GEBCO_2022 và DTU18BAT trên khu vực nghiên cứu.................................................................................................................. 104 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................................... 114 1. Kết luận ......................................................................................................................... 114 2. Kiến nghị ....................................................................................................................... 115 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ .............................. 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 117
v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt Cryosat Cryosphere Satellite Vệ tinh Cryosat Differential global positioning DGPS Định vị vi phân system Trung tâm Vũ trụ quốc gia DNSC Danish National Space Center Đan Mạch Danmarks Tekniske DTU Đại học kỹ thuật Đan Mạch Universitet Mô hình trọng trường trái EGM Earth Gravity Model đất ENVISAT Environmental Satellite Vệ tinh môi trường European Remote-sensing ERS Vệ tinh viễn thám Châu Âu Satellite GEOSAT GEOdetic SATellite Vệ tinh trắc địa GFO Geosat Follow-On Vệ tinh theo dõi trắc địa Global Navigation Satellite Hệ thống vệ tinh định vị GNSS System toàn cầu GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GRAV Gravity Trọng lực Địa hình trung bình động MDT Mean Dynamic Topography học N Geoid Height Độ cao geoid RMS Root Mean Square Trung phương Satellite with ARgos and Vệ tinh đo cao radar giao SARAL/Alti ALtika /Syntetic thoa tổng hợp với ARgos và Ka Interferometric Radar ALtika Altimeter SSH Sea Surface Height Độ cao mặt biển STD Standard deviation Độ lệch chuẩn WGS World Geodetic System Hệ tọa độ trắc địa quốc tế Altimetry-derived gravity Dị thường trọng lực xác ∆galt anomaly định từ đo cao vệ tinh Long-wavelength gravity Dị thường trọng lực bước ∆gdài anomaly sóng dài Dị thường trọng lực đo bằng ∆gđo Ship-derived gravity anomaly tàu
vi Short-wavelength gravity Dị thường trọng lực bước ∆gngắn anomaly sóng ngắn Dđo Ship-derived Bathymetry Độ sâu đo trực tiếp Độ sâu tính từ dị thường Dtính Gravity-derived Bathymetry trọng lực DTM Digital Terrain Model Mô hình số địa hình Downward Continuation Phương pháp tiếp tục xuống DWC Method dưới Đánh giá độ chính xác độ EAD Evaluting Accuracy of Depth sâu ESA European Space Agency Cơ quan vũ trụ Châu Âu FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh Phương pháp trọng lực địa GGM Gravity Geologic Method chất GM Geodetic Mission Nhiệm vụ trắc địa H Geodetic altitude Độ cao trắc địa International Hydrographic IHO Tổ chức Thủy đạc quốc tế Organization Công nghệ đo khoảng cách LiDAR Light Detection And Ranging LiDAR Collocation bình phương LSC Least Squares Collocation nhỏ nhất MBES MultiBeam EchoSounder Đo sâu hồi âm đa tia MSL Mean Sea Level Mực nước biển trung bình The US National Geophysical Trung tâm dữ liệu Địa vật lý NGDC Data Center Quốc gia Hoa kỳ National Oceanic and Cơ quan Quản lý Khí quyển NOAA Atmospheric Administration và Đại dương Quốc gia RMSD Root Mean Square Deviation Độ lệch trung phương Điều hướng và định vị âm SONAR Sound Navigation and Ranging thanh SSS Side Scan Sonar Dò thủy âm quét sườn UWC Upward Continuation Method Phương pháp tiếp tục đi lên δB Bathymetry Deviation Độ lệch độ sâu Mean Deviation of δBTB Độ lệch độ sâu trung bình Bathymetry δg Gravity anomaly deviation Độ lệch dị thường trọng lực Mean deviation of gravity Độ lệch trung bình dị δgTB anomaly thường trọng lực
vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Số liệu dị thường trọng lực của mô hình DTU21GRAV ................ 57 Bảng 3.2 Độ sâu và dị thường trọng lực đo trực tiếp ...................................... 59 Bảng 3.3 Kết quả so sánh dị thường trọng lực từ mô hình DTU21GRAV .... 62 Bảng 3.4 Kết quả đánh giá độ chính xác mô hình DTU21GRAV.................. 64 Bảng 3.5 Kết quả tính hiệp phương sai thực nghiệm phần dư dị thường trọng lực .................................................................................................................... 70 Bảng 3.6 Kết quả xác định hàm hiệp phương sai lý thuyết ............................ 