VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ
LẠI VĂN THỦY
LẠI VĂN THỦY
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT XẤP XỈ SÓNG NHỎ (BIẾN
ĐỔI WAVELET) ĐỂ PHÂN TÍCH NỘI SUY VẬN TỐC CHUYỂN
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT XẤP XỈ SÓNG NHỎ
DỊCH VÀ BIẾN DẠNG KHÔNG GIAN TỪ KẾT QUẢ XỬ LÝ DỮ
(BIẾN ĐỔI WAVELET) ĐỂ PHÂN TÍCH NỘI SUY VẬN TỐC
LIỆU ĐO GPS MẠNG LƯỚI TRẮC ĐỊA ĐỊA ĐỘNG LỰC KHU VỰC
CHUYỂN DỊCH VÀ BIẾN DẠNG KHÔNG GIAN TỪ KẾT QUẢ XỬ
MIỀN BẮC VIỆT NAM
LÝ DỮ LIỆU ĐO GPS MẠNG LƯỚI TRẮC ĐỊA ĐỊA ĐỘNG LỰC
KHU VỰC MIỀN BẮC VIỆT NAM
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT
HÀ NỘI, 2020
HÀ NỘI, 2020
BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ
LẠI VĂN THỦY
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT XẤP XỈ SÓNG NHỎ
(BIẾN ĐỔI WAVELET) ĐỂ PHÂN TÍCH NỘI SUY VẬN TỐC
CHUYỂN DỊCH VÀ BIẾN DẠNG KHÔNG GIAN TỪ KẾT QUẢ XỬ
LÝ DỮ LIỆU ĐO GPS MẠNG LƯỚI TRẮC ĐỊA ĐỊA ĐỘNG LỰC
KHU VỰC MIỀN BẮC VIỆT NAM
Ngành: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA BẢN ĐỒ
Mã số : 9.52.05.03
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
GS.TSKH. ĐẶNG HÙNG VÕ
TS. DƯƠNG CHÍ CÔNG
HÀ NỘI, 2020
ii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất cứ công
trình nào khác.
Tác giả luận án
Lại Văn Thủy
iii
LỜI CẢM ƠN
Luận án được hoàn thành tại Viện khoa học Đo đạc và Bản đồ dưới sự
hướng dẫn khoa học của GS.TSKH. Đặng Hùng Võ và TS. Dương Chí Công.
Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với sự hướng dẫn tận tình,
sát sao của các Thầy trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành dự án.
Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Viện Khoa học Đo đạc và Bản
đồ đã cho phép tham khảo, sử dụng tài liệu, số liệu đo; tạo điều kiện về thời gian
và cơ sở vật chất trong quá trình học tập và nghiên cứu. Xin trân trọng cảm ơn
các nhà khoa học đã góp ý, trao đổi để Nghiên cứu sinh hoàn thiện các nội dung
nghiên cứu; nghiên cứu sinh cũng xin cảm ơn sự giúp đỡ, động viên, khích lệ
kịp thời của đồng nghiệp, bạn bè và người thân, tạo điều kiện thuận lợi để
nghiên cứu sinh hoàn thành luận án trong thời gian ngắn nhất.
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BẰNG TIẾNG NƯỚC NGOÀI ................. iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................. v
DANH MỤC HÌNH VẼ ....................................................................................... vi
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................ 7
1.1. Những khái niệm cơ bản trong nghiên cứu biến dạng vỏ Trái Đất ........ 7
1.1.1. Mảng kiến tạo .......................................................................................... 7
1.1.2. Đứt gãy kiến tạo ...................................................................................... 9
1.1.3. Các hướng nghiên cứu biến dạng vỏ Trái Đất ...................................... 13
1.2. Tình hình nghiên cứu biến dạng vỏ Trái Đất bằng phương pháp
trắc địa ở Việt Nam ........................................................................................... 20
1.3. Tổng quan về khả năng ứng dụng phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ
trong trắc địa ở Việt Nam và trên thế giới ...................................................... 23
1.3.1. Tổng quan về phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ [22],[33] ......................... 23
1.3.2. Tổng quan về ứng dụng phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ trong trắc
địa trên thế giới .................................................................................................... 27
1.3.3. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ........................................................ 31
1.4. Kết luận Chương 1 ..................................................................................... 32
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT XẤP XỈ SÓNG NHỎ TRONG
NGHIÊN CỨU BIẾN DẠNG VỎ TRÁI ĐẤT ................................................. 34
2.1. Cơ sở lý thuyết của hàm sóng nhỏ DOG trên mặt cầu ........................... 34
2.2. Tính vận tốc chuyển dịch địa phương từ số liệu đo GNSS ..................... 39
2.3. Nội suy trường vận tốc chuyển dịch địa phương bằng phương
pháp xấp xỉ sóng nhỏ ......................................................................................... 46
i
2.4. Tính các đại lượng biến dạng .................................................................... 53
2.4.1. Tính tensor gradient vận tốc .................................................................. 53
2.4.2. Tính tốc độ xoay (Rotation rate) ........................................................... 58
2.4.3. Tính tốc độ biến dạng (Strain rate) ....................................................... 59
2.4.4. Tính tốc độ trương nở (Dilatation rate) ................................................. 60
2.5. Kết luận Chương 2 ..................................................................................... 61
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM TÍNH TOÁN CÁC ĐẠI LƯỢNG BIẾN
DẠNG VỎ TRÁI ĐẤT KHU VỰC MIỀN BẮC VIỆT NAM .......................... 63
3.1. Đánh giá, phân tích chất lượng số liệu thực nghiệm............................... 63
3.1.1. Đánh giá, phân tích chất lượng mốc quan trắc ..................................... 63
3.1.2. Đánh giá, phân tích chất lượng dữ liệu quan trắc ................................. 64
3.1.3. Đánh giá, phân tích kết quả tính vận tốc chuyển dịch tuyệt đối của
các điểm trong mạng lưới quan trắc .................................................................... 69
3.2. Tính vận tốc chuyển dịch địa phương tại các điểm quan trắc ............... 72
3.2.1. Sơ đồ quy trình tính toán ....................................................................... 72
3.2.2. Xây dựng modul tính vận tốc chuyển dịch chung của khu vực ............ 73
3.2.3. Kết quả tính vận tốc chuyển dịch chung của khu vực .......................... 74
3.3. Nội suy trường vận tốc chuyển dịch địa phương .................................... 80
3.3.1. Sơ đồ quy trình tính toán ....................................................................... 80
3.3.2. Phần mềm phân tích, nội suy vận tốc chuyển dịch ............................... 81
3.3.3. Kết quả phân tích, nội suy trường vận tốc chuyển dịch ........................ 82
3.4. Tính các đại lượng biến dạng .................................................................... 89
3.4.1. Sơ đồ quy trình tính toán ....................................................................... 89
3.4.2. Phần mềm tính toán các đại lượng biến dạng ....................................... 90
ii
3.4.3. Kết quả tính toán, biên tập bản đồ trường biến dạng khu vực miền
Bắc Việt Nam ...................................................................................................... 91
3.5. Đánh giá hiệu quả của phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ ............................ 99
3.5.1. Đánh giá kết quả phân tích biến dạng của phương pháp xấp xỉ
sóng nhỏ với phương pháp tính biến dạng Frank ................................................ 99
3.5.2. Đánh giá kết quả tính biến dạng của phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ
so với các kết quả tính biến dạng trên khu vực Miền Bắc trước đó ................. 107
3.5.3. Thảo luận, đánh giá chung về phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ ............. 108
3.6. Kết luận Chương 3 ................................................................................... 109
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... 111
I. Kết luận ......................................................................................................... 111
II. Kiến nghị ..................................................................................................... 112
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 113
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN
LUẬN ÁN CỦA NGHIÊN CỨU SINH ........................................................... 119
iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BẰNG TIẾNG NƯỚC NGOÀI
Giải thích bằng
Ký hiệu
viết tắt Viết đầy đủ bằng
tiếng nước ngoài tiếng Việt
CWT Continuos Wavelet Transform Biến đổi sóng nhỏ liên tục
DWT Discrete Wavelet Transform Biến đổi sóng nhỏ rời rạc
DOG Difference of Gaussians Hàm sóng nhỏ trên mặt cầu
GNSS Global Navigation Satellite Hệ thống dẫn đường vệ tinh toàn cầu
System
GPS Global Positioning System Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu
IGS International GNSS Service Tổ chức dịch vụ GNSS quốc tế
ITRF Khung quy chiếu Trái Đất quốc tế
International Terrestrial
Reference Frame
MRA Multiresolution analysis Phân tích đa phân giải
OCV Ordinary Cross-Validation Đánh giá chéo thông thường
iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Hệ thống các đứt gẫy trên lãnh thổ Việt Nam 9
Bảng 1.2. Kết quả tính chuyển dịch của đề tài KC.09.11/06-10 22
Bảng 2.1. Khoảng cách giữa các điểm lưới trên mặt cầu tương ứng với q 36
Bảng 3.1. Tổng hợp tọa độ và vận tốc chuyển dịch của các điểm IGS 68
xung quanh Việt Nam tại thời điểm ngày 01/01/2005
Bảng 3.2. Tổng hợp véc tơ vận tốc chuyển dịch của mạng lưới GPS 70
Bảng 3.3. Kết quả tính tham số góc Ơ-le 75
Bảng 3.4. Kết quả tính vận tốc quay và tọa độ cực quay Ơ-le 75
Bảng 3.5. Kết quả tính vận tốc chuyển dịch khu vực tại điểm quan trắc 75
Bảng 3.6. Kết quả tính vận tốc chuyển dịch địa phương tại điểm quan trắc 77
Bảng 3.7 Kết quả tính nội suy vận tốc chuyển dịch không gian 84
Bảng 3.8. Bảng so sánh kết quả tính các vận tốc biến dạng theo khu vực 102
Bảng 3.9. Kết quả tính vận tốc biến dạng của các đới đứt gãy 104
Bảng 3.10. Bảng so sánh kết quả tính biến dạng theo đứt gãy 106
Bảng 3.11. Bảng so sánh kết quả tính biến dạng đã được công bố 107
v
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Bản đồ phân khối kiến tạo hiện đại khu vực Đông Nam Á 8
Hình 1.2. Bản đồ hệ thống đứt gãy chính trên lãnh thổ Việt Nam 12
Hình 1.3. Tốc độ biến dạng của điểm 18
Hình 1.4. Mô tả hình thái của sự trương nở 19
Hình 2.1. Tập hợp các điểm lưới tam giác ở các quy mô khác nhau 35
36 Hình 2.2. Sóng nhỏ trên cầu tương ứng với các khác nhau khi q =3
37 Hình 2.3. Sự thay đổi biên độ dọc đường kinh tuyến theo khi q = 3
Hình 2.4. Phạm vi điểm đo khu vực miền Bắc được chọn để phân tích 38
Hình 2.5. Tập hợp các điểm trên hình cầu G ở Miền Bắc (q từ 7 đến 9) 38
Hình 2.6. Tập hợp các điểm lưới và bậc được chọn để phân tích biến 39 dạng khu vực Miền Bắc
Hình 3.1. Sơ đồ bố trí điểm quan trắc trên khu vực Miền Bắc 63
Hình 3.2. Xác định chiều cao Antenna theo phương pháp đo nghiêng 65
Hình 3.3. Xác định chiều cao Antenna theo phương pháp đo thẳng đứng 66
Hình 3.4. Sơ đồ phân bố các điểm IGS xung quanh Việt Nam 67
Hình 3.5. Sơ đồ quy trình tính vận tốc chuyển dịch chung của khu vực 73
Hình 3.6. Giao diện phần mềm tính vận tốc chuyển dịch chung của khu vực 74
Hình 3.7. Sơ đồ quy trình nội suy trường vận tốc chuyển dịch địa phương 80
Hình 3.8. Giao diện phần mềm phân tích, nội suy vận tốc chuyển dịch 82
Hình 3.9. Tham số chính tắc hóa của véc tơ vận tốc theo hướng Bắc 83
Hình 3.10. Tham số chính tắc hóa của véc tơ vận tốc theo hướng Đông 83
vi
Hình 3.11. Tham số chính tắc hóa của véc tơ vận tốc theo hướng đứng 84
Hình 3.12. Bản đồ trường vận tốc chuyển dịch ngang khu vực Miền Bắc 87
Hình 3.13. Bản đồ trường vận tốc chuyển dịch đứng khu vực Miền Bắc 88
Hình 3.14. Sơ đồ quy trình tính các đại lượng biến dạng 89
Hình 3.15. Giao diện phần mềm tính trường biến dạng 90
Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn trường tốc độ xoay 91
Hình 3.17. Bản đồ trường tốc độ xoay 92
Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn tốc độ biến dạng 93
Hình 3.19. Bản đồ trường tốc độ biến dạng 94
Hình 3.20. Đồ thị biểu diễn tốc độ trượt 95
Hình 3.21. Bản đồ trường tốc độ trượt 96
Hình 3.22. Đồ thị biểu diễn tốc độ trương nở 97
Hình 3.23. Bản đồ trường tốc độ trương nở 98
Hình 3.24. Đồ hình tam giác tính biến dạng khu vực Miền Bắc 100
Hình 3.25. Bản đồ trường vận tốc biến dạng khu vực Miền Bắc theo 101 phương pháp Frank
Hình 3.26. Bản đồ trường tốc độ biến dạng khu vực Miền Bắc theo 101 phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ
Hình 3.27. Bản đồ biến dạng theo đứt gẫy trên khu vực Miền Bắc 106
vii
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Trắc địa là ngành khoa học nghiên cứu các đặc trưng hình học của Trái
Đất trong trạng thái tĩnh và trạng thái động. Phương pháp luận chủ yếu là thu
nhận thông tin về bề mặt Trái Đất, xử lý thông tin thu nhận được để xác định,
mô phỏng bề mặt, kích thước, hình dạng Trái Đất và nghiên cứu chuyển động
hiện đại của vỏ Trái Đất bằng các phương pháp đo đạc. Các phương pháp đo đạc
được hình thành dựa trên sự tiến bộ của công nghệ thu nhận thông tin về Trái
Đất, gọi chung là thông tin địa lý hay thông tin không gian. Theo thời gian, đã
lần lượt trải qua các công nghệ như: Công nghệ quang học để đo góc, công nghệ
sử dụng sóng điện từ để đo khoảng cách, công nghệ sử dụng các hiệu ứng vật lý
để đo khoảng cách từ các vật thể chuyển động, v.v.
Kể từ khi công nghệ vệ tinh nhân tạo ra đời, một phần lớn thành quả của
công nghệ này tập trung vào phát triển các phương pháp thu nhận thông tin
không gian từ các vệ tinh nhân tạo như đo tọa độ bằng hiệu ứng Doppler, đo
khoảng cách bằng laser, đo độ cao mặt biển Altimetry, đo trọng lực Trái Đất từ
vệ tinh Gradiometry, chụp ảnh mặt đất từ vệ tinh bằng camera quang học hoặc
radar và hiệu quả nhất là công nghệ dẫn đường vệ tinh toàn cầu (Global
Navigation Satellite System - GNSS).
Ngày nay, công nghệ vệ tinh GNSS được coi là hạ tầng kỹ thuật hiện đại,
xuất phát từ công nghệ định vị vệ tinh toàn cầu GPS (Global Positioning
System) với các ưu điểm nổi trội như không đòi hỏi sự thông hướng; công tác đo
đạc được tiến hành trong mọi điều kiện thời tiết; có thể nhanh chóng phát triển
mạng lưới không gian ba chiều trên phạm vi lớn… đã cho phép xác định véc tơ
chuyển dịch ngang của vỏ Trái Đất với độ chính xác đến milimet và véc tơ
chuyển dịch đứng với độ chính xác dưới centimet. Công nghệ vệ tinh GNSS đã
và đang là một trong những giải pháp chủ yếu được sử dụng trong xây dựng
mạng lưới trắc địa quan trắc chuyển động hiện đại của vỏ Trái Đất. Cùng với sự
phát triển mạnh mẽ về công nghệ vệ tinh GNSS, các phần mềm GAMIT do Mỹ
1
phát triển hoặc phần mềm BESNESE do Trường Đại học Bern, Thụy Sỹ phát
triển cho phép tính véc tơ chuyển dịch có độ chính xác cao rất nhanh chóng,
thuận tiện. Các phần mềm phân tích biến dạng cũng đã được nhiều nước trên thế
giới xây dựng dựa trên các thuật toán cơ bản như phương pháp tam giác (Frank
1966); phương pháp nội suy spline lập phương (Haines et al.1998); phương
pháp nghịch đảo biến thiên cạnh cơ sở (Spakman& Nyst 2002), v.v. Các phần
mềm này bảo đảm các chức năng và những lợi thế riêng để có thể đáp ứng các
mục đích tính toán khác nhau và phù hợp với yêu cầu phân tích biến dạng của
từng khu vực.
Ứng dụng công nghệ định vị toàn cầu GPS trước đây (nay là GNSS) để
nghiên cứu biến dạng vỏ Trái đất theo đới đứt gãy đã được các nhà khoa học ở
Việt Nam thực hiện trong 20 năm qua. Tuy nhiên, các kết quả tính toán, phân
tích chuyển dịch và biến dạng mới chỉ thực hiện riêng lẻ cho từng đới đứt gãy
hoặc trên khu vực nhỏ theo các đa giác phẳng; việc nghiên cứu đánh giá chuyển
dịch của vỏ Trái Đất theo quy mô khu vực trong mô hình không gian hiện chưa
được nghiên cứu ở Việt Nam.
Năm 2009, tác giả Tape, C [41] đã giới thiệu phương pháp xấp xỉ sóng
nhỏ để phân tích, ước lượng trường biến dạng từ kết quả đo GNSS và đã được
áp dụng ở Mỹ và Trung Quốc. Các kết quả được công bố đã chỉ ra được thực
trạng biến dạng vỏ Trái đất trong khu vực nghiên cứu. Ở Việt Nam, phương
pháp xấp xỉ sóng nhỏ chưa được áp dụng trong nghiên cứu chuyển động hiện đại
vỏ Trái Đất. Qua nghiên cứu về khả năng ứng dụng của phương pháp xấp xỉ
sóng nhỏ trong trắc địa đã phát hiện ra những ưu điểm của phương pháp này khi
phân tích, nội suy vận tốc chuyển dịch và tính toán các đại lượng biến dạng của
vỏ Trái Đất. Chính vì vậy, nghiên cứu sinh đã lựa chọn phương pháp xấp xỉ
sóng nhỏ để thực hiện luận án: “Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết xấp xỉ sóng
nhỏ (biến đổi Wavelet) để phân tích, nội suy vận tốc chuyển dịch và biến dạng
không gian từ kết quả xử lý dữ liệu đo GPS mạng lưới trắc địa địa động lực
khu vực miền Bắc Việt Nam”.
2
2. Mục tiêu nghiên cứu
Ứng dụng phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ để phân tích, nội suy và minh
giải chuyển dịch, biến dạng không gian 3 chiều từ kết quả tính toán xử lý dữ
liệu đo đạc bằng công nghệ GPS mạng lưới địa động lực trên khu vực miền
Bắc Việt Nam.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
a. Nghiên cứu tổng quan về phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ và khả năng
ứng dụng của phương pháp này trong trắc địa ở Việt Nam và trên thế giới.
b. Nghiên cứu, áp dụng phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ để phân tích, nội
suy trường vận tốc chuyển dịch và biến dạng hiện đại vỏ Trái đất khu vực miền
Bắc Việt Nam từ kết quả tính vận tốc chuyển dịch của mạng lưới trắc địa địa
động lực.
c. Xây dựng phần mềm tính toán, phân tích, nội suy trường vận tốc
chuyển dịch và biến dạng hiện đại vỏ Trái Đất khu vực miền Bắc Việt Nam từ
kết quả tính vận tốc chuyển dịch của mạng lưới trắc địa địa động lực.
d. Thu thập, phân tích, chuẩn hoá véc tơ vận tốc chuyển dịch của mạng
lưới trắc địa địa động lực trên khu vực miền Bắc Việt Nam.
g. Tính toán, phân tích, minh giải trường biến dạng hiện đại khu vực miền
Bắc Việt Nam.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Cơ sở lý thuyết của phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ;
vận tốc chuyển dịch của các điểm, trường chuyển dịch và trường biến dạng của
vỏ Trái Đất khu vực miền Bắc Việt Nam.
Phạm vi nghiên cứu: Các đứt gãy có dấu hiệu hoạt động mạnh trên khu vực
miền Bắc Việt Nam trong phạm vi từ 19,5 độ đến 23 độ vĩ Bắc và từ 103 độ đến
108 độ kinh Đông trong thời gian từ năm 2012 đến năm 2017.
5. Phương pháp nghiên cứu
3
Để hoàn thành luận án, nghiên cứu sinh sử dụng một số phương pháp sau:
- Phương pháp hồi cứu: Tìm kiếm, thu thập các tài liệu và cập nhật các
thông tin trên internet và thư viện;
- Phương pháp toán học: Nghiên cứu phương pháp tính toán nội suy và
đánh giá độ chính xác nội suy của trường vận tốc chuyển dịch địa phương;
- Phương pháp so sánh: So sánh phân tích ưu nhược điểm của phương pháp
sóng nhỏ với phương pháp tam giác do Frank đề xuất;
- Phương pháp thực nghiệm: Thực nghiệm để chứng minh cho việc lựa chọn
cơ sở lý thuyết là hoàn toàn đúng đắn;
- Phương pháp ứng dụng tin học: Xây dựng và triển khai các thuật toán bằng
ngôn ngữ lập trình Matlab.
6. Luận điểm bảo vệ
Luận điểm 1: Phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ là giải pháp kỹ thuật phù hợp
và có hiệu quả cao trong xác định các đại lượng biến dạng vỏ Trái Đất từ các số
liệu đo mạng lưới GNSS địa động lực tại khu vực miền Bắc Việt Nam.
Luận điểm 2: Kết quả tính toán thực nghiệm với vận tốc chuyển dịch nhận
được trong 6 chu kỳ đo (từ năm 2012-2017) đã cho thấy hoạt động của các đứt
gẫy trên khu vực miền Bắc Việt Nam có tốc độ nhỏ và tập trung chủ yếu ở vùng
Tây Bắc (xung quanh đứt gẫy Lai Châu - Điện Biên).
7. Điểm mới của luận án
Một là, Đưa ra giải pháp nội suy trường vận tốc chuyển dịch địa phương
trên cơ sở mối quan hệ trong không gian của các điểm lân cận dựa trên hàm xấp
xỉ sóng nhỏ trên mặt cầu.
Hai là, Ứng dụng thành công phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ trong nghiên
cứu, xác định các đại lượng biến dạng vỏ Trái Đất (trường tốc độ xoay; trường
tốc độ biến dạng; trường tốc độ trượt; trường tốc độ trương nở) từ kết quả nội
suy trường vận tốc chuyển dịch địa phương.
4
Ba là, Đề xuất quy trình tính toán và xây dựng được phần mềm tính toán
phân tích, nội suy trường vận tốc chuyển dịch; tính toán các đại lượng biến dạng
vỏ Trái Đất bằng ngôn ngữ lập trình Matlab.
8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu góp phần phát triển lý thuyết xử
lý số liệu quan trắc địa động lực; làm sáng tỏ thêm đặc điểm chuyển động kiến
tạo hiện đại của vỏ Trái Đất trên khu vực miền Bắc Việt Nam.
- Ý nghĩa thực tiễn: Quy trình tính toán và phần mềm tính toán hỗ trợ có
hiệu quả trong xử lý số liệu của các mạng lưới trắc địa địa động lực. Kết quả
nghiên cứu về trường biến dạng khu vực có thể sử dụng trong phân tích dự báo
tai biến tự nhiên do hoạt động kiến tạo hiện đại vỏ Trái đất gây ra; xây dựng và
bố trí hệ thống điểm quan trắc cảnh báo, dự báo hoạt động tai biến tự nhiên; làm
căn cứ để quy hoạch và xây dựng phương án bố trí di dời khi có dự báo xảy ra
tai biến địa chất; là căn cứ trong xây dựng các công trình và hạ tầng phục vụ cho
phát triển kinh tế - xã hội có lưu ý tới tai biến địa chất; cung cấp số liệu chính
xác về tọa độ địa lý và vận tốc chuyển dịch của các điểm phục vụ cho các công
trình nghiên cứu khác nhau về kiến tạo hiện đại vỏ Trái đất.
9. Cơ sở tài liệu
Luận án được xây dựng trên những cơ sở sau: Vận tốc chuyển dịch nhận
được trong 6 chu kỳ đo (2012 - 2017) của mạng lưới trắc địa địa động lực do
Viện khoa học Đo đạc và Bản đồ thực hiện tại Dự án “Xây dựng mạng lưới trắc
địa địa động lực trên khu vực các đứt gãy thuộc miền Bắc Việt Nam phục vụ
công tác dự báo tai biến tự nhiên” theo Quyết định số 1665/QĐ-BTNMT ngày
26 tháng 8 năm 2011 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường; số liệu quan
trắc của lưới trắc địa IGS (lưới trắc địa toàn cầu - International GNSS Service);
kết quả nghiên cứu đề tài khoa học công nghệ cấp cơ sở và công bố trong tạp
chí, hội nghị khoa học trong và ngoài nước của tác giả. Ngoài ra, nghiên cứu
sinh còn tham khảo 47 công trình nghiên cứu, bài báo khoa học đã công bố có
liên quan đến luận án.
5
10. Bố cục của luận án
Ngoài phần mở đầu, phần kết luận, tài liệu tham khảo, danh mục các công
trình đã công bố liên quan đến luận án của nghiên cứu sinh, nội dung luận án
được trình bày trong 3 chương:
Chương 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu: Trình bày tổng quan về
những khái niệm cơ bản trong nghiên cứu biến dạng vỏ Trái Đất; tổng quan về
tình hình nghiên cứu biến dạng vỏ Trái Đất bằng phương pháp trắc địa ở Việt
Nam; tổng quan về khả năng ứng dụng phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ ở Việt
Nam và trên thế giới.
Chương 2. Cơ sở lý thuyết xấp xỉ sóng nhỏ trong nghiên cứu biến dạng
vỏ Trái Đất: Trình bày cơ sở lý thuyết của hàm sóng nhỏ DOG trên mặt cầu; cơ
sở lý thuyết tính vận tốc chuyển dịch địa phương từ số liệu đo GNSS; cơ sở lý
thuyết nội suy trường vận tốc chuyển dịch địa phương bằng phương pháp xấp xỉ
sóng nhỏ; cơ sở lý thuyết tính các đại lượng biến dạng của khu vực.
Chương 3. Thực nghiệm tính toán các đại lượng biến dạng vỏ Trái Đất
khu vực miền Bắc Việt Nam: Trình bày những phân tích đánh giá chất lượng
mốc quan trắc và số liệu đo GNSS, đánh giá độ tin cậy của kết quả tính toán
vận tốc chuyển dịch tuyệt đối trên khu vực miền Bắc Việt Nam; trình bày quy
trình, phần mềm tính vận tốc chuyển dịch địa phương tại các điểm quan trắc,
nội suy vận tốc chuyển dịch không gian cho các điểm lưới GRID đặc trưng cho
trường vận tốc chuyển dịch khu vực, tính các đại lượng biến dạng vỏ Trái Đất
trên khu vực Miền Bắc; trình bày kết quả tính toán thực nghiệm xác định
trường biến dạng khu vực miền Bắc Việt Nam và thảo luận các vấn đề nghiên
cứu nhằm làm rõ các ưu, nhược điểm cũng như khả năng ứng dụng của phương
pháp xấp xỉ sóng nhỏ trong tính toán xác định các đại lượng biến dạng vỏ Trái
Đất ở quy mô khu vực.
6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Những khái niệm cơ bản trong nghiên cứu biến dạng vỏ Trái Đất
1.1.1. Mảng kiến tạo
Theo thuyết kiến tạo mảng, lớp ngoài cùng của Trái Đất (thạch quyển) là
chất rắn gắn kết nằm trên một quyển yếu hơn là quyển mềm. Thạch quyển vỡ ra
làm nhiều phần được gọi là mảng kiến tạo. Bề mặt Trái Đất có thể chia ra thành
bẩy (07) mảng chính, gồm: Mảng Thái Bình Dương, mảng Á-Âu, mảng Ấn Độ -
Ôxtrâylia, mảng Châu Phi, mảng Bắc Mỹ, mảng Nam Mỹ, mảng Nam Cực và
nhiều mảng kiến tạo nhỏ. Ranh giới giữa hai mảng kiến tạo là các đứt gãy, đứt
gãy sâu hoặc các kiểu phá hủy tổng hợp khác.
Sự chuyển động của quyển mềm làm cho các mảng kiến tạo bị chuyển
động theo một tiến trình gọi là sự trôi dạt lục địa trên quyển mềm. Các mảng này
di chuyển tương đối với nhau theo một trong ba dạng chính đó là: Hội tụ (xô húc
vào nhau); tách giãn (trượt dọc với phương trượt gần như song song với phương
tách dãn); trượt ngang (phương trượt vuông góc với phương tách dãn). Các lực
được tạo ra tại các ranh giới hình thành các dãy núi gây nên núi lửa phun trào và
động đất. Hiện tượng này cùng với các quá trình kèm theo được gọi là hoạt động
kiến tạo.
Trong các mô hình động học thạch quyển, chuyển động của mảng hay
khối được đại diện bởi vận tốc quay của phần nội mảng (nội khối) ổn định và
được mô tả bằng véc tơ Ơ-le bao gồm 3 thành phần tọa độ điểm gốc và 3 thành
phần vận tốc góc quay của véc tơ. Các thành phần góc quay Ơ-le có thể xác định
chuyển động của mảng hoặc khối kiến tạo bằng các phương pháp khác nhau.
Tuy nhiên, hiện nay phương pháp trắc địa được coi là chính xác và tin cậy hơn
cả vì đây là phương pháp hình học có định lượng.
Để đơn giản hóa việc lập mô hình biến dạng mảng lục địa, một cách tiếp
cận khá phổ biến là nhấn mạnh vai trò của các đứt gãy, đồng thời thừa nhận mô
hình biến dạng gián đoạn trong lớp vỏ trên dễ vỡ hoặc đàn hồi và ứng dụng
7
phương pháp tiếp cận khối, trong đó mỗi khối bao gồm vùng nội khối ổn định
nằm xa đứt gãy và đới biến dạng nằm kề đứt gãy. Khi nghiên cứu chuyển động
phần nội khối, thành phần chuyển động đứng được coi bằng không. Ở khu vực
rìa chuyển động mảng sẽ tạo ra sự phá hủy, nâng hạ theo các kiểu phá hủy tổng
hợp khác nhau, nên thành phần chuyển động đứng của vỏ Trái Đất có sự thay
đổi [17].
Khu vực Đông Nam Á trong đó có Việt Nam nằm ở phía đông nam của
mảng Á-Âu và chủ yếu được hình thành bởi hoạt động kiến tạo tại ranh giới các
mảng hay khối bao quanh, được thể hiện trên Hình 1.1 dưới đây.
Hình 1.1. Bản đồ phân khối kiến tạo hiện đại khu vực Đông Nam Á [39]
8
Có thể nhận thấy, lãnh thổ Việt Nam nằm trên hai khối kiến tạo đó là khối
Nam Trung Hoa (South China Block) và khối Sunda (Sundaland Block) mà ranh
giới là đứt gãy Sông Hồng. Trong kiến tạo địa phương, thuật ngữ “khối kiến
tạo” còn được dùng để chỉ những khối cấu trúc là yếu tố cấu thành của một khối
trong kiến tạo khu vực [17].
Xét dưới góc độ chuyển động mặt và vỏ Trái Đất liên quan tới động đất,
người ta phân biệt chuyển dịch đồng thời với động đất (coseismic displacement)
và chuyển dịch giữa hai lần động đất (interseismic displacement). Mô hình
chuyển dịch mặt đất do động đất phụ thuộc vào từng loại đứt gãy gây nên động
đất, chuyển động của khối kiến tạo được coi là tổng của chuyển dịch đồng thời
với động đất và chuyển dịch giữa hai lần động đất [17].
1.1.2. Đứt gãy kiến tạo
Đứt gãy (còn gọi là biến vị, đoạn tầng hoặc phay) là một hiện tượng địa
chất liên quan tới các quá trình kiến tạo trong vỏ Trái Đất. Đứt gãy chia làm
nhiều loại: Đứt gãy thuận, đứt gãy nghịch, đứt gãy ngang... Thông thường, đứt
gãy thường xảy ra tại nơi có điều kiện địa chất không ổn định. Đứt gãy kiến tạo,
nhất là những đứt gãy lớn, chạy dài hàng trăm, hàng ngàn cây số qua nhiều vùng
lãnh thổ với địa hình và kiến tạo khác nhau. Do nằm cách xa phần ranh giới của
mảng kiến tạo nên các đứt gãy trên lãnh thổ Việt Nam là những đứt gãy nội
mảng, các đứt gãy này đóng vai trò phân chia các khối thạch quyển cấp II, III và
IV. Theo tác giả Cao Đình Triều [19], các đứt gãy cấp II thạch quyển (cấp 1 Việt
Nam) có dấu hiệu hoạt động ở Việt Nam và lân cận bao gồm 11 đứt gãy, được
ký hiệu là FII; các đứt gãy cấp III thạch quyển (cấp 2 Việt Nam) có dấu hiệu hoạt
động ở Việt Nam và lân cận bao gồm 34 đứt gãy, được ký hiệu là FIII . Hệ thống
các đứt gẫy trên lãnh thổ Việt Nam được thống kê trong Bảng 1.1 dưới đây.
Bảng 1.1. Hệ thống các đứt gẫy trên lãnh thổ Việt Nam [19]
Đặc điểm
Hình thái - Hình động học
Tên đới đứt gãy
Số
TT
Ký
hiệu
Hướng cắm
Độ
sâu
Bề
rộng
Phương
phát triển
9
(1)
(2)
(3)
(5)
(6)
(7)
(4)
1. Đới đứt gãy cấp II thạch quyển (cấp I Việt Nam)
1
Lai Châu - Điện Biên
KT
?: 600 ÷ 800
TQ
30
FII.1
2
Sông Hồng
TB
ĐB: 600 ÷ 700
TQ
30
FII.2
3
Sông Lô
TB
TN: 600 ÷ 700
TQ
30
FII.3
4
Bắc Hoàng Sa
ĐB
TB
TQ
40
FII.4
5
Phú Lâm - Linh Cẩu
ĐB
TB
TQ
30
FII.5
6
Ranh giới vỏ Đại Dương
TQ
FII.6
7
Thuận Hải - Minh Hải
ĐB
TB: 500 ÷ 700
TQ
30
FII.7
8
Nam Côn Sơn - Tư Chính
ĐB
TQ
FII.8
9
Ba Tháp
TB
TN: 700 ÷ 800
TQ
30-40
FII.9
10
KT
T
TQ
30
FII.10 Natuna
11
Sarawak - Baram - Palawan
TQ
30
FII.11
TB, ĐB,
ĐB
2. Đới đứt gãy cấp III thạch quyển (cấp II Việt Nam)
1
Phong Thổ
TB
TN: 650 ÷ 850
XV
20-30
FIII.1
2
Phan Sipan
TB
TN: 600 ÷ 800
XV
10-20
FIII.2
3
TB
ĐB: 500 ÷ 700
XV
10-20
FIII.3 Mường La - Bắc Yên
4
Sơn La
TB
ĐB: 600 ÷ 700
XV
30-40
FIII.4
5
TB
ĐB: 500 ÷ 800
XV
30-40
FIII.5
Điện Biên - Sầm Nưa -
Thường Xuân
6
Á KT
T
XV
10-20
FIII.6
Yên Minh - Bắc Kạn (Sông
Đáy)
7
Cao Bằng - Tiên Yên
TB
ĐB: 700 ÷ 800
XV
10-20
FIII.7
8
Cô Tô
ĐB
ĐN
XV
10-20
FIII.8
9
Sông Cả
TB
ĐB: 500 ÷ 600
XV
20-30
FIII.9
10
Lôi Châu
ĐB
TB: 600 ÷ 750
XV
20-30
FIII.10
11
TB
TN: 600 ÷ 800
XV
20-30
FIII.11 Rào Nậy
12
ĐB
ĐB: 600 ÷ 700
XV
20-30
FIII.12 Hải Nam
13
ĐB
ĐB: 600 ÷ 800
XV
20-30
FIII.13
A Lưới - Rào Quán - Sơn
Tây - Quy Nhơn
14
KT
T
XV
20-30
FIII.14 Kinh tuyến 110 (Phú Khánh)
10
15
ĐB
XV
20-30
FIII.15 Ốc Tai Voi
16
TB
XV
10-20
FIII.16 Nam Hoàng Sa
17
KT
XV
20-30
FIII.17 Kinh tuyến 117
18
TB
ĐB: 400 ÷ 500
XV
20-30
FIII.18 Buôn Hồ
19
Tuy Hòa
ĐB
ĐN: 500 ÷ 700
XV
20-30
FIII.19
20
Lộc Ninh - Hàm Tân
TB
TN: 600 ÷ 800
XV
20-30
FIII.20
21
Sông Pô Cô
KT
T: 600 ÷ 800
XV
30-40
FIII.21
22
KT
T
XV
20-30
FIII.22 Nam Du
23
Tây Côn Sơn
ĐB
TB: 600 ÷ 700
XV
20-30
FIII.23
24
ĐB
TB: 500 ÷ 600
XV
10-20
FIII.24 Đông Côn sơn
25
Trường Sa
VT
XV
100
FIII.25
26
Palawa
TB
XV
10-20
FIII.26
27
VT
B
XV
10-20
FIII.27 Vũng Mây
28
ĐB
XV
10-20
FIII.28 An Bang
29
ĐB
ĐN
XV
10-20
FIII.29 Kiêu Ngựa
30
Tây Baram
TB
ĐB
XV
10-20
FIII.30
31
TB-VT
TN-N
XV
10-20
FIII.31 Bắc Sarawak
32
KT
Đ
XV
20-30
FIII.32 Đông Natuna
33
Pantani
KT
Đ
XV
20-30
FIII.33
34
TB
ĐB
XV
20-30
FIII.34 Đông Malaysia
Chú thích:
Cột 1: Số thứ tự của đứt gãy theo thống kê của bảng 1
Cột 2: Ký hiệu của đứt gãy dùng để tra cứu trên hình vẽ
Cột 3: Tên đứt gãy
Cột 4: Phương phát triển của đứt gãy: TB (Tây Bắc - Đông Nam); ĐB
(Đông Bắc - Tây Nam); KT (Kinh tuyến); áKT (á Kinh tuyến); VT (Vĩ tuyến) và
áVT (á Vĩ tuyến)
Cột 5: Hướng cắm và góc cắm của đứt gãy: ĐB (Đông Bắc); TN (Tây
Nam); B (Bắc) và N (Nam)
11
Cột 6: Mức độ xuyên cắt của đứt gãy: TQ - Đứt gãy Thạch quyển (có khả
năng xuyên cắt và là ranh giới khối địa động lực thạch quyển); XV - Đứt gãy
xuyên vỏ (xuyên cắt vỏ và là ranh giới khối địa động lực)
Cột 7: Bề rộng ảnh hưởng (đới động lực) của đứt gãy
Hệ thống đứt gãy trên lãnh thổ Việt Nam tập trung chủ yếu ở khu vực Tây
Bắc, các đứt gãy đa phần có hướng Tây Bắc - Đông Nam hoặc hướng Bắc -
Nam như thể hiện trong Hình 1.2 dưới đây:
Hình 1.2. Bản đồ hệ thống đứt gãy chính trên lãnh thổ Việt Nam [19]
12
Hoạt động của đứt gãy tích cực được coi là nguyên nhân của nhiều tai biến và
thảm họa thiên nhiên mà động đất là một dạng tiêu biểu. Theo lý thuyết kinh điển,
động đất là kết quả của dịch trượt nhanh dọc mặt đứt gãy, sự dịch trượt này gây
nên bởi sự giải phóng đột ngột năng lượng (chủ yếu được sản sinh do biến dạng
đàn hồi) tại một vùng trong vỏ Trái Đất. Động đất chủ yếu (chiếm 95%) xẩy ra tại
ranh giới giữa các mảng kiến tạo. Tuy nhiên, động đất cũng xẩy ra tại phần trong
của mảng mà nguyên nhân trước hết được cho là liên quan tới chuyển động mảng
kiến tạo, tiếp theo đó là do sự gia tăng hay giảm đi của các vùng băng, tác động
của tích hoặc xả nước tại các hồ chứa và sự dâng lên của dòng mác ma [19].
1.1.3. Các hướng nghiên cứu biến dạng vỏ Trái Đất
Sự vận động nhiệt và trọng lực xảy ra trong lớp manti và vỏ Trái Đất là
nguyên nhân đầu tiên gây ra trường lực và trường áp lực. Hoạt động này gây ra
các uốn nếp, các đứt gãy và các dạng kiến trúc phá hủy khác. Biến dạng vỏ Trái
Đất được xem là một trong những loại biến dạng cơ bản. Khi nghiên cứu biến
dạng vỏ Trái Đất do hoạt động địa chất kiến tạo thường tập trung vào hai hướng
chính đó là:
1. Nghiên cứu biến dạng trên mặt phẳng
Trong nghiên cứu này, người ta coi vỏ Trái Đất có cấu tạo là các khối vật
thể rắn được gọi là khối kiến tạo (mảng hoặc vi mảng), giữa các khối này được
ngăn cách bằng các đứt gãy. Khi lớp vật chất trong lòng Trái Đất thay đổi thì các
khối kiến tạo này cũng sẽ chuyển dịch tương tác với nhau quanh đới đứt gãy trên
cùng một mặt phẳng. Để nghiên cứu biến dạng của các khối kiến tạo nằm ở hai
bên cánh của đứt gãy, người ta thực hiện tính toán các đại lượng biến dạng trên
hệ tọa độ phẳng (Hệ tọa độ Oxy), theo tác giả Dương Chí Công [3] thì các đại
lượng cần phải tính toán gồm:
Trên mặt phẳng, các vận tốc biến dạng giãn nở, nén ép ( ), trượt ( ),
trương nở (nén ép diện tích) ( ) và xoay ( ) được xác định từ 4 phần tử của
13
ma trận gradient vận tốc chuyển dịch ngang (hay ma trận Jacobi). Ma trận
Jacobi có dạng sau:
(1.1)
Trong đó:
(1.2)
Vận tốc xoay:
(1.3)
Ở đây là gradient
là gradient của biến dạng của trục y theo x và
của biến dạng của trục x theo y.
Vận tốc giãn nở, nén ép theo phương vị α là:
(1.4)
Giá trị vận tốc giãn nở hoặc nén ép lớn nhất , nhỏ nhất được
tính theo công thức:
(1.5)
Vận tốc biến dạng trượt , theo phương vị được tính như sau:
(1.6)
Vận tốc trượt lớn nhất và nhỏ nhất được tính theo công thức:
(1.7)
Trong đó:
14
Các thành phần vận tốc biến dạng trượt , được tính theo công thức:
(1.8)
Vận tốc giãn nở (co ngót) diện tích được tính theo công thức:
(1.9)
Các vận tốc biến dạng được phân chia thành 3 nhóm tương đương nhau:
nhóm tham số “gradient”, nhóm tham số “giá trị riêng” và nhóm tham số “kỹ
thuật” để minh giải biến dạng tùy thuộc vào các loại trị đo lưới nghiên cứu biến
dạng. Tác giả Dương Chí Công [3] đã sử dụng nhóm tham số “kỹ thuật” trong
đó có vận tốc biến dạng trượt , để mô tả biến dạng đứt gẫy Sông Hồng khu
vực Thác Bà - Yên Bái giai đoạn 1963-1994. Ngày nay, công nghệ GNSS được
sử dụng để đo lặp trong các mạng lưới nghiên cứu biến dạng vỏ Trái Đất nên
việc phân nhóm vận tốc biến dạng như trên không cần thiết nữa. Đối với lưới đo
bằng công nghệ GNSS người ta dùng các vận tốc giãn nở, nén ép (tương đương
với vận tốc trượt), vận tốc giãn nở và vận tốc xoay để phân tích minh giải biến
dạng vỏ Trái Đất khu vực nghiên cứu.
2. Nghiên cứu biến dạng trên mặt cầu [42, 43]
Nghiên cứu biến dạng trên mặt cầu được thực hiện bằng cách tính toán,
phân tích không gian các điểm trong hệ tọa độ không gian địa tâm (hệ tọa độ
cầu). Để thực hiện các nghiên cứu này, người ta coi vỏ Trái Đất dịch trượt nhanh
dọc mặt đứt gãy, chuyển dịch này chủ yếu do biến dạng đàn hồi tác động làm
thay đổi vị trí của các điểm quan trắc trên bề mặt đất khi lớp vật chất trong lòng
Trái Đất thay đổi. Trong trường hợp này, Trái Đất được coi là một hình cầu và
việc tính toán biến dạng được dựa vào tensor gradient vận tốc của điểm quan
trắc trên mặt cầu. Các thành phần biểu diễn biến dạng trên mặt cầu là đại lượng
vô hướng được tính theo tài liệu [42, 43] như sau:
a) Tính tensor gradient vận tốc
15
Gradient vận tốc là tốc độ biến dạng của sự chuyển dịch được dùng để đo
sự thay đổi của một trường vô hướng theo những hướng khác nhau. Khi đó,
gradient vận tốc được ký hiệu là L và được định nghĩa bởi công thức sau:
(1.10)
Trong bất kỳ khung tham chiếu nào, gradient vận tốc có liên quan đến
ma trận Jacobi và được phân tích thành 2 thành phần đối xứng và không đối
xứng như sau:
(1.11)
Gọi thành phần đối xứng D là tensor vận tốc biến dạng (strain rate tensor) và
ký hiệu là:
(1.12)
và gọi thành phần không đối xứng W là tensor tốc độ xoay và ký hiệu là:
(1.13)
Như vậy, công thức gradient vận tốc có thể được viết lại là:
(1.14)
Tensor vận tốc biến dạng D được tính theo các thành phần gradient vận
tốc như sau:
(1.15)
16
Tensor tốc độ xoay W được tính theo các thành phần gradient vận tốc như
sau:
(1.16)
b) Tính tốc độ xoay (Rotation rate)
Tốc độ xoay của vật thể được ký hiệu là theo [42, 43] sẽ là:
(1.17)
Lúc này, công thức tính tốc độ xoay theo gradient vận tốc như sau:
(1.18)
Tích giữa gradient vận tốc với vận tốc chuyển dịch được gọi là rô-to
(thành phần xoay) của trường vector. Đây là phần xoay cứng không thay đổi vị
trí tương đối, do đó thành phần W của gradient vận tốc không góp phần làm thay
đổi tỷ lệ biến dạng. Tuy nhiên, tốc độ xoay có ý nghĩa trong việc xác định chiều
hướng vặn xoắn của biến dạng.
c) Tính tốc độ biến dạng (Strain rate)
Tốc độ biến dạng tại một số điểm thể hiện sự thay đổi theo thời gian trong
vùng lân cận của điểm đó. Nó bao gồm cả tốc độ mở rộng hoặc co lại của vật
liệu (tốc độ mở rộng) và tốc độ bị biến dạng do cắt liên tục mà không thay đổi
thể tích (tốc độ cắt) như mô tả trong hình vẽ sau:
17
Hình 1.3. Tốc độ biến dạng của điểm [43]
Tensor tốc độ biến dạng D là số đo đối xứng của gradient vận tốc, có thể
được coi là tổng của hai thành phần, gồm tốc độ mở rộng và tốc độ trượt dần
dần như sau:
(1.19)
trong đó:
- là thành phần của ma trận tensor tốc độ biến dạng có kích thước
(3x3);
- là thành phần của ma trận tensor tốc độ mở rộng được tính theo
công thức:
(1.20)
Ở đây, là đơn vị tensor, khi i = j và khi i ≠ j;
- là thành phần của ma trận tensor tốc độ mở rộng được tính theo
công thức:
(1.21)
trong đó:
- i là số hàng và j là số cột của ma trận (3x3), tương ứng với các trục tọa
độ x, y, z (i = 1, j = 1 tương ứng với trục x, i = 2, j = 2 tương ứng với trục y, i =
3, j = 3 tương ứng với trục z),
18
); - là đạo hàm riêng theo các trục tương ứng (i = 1 thì
d) Tính tốc độ trương nở (Dilatation rate)
Tốc độ trương nở là sự mở rộng trên một đơn vị thể tích của một thành
phần vật chất đang diễn ra trong một khoảng thời gian nhất định và trong quá
trình này chỉ có sự trương nở mà không có sự phân chia của vật thể. Như vậy,
trương nở trong một khối đàn hồi được mô tả như trong Hình 1.4 dưới đây:
Hình 1.4. Mô tả hình thái của sự trương nở
Tốc độ trương nở được ký hiệu là Θ và được tính theo công thức:
(1.22)
Công thức tính tốc độ trương nở theo gradient vận tốc như sau:
(1.23)
Phương trình trên gắn với ý nghĩa vật lý đưa đến sự phân nhánh của tốc
độ trương nở, khi Θ có giá trị dương thì vật thể đang giãn nở, ngược lại nếu Θ
giá trị âm thì vật thể co lại và khi Θ = 0 tốc độ trương nở không tồn tại và được
gọi là trạng thái không nén.
19
1.2. Tình hình nghiên cứu biến dạng vỏ Trái Đất bằng phương pháp
trắc địa ở Việt Nam
Nghiên cứu chuyển dịch ngang vỏ Trái Đất bằng phương pháp trắc địa ở
Việt Nam đã được triển khai từ năm 1980 với công trình đầu tiên là mạng lưới
tam giác do Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước xây dựng phục vụ quan trắc
chuyển dịch trên khu vực khe nứt Chí Linh [13]. Tiếp theo là nghiên cứu chuyển
dịch thẳng đứng của vỏ Trái Đất bằng phương pháp thuỷ chuẩn hình học [12].
Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước đã sử dụng phương pháp bình sai mạng lưới
trắc địa tự do để nghiên cứu sự ổn định của các điểm thuỷ chuẩn và mạng lưới
thuỷ chuẩn gốc dựa trên kết quả đo lặp được thực hiện năm 1986 [10].
Từ năm 1982, Viện Địa chất đã xây dựng mạng lưới Thác Bà - Yên Bái
bao gồm 13 điểm tam giác hạng I, II phân bố đều trên các cánh của các đứt gãy
Sông Hồng và Sông Chảy thuộc địa phận các tỉnh Yên Bái, Tuyên Quang, Vĩnh
Phú, Phú Thọ. Cuối năm 1993, mạng lưới được bổ sung thêm 08 điểm GPS [3].
Kết quả nhận được đã chỉ ra đứt gẫy Sông Hồng từ năm 1963 đến 1994 ứng với
mức xác suất 95% không phát hiện thấy vận tốc biến dạng trượt lớn hơn 0,6
rad/năm (tương ứng với vận tốc chuyển dịch ngang 06 mm/năm trên 10 km).
Vận tốc có giá trị dương cho phép kết luận xu thế trượt phải của đứt gẫy Sông
Hồng phù hợp với các nghiên cứu địa chất [3].
Trong khuôn khổ hợp tác với đồng nghiệp Cộng hòa Liên bang Đức và
Cộng hòa Pháp, Viện Địa chất đã triển khai một loạt các chu kỳ đo để nghiên
cứu biến dạng vỏ Trái Đất vào các thời điểm năm 1994, 1996, 1998, 2000. Các
tệp số liệu đã được xử lý, bước đầu kết luận chuyển dịch của đới đứt gãy Sông
Hồng không lớn hơn 05 mm/năm [16]. Tiếp tục đo lặp chu kỳ từ năm 2006 -
2007 kết hợp với dữ liệu các đợt đo trước (trên 10 năm) trong khu vực lưới GPS
Tam Đảo - Ba Vì, TS. Vi Quốc Hải [6] đã sử dụng phần mềm GPSurvey 2.35 và
BERNESE 4.2 để tính toán vận tốc chuyển dịch trong hệ tọa độ toàn cầu ITRF-
2000, kết quả cho thấy chuyển dịch tuyệt đối của khu vực dọc đới đứt gãy Sông
Hồng (đại diện là điểm HUN1) với tốc độ 33.9 ± 0.4 mm/năm về hướng Đông
và 12.6 ± 0.6 mm/năm theo hướng Nam và chuyển dịch địa phương giữa hai
cánh đứt gãy không quá 0.8 mm/năm.
20
Trong giai đoạn các năm 2001, 2002, 2004 và 2005, Viện Địa chất đã xây
dựng một mạng lưới gồm 7 điểm với các cạnh có độ dài từ 10 - 45 km trên khu
vực Sông Đà - Sơn La - Bỉm Sơn để nghiên cứu các hệ đứt gãy lân cận đới đứt
gãy Sông Hồng. Kết quả thu được về chuyển động ngang đới đứt gãy Sông Đà
và Sơn La - Bỉm Sơn khoảng 1.0 ± 0.5 mm/năm [5].
Để tiếp tục có những số liệu trong đánh giá chuyển dịch của đứt gãy Sông
Hồng, tác giả Nguyễn Tuấn Anh [1] đã xây dựng 11 điểm đo GPS ở khu vực Hà
Nội và lân cận, được đo bằng máy GPS loại 2 tần số, dữ liệu đo được xử lý bằng
phần mềm BERNESE 5.0. Kết quả cho thấy, hầu hết các trạm đang bị chuyển
dịch tuyệt đối về phía Đông Nam với tốc độ từ 22 đến 32 mm/năm.
Nghiên cứu về hệ đứt gãy Lai Châu - Điện Biên cũng đã được Bộ Tài
nguyên và Môi trường cùng với Viện Địa chất triển khai trong khuôn khổ đề tài cấp
Bộ do PGS. TSKH. Hà Minh Hòa chủ trì thực hiện [9]. Tác giả đã xây dựng 05
điểm GPS và đã tiến hành đo 03 chu kỳ đo, mỗi năm 01 chu kỳ bằng các máy GPS
loại 02 tần số, tác giả đã xây dựng phần mềm ECME-GPS và GUST để xử lý dữ
liệu đo. Kết quả nghiên cứu chuyển dịch nhận được sau 03 chu kỳ đo cho thấy, giai
đoạn từ tháng 02/2002 đến tháng 02/2004, đứt gãy Lai Châu - Điện Biên có xu
hướng dịch chuyển phải và tách dãn: Chuyển dịch vị trí mặt bằng tại điểm NGA1
với tốc độ 06 mm/1năm; điểm DON1 với tốc độ 02 mm/năm và điểm TAU2 với
tốc độ 06 mm/năm; tốc độ trồi lún của điểm DON1 là 4,5 mm/năm; điểm LEM1 là
-04 mm/năm và điểm TAU2 là - 7,5 mm/năm.
Nghiên cứu chuyển dịch vỏ Trái Đất khu vực đới đứt gãy Sông Mã cũng đã
được PGS.TSKH Hà Minh Hòa thực hiện trong khuôn khổ dự án sản xuất thử
nghiệm cấp Bộ [7]. Dự án này được triển khai từ năm 2006 đến năm 2008 với 08
điểm GPS xây dựng phủ trùm trên khu vực đới đứt gãy Sông Mã và đới đứt gãy
Sơn La. Các kết quả nghiên cứu cho thấy đới đứt gãy Sông Mã chỉ có hiện tượng
trượt bằng. Tốc độ chuyển dịch ngang trên đới đứt gãy Sông Mã trong giai đoạn từ
tháng 11/2006 đến tháng 10/2008 đạt giá trị lớn nhất là 06 mm/năm tại điểm PLO1
và nhỏ nhất là 02 mm/năm tại điểm KTH1.
Trong khuôn khổ đề tài trọng điểm cấp Nhà nước mang mã số
KC.09.11/06-10, do PGS.TS. Phan Trọng Trịnh làm chủ nhiệm [20] cũng đã
21
tiến hành đo đạc và xử lý dữ liệu GPS với 04 chu kỳ đo trong các năm từ 2007
đến 2010 của lưới GPS Biển Đông. Lưới này bao gồm các trạm đo GPS Láng
(LANG), Bạch Long Vĩ (BLV1), Song Tử Tây (STT1), Côn Đảo (CDA1), Huế
(HUES), Đồng Hới (DOHO) và Hồ Chí Minh (HOCM). Kết quả xử lý độc lập
trên hai phần mềm GAMIT và BERNESE đã xác định sự chuyển dịch và tốc độ
chuyển dịch tuyệt đối của các điểm trong hệ toạ độ toàn cầu IGS05. Kết quả
nhận được cho thấy:
Bảng 1.2. Kết quả tính chuyển dịch tuyệt đối của các điểm trong đề tài
KC.09.11/06-10 [20]
Trạm
STT
LANG 1
Chuyển dịch về phía
Đông theo năm (mm)
~39,0
Chuyển dịch về phía Nam
theo năm (mm)
~13,0
BLV1 2 ~29,0 ~14,0
STT1 3 ~22,5 ~10,5
CDA1 4 ~21,0 ~10,0
DOHO 5 ~26,8 ~9,0
HUES 6 ~30,0 ~20,0
HOCM 7 ~21,5 ~12,0
Quan trắc chuyển dịch vỏ Trái Đất bằng công nghệ GPS trên khu vực Tây
Nguyên cũng đã được Viện Địa chất triển khai vào năm 2012 và 2013 [21]. Kết
quả tính toán tốc độ chuyển dịch bằng phần mềm BERNESE 5.0 đã xác định
được vận tốc chuyển động kiến tạo hiện đại trong khung quy chiếu quốc tế
ITRF-08 tại 12 điểm đo với tốc độ chuyển dịch về phía Đông khoảng 22-25
mm/năm và chuyển dịch về phía Nam khoảng 5-8 mm/năm.
