phối hợp nghiên cứu để xây dựng và hoàn thiện hệ thống trọng lực phục vụ công tác nghiên cứu lãnh thổ và khai thác tài nguyên, bảo vệ môi trường ở việt nam

BỘ TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG
VIÊN NGHIÊN CỨU ĐỊA CHÍNH

TẬP

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ
NHIỆM VỤ HỢP TÁC QUỐC TẾ VỀ KHOA HỌC

CÔNG NGHỆ VÀ MÔI TRƯỜNG:

“Phối hợp nghiên cứu để xây dựng và hồn thiện hệ thống trọng lực
phục vụ cơng tác nghiên cứu lãnh thổ và khai thác
tài nguyên, bảo vệ môi trường ở Việt Nam”

Hà Nội, 2007

6436-4

J/s4l0t


STT

NOI DUNG

TRANG

Báo cáo hiện trạng về hệ thống trọng lực ở Việt Nam

Báo cáo kết quả đo nối trọng lực
Báo cáo kết quả đo cao thuỷ chuẩn vệ tỉnh

20

Luận chứng kinh tế - kỹ thuật nghiên cứu khả thi hệ thống
trọng lực quốc gia

29

Chương trình tính số cải chính trọng lực

83

Chương trình bình sai lưới trọng lực hạng I

98

Chương trình Website quản lý dữ liệu trọng lực chỉ tiết

106

Quy trình công nghệ xử lý số liệu trọng lực hạng I

116

Phương pháp xử lý hỗn hợp dữ liệu trọng lực mặt đất - vệ tỉnh

126


BAO CAO 1

HIEN TRANG VE HE THONG TRONG LUC
Ở VIỆT NAM

ĐẶT VẤN ĐỀ
Hệ thống trọng lực Việt Nam được xây đựng từ năm 70 của thế ký trước, có
điểm gốc trọng lực ở Hà Nội được đo nối với hệ thống trọng lực quốc tế thông
qua điểm PoCoVo (Nga) với độ chính xác đo tương đối + 0,04 mGal. Hệ thống

trọng lực trên đã được truyền tới các điểm trọng lực hạng I, hạng II phủ trùm cả
nước. Năm

1998, hệ thống trọng lực Việt Nam đã được hiện đại hoá, tuy nhiên

độ chính xác cũng khơng được tăng lên. Hiện nay, hệ thống trọng lực cũ đã có

nhiều thay đổi tới 70% số mốc trọng lực hạng I và hạng II đã bị mất ở thực địa.
Các giá trị trọng lực, nhất là về toạ độ và độ cao chưa được xác định với độ chính

xác cần thiết. Yêu cầu đòi hỏi phải xây dựng hệ thống trọng lực với độ chính xác
cao theo các tiêu chuẩn quốc tế đã được đặt ra cho công tác trắc địa ở Việt Nam
để giải quyết các bài tốn về xây dựng mơ hình Geoid độ chính xác cao cỡ vài
centimeter, thậm chí là lem; vấn để nghiên cứu sự chuyển dịch của vỏ trái đất,

phát hiện sớm các nguyên nhân động đất, vấn để biến đối của vật chất, sự
chuyển động của thêm lục địa và biến đổi của môi trường cũng như các bài tốn
về thăm dị dầu khí, khống sản, tài nguyên thiên nhiên đòi hỏi phải xây dựng
một hệ thống trọng lực có độ chính xác tới phần trăm mGal hoặc phần nghìn

mGal mới đáp ứng thoả mãn được các nhiệm vụ nghiên cứu lãnh thổ và phát
triển kinh tế, phòng tránh thiên tai trong thời gian hiện nay và các năm tiếp theo.

Hệ thống trọng lực quốc gia ở nước ta được xây dựng và sẽ hoàn thành
trong thời gian 2003- 2007.


1.

HIEN TRANG VE HE THONG TRONG LUC 6 VIET NAM

Hệ thống trọng lực ở Việt Nam được xây dựng trong khoảng thời gian từ
1973 - 1977 và được hiện đại hoá trong các năm 1987 - 1988. Trong các giai
đoạn thời gian trên với sự giúp đỡ của chuyên gia Liên Xô trước đây đã thiết lập
ở nước ta hệ thống trọng lực bao gồm:

- __ Điểm gốc trọng lực ở Láng - Hà Nội;
-

Đường đáy trọng lực ở Tam Đảo, Phúc Yên và Bà Rịa - Vũng Tàu;

-

Lưới trọng lực hạng I;

~

Lưới trọng lực hạng l;

-

Lưới trọng lực hạng IH;

- __ Hệ thống trọng lực chỉ tiết.

4.1 Điểm gốc trọng lực
Điểm gốc trọng lực được xây dựng ở Láng - Hà Nội trong năm 1973. Đây là
một toà nhà 1 tầng, nên nhà nơi đặt mốc điểm gốc trọng lực được đổ lớp cát dày
1,5m để tránh rung động.
Trong nhà điểm gốc trọng lực gồm có:
~

Mốc trọng lực gốc;

-

Phong kiếm nghiệm máy;

-

Phòng xử lý số liệu.
* Mốc trọng lực gốc:
Mốc trọng lực gốc được xây dựng có kích thước 100cm x 200cm x 270 cm.