72 Bảng 3.7 Các tham số của hàm hiệp phương sai lý thuyết ............................. 73 Bảng 3.8 Kết quả tính phần dư dị thường trọng lực sau khi làm khớp........... 75 Bảng 3.9 Dị thường trọng lực sau khi khôi phục phần dư .............................. 77 Bảng 3.10 Kết quả đánh giá độ chính xác dị thường trọng lực sau khi làm khớp ......................................................................................................................... 79 Bảng 3.11 Thống kê kết quả đánh giá độ chính xác dị thường trọng lực ....... 81 Bảng 3.12 Kết quả tính dị thường trọng lực bước sóng dài với tương phản mật độ 1,20 g/cm3................................................................................................... 82 Bảng 3.13 Kết quả tính hiệp phương sai thực nghiệm.................................... 85 Bảng 3.14 Kết quả xác định hàm hiệp phương sai lý thuyết .......................... 86 Bảng 3.15 Kết quả nội suy dị thường trọng lực bước sóng dài cho các điểm đánh giá ........................................................................................................... 88 Bảng 3.16 Kết quả so sánh độ sâu tính với độ sâu đo trực tiếp ...................... 89 Bảng 3.17 Kết quả đánh giá độ chính xác độ sâu tính từ dị thường trọng lực 91 Bảng 3.18 Kết quả đánh giá độ chính xác độ sâu trọng lực của 9 phương án 92
viii Bảng 3.19 Dị thường trọng lực bước sóng dài ................................................ 95 Bảng 3.20 Độ sâu tính từ dị thường trọng lực trong khu vực thực nghiệm .... 97 Bảng 3.21 Thống kê kết quả đánh giá độ chính xác độ sâu trọng lực ............ 99 Bảng 3.22 Thống kê số điểm theo độ lệch chuẩn ......................................... 100 Bảng 3.23 Kết quả đánh giá độ chính xác độ sâu sau khi loại bỏ 17 điểm .. 103 Bảng 3.24 Kết quả đánh giá độ chính xác mô hình GEBCO_2022.............. 104 Bảng 3.25 Kết quả thống kê đánh giá độ chính xác mô hình DTU18BAT .. 106 Bảng 3.26 Kết quả thống kê đánh giá độ chính xác...................................... 109
ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Nguyên lý của máy đo sâu hồi âm ..................................................... 9 Hình 1.2 Công nghệ đo sâu đa tia ................................................................... 10 Hình 1.3 Đo sâu bằng máy quét địa hình đáy biển ......................................... 11 Hình 1.4 Phương pháp đo sâu laser................................................................. 13 Hình 1.5 Nguyên tắc quét tia........................................................................... 14 Hình 1.6 Hiệu quả của đo sâu laser từ máy bay .............................................. 15 Hình 1.7 Khu vực Bản đồ 1:50.000 do Bộ TNMT đo .................................... 24 Hình 1.8 Bản đồ đáy biển đã thực hiện trong đề án 47 ................................... 25 Hình 1.9 Sơ đồ các bản đồ địa hình tỷ lệ 1:5.000 tại một số đảo và cụm đảo lớn, quan trọng ........................................................................................................ 25 Hình 2.1 Bề mặt địa hình trước (a) và sau san lấp (b) .................................... 36 Hình 2.2 Các vòng tròn đồng tâm và các tia xuyên tâm để tính số hiệu chỉnh địa hình 𝛿𝑔đℎ .................................................................................................. 37 Hình 2.3 Khoảng cách cầu ψ ........................................................................... 43 Hình 2.4 Nguyên tắc của phương pháp xác định độ sâu đáy biển từ dị thường trọng lực .......................................................................................................... 48 Hình 2.5 Sơ đồ quy trình tính độ sâu đáy biển từ dị thường trọng lực ........... 51 Hình 3.1 Khu vực thực nghiệm và số liệu đo trực tiếp ................................... 55 Hình 3.2 Phân bố số liệu dị thường trọng lực của mô hình DTU21GRAV ... 57 Hình 3.3 Phân chia số liệu tính toán và đánh giá ............................................ 61 Hình 3.4 Tần suất phân bố độ lệch.................................................................. 64