Dựa trên kết quả nghiên cứu của các đề tài khoa học công nghệ và các dự
án sản xuất thử nghiệm trong giai đoạn từ năm 1998 đến năm 2010, Bộ Tài
nguyên và Môi trường đã giao cho Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ chủ trì
phối hợp với Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản triển khai xây dựng mạng
lưới trắc địa địa động lực phủ trùm lãnh thổ Việt Nam nhằm phục vụ công tác
dự báo tai biến tự nhiên với tổng số điểm đo GPS bố trí trên 22 đới đứt gãy
22
chính. Sau 05 năm quan trắc ở khu vực Miền Bắc đã đưa ra kết quả tính toán
vận tốc dịch chuyển vỏ Trái Đất tại các đới đứt gãy chính trên khu này.
Ngoài ra, từ năm 2015 Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ đã chủ trì triển
khai thực hiện xây dựng mạng lưới điểm quan trắc chuyển dịch đứng trên 13
trạm khí tượng hải văn bằng phương pháp tổ hợp đo GNSS kết hợp với đo thủy
chuẩn và đo trọng lực tuyệt đối độ chính xác cao để cung cấp số liệu phục vụ
quan trắc độ dâng cao của mặt nước biển trung bình.
1.3. Tổng quan về khả năng ứng dụng phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ
trong trắc địa ở Việt Nam và trên thế giới
1.3.1. Tổng quan về phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ [22],[33]
Lý thuyết và ứng dụng của sóng nhỏ được phát triển để khắc phục nhược
điểm thiếu định vị thời gian của phân tích Fourier. Một trong những nhược điểm
lớn của biến đổi Fourier thời gian ngắn là độ phân giải thời gian giống nhau cho
tất cả các tần số. Để khắc phục nhược điểm này, người ta đã sử dụng một xung
dao động (Wavelet - dịch theo từ gốc là một sóng nhỏ) và thay đổi kích thước
của nó rồi so sánh với tín hiệu ở từng đoạn riêng biệt.
Kỹ thuật này bắt đầu với sóng nhỏ gốc chứa các dao động tần số khá
thấp. Sóng nhỏ này được so sánh với tín hiệu phân tích để có một bức tranh
toàn cục của tín hiệu ở độ phân giải thô. Sau đó, sóng nhỏ được nén lại để nâng
cao dần dần tần số dao động. Quá trình này gọi là làm thay đổi quy mô (scale)
phân tích rồi tiến hành so sánh tín hiệu chi tiết ở các độ phân giải cao hơn. Từ
đó phát hiện được các thành phần biến thiên nhanh còn ẩn bên trong tín hiệu.
Đó chính là mục đích của phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ hay còn gọi là phép
xấp xỉ sóng nhỏ. Quá trình thực hiện xấp xỉ sóng nhỏ thường được thực hiện
theo ba dạng như sau:
a. Xấp xỉ sóng nhỏ liên tục
Sóng nhỏ được sử dụng là hàm cơ bản đại diện cho các hàm tín hiệu số
được biểu diễn theo quan hệ như sau:
23
(1.24)
trong đó:
- là hàm tín hiệu số,
- là hằng số,
- là hàm sóng nhỏ được thực hiện bằng cách lấy quy mô (scale)
đồng thời cho chuyển dịch hàm sóng nhỏ gốc theo thời gian (t) ở dạng:
(1.25)
- là thông số của quy mô chỉ sự co giãn của sóng nhỏ; b là thông số
chuyển dịch vị trí theo thời gian của sóng nhỏ.
Xấp xỉ sóng nhỏ liên tục (CWT: Continuos Wavelet Transform) của một
hàm f(t) được định nghĩa là một dãy tín hiệu của hàm f(t) với sự biến đổi của
hàm sóng nhỏ như sau:
(1.26)
với R là không gian số thực,
Xấp xỉ sóng nhỏ diễn tả sự tương quan giữa hàm f(t) và sóng
nhỏ . Xấp xỉ sóng nhỏ liên tục là giải pháp phân tích sự giống nhau giữa
hàm sóng nhỏ gốc và các tín hiệu riêng của chúng. Việc xác định các hệ số sóng
nhỏ liên tục (CWT) của tín hiệu bắt đầu bằng cách sử dụng các sóng nhỏ có thể
phát hiện các tần số cao nhất hiện có trong tín hiệu đó.
b. Xấp xỉ sóng nhỏ rời rạc
Xấp xỉ sóng nhỏ liên tục chứa nhiều giá trị trùng lặp và đòi hỏi tính toán
công phu nên ít được dùng. Vào năm 1976, người ta đã sử dụng kỹ thuật biến
đổi tín hiệu theo thời gian rời rạc ở dạng mã hóa hình tháp để xử lý tín hiệu số.
Phương pháp này được gọi là xấp xỉ sóng nhỏ rời rạc (DWT, Discrete Wavelet
Transform). Phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ rời rạc đã khắc phục được những
24
nhược điểm của phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ liên tục bằng cách rời rạc hóa
thông số a, b như sau:
(1.27)
trong đó m, n là số nguyên.
Khi đó hàm sóng nhỏ sẽ được viết thành:
(1.28)
Trong thực tế, thông số thường được chọn bằng 2 và được chọn
bằng 1, như vậy hàm sóng nhỏ được viết lại là:
(1.29)
Với sự chọn lựa thông số a, b như trên, xấp xỉ sóng nhỏ rời rạc (DWT)
cho hàm tín hiệu theo thời gian như sau:
(1.30)
Phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ rời rạc thường được áp dụng rộng rãi
trong việc lọc nhiễu và phân tích dữ liệu.
Trong quá trình lọc nhiễu người ta thường sử dụng phương pháp đặt
ngưỡng. Ứng với mỗi tầng trong miền biến đổi, chọn một ngưỡng cắt (cutoff
threshold) thích hợp, nếu các hệ số chi tiết nhỏ hay bằng giá trị ngưỡng thì giá
trị này được coi là bằng không và chỉ có các giá trị lớn hơn giá trị ngưỡng được
giữ lại để có các hệ số chi tiết cải tiến cho tầng đó. Sau khi đặt ngưỡng cho tất
cả các tầng, dùng các hệ số cải tiến này để phục hồi lại tín hiệu, lúc đó sẽ có tín
hiệu loại nhiễu. Tuy nhiên, điều quan trọng là phải chọn được một ngưỡng cắt
thích hợp cho mỗi tầng để có thể lọc bỏ nhiễu mà vẫn không làm mất các thông
tin có ích trong tín hiệu.
c. Phân tích đa phân giải
Phân tích đa phân giải (multiresolution analysis - MRA) là giải pháp kỹ
thuật được thực hiện trên cơ sở sóng nhỏ trực giao, bằng cách cho phân tách
25
nhanh tín hiệu f từ một không gian hẹp nhất định thành hai dải tần
số khác nhau gồm tần số thấp và tần số cao. Phần tần số thấp thu được bằng
phép chiếu trực giao vào không gian hẹp nhỏ hơn , ở đó chỉ chứa
các phương trình làm trơn của . Phần bổ sung trực giao của trong sẽ
được ký hiệu là . Hình chiếu của tín hiệu f vào sẽ được ký hiệu là ,
khi đó có công thức:
(1.31)
và
(1.32)
Khi tiếp tục phân tích bằng cách biểu diễn là tổng trực giao của ,
nó bao gồm phần mịn hơn của và phần thô hơn của . Các phần tương ứng
được gọi là và . Như vậy, tín hiệu f sẽ được phân tích như sau:
(1.33)
Khi phân tích tín hiệu f trong n trạng thái ta có:
(1.34)
Cùng với việc phân tích trạng thái ta có chuỗi lồng nhau của không gian V
dạng:
(1.35)
Phân tích đa phân giải dùng hai hàm bổ trợ là hàm quy mô (scale
function) và hàm sóng nhỏ liên kết lần lượt với các kỹ thuật lọc thông thấp và
lọc thông cao (low- pass filter, high-pass filter). Từ các hệ số sóng nhỏ nhận
được sau phân tích, có thể phục hồi lại tín hiệu f nguyên thủy, kỹ thuật này được
gọi là phân tích đa phân giải.
Xấp xỉ sóng nhỏ được sử dụng để nén dữ liệu và hình ảnh; giải phương
trình vi phân riêng phần; phát hiện trạng thái bất thường; nhận dạng mẫu; phân
tích kết cấu dữ liệu; giảm nhiễu và thực hiện nhiều công việc khác. Ưu điểm
chính của phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ so với các phương pháp Fourier truyền
thống là sử dụng các hàm cơ bản cục bộ và tốc độ tính toán nhanh hơn.
26
1.3.2. Tổng quan về ứng dụng phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ trong
trắc địa trên thế giới
Hiện nay, phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ được các nhà khoa học trên thế
giới nghiên cứu, ứng dụng khá rộng rãi trong công tác trắc địa. Một số kết quả
tiêu biểu được giới thiệu dưới đây.
Trong quá trình giám sát biến dạng bằng công nghệ GNSS, sai số đo
(nhiễu) là không thể tránh khỏi trong các kết quả quan trắc do ảnh hưởng của
điều kiện bên ngoài như phương pháp đo, dụng cụ đo, truyền dữ liệu và những
yếu tố khác. Để giảm nhẹ tác động nhiễu trắng từ hiệu ứng đa đường truyền của
các phép đo và cải thiện chất lượng xử lý dữ liệu GNSS, các tác giả Yandong
Gao, Maolin Xu, Fengyun Yang, Yachun Mao, Shuang Sun [27] đã nghiên cứu
ứng dụng phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ để cải thiện và làm giảm ngưỡng nhiễu
thông qua việc phân tích giảm ngưỡng nhiễu cứng, ngưỡng nhiễu mềm với thực
nghiệm là số liệu đo tĩnh nhanh trong 05 ngày với thời gian thu tín hiệu 30 phút
một ngày và khoảng giãn cách thu tín hiệu là 10 giây. Từ kết quả nghiên cứu,
các tác giả đã chỉ ra rằng, ứng dụng xấp xỉ sóng nhỏ để giảm ngưỡng nhiễu đạt
hiệu quả cao, tốt hơn phương pháp thông thường.
Phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ cũng đã được các tác giả Mosbeh R.
Kaloop và Dookie Kim [32] nghiên cứu áp dụng trong quan trắc liên tục biến
dạng kết cấu công trình cầu. Để giảm nhỏ sai số của cảm biến, các tác giả đã dựa
vào phân tích sóng nhỏ rời rạc trong phân tích thành phần chủ yếu của trị đo,
nén dữ liệu sóng nhỏ và giảm nhiễu để chứng minh hiệu quả bằng cách sử dụng
các dữ liệu đo GPS thu thập từ hệ thống quan trắc thời gian ngắn bố trí trên cầu
đường sắt tại Mansoura. Kết quả thực nghiệm đã được thực hiện dựa trên hệ
thống thiết bị đo GPS động tức thời (GPS-RTK). Các kết quả đã được đánh giá
là các phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ khá đơn giản và nhanh chóng chiết xuất
giảm nhiễu trị đo GPS trong hệ thống quan trắc trạng thái kết cấu công trình. Số
liệu đo GPS được sử dụng để mô tả biến động của cầu theo thời gian và tần số
biến động đáng tin cậy; các sai số đa đường truyền tín hiệu GPS chiếm khoảng
30% đến 50% tổng số sai số của số liệu đo và hoàn toàn có thể loại bỏ được.
27
Các tác giả M. El-Habiby, M. G. Sideris [25] đã ứng dụng xấp xỉ sóng
nhỏ rời rạc để xác định ngưỡng và lọc dữ liệu đo trọng lực hàng không. Từ kết
quả nghiên cứu thực nghiệm trên dữ liệu đo trọng lực hàng không do Đại học
Calgary thu thập năm 1996, các tác giả đã chỉ ra sự kết hợp của kỹ thuật tạo
ngưỡng tự động và lọc dữ liệu có hiệu quả hơn trong việc giảm thiểu và giới hạn
nhiễu trị đo trọng lực. Ngưỡng mềm được chứng minh là có hiệu quả hơn so với
ngưỡng cứng với những sóng nhỏ khác nhau có hiệu ứng khác nhau trên các kết
quả phân tích và giảm nhiễu của tín hiệu. Áp dụng xấp xỉ sóng nhỏ trong giảm
nhiễu đạt độ chính xác tốt hơn so với bộ lọc thông thấp.
Phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ cũng đã được các tác giả Isabelle PANET,
Yuki KUROISHI, Matthias HOLSCHNEIDER [37] nghiên cứu áp dụng để xây
dựng mô hình trường trọng lực của Nhật Bản theo hướng kết hợp dữ liệu trọng
lực vệ tinh với dữ liệu trọng lực mặt đất. Dựa vào tính chất cục bộ hóa của sóng
nhỏ trong không gian và tần số, các nhà khoa học đã xác định miền con của sóng
nhỏ ở các quy mô khác nhau. Trên mỗi quy mô của miền con được xác định
bằng cách sử dụng phân chia không gian của khu vực, sau đó thực hiện xấp xỉ
ma trận cho mỗi khối bằng cách đưa vào xấp xỉ cục bộ sóng nhỏ theo quy
mô. Cuối cùng, thực hiện kỹ thuật xử lý lặp các dữ liệu tổng hợp từ mô hình
toàn cầu GRACE, Eigen-GL04S, dữ liệu đo trọng lực mặt đất, dữ liệu đo trọng
lực biển, mô hình độ cao mặt biển altimetry để tạo ra mô hình hoàn thiện hơn
cho trường trọng lực trên toàn lãnh thổ Nhật Bản.
Xấp xỉ sóng nhỏ đa tỷ lệ trực giao đối xứng đã được các tác giả HUO
Guoping, MIAO Lingjuan [31] áp dụng để phát hiện và xác định trượt chu kỳ
của phép đo pha sóng mang trong định vị GPS. Từ dữ liệu thực nghiệm trên các
vệ tinh PRN1, PRN3 và PRN8, đo bằng máy Novatel SuperStarII OEM GPS với
khoảng thời gian thu tín hiệu 01 giây, các tác giả đã giới thiệu các thuật toán xấp
xỉ sóng nhỏ đa tỷ lệ để phát hiện trượt chu kỳ, kết hợp với các phương pháp mô-
đun cực đại của nguyên tắc phát hiện dị thường để phát hiện và xác định vị trí
các trượt chu kỳ. Phương pháp này cho kết quả xử lý hiệu quả và tốt hơn
phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ vô hướng.
28
Các tác giả Satirapod C., Ogaja C., Wang J. and Rizos C [38] đã áp dụng
phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ để chia phần dư phân sai kép của trị đo GPS ra hai
thành phần chỉ số chênh lệch tần số thấp và chỉ số nhiễu tần số cao. Các thành
phần chênh lệch này sau đó được áp dụng trực tiếp cho các trị đo GPS để hiệu
chỉnh cho chỉ số này kết hợp với việc ước lượng ma trận hiệp phương sai VCV
để kiểm soát việc xây dựng các mô hình ngẫu nhiên. Các kết quả cho thấy
phương pháp này có thể cải thiện cả về độ phân giải nhiễu và tính chính xác của
các thành phần cơ bản được tính.
Ứng dụng phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ trong giám sát biến dạng cấu
trúc động của tòa nhà hoặc tháp cao tầng (như cầu, tháp cao, tòa nhà chọc trời)
đã được Huang Shengxiang và Liu Jingnan [30] trình bày trong giám sát động
khi xây dựng tòa nhà Ngân hàng Hạ Môn ở Trung Quốc. Các kết quả cho thấy,
khi tần số dao động lớn hơn 0.05 Hz, cụ thể là khoảng thời gian rung động nhỏ
hơn 20 giây, biên độ nhỏ hơn 01 mm hoặc nhỏ hơn nhiều so với sự rung động
cấu trúc có thể hoàn toàn được xác định bằng công nghệ đo động GPS. Xấp xỉ
sóng nhỏ có thể trích xuất hiệu quả tín hiệu yếu nhưng hữu ích từ tín hiệu
nhiễu loạn ban đầu bởi nhiễu mạnh. Phương pháp cho kết quả tốt hơn so với
phương pháp truyền thống.
Nghiên cứu phi tuyến tính sự thay đổi tọa độ tại các trạm GNSS cố định
theo chuỗi thời gian bằng phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ cũng đã được nhà khoa
học Ba Lan [23] thực hiện bằng cách phân tích chuỗi thời gian của các trị đo GPS
trong khoảng từ 13-19 năm của 05 trạm thường trực IGS (International GNSS
Service) nằm trong khu vực kiến tạo không ổn định (hút chìm, tách dãn). Kết quả
đã cho thấy rằng, nghịch đảo vận tốc GPS sử dụng xấp xỉ sóng nhỏ có thể tốt hơn
so với biến dạng đàn hồi được dự đoán đối với các yếu tố hữu hạn mô hình xấp xỉ
hình học của các đới hút chìm, tách dãn hoặc vùng chuyển tiếp.
Các nhà khoa học K. Vijay Kumar, Kaoru Miyashita, Jianxin Li [34] đã
áp dụng phương pháp sóng nhỏ trong phân tích, loại bỏ tín hiệu nhiễu và ảnh
hưởng sai số theo mùa của chuỗi dữ liệu GPS thuộc mạng lưới điểm đo liên tục
từ năm 1996 đến năm 1999 để ước tính dịch chuyển đều vỏ Trái Đất và trường
biến dạng trong nghiên cứu và khảo sát về kiến tạo trong và xung quanh Miền
29
Trung Nhật Bản. Từ kết quả thực nghiệm các tác giả đã xây dựng các loại bản
đồ chuyển dịch, bản đồ vận tốc trương nở, bản đồ biến dạng trượt tại Miền
Trung của Nhật Bản. Kết quả đã chỉ ra rằng: (1) sự phân bố tỷ lệ trương nở cho
thấy sự xuất hiện rõ nét một chế độ nén ép; (2) tỷ lệ biến dạng trượt rất cao, từ
0,12 microstrain/năm đến 0,18 microstrain/năm và cao nhất tại khu vực xung
quanh vịnh Sagami và vịnh Tokyo; (3) Sự phân bố của các trục biến dạng gốc và
giá trị dịch chuyển chỉ ra ranh giới kiến tạo dọc theo vùng địa chấn
Shinanogawa và Atotsugawa. Qua thực nghiệm các tác giả đã chỉ ra sự khác biệt
giữa phân bố tỷ lệ biến dạng trượt tối đa từ các dữ liệu GPS thô với dữ liệu đo
GPS sau khi phân tích và lọc nhiễu cho độ chính xác lên tới khoảng 0,14
microstrain/năm ở các vùng hoạt động địa chấn. Kết quả nghiên cứu cũng khẳng
định khi áp dụng phương pháp sóng nhỏ phân tích dữ liệu đo GPS theo chuỗi
thời gian để xác định sự biến dạng từ của vỏ Trái Đất có kỹ thuật tính toán hiệu
quả hơn.
Năm 2009, tác giả Tape, C [41] đã giới thiệu phương pháp xấp xỉ sóng
nhỏ để ước tính trường vận tốc không gian trên mặt cầu (tốc độ trương nở, tốc
độ biến dạng và tốc độ xoay) từ tập hợp các trị đo trắc địa có khoảng giãn cách
thời gian không đều nhau. Phương pháp này đã phát triển cách biểu diễn (đa tỷ
lệ) vận tốc bề mặt bằng cách cho phép thiết lập một công cụ (geodetic event
detector) phát hiện được các biến dạng nhanh vỏ Trái Đất (theo không gian và
thời gian). Cách khai triển trường vận tốc theo xấp xỉ sóng nhỏ tự động chỉ ra
các thay đổi có trên khu vực nghiên cứu nhanh hơn phương pháp sử dụng chuỗi
tọa độ theo thời gian. Hệ quả của sử dụng phương pháp này là nhiễu trong số
liệu đo GPS như lỗi khung quy chiếu sẽ được loại bỏ. Đây là công cụ thuận tiện
phân tích dữ liệu trắc địa từ các mạng lưới GPS dày đặc. Từ số liệu đo được ở
các trạm GPS hoạt động liên tục trong khoảng thời gian 11,6 năm từ 1997 đến
2008, tác giả đã đưa ra kết luận tốc độ biến dạng chính khoảng 1,5μrad/năm
trên đứt gãy trong khu vực Parkfield và cũng đã chỉ ra rằng việc biểu diễn đa tỷ
lệ rất thích hợp để xác định và mô tả đặc trưng tín hiệu địa vật lý cho tất cả các
tỷ lệ. Đây là một giải pháp tốt trong việc giám sát đa tỷ lệ toàn cầu của các
trường dịch chuyển GPS phụ thuộc thời gian, xác định chính xác các đặc tính
30
của biến dạng bề mặt Trái Đất và phát hiện các hiện tượng quan trọng trong địa
vật lý.
Các tác giả Ohtani, R., J.J. McGuire, and P. Segall [36] đã trình bày giải
pháp kỹ thuật xử lý dữ liệu mạng lưới GPS dày đặc để xác định biến dạng tức
thời của vỏ Trái Đất bằng cách kết hợp giữa kỹ thuật sóng nhỏ với kỹ thuật lọc
Kalman để tách biệt tín hiệu không gian đột biến từ chuyển động đều và chuyển
động cục bộ trong tìm kiếm chuyển dịch nhỏ do động đất chậm phục vụ việc lập
bản đồ hệ thống động đất chậm hoặc các quá trình tương tự ở các vùng hoạt
động kiến tạo như Nhật Bản, Cascadia và California.
Nghiên cứu ước tính biến dạng vỏ Trái Đất từ mạng lưới GPS phủ trùm
trên phần lục địa của Trung Quốc bằng phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ cũng đã
được các nhà khoa học CHENG Pengfei, WEN Hanjiang, SUNLuoqing,
CHENG Yingyan, ZHANG Peng, BEIJ inzhong, WANG Hua [24] áp dụng để
tính toán cho 1.068 điểm GPS. Từ kết quả thực nghiệm các tác giả đã chỉ ra sự
chính xác của mô hình được ước tính theo độ lệch bình phương trung bình giữa
kết quả đo đạc và mô hình là 0,95 mm/năm theo hướng Đông và 0,97 mm/năm
theo hướng Bắc trong khu vực có các trạm đo dày đặc. Ở khu vực có các trạm
đo thưa thớt thì kết quả là 1,32 mm/năm về hướng Đông và 1,30 mm/năm về
phía Bắc. Phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ cho phép hiển thị các đặc điểm của biến
dạng ở các quy mô khác nhau.
1.3.3. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
Ở Việt Nam, phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ đã được nghiên cứu ứng dụng
trong nhiều ngành khoa học khác nhau như xử lý ảnh, điện tử, viễn thông, giao
thông, y học, địa chất... Phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ bước đầu đã được một số
nhà khoa học trong nước nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực trắc địa.
Phân tích dị thường địa phương và dị thường khu vực của trường trọng
lực Trái Đất bằng phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ Daubechies trực chuẩn đã
được tác giả Dương Hiếu Đẩu và Đặng Văn Liệt [4] ứng dụng để xác định
được vị trí của các nguồn tạo ra dị thường trọng lực địa phương. Các kết quả
phân tích cho thấy việc sử dụng xấp xỉ sóng nhỏ rời rạc DWT có hiệu quả
31
tương tự như phương pháp dùng đạo hàm bậc hai của gia tốc trọng trường
thẳng đứng. Phương pháp này mang lại khả năng cho các nghiên cứu ứng dụng
sâu hơn để phân tích các dị thường từ và trọng lực của miền đồng bằng Nam
Bộ nói riêng và của Việt Nam nói chung.
Phương pháp phân tích đa phân giải (MRA) cũng đã được tác giả Lương
Bảo Bình [2] ứng dụng trong việc nội suy các giá trị trọng lực cho các vị trí bất
kỳ từ các giá trị đầu vào với phân bố không gian bất kỳ. Qua kết quả thực
nghiệm, tác giả đã chỉ ra ở mức độ toàn cầu, các giá trị độ cao Geoid đến bậc
10 đã được dùng để nội suy cho chính các vị trí này có kết quả chênh lệch ở
mức 10-12 m. Ở mức độ khu vực, 5.796 giá trị độ cao geoid (bậc từ 32 đến
900) trong lãnh thổ Áo cũng được tự nội suy với kết quả chênh lệch là 05 cm.
Ứng dụng phép xấp xỉ sóng nhỏ liên tục trong xử lý số liệu dò tìm công
trình ngầm bằng thiết bị Ra-đa xuyên đất cũng đã được tác giả Dương Quốc
Chánh Tín [15] áp dụng để xác định vị trí và kích thước của dị vật. Kết quả thực
nghiệm cho thấy đối với mô hình lý thuyết trong việc xác định vị trí và kích
thước có sai số tương đối trong khoảng từ 0,7% đến 13,3%. Với hai mô hình
thực tế, độ sai số tương đối trong khoảng từ 3,3% đến 10,9% (ống cấp nước
đường Lê Văn Sỹ) . Các kết quả này cho thấy phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ liên
tục và phân tích biên đa tỉ lệ cho định hướng phân giải số liệu ra đa xuyên đất rất
hiệu quả.
1.4. Kết luận Chương 1
(1) Nghiên cứu chuyển dịch vỏ Trái Đất bằng phương pháp trắc địa đã
được các nhóm nghiên cứu ở Việt Nam triển khai từ những năm 1980 trở lại đây.
Trong hơn 25 năm triển khai, ban đầu là phương pháp truyền thống và sau đó là
phương pháp quan trắc hiện đại bằng công nghệ định vị toàn cầu GPS và hiện nay
là GNSS với quy mô quan trắc từ mạng lưới rời rạc đến mạng lưới phủ trùm trên
toàn lãnh thổ. Có thể thấy rằng, việc áp dụng phương pháp trắc địa trong quan
trắc chuyển dịch vỏ Trái Đất đã đáp ứng được yêu cầu đề ra và đạt được trình độ
chung của thế giới. Tuy nhiên, các nghiên cứu phân tích biến dạng ở Việt Nam
32
trong thời gian qua mới chủ yếu được thực hiện trên phạm vi hẹp theo từng đới
đứt gãy và thực hiện độc lập trên mô hình 2 chiều với thành phần chuyển dịch
ngang VN, VE mà chưa tính đến thành phần chuyển dịch đứng VU, theo các lưới
tam giác hoặc đa giác phẳng và mới chỉ dừng lại ở việc xác định vận tốc chuyển
dịch mặt bằng tại các điểm đo. Việc nghiên cứu biến dạng trong không gian rộng
trên phạm vi lãnh thổ cùng với giải pháp phân tích để minh giải đồng thời chuyển
dịch 3 chiều VN, VE, VU dựa vào phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ là hướng nghiên
cứu được lựa chọn để thực hiện đề tài.
(2) Phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ đã được ứng dụng khá phổ biến trong
lĩnh vực trắc địa, một số kết quả nghiên cứu đã chỉ ra những ưu điểm của
phương pháp trong các nhiệm vụ như giảm nhiễu; trích xuất hiệu quả tín hiệu
yếu nhưng hữu ích từ tín hiệu nhiễu loạn ban đầu bởi nhiễu mạnh; tính toán, mô
tả biến động của công trình theo thời gian và tần số; phân tích dữ liệu đo GPS
theo chuỗi thời gian để xác định sự biến dạng của vỏ Trái Đất; xây dựng mô
hình Geoid và ước tính trường biến dạng dựa trên tập hợp các trị đo trắc địa có
khoảng giãn cách thời gian không đều nhau. Ở Việt Nam, phương pháp xấp xỉ
sóng nhỏ đã được áp dụng trong nghiên cứu trường từ, trường trọng lực; phân
tích số liệu ra đa xuyên đất... Việc nghiên cứu áp dụng phương pháp xấp xỉ sóng
nhỏ trong nghiên cứu biến dạng vỏ Trái Đất hiện vẫn chưa được thực hiện.
(3) Trên cơ sở tổng quan về các vấn đề nghiên cứu, nghiên cứu sinh đã
lựa chọn phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ trên mặt cầu để thực hiện các nội dung
nghiên cứu biến dạng vỏ Trái Đất cho quy mô khu vực (vùng nghiên cứu) dựa
trên số liệu đo GNSS các chu kỳ và các phương pháp xử lý số liệu theo nguyên
tắc bình phương nhỏ nhất được sử dụng phổ biến trong trắc địa.
33
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT XẤP XỈ SÓNG NHỎ TRONG
NGHIÊN CỨU BIẾN DẠNG VỎ TRÁI ĐẤT
2.1. Cơ sở lý thuyết của hàm sóng nhỏ DOG trên mặt cầu
Như đã giới thiệu ở phần tổng quan, phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ được
sử dụng với nhiều kỹ thuật biến đổi khác nhau và ta cũng nhận được những kết
quả tương ứng khác nhau. Để nghiên cứu biến dạng vỏ Trái Đất, Tape, C [41] đã
lựa chọn hàm sóng nhỏ cầu DOG xác định trong không gian các hàm bình
phương khả tích T2(S)2 để phân tích trường vận tốc chuyển dịch cho khu vực.