Mốc được xây tách rời nên nhà để tránh rung động.
* Phòng kiểm nghiệm máy:

Phòng kiểm nghiệm máy được bố trí gần kể phịng đặt mốc trọng lực gốc.
Phịng có diện tích khoảng 30m', có nhiều bệ chứa máy xây bằng bê tông liền
với nên nhà dọc theo tường, mỗi bệ máy có kích thước 1,0m x 0,5m x 1,0m.

Trong phịng có nhiều ổ cắm điện (220V). Phòng dùng để kiểm nghiệm các máy

trọng lực xác định hệ số tỷ lệ và hiệu ứng nhiệt ở các nhiệt độ từ 15°C - 359C.
Điểm gốc trọng lực được đo nối với điểm Liodovo ở Moskva (Nga) bằng hệ

thống máy con lắc tương đối OVM (1975) và bằng hệ thống máy con lắc tương
đối AGAT (1988) của Liên Xơ cũ nay là Liên bang Nga, độ chính xác của điểm

gốc Mg = +0,04mGail. Hiện nay, các điểm gốc trọng lực cịn tốt, chỉ có hệ thống
điện bị hỏng nhiều.


1.2

Đường đáy trọng lực

Để xác định hệ số tỷ lệ của máy trọng lực bằng phương pháp ngoài trời đã

xây dựng 2 đường đáy:

_

Đường đáy Vĩnh Yên - Tam Đảo: Đường đáy có 8 mốc được đo bằng 10
máy trọng lực tương đối GAG-2 có độ chính xác +3.1.10^mGai. Hiện
đường đáy vẫn đang được sử dụng, các mốc đều tốt (xem Phụ lục 1).

-

Đường đáy Sài Gòn - Vũng Tàu: đường đáy có 8 mốc được đo với độ chính
xác +6.1.10“mGai. Hiện đường đáy này các mốc đã bị mất 50%, cần phải
xây dựng lại. (xem Phụ lục 2)

14.3. Lưới trọng lực cơ sở
Lưới trọng lực cơ sở được xây dựng năm 1988 trên cơ sở hiện đại hoá lưới
trọng lực Nhà nước xây dựng từ các năm từ 1973 - 1977. Tất cả có 4 điểm trọng

lực cơ sở:

-_

Điểm Hà Nội (Điểm gốc trọng lực)

_ _ Điểm Đà Nẵng

- — Điểm Nha Trang

- _ Điểm Thành phố Hồ Chí Minh
(xem Phụ lục 3)

Các điểm trọng lực cơ sở được chơn mốc bê tơng cốt sắt 2 tầng. Tầng trên

có kích thước: 100cm x 100cm x 120cm. Tầng dưới có kích thước 120cm x
120cm x 10cm.

Các điểm trọng lực cơ sở được đo bằng hệ thống máy con lắc tương đối (4
máy) loại AGAT (Nga).
Độ chính xác của điểm trọng lực cơ sở đạt: + 0,02mGal. Các điểm trọng lực

gốc Hà Nội, điểm cơ sở Thành phố Hồ Chí Minh được đo nối với điểm gốc trọng
lực Liodovo của Liên Xơ cũ với độ chính xác mụ„ <+0,03mGai. Như vậy, độ
chính xác của giá trị trọng lực tuyệt đối của điểm gốc Trọng lực ở nước ta đạt

Mg = (10.04 mgal. Hệ thống trọng lực của Việt Nam trong hệ IGSN-71
Các mốc trọng lực cơ bản được xác định độ cao với độ chính xác của thuỷ
chuẩn hạng I với độ chính xác [12 cm,toạ độ với độ chính xác LJ100m.

Hiện nay, các điểm trọng lực cơ sở ở Đà Nắng và Nha Trang đã bị mất.
1.4. Lưới trọng luc hang !

Trong thời gian từ 1973 - 1977 đã xây dựng lưới trọng lực hạng I phân bổ
đều trong cả nước gồm có 25 điểm, các điểm trọng lực ở trên đất liền và trên các
đảo. Khoảng cách giữa các điểm 150 - 300 km (xem Phụ lục 4).


Đo lưới trong luc hang I bang 10 may trong luc tuyét d6i GAG-2, phuong

tiện đo đùng máy bay IL14, DC8. Các điểm trọng lực đều được chôn mốc bê

tông cốt sắt có kích thước: 100cm x 150cm x 50cm. Độ chính xác đo trọng lực
hang I: M,, < +0,04mGal.
Hiện nay, chỉ còn 7 mốc trọng lực hạng Ï trên thực địa, 18 mốc trọng lực đã

bi mat.
Trong thời gian 1987- 1988, với mục đích hiện đại hố hệ thống trọng lực
quốc gia đã tiến hành xây dựng lại lưới trọng lực hạng ï. Hệ thống trọng lực hạng
I có 10 điểm phân bố đêu trong cả nước. Khoảng cách giữa các mốc từ 200 - 400

km. Các mốc chủ yếu được đặt ở sân bay.

Độ chính xác của các điểm trọng lực hạng Ï: M, „ <30,03mGal.

