Ứng dụng đo cao vệ tinh nghiên cứu cấu trúc Địa chất và các đặc trưng hải dương học khu vực quần đảo Hoàng Sa và lân cận

Quần đảo Hoàng Sa thuộc chủ quyền của Việt Nam, có vị trí chiến lược đặc biệt, được thể hiện trên tất cả các mặt kinh tế, chính trị, chủ quyền và an ninh quốc phòng. Tuy nhiên Quần đảo này của chúng ta hiện đang bị Trung Quốc chiếm đóng trái phép từ năm 1974. Vì lẽ đó, công tác điều tra khảo sát thực địa, đo trực tiếp bằng tàu trên biển của chúng ta trong khu vực Quần đảo cho đến thời điểm hiện tại còn rất hạn chế. Mặc dù đã trải qua nhiều năm nghiên cứu nhưng ở đây vẫn còn rất nhiều nơi mà cấu trúc địa chất, các đặc trưng hải dương học chỉ mới được biết đến rất ít, hoặc mới ở mức độ rất sơ lược. Những hạn chế này được gây bởi do sự thiếu vắng số liệu khảo sát trực tiếp trên biển, đặc biệt là do sự cản trở của nước đang chiếm giữ trái phép Quần đảo này.

Trong những năm gần đây, công nghệ đo cao vệ tinh đã phát triển, có khả năng cung cấp số liệu và nâng cao tính khả thi nghiên cứu biển ở bất kỳ đại dương nào, số liệu đo đạc này luôn được cập nhật thường xuyên. Đo cao vệ tinh đặc biệt có ý nghĩa đối với những khu vực biển sâu, biển xa, những vùng biển thường xảy ra xung đột nhạy cảm giữa các nước trong khu vực, mà ở đó mức độ khảo sát còn thưa thớt hoặc chưa thể khảo sát bằng tàu theo cách truyền thống. Có thể nói, với nghiên cứu biển ở thời điểm hiện tại, đo cao vệ tinh là hướng ứng dụng duy nhất không chỉ cung cấp nguồn số liệu có độ chính xác tin cậy, có độ phân giải đồng nhất mà còn có thể chấp nhận được cả về mặt thời gian, không gian và giá cả (nói riêng với khu vực quần đảo Hoàng Sa).

Độ chính xác của số liệu đo cao vệ tinh phụ thuộc vào nhiều yếu tố như trạng thái tự nhiên của các đại dương và quan hệ không gian của chúng với các lục địa. Ngoài ra nó cũng còn phụ thuộc nhiều vào số lượng và chất lượng của số liệu đo trực tiếp. Xuất phát từ thực tiễn đó, Cơ quan chủ trì Viện Địa chất và Địa vật lý biển cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài TS. Trần Tuấn Dũng thực nghiện nghiên cứu “Ứng dụng đo cao vệ tinh nghiên cứu cấu trúc Địa chất và các đặc trưng hải dương học khu vực quần đảo Hoàng Sa và lân cận” với mục tiêu: Ứng dụng đo cao vệ tinh bổ sung số lượng, nâng cao tính đồng bộ và độ chính xác cho nguồn số liệu địa chất-địa vật lý và hải dương học trên khu vực quần đảo Hoàng Sa và lân cận; Làm sáng tỏ các yếu tố cấu trúc địa chất (cấu trúc tầng trầm tích, hệ thống đứt gãy, vùng triển vọng khoáng sản dầu khí) khu vực nghiên cứu bằng nguồn số liệu đo cao vệ tinh và khảo sát trực tiếp bằng tàu trên biển; Chi tiết hóa các đặc trưng hải dương học (trường dòng chảy, trường sóng và dao động mực nước biển…) khu vực nghiên cứu bằng nguồn số liệu đo cao vệ tinh và khảo sát trực tiếp bằng tàu trên biển.

Khu vực nghiên cứu nằm ở phía Đông Bắc thềm lục địa miền Trung Việt Nam, có diện diện tích khoảng 177892 km² 00’00”-°nằm trong phạm vi từ 15 00’00” Kinh Đông. Khu vực quần đảo °00’00” - 114°00’00” Vĩ Bắc; 109°18 Hoàng Sa, nói riêng, nằm ở phía Đông Bắc thềm lục địa miền Trung Việt Nam, cách Đà Nẵng 350 km về phía Đông. Hoàng Sa là đơn vị hành chính cấp huyện trực thuộc thành phố Đà Nẵng, Việt Nam. Quần đảo có hơn 37 đảo, bãi san hô và mỏm đá ngầm, và được chia làm hai nhóm đảo là nhóm đảo An Vĩnh và nhóm đảo Lưỡi Liềm.

Từ khi công nghệ đo cao vệ tinh xuất hiện, nhiều công trình nghiên cứu đã không ngừng hoàn thiện, nâng cao độ chính xác, độ phân giải của số liệu thu được. Các nhà khoa học trên thế giới tập hợp, xử lý toàn bộ số liệu đo cao vệ tinh qua nhiều năm và đã xây dựng được một mạng lưới số liệu 1’x1’ cho các đại dương, tuy nhiên mức độ chi tiết và chính xác thì phụ thuộc vào số liệu thành tàu ở các khu vực cụ thể. Đối với khoa học biển, số liệu đo cao vệ tinh được ứng dụng nhiều trong xác định các trường địa vật lý, trong nghiên cứu kiến tạo mảng, xác định độ sâu đáy biển, cấu trúc địa chất, hệ thống núi lửa ngầm, tìm kiếm thăm dò khoáng sản dầu khí.