Sự phân tích trường vận tốc trên mặt cầu đối với một tập hợp rời rạc của
sóng nhỏ phải chiếm toàn bộ không gian T2(S)2, nhưng không cần phải là một tập
hợp độc lập tuyến tính, được thực hiện bằng cách lấy mẫu thích hợp từ cách thiết
lập sóng nhỏ mặt cầu DOG theo vị trí XYZ và tỷ lệ rời rạc hóa , thông
qua việc rời rạc hóa số lượng vị trí điểm đo để xác định một tập hợp các lưới G
trên mặt cầu theo bậc q.
Theo Tape, C [41], khi điểm lưới cắt mặt cầu với quy mô q (q = 0, 1, 2,…,
qmax) được chọn làm cực trung tâm thì ở các quy mô khác nhau ta sẽ nhận được
tập hợp hàm sóng nhỏ trên mặt cầu tương ứng theo công thức:
(2.1)
Trong công thức trên, x(q, j) là cực trung tâm sóng nhỏ trên mặt cầu. Thông
thường, Bắc cực được lấy làm cực trung tâm; tỷ lệ rời rạc hóa , q là bậc
được chọn; j là số thứ tự điểm lưới; G là tập hợp của điểm đỉnh của lưới tam giác
đều (TIN) trên mặt cầu.
Gọi Ψ là hàm sóng nhỏ cầu DOG cho cực trung tâm x và tỷ lệ a, hàm Ψ
được biểu diễn bằng công thức:
(2.2)
34
trong đó:
là hằng số và được chọn lớn hơn 1 ( ;
là góc giữa điểm lưới (θ, ) và điểm đang xét (θ’, ’) trên mặt cầu (góc
ở tâm hình cầu);
là hàm tham số được tính theo công thức:
(2.3)
trong đó a là tỷ lệ rời rạc hóa được tính theo công thức: aq = 2-q với q = 0,
1, 2,…, qmax.
Tập hợp các điểm lưới trên mặt cầu (G) được xác định bằng cách phân
chia liên tiếp một khối tam giác ban đầu G0 có 20 mặt (20 = 20 x 4q với bậc q =
0). Theo đó, mỗi tam giác được chia thành bốn tam giác đều với các đỉnh mới
dựa vào mặt cầu. Tổng số điểm lưới tam giác (đỉnh của tam giác cầu) được tính
theo Tape, C [41] như sau:
(2.4)
Với bậc q = 1, 2, …12.
Như vậy các điểm lưới trên mặt cầu được thể hiện trong Hình 2.1 dưới
đây:
Hình 2.1. Tập hợp các điểm lưới tam giác ở các quy mô khác nhau [41]
Khi đó, khoảng cách giữa các điểm lưới (chiều dài cung) trên mặt cầu (G)
tương ứng với bậc q = 0, 1, 2,…, qmax được thể hiện trong bảng dưới đây:
35
Bảng 2.1. Khoảng cách giữa các điểm lưới trên mặt cầu tương ứng với q [41]
TT Bậc q
Chiều dài cung trên
mặt cầu
(độ)
82.442 Khoảng cách giữa
các điểm lưới G
(km)
9167.1 0 1
1 47.310 5260.7 2
2 24.708 2747.3 3
3 12.500 1389.9 4
4 6.268 697.0 5
5 3.136 348.8 6
6 1.569 174.4 7
7 0.784 87.2 8
8 0.392 43.6 9
9 0.196 21.8 10
10 0.103 11.4 11
11 0.052 5.8 12
12 0.026 2.9 13
Sự rời rạc của các bậc tham số phụ thuộc vào tập hợp các lời giải đã chọn
cho lưới mặt cầu và α. Khi q không đổi, biên độ của hàm sóng nhỏ trên mặt cầu
tăng tỷ lệ thuận với α. Với q = 3, thì sự thay đổi biên độ tăng được mô tả như
Hình 2.2 dưới đây:
Hình 2.2. Sóng nhỏ trên cầu tương ứng với các khác nhau khi q =3 [41]
36
Sự biến đổi biên độ theo đường kinh tuyến của hàm sóng nhỏ cầu DOG
thể hiện ở Hình 2.3 dưới đây.
Hình 2.3. Sự thay đổi biên độ dọc đường kinh tuyến theo khi q = 3 [41]
Từ phân tích ở trên, có thể thấy rằng số điểm lưới mặt cầu tăng khi
chỉ số q tăng, điều này sẽ ảnh hưởng tới tốc độ tính toán, do đó để giảm
khối lượng tính toán cần phải lựa chọn số lượng điểm lưới cầu cho phù
hợp. Theo Cheng pengfei [24], để xác định số lượng điểm lưới trên mặt
cầu cần phải căn cứ vào sự phân bố điểm đo trong khu vực nghiên cứu và
được thực hiện theo các nguyên tắc sau đây:
a) Căn cứ vào phạm vi khu vực phân bố điểm đo để tính bán kính
cho khu vực nghiên cứu theo công thức:
(2.5)
trong đó:
- S là diện tích mặt cầu của khu vực phân tích, được xác địch dựa vào tọa
độ của 4 góc ranh giới khu đo như mô tả trong Hình 2.4 dưới đây:
37
Hình 2.4. Phạm vi điểm đo khu vực Miền Bắc được chọn để phân tích
Như vậy, với diện tích S của khu vực lưới quan trắc Miền Bắc được chọn
là 1.7358 x1011 m2, có thể xác định được = 4.7012x105 m
Trên cơ sở diện tích mặt cầu của khu vực phân tích, ta xác định được bậc
nhỏ nhất qmin khả thi để làm không gian hỗ trợ cho sóng nhỏ cầu theo điều kiện
qmin nhỏ hơn 2 . Như vậy, phạm vi phân bố điểm đo càng lớn thì qmin càng
nhỏ, mật độ điểm đo càng lớn thì qmax càng lớn. Tương ứng, ta sẽ nhận được
tập hợp các điểm lưới trên mặt cầu (G) trong khu vực nghiên cứu như mô tả ở
Hình 2.5 dưới đây:
Hình 2.5. Tập hợp các điểm trên hình cầu G ở Miền Bắc (q từ 7 đến 9)
38
b) Với mỗi bậc q được xét (từ qmin đến qmax), việc lựa chọn các điểm lưới
G được căn cứ vào số lượng điểm đo trong mỗi tam giác cầu. Nếu trong tam
giác cầu có ít hơn 3 điểm đo thì các điểm lưới G trên đỉnh của tam giác cầu đó
sẽ bị loại và trong tam giác cầu có từ 3 điểm đo trở lên thì các điểm lưới G trên
tam giác cầu đó được chọn để sử dụng trong tính toán. Cụ thể việc lựa chọn số
điểm lưới cầu để tham gia tính toán trên khu vực miền Bắc Việt Nam được mô
tả trong Hình 2.6 dưới đây:
Hình 2.6. Tập hợp các điểm lưới và bậc được chọn để phân tích biến
dạng khu vực Miền Bắc
Trong Hình 2.6, màu xanh tím là khu vực có điểm lưới cầu (G) tương ứng
với q = 7, màu lam tương ứng với q = 8 và màu vàng tương ứng với q = 9.
Từ công thức tính hàm sóng nhỏ trên mặt cầu DOG; nguyên tắc lựa chọn
tập hợp điểm lưới cầu G và số bậc để phân tích biến dạng khu vực, nghiên cứu
sinh đã xây dựng phần mềm để tính toán các điểm lưới cầu G theo hằng số
(sự biến đổi biên độ theo đường kinh tuyến của hàm sóng nhỏ cầu
DOG là nhỏ nhất).
2.2. Tính vận tốc chuyển dịch địa phương từ số liệu đo GNSS
Giả sử rằng, trong mạng lưới trắc địa địa động lực được xây dựng phủ
trùm một khu vực có N điểm và được đo theo nhiều chu kỳ. Mạng lưới được
đo bằng công nghệ GNSS và được tính toán bình sai bằng phần mềm
BERNESE 5.2 trong khung quy chiếu quốc tế Trái Đất ITRF-2008. Tại mỗi
39
điểm quan trắc trong một chu kỳ đo, ta có giá trị tọa độ trắc địa gồm: (vĩ độ
trắc địa của điểm), (kinh độ trắc địa của điểm), h (độ cao trắc địa), vận tốc
chuyển dịch tuyệt đối VN, VE, VU và các sai số trung phương vận tốc chuyển
dịch MVN, MVE, MVU tương ứng. Như đã biết, chuyển dịch và biến dạng mặt
đất do nguyên nhân nội sinh và nguyên nhân ngoại sinh gây nên. Do đó, dựa
theo thuyết kiến tạo mảng, véc tơ vận tốc chuyển dịch tuyệt đối tại mỗi điểm
đo có thể được phân tích thành 4 thành phần bao gồm:
- Chuyển dịch mảng;
- Chuyển dịch nội sinh do hoạt động của các đới đứt gẫy (tạm gọi là
chuyển dịch địa phương);
- Chuyển dịch do tác động của các yếu tố nhiệt độ, tải trọng các công
trình xung quanh, ảnh hưởng của các mùa đến độ chính xác định vị điểm và
gây ra sự chuyển dịch điểm quan trắc (gọi là chuyển dịch ngoại sinh);
- Các sai số đo đạc.
Đối với mạng lưới trắc địa địa động lực trên khu vực miền Bắc Việt
Nam, thành phần thứ nhất trong vận tốc chuyển dịch tuyệt đối có thể coi là vận
tốc chuyển dịch chung của khu vực (vì trong đó bao gồm vận tốc chuyển
dịch mảng của khu vực “là chủ yếu”, sai số đo nối với các điểm IGS và sai số
số liệu gốc của các điểm IGS). Như vậy, vận tốc chuyển dịch tuyệt đối của
điểm đo có thể được viết theo công thức dưới đây:
(2.6)
trong đó:
, , là các thành phần vận tốc chuyển dịch tuyệt đối của điểm trong
là các thành phần vận tốc chuyển dịch chung của khu vực.
,
,
là các thành phần vận tốc chuyển dịch của điểm quan trắc
,
,
do hoạt động của các đới đứt gẫy.
mạng lưới trắc địa (vận tốc chuyển dịch của các điểm giữa các chu kỳ đo).
40
là các thành phần vận tốc chuyển dịch ngoại sinh tác động
,
,
đến điểm quan trắc.
là các thành phần sai số xác định vận tốc chuyển dịch tại điểm
,
,
quan trắc.
Khi nghiên cứu chuyển động hiện đại, thành phần chuyển dịch ngoại sinh
cũng đã được loại bỏ đáng kể trong quy trình chọn điểm, chôn mốc quan trắc và
quy trình đo đạc, tính toán véc tơ chuyển dịch. Do đó, thành phần chuyển dịch
ngoại sinh là rất nhỏ, không đáng kể và có thể bỏ qua. Trong trường hợp này
công thức (2.6) có dạng:
(2.7)
Trong phương trình (2.7), sai số đo đạc rất nhỏ và đã được xử lý loại bỏ
đáng kể khi bình sai để xác định vận tốc chuyển dịch của các điểm trong mạng
lưới. Nguồn sai số này phải nhỏ hơn yêu cầu kỹ thuật quan trắc và được thể hiện
ở dạng sai số trung phương vận tốc chuyển dịch sau bình sai. Khi đó chuyển dịch
do hoạt động của các đới đứt gẫy được xác định như sau:
(2.8)
trong đó:
, , là các thành phần vận tốc chuyển dịch địa phương của điểm i
trong mạng lưới trắc địa;
là các thành phần vận tốc chuyển dịch chung của khu vực.
,
,
, , là các thành phần vận tốc chuyển dịch tuyệt đối của điểm i
trong mạng lưới trắc địa (vận tốc chuyển dịch của các điểm giữa các chu kỳ đo).
Trong công thức (2.8), các thành phần vận tốc chuyển dịch và sai số trung
phương vận tốc chuyển dịch chung của khu vực tại điểm i trong mạng lưới trắc
41
địa địa động lực được xác định thông qua các tham số góc quay Ơ-le theo
phương pháp tính do Goudarzi, M [28] đề xuất. Để xác định được các tham số
góc quay Ơ-le, các điểm trong mạng lưới phải thỏa mãn các điều kiện sau: (a)
các điểm đo phải được tính trong một khung quy chiếu; (b) có thời gian đo từ 3
năm trở lên; (c) nằm trong mảng hoặc khối kiến tạo; (d) có vị trí ổn định và cách
ranh giới mảng hoặc khối kiến tạo tối thiểu 5 km; (e) không chứa các sai số thô.
Từ quan hệ giữa tham số góc quay Ơ-le và vận tốc chuyển dịch chung của khu
vực, có thể dễ dàng suy ra công thức:
(2.9)
trong đó:
là bán kính của Trái Đất, ở đây
θ là vĩ độ trong hệ tọa độ cầu của điểm được tính theo vĩ độ trắc địa như sau:
θ (2.10)
với là tâm sai thứ nhất của ellipsoid quy chiếu trong hệ tọa độ trắc địa
quốc tế ITRF-2008 ( và là vĩ độ trắc địa của điểm.
là kinh độ trong hệ tọa độ cầu và cũng là kinh độ trắc địa của điểm;
là ma trận biểu diễn các thành phần góc quay Ơ-le ,
Các thành phần góc quay Ơ-le được tính từ véc tơ chuyển dịch của các
điểm trong mạng lưới quan trắc thông qua việc lập và giải hệ phương trình số
hiệu chỉnh trị đo theo phương pháp do Goudarzi [28] đề xuất như sau:
(2.11)
trong đó:
- Ma trận hệ số A của điểm i là ma trận 3x3 dạng:
42
(2.12)
- Véc tơ vận tốc chuyển dịch tuyệt đối của điểm đo thứ i có dạng:
(2.13)
Áp dụng nguyên tắc bình phương nhỏ nhất đối với , ta có hệ phương
trình số hiệu chỉnh của điểm i trong hệ tọa độ trắc địa quốc tế ITRF-2008:
(2.14)
trong đó, ma trận trọng số là:
(2.15)
Khi mạng lưới có N điểm thì hệ phương trình chuẩn trong hệ tọa độ trắc
địa quốc tế ITRF có dạng:
(2.16)
trong đó:
Giải hệ phương trình chuẩn (2.16), ta nhận được các tham số góc quay Ơ-
le biểu diễn chuyển dịch chung của khu vực như sau:
(2.17)
Sau khi tính được các thành phần góc quay Ơ-le, ta có thể xác định được
vị trí của cực quay và tính được giá trị góc quay của mảng như sau:
43
(2.18)
Trong đó:
là giá trị vận tốc góc quay Omega của khu vực (đơn vị đo là
độ/triệu năm)
là vĩ độ điểm cực quay của khu vực (đơn vị đo là độ)
là kinh độ điểm cực quay của khu vực (đơn vị đo là độ).
Để đánh giá độ chính xác tính tham số góc quay Ơ-le, có thể thực hiện
theo các bước sau:
- Tính sai số trung phương trọng số đơn vị theo công thức:
(2.19)
trong đó:
N là số điểm trong mạng lưới.
là ma trận trọng số của các điểm thứ i trong mạng lưới và được tính
theo công thức (2.15).
là giá trị chênh lệch giữa véc tơ chuyển dịch của các điểm trong mạng
lưới và véc tơ chuyển dịch của các điểm theo các tham số góc quay Ơ-le trong
công thức (2.9) như sau:
(2.20)
44
- Độ chính xác của 3 tham số góc Ơ-le ( , , ) được xác định từ
tính theo công thức (2.19) và 3 phần tử đường chéo chính của ma trận nghịch đảo,
cụ thể như sau:
(2.21)
Từ phương trình (2.7), ta có thể thiết lập được phương trình sai số của vận
tốc chuyển dịch địa phương theo các hướng của điểm đo như sau:
(2.22)
trong đó:
, , là sai số trung phương vận tốc chuyển dịch địa phương
theo các thành phần tọa độ của điểm i trong mạng lưới trắc địa;
, , là sai số trung phương vận tốc chuyển dịch tuyệt đối theo
là sai số trung phương vận tốc chuyển dịch chung của khu vực
,
các thành phần tọa độ của điểm i trong mạng lưới trắc địa;
tại điểm i trong mạng lưới trắc địa, được tính theo công thức:
(2.23)
là sai số trung phương ước tính vận tốc của khu vực P tại điểm i và
trong đó:
-
được ký hiệu là:
(2.24)
- là sai số trung phương tham số góc Ơ-le của khu vực P được ký hiệu là:
45
(2.25)
2.3. Nội suy trường vận tốc chuyển dịch địa phương bằng phương
pháp xấp xỉ sóng nhỏ
Tại mỗi điểm đo trong mạng lưới quan trắc, ta nhận được 03 thành phần
biểu diễn véc tơ vận tốc chuyển dịch địa phương của một điểm, đó là (vận tốc
dịch chuyển theo hướng bán kính hay còn gọi là chuyển dịch đứng), (vận tốc
dịch chuyển theo hướng Bắc), (vận tốc dịch chuyển theo hướng Đông). Đây
chính là yếu tố thể hiện sự biến dạng trên khu vực nghiên cứu và chính là dữ liệu
đầu vào được sử dụng trong nội suy vận tốc chuyển dịch cho khu vực.
Để tính toán trường vận tốc của điểm trong hệ tọa độ cầu, ta coi ,
θ và . Theo Tape, C [41], vận tốc của một điểm trên hệ tọa độ cầu
được biểu diễn dưới dạng sau:
(2.27) θ θ
chỉ hướng thẳng đứng, là véc tơ đơn vị dọc theo bán kính cầu đến
điểm đang xét, được tính theo công thức sau:
(2.28) θ θ θ
chỉ hướng Bắc là véc tơ đơn vị theo vĩ độ cầu đến điểm đang xét, được
tính theo công thức sau:
(2.29) θ θ θ
chỉ hướng Đông là véc tơ đơn vị theo hướng kinh độ cầu đến điểm đang
xét, được tính theo công thức sau:
(2.30)
46
Trong 3 công thức trên, , , là các véc tơ đơn vị thành phần trong hệ
tọa độ không gian Trái Đất X, Y, Z.
Theo lý thuyết xấp xỉ sóng nhỏ, nếu có một hàm vô hướng
với bậc xác định không vượt quá bậc nhỏ nhất qmin thì hàm được biểu diễn
dưới dạng hàm sóng nhỏ rời rạc trên mặt cầu. Ta có thể tính được vận tốc chuyển
dịch (gọi là vận tốc nội suy) của điểm theo công thức (2.27), cụ thể như sau:
θ θ θ
θ
(2.31)
trong đó:
M là số điểm hàm khung trên mặt cầu (tổng số điểm lưới cầu trong khu
vực nghiên cứu được xác định theo số bậc từ qmin đến qmax).
ak, bk, ck lần lượt là các hệ số cần xác định theo hướng bán kính véc tơ,
hướng vĩ độ cầu và hướng kinh độ cầu tại điểm lưới cầu thứ k;
θ là hàm số sóng nhỏ tại điểm lưới cầu thứ k và được tính theo
công thức (2.2).
Công thức (2.31) được sử dụng để ước tính vận tốc chuyển dịch của điểm
trên mặt cầu theo hàm sóng nhỏ và có các thành phần vận tốc chuyển dịch ước
tính theo các hướng như sau:
θ θ
θ θ
θ
θ θ
(2.32)
θ là vận tốc chuyển dịch nội suy của điểm đang xét theo hướng
Trong đó:
bán kính r (hướng đứng);
47
θ là vận tốc chuyển dịch nội suy của điểm đang xét theo hướng vĩ độ
θ
θ là vận tốc chuyển dịch nội suy của điểm đang xét theo hướng kinh độ
cầu θ (hướng Bắc);
cầu (hướng Đông).
Tại một điểm đo ta có thể lập được mối quan hệ giữa vận tốc chuyển dịch
địa phương theo công thức (2.21) và vận tốc chuyển dịch nội suy theo phương
pháp xấp xỉ sóng nhỏ trên cầu từ công thức (2.32) như sau:
(2.33)
trong đó: ; θ; là số cải chính của các thành phần vận tốc tương ứng.
Công thức (2.33) cũng có thể được viết dưới dạng:
(2.34)
Chuyển vế, ta có hệ phương trình sai số các thành phần vận tốc cho N
điểm đo ở dạng sau:
(2.35
)
trong đó:
(2.36)
, j=1,2,....., N là số thứ tự của N điểm đo, các trong đó
phần tử của véc tơ vj là vế trái của công thức (2.34);
48
m là véc tơ tham số có dạng:
(2.37)
trong đó với các phần tử ak, bk, ck trong công thức
(2.34), k=1,2, .... , M là số thứ tự của M điểm hàm khung trên mặt cầu;
(2.38)
là ma trận hệ số có các phần tử của ma trận theo hàng là hàm
trong công thức (2.34) và hàng thứ j ứng với giá trị hàm tính tại điểm
đo thứ j;
trong công thức
(2.39)
,
trong đó với các phần tử
(2.34), j=1,2,....., N là số thứ tự của N điểm đo.
Có thể viết gọn lại hệ phương trình sai số (2.35) như sau:
(2.40)
Áp dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất đối với số cải chính vận tốc
, ta có hệ phương trình chuẩn như sau:
(2.41)
trong đó:
- P là ma trận trọng số tính theo phương sai các thành phần vận tốc
chuyển dịch tương ứng :
(2.42)
Do hàm sóng nhỏ được tính dựa trên việc phân tích tín hiệu ban đầu
thành tín hiệu tần số thấp và tần số cao nên hàm sóng nhỏ trên cầu có thể tồn tại
dư thừa và khi đó sử dụng hàm này để ước tính trường vận tốc sẽ dẫn đến lời
49
giải không duy nhất. Ngoài ra, sai lệch trị quan trắc và sự phân bố số liệu không
theo quy tắc sẽ dễ nảy sinh sai sót. Để giải quyết những hạn chế, tồn tại trên,
Tape, C [41] đã bổ sung thêm điều kiện đối với mô hình sóng nhỏ trên cầu bằng
phương pháp chính quy hóa. Phương pháp này cũng giải quyết được vấn đề
không trực giao hoàn toàn giữa các hàm số sóng nhỏ trên mặt cầu. Phương pháp
của Tape sử dụng là bổ sung ma trận dạng cộng thêm vào ma trận hệ số của
phương trình chuẩn (2.41). Đây chính là giải pháp giải các phương trình chuẩn
không xác định của các lưới trắc địa tự do. Khi đó hệ phương trình (2.42) có
dạng sau:
(2.43)
trong đó:
R là ma trận chính tắc được tính theo tiêu chí của mô hình gradient hoặc
Laplacian của mô hình như sau:
(2.44)
Với S là diện tích mặt cầu của khu vực phân tích, được xác định dựa vào
tọa độ theo 4 góc ranh giới khu đo.
R là ma trận vuông có kích thước (MxM) và được tính dựa vào tổng số
bậc từ đến như sau:
(2.45)
là tham số chính tắc.
Để tính trước tiên ta bỏ số liệu của một điểm quan trắc và tiến hành tính
toán tham số của mô hình, sau đó tính chênh lệch giữa giá trị quan trắc và giá trị
ước tính mô hình của các giá trị ). Tiếp theo, cần chọn ra tham số chính
quy hóa tốt nhất khi phương trình đường cong đặc trưng đạt giá trị cực
tiểu. Công thức hàm số của tham số chính quy hóa mà phương pháp của Tape
chọn lựa (OCV - Ordinary Cross Validation) được thể hiện bằng công thức sau:
50
(2.46)
trong đó:
N là số điểm đo trong lưới;
là giá trị vận tốc chuyển dịch của điểm đo thứ i;
là giá trị vận tốc chuyển dịch của điểm thứ i từ mô hình ước tính của N-
1 điểm đo;
là phần tử của ma trận trong giải phương trình chính tắc hóa được tính
theo công thức:
(2.47)
Tham số chính tắc hóa của mô hình nhận được khi phương trình đường
cong đặc trưng H( ) đạt cực tiểu.
Giải hệ phương trình chuẩn (2.38), ta nhận được các tham số của mô hình
như sau:
(2.48)
Sau khi xác định được các tham số của mô hình m, thay vào công thức
(2.32) ta sẽ nhận được vận tốc dịch chuyển ước tính của các điểm trong mạng lưới.
Từ các giá trị vận tốc dịch chuyển đo và ước tính, ta sẽ tính được sai số
trung phương trọng số đơn vị của các tham số m tương ứng các hệ số (a, b, c)
theo công thức:
(2.49)
Trong đó:
N là số điểm tham gia ước tính;
51
là véc tơ giá trị chênh lệch giữa trường vận tốc trước và sau ước tính,
các phần tử của véc tơ được xác định theo công thức (2.35) ở trên.
P là ma trận trọng số tính theo phương sai các thành phần vận tốc chuyển
dịch được xác định theo công thức (2.42) ở trên;
Sai số trung phương xác định tham số m tương ứng các hệ số (a, b, c)
được tính theo công thức:
(2.50)
Trong đó:
là số hạng trên đường chéo chính của ma trận Q là nghịch đảo của hệ
phương trình chuẩn xác định tham số m dạng:
(2.51)
Sai số trung phương xác định vận tốc nội suy tại các điểm được xác định
theo công thức sau:
(2.52)
Sau khi tính được các tham số , , của mô hình m tại các điểm lưới
thứ k trên mặt cầu ( theo tổng số bậc từ đến , ta tiến hành tính
trường vận tốc chuyển dịch của khu vực (lưới ô vuông GRID với các điểm đặc
trưng kích thước 0,1ox0,1o). Quy trình tính trường vận tốc chuyển dịch của khu
vực như sau:
52
Bước 1: Xác định giá trị kinh độ và vĩ độ nhỏ nhất của khu vực.
Bước 2: Xác định tổng số điểm lưới GRID và giá trị tọa độ cầu tại điểm
lưới GRID bằng cách lấy giá trị kinh độ và vĩ độ nhỏ nhất tịnh tiến đến giá trị
kinh độ và vĩ độ lớn nhất của khu vực theo số gia là 0,1 độ.
Bước 3: Tính ma trận thiết kế (ma trận hệ số) của điểm lưới GRID theo
công thức (2.2) với số điểm hàm khung M trên mặt cầu được chọn để tính tham
số m ở trên (từ qmin đến qmax).
Bước 4: Tính vận tốc chuyển dịch nội suy cho điểm lưới GRID theo
công thức (2.32).
2.4. Tính các đại lượng biến dạng
Công việc quan trọng tiếp theo sau khi nhận được vận tốc chuyển dịch nội
suy là tính toán các thành phần biến dạng không gian (tốc độ biến dạng, tốc độ
trượt, tốc độ xoay và tốc độ trương nở) tại mỗi điểm lưới thông qua tensor
gradient vận tốc của 3 thành phần véc tơ chuyển dịch nội suy trên hệ tọa độ cầu.
Các thành phần của đại lượng biến dạng được tính từ tensor gradient vận tốc là
các đại lượng vô hướng biểu diễn tốc độ biến dạng của điểm trên mặt cầu. Cụ
thể các nội dung tính biến dạng như sau:
2.4.1. Tính tensor gradient vận tốc
Theo Tape, C [42], tại một điểm bất kỳ trong hệ tọa độ cầu, nếu biết
được vận tốc chuyển dịch không gian thì tính được tensor gradient vận tốc của
điểm đó như sau:
(2.53)
53
Nếu giả định Trái Đất có dạng hình cầu (bỏ qua ảnh hưởng của ellipsoid và
sự lồi lõm của địa hình, lúc đó r = ). Đồng thời, giả định vỏ Trái Đất có sự biến
dạng đàn hồi tuyến tính thì đạo hàm riêng của các thành phần vận tốc theo hướng
r trong không gian trên hệ tọa độ cầu được Tape [42] tính như sau:
θ θ θ
(2.54) θ θ
θ
θ
θ
θ
Trong đó F là hằng số được tính theo công thức:
(2.55) μ
Với là tham số Lame, trong cân bằng rắn = μ và F = −1/3.
Như vậy, tensor gradient vận tốc tại mỗi điểm quan sát trên bề mặt Trái
Đất theo giả định trên được tính theo công thức sau:
θ
(2.56) θ θ
θ
θ
θ θ θ θ
θ
θ θ
trong đó:
là bán kính của Trái Đất, = 6378137 m.
θ θ
θ
Đạo hàm của θ theo các hướng trục được tính như sau:
54
θ
θ θ
(2.57)
θ
Đạo hàm của theo các hướng trục như sau:
θ θ
(2.58)
Để tính các thành phần đạo hàm theo hàm sóng nhỏ trước hết ta biến đổi
công thức (2.2) bằng cách đặt:
(2.59)
và
(2.60) α α
Khi đó hàm sóng nhỏ sẽ được viết lại như sau:
(2.61)
Lấy đạo hàm của phương trình ta có:
(2.62) α
Trong đó của công thức (2.62) được tính như sau:
(2.63)
ở đây:
55
với d là khoảng cách giữa điểm lưới cầu tương ứng với bậc được chọn
và điểm đang xét được tính theo công thức:
ở đây:
trong đó:
với:
X, Y, Z là tọa độ không gian của điểm đang xét.
là tọa độ không gian của điểm lưới cầu .
là vĩ độ cầu tại điểm của lưới cầu
là kinh độ cầu tại điểm của lưới cầu
là vĩ độ cầu của điểm đang xét.
56
là kinh độ cầu của điểm đang xét.
Tương tự, trong công thức (2.62) được tính như sau:
(2.64)
với:
(2.65)
Cuối cùng, tính được đạo hàm của theo vĩ độ cầu như sau:
Tương tự, đạo hàm của theo kinh độ cầu như sau:
(2.66)
trong đó:
Lấy đạo hàm của theo các hướng trục ta có:
θ θ
(2.67)
57
2.4.2. Tính tốc độ xoay (Rotation rate)
Tensor gradient vận tốc có thể được phân tích thành: Thành phần đối
xứng ký hiệu là D được sử dụng để tính tốc độ biến dạng và thành phần không
đối xứng ký hiệu là W được sử dụng để tính tốc độ xoay. Tensor tốc độ xoay
không đối xứng có sự biến dạng đàn hồi tuyến tính được Tape, C [42] biểu
diễn như sau:
θ θ (2.68)
θ θ
θ θ θ
trong đó:
θ θ
θ
θ θ θ θ
Khi đó tốc độ xoay của một điểm lưới trên bề mặt của Trái Đất (r, , )
được tính là:
(2.69)
Nếu biểu diễn khu vực nghiên cứu bằng T điểm lưới GRID thì trường tốc
độ xoay trên khu vực có dạng ma trận sau:
(2.70)
Đơn vị của tốc độ xoay là rad/năm.
58
2.4.3. Tính tốc độ biến dạng (Strain rate)
Tốc độ biến dạng của điểm là đại lượng bất biến tính từ tensor gradient
đã được Tape, C [42] xác định như sau: vận tốc đối xứng
(2.71)
Hay
θ θ
θ θ θ (2.72)
θ θ θ
θ
trong đó:
; ; ; ; ;
θ
θ
θ θ θ θ
θ θ θ
Ký hiệu:
Khi đó tốc độ biến dạng của điểm theo tensor gradient vận tốc được tính
theo Tape, C [41] như sau:
59
(2.73)
Do ma trận D là ma trận đối xứng nên ta có:
(2.74)
Như vậy được tính như sau:
(2.75)
Từ tensor gradient vận tốc đối xứng, ta tính được tốc độ trượt theo công
thức sau:
(2.76)
Tương tự, nếu trong khu vực nghiên cứu được biểu diễn với T điểm lưới
GRID thì trường tốc độ biến dạng và trường tốc độ trượt trên khu vực có dạng
ma trận:
(2.77)
Đơn vị của tốc độ biến dạng St và tốc độ trượt Sh là strain/năm.
2.4.4. Tính tốc độ trương nở (Dilatation rate)
Tốc độ trương nở tính theo tensor gradient vận tốc đã được Tape, C [42]
đưa ra như sau:
60
(2.78)
Thay F = -1/3, ta có:
Nếu khu vực nghiên cứu được biểu diễn với T điểm lưới GRID thì trường
tốc độ trương nở của khu vực có dạng ma trận:
(2.79)
Đơn vị của tốc độ trương nở là Dilatation/năm.
Trong trường hợp các thành phần véc tơ , thì tốc độ
trương nở chỉ còn lại thành phần biến dạng theo hướng bán kính và sẽ được
tính theo công thức:
(2.80)
Công thức trên được sử dụng để tính tốc độ biến dạng đứng với vận tốc
chuyển dịch đứng nhận được sau khi nội suy .
2.5. Kết luận Chương 2
Trong chương này trình bày 3 vấn đề chính bao gồm:
(1) Cơ sở lý thuyết xác định vận tốc chuyển dịch địa phương được trình
bày thông qua giải pháp phân tích vận tốc chuyển dịch tuyệt đối thành vận tốc
chuyển dịch chung của khu vực, vận tốc chuyển dịch địa phương, vận tốc chuyển
dịch ngoại sinh và sai số đo đạc. Việc phân tích này dựa trên cơ sở xem xét các
thành phần chuyển động của khối kiến tạo, trong đó vận tốc chuyển động của nội
khối đại diện cho chuyển động của khối trong mô hình động học lục địa và vận
tốc chuyển động kiến tạo của ranh giới mảng gây nên. Phân tích này cho phép
61
luận giải để nhận được hai thành phần vận tốc chuyển dịch chính là vận tốc
chuyển dịch chung của khu vực mà chủ yếu là chuyển dịch mảng (chuyển động
khối) và vận tốc chuyển dịch địa phương (chuyển động do đứt gãy gây nên) [16].
Để xác định vận tốc chuyển dịch địa phương, cần phải xác định và loại bỏ thành
phần vận tốc chuyển dịch chung của khu vực. Nghiên cứu này không đi sâu vào
xác định các tham số góc quay Ơ-le mà mục tiêu là chỉ dựa vào bài toán tính tham
số Ơ-le từ trị đo trắc địa theo đề xuất của Goudarzi [28] nhằm loại bỏ thành phần
chuyển dịch chung của khu vực (chuyển dịch mảng và các giá trị chuyển dịch do
sai số hệ thống được sinh ra khi đo nối mạng lưới với điểm IGS và sai số của các
điểm IGS) để nhận được thành phần vận tốc chuyển dịch địa phương. Đây chính
là dữ liệu đầu vào của bài toán ước tính vận tốc chuyển dịch địa phương theo
phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ.
(2) Cơ sở lý thuyết phân tích, nội suy trường vận tốc chuyển dịch địa
phương thông qua bài toán bình sai vận tốc chuyển dịch địa phương theo nguyên
tắc bình phương nhỏ nhất mà ẩn số cần tìm là các tham số của mô hình ước tính
m. Tham số này nhận được bằng cách lập và giải hệ phương trình chuẩn biểu
diễn quan hệ giữa trị đo và trị ước tính gắn với ma trận hệ số của hệ phương
trình chuẩn có các phần tử là giá trị của hàm sóng nhỏ trên mặt cầu DOG được
tính theo các điểm đo. Từ đó, có thể tính toán xác định giá trị chuyển dịch địa
phương tại các điểm đặc trưng (điểm lưới GRID) cho khu vực nghiên cứu.
(3) Cơ sở lý thuyết tính các đại lượng biến dạng của khu vực dựa trên cơ
sở tính ma trận tensor gradient vận tốc của điểm đang xét theo các thành phần
vận tốc chuyển dịch ước tính trong không gian với điều kiện giả định Trái Đất là
hình cầu, không có ảnh hưởng của mặt địa hình và có sự biến dạng đàn hồi
tuyến tính. Các chỉ số của ma trận tensor gradient vận tốc được tính theo đạo
hàm riêng của hàm sóng nhỏ trên mặt cầu.
62
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM TÍNH TOÁN CÁC ĐẠI LƯỢNG BIẾN
DẠNG VỎ TRÁI ĐẤT KHU VỰC MIỀN BẮC VIỆT NAM
3.1. Đánh giá, phân tích chất lượng số liệu thực nghiệm
3.1.1. Đánh giá, phân tích chất lượng mốc quan trắc
Trong những năm gần đây, ở Việt Nam thường xuyên xảy ra các trận
động đất. Đặc biệt, ở khu vực Miền Bắc và Miền Trung nơi có các hồ thủy điện
Sơn La, Lai Châu, Sông Chanh và tần suất động đất ở khu vực này những năm
từ 2013 đến năm 2016 là khá dày. Điều này đã ảnh hưởng không nhỏ đến sự
phát triển kinh tế - xã hội và đời sống của người dân. Để xác định phạm vi,
mức độ hoạt động của vỏ Trái Đất nhằm phục vụ cho công tác dự báo, cảnh
báo tai biến tự nhiên do hoạt động địa chất gây ra, từ năm 2012 đến nay, Bộ
Tài nguyên và Môi trường đã triển khai xây dựng mạng lưới trắc địa địa động
lực với 78 điểm được bố trí ở các cánh của 11 đới đứt gãy có dấu hiệu hoạt
động mạnh trên miền Bắc Việt Nam như Hình 3.1 dưới đây.
Hình 3.1. Sơ đồ bố trí điểm quan trắc trên khu vực Miền Bắc
63
Các điểm quan trắc địa động lực này được bố trí ở hai bên cánh của các
đứt gãy, số lượng mốc quan trắc trên mỗi đới đứt gãy từ 06 đến 14 mốc tùy
thuộc vào chiều dài của đới đứt gãy. Mốc quan trắc thường cách đới đứt gãy từ
05 đến 25 km. Vị trí mốc được chọn ở những nơi có nền đá gốc hoặc nền đất ổn
định lâu dài, có tầm thông thoáng và có góc ngưỡng tốt nhất cho thu tín hiệu vệ
tinh. Đặc thù phân bố của các đứt gãy trên khu vực Miền Bắc là cách nhau
tương đối đều. Do vậy, vị trí của 78 mốc quan trắc này cũng phủ trùm khá đều
nhau trên khu vực miền Bắc Việt Nam.
Để đảm bảo chất lượng dữ liệu và yêu cầu quan trắc lâu dài của mạng
lưới, mốc quan trắc được thiết kế hình trụ đứng cao trên mặt đất từ 1.4 m trở
lên. Dấu mốc được thiết kế bằng thanh thép không gỉ có chiều dài từ 1.7 m đến
2.0 m, phía trên cùng của dấu mốc có hệ thống định tâm bắt buộc nhằm tránh
các nguồn sai số do định tâm gây ra. Giữa thân mốc và dấu mốc ở phía trên
mặt đất được thiết kế khe rỗng để làm giảm ảnh hưởng sự vặn xoắn, giãn nở bê
tông do thay đổi nhiệt độ đến độ chính xác của dấu mốc (xem Phụ lục 1). Như
vậy, có thể thấy rằng các mốc quan trắc đã được xây dựng có độ ổn định rất
cao và hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu quan trắc lâu dài của mạng lưới trên
khu vực miền Bắc Việt Nam.
3.1.2. Đánh giá, phân tích chất lượng dữ liệu quan trắc
a) Thu nhận dữ liệu của các điểm quan trắc
Mạng lưới các điểm địa động lực được chia thành 11 lưới (tương ứng với
11 đứt gãy). Các điểm trong mỗi lưới được đo theo phương pháp đo tĩnh (static)
với chu kỳ đo lặp 01 năm/lần vào thời điểm từ tháng 10 đến tháng 12 hàng năm.
Để đảm bảo độ chính xác của các thành phần Baseline ở mức mm trên khoảng
cách vài trăm km, trong 01 ca đo phải phân dữ liệu thành các nhóm. Dữ liệu đo
GNSS trong một lưới được thực hiện trong 04 ngày đêm liên tục tương ứng với
04 ca đo, mỗi ca đo có thời gian thu tín hiệu liên tục là 23 giờ 50 phút. Trong
một ca đo, các điểm trong mạng lưới được đo bằng các máy thu GNSS loại đa
kênh, đa tần số do hãng Trimble sản xuất.
64
Quy trình lắp đặt máy thu GNSS vào mốc quan trắc được định tâm bắt
buộc thông qua mốc phụ (ốc nối), Antenna hoặc máy thu lắp trên mốc theo
hướng Bắc và được giữ cố định trong suốt 04 ngày đêm. Độ cao Antenna được
đo theo hai cách là đo nghiêng và đo thẳng. Trong mỗi ca, đo chiều cao Antenna
03 lần vào lúc trước khi bắt đầu, giữa và sau khi kết thúc một ca. Antenna được
đo chính xác đến milimet và ghi vào sổ đo theo quy định tại QCVN:
2009/BTNMT ban hành kèm theo Thông tư số 06/2009/TT-BTNMT ngày
18/6/2009 của Bộ Tài nguyên và Môi trường. Cụ thể cách đo Antenna như sau:
Cách 1: Đo nghiêng là xác định là khoảng cách nghiêng từ vành ngoài
máy thu hoặc Antenna đến mặt trên của dấu mốc trên. Cách đo nghiêng được
minh họa như Hình 3.2 dưới đây:
Hình 3.2. Xác định chiều cao Antenna theo phương pháp đo nghiêng
Cách 2: Đo thẳng đứng là xác định khoảng cách từ đáy máy thu hoặc
Antenna (trường hợp Antenna rời) đến mặt trên của dấu mốc trên như Hình 3.3
sau đây:
65
Hình 3.3. Xác định chiều cao Antenna theo phương pháp đo thẳng đứng
Tại mỗi ca đo, thời gian dãn cách ghi dữ liệu là 30 giây (một Epoch) với
góc cao thu tín hiệu là từ 50 trở lên. Sau mỗi ca đo (sau 24 tiếng), tiến hành trút
số liệu sang máy tính, lưu số liệu vào USB, đồng thời thực hiện kiểm tra chất
lượng sơ bộ các file đo bằng phần mềm Rinex và TEQC. Qua thực tế thu nhận dữ
liệu đo trong 06 chu kỳ (2012-2017) với quy trình trên, có thể khẳng định: Chất
lượng thu nhận dữ liệu trên mạng lưới các điểm khu vực miền Bắc Việt Nam
hoàn toàn đảm bảo độ tin cậy phục vụ công tác xử lý tính toán của luận án.
b) Thu nhận, phân tích dữ liệu của các điểm IGS
Để tính toán tọa độ không gian và vận tốc chuyển dịch tuyệt đối của điểm
trong khung quy chiếu Trái Đất ITRF-2008, trước hết cần phải thu nhận các file
dữ liệu đo và file tọa độ gốc của các điểm khởi tính (ở đây là các điểm IGS)
được bố trí xung quanh khu đo. Các số liệu của điểm IGS được lấy từ đường
link: ftp://cddis.nasa.gov/gnss/data/daily gồm các file dữ liệu đo dạng chuẩn
Rinex của các điểm IGS toàn cầu.
Đường link http://ftp.aiub.unibe.ch/BSWUSER52/STA gồm các file kết
quả tính tọa độ và vận tốc chuyển dịch của điểm IGS toàn cầu, gồm:
IGB08.FIX; IGB08_R.CRD; IGB08_R.VEL.
66
Flie IGB08.FIX cung cấp các thông tin về số thứ tự và tên điểm IGS.
File IGB08_R.CRD cung cấp thông tin về số thứ tự, tên điểm, giá trị tọa
độ chính xác của các điểm IGS trong khung quy chiếu Trái Đất ITRF-2008 tại
thời điểm ngày 01 tháng 01 năm 2005.
File IGB08_R.VEL cung cấp thông tin về số thứ tự, tên điểm, vận tốc
chuyển dịch của các điểm IGS trong khung quy chiếu Trái Đất ITRF-2008 tại
thời điểm ngày 01 tháng 01 năm 2005 và tên mảng kiến tạo.
Để tính toán tọa độ của các điểm trong khu vực miền Bắc Việt Nam,
nghiên cứu sinh đã thu thập số liệu đo và giá trị tọa độ của 18 điểm IGS có vị trí
phân bố xung quanh lãnh thổ Việt Nam theo Hình 3.4 dưới đây:
Hình 3.4. Sơ đồ phân bố các điểm IGS xung quanh Việt Nam
Số liệu về tọa độ và vận tốc chuyển dịch của điểm IGS phục vụ tính
chuyền tọa độ cho mạng lưới điểm quan trắc khu vực Miền Bắc và tính các
tham số của góc quay Ơ-le cho mảng Á-Âu được tổng hợp trong Bảng 3.1.
67
Bảng 3.1. Tổng hợp tọa độ và vận tốc chuyển dịch của các điểm IGS
xung quanh Việt Nam tại thời điểm ngày 01/01/2005
STT
X (m)
Y (m)
Z (m)
VX (m)
VY (m)
VZ (m)
Tên
điểm
Tên
mảng
1
AIRA
-3530185.48879
-0.02581
4118797.33619
-0.00734
3344036.96348
-0.01507
EURA
2
BAN2
1344087.63869
-0.04242
6068610.26250
0.00193
1429291.96823
0.03477
INDI
3
CCJM
-4488925.73438
0.02786
3483903.10591
0.02484
2887743.29474
0.01021
PHIL
4
COCO
-741950.39155
-0.04672
6190961.63719
0.00585
-1337768.14620
0.04957
AUST
5
DARW
-4091359.07767
-0.03482
4684606.63394
-0.01428
-1408580.00059
0.05813
AUST
6
DAVR
1916269.41909
0.00161
6029977.45460
-0.00585
-801719.90444
-0.00068 ANTA
7
GMSD
-3607665.02073
-0.02828
4147868.08947
-0.00988
3223717.27984
-0.01947
EURA
8
GUAM
-5071312.73707
0.00611
3568363.54827
0.00737
1488904.33618
0.00522
PHIL
9
IISC
1337936.45435
-0.04242
6070317.10294
0.00193
1427876.78639
0.03477
INDI
10
KUNM
-1281255.72016
-0.03114
5640746.07756
0.00067
2682879.98220
-0.01821
EURA
11
LAE1
-5312857.13633
-0.01576
3451107.90565
-0.02264
-736322.47335
0.05313
AUST
12
LHAZ
-106941.44319
-0.04623
5549269.87945
-0.00721
3139215.00867
0.01407
EURA
13 MALD
1803857.95587
-0.04616
6099997.83823
0.00813
462749.72239
0.03488
INDI
14
MCIL
-5227188.11537
0.03988
2551880.35952
0.06025
2607617.93897
0.02180
PCFC
15
PIMO
-3186293.90683
0.02558
5286624.21192
0.01391
1601158.28631
0.00627
PHIL
16
SHAO
-2831733.50160
-0.03116
4675665.93124
-0.01045
3275369.41167
-0.01020
EURA
17
TWTF
-2994428.14198
-0.03258
4951309.24133
-0.00932
2674496.84767
-0.01035
EURA
18 WUHN
-2267749.42702
-0.03158
5009154.28382
-0.00759
3221290.70608
-0.01073
EURA
Từ số liệu tọa độ và vận tốc chuyển dịch tương ứng nhận được tại thời
điểm ngày 01 tháng 01 năm 2005 ở trên (gọi là thời điểm t0), ta có thể tính được
tọa độ của các điểm này ở thời gian bất kỳ (t) theo công thức [14] như sau:
(3.1)
trong đó: VX, VY, VZ là vận tốc của khung quy chiếu tại thời điểm t0. Việc
tính toán giá trị tọa độ cho các điểm IGS vào thời điểm (t) bất kỳ cũng đã được
tự động hóa trong phần mềm BERNESE 5.2.
Việc đánh giá chất lượng dữ liệu, độ tin cậy và lựa chọn những điểm IGS
để tính toán cho mạng lưới quan trắc khu vực miền Bắc Việt Nam được thực
hiện theo trình tự các bước tính chặt chẽ bao gồm:
1. Sử dụng dữ liệu quan trắc của mạng lưới và dữ liệu đo của các điểm
IGS để tính toán tọa độ cho các điểm trong toàn mạng lưới. Sau khi tính toán
68
bình sai, ta sẽ nhận được tọa độ của toàn bộ các điểm tham gia tính toán cùng
với sai số trung phương vị trí của chúng. Căn cứ vào sai số trung phương vị trí
điểm nhận được sau bình sai của các điểm IGS, việc xem xét, loại bỏ những
điểm có sai số trung phương có giá trị lớn vượt hạn sai đã được thực hiện (trong
mạng lưới quan trắc khu vực Miền Bắc không vượt quá 04 mm). Các điểm IGS
có sai số trong hạn sai sẽ được đưa vào để tính toán, bình sai cho mạng lưới
quan trắc khu vực miền Bắc Việt Nam. Toàn bộ quá trình xử lý tính toán và lựa
chọn các điểm IGS có độ chính xác đảm bảo yêu cầu tính toán đã được thực
hiện ngay trong quy trình tính véc tơ chuyển dịch của phần mềm BERNESE 5.2,
được trình bày dưới đây.
2. Qua kết quả tính toán vận tốc chuyển dịch tuyệt đối của các điểm
trong mạng lưới quan trắc trên khu vực miền Bắc Việt Nam, luận án đã chọn
được 04 điểm IGS có độ chính xác thỏa mãn yêu cầu, đó là các điểm COCO,
IISC, PIMO, WUHN. Sau khi tính toán, sai số trung phương vận tốc chuyển
dịch so với giá trị tương ứng trong ITRF-2008 có giá trị nhỏ hơn 0,5 mm/năm
và sai số trung phương về tọa độ nhỏ hơn 04 mm. Kết quả trên đã khẳng định
tính chính xác và độ tin cậy của các điểm được sử dụng để tính vận tốc
chuyển dịch tuyệt đối cho các điểm trong mạng lưới quan trắc khu vực miền
Bắc Việt Nam.
3.1.3. Đánh giá, phân tích kết quả tính vận tốc chuyển dịch tuyệt đối
của các điểm trong mạng lưới quan trắc
Việc tính toán, xử lý số liệu đo của mạng lưới GNSS địa động lực được
thực hiện trên nguyên tắc: khi thu tín hiệu vệ tinh GNSS đồng thời trên N điểm
sẽ tính được (N-1) vectơ Baseline độc lập trong hệ thống tọa độ không gian
ITRF tức thời nhận được từ tổ chức IGS quốc tế. Quá trình xử lý, tính toán
mạng lưới được thực hiện bằng phần mềm BERNESE 5.2 thông qua các bước
tính cơ bản như sau:
- Chuyển tọa độ các trạm đo từ epoch khởi tính đến epoch hiện tại;
- Tạo các cạnh baseline độc lập từ các sai phân đơn;
- Phát hiện và hiệu chỉnh sai số trượt chu kỳ;
69
- Bình sai tự do và ước tính sai số của mạng lưới;
- Bình sai mạng lưới và lưu kết quả một ngày đo;
- Tính toán, bình sai tự do và kiểm tra tọa độ các điểm gốc IGS trong
mạng lưới;
- Kiểm tra tọa độ mạng lưới sau bình sai với tọa độ gốc của các điểm IGS;
- Tính toán, kiểm tra tọa độ tính lặp giữa các ngày đo, giữa các chu kỳ đo;
- Tạo các file phương trình chuẩn dạng rút gọn cho từng ngày đo;
- Tính toán vận tốc chuyển dịch của các điểm trong mạng lưới.
Quy trình trên đã được sử dụng để tính toán các véc tơ chuyển dịch trung
bình trong 06 chu kỳ đo (2012-2017) của mạng lưới trắc địa địa động lực trên
khu vực các đứt gãy thuộc miền Bắc Việt Nam (được tổng hợp trong Phụ lục
02 của luận án). Trong quá trình quan trắc, một số điểm trong mạng lưới bị mất
mốc, một số điểm bị tác động của các công trình kiến trúc mới phát sinh làm
mốc bị dịch chuyển, chất lượng tín hiệu đo kém nên các điểm này có chứa sai
số thô và không đảm bảo độ tin cậy cho việc phân tích biến dạng của khu vực.
Do đó, trước khi tính toán thực nghiệm cần phải rà soát, lọc bỏ các điểm có sai
số thô bằng phương pháp xác định độ lệch chuẩn để nhận được tập hợp điểm
đo có chất lượng đảm bảo và có độ tin cậy cao trong Bảng 3.2 dưới đây:
Bảng 3.2. Tổng hợp véc tơ vận tốc chuyển dịch của mạng lưới GPS
VN
(m/năm)
MVN
(m/năm)
VE
(m/năm)
MVE
(m/năm)
MVU
(m/năm)
Tên
điểm
Kinh độ
(độ)
Vĩ độ
(độ)
VU
(m/năm)
C001
103.1872 22.4090
-0.0111 0.0002
0.0315
0.0002
-0.0085 0.0004
C002
103.2425 22.2678
-0.0110 0.0002
0.0316
0.0002
0.0048
0.0004
C003
103.0528 22.1338
-0.0124 0.0002
0.0307
0.0002
-0.0070 0.0005
C005
103.0284 21.7916
-0.0103 0.0002
0.0307
0.0002
0.0000
0.0004
C006
103.1019 21.4948
-0.0098 0.0002
0.0311
0.0002
0.0036
0.0005
C007
103.5948 21.3517
-0.0110 0.0003
0.0310
0.0003
0.0010
0.0006
C008
103.6769 21.0294
-0.0109 0.0003
0.0304
0.0003
-0.0076 0.0009
C010
104.5840 20.4815
-0.0105 0.0003
0.0311
0.0003
0.0008
0.0006
C011
104.6158 20.5578
-0.0085 0.0003
0.0305
0.0003
0.0018
0.0006
70
C012
104.9219 20.3839
-0.0091 0.0003
0.0315
0.0003
-0.0026 0.0006
C014
105.1362 20.1465
-0.0097 0.0003
0.0320
0.0003
0.0096
0.0008
C015
105.2795 20.3098
-0.0105 0.0003
0.0320
0.0003
0.0038
0.0006
C016
105.4055 19.9849
-0.0103 0.0003
0.0306
0.0003
-0.0022 0.0006
C017
105.3764 19.7354
-0.0104 0.0003
0.0324
0.0003
-0.0010 0.0006
C018
103.4430 21.7579
-0.0100 0.0003
0.0332
0.0003
0.0032
0.0006
C019
103.4777 21.7987
-0.0082 0.0003
0.0318
0.0003
-0.0138 0.0007
C020
103.7415 21.4711
-0.0084 0.0003
0.0316
0.0003
0.0004
0.0006
C021
103.9398 21.3012
-0.0091 0.0003
0.0330
0.0003
-0.0062 0.0006
C022
104.3116 21.0288
-0.0087 0.0004
0.0319
0.0004
-0.0023 0.0008
C024
105.1745 20.5528
-0.0089 0.0003
0.0333
0.0003
-0.0022 0.0006
C025
105.5552 20.4103
-0.0099 0.0003
0.0320
0.0003
0.0002
0.0008
C026
105.3898 20.2533
-0.0096 0.0003
0.0306
0.0003
-0.0070 0.0009
C028
104.0287 21.4170
-0.0074 0.0003
0.0304
0.0003
0.0053
0.0010
C029
104.3935 21.2230
-0.0076 0.0003
0.0326
0.0003
-0.0061 0.0012
C030
104.9455 20.7734
-0.0080 0.0003
0.0300
0.0003
0.0048
0.0008
C031
104.8644 20.9028
-0.0076 0.0003
0.0310
0.0003
-0.0095 0.0010
C032
104.6944 21.3024
-0.0094 0.0003
0.0315
0.0003
0.0000
0.0007
C033
104.0356 21.5492
-0.0070 0.0003
0.0294
0.0003
0.0004
0.0008
C034
103.8680 21.8864
-0.0087 0.0003
0.0295
0.0003
0.0070
0.0008
C035
103.5231 22.3236
-0.0088 0.0003
0.0296
0.0003
0.0014
0.0009
C036
103.5026 22.3763
-0.0104 0.0003
0.0313
0.0003
-0.0155 0.0007
C037
103.2272 22.4902
-0.0110 0.0003
0.0322
0.0003
-0.0063 0.0008
C040
104.1348 22.2927
-0.0081 0.0003
0.0324
0.0003
-0.0166 0.0006
C041
104.1080 21.8336
-0.0097 0.0003
0.0334
0.0003
-0.0073 0.0006
C042
104.3225 21.7870
-0.0099 0.0003
0.0317
0.0003
0.0101
0.0009
C043
104.4489 21.5051
-0.0089 0.0003
0.0329
0.0003
0.0031
0.0006
C044
104.8212 21.4060
-0.0097 0.0003
0.0338
0.0003
0.0034
0.0005
C045
104.9819 21.1187
-0.0098 0.0004
0.0322
0.0004
0.0013
0.0009
C046
105.1818 21.0480
-0.0089 0.0003
0.0342
0.0003
0.0109
0.0006
C047
103.9188 22.4271
-0.0071 0.0003
0.0343
0.0003
-0.0121 0.0008
C048
104.2098 22.4063
-0.0090 0.0003
0.0346
0.0003
-0.0036 0.0009
71
C049
104.4453 22.2254
-0.0076 0.0004
0.0350
0.0004
0.0018
0.0009
C051
104.7410 21.8689
-0.0106 0.0003
0.0321
0.0003
-0.0099 0.0007
C052
104.7872 21.6357
-0.0079 0.0004
0.0343
0.0004
-0.0034 0.0009
C053
105.0925 21.5671
-0.0088 0.0003
0.0330
0.0003
0.0095
0.0006
C054
105.1020 21.3315
-0.0088 0.0003
0.0334
0.0003
-0.0001 0.0007
C055
105.3471 21.3193
-0.0090 0.0003
0.0344
0.0003
0.0000
0.0006
C056
105.4974 20.8795
-0.0077 0.0004
0.0334
0.0004
-0.0039 0.0009
C059
104.7324 22.1662
-0.0086 0.0004
0.0328
0.0004
-0.0125 0.0010
C060
105.0611 21.8021
-0.0072 0.0003
0.0337
0.0003
-0.0026 0.0007
C061
105.4735 21.4057
-0.0087 0.0003
0.0339
0.0003
-0.0025 0.0007
C063
104.9166 22.6524
-0.0083 0.0003
0.0328
0.0003
0.0047
0.0007
C064
105.2087 22.1935
-0.0091 0.0003
0.0339
0.0003
0.0084
0.0008
C065
105.4383 21.8105
-0.0085 0.0004
0.0333
0.0004
0.0005
0.0009
C066
105.8164 21.5039
-0.0104 0.0003
0.0305
0.0003
-0.0039 0.0007
C068
106.4394 22.6932
-0.0121 0.0004
0.0323
0.0004
-0.0063 0.0010
C069
106.3928 22.0478
-0.0112 0.0003
0.0330
0.0003
0.0050
0.0008
C070
106.7937 21.9298
-0.0109 0.0004
0.0318
0.0004
-0.0092 0.0009
C071
107.1575 21.3237
-0.0108 0.0004
0.0299
0.0004
0.0148
0.0010
C073
107.6373 21.4766
-0.0107 0.0003
0.0337
0.0003
0.0030
0.0009
C074
107.3311 21.0727
-0.0104 0.0003
0.0321
0.0003
0.0098
0.0008
C075
106.8163 20.9875
-0.0117 0.0004
0.0310
0.0004
0.0106
0.0009
C076
106.5002 21.3091
-0.0119 0.0003
0.0356
0.0003
-0.0036 0.0007
C077
106.1925 21.0290
-0.0109 0.0003
0.0340
0.0004
-0.0136 0.0010
C078
106.0761 21.1910
-0.0112 0.0003
0.0331
0.0003
-0.0159 0.0006
Căn cứ quy trình và kết quả tính sai số trung phương vận tốc chuyển dịch
được tổng hợp trong Bảng 3.2 ở trên, cho thấy chất lượng tính toán vận tốc chuyển
dịch về mặt bằng có độ tin cậy cao hơn vận tốc chuyển dịch đứng của điểm.