Độ cao các điểm trọng lực hạng Ì được đo với độ chính xác của thuỷ chuẩn

hang II (SmmVL).

Hiện nay, chỉ còn 7 điểm trọng lực, 3 điểm đã bị mất mốc (xem Phụ lục 5).
1.5

Lưới trong luc hang I
Lưới trọng lực hạng H được xây dung trong khoảng từ năm 1973 - 1977 có

tổng số 148 điểm trọng lực hạng II. Các điểm trọng lực hạng I được chơn mốc

bê tơng có kích thước 80cm x 100cm x 50cm. Các điểm trọng lực hạng IÍ được

đặt dọc theo các đường quốc lộ, sân bay. Đo trọng lực bằng các ô tô giảm sóc và
bằng máy bay trực thăng MI-8, Mi-4.

Sử dụng 6 máy trọng lực GAG-2 để áo theo sơ đồ A - B - A - B hoặc A - BA. Độ chính xác của điểm trọng lực hang II 14 + 0,05 mGal.
Hiện nay, chỉ còn 45 điểm, các điểm khác đã mất.

1.6 Lưới trọng lực hạng I!I và trọng lực chỉ tiết
Trong khoảng thời gian từ 1976 đến 1980 đã tiến hành xây dựng lưới trọng
lực hạng HH. Ö nước ta, đã có tổng số hơn 500 điểm trọng lực hạng II được đo.
Lưới trọng lực hạng IJII được xây dựng dựa trên lưới trọng lực hạng II. Khoảng

cách trung bình giữa hai điểm từ 15 - 25km, độ chính xác của trọng lực hạng II
đạt + 0,1 mGal. Đến nay nhiều mốc trọng lực hạng III đã mất ở thực địa. Tuy
vậy, giá trị trọng lực vẫn còn có ý nghĩa sử dụng cho các mục đích phát triển các
lưới trọng lực chi tiết phục vụ thăm đò khống sản và phục vụ mục đích trắc địa.

Hệ thống các điểm trọng lực chỉ tiết được đo đọc các tuyến thuỷ chuẩn hạng

1 và hạng II để phục vụ cho việc tính chuyển về hệ độ cao chuẩn. Tổng cộng có
khoảng hơn 7000 điểm trọng lực chỉ tiết do Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước
trước đây và Viện Nghiên cứu Địa Chính thực hiện.


Ngồi các dữ liệu trọng lực trên hiện cịn có các đữ liệu trọng lực do Tổng
cục Địa chất trước đây nay là Cục Địa chất khoáng sản Việt Nam thực hiệr. Với

mục đích thăm đị, tìm kiếm khống sản, Cục Địa chất Việt Nam đã tiến hành
đo trọng lực chỉ tiết ở toàn bộ lãnh thổ phần đất liên nước ta với mật độ vùng

đồng bằng từ I-2 km/điểm, vùng trung du từ 3-4 km/điểm, vùng núi 7-8
km/điểm, tuy vậy những khu vực núi cao, giáp biên giới Lào và Trung Quốc mật

độ chỉ từ

10- 15km/điểm. Đặc biệt, ở một vài khu vực phục vụ cho mục đích

thăm dị chỉ tiết mật độ điểm trọng lực rất dày đã đạt tới 200- 400 m/điểm như ở
Tây Nguyên và miền Trung Việt Nam. Tổng cộng có khoảng gần 32.000 điểm

trọng lực đã được thu thập và đánh giá độ chính xác. Các điểm trọng lực chỉ tiết
được đo với độ chính xác khoảng 0,6 mGal.

Tuy nhiên, dị thường trọng lực

Bouger hoặc dị thường Fai có độ chính xác khoảng từ I - 2 mGal (do sai số xác
định toạ độ và độ cao các điểm trọng lực chỉ tiết).
Trên cơ sở số liệu trọng lực trên đã xây dựng được mơ hình GRID trọng lực
với các ơ có kích thước 3° x 3° (km x 5km) có độ chính xác: M,„ < +0,35mGal.

Tuy vậy, ở các khu vực Tây Bắc, Việt Bắc và dọc biên giới Việt Nam - Trung

Quốc, biên giới Việt Nam - Lào có mật độ điểm trọng lực thưa, độ chính xác đạt

khoảng từ LJ5 đến L]6 mgail.

1.7 Các dữ liệu trọng lực biển và trọng lực vũ trụ
Đã thu thập được khoảng 30.000 điểm trọng lực chỉ tiết đo trên biển chủ
yếu là của các cơng ty nước ngồi đo đạc trọng lực chỉ tiết để thăm dị, tìm kiếm
dầu khí. Các dữ liệu trọng lực trên được đo theo từng dải đo và tập trung vào

từng khu vực rất không đồng đều. Các đữ liệu trọng lực ở dạng trọng lực Fai và
trọng lực Bouger có cải chính đo sâu của nước biển. Độ chính xác của các đữ
liệu trên đạt khoảng + 4mGai - 6 mGal.
Ngoài các đữ liệu trọng lực đo chỉ tiết trên biển cịn có các đữ liệu trọng lực

thu thập được từ cơ quan Ảnh và Bản đồ của Mỹ (NIMA) và cơ quan Hàng
không Vũ trụ của Mỹ (NASA) đã cho phép xác định được dị thường trọng lực
trên đất liền với độ chính xác từ 15- 30 mGal (Vùng đồng bằng có độ chính xác

khoảng từ 13 - 20 mGal, vùng núi có độ chính xác khoảng từ 25 - 30 mGal). DỊ
thường trọng lực ở trên biển xác định từ đo cao Altimetry có độ chính xác từ 6 8 mGal độ chính xác này gần tương đương với độ chính xác đo trọng lực trực
tiếp trên biển.Các độ chính xác trên được đánh giá dựa trên các số liệu so sánh

với các số liệu trọng lực đo trực tiếp ở trên đất liền và ở trên biển và số liệu đấnh
giá của nước ngoài.


2.

CAC DU LIEU TRONG LUC 6 LAO

Trong thdi gian tir 1983 dén 1984, trén lãnh thổ Cộng hoa Dân chủ Nhân
dân Lào đã tiến hành xây dựng hệ thống trọng lực bao gồm:

- __ Điểm gốc trọng lực ở Viêng Chăn.
-

Lưới trọng lực hạng II

-

Lưới trọng lực hạng II

-

Đo trọng lực chỉ tiết trên các mốc thuỷ chuẩn hạng II và hạng TT,

Hệ thống trọng lực ở Lào do Liên Xô trước đây giúp đỡ.

* Diểm gốc trọng lực
Điểm gốc trọng lực ở Lào được xây dựng ở thủ đô Viêng Chăn. Điểm gốc

được đo nối với điểm gốc trọng lực ở Liodovo của Nga bằng 4 máy trọng lực
tương đối con lắc AGAT. Độ chính xác đo trọng lực đạt M, = +0.05mGal. Hé
thống trọng lực của Lào trong hệ IGSN-7I.

* Lưới trọng lực hạng lÏ
Gém có 16 điểm được phân bố ở các sân bay thuộc Thành phố, Thị xã của

Lào. Do trong luc hang II bang các máy: máy con lắc AGAT, máy trọng lực
tương đối: GAG-2, GNU-K2, GAK-PT đo theo chương trình A-B-A hoặc A-B-BA (đo máy AGAT).

Độ chính xác của lưới trọng lực hạng II; M„„ =#+0,10—0,15mGai, độ chính
xác này tương đương với độ chính xác trọng lực hạng III của Việt Nam.

* Lưới trọng lực hạng II (điển trọng lực cơ sở)
Tổng cộng có 11 điểm. Đo trọng lực hạng III cũng sử dụng các máy trọng

lực tương đối như đo trọng lực hạng II. Độ chính xác của lưới trọng lực hạng III
dat Mg = (10.30 mgal

* Đo trọng lực chỉ tiết trên các điểm thuỷ chuẩn hạng IT va hang III
Để tính chuyển hệ thống độ cao về hệ độ cao chuẩn đã tiến hành đo trọng
lực chỉ tiết trên các mốc thuỷ chuẩn hạng II và hạng III. Tổng cộng đã đo 330

điểm trọng lực chỉ tiết với độ chinh x4c M,, =+1,0mGal.

Sử dụng máy trọng lực loại GNU-K2 và GAK-PT để đo. Đo theo chương
trình A - B- C-D...
-M.
Ở đây:

A, M là điểm trọng lực hạng III hoặc trọng lực hạng II.

B, C, D... là các mốc thuỷ chuẩn hạng II và hạng II


NHAN XET CHUNG
Hệ thống trọng lực ở Việt Nam hiện nay với mật độ trên đất liền trung bình

là 10 km2/điểm (khoảng cách giữa các điểm trung bình là 3km) và trên biển
khoảng 40km?/điểm. Tuy vậy, mật độ trên là rất không đồng đều;

Ở đất liên, vùng đồng bằng mật độ 2 - 4km”/điểm, vùng núi cao, biên giới
tới 30km?/điểm, thậm chí 60- 80 km”/điểm. Ở trên biển mật độ rất không
đồng đều, các điểm trọng lực hầu hết được đo tâp trung theo tuyến vì vậy có
nhiều khu vực bỏ trống chưa có giá trị đo trọng lực chỉ tiết;
Độ chính xác của dị thường trọng lực chưa cao, độ chính xác dị thường

trọng lực đạt +I,0mGai —2,0mGal trên đất liên và 5- 6mGai ở trên biển. Độ
chính xác nội suy cho đất liên đạt trung bình +3,5zGa/ và ở trên biển đạt

khoảng [l6-10mGai. Độ chính xác giá trị trọng
m, = +0,05mGal (Tính cả sai số điểm gốc Moskva);

lực

tuyệt đối

đạt

Các dữ liệu trọng lực ở Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào có rất ít, chỉ có

khoảng gần 4000 điểm trọng lực đo dọc theo các đường thuỷ chuẩn hạng II
và hạng II ở Lào, còn ở Campuchia chưa có giá trị trọng lực đo trực tiếp
nào. Độ chính xác của các giá trị dị thường trọng lực ở Lào khơng cao. Các
điểm trọng lực chỉ tiết có độ chính xác của dị thường trong lực +1,0mGai
tương đương với độ chính xác trọng lực ở Việt Nam.

KẾT LUẬN
Với các đữ liệu trọng lực trên có thể sử dụng làm cơ sở để tính chuyển hệ độ
cao ở Việt Nam và Lào về hệ độ cao chuẩn;
Các dữ liệu trọng lực hiện có kết hợp với các số liệu trọng lưc tồn câu có
thể xây dựng mơ hình Geoid với độ chính xác vài decimeter phục vụ cho

việc xác định độ cao cho đo vẽ thành lập bản đồ tỷ lệ trung bình và tỷ lệ
nhỏ;
Dữ liệu trọng lực hiện có cịn phục vụ cho thăm đị và tìm kiếm khoáng sản

ở mức độ tổng thể trong cả nước và làm cơ sở cho đo vẽ tăng dầy trọng lực
chỉ tiết ở các khu vực nhỏ;
Mơ hình Geoid trọng

lực xây dựng nhờ các số liệu trọng lực hiện có kết

hợp với các dữ liệu GPS - TC (các điểm GPS§ có đo độ cao thuỷ chuẩn) có

thể xây dựng mơ hình Geoid địa phương với độ chính xác cao đạt tới 10cm 15cm;

Tuy nhiên, để phục vụ cho các đòi hỏi hiện nay hệ thống trọng lực hiện có
cần được xây dựng và hoàn thiện để thỏa mãn các nhiệm vụ sau:


Để phục vụ cho việc thiết lập một hệ thống trọng lực độ chính xác cao

thống nhất và phủ chùm trong cả nước phục vụ việc thiết lập mơ hình Geoid
độ chính xác cao và NC xác định sự thay đổi của trọng lực theo thời gian,
cần xây dựng và hiện đại hoá hệ thống trọng lực nhà nước hiện có. Trên cơ
sở xây dựng hệ thống lưới trọng lực nhà nước hai cấp:

Lưới trọng lực cơ sở: Gôm các điểm trọng lực được xác định giá trị trọng

lực g với độ chính xác tuyệt đối từ 2⁄Ga!~5/KŒaF và tiến hành đo lặp

thường kỳ theo chu kì thời gian 8 năm. Độ chính xác của giá trị trọng lực
tuyệt đối g ở trên không chỉ cho phép xác định sự biến thiên của giá trị
trọng lực, xây dựng trường trọng lực thống nhât độ chính xác cao trong cả
nước mà còn cho phép xác định được cả sự chuyển động đứng của vô trái

đất và phục vụ các nghiên cứu về cấu trúc kiến tạo vật chất của vỏ trái đất
về thăm đồ khoáng sản và các ứng dụng trong nghiên cứu về các hiện tượng
tai biến thiên tai như động đất và núi lửa.

Lưới trọng lực hạng ï: Gồm các điểm trọng lực được xây dựng và phân bố

đêu trong cả nước với mật độ từ 10.000 - 12.000km?/điểm. Độ chính xác đạt
Mg = (10.02 mgal. Lưới trọng lực hạng I phục vụ cho thiết lập hệ thống

trọng lực thống nhất độ chính xác cao trong cả nước và là cơ sở để phát triển
các lưới trọng lực hạng thấp.
Xây dựng thống nhất trường trọng lực trong phạm vi nước ta và khu vực sẽ
phục vụ cho các bài toán phục vụ quân sự như dẫn đường cho tên lửa, cho
các đạn pháo tầm xa, cho các nghiên cứu về công nghệ vũ trụ ở nước ta.
Để phục vụ cho việc xây dựng mơ hình
thậm chí đạt độ chính xác lcm cần
thường trọng lực trong các ô chuẩn 3ˆ
x 3km) có độ chính xác I1 - 2 mGal.

Geoid độ
phải xác

x 3° (5km
Như vậy,

chính xác cao cỡ 3 - 5 cm,
định độ chính xác của dị
x 5km) hoặc 2° x 2' (3km
cần phải tăng mật độ các

điểm trọng lực chỉ tiết trung bình từ 2 - 3km”/điểm, đối với khu vực vùng

núi mật độ phải bảo đảm 20 - 25 km”/điểm và tăng độ chính xác của đo
trọng lực chỉ tiết cả về xác định giá trị trọng lực đến độ chính xác xác định

tọa độ, độ cao các điểm trọng lực chỉ tiết.


BAO CAO 2
BAO CAO KET QUA BO NOI TRONG LUC
1. LOI NOI DAU
Căn cứ theo các hợp đồng số 31/05 ký ngày 16.04.2005 và hợp đồng số
32/05 ký ngày 30.05.2005 về hợp tác giữa ông Lê Minh (bên A) - chủ nhiệm để
tài hợp tác nghiên cứu khoa học “Phối hợp nghiên cứu xây dựng và hoàn thiện
Hệ thống Trọng lực phục vụ quản lý lãnh thổ và khai thác tài nguyên thiên
nhiên, bảo vệ môi trường ở Việt Nam” và Xi nghiệp Trắc địa ảnh Matxcơva

huân chương lao động cờ đỏ FGUPMAGP thuộc Cơ quan Trắc địa và Bản đỗ
Liên bang Nga, trong khoảng thời gian từ tháng 10/2005 đến tháng 12/2005 đã

tiến hành nghiên cứu khoa học đo nối 4 điểm trọng lực tại Hà Nội, thành phố Hồ
Chí Minh, Đà Nẵng và Nha Trang.