Tại Việt Nam, các dự án xây dựng các trạm vệ tinh của riêng Việt Nam phục vụ nghiên cứu khoa học cũng đã và đang được xây dựng và thực hiện tại Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Việc áp dụng các phương pháp xử lý số liệu vệ tinh hiện đại phục vụ công tác nghiên cứu hải dương học tại các vùng biển nằm xa đất liền sẽ rất hiệu quả và tiết kiệm chi phí điều tra khảo sát thực tế. Việc sử dụng nguồn số liệu này để nghiên cứu trường dòng chảy trên Biển Đông cũng đã được một số tác giả nước ngoài thực hiện như Ping-Tung Shaw và nnk (1999), Chung-Ru Ho và nnk (2000), Akihiko Morimoto và nnk (2000).

Ở Việt Nam, ứng dụng dữ liệu đo cao vệ tinh trong nghiên cứu biển cũng đã được thực hiện trong năm gần đây. Bùi Công Quế, Trần Tuấn Dũng và nnk., 2008 sử dụng dị thường trọng lực vệ tinh kết hợp với dị thường trọng lực thành tàu (được đo bằng tàu Gagarinsky và Atlante) đã xây dựng được một mạng lưới dị thường trọng lực trên khu vực Biển Đông và lân cận, với sai số bình phương trung bình đạt mức 8.5 mGal. Nguyễn Văn Sáng, năm 2012, có công trình nghiên cứu xác định dị thường trọng lực bằng kết hợp số liệu đo cao 10 chu kỳ của vệ tinh ENVISAT và số liệu trọng lực thành tàu hiện có trên Biển Đông, và đạt được mức sai lệch bình phương trung bình là 6mGal.

Cho đến nay, các nghiên cứu về cấu trúc địa chất khu vực quần đảo Hoàng Sa từ nguồn số liệu đo cao vệ tinh của các nhà khoa học trên thế giới nói chung và của Việt Nam nói riêng còn có những vấn đề cần được bổ sung thêm. Các nguồn dữ liệu, số liệu đo cao vệ tinh được tính toán xác định bởi nhiều tổ chức nghiên cứu vũ trụ trên thế giới, tuy nhiên còn có sự chồng chập và tỷ lệ nghiên cứu còn chưa có sự tương đồng. Nhiệm vụ được đặt ra ở đây là khai thác, trao đổi tối đa, hiệu quả nhất các nguồn số liệu đo cao vệ tinh (dạng số, có tọa độ địa lý hệ trắc địa toàn cầu WGS84) từ các trung tâm vũ trụ nghiên cứu biển trên thế giới; Tổng hợp, đối sánh chọn ra nguồn số liệu tích hợp có chất lượng phù hợp nhất đáp ứng các nội dung nghiên cứu của đề tài. Trên cơ sở các nguồn số liệu đó, cùng với các phương pháp hiện đại và công nghệ mới xác định, bổ sung chi tiết các cấu trúc địa chất như móng trầm tích Kainozoi, tham số động hình học hệ thống các đứt gãy, phân vùng dự báo triển vọng dầu khí trên bình đồ cấu trúc khu vực một cách đầy đủ với mức độ tin cậy như mong muốn.

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:

Ứng dụng đo cao vệ tinh là hướng duy nhất có thể bổ sung số lượng, nâng cao tính đồng bộ và độ chính xác cho nguồn số liệu địa chất-địa vật lý và hải dương học trên khu vực quần đảo Hoàng Sa và lân cận. Tuy nhiên, số liệu thu được từ đo cao vệ tinh còn có sai khác so với số liệu đo trực tiếp bằng tàu trên biển, đặc biệt là ở các vùng ven biển và hải đảo, vì vậy cần phải thực hiện các bước hiệu chỉnh tích hợp các nguồn số liệu nói trên.

Dị thường trọng lực vệ tinh được hiệu chỉnh nâng cao độ chính xác và tính đồng bộ bằng áp dụng phương pháp collocation. Sai số bình phương trung bình giữa dị thường trọng lực vệ tinh hiệu chỉnh tích hợp với dị thường trọng lực thành tàu giảm được từ 9.358mGal xuống 2.7037mGal. Kết quả đạt được là một mạng lưới số liệu trọng lực vệ tinh hiệu chỉnh tích hợp với khoảng cách 1' x 1' cho khu vực quần đảo Hoàng Sa và lân cận.

Kết quả mới về cấu trúc móng trầm tích Kainozoi cho phép bổ sung chi tiết và nâng cao độ chính xác của mô hình cấu trúc vỏ Trái đất trên khu vực quần đảo Hoàng Sa và lân cận cả về mặt trị số bề dày, độ sâu và cả về mặt hình thái cấu trúc. Độ sâu móng trầm tích Kainozoi có sự phân dị khá lớn, biến đổi từ 1.4km đến 9.7km. Bề dày trầm tích có sự biến thiên lớn, đạt cực đại trong miền hình thành các trũng Kainozoi và có giá trị trong khoảng từ 0.5km đến 9.6km.

Hệ thống đứt gãy trên khu vực quần đảo Hoàng Sa và lân cận được xác định bằng phương pháp minh giải dị thường trọng lực vệ tinh tích hợp và chia ra ba nhóm chính theo vị trí không gian và xu thế phát triển: 1> hệ đứt gãy phương Kinh tuyến và Á kinh tuyến; 2> hệ đứt gãy phương Đông Bắc-Tây Nam; 3> hệ đứt gãy phương Tây Bắc-Đông Nam. Ngoài ra còn có các đứt gãy nhỏ lẻ nằm xen kẽ trong nhóm các hệ thống đứt gãy chính.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 18027/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

Đ.T.V (NASATI)