3.2. Tính vận tốc chuyển dịch địa phương tại các điểm quan trắc
3.2.1. Sơ đồ quy trình tính toán
Trên cơ sở lý thuyết tính vận tốc chuyển dịch địa phương được trình bày ở
Chương 2, nghiên cứu sinh đã xây dựng quy trình tính toán như sau:
72
Tọa độ và vận tốc chuyển
dịch tuyệt đối của các
điểm đo trong lưới
Lựa chọn điểm đo đủ điều
kiện tính tham số góc quay
Ơ-le
Vận tốc chuyển dịch chung
của khu vực tại các điểm
đo trong lưới
Xác định tham số góc
quay Ơ-le
Vận tốc chuyển dịch
địa phương của các
điểm đo trong lưới
Hình 3.5. Sơ đồ quy trình tính vận tốc chuyển dịch địa phương của các điểm đo
Theo quy trình ở trên, vận tốc chuyển dịch địa phương có thể được tính
như sau:
- Lựa chọn điểm có vận tốc chuyển dịch và tọa độ không gian trong Bảng
3.2 ở trên sao cho thỏa mãn các điều kiện để tính các tham số góc quay Ơ-le.
- Sử dụng vận tốc chuyển dịch và tọa độ không gian của các điểm đã lựa
chọn để tính các tham số góc Ơ-le theo Goudarzi đề xuất [28]. Sau đó, dùng các
tham số góc Ơ-le tính được để tính vận tốc chuyển dịch chung của khu vực cho
các điểm trong mạng lưới quan trắc theo công thức (2.9).
- Sử dụng giá trị vận tốc tuyệt đối của điểm quan trắc và vận tốc chuyển
dịch chung của khu vực tại điểm đo để tính vận tốc chuyển dịch địa phương cho
các điểm trong mạng lưới quan trắc theo công thức (2.8).
3.2.2. Xây dựng modul tính vận tốc chuyển dịch chung của khu vực
Để tính các tham số góc quay Ơ-le, coi các số liệu nhận được trong Bảng
3.2 nằm trên cùng mảng kiến tạo, các điểm này đều được bố trí ở vị trí ổn định
và cách xa đứt gẫy chính của mảng kiến tạo. Nghiên cứu sinh đã sử dụng ngôn
73
ngữ Matlab [28] để lập phần mềm tính các tham số góc quay Ơ-le và vận tốc
chuyển dịch chung của khu vực tại điểm đo trong mạng lưới quan trắc với giao
diện của phần mềm như sau:
Hình 3.6. Giao diện phần mềm tính vận tốc chuyển dịch chung của khu vực
Phần mềm tính vận tốc chuyển dịch chung của khu vực cho phép tính toán
vận tốc chuyển dịch với dữ liệu đầu vào tùy chọn bao gồm file số liệu dạng tọa
độ trắc địa và file số liệu tọa độ không gian. Kết quả tính toán được ghi vào 02
file kết quả, gồm: Vantocmang_1.TXT và KQTinhEuler.txt.
3.2.3. Kết quả tính vận tốc chuyển dịch chung của khu vực
Từ số liệu trong Bảng 3.2, nghiên cứu sinh thực hiện các bước lọc để loại
bỏ những điểm đo không thỏa mãn các điều kiện tính tham số góc Ơ-le. Tổng số
điểm được chọn để tính tham số góc quay Ơ-le được tổng hợp trong Phụ lục 03.
Kết quả tính toán các tham số góc quay Ơ-le và sai số trung phương của khu vực
Miền Bắc được thể hiện trong Bảng 3.3 dưới đây.
74
(rad/năm)
(rad/năm)
(rad/năm)
(rad/năm)
(rad/năm)
(rad/năm)
-9.1516E-10
±1.8873E-10
-2.3980E-09
±7.1995E-10
4.5835E-09
±2.9122E-10
Bảng 3.3. Kết quả tính tham số góc Ơ-le
Khu
vực
Miền
Bắc
Vận tốc quay, tọa độ của cực quay Ơ-le đặc trưng cho chuyển dịch chung
của khu vực Miền Bắc được thể hiện trong Bảng 3.4 dưới đây.
Bảng 3.4. Kết quả tính vận tốc quay và tọa độ cực quay Ơ-le
Khu vực
Vĩ độ cực quay
(°)
60.7512
Kinh độ cực quay
(°)
-110.8882
Vận tốc quay
(°/triệu năm)
0.3010
Miền Bắc
Sau khi tính được các tham số góc quay Ơ-le, tiến hành tính vận tốc
chuyển dịch chung của khu vực và tính sai số trung phương chuyển dịch của
điểm trong mạng lưới. Kết quả tính được tổng hợp trong Bảng 3.5 dưới đây.
Bảng 3.5. Kết quả tính vận tốc chuyển dịch khu vực tại điểm quan trắc
Tên
điểm
Kinh độ
(độ)
Vĩ độ
(độ)
(m/năm)
(m/năm)
(m/năm)
(m/năm)
103.1872
22.4090
-0.00916
0.00000
0.03216
0.00000
C001
103.2425
22.2678
-0.00918
0.00000
0.03215
0.00000
C002
103.0528
22.1338
-0.00913
0.00000
0.03216
0.00000
C003
103.0284
21.7916
-0.00912
0.00000
0.03215
0.00000
C005
103.1019
21.4948
-0.00914
0.00000
0.03214
0.00000
C006
103.5948
21.3517
-0.00926
0.00000
0.03210
0.00000
C007
103.6769
21.0294
-0.00928
0.00000
0.03209
0.00000
C008
104.5840
20.4815
-0.00949
0.00000
0.03201
0.00000
C010
104.6158
20.5578
-0.00950
0.00000
0.03201
0.00000
C011
104.9219
20.3839
-0.00957
0.00000
0.03199
0.00000
C012
105.1362
20.1465
-0.00962
0.00000
0.03197
0.00000
C014
105.2795
20.3098
-0.00965
0.00000
0.03196
0.00000
C015
105.4055
19.9849
-0.00968
0.00000
0.03194
0.00000
C016
105.3764
19.7354
-0.00967
0.00000
0.03193
0.00000
C017
103.4430
21.7579
-0.00922
0.00000
0.03212
0.00000
C018
75
103.4777
21.7987
-0.00923
0.00000
0.03212
0.00000
C019
103.7415
21.4711
-0.00929
0.00000
0.03210
0.00000
C020
103.9398
21.3012
-0.00934
0.00000
0.03208
0.00000
C021
104.3116
21.0288
-0.00943
0.00000
0.03205
0.00000
C022
105.1745
20.5528
-0.00963
0.00000
0.03198
0.00000
C024
105.5552
20.4103
-0.00971
0.00000
0.03195
0.00000
C025
105.3898
20.2533
-0.00968
0.00000
0.03196
0.00000
C026
104.0287
21.4170
-0.00936
0.00000
0.03208
0.00000
C028
104.3935
21.2230
-0.00945
0.00000
0.03205
0.00000
C029
104.9455
20.7734
-0.00957
0.00000
0.03200
0.00000
C030
104.8644
20.9028
-0.00956
0.00000
0.03201
0.00000
C031
104.6944
21.3024
-0.00952
0.00000
0.03203
0.00000
C032
104.0356
21.5492
-0.00936
0.00000
0.03208
0.00000
C033
103.8680
21.8864
-0.00932
0.00000
0.03210
0.00000
C034
103.5231
22.3236
-0.00924
0.00000
0.03214
0.00000
C035
103.5026
22.3763
-0.00924
0.00000
0.03214
0.00000
C036
103.2272
22.4902
-0.00917
0.00000
0.03216
0.00000
C037
104.1348
22.2927
-0.00939
0.00000
0.03210
0.00000
C040
104.1080
21.8336
-0.00938
0.00000
0.03209
0.00000
C041
104.3225
21.7870
-0.00943
0.00000
0.03207
0.00000
C042
104.4489
21.5051
-0.00946
0.00000
0.03206
0.00000
C043
104.8212
21.4060
-0.00955
0.00000
0.03203
0.00000
C044
104.9819
21.1187
-0.00958
0.00000
0.03201
0.00000
C045
105.1818
21.0480
-0.00963
0.00000
0.03200
0.00000
C046
103.9188
22.4271
-0.00933
0.00000
0.03211
0.00000
C047
104.2098
22.4063
-0.00940
0.00000
0.03209
0.00000
C048
104.4453
22.2254
-0.00946
0.00000
0.03208
0.00000
C049
104.7410
21.8689
-0.00953
0.00000
0.03205
0.00000
C051
104.7872
21.6357
-0.00954
0.00000
0.03204
0.00000
C052
105.0925
21.5671
-0.00961
0.00000
0.03202
0.00000
C053
105.1020
21.3315
-0.00961
0.00000
0.03201
0.00000
C054
105.3471
21.3193
-0.00967
0.00000
0.03200
0.00000
C055
76
C056
105.4974
20.8795
-0.00970
0.00000
0.03197
0.00000
C059
104.7324
22.1662
-0.00952
0.00000
0.03206
0.00000
C060
105.0611
21.8021
-0.00960
0.00000
0.03203
0.00000
C061
105.4735
21.4057
-0.00970
0.00000
0.03199
0.00000
C063
104.9166
22.6524
-0.00957
0.00000
0.03206
0.00000
C064
105.2087
22.1935
-0.00963
0.00000
0.03203
0.00000
C065
105.4383
21.8105
-0.00969
0.00000
0.03200
0.00000
C066
105.8164
21.5039
-0.00977
0.00000
0.03197
0.00000
C068
106.4394
22.6932
-0.00992
0.00000
0.03196
0.00000
C069
106.3928
22.0478
-0.00991
0.00000
0.03195
0.00000
C070
106.7937
21.9298
-0.01000
0.00000
0.03192
0.00000
C071
107.1575
21.3237
-0.01008
0.00000
0.03188
0.00000
C073
107.6373
21.4766
-0.01019
0.00000
0.03186
0.00000
C074
107.3311
21.0727
-0.01012
0.00000
0.03187
0.00000
C075
106.8163
20.9875
-0.01000
0.00000
0.03190
0.00000
C076
106.5002
21.3091
-0.00993
0.00000
0.03192
0.00000
C077
106.1925
21.0290
-0.00986
0.00000
0.03194
0.00000
C078
106.0761
21.1910
-0.00983
0.00000
0.03195
0.00000
Từ số liệu vận tốc chuyển dịch tuyệt đối trong Bảng 3.2 và vận tốc chuyển
dịch chung của khu vực trong Bảng 3.5, có thể tính được vận tốc chuyển dịch địa
phương của điểm quan trắc. Kết quả tính được tổng hợp trong Bảng 3.6 dưới đây:
Bảng 3.6. Kết quả tính vận tốc chuyển dịch địa phương tại điểm quan trắc
Tên
điểm
vn
(m/năm)
mvn
(m/năm)
ve
(m/năm)
mve
(m/năm)
vu
(m/năm)
mvu
(m/năm)
Kinh độ
(độ)
Vĩ độ
(độ)
C001 103.1872 22.4090
-0.0019 0.0002
-0.0007 0.0002
-0.0085
0.0004
C002 103.2425 22.2678
-0.0018 0.0002
-0.0006 0.0002
0.0048
0.0004
C003 103.0284 21.7916
-0.0033 0.0002
-0.0015 0.0002
-0.0070
0.0005
C005 103.1019 21.4948
-0.0012 0.0002
-0.0014 0.0002
0.0000
0.0004
C006 103.5948 21.3517
-0.0007 0.0003
-0.0010 0.0002
0.0036
0.0005
C007 103.6769 21.0294
-0.0017 0.0003
-0.0011 0.0003
0.0010
0.0006
C008 104.5840 20.4815
-0.0016 0.0003
-0.0017 0.0003
-0.0076
0.0009
77
C010 104.6158 20.5578
-0.0010 0.0003
-0.0009 0.0003
0.0008
0.0006
C011 104.9219 20.3839
0.0010
0.0003
-0.0015 0.0003
0.0018
0.0006
C012 105.1362 20.1465
0.0005
0.0003
-0.0005 0.0003
-0.0026
0.0006
C014 105.2795 20.3098
-0.0001 0.0003 0.0000
0.0003
0.0096
0.0008
C015 105.4055 19.9849
-0.0008 0.0003 0.0000
0.0003
0.0038
0.0006
C016 105.3764 19.7354
-0.0006 0.0003
-0.0013 0.0003
-0.0022
0.0006
C017 103.4430 21.7579
-0.0007 0.0003 0.0005
0.0003
-0.0010
0.0006
C018 103.4777 21.7987
-0.0008 0.0003 0.0011
0.0003
0.0032
0.0006
C019 103.7415 21.4711
0.0010
0.0003
-0.0003 0.0003
-0.0138
0.0007
C020 103.9398 21.3012
0.0009
0.0003
-0.0005 0.0003
0.0004
0.0006
C021 104.3116 21.0288
0.0002
0.0004 0.0009
0.0003
-0.0062
0.0006
C022 105.1745 20.5528
0.0007
0.0003
-0.0001 0.0004
-0.0023
0.0008
C024 105.5552 20.4103
0.0007
0.0003 0.0013
0.0003
-0.0022
0.0006
C025 105.3898 20.2533
-0.0002 0.0003 0.0000
0.0003
0.0002
0.0008
C026 104.0287 21.4170
0.0001
0.0003
-0.0014 0.0003
-0.0070
0.0009
C028 104.3935 21.2230
0.0020
0.0003
-0.0017 0.0003
0.0053
0.0010
C029 104.9455 20.7734
0.0018
0.0003 0.0005
0.0003
-0.0061
0.0012
C030 104.8644 20.9028
0.0016
0.0003
-0.0020 0.0003
0.0048
0.0008
C031 104.6944 21.3024
0.0020
0.0003
-0.0010 0.0003
-0.0095
0.0010
C032 104.0356 21.5492
0.0001
0.0003
-0.0005 0.0003
0.0000
0.0007
C033 103.8680 21.8864
0.0024
0.0003
-0.0027 0.0003
0.0004
0.0008
C034 103.5231 22.3236
0.0006
0.0003
-0.0026 0.0003
0.0070
0.0008
C035 103.5026 22.3763
0.0004
0.0003
-0.0025 0.0003
0.0014
0.0009
C036 103.2272 22.4902
-0.0012 0.0003
-0.0008 0.0003
-0.0155
0.0007
C037 104.1348 22.2927
-0.0018 0.0003 0.0000
0.0003
-0.0063
0.0008
C040 104.1080 21.8336
0.0013
0.0003 0.0003
0.0003
-0.0166
0.0006
C041 104.3225 21.7870
-0.0003 0.0003 0.0013
0.0003
-0.0073
0.0006
C042 104.4489 21.5051
-0.0005 0.0003
-0.0004 0.0003
0.0101
0.0009
C043 104.8212 21.4060
0.0006
0.0003 0.0008
0.0003
0.0031
0.0006
C044 104.9819 21.1187
-0.0002 0.0004 0.0018
0.0003
0.0034
0.0005
C045 105.1818 21.0480
-0.0002 0.0003 0.0002
0.0004
0.0013
0.0009
78
C046 103.9188 22.4271
0.0007
0.0003 0.0022
0.0003
0.0109
0.0006
C047 104.2098 22.4063
0.0022
0.0003 0.0022
0.0003
-0.0121
0.0008
C048 104.4453 22.2254
0.0004
0.0004 0.0025
0.0003
-0.0036
0.0009
C049 104.7410 21.8689
0.0019
0.0003 0.0029
0.0004
0.0018
0.0009
C051 104.7872 21.6357
-0.0011 0.0004 0.0001
0.0003
-0.0099
0.0007
C052 105.0925 21.5671
0.0016
0.0003 0.0023
0.0004
-0.0034
0.0009
C053 105.1020 21.3315
0.0008
0.0003 0.0010
0.0003
0.0095
0.0006
C054 105.3471 21.3193
0.0008
0.0003 0.0014
0.0003
-0.0001
0.0007
C055 105.4974 20.8795
0.0007
0.0004 0.0024
0.0003
0.0000
0.0006
C056 104.7324 22.1662
0.0020
0.0004 0.0014
0.0004
-0.0039
0.0009
C059 105.0611 21.8021
0.0009
0.0003 0.0007
0.0004
-0.0125
0.0010
C060 105.4735 21.4057
0.0024
0.0003 0.0017
0.0003
-0.0026
0.0007
C061 104.9166 22.6524
0.0010
0.0003 0.0019
0.0003
-0.0025
0.0007
C063 105.2087 22.1935
0.0013
0.0003 0.0007
0.0003
0.0047
0.0007
C064 105.4383 21.8105
0.0005
0.0004 0.0019
0.0003
0.0084
0.0008
C065 105.8164 21.5039
0.0012
0.0003 0.0013
0.0004
0.0005
0.0009
C066 106.4394 22.6932
-0.0006 0.0004
-0.0015 0.0003
-0.0039
0.0007
C068 106.3928 22.0478
-0.0022 0.0003 0.0003
0.0004
-0.0063
0.0010
C069 106.7937 21.9298
-0.0013 0.0004 0.0011
0.0003
0.0050
0.0008
C070 107.1575 21.3237
-0.0009 0.0004
-0.0001 0.0004
-0.0092
0.0009
C071 107.6373 21.4766
-0.0007 0.0003
-0.0020 0.0004
0.0148
0.0010
C073 107.3311 21.0727
-0.0005 0.0003 0.0018
0.0003
0.0030
0.0009
C074 106.8163 20.9875
-0.0003 0.0004 0.0002
0.0003
0.0098
0.0008
C075 106.1925 21.0290
-0.0017 0.0003
-0.0009 0.0004
0.0106
0.0009
C076 106.0761 21.1910
-0.0020 0.0003 0.0037
0.0003
-0.0036
0.0007
C077 103.1872 22.4090
-0.0010 0.0002 0.0021
0.0004
-0.0136
0.0010
C078 103.2425 22.2678
-0.0014 0.0002 0.0012
0.0003
-0.0159
0.0006
79
3.3. Nội suy trường vận tốc chuyển dịch địa phương
3.3.1. Sơ đồ quy trình tính toán
Trên cơ sở lý thuyết xấp xỉ sóng nhỏ đã trình bày trong Chương 2, nghiên
cứu sinh đã xây dựng quy trình nội suy trường vận tốc chuyển dịch địa phương
Vận tốc chuyển dịch địa
phương tại điểm đo
Tính tọa độ
điểm lưới GRID
Xác định phạm vi
nghiên cứu
Phân tích lựa chọn
quy mô q
Tính hàm sóng nhỏ G tại
điểm lưới cầu
Tính hàm sóng nhỏ gk
tại điểm đo
Tính trường vận tốc
chuyển dịch của khu đo
Tính tham số
của mô hình m
theo sơ đồ như sau:
Hình 3.7. Sơ đồ quy trình nội suy trường vận tốc chuyển dịch địa phương
Quy trình nội suy trường vận tốc chuyển dịch được mô tả chi tiết như sau:
- Xác định, giới hạn khu vực nghiên cứu bằng tọa độ 04 điểm góc của khu
vực bao phủ toàn bộ các điểm đo.
- Phân tích, lựa chọn quy mô q theo 03 bước sau:
Bước 1: Xác định khoảng cách ngắn nhất và dài nhất giữa các điểm trong
khu đo.
80
Bước 2: Dựa vào Bảng 2.1, để chọn bậc qmin tương ứng với khoảng cách
ngắn nhất và qmax tương ứng với khoảng cách dài nhất đã được xác định ở bước 1.
Bước 3: Phân tích nội suy vận tốc chuyển dịch để xem xét lại việc lựa
chọn bậc qmin và qmax đã đảm bảo phù hợp và phủ trùm được toàn bộ các điểm
quan trắc trong khu đo. Trường hợp trong phạm vi ở bậc qmin vẫn còn có điểm đo
nằm ngoài khu đo thì tiến hành chạy phần mềm với bậc qmin thấp hơn để có kết
quả lựa chọn phù hợp.
- Cùng với việc lựa chọn bậc qmin và qmax phù hợp, tiến hành xác định tọa
độ các điểm lưới GRID (dạng lưới ô vuông đặc trưng) để biểu diễn trường vận
tốc chuyển dịch địa phương của khu vực. Trong nghiên cứu này, nghiên cứu
sinh đã chia khu đo thành lưới GRID có kích thước 0.1 độ.
- Căn cứ vào số điểm khung của hàm sóng nhỏ trên mặt cầu M tương ứng
với số bậc từ qmin đến qmax và mật độ các điểm đo trong khu vực nghiên cứu, tiến
hành tính hàm sóng nhỏ gk tại điểm đo.
- Căn cứ vào số điểm khung của hàm sóng nhỏ trên mặt cầu M tương ứng
với số bậc từ qmin = 7 đến qmax = 9 và tọa độ của các điểm lưới GRID, tiến hành
tính hàm sóng nhỏ G tại các điểm của lưới GRID.
- Từ số liệu đo và số bậc q (từ qmin đến qmax), tiến hành xác định các tham
số được chính tắc hóa, sau đó lập và giải hệ phương trình (2.48) để nhận được
tham số m của mô hình ước tính.
- Sử dụng tham số m và hàm sóng nhỏ G tại điểm lưới GRID để nội suy
và biểu diễn các giá trị vận tốc chuyển dịch thành phần tại các điểm lưới đặc
trưng cho trường vận tốc chuyển dịch địa phương của khu vực nghiên cứu.
3.3.2. Phần mềm phân tích, nội suy vận tốc chuyển dịch
Dựa trên cơ sở lý thuyết nội suy trường vận tốc chuyển dịch được trình
bày trong Chương 2 và ngôn ngữ Matlab, nghiên cứu sinh đã lập phần mềm
phân tích, nội suy vận tốc chuyển dịch với giao diện như Hình 3.9 dưới đây:
81
Hình 3.8. Giao diện phần mềm phân tích, nội suy vận tốc chuyển dịch
Phần mềm phân tích, nội suy vận tốc chuyển dịch có các chức năng
chính sau:
- Nội suy trường vận tốc chuyển dịch của khu đo với các dạng dữ liệu đầu
vào cho cả ba trường hợp: Dữ liệu dạng không gian 3 chiều (vn, ve, vu); dữ liệu
dạng không gian 2 chiều (vn, ve) và dữ liệu dạng không gian 1 chiều (vu). Sau
đó, vẽ bản đồ trường vận tốc nội suy của khu vực nghiên cứu.
- Kết quả tính toán của phần mềm được ghi ra các file kết quả, gồm:
KQnoisuy_diem3D.txt; Thamso3D.txt; KQnoisuy_truong3D.txt và qmax_plotting.txt.
3.3.3. Kết quả phân tích, nội suy trường vận tốc chuyển dịch
Để tính toán trường vận tốc của điểm trong hệ tọa độ cầu, ta coi ,
và . Khi đó, số liệu vận tốc chuyển dịch địa phương trong Bảng
3.6 được sử dụng để phân tích, lựa chọn số bậc q cho khu vực Miền Bắc. Tính
toán theo phần mềm đã cho kết quả như sau:
82
Khu vực miền Bắc có 3 bậc từ bậc qmin = 7 đến bậc qmax = 9 là phù
hợp và đảm bảo phủ kín khu đo với tổng số điểm khung của hàm sóng nhỏ
trên mặt cầu M là 140 điểm lưới, trong đó bậc qmin = 7 có 47 điểm; bậc qmin
= 8 có 77 điểm và bậc qmax = 9 có 16 điểm.
Kết quả tính tham số chính tắc hóa của mô hình (giá trị cực tiểu của
phương trình đường cong đặc trưng) tương ứng với ba thành phần của véc tơ
vận tốc được giới thiệu trong các hình sau:
Hình 3.9. Tham số chính tắc hóa của véc tơ vận tốc theo hướng Bắc
Hình 3.10. Tham số chính tắc hóa của véc tơ vận tốc theo hướng Đông
83
Hình 3.11. Tham số chính tắc hóa của véc tơ vận tốc theo hướng đứng
Từ Hình 3.9, 3.10 và 3.11, có thể tính giá trị của tham số chính tắc hóa theo
hướng Bắc là = 28, theo hướng Đông là = 29 và theo hướng đứng là = 30.