Để thực hiện hợp đồng, cả hai phía Nga và Việt Nam đã tổ chức nhóm
chuyên gia và tiễn hành đo trọng lực tại 4 điểm trên bằng máy đo trọng lực rơi
tự đo laser GBL của Nga phối hợp với các máy đo trọng lực mặt đất khoảng làm

việc hẹp GNU để xác định gradient đứng của lực trọng trường.


2. ĐO TRỌNG LỰC BẰNG MÁY ĐO TRỌNG LỰC ROI TY DO
LASER GBL

Hợp đồng thực hiện đo nối trọng lực bằng máy đo trọng lực rơi tự do laser
GBL

(Gravimeter Ballistic Laser) do FGUPMAGP

ctia Nga cung cấp. Máy

GBL được dùng để đo độ chính xác cao giá trị tuyệt đối của gia tốc lực trọng
trường trên các điểm trọng lực của mạng lưới cơ sở quốc gia cũng như trên các

điểm của mạng lưới trọng lực hạng 1 và các điểm của các pôlygon địa động lực.
Tổ hợp máy đo trọng lực giao thoa laser GBL gồm các bộ phận sau đây
(xem hình 1):
- Khối rơi tự do với chân máy;

- Máy bơm hơi đầu và máy bơm phun tạo chân không:
- Máy đo giao thoa;

- Khối nguồn của laser;

- Khối tính tốn điện tử,
- Máy tính;

- Bộ chuẩn tần số;
- May đo chân không VIT-2;
- Khối kiểm tra chiều đài bước song laser;
- Dao động ký.
Trọng

lượng chung

của thiết bị khoảng

khoảng 400kg (cả bì).

10

250kg (trọng lượng tịnh) và


Hình 1: Cấu tạo khối rơi tự do và máy đo giao thoa

Các tính năng kỹ thuật của GBL:

- Khoảng đo thực tế không hạn chế;

- Kết quá đo được đưa ra máy vi tính và đưa ra máy in;

- Sự khơng ổn định chiều đài bước sóng laser do thiết bị laser i-ốt kiểm
sốt - khơng vượt q 5x10;

- Sai số tương đối của tần số chuẩn — không vượt q 1x10”,
- Áp suất của khí cịn lại bên trong buồng chân không - nhỏ hơn 5x10
MM thủy ngân;

- Số lượng kết quá đo các khoảng đường đi và thời gian trong một lần rơi

của vật thể rơi tự do thay đối bằng chương trình từ 150 đến 600;
- Thời gian một chu kỳ đo trong một lần rơi của vật thể rơi tự do - 10+5s;

- Nguồn

điện của thiết bị: mạng

lưới điện xoay chiều 380 V

+10%(50+0,5) Hz;

- Công suất cần thiết khoảng 2KV;

- Thiết bị có thế đặt trên phiến bê tơng kích thước 100*100 cm;
11


- Khi thực hiện quy trình làm việc và các nguyên tắc đo của Quy phạm,

sai số trung phương giá trị tuyệt đối của gia tốc lực trọng trường được quy chiếu
vào gốc tọa độ tính quãng đường của vật thể rơi tự do không vượt quá 8x10
m/s? (8ugal);

- Máy GBL cần được sử dụng trong các phịng kín dưới các điều kiện khí

hậu chuẩn: nhiệt độ mơi trường xung quanh +10 - +30°C, độ âm tương đối đến
85% dưới nhiệt độ 20°C và áp suất khí quyển từ 75 đến 104 Kpa (từ 560 đến
780 mM thủy ngân).

Nguyên tắc làm việc của GBL:
Nguyên tắc làm việc của GBL là đo các khoảng thời gian mà vật thể rơi tự
do đi qua các quãng đường cho trước (phương pháp đo không đối xứng).

Các quãng đường mà vật thể rơi tự do đi qua nhờ máy giao thoa laser tạo

ra. Độ đo quãng đường là chiều đài sóng laser được kiểm soát bởi laser i-ốt. Độ
đo các khoáng thời gian là các tín hiệu của chuẩn tần số hồng ngọc.

12


3. TINH TOAN GIA TOC LUC TRONG TRUONG
Các kết quả đo bằng máy GBL nhận được từ nhiều kết quả xác định
khoảng thời gian T; mà trong các khoảng đó vật thể rơi tự do đi qua các quãng
đường S¡.

Các khoảng T¡ và S; được tính từ một thời điểm i=1,2,3...N. Số lượng các
kết quả xác định N có thể thay đổi bằng lập trình từ 150 đến 600 tùy thuộc vào
loại thiết bị. Giá trị của gia tốc lực trọng trường g được tính bằng phương pháp
bình phương tối thiểu và phép xấp xi tốt nhất đối với các đặc trưng của quỹ đạo

lý tưởng của vật thể rơi tự do. Tất cả các giá trị S; được trừ đi ảnh hưởng đã biết
của gradient đứng của gia tốc lực trọng trường:

8= 81+ rH +Ag, + Ags + Aga + Agn + Agne + Agr +Agx+ Agn + Agrp

Gia tốc lực trong trường gị, tương ứng với vị trí trên cùng của vat thé rơi
tự do được tính theo công thức sau đây:

Giá trị g¡ nhận được theo gradient đứng y đã biết được quy chiếu và mức

của phiến bê tông, H - khoảng cách từ tâm quang học của vật thé rơi tự do ở vị
trí trên cùng khởi đầu của nó đến mức của tâm mốc. Có thể thực hiện quy chiếu

lên các mức khác nhau tương ứng với khoảng cách H.