x Hình 3.5 Tương quan của dị thường trọng lực đo trực tiếp và mô hình DTU21GRAV ................................................................................................. 65 Hình 3.6 Tính toán dị thường trọng lực từ mô hình SGG-UGM-2 cho số liệu đo trực tiếp............................................................................................................ 67 Hình 3.7 Loại bỏ dị thường trọng lực từ mô hình SGG-UGM-2 cho số liệu DTU21GRAV ................................................................................................. 68 Hình 3.8 Loại bỏ dị thường trọng lực từ mô hình SGG-UGM-2 cho số liệu kiểm tra ..................................................................................................................... 69 Hình 3.9 Tính hiệp phương sai thực nghiệm của phần dư dị thường trọng lực ......................................................................................................................... 70 Hình 3.10 Đồ thị hiệp phương sai thực nghiệm phần dư dị thường trọng lực 71 Hình 3.11 Thông tin đưa vào để xác định hàm hiệp phương sai lý thuyết ..... 71 Hình 3.12 Đồ thị hàm hiệp phương sai lý thuyết và hiệp phương sai thực nghiệm ......................................................................................................................... 73 Hình 3.13 Giao diện của chương trình GEOCOL .......................................... 74 Hình 3.14 Thông số đưa vào khôi phục dị thường trọng lực từ mô hình thế trọng trường Trái đất................................................................................................. 77 Hình 3.15 Tính hiệp phương sai thực nghiệm của dị thường trọng lực bước sóng dài .................................................................................................................... 85 Hình 3.16 Thông số, dữ liệu đưa vào xác định hàm hiệp phương sai lý thuyết ......................................................................................................................... 86 Hình 3.17 Nội suy dị thường trọng lực bước sóng dài ................................... 87 Hình 3.18 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa độ lệch trung phương (RMS) với tương phản mật độ........................................................................................... 93
xi Hình 3.19 Thông số, dữ liệu để nội suy dị thường trọng lực bước sóng dài .. 94 Hình 3.20 Modul Calculate Depth .................................................................. 97 Hình 3.21 Độ sâu trọng lực tính được trên khu vực nghiên cứu .................... 99 Hình 3.22 Tần suất phân bố của độ lệch độ sâu............................................ 101 Hình 3.23 Tương quan giữa độ sâu trọng lực và độ sâu đo trực tiếp ........... 102 Hình 3.24 Độ lệch được biểu diễn bằng đường bình độ ............................... 102 Hình 3.25 Các điểm có độ lệch lớn hơn 3 lần RMS ..................................... 103 Hình 3.26 Biểu đồ tần suất độ lệch độ sâu của mô hình GEBCO ................ 105 Hình 3.27 Tương quan giữa mô hình GEBCO và độ sâu đo trực tiếp.......... 105 Hình 3.28 Độ lệch giữa mô hình GEBCO_2022 và độ sâu đo trực tiếp ...... 106 Hình 3.29 Biểu đồ tần suất độ lệch độ sâu của mô hình DTU18BAT.......... 107 Hình 3.30 Tương quan giữa mô hình DTU18BAT và độ sâu đo trực tiếp ... 108 Hình 3.31 Độ lệch giữa mô hình DTU18BAT và độ sâu đo trực tiếp .......... 108 Hình 3.32 Biểu đồ tần suất phân bố độ lệch của độ sâu ............................... 110 Hình 3.33 Tương quan với độ sâu đo trực tiếp ............................................. 111 Hình 3.34 Độ lệch độ sâu được trình bày tổng hợp bằng đường bình độ ..... 113
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Như chúng ta đã biết ở Việt Nam có đường bờ biển kéo dài khoảng 3200km. Biển có vai trò quan trọng trong việc định hướng phát triển kinh tế quốc dân và đảm bảo an ninh quốc phòng của chúng ta. Nghiên cứu các thông số về địa hình biển là cần thiết trong đó độ sâu đáy biển là dữ liệu quan trọng. Dữ liệu độ sâu đáy biển cho phép xây dựng bản đồ địa mạo là cơ sở cho công tác thăm dò địa chất và khai thác tài nguyên khoáng sản trong lòng biển. Độ sâu đáy biển là cơ sở để nghiên cứu quy luật chuyển động các dòng hải lưu, sự phân bố nhiệt độ và độ mặn của nước là những tham số quyết định sự biến động điều