Từ số điểm khung của hàm sóng nhỏ trên mặt cầu M được chọn và các
giá trị tham số chính tắc hóa, tiến hành tính vận tốc nội suy cho các điểm đo
) được tổng hợp trong Bảng 3.7 dưới đây:
,
,
trong khu vực quan trắc. Kết quả tính vận tốc nội suy tại điểm đo với 3 thành
phần (
Bảng 3.7 Kết quả tính nội suy vận tốc chuyển dịch không gian
Tên
điểm
Kinh độ
(độ)
Vĩ độ
(độ)
(m)
(m/năm)
(m/năm)
103.1872
22.4090
(m/năm)
-0.00189
(m/năm)
-0.00053
-0.00093 0.00037
(m/năm)
0.00023
0.00014
C001
103.2425
22.2678
-0.00191
-0.00075
-0.00060 0.00040
0.00024
0.00015
C002
103.0284
21.7916
-0.00238
-0.00085
-0.00043 0.00026
0.00016
0.00010
C003
103.1019
21.4948
-0.00114
-0.00082
0.00002 0.00024
0.00015
0.00010
C005
103.5948
21.3517
-0.00066
-0.00064
0.00024 0.00028
0.00017
0.00011
C006
103.6769
21.0294
-0.00082
-0.00061
0.00003 0.00034
0.00021
0.00013
C007
104.5840
20.4815
-0.00090
-0.00046
-0.00001 0.00026
0.00016
0.00010
C008
104.6158
20.5578
0.00005
-0.00071
0.00013 0.00030
0.00018
0.00012
C010
84
104.9219
20.3839
0.00029
-0.00082
0.00015 0.00031
0.00019
0.00012
C011
105.1362
20.1465
0.00026
-0.00037
0.00014 0.00037
0.00023
0.00014
C012
105.2795
20.3098
-0.00027
-0.00027
0.00019 0.00036
0.00022
0.00014
C014
105.4055
19.9849
-0.00017
-0.00022
0.00013 0.00037
0.00023
0.00014
C015
105.3764
19.7354
-0.00045
-0.00049
0.00001 0.00033
0.00020
0.00012
C016
103.4430
21.7579
-0.00040
-0.00020
-0.00001 0.00023
0.00014
0.00009
C017
103.4777
21.7987
-0.00014
-0.00041
-0.00015 0.00033
0.00020
0.00013
C018
103.7415
21.4711
-0.00003
-0.00044
-0.00020 0.00033
0.00020
0.00013
C019
103.9398
21.3012
0.00032
-0.00070
-0.00007 0.00037
0.00023
0.00015
C020
104.3116
21.0288
0.00057
-0.00047
-0.00013 0.00036
0.00022
0.00014
C021
105.1745
20.5528
0.00067
-0.00023
0.00007 0.00030
0.00018
0.00012
C022
105.5552
20.4103
0.00063
0.00001
0.00014 0.00034
0.00021
0.00013
C024
105.3898
20.2533
-0.00002
-0.00018
-0.00004 0.00033
0.00020
0.00013
C025
104.0287
21.4170
-0.00029
-0.00041
0.00006 0.00038
0.00023
0.00015
C026
104.3935
21.2230
0.00147
-0.00076
-0.00004 0.00037
0.00023
0.00015
C028
104.9455
20.7734
0.00110
-0.00002
0.00016 0.00030
0.00019
0.00012
C029
104.8644
20.9028
0.00131
-0.00055
0.00030 0.00033
0.00020
0.00013
C030
104.6944
21.3024
0.00121
-0.00054
0.00036 0.00034
0.00021
0.00014
C031
104.0356
21.5492
0.00043
0.00036
0.00044 0.00034
0.00021
0.00013
C032
103.8680
21.8864
0.00145
-0.00089
-0.00002 0.00036
0.00022
0.00014
C033
103.5231
22.3236
0.00057
-0.00067
-0.00032 0.00034
0.00021
0.00013
C034
103.5026
22.3763
-0.00029
-0.00075
-0.00078 0.00034
0.00021
0.00013
C035
103.2272
22.4902
-0.00042
-0.00069
-0.00082 0.00034
0.00021
0.00013
C036
104.1348
22.2927
-0.00156
-0.00046
-0.00088 0.00036
0.00022
0.00014
C037
104.1080
21.8336
0.00102
0.00095
-0.00092 0.00036
0.00022
0.00014
C040
104.3225
21.7870
0.00023
-0.00034
-0.00022 0.00034
0.00021
0.00013
C041
104.4489
21.5051
-0.00012
0.00009
-0.00007 0.00033
0.00020
0.00013
C042
104.8212
21.4060
0.00061
0.00022
0.00025 0.00035
0.00022
0.00014
C043
104.9819
21.1187
0.00026
0.00077
0.00056 0.00036
0.00022
0.00014
C044
105.1818
21.0480
0.00058
0.00039
0.00058 0.00034
0.00021
0.00014
C045
103.9188
22.4271
0.00088
0.00078
0.00054 0.00035
0.00022
0.00014
C046
104.2098
22.4063
0.00132
0.00067
-0.00095 0.00036
0.00022
0.00014
C047
104.4453
22.2254
0.00097
0.00111
-0.00078 0.00033
0.00020
0.00013
C048
104.7410
21.8689
0.00071
0.00095
-0.00046 0.00033
0.00020
0.00013
C049
104.7872
21.6357
0.00013
0.00063
-0.00006 0.00033
0.00021
0.00013
C051
105.0925
21.5671
0.00034
0.00081
0.00030 0.00034
0.00021
0.00013
C052
105.1020
21.3315
0.00105
0.00111
0.00056 0.00037
0.00023
0.00014
C053
105.3471
21.3193
0.00050
0.00115
0.00064 0.00034
0.00021
0.00014
C054
105.4974
20.8795
0.00073
0.00127
0.00034 0.00036
0.00022
0.00014
C055
85
C056
104.7324
22.1662
0.00086
0.00061
0.00006 0.00027
0.00017
0.00011
C059
105.0611
21.8021
0.00050
0.00068
-0.00012 0.00030
0.00019
0.00012
C060
105.4735
21.4057
0.00127
0.00089
0.00028 0.00035
0.00022
0.00014
C061
104.9166
22.6524
0.00064
0.00092
0.00012 0.00033
0.00020
0.00013
C063
105.2087
22.1935
0.00056
0.00026
0.00015 0.00016
0.00010
0.00006
C064
105.4383
21.8105
0.00066
0.00053
0.00029 0.00028
0.00017
0.00011
C065
105.8164
21.5039
0.00087
0.00045
0.00022 0.00031
0.00019
0.00012
C066
106.4394
22.6932
-0.00027
0.00020
-0.00034 0.00027
0.00017
0.00011
C068
106.3928
22.0478
-0.00043
-0.00015
-0.00002 0.00008
0.00005
0.00003
C069
106.7937
21.9298
-0.00078
-0.00011
-0.00009 0.00019
0.00012
0.00007
C070
107.1575
21.3237
-0.00058
-0.00003
-0.00004 0.00020
0.00012
0.00008
C071
107.6373
21.4766
-0.00046
-0.00024
0.00043 0.00028
0.00017
0.00011
C073
107.3311
21.0727
-0.00005
0.00013
0.00021 0.00015
0.00010
0.00006
C074
106.8163
20.9875
-0.00026
-0.00016
0.00043 0.00022
0.00014
0.00009
C075
106.1925
21.0290
-0.00075
0.00005
0.00012 0.00022
0.00014
0.00008
C076
106.0761
21.1910
-0.00138
0.00089
-0.00041 0.00028
0.00017
0.00011
C077
103.1872
22.4090
-0.00090
0.00066
-0.00069 0.00028
0.00017
0.00011
C078
103.2425
22.2678
-0.00097
0.00055
-0.00084 0.00029
0.00018
0.00011
Từ Bảng 3.8 ở trên cho thấy sai số trung phương ước tính vận tốc chuyển
ă ;
dịch lớn nhất tại điểm đo theo các hướng như sau:
ă ;
ă
θ
Trên cơ sở phạm vi khu đo, nghiên cứu sinh đã xác định lưới GRID
đặc trưng cho khu vực nghiên cứu có kích thước 0,1 độ gồm 1.232 điểm. Sau
khi tính giá trị hàm sóng nhỏ G biểu diễn quan hệ giữa điểm lưới GRID với
các điểm khung của hàm sóng nhỏ trên mặt cầu M, việc nội suy trường vận
tốc chuyển dịch đã được tiến hành cho 1.232 điểm GRID. Kết quả tính trường
vận tốc chuyển dịch nội suy tại các điểm lưới GRID (kích thước 0,1 độ) được
ghi trong file kết quả KQnoisuy_truong3D.txt. Kết quả này cũng được biểu
thị dưới dạng bản đồ trường véc tơ chuyển dịch nội suy trên khu vực Miền
Bắc theo vận tốc chuyển dịch ngang trong Hình 3.12 và vận tốc chuyển dịch
đứng Hình 3.13 dưới đây:
86
Hình 3.12. Bản đồ trường vận tốc chuyển dịch ngang khu vực Miền Bắc
87
Hình 3.13. Bản đồ trường vận tốc chuyển dịch đứng khu vực Miền Bắc
88
3.4. Tính các đại lượng biến dạng
3.4.1. Sơ đồ quy trình tính toán
Trên cơ sở lý thuyết xấp xỉ sóng nhỏ đã trình bày trong Chương 2, nghiên
cứu sinh đã xây dựng phần mềm tính toán các đại lượng biến dạng của khu vực
Tham số mô hình
ước tính
Trường vận tốc chuyển dịch
địa phương tại điểm lưới
GRID
Tính đạo hàm riêng của hàm
sóng nhỏ theo các hướng
Tính ma trận tensor Gradient
vận tốc
Tính tốc độ xoay
(Rotation rate)
Tính tốc độ biến
dạng (Strain rate)
Tính tốc độ trượt
(Shear rate)
Tính tốc độ trương
nở (Dilatation rate)
Vẽ đồ thị và bản
đồ trường tốc độ
xoay
Vẽ đồ thị và bản
đồ trường tốc độ
biến dạng
Vẽ đồ thị và bản
đồ trường tốc độ
trượt
Vẽ đồ thị và bản đồ
trường tốc độ
trương nở
trương nở
theo quy trình sau:
Hình 3.14. Sơ đồ quy trình tính toán các đại lượng biến dạng
Các bước công việc trong quy trình được mô tả chi tiết như sau:
- Tính đạo hàm riêng của hàm sóng nhỏ theo hướng kinh độ , vĩ độ θ và
bán kính r;
- Tính ma trận tensor Gradien vận tốc L theo đạo hàm riêng của hàm sóng
nhỏ và hệ số đàn hồi tuyến tính F;
- Tính các đại lượng biến dạng của điểm trong hệ tọa độ cầu tại các điểm
lưới GRID;
89
- Vẽ biểu đồ và bản đồ các đại lượng biến dạng theo các giá trị nhận được
tại điểm lưới GRID.
3.4.2. Phần mềm tính toán các đại lượng biến dạng
Dựa trên cơ sở lý thuyết tính các đại lượng biến dạng được trình bày trong
Chương 2 và ngôn ngữ Matlab, nghiên cứu sinh đã lập phần mềm tính trường
biến dạng với giao diện như Hình 3.15 dưới đây:
Hình 3.15. Giao diện phần mềm tính toán các đại lượng biến dạng
Phần mềm tính toán các đại lượng biến dạng có các chức năng chính sau:
- Tính các đại lượng (tốc độ xoay “Rotation rate”, tốc độ biến dạng
“Strain rate”, tốc độ trượt “Shear rate” và tốc độ trương nở “Dilatation rate”) của
điểm lưới GRID trên hệ tọa độ cầu với các dạng dữ liệu đầu vào cho cả ba
trường hợp dữ liệu dạng không gian 3 chiều ( , , ); 2 chiều ( , ) và 1
chiều ( );
90
- Vẽ biểu đồ và bản đồ trường biến dạng theo các đại lượng (tốc độ xoay;
tốc độ biến dạng; tốc độ trượt; tốc độ trương nở) của khu vực nghiên cứu;
- Kết quả tính toán của phần mềm được ghi ra các file kết quả bao gồm:
BienDangQuay.txt, BienDangNen_Ep.txt, BienDangTruot.txt, BD_TruongNo.txt,
ThongKe_BienDang.txt
3.4.3. Kết quả tính toán, biên tập bản đồ trường biến dạng khu vực
miền Bắc Việt Nam
1. Trường tốc độ xoay
Kết quả tính trường xoay (BienDangQuay.txt) đã cho thấy tốc độ xoay lớn
nhất là 11.29296 x 10-8 rad/năm, tốc độ xoay nhỏ nhất là 8.71747 x 10-8 rad/năm, tốc
độ xoay trung bình của khu vực là 1.07007 x 10-8 rad/năm. Tốc độ xoay của khu vực
được biểu thị dưới dạng đồ thị như sau:
Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn tốc độ xoay
Bản đồ trường tốc độ xoay của khu vực Miền Bắc được vẽ bằng phần
mềm Surfer, sau đó được biên tập bổ sung các yếu tố nền địa lý cơ bản có dạng
như sau:
91
Hình 3.17. Bản đồ trường tốc độ xoay
92
2. Trường tốc độ biến dạng
Kết quả tính trường tốc độ biến dạng (BienDangNen_Ep.txt) cho thấy:
Tốc độ biến dạng lớn nhất là 9.98886 x 10-8/năm; tốc độ biến dạng nhỏ nhất là
4.99050 x 10-11/năm; tốc độ biến dạng trung bình của khu vực là 1.19222 x 10-
8/năm. Tốc độ biến dạng của khu vực được biểu thị dưới dạng đồ thị như sau:
Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn tốc độ biến dạng
Bản đồ trường tốc độ biến dạng của khu vực Miền Bắc có dạng như sau:
93
Hình 3.19. Bản đồ trường tốc độ biến dạng
94
3. Trường tốc độ trượt
Kết quả tính trường tốc độ trượt (BienDangTruot.txt) đã cho thấy: Tốc độ
trượt lớn nhất là 9.78028 x 10-8/năm; tốc độ trượt nhỏ nhất là 4.93661 x 10-11/năm;
tốc độ trượt trung bình của khu vực là 1.13646 x 10-8/năm. Tốc độ trượt của khu vực
được biểu thị dưới dạng đồ thị như sau:
Hình 3.20. Đồ thị biểu diễn tốc độ trượt
Bản đồ trường tốc độ trượt của khu vực Miền Bắc có dạng như sau:
95
Hình 3.21. Bản đồ trường tốc độ trượt
96
4. Trường tốc độ trương nở
Kết quả tính trường tốc độ trương nở (BD_TruongNo.txt) đã cho thấy:
Tốc độ trương nở lớn nhất là 3.59762 x 10-8/năm; tốc độ trương nở nhỏ nhất là
- 4.41919 x 10-8/năm; tốc độ trương nở trung bình của khu vực là 1.50286 x 10-
10/năm. Tốc độ trương nở của khu vực được biểu thị dưới dạng đồ thị sau:
Hình 3.22. Đồ thị biểu diễn tốc độ trương nở
Bản đồ trường tốc độ trương nở của khu vực miền Bắc có dạng sau:
97
Hình 3.23. Bản đồ trường tốc độ trương nở
98
3.5. Đánh giá hiệu quả của phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ
Để đánh giá khả năng ứng dụng và chỉ ra những ưu, nhược điểm của
phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ, nghiên cứu sinh đã thực hiện các đánh giá, kiểm
chứng sau:
3.5.1. Đánh giá kết quả phân tích biến dạng của phương pháp xấp xỉ
sóng nhỏ với phương pháp tính biến dạng Frank
Nghiên cứu sinh thực hiện việc đánh giá, so sánh kết quả phân tích biến
dạng của phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ với phương pháp Frank dựa trên những
cơ sở sau:
- Số liệu sử dụng để tính toán theo phương pháp Frank là vận tốc chuyển
dịch tuyệt đối được xác định trong khung quy chiếu Trái Đất ITRF-2008, đã
được tổng hợp trong Bảng 3.5. Đây chính là số liệu đã sử dụng để tính toán theo
phương pháp sóng nhỏ ở mục 3.4 nêu trên.
- Đại lượng sử dụng để so sánh là tốc độ biến dạng (strain rate), đây là đại
lượng bất biến dùng để mô tả quá trình chuyển dịch của các khối kiến tạo trên
cùng một mặt phẳng của Trái Đất. Theo đó, trong phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ,
tốc độ biến dạng được tính theo công thức (2.73); trong phương pháp Frank tốc
độ biến dạng (độ lớn biến dạng) là đại lượng bất biến IIE được xác định tại trọng
tâm của tam giác hoặc đa giác thông qua thành phần vận tốc biến dạng chính lớn
nhất (EPS1) và vận tốc biến dạng chính nhỏ nhất (EPS2) theo công thức (22)
của tác giả Nguyễn Văn Hướng [11].
- Thực hiện việc đánh giá, phân tích ở cả hai dạng, gồm biến dạng theo
khu vực và biến dạng theo đới đứt gãy để làm rõ tính hiệu quả của phương pháp
xấp xỉ sóng nhỏ.
1. Đánh giá kết quả tính tốc độ biến dạng theo khu vực giữa phương pháp
xấp xỉ sóng nhỏ và phương pháp Frank
99
Để đánh giá hiệu quả của phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ so với phương
pháp tính biến dạng theo khu vực do Frank, F. C. đề xuất [26], nghiên cứu sinh
đã thực hiện như sau:
- Bước 1: Nối các điểm của mạng lưới thành đồ hình các tam giác dày đặc
phủ trùm trên khu vực nghiên cứu theo sơ đồ dưới đây.
Hình 3.24. Đồ hình tam giác tính biến dạng khu vực Miền Bắc
- Bước 2: Tính toán tốc độ biến dạng của lưới tam giác phủ trùm trên khu
vực quan trắc nêu trên theo công thức (22) của tác giả Nguyễn Văn Hướng [11].
Kết quả tính toán tốc độ biến dạng của các tam giác được tổng hợp trong Phụ lục
4 của luận án.
- Bước 3: Sử dụng phần mềm Surfer để vẽ trường tốc độ biến dạng của khu
vực theo tốc độ biến dạng tại các điểm GRID đã tính được nêu tại Phụ lục 4 theo
phương pháp Frank, ta được bản đồ biểu diễn trường tốc độ biến dạng của khu vực
như Hình 3.25 dưới đây.
100
Hình 3.25. Bản đồ trường tốc độ biến dạng khu vực Miền Bắc
từ kết quả tính toán theo phương pháp Frank
Từ kết quả tính toán theo phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ ta cũng đã có bản đồ
trường tốc độ biến dạng của khu vực như Hình 3.26 dưới đây (Lưu ý rằng Hình
3.26 trùng với Hình 2.19 được in lại ở đây để tiện so sánh với Hình 2.35).
Hình 3.26. Bản đồ trường tốc độ biến dạng khu vực Miền Bắc
từ kết quả tính toán theo phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ
101
- Bước 4: So sánh kết quả xác định tốc độ biến dạng tính được theo hai
phương pháp về vị trí và độ lớn của tốc độ biến dạng biểu diễn trên bản đồ Hình
3.25 và Hình 3.26.
a) So sánh về vị trí biến dạng
Từ bản đồ trên Hình 3.25 và Hình 3.26 ta thấy có sự khác biệt về thang
bảng màu tại cùng một vị trí là do giá trị của tốc độ biến dạng tại đó có sự khác
nhau về độ lớn, điều này sẽ được giải thích ở điểm b) sau đây. Tuy nhiên, có
thể thấy rõ cả hai phương pháp tính toán đều có sự xuất hiện của tốc độ biến
dạng ở những vị trí tương đồng như nhau. Cụ thể: Tốc độ biến dạng lớn đều
xuất hiện trên các khu vực xung quanh điểm C075, C076 thuộc các tỉnh Quảng
Ninh và Bắc Giang; xung quanh các điểm C051, C052 thuộc các tỉnh Yên Bái;
xung quanh các điểm C011, C012 thuộc các tỉnh Thanh Hóa; xung quanh điểm
C021 thuộc tỉnh Sơn La. Trong đó, điểm đáng chú ý là tốc độ biến dạng lớn
nhất tính theo hai phương pháp đều tập trung chủ yếu tại khu vực xung quanh
các điểm C035, C036, C052 thuộc đới đứt gãy Lai Châu - Điện Biên; tương tự
như vậy tốc độ biến dạng nhỏ nhất cũng đều tập trung chủ yếu tại khu vực
xung quanh các điểm C069, C070 thuộc phía Bắc đới đứt gãy Cao Bằng - Tiên
Yên. Từ đó, có thể khẳng định việc tính toán tốc độ biến dạng theo hai phương
pháp đều cho kết quả tương đồng về vị trí trên các khu vực.
b) So sánh giá trị của tốc độ biến dạng
Mặc dù được tính theo hai phương pháp khác nhau, nhưng giá trị của tốc độ
biến dạng đều là đại lượng bất biến và cũng khá tương đồng nhau. Để so sánh xu
thế và sự khác nhau về giá trị nhận được từ hai phương pháp tính, nghiên cứu sinh
lập bảng so sánh sau:
Bảng 3.8. Bảng so sánh kết quả tính tốc độ biến dạng theo khu vực
Nội dung tính toán Phương pháp Frank
Max 35.6 x 10-8/năm Phương pháp
xấp xỉ sóng nhỏ
9.99 x 10-8/năm
Min 1.16 x 10-8/năm 4.99 x 10-11/năm Tốc độ biến
dạng
Trung bình 8.00 x 10-8/năm 1.19 x 10-8/năm
102
Từ bảng trên có thể thấy tốc độ biến dạng tính theo phương pháp xấp xỉ
sóng nhỏ cho kết quả nhỏ hơn tính theo phương pháp Frank. Điều này là do
phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ đã loại bỏ được các giá trị bất thường của trường
vận tốc chuyển dịch trước khi tiến hành tính toán, từ đó cho ra kết quả tính toán
tốc độ biến dạng có độ tin cậy cao hơn, chính xác hơn.
Từ kết quả so sánh, phân tích nêu trên có thể kết luận rằng việc lựa chọn
phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ để phân tích, nội suy vận tốc chuyển dịch và xác
định trường biến dạng trên khu vực nghiên cứu là hoàn toàn phù hợp, cho kết quả
chính xác, tin cậy hơn, đáp ứng yêu cầu đặt ra.
2. Đánh giá kết quả tính đại lượng biến dạng theo đới đứt gẫy giữa
phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ và phương pháp Frank
Bên cạnh giải pháp so sánh kết quả tính đại lượng biến dạng của khu vực
giữa phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ với kết quả tính đại lượng biến dạng theo
lưới tam giác phủ trùm khu vực theo phương pháp Frank, nghiên cứu sinh còn
thực hiện so sánh kết quả tính tốc độ biến dạng theo phương pháp xấp xỉ sóng
nhỏ với kết quả tính theo 11 đứt gãy chính trên khu vực Miền Bắc. Trên cơ sở
này có thể luận giải thêm về tính đặc thù giữa phân tích biến dạng theo khu vực
và phân tích biến dạng theo đới đứt gãy.
Để thực hiện việc đánh giá này, trước tiên phải coi các điểm trên cùng
khối (trên cùng một cánh của đứt gãy) có giá trị chuyển động đồng nhất và chỉ
ngăn cách bởi đứt gẫy chính được nghiên cứu. Vận tốc chuyển dịch trung bình
của các điểm đo nằm trên cùng một khối được coi là vận tốc chuyển dịch của
khối. Khi đó việc tính toán đại lượng biến dạng của các khối sẽ được thực hiện
thông qua những điểm đặc trưng. Từ dữ liệu đo trong Bảng 3.2, nghiên cứu sinh
đã tiến hành tính toán các tham số biến dạng theo các đa giác, kết quả được tổng
hợp trong Bảng 3.9 dưới đây.
103
Bảng 3.9. Kết quả tính vận tốc biến dạng của các đới đứt gãy
Đa giác tính
Tên đới
đứt gãy
Kinh độ
(o)
Vĩ độ
(o)
EPSMAX
(/nam)
EPSMIN
(/nam)
THETA
(độ)
CW-SPIN
(rad)
106.5422 22.2237
-1.25E-08
-3.17E-08
83.2239
-5.45E-09
C068 C069
C070
Cao Bằng
- Tiên
Yên
106.6359 21.1917
6.44E-08
-1.12E-07
-34.2574
8.13E-08
C074 C076
C078
Đông
Triều - Hạ
Long
Sông Lô
105.3741 21.7398
1.04E-08
-2.06E-08
31.9107
1.66E-08
C059 C061
C078 C064
105.1621
21.6148
1.39E-08
8.94E-09
-12.9995
-6.74E-09
C059 C061
C055 C053
Sông
Chảy
105.1815 21.3506
7.68E-09
-4.83E-08
25.6310
1.97E-08
C053 C055
C056 C052
Sông
Hồng
104.6146 21.5648
9.31E-08
-1.44E-08
134.9341
1.10E-08
C039 C052
C056 C045
C041
Phong
Thổ -
Than
Uyên
104.3030 21.5200
3.61E-08
-4.07E-08
4.0650
3.22E-08
C041 C045
C031 C028
C035
Mường
La - Bắc
Yên
Sông Đà
104.2326 21.3385
6.55E-09
-2.75E-08
50.1910
-9.70E-09
C035 C028
C031 C024
C022 C019
Sơn La
104.4301 20.9254
5.59E-08
-2.54E-09
-41.1177
1.05E-08
C019 C022
C024 C026
C011 C007
Sông Mã
104.4066 20.7162
8.08E-10
-2.69E-08
48.1654
-8.39E-09
C007 C011
C026 C014
C010 C006
103.1064
21.9220
5.64E-08
-3.96E-08
-18.6794
-3.14E-08
C003 C005
C006 C002
Lai Châu
- Điện
Biên
Từ các thành phần biến dạng lớn nhất (EPS1), biến dạng nhỏ nhất (EPS2)
và phương vị của EPS2 đã xác định được biến dạng theo các đứt gãy khu vực
miền Bắc Việt Nam như sau:
- Đứt gãy Cao Bằng - Tiên Yên: Ổn định, không có chuyển dịch.
- Đứt gãy Đông Triều - Hạ Long: Từ vận tốc tách giãn phương á vĩ tuyến
và nén ép phương á kinh tuyến có thể xác định được đứt gãy này có xu thế trượt
bằng phải với vận tốc khoảng 1.76 x 10-7/năm.
104
- Đứt gãy Sông Lô: Từ vận tốc tách giãn phương Tây Bắc - Đông Nam và
nén ép phương Đông Bắc - Tây Nam có thể xác định được đứt gãy này có xu thế
trượt bằng phải với vận tốc khoảng 3.10 x 10-8/năm.
- Đứt gãy Sông Chảy: Từ vận tốc tách giãn phương á vĩ tuyến và nén ép
phương á kinh tuyến có thể xác định được đứt gãy này có xu thế trượt bằng phải
với vận tốc khoảng 4.98 x 10-9/năm.
- Đứt gãy Sông Hồng: Từ vận tốc tách giãn phương Tây Bắc - Đông Nam
và nén ép phương Đông Bắc - Tây Nam có thể xác định được đứt gãy này có xu
thế trượt bằng phải với vận tốc khoảng 5.60 x 10-8/năm.
- Đứt gãy Phong Thổ - Than Uyên: Có sự tách giãn chủ yếu phương Đông
Bắc - Tây Nam với vận tốc khoảng 9.31 x 10-8/năm.
- Đứt gãy Mường La - Bắc Yên: Từ vận tốc tách giãn phương á vĩ tuyến
và nén ép phương á kinh tuyến có thể xác định được đứt gãy này có xu thế trượt
bằng phải với vận tốc khoảng 7.68 x 10-8/năm.
- Đứt gãy Sông Đà: Có sự nén chủ yếu phương Đông Bắc - Tây Nam với
vận tốc khoảng 2.75 x 10-8/năm.
- Đứt gãy Sơn La: Có sự tách giãn chủ yếu phương Đông Bắc - Tây Nam
với vận tốc khoảng 5.59 x 10-8/năm.
- Đứt gãy Sông Mã: Có sự nén chủ yếu phương Đông Bắc - Tây Nam với
vận tốc khoảng 2.69 x 10-8/năm.
- Đứt gãy Lai Châu - Điện Biên: Từ vận tốc tách giãn phương Đông Bắc -
Tây Nam và nén ép phương Tây Bắc - Đông Nam có thể xác định được đứt gãy
này có xu thế trượt bằng trái với vận tốc khoảng 9.61 x 10-8/năm.
Để làm rõ hơn kết quả tính biến dạng giữa hai phương pháp, nghiên cứu sinh
đã tiến hành biểu diễn kết quả tính biến dạng của các đứt gẫy trên bản đồ dưới đây:
105
Hình 3.27. Bản đồ biến dạng theo đứt gẫy trên khu vực Miền Bắc
Theo phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ, bản đồ trường tốc độ biến dạng cũng
đã lập được tại Hình 3.26.
Từ Hình 3.27 và Hình 3.26, có thể thấy cả hai phương pháp đều chỉ ra các
vị trí biến dạng tập trung chủ yếu tại đứt gẫy Lai Châu - Điện Biên, đứt gãy
Phong thổ - Than Uyên, đứt gãy Sông Hồng, đứt gãy Sông Lô và đứt gãy Đông
Triều Hạ Long. Đới đứt gãy có tốc độ chuyển dịch nhỏ và ổn định nhất trên khu
vực Miền Bắc là đứt gãy Cao Bằng - Tiên Yên. Phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ
cũng đã chỉ ra mức biến dạng tương tự tại từng phân đoạn của đới đứt gẫy.
Để so sánh, đánh giá về giá trị của tốc độ biến dạng giữa hai phương
pháp, nghiên cứu sinh đã lập bảng thống kê như tại Bảng 3.10 dưới đây.
Bảng 3.10. Bảng so sánh kết quả tính biến dạng theo đứt gãy
STT
Tên đới đứt gãy
Biến dạng lớn nhất
tính theo PP Frank
trên từng đới đứt gãy
Biến dạng lớn nhất
tính theo PP xấp xỉ
sóng nhỏ
1 Cao Bằng - Tiên Yên
2 Đông Triều - Hạ Long
3 Sông Lô Ổn định
17,6 x 10-8/năm
3.10 x 10-8/năm 01 x 10-8/năm
04 x 10-8/năm
04 x 10-8/năm
106
4 Sông Hồng
5 Phong Thổ - Than Uyên
6 Lai Châu - Điện Biên 5.60 x 10-8/năm
9.31 x 10-8/năm
9.61 x 10-8/năm 05 x 10-8/năm
09 x 10-8/năm
10 x 10-8/năm
Bảng 3.10 đã cho thấy giá trị tính tốc độ biến dạng trên các đứt gãy là khá
tương đồng. Riêng đối với đứt gãy Đông Triều - Hạ Long có biểu hiện sự chênh
lệch lớn, cần phải được rà soát, xem lại việc lựa chọn điểm đại diện khối hoặc đa
giác tham gia tính tốc độ biến dạng cho phù hợp.
Từ các hình vẽ và bảng so sánh tốc độ biến dạng ở trên, có thể thấy rằng
kết quả phân tích biến dạng bằng phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ cũng khá phù
hợp với kết quả tính biến dạng theo đới đứt gẫy trên khu vực Miền Bắc. Như
vậy, có thể khẳng định phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ hoàn toàn đáp ứng được
yêu cầu nghiên cứu biến dạng của các đứt gãy.
3.5.2. Đánh giá kết quả tính biến dạng của phương pháp xấp xỉ sóng
nhỏ so với các kết quả tính biến dạng trên khu vực Miền Bắc trước đó
Để đánh giá kết quả tính toán các đại lượng biến dạng được xác định
trong thời gian quan trắc (từ 2012 - 2017) với các kết quả quan trắc trên một số
đứt gãy thuộc Miền Bắc đã được công bố trong những nghiên cứu trước đây,
nghiên cứu sinh đã lập bảng so sánh tại Bảng 3.11 dưới đây.