Số cải chính do sự hữu hạn của tốc độ truyền sóng (sự giảm chiều dài
bước sóng) do hiệu ứng Doppler Ag, được máy tính tự động đưa vào kết quả do
và được tính theo cơng thức:

Ag. =- 3g (Vị + 0,5giTn)/C
13


Số cải chính do sự thay đổi chiều dài bước sóng laser Ag; (hiệu chỉnh
chiều dài bước sóng trên máy tính) được tính theo các dữ liệu so sánh của laser
i-6t được đưa vào thời điểm đo trung bình nhờ phép nội suy tuyến tính theo thời
gian thay đổi chiều dài bước sóng laser.

Số cải chính Ag„ tính đến ảnh hưởng của khí quyền được tính theo cơng
thức:

Ag, = K( B, - By ) pgal,
Trong đó: B„ — giá trị của áp suất khí quyển chuẩn đối với điểm đã cho,
tính bằng mm thủy ngân;

B, - đại lượng trung bình của áp suất khí quyển tại điểm trong thời gian
của loạt đo đã cho, tính bằng mm thủy ngân;

K = 0,4 gai trên mm thủy ngân.

Nếu B, và B„ được biểu diễn trong mbar, thì hệ số K bằng 0,3 (do MAT
dé xudt nam 1983, muc Ne 9).
Ap suất chuẩn B„ xác định theo công thức:

B, = 760,00 (288.15 - 6,5H)*”° mm thủy ngân,

288,15
Trong đó, H là độ cao của điểm đo so với mặt nước biên, đơn vị km.

Số cải chinh Ag,, tinh đến ảnh hưởng của sức cản của khơng khí cịn lại
trong ống rơi tự đo được tính theo cơng thức:
Ag, = + œB 10 ngai,

Trong đó, B là áp suất còn lại trong ống được xác định theo máy đo chân
khơng và có đơn vị là mm thủy ngân;

Hệ số œ xác định bằng thực nghiệm đối với các thiết bị dạng GBL và
bang + 3,5 gal trên 1x10 mm thủy ngân.

Số cải chính do ảnh hưởng triều của Mặt trăng và Mặt trời Ag„, chuyển
giá trị đo gia tốc lực trọng trường về mức thế nhiễu.
Số cải chính Honcasalo Ag„ được tính theo cơng thức:

Ag, = 0,03057 Ky (1-3 sin? @) ngai,

14


Trong đó, Ky là hệ số ảnh hưởng đàn hồi của Quả đất và bằng 1,200 đối
với Việt Nam;

ọ - vĩ độ của điểm quan sắt.
Số cải chính Ag, đo quy chiếu giá trị đo của gia tốc lực trọng trường về
tâm mốc trọng lực được xác định theo các dữ liệu đo trên phiển bê tông của

điểm nhờ các máy đo trọng lực tĩnh.

Số cải chính do chuyển động của cực Quả đất Ag„ tính theo cơng thức:
Agn = - 3900 sin 2¢ (mj, cos A - m2 sin A) pgal,

ở đây m =p

x

—

Hu

m=

x
p; x, y—cdc toa dé cla Cuc cé don vi gidy

cung;

va A - vi độ và kinh độ của điểm.
Các tham số chuyển động cực được chọn trong Bản tin của Trung tâm đo

lường cơ bản của Cơ quan thời gian và tần số quốc gia của Nga, hoặc từ Bản tin
của Tổ chức dịch vụ quay Quả đất quốc tế. Số cải chính đưa kết quả đo về cực
Quả đất thống nhất.

Số cải chính Ag,, do sự thay đối của độ sâu mực nước ngầm được xác
định theo công thức:

Agrp=T (h - hạ ) Hgai,
Với T là hệ số thực nghiệm có được do đo gia tốc lực trọng trường dưới các mức

nước ngầm khác nhau tại điểm đã cho. Giá trị của hệ số này phụ thuộc vào chất
đất và nằm trong giới hạn 8-17 pgal/m;
h và hạ là các giá trị tương ứng của các độ sâu mực nước ngầm hiện thời
và trung bình nhiều năm so với bề mặt Quả đất.

Giá trị gị được chương trình NEBER tính tốn và đưa vào các số cải
chính cơ bản.