kiện khí hậu biển. Độ sâu của biển là dữ liệu nghiên cứu hệ sinh thái biển, điều kiện phân bố các loài sinh vật biển trong các điều kiện môi trường theo độ sâu. Dữ liệu độ sâu là cơ sở của quá trình quy hoạch, thiết kế, thi công các công trình xây dưng trên biển bảo đảm các yêu cầu về kỹ thuật, kinh tế và an toàn.. Bản đồ địa hình đáy biển kể cả bản đồ 2D và mô hình 3D được xây dựng từ dữ liệu độ sâu là cơ sở quan trọng phục vụ hầu hết các hoạt động kinh tế và an ninh quốc phòng. Công tác thăm dò và khảo sát biển đã được chú trọng từ rất lâu và hiện nay có nhiều phương pháp xác định độ sâu đáy biển, từ các phương pháp truyền thống đến các phương pháp hiện đại. Trong đó thì mỗi một phương pháp đo sâu đều có những ưu nhược điểm khác nhau và được ứng dụng trong các điều kiện riêng. Cho đến nay, đo hồi âm đa tia và quét sonar đang được sử dụng phổ biến ở nước ta. Phụ thuộc vào nhiều điều kiện khác nhau về điều kiện kỹ thuật, kinh phí và khả năng tiếp cận ở các vùng tranh chấp, các phương pháp trên thường chỉ được ứng dụng để đo độ sâu ở các khu vực cửa sông, cửa biển; vùng thềm lục địa hoặc trong giới hạn của đường cơ sở. Trong những năm gần đây,
2 xác định dị thường trọng lực từ dữ liệu đo cao vệ tinh đã trở thành phổ biến trên thế giới. Ý tưởng khoa học kết hợp số liệu dị thường trọng lực vệ tinh với dữ liệu dị thường trọng lực và độ sâu đo trực tiếp để xác định độ sâu đáy biển ở những vùng xa khơi hơn, rộng hơn, khó tiếp cận hơn là căn cứ để hình thành đề tài: Nghiên cứu phương pháp xác định độ sâu đáy biển dựa trên số liệu dị thường trọng lực, thử nghiệm một khu vực trên Biển Đông”. Xuất phát từ nhu cầu thực tế mà đề tài được hình thành mang nhiều ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Xác lập được cơ sở khoa học và phương pháp luận kết hợp số liệu dị thường trọng lực vệ tinh với dữ liệu trọng lực và độ sâu đo trực tiếp nhằm xác định độ sâu đáy biển trên biển Đông hiệu quả hơn cả về kỹ thuật và kinh tế. 3. Đối tượng nghiên cứu Trọng tâm nghiên cứu của đề tài là xây dựng cơ sở khoa học kết hợp số liệu dị thường trọng lực vệ tinh với các số liệu dị thường trọng lực và độ sâu đo trực tiếp để xác định độ sâu đáy biển. 4. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu không gian: một khu vực trên Biển Đông (vĩ độ từ 14,5o đến 16,0o; độ kinh từ 115,0° đến 116,5°) Phạm vi dữ liệu sử dụng: dữ liệu dị thường trọng lực đo trực tiếp từ tàu biển, dữ liệu dị thường trọng lực tính từ đo cao vệ tinh, dữ liệu độ sâu đáy biển đo trực tiếp từ tàu biển. 5. Nội dung nghiên cứu Nội dung 1: Tổng quan các công trình nghiên cứu về phương pháp xác định độ sâu đáy biển ở Việt Nam và trên Thế giới. 1.1. Tổng quan về các phương pháp xác định độ sâu đáy biển ở Việt Nam.
3 1.2. Tổng quan về các công trình nghiên cứu xác định độ sâu đáy biển từ số liệu dị thường trọng lực trên thế giới và ở Việt Nam. 1.3. Tổng quan về công tác đo đạc xác định độ sâu đáy biển trên biển Đông. 1.4. Những vấn đề còn tồn tại và cần nghiên cứu Nội dung 2: Cơ sở khoa học và phương pháp luận xác định độ sâu đáy biển từ số liệu dị thường trọng lực. 2.1. Khái quát về dị thường trọng lực. 2.2. Cơ sở khoa học về đánh giá, lựa chọn số liệu dị thường trọng lực xác định từ đo cao vệ tinh. 2.3. Cơ sở khoa học của phương pháp làm khớp dị thường trọng lực xác định từ đo cao vệ tinh với dị thường trọng lực đo trực tiếp. 2.4. Cơ sở khoa học và phương pháp luận xác định độ sâu đáy biển từ số liệu dị thường trọng lực kết hợp với dữ liệu đo sâu trực tiếp từ tàu biển. 2.5. Đề xuất quy trình xác định độ sâu đáy biển từ số liệu dị thường trọng lực. Nội dung 3: Tính toán thực nghiệm xác định độ sâu đáy biển từ số liệu dị thường trọng lực trên biển Đông. 3.1. Khu vực và số liệu thực nghiệm 3.2. Đánh giá độ chính xác số liệu dị thường trọng lực tính từ mô hình DTU21GRAV trên khu vực thực nghiệm. 3.3. Làm khớp mô hình DTU21GRAV với số liệu trọng lực đo trực tiếp. 3.4. Các phương án xác định tham số tương phản mật độ vật chất tối ưu. 3.5. Tính độ sâu đáy biển từ dị thường trọng lực cho khu vực thực nghiệm 3.6. Đánh giá độ chính xác của độ sâu xác định từ dị thường trọng lực. 3.7. Đánh giá độ chính xác của mô hình độ sâu GEBCO_2022 và DTU18BAT trên khu vực nghiên cứu.
4 6. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thống kê: Thu thập, tổng hợp các tài liệu và xử lý thông tin liên quan đến vấn đề nghiên cứu. - Phương pháp tổng hợp và phân tích: Tổng hợp, phân tích và đánh giá các nghiên cứu ở trong và ngoài nước có liên quan đến vấn đề nghiên cứu. - Phương pháp trung phương Collocation (Least Squares Collocation) để xác định dị thường trọng lực và độ sâu đáy biển từ nhiều loại số liệu khác nhau. - Phương pháp so sánh để đánh giá độ chính xác dị thường trọng lực và độ sâu đáy biển xác định được. - Phương pháp công nghệ thông tin: Sử dụng để xử lý bài toán xác định độ sâu đáy biển trên cơ sở kết hợp các loại số liệu đo trực tiếp và vệ tinh. - Phương pháp chuyên gia: Tiếp thu, tham khảo ý kiến của người hướng dẫn, các nhà khoa học và đồng nghiệp về các vấn đề nghiên cứu của đề tài. 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ý nghĩa khoa học: Phát triển, hoàn thiện phương pháp và quy trình xác định độ sâu đáy biển từ số liệu dị thường trọng lực; Góp phần phát triển phương pháp mới xác định độ sâu đáy biển. Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể ứng dụng trong thực tiễn xác định độ sâu của đáy biển tại những khu vực mà không thể đo trực tiếp (bằng tàu biển) được cần phải có phương pháp xác định gián tiếp thông qua dữ liệu đo cao vệ tinh kết hợp với dữ liệu đo trực tiếp có sẵn. 8. Các luận điểm bảo vệ của đề tài 1) Luận điểm 1: Đưa ra được phương pháp luận về xác định độ sâu đáy biển dựa trên các loại dữ liệu dị thường trọng lực, có xét đến độ tương phản mật độ vật chất phù hợp. 2) Luận điểm 2: Xác định được độ tương phản mật độ vật chất phù hợp trong mối quan hệ độ sâu đáy biển và dị thường trọng lực.
5 9. Các điểm mới của đề tài - Đưa ra được phương pháp và thuật toán xác định độ sâu đáy biển từ dữ liệu dị thường trọng lực. - Đã xác định được tương phản mật độ vật chất phù hợp để tính toán độ sâu đáy biển ở khu vực Đông-Nam quần đảo Hoàng Sa của Việt Nam đạt độ chính xác cao hơn so với các mô hình độ sâu của thế giới. 10. Cấu trúc của đề tài Cấu trúc đề tài gồm: Mở đầu Chương 1 – Tổng quan các công trình nghiên cứu về phương pháp xác định độ sâu đáy biển ở Việt Nam và trên Thế giới. Chương 2 – Cơ sở khoa học và phương pháp luận xác định độ sâu đáy biển từ số liệu dị thường trọng lực. Chương 3 - Tính toán thực nghiệm xác định độ sâu đáy biển từ số liệu dị thường trọng lực trên biển Đông. Kết luận và kiến nghị
6 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU VỀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ SÂU ĐÁY BIỂN Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI Trong chương này, nghiên cứu sinh sẽ nghiên cứu tổng quan về các phương pháp xác định độ sâu đáy biển, phân tích, đánh giá những ưu điểm, nhược điểm và phạm vi ứng dụng của các phương pháp; Vấn đề nghiên cứu xác định gián tiếp độ sâu đáy biển từ dị thường trọng lực trên thế giới. Tổng quan công tác đo đạc thành lập bản đồ địa hình đáy biển của các cơ quan, bộ ngành khác nhau ở Việt Nam. Từ đó, luận giải những vấn đề cần nghiên cứu trong đề tài. 1.1. Tổng quan về các phương pháp xác định độ sâu đáy biển ở Việt Nam Sự phát triển của công tác đo đạc địa hình dưới nước liên quan chặt chẽ đến việc hoàn thiện các phương pháp đo sâu. Trước khi máy đo sâu hồi âm xuất hiện, việc đo vẽ địa hình dưới nước dựa vào quả dọi, chì đo sâu, thước đo sâu, với độ chính xác thấp và tốn nhiều công sức. Máy đo sâu hồi âm được phát triển từ những năm 1920, hoạt động bằng cách phát sóng âm xuống nước và thu sóng phản xạ từ đáy biển, dùng để đo đạc độ sâu dưới nước một cách chính xác hơn. Khi tàu đi trên mặt nước, máy đo sâu hồi âm có thể tạo ra một đường đo sâu liên tục, giúp thu được một tập hợp các điểm độ sâu ở khu vực khảo sát, từ đó xác định địa hình đáy biển. Phương pháp này đã trở thành một trong những phương pháp đo đạc phổ biến nhất trong nghiên cứu hải dương học. Trong những năm 60, máy quét sườn sonar quét địa hình đáy biển đã xuất hiện, chia thành hai loại: một loại phát sóng về một phía của tàu và loại khác phát sóng về cả hai phía của tàu bằng chùm tia sóng nghiêng. Chúng thường được kết hợp với máy đo sâu hồi âm đơn tia hoặc đa tia để thăm dò các chướng ngại vật hoặc địa mạo dưới nước. Máy thăm dò này hoạt động tương tự như
7 phương pháp chụp ảnh hàng không, giúp xác định vị trí và độ cao khái lược của các chướng ngại vật dưới nước. Trong những năm 70, hệ thống đo sâu nhiều chùm tia sóng và hệ thống đo sâu theo dải đã xuất hiện, cho phép đo đạc độ sâu của nhiều điểm đồng thời hoặc một dải độ sâu có độ rộng nhất định, giúp nâng cao độ chính xác và tốc độ của công tác đo đạc địa hình dưới nước. Gần đây, các hệ thống đo sâu độ chính xác cao, tự động và đa chức năng đã xuất hiện nhiều, thậm chí kết hợp với các hệ thống định vị và lập bản đồ tự động, đẩy mạnh quá trình tự động hóa của công tác đo đạc địa hình dưới nước. Cùng với sự phát triển nhanh chóng của công tác khai thác hải dương, người ta tiếp tục phát triển máy đo sâu hồi âm 2 tần số để xác định độ dày của lớp vật chất dưới đáy biển. Các hệ thống đo sâu độ tự động, đa chức năng với độ chính xác cao hiện nay được ứng dụng nhiều vào công tác đo đạc. Một số hệ thống đo sâu mới đang được nghiên cứu phát triển và sản xuất, kết hợp với các hệ thống định vị trên biển và hệ thống lập bản đồ tự động, giúp tự động hoá công tác đo đạc, đẩy mạnh sự phát triển của công tác đo vẽ địa hình dưới nước. Bên cạnh những phương pháp trên, người ta cũng sử dụng các hệ thống đo sâu LASER. Chùm sóng laser có khả năng phát hiện từ xa hơn và có độ phân giải cao hơn so với sóng âm, cho phép xác định chi tiết địa hình đáy biển và vật chất đáy biển. Thiết bị đo sâu laser hiện nay có thể đo được độ sâu khoảng 30 m với độ chính xác đến ±0,3 m và tốc độ đo nhanh 70000 điểm đo trên khu vực 70 km2 trong một giờ. Ngoài ra, còn có thể sử dụng ảnh viễn thám và đo sâu từ vệ tinh nhân tạo để giải đoán độ sâu dưới nước [1]. 1.1.1. Các phương pháp đo sâu truyền thống Phương pháp đo sâu thủ công được sử dụng chủ yếu để đo vẽ địa hình phục vụ cho việc xây dựng các công trình phía dưới bề mặt nước nông. Phương pháp này gồm có: sử dụng dọi đo sâu, sào đo sâu. Các phương pháp này chủ