Nghiên cứu cơ bản

Đo cao vệ tinh trong nghiên cứu cấu trúc địa chất biển Đông Việt Nam

.

Biển Đông Việt Nam là một khu vực rộng lớn, có cấu trúc địa chất đa dạng, phức tạp và có một tiềm năng khoáng sản rất lớn. Mặc dù đã trải qua nhiều năm thăm dò khảo sát nhưng trong khu vực vẫn còn rất nhiều nơi mà cấu trúc địa chất chỉ mới được biết đến rất ít, hoặc mới được khảo sát ở mức độ rất sơ lược. Sự hạn chế đó thường gây ra bởi bề dày lớp nước biển cũng như là do các vấn đề nhạy cảm giữa các nước trong khu vực.

Vào những năm 80 của thế kỷ trước, đo cao vệ tinh đã bắt đầu trở thành một hướng tiếp cận mới trong nghiên cứu biển. Từ đó đến nay đã có một số công trình nghiên cứu nhằm xây dựng mạng lưới, cải thiện mức độ chính xác của số liệu đo cao vệ tinh. Tiêu biểu là Sandwell D.T., và W.H.F.Smith (1997, 2009), GETECH (1996) tập hợp số liệu qua nhiều năm đo đạc bởi các vệ tinh như GEOSAT, ERS-1, TOPEX/POSEIDON và đã xây dựng được một mạng lưới số liệu đo cao vệ tinh 1’ x 1’ phủ đầy các đại dương. Nguồn số liệu đo cao vệ tinh đã và đang được khai thác một cách có hiệu quả để lấp đầy những khoảng trống số liệu mà khảo sát bằng tàu trên biển chưa thực hiện được.

Khái quát về đo cao vệ tinh

Đo cao vệ tinh là đo đạc sự biến đổi địa hình bề mặt đại dương (so với mặt Elipsoid Trái đất) bằng sóng radar từ vệ tinh. Bề mặt đại dương (mặt Geoid) không phải là mặt phẳng (không tính đến ảnh hưởng của sóng, gió, thủy triều và dòng chảy), nhưng theo các định luật vật lý thì nó là một mặt đẳng thế của trường trọng lực Trái đất. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng chênh lệch độ cao giữa bề mặt thực tế của đại dương so với mặt Ellipsoid Trái đất là trong khoảng 100m. Sự gồ ghề lên xuống của bề mặt đại dương được gây ra bởi sự biến đổi của trường trọng lực Trái đất, không thể nhìn thấy bằng mắt thường nhưng có thể đo được bằng một radar rất chính xác đặt trên vệ tinh.

Để thiết lập địa hình bề mặt đại dương, người ta tiến hành đo đạc chính xác hai khoảng cách: Thứ nhất, đó là độ cao h* của vệ tinh so với mặt Ellipsoid bằng hệ thống mạng lưới trạm Laser và Doppler đặt trên bề mặt Trái đất. Độ cao này của vệ tinh còn được hiệu chỉnh bằng quá trình tính toán quĩ đạo động của nó. Thứ hai, độ cao của vệ tinh so với bề mặt đại dương gần nó nhất h được đo bởi radar sóng ngắn đặt trên vệ tinh có tần số mang là 13.5 GHz. Nhằm loại bỏ nhiễu và làm tăng tín hiệu phản xạ sóng radar từ bề mặt đại dương người ta sử dụng xung radar có độ lặp cao (1.000 xung/giây). Ảnh hưởng của thủy triều, tầng điện ly và khí quyển cũng được hiệu chỉnh trong quá trình tính toán, đo đạc. Độ cao địa hình bề mặt đại dương N (độ cao mặt Geoid) so với mặt Ellipsoid được đo với độ chính xác là 0.03m và là hiệu số giữa hai độ cao nói trên N= h*-h.

Sự nhấp nhô của mặt Geoid phản ánh sự biển đổi mật độ đất đá bên dưới đáy đại dương, và nó có thể được biến đổi thành trường trọng lực Trái đất bằng phương trình Stoke (phương pháp geoid-to-gravity) hoặc tính đạo hàm của bề mặt Geoid bằng phương trình Laplace (phương pháp slope-to-gravity) qua phép biến đổi Fourier. Phương pháp geoid-to-gravity được sử dụng bởi GETECH (1996), còn phương pháp slope-to-gravity được phát triển bởi Sandwell D.T., và W.H.F.Smith (1997, 2009).