15


4. KET QUA DO GIA TOC LUC TRỌNG TRƯỜNG BẰNG MAY
GBL

Trước khi thực hiện đo gia tốc lực trong trường cần thực hiện công tác

kiểm định:
a) Kiểm tra thân máy bên ngoài và các bộ phận của máy bằng mắt.
b) Kiểm tra sự xoay của GBL tương ứng với mục 9.1.12 của Quy phạm về

phát triển mạng lưới trọng lực độ chính xác cao của Nga năm 2004.
c) Kiểm tra sự ỗn định của chiều dài bước sóng của laser.
Chiều dài bước sóng của laser được xác định khi so sánh nó với bước sóng của
laser i-ốt và sự xác định chiều đài bước sóng của laser được tiến hành trên dao
động ký theo vị trí điểm biến thiên 0. Sự bức xạ của laser làm việc và laser i-ét
được trộn lên bộ thu quang, được khuếch đại và được đưa lên dao động ký. Khi

quét chiều dài của bộ cộng hưởng của laser i-ốt trên màn hình của đao động ký
sẽ quan sát được các điểm biến thiên 0 nảy sinh khi làm trùng tần số của các

laser. Điểm này được quan sát trên nền đồ hình với các cao điểm của công suất
(xem bảng dưới đây). Chiều dài của bước sóng của laser i-ốt tương ứng với mỗi
cao điểm đã được biết nhờ đo lường. Chiểu đài bước sóng của laser làm việc
được xác định trên dao động ký vị trí của điểm biến thiên 0 tương ứng với các

cao điểm cơng suất bằng nội suy tuyến tính.
Cao điểm

fMHz

L

j

473612193.235

0.6329914269

i

473612214.800

0.6329913981

h

473612236.739

0.6329913688

g

473612340.494

0.6329912301

f

473612353.692

0.6329912125

e

473612367.055

0.6329911946

d

473612379.916

0.632991 1774

c

473612497.806

0.6329910199

b

473612505.900

0.6329910090

a

473612514.731

0.06329909972

16


Để xác định sự không ổn định chiều đài bước sóng của laser làm việc tiến

hành khơng ít hơn 10 lần so sánh trong vòng 30 phút và theo sự hội tụ các kết
quả nhận được sự không ổn định tương ứng trong thời gian so sánh (không được

vượt quá 4 10”. Sự kiểm tra chiều dài bước sóng của laser làm việc nhận tử sự

so sánh với laser i-ốt bởi tập hợp khơng ít hơn 20 lần so sánh được phân chia bởi
sự tắt laser được phân bố đều trong khoảng thời gian khơng ít hơn 1 tháng. Sai
số tái kiểm tra chiều dài bước sóng khơng vượt q 5 10° trong thời gian so
sánh.

đ) Kiểm tra hệ thống chân không bao gồm các bơm phun và tạo chân

không, các van và các ống dẫn nước. Hệ thống chân khơng của máy GBL cần
đảm bảo hút khơng khí từ ống chân không của khối rơi tự do đến áp suất còn lại

nhỏ hơn 5x10 mm thủy ngân trong thời gian nhỏ hơn 12 tiếng. Tốc độ truyền
vào của không khí cần nhỏ hơn 1x10 mm thủy ngân trong 10s.
e) Kiểm tra sự chống rung. Thực hiện 3 lần đo gia tốc lực trọng trường

với sự chống rung. Sai số trung phương đo gia tốc lực trọng trường được thực

hiện với sự bảo vệ rung và khơng có sự chống rung cần khác nhau hơn 4 lần..
f) Kiểm tra sai số tương đối của chuẩn tần số (< 1x1019,

g) Xác định hệ số œ thực nghiệm dựa trên biểu thức:

g= gi + OB;

với g là giá trị của gia tốc lực trọng trường dưới B = 0;

gi — gid tri gia téc luc trọng trường được hiệu chỉnh bởi tất cả các số cải chính,

ngoại trừ số cải chính do áp suất cịn lại bên trong buồng khí áp;
B — 4p suất còn lại trong buồng.
h) Xác định sai số máy của việc đo gia tốc lực trọng trường thực hiện trên
điểm trọng lực cơ sở khơng ít hơn 15 loạt đo. Giá trị trung bình trọng số nhận

được của gia tốc lực trọng trường không được chênh hơn 50 ugal so với giá tri

đã biết từ trước trên điểm đo.
Kết quả 6 phép đo gradient đứng và 5 phép đo tuyệt đối gia tốc lực trọng
trường tại các điểm trọng lực của Việt Nam bằng máy GBL như sau:
17


1. Điểm Láng (Hà Nội)

G=978659,1084 mgai

m„a=+0,0034 mgai

Ag grad. thang dimg=0,3252mgal/m+0,0023
2, Điểm Điện Biên

G=978502,3470 mgal

myec=+0,0035 mgal

Ag grad. thẳng đứng=0,3132mgal/w+0,0024
3. Điểm Đà Nẵng

G=978403,5695 mgal

m,.,=+0,0054 mgal

Ag grad. thắng đứng=0,3110mgal/w+0,0022
4. Điểm Hồ Chí Minh

G=978214,7472 mgal

m;¿=+0,0052 mgal

Ag grad. thing dimg=0,3246mgal/m-t0,0023
5. Điểm Nha Trang

G=978245,1529 mgal

Mgec=+0,0187 mgal

Ag grad. thăng đứng=0,3272mgal/w+0,0016
6. Điểm Nha Trang II

Ag grad. thắng đứng=0,3057mgal/w+0,0019

Gradient đứng được thực hiện bằng các máy đo trong luc GNU-KV.

18