Bảng 3.11. Bảng so sánh kết quả tính biến dạng đã được công bố
STT Tên đới
đứt gãy Biến dạng lớn nhất
đã được công bố Biến dạng lớn
nhất tính theo PP.
xấp xỉ sóng nhỏ
1 Sông Hồng 5 x 10-8/năm
2 10 x 10-8/năm Lai Châu -
Điện Biên
3 Sơn La 3 x 10-8/năm
4 Sông Đà 3 x 10-8/năm Vận tốc trượt bằng phải
2.9 mm/năm (5.8x10-8/năm) [18]
Vận tốc trượt bằng trái
~2 mm/năm (2,86x10-8/năm)
([18],[35])
Vận tốc trượt bằng phải rất nhỏ từ
1-2 mm/năm (1-2x10-8/năm), [35]
Vận tốc trượt bằng phải rất nhỏ từ
1-2 mm/năm (1-2x10-8/năm), [35]
107
Có thể thấy rằng đối với các đứt gãy Sông Hồng, Lai Châu - Điện Biên,
Sơn La, Sông Đà thì biến dạng trong giai đoạn 2012-2017 được tính bằng
phương pháp sóng nhỏ là tương thích về độ lớn và xu thế chuyển dịch so với các
kết quả nhận được từ các công trình nghiên cứu của Trần Đình Tô cùng các
cộng sự vào năm 2013 [18], Nguyễn Anh Dương cùng các cộng sự vào năm
2013 [35] đã được công bố.
3.5.3. Thảo luận, đánh giá chung về phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ
Từ quy trình tính toán các đại lượng biến dạng và các kết quả phân tích,
đánh giá ở trên, cho thấy khả năng cũng như tính hiệu quả của phương pháp xấp
xỉ sóng nhỏ trong nội suy, phân tích các đại lượng biến dạng theo quy mô khu
vực, cụ thể:
- Với quy trình tính vận tốc chuyển dịch địa phương được trình bày trong
mục 2.2, cho phép rà soát, loại bỏ được các nguồn sai số số liệu gốc và sai số đo
nối với điểm gốc. Đồng thời, phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ đã thực hiện phân
tích vận tốc chuyển dịch địa phương (dữ liệu rời rạc) ra hai thành phần: (1) tín
hiệu ở tần số cao gồm thành phần biến thiên nhanh và bất thường còn ẩn chứa
bên trong trị đo đặc trưng cho vận tốc chuyển dịch bất thường ở khu vực phân
tích; (2) tín hiệu tần số thấp là các biến thiên đồng dạng đặc trưng cho vận tốc
chuyển dịch của khu vực nghiên cứu, thành phần này phụ thuộc vào các tham số
của mô hình (ak, bk, ck) được nội suy từ tất cả các điểm lân cận trong khu đo. Do
vậy, phương pháp này đã loại bỏ được các yếu tố ảnh hưởng bất thường và
không tuyến tính của trị đo để nhận được giá trị đồng dạng tuyến tính của trường
vận tốc chuyển dịch trên khu vực nghiên cứu.
- Phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ còn cho phép nội suy được trường vận tốc
chuyển dịch cả ở các khu vực ngoại biên của điểm đo vì giá trị vận tốc chuyển
dịch chỉ phụ thuộc vào diện tích của khu vực nghiên cứu (được xác định theo số
bậc q) mà không phụ thuộc vào biên của điểm nội suy. Bên cạnh đó, phương
pháp còn cho phép nội suy vận tốc của nhiều điểm đồng thời mà không phụ
thuộc vào việc lựa chọn các tam giác, đa giác nên kết quả nhận được có độ
tin cậy cao hơn.
108
- Phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ cho phép xác định được các khu vực
biến dạng vỏ Trái Đất, bảo đảm tính toán nhanh chóng và chính xác hơn
phương pháp phân tích biến dạng theo đa giác do Frank đề xuất. Quá trình tính
toán không phải thực hiện bước thiết kế các tam giác, đa giác tính và toàn bộ
quá trình tính toán theo phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ được tự động hóa bằng
phần mềm.
- Các kết quả phân tích biến dạng được thực hiện trong mô hình không gian
do được dựa trên cơ sở bài toán phân tích không gian trên mặt cầu. Vì vậy, điểm
nổi bật và khác biệt nhất của phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ so với phương pháp
Frank là tính được trường tốc độ trương nở trong mô hình không gian 3D.
- Phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu nghiên
cứu biến dạng của các đứt gãy.
3.6. Kết luận Chương 3
Chương này đã đạt được các kết quả chính liệt kê sau đây:
(1) Phân tích, đánh giá chất lượng mốc quan trắc; số liệu đo GNSS của
78 điểm trong mạng lưới trắc địa địa động lực miền Bắc Việt Nam; đo nối tọa
độ không gian với các điểm IGS. Phân tích, đánh giá độ tin cậy của kết quả
tính toán vận tốc chuyển dịch tuyệt đối của 65 điểm trên khu vực miền Bắc
Việt Nam.
(2) Xây dựng quy trình, phần mềm và thực hiện tính vận tốc chuyển dịch
địa phương tại các điểm quan trắc.
(3) Xây dựng quy trình, phần mềm và thực hiện tính toán, phân tích, nội
suy vận tốc chuyển dịch không gian cho các điểm lưới GRID đặc trưng cho trường
vận tốc chuyển dịch khu vực.
(4) Xây dựng quy trình, phần mềm, tính toán biểu diễn kết quả tính các
đại lượng biến dạng vỏ Trái Đất trên khu vực Miền Bắc.
(5) Từ số liệu và kết quả tính toán thực nghiệm theo phương pháp xấp xỉ
sóng nhỏ của 65 điểm trắc địa địa động lực đo bằng công nghệ GNSS trên khu
vực Miền Bắc, nghiên cứu sinh đã xác định số bậc q để ước tính là 3 bậc (từ bậc
109
7 đến bậc 9) tương ứng với tổng số 140 điểm lưới cầu cùng với các tham số
chính tắc hóa của mô hình theo các hướng trục ( = 28 theo hướng Bắc, = 29
theo hướng Đông và = 30 theo hướng đứng); tính toán nội suy các thành phần
vận tốc chuyển dịch tại 1.232 điểm lưới GRID đặc trưng cho trường vận tốc
chuyển dịch của khu vực miền Bắc Việt Nam.
(6) Tính các đại lượng biến dạng bao gồm vận tốc chuyển dịch của 6 chu
kỳ đo (2012-2017) theo phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ. Kết quả tính đã cho
thấy hiện nay trên khu vực Miền Bắc vẫn đang có hoạt động địa chất kiến tạo ở
mức độ nhỏ và chủ yếu ở khu vực quanh đứt gãy Lai Châu - Điện Biên. Tốc độ
xoay lớn nhất có giá trị là 11.29296 x 10-8 rad/năm; tốc độ biến dạng lớn nhất
là 9.98886 x 10-8/năm; tốc độ trượt lớn nhất là 9.78028 x 10-8/năm; tốc độ
trương nở lớn nhất là 3.59762 x 10-8/năm và tốc độ trương nở nhỏ nhất là
- 4.41919 x 10-8/năm.
(7) Kết quả đánh giá tính hiệu quả của phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ đã
khẳng định phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ là giải pháp kỹ thuật phù hợp và rất
hiệu quả trong xác định các tham số biến dạng vỏ Trái Đất theo khu vực, cũng
như theo quy mô đứt gãy dựa trên dữ liệu đo mạng lưới GNSS địa động lực.
Đồng thời, kết quả tính toán biến dạng vỏ Trái Đất từ dữ liệu 6 chu kỳ đo (2012-
2017) trên các đứt gẫy khu vực miền Bắc Việt Nam đã chỉ ra bức tranh tổng thể
về hoạt động kiến tạo hiện đại của khu vực này ở mức độ nhỏ và tập trung chủ
yếu ở khu vực Tây Bắc, đặc biệt là khu vực đới đứt gẫy Lai Châu - Điện Biên.
Kết quả tính toán biến dạng vỏ Trái Đất bằng phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ
cũng khá phù hợp với các công trình nghiên cứu biến dạng vỏ Trái Đất đã công
bố trước đây.
110
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
I. Kết luận
Trên cơ sở mục tiêu nghiên cứu đề ra, nghiên cứu sinh đã đạt được các kết
quả như sau:
1. Phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ là một trong những giải pháp kỹ thuật có
thể áp dụng để nội suy các thành phần véc tơ không gian trong hệ tọa độ địa tâm
hoặc hệ tọa độ cầu. Phương pháp này đã được thực hiện ở một số nước như Mỹ,
Trung Quốc.... Kết quả nghiên cứu lý thuyết và tính toán thực nghiệm ở khu vực
miền Bắc Việt Nam đã khẳng định: Phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ là giải pháp
kỹ thuật phù hợp và rất hiệu quả trong xác định các tham số biến dạng vỏ Trái
Đất theo khu vực, cũng như theo đới đứt gãy từ dữ liệu đo mạng lưới GNSS địa
động lực.
2. Quy trình tính toán gắn với các phần mềm cụ thể đã được xây dựng dựa
trên cơ sở lý luận về phương pháp sóng nhỏ để tính toán, xác định vận tốc
chuyển dịch địa phương tại điểm quan trắc; tiến hành phân tích, nội suy trường
vận tốc chuyển dịch và trường biến dạng vỏ Trái Đất theo quy mô khu vực với
trình tự: (1) phân tích đánh giá chất lượng dữ liệu đo: (2) tính vận tốc chuyển
dịch địa phương tại điểm quan trắc; (3) nội suy vận tốc chuyển dịch khu vực
theo phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ; (4) tính các đại lượng biến dạng vỏ Trái Đất
trên khu vực nghiên cứu thông qua tensor gradient vận tốc trong không gian của
điểm trên mặt cầu; (5) kết xuất kết quả tính toán trên dạng bản đồ, sơ đồ biểu
diễn các đại lượng biến dạng vỏ Trái Đất theo quy mô khu vực. Thông qua
nghiên cứu so sánh kết quả tính toán theo phương pháp sóng nhỏ với các
phương pháp khác đã được công bố, có thể khẳng định quy trình tính toán được
đề xuất là phù hợp và bảo đảm độ tin cậy.
3. Kết quả tính toán thực nghiệm từ số liệu vận tốc chuyển dịch 6 chu kỳ
đo GNSS (2012-2017) của 65 điểm trong mạng lưới trắc địa địa động lực trên
khu vực miền Bắc Việt Nam đã xác định được tốc độ biến dạng lớn nhất của khu
111
vực gồm: Tốc độ xoay lớn nhất có giá trị là 11.29296 x 10-8 rad/năm; tốc độ biến
dạng lớn nhất có giá trị là 9.98886 x 10-8/năm; tốc độ trượt lớn nhất có giá trị là
9.78028 x 10-8/năm; tốc độ trương nở lớn nhất có giá trị là 3.59762 x 10-8/năm; tốc
độ trương nở nhỏ nhất có giá trị là - 4.41919 x 10-8/năm và các giá trị lớn nhất đều
xuất hiện ở hai cánh của đứt gẫy Điện Biên - Lai Châu. Kết quả tính toán các đại
lương biến dạng trên đã khẳng định: Hiện tại ở miền Bắc Việt Nam một số đứt
gẫy vẫn đang hoạt động với tốc độ nhỏ và tập trung chủ yếu xung quanh khu
vực đới đứt gãy Lai Châu - Điện Biên.
II. Kiến nghị
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu đã đạt được, nghiên cứu sinh kiến nghị một
số nội dung như sau:
1. Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện quy trình tính toán, xác định trường vận
tốc chuyển dịch đứng theo số liệu đo GNSS để phục vụ xác định biến dạng đứng
của vỏ Trái Đất.
2. Nghiên cứu áp dụng phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ trong không gian 4
chiều (4D) để xác định đại lượng biến dạng theo thời gian giúp cho công tác xây
dựng mô hình dự báo được chính xác, hiệu quả hơn.
3. Nghiên cứu áp dụng phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ vào quy trình phân
tích, đánh giá biến dạng vỏ Trái đất trên lãnh thổ Việt Nam từ số liệu đo liên tục
của các trạm CORS để phục vụ cho công tác cảnh báo, dự báo tai biến tự nhiên
của Bộ Tài nguyên và Môi trường.
112
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Nguyễn Tuấn Anh và nnk, Xây dựng hệ thống các điểm trắc địa sử
dụng công nghệ GPS độ chính xác cao trong việc quan trắc biến dạng lớp vỏ
Trái Đất và cảnh báo thiên tai tại khu vực Việt Nam, Báo cáo tổng kết dự án
SXTN cấp Bộ Tài nguyên và Môi trường giai đoạn 2005 - 2007, Viện Nghiên
cứu Địa chính. Hà Nội - 2007.
2. Lương Bảo Bình, Ứng dụng phương pháp phân tích đa phân giải trong
nội suy các giá trị trọng lực, Tuyển tập báo cáo tại Hội nghị Khoa học và Công
nghệ Trắc địa và Bản đồ vì hội nhập quốc tế, tháng 7/2014, tr.80-86.
3. Dương Chí Công, Nghiên cứu đánh giá chuyển động ngang đứt gãy
Sông Hồng bằng phương pháp xử lý hỗn hợp số liệu trắc địa mặt đất và trắc
địa vệ tinh, Luận án TSKT, Hà Nội-2000.
4. Dương Hiếu Đẩu, Đặng Văn Liệt, Dùng biến đổi wavelet rời rạc để
phân tích các dị thường trọng lực, Tạp chí Nghiên cứu Khoa học Trường Đại
học Cần Thơ, 2005: tr.222-229.
5. Vy Quốc Hải, Trần Đình Tô, Dương Chí Công, 2005, Xác định
chuyển dịch hiện đại đới đứt gãy Sông Ðà và đới đứt gãy Sơn La - Bỉm Sơn
bằng số liệu GPS, Địa chất và Khoáng sản, Viện nghiên cứu Địa chất và
Khoáng sản, tr.257-265.
6. Vy Quốc Hải, Xác định chuyển dịch tuyệt đối khu vực lưới GPS Tam
Đảo – Ba Vì. Tạp Chí Địa chất số 3-4 (A-311), tr 20-30.
7. Hà Minh Hòa và nnk, Xây dựng mạng lưới GPS địa động lực Sông Mã
phục vụ công tác dự báo tai biến tự nhiên vùng Tây Bắc Việt Nam, Báo cáo tổng
kết dự án SXTN cấp Bộ Tài nguyên và Môi trường giai đoạn 2006 – 2008. Viện
Nghiên cứu Địa chính, Hà Nội - 2008.
113
8. Hà Minh Hòa, Các đặc trưng cơ bản của việc nghiên cứu chuyển dịch
các mảng kiến tạo của vỏ Trái Đất, Tạp chí Khoa học Đo đạc và Bản đồ, số
31/3-2017.
9. Hà Minh Hoà, Nguyễn Ngọc Lâu, Dương Chí Công và nnk. (2005).
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS để xác định chuyển dịch vỏ Trái Đất trên
khu vực đứt gãy Lai châu - Điện biên, Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp Bộ Tài
nguyên và Môi trường giai đoạn 2002 – 2004, Viện Nghiên cứu Địa chính. Hà
Nội - 2005.
10. Hà Minh Hòa, Sử dụng ma trận G nghịch đảo trong việc bình sai lưới
trắc địa tự do và áp dụng trong việc bình sai kiểm tra sự ổn định của mạng lưới
thủy chuẩn gốc quốc gia, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp cục đo đạc và bản đồ
Nhà nước 1986, Hà Nội -1986.
11. Nguyễn Văn Hướng (2012), Đặc điểm biến dạng, trường ứng suất kiến
tạo hiện đại và mối quan hệ của chúng với các tai biến địa chất khu vực Biển
Đông Việt Nam và các vùng lân cận, Luận án tiến sĩ địa chất, Hà Nội, 2012.
12. Trần Đình Lữ, Động đất, chuyển động kiến tạo và chuyển dịch thẳng
đứng vỏ Trái Đất lãnh thổ Miền Bắc. Tạp chí Trắc địa - bản đồ, 1989, tr.20-22,
Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước.
13. Vũ Nghiễm và nnk, Nghiên cứu chuyển động của vỏ Trái Đất ở những
vùng có hình thành khe nứt bằng phương pháp trắc địa, Cục Đo đạc và Bản đồ
Nhà nước, Hà Nội-1988.
14. Bùi Thị Hồng Thắm, 2013, Tính chuyển tọa độ giữa các khung quy chiếu
Trái Đất quốc tế, Tạp chí KHKT Mỏ - Địa chất, số 41, 01/2013, tr.53-57.
15. Dương Quốc Chánh Tín và nnk, Phép biến đổi Wavelet liên tục trong
xử lý tài liệu thăm dò điện từ tần số cao, Tạp chí phát triển KHCN, Tập 19, số
T2-2016, tr.81-93.
16. Trần Đình Tô, Dương Chí Công, Vy Quốc Hải, M. Becker, K.
Neuman, 2003, Đánh giá mới về hoạt động đới đứt gãy Sông Hồng theo số liệu
114
đo lặp lưới GPS Tam Đảo - Ba Vì (1994, 1996, 1998, 2000), Tạp chí Các Khoa
học về Trái Đất, T.25, (4), tr.511-515.
17. Trần Đình Tô, Phạm Văn Hùng, Xây dựng lưới GNSS thường trực tại
Việt Nam dưới góc nhìn địa kiến tạo, Tạp chí KHKT Mỏ - Địa Chất, số 41,
01/2013,58-64.
18. Trần Đình Tô, Nguyễn Trọng Yêm, Dương Chí Công, Vy Quốc Hải,
Witold Zuchiewicz, Nguyễn Quốc Cường, Nguyễn Viết Nghĩa, Recent crustal
movements of northern Vietnam from GPS data (2013), Journal of Geodynamics
69 (2013), tr.5-10.
19. Cao Đình Triều và nnk, Địa động lực hiện đại lãnh thổ Việt Nam, Nhà
xuất bản Khoa học tự nhiên và Công nghệ - 2013.
20. Phan Trọng Trịnh và nnk, Nghiên cứu hoạt động kiến tạo trẻ, kiến tạo
hiện đại và địa động lực Biển Đông là cơ sở khoa học cho việc dự báo các dạng
tai biến liên quan và đề xuất các giải pháp phòng tránh, Báo cáo tổng hợp kết
quả khoa học công nghệ cấp Nhà nước, mã số KC.09.11/06-10.
21. Phan Trọng Trịnh*, Ngô Văn Liêm, Nguyễn Văn Hướng, Trần Văn
Phong, Bùi Văn Thơm, Nguyễn Viết Thuận, Nguyễn Đăng Túc, Hoàng Quang
Vinh, Nguyễn Quang Xuyên, Nguyễn Huy Thịnh, Bùi Thị Thảo, Trần Quốc
Hùng, Kết quả đo GPS thời kỳ 2012-2013 và biến dạng kiến tạo hiện đại khu
vực Tây nguyên và lân cận, Tạp chí Các Khoa học Trái Đất và Môi trường, Tập
31, Số 4 (2015), tr.64-76.
Tiếng Anh
22. Franz Barthelmes, Ludwig Ballani, Roland Klees (1994), On the
application of wavelets in geodesy, GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ).
Department: “Recent Kinematics and Dynamics of the Earth” Telegrafenb erg
A17, D-14473 Potsdam, Submitted to the proceedings of the Hotine-Marussi
Symposium on Mathematical Geodesy, L’Aquila, Italy, May 29-June 3, 1994.
115
23. Janusz BOGUSZ (2015), Geodetic Aspects of GPS Permanent Station
Non-Linearity studies, Acta Geodyn Geomater .,Vol. 12, No4 (180), 323-334,
2015, DOI: 10.13168 /AGG.2015.0033, journal homepage.
24. CHENG Pengfei, WEN Hanjiang, SUN Luoqing, CHENG Yingyan,
ZHANG Peng, BEI Jinzhong, WANG Hua (2015), The Spherical Wavelet
Model and Multiscale Analysis of Characteristics of GPS Velocity Fields in
Mainland China [J], Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2015, 44(10):
1063-1070, DOI: 10.11947/j.AGCS.2015.20140141 (Tiếng Trung).
25. M. El-Habiby, M. G. Sideris, On the Potential of Wavelets for
Filterring and Thresholding Airbone Gravity Data.
26. Frank, F. C. (1966), Deduction of earth strains from survey data
(1966), Bull. Seismol. Soc. Am, 56, 35-42, 1966.
27. Yandong Gao, Maolin Xu, Fengyun Yang, Yachun Mao & Shuang
Sun, Improved Wavelet Threshold De-noising Method Based on GNSS
Deformation Monitoring Data (2015), J. Eng. Technol. Sci., Vol. 47, No. 4,
2015, 463-476.
28. Goudarzi, M. A., Cocard, M. & Santerre, R. (2014), EPC: Matlab
software to estimate Euler pole parameters, GPS Solutions (2014) 18: 153–162,
https://doi.org/10.1007/s10291-013-0354-4
29. Haines, A., Jackson, J., Holt, W. & Agnew, D., 1998. Representing
distributed deformation by continuous velocity fields, Sci. Rep. 98/5, Institute of
Geological and Nuclear Sciences, Wellington, New Zealand.
30. Huang Shengxiang, Liu Jingnan, Liu Xianglin (2003), Deformation
Analysis Based on Wavelet and Its Application in Dynamic Monitoring for High-
rise Buildings [J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2003 (02).
31. HUO Groping a,b, MIAO Lingjuana,b,* (2012), Cycle-slip Detection of
GPS Carrier Phase with Methodology of SA4 Multi-Wavelet Transform, Chinese
116
Journal of Aeronatics 25 (2012) 227-235, Chinese Journal of Aeronatics, journal
homepage: www. Elsevier.com/locate/cja.
32. Mosbeh R. Kaloop & Dookie Kim (2016) De-noising of GPS
structural monitoring observation error using wavelet analysis, Geomatics,
Natural Hazards and Risk, 7:2, 804-825, DOI: 10.1080/19475705.2014.983186.
33. Wolfgang Keller (2004), Wavelets in Geodesy and Geodynamics,
Walter de Gruyter, Berlin, New York, 279 pp.
34. K.Vijay Kumar, Kaoru Miyashia, and Jianxin Li (2002), Secular
crustal deformation in central Japan, based on the wavelet analysis of GPS
time-series data, Earth Planets Space, 54, 133-139, 2002.
35. Nguyen Anh Duong, Takeshi Sagiya, Fumiaki Kimata, Tran Dinh To,
Vi Quoc Hai, Duong Chi Cong, Nguyen Xuan Binh, Nguyen Dinh Xuyen
(2013), Contemporary horizontal crustal movement estimation for northwestern
Vietnam inferred from repeated GPS measurements, Earth Planets Space, 65,
1399–1410, 2013.
36. Ohtani, R., J. J. McGuire, and P. Segall (2010), Network strain filter:
A new tool for monitoring and detecting transient deformation signals in GPS
arrays, J. Geophys. Res., 115, B12418, doi:10.1029/2010JB007442.
37. Isabelle PANET, Yuki KUROISHI, Matthias HOLSCHNEIDER
(2009), Wavelet modeling of the gravity field over Japan, Bulletin of the
Geographical Survey Institute, Vol.57, 2009.
38. Satirapod C., Ogaja C., Wang J. and Rizos C. (2001) An Approach to
GPS Analysis incorporating Wavelet Decomposition, Based on a paper
presented at the 5th International Symposium on Satellite Navigation
Technology & Applications, Canberra, Australia, 24-27 July 2001.
39. W. J. F. Simons, A. Socquet, C. Vigny, B. A. C. Ambrosius, S. Haji
Abu, Chaiwat Promthong, C. Subarya, D. A. Sarsito, S. Matheussen, P. Morgan,
and W. Spakman (2007), A decade of GPS in Southeast Asia: Resolving
117
Sundaland motion and boundaries, J. Geophys. Res., 112, B06420,
doi:10.1029/2005jb003868, 2007.
40. Spakman, W. & Nyst, M., 2002. Inversion of relative motion data for
estimates of the velocity gradient field and fault slip, Earth planet. Sci. Lett.,
203, 577–591.
41. Tape, C., P. Musé, M. Simons, D. Dong, and F. Webb (2009), Multiscale
estimation of GPS velocity field, Geophys. J. Int. 179, 945-971.
42. Tape, C., Pablo Muse, Mark Simons: Supplemental notes for Tape et
al. (2009): “Multiscale estimation of GPS velocity fields”, January 19, 2011.
43. Wikipedia.org/wiki/Strain-rate_tensor.
118
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN
LUẬN ÁN CỦA NGHIÊN CỨU SINH
1. Lê Anh Dũng, Lại Văn Thủy, Những kết quả bước đầu trong quan trắc
chuyển dịch vỏ Trái Đất bằng công nghệ GPS ở khu vực đồng bằng sông Cửu
Long, Hội nghị khoa học: Đo đạc bản đồ với ứng phó với biến đổi khí hậu, Hà
Nội, 7- 2016.
2. Nguyễn Phi Sơn, Nguyễn Thanh Thủy, Lại Văn Thủy, Giới thiệu hệ
thống quan trắc: Trắc địa - địa động lực ven biển phục vụ cải chính mực nước
biển trung bình năm trong kịch bản biến đổi khí hậu, Hội nghị khoa học: Đo đạc
bản đồ với ứng phó với biến đổi khí hậu, Hà Nội, 7- 2016.
3. Nguyễn Phi Sơn, Phan Doãn Thành Long, Lại Văn Thủy, Ứng dụng
công nghệ đo lặp GPS và trọng lực tuyệt đối trong quan trắc chuyển dịch địa
động lực tại khu vực các trạm khí tượng thủy văn ven biển, phục vụ cải chính số
liệu đo mực nước trung bình năm, Hội thảo khoa học Quốc gia về Khí tượng,
Thủy văn, Môi trường và biến đổi khí hậu lần thứ XX, Hà Nội 2017.
4. Lại Văn Thủy và nnk, Nghiên cứu ứng dụng phép biến đổi sóng nhỏ
(wavelet) để phân tích, nội suy và biểu diễn trường vận tốc biến dạng khu vực
miền Bắc Việt Nam từ kết quả đo lặp GNSS của các mạng lưới trắc địa địa động
lực trên các đới đứt gẫy phục vụ công tác dự báo tai biến tự nhiên", Đề tài
nghiên cứu cấp cơ sở năm 2017 - 2018, Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ -2018.
5. Lại Văn Thủy, Dương Chí Công (2018), Nghiên cứu xây dựng trường
vận tốc chuyển dịch không gian khu vực miền Bắc Việt Nam bằng phương pháp
biến đổi sóng nhỏ, Tạp chí Khoa học Đo đạc và Bản đồ, Số 37, Hà Nội, 9- 2018.
6. Do Van Linh1, Thai Quang1, Ha Thuy Hang2, Lai Van Thuy3, Duong
Chi Cong3, Le Anh Dung3, Dong Bich Phuong3, Pham The Tai1, Vu Van
Thanh1, Characsteristic of structure and modern activity of sai gon river fault
and implication for: the ground subsidence and flooding in Ho Chi Minh city
119
area, Regional congress on geology, minerals and energy resources of Southeast
Asia (GeoSea XV) on 13-21 October 2018.
7. Lại Văn Thủy (2019), Kết quả tính tham số góc quay EULER từ vận
tốc chuyển dịch ngang trên các điểm thuộc mạng lưới GNSS nghiên cứu địa
động lực lãnh thổ Việt Nam, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất, Tập 60,
Kỳ 1 (2019), tr.64-71.
8. Lại Văn Thủy (2019), Đánh giá hoạt động kiến tạo hiện đại theo
phương pháp biến đổi sóng nhỏ từ số liệu đo GNSS, Tạp chí Khoa học Đo đạc
và Bản đồ, Số 39, Hà Nội, 3-2019.
9. Lê Anh Dũng, Lại Văn Thủy, Nguyễn Trọng Hiếu, Phạm Lê Phương
(2019), Giới thiệu kết quả quan trắc chuyển dịch vỏ Trái Đất khu vực miền Bắc
Việt Nam giai đoạn 2012 - 2018, Tuyển tập báo cáo hội nghị khoa học và công
nghệ: Phát triển công nghệ Đo đạc Bản đồ trong thu nhận dữ liệu địa không
gian, Hà Nội, 7-2019.
10. Lại Văn Thủy, Phạm Lê Phương (2019), Một số giải pháp kỹ thuật
trắc địa được áp dụng để xác định diễn biến sụt lún bề mặt đất tại các khu vực
khai thác nước dưới đất ở Việt Nam, Tuyển tập báo cáo hội nghị khoa học và
công nghệ: Phát triển công nghệ Đo đạc Bản đồ trong thu nhận dữ liệu địa
không gian, Hà Nội, 7-2019.
120