Ứng dụng đo cao vệ tinh trong nghiên cứu biển

Kết hợp số liệu đo cao vệ tinh với số liệu đo trực tiếp bằng tàu trên biển

Độ chính xác của số liệu đo cao vệ tinh phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm trạng thái tự nhiên của các đại dương và quan hệ không gian của chúng với các lục địa. Ngoài ra, chúng còn phụ thuộc rất nhiều vào số lượng và chất lượng của số liệu đo trực tiếp bằng tàu trên biển (số liệu thành tàu). Vì vậy, để nâng cao mức độ chi tiết và độ chính xác của số liệu đo cao vệ tinh, cần tiến hành tích hợp chúng với số liệu thành tàu trên biển hiện có trong khu vực nghiên cứu, và khi kết hợp với số liệu vệ tinh thì chỉ sử dụng các nguồn số liệu thành tàu có nguồn gốc rõ ràng, chính xác và độ tin cậy cao.

Ứng dụng hiệu quả trong một số lĩnh vực nghiên cứu biển

Mặc dù độ phân giải của việc đo cao bằng vệ tinh chưa cao bằng số liệu thành tàu, nhưng việc tích hợp số liệu đo cao vệ tinh và số liệu thành tàu là hướng tiếp cận mới, hiện đại, nhằm đạt được nguồn số liệu có độ bao phủ rộng, độ phân giải đồng nhất, chấp nhận được cả về độ chính xác, thời gian, kinh phí, do đó được ứng dụng rất hữu hiệu trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu biển (như cấu trúc địa chất, hàng hải, kiến tạo mảng và cấu trúc thạch quyển, hải dương học...). Đặc biệt nó có vai trò định hướng cho các khảo sát trên biển, hỗ trợ đắc lực cho việc lên kế hoạch khảo sát chi tiết bằng tàu đối với những khu vực biển sâu, biển xa, những vùng nhạy cảm giữa các nước trong khu vực mà mức độ khảo sát còn thưa thớt hoặc khó khăn trong việc khảo sát bằng tàu.

Hướng nghiên cứu tích hợp số liệu đo cao vệ tinh với số liệu thành tàu hiện tại được cho là phù hợp với mức độ nghiên cứu cấu trúc địa chất trên khu vực Biển Đông. Trên cơ sở nguồn số liệu tích hợp đó, trong thời gian qua, Viện Địa chất và Địa vật lý biển đã tiến hành nghiên cứu và thu được những kết quả đáng kể về cấu trúc địa chất như thành lập bản đồ trường dị thường trọng lực; Bản đồ ranh giới các kiểu vỏ Trái đất; Bản đồ phân bố hệ thống các đứt gãy, trục tách dãn đáy đại dương, các chuỗi núi lửa, phun trào bazan và phân bố các bể trầm tích… trên khu vực Biển Đông và lân cận.

Trong thời gian tới, Viện sẽ tiếp tục khai thác, sử dụng số liệu đo cao vệ tinh nghiên cứu về địa chất và động lực biển trên cơ sở những hợp tác khoa học cụ thể với các tổ chức Quốc tế như viện Scripps (Mỹ) hoặc GETECH (Anh) để có thể có được nguồn số liệu có độ phân giải cao hơn nữa.


Các chuỗi núi lửa ngầm, khối banzan phun trào, hệ thống gờ rìa các khối cấu trúc khu vực Biển Đông được xác định bằng tài liệu đo cao vệ tinh


Ranh giới các kiểu vỏ lục địa, vỏ chuyển tiếp và vỏ đại dương cùng với trục tách dãn đáy đại dương, các khối cấu trúc trong khu vực Biển Đông
được xác định bằng tài liệu đo cao vệ tinh

Nguồn tin: TS. Trần Tuấn Dũng
Viện Địa chất và Địa vật lý biển
Xử lý tin: Bích Diệp

Bản quyền thuộc về Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Địa chỉ: 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội. Email: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
Khi phát hành lại thông tin trên Website cần ghi rõ nguồn: "Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam".