Tin tức

KHẢO SÁT Ở VÙNG ĐẤT CỦA LỬA VÀ BĂNG - P1

11/01/2022 GeoLink Thu Giang 0 Nhận xét

(English below)
Việc triển khai các kho dữ liệu trắc địa ở Iceland: Một hành trình đầy thử thách

Các nhà trắc địa và khảo sát ở Iceland phải đối mặt với những thách thức đáng kể do tác động biến dạng của động đất, núi lửa phun trào và sông băng trên mạng lưới trắc địa. Bài viết này cung cấp thông tin chi tiết về tác động của tình hình năng động này đối với các cơ sở dữ liệu trắc địa của quốc gia trong những thập kỷ qua.

Iceland nằm ở ranh giới của các mảng kiến ​​tạo Á-Âu và Bắc Mỹ, chúng đang trôi dạt ra xa nhau với tốc độ khoảng 10mm / năm. Các ranh giới mảng tương tác với một đám mây lớp phủ nằm sâu hiện đang nằm dưới sông băng Vatnajökull. Điều này tạo ra một mô hình phức tạp về rạn nứt và biến đổi các đới đứt gãy là ước mơ của mọi nhà địa vật lý và địa chất học, nhưng lại là một thách thức khá lớn đối với các nhà trắc địa và khảo sát. Do kiến ​​tạo mảng, các mạng lưới trắc địa liên tục biến dạng với tốc độ tương tự như móng tay của con người phát triển. Động đất và núi lửa phun trào có thể gây ra biến dạng đột ngột và nghiêm trọng, trong một số trường hợp có thể lên đến vài mét. Điều này thường xảy ra cục bộ nhưng đôi khi có thể ảnh hưởng đến các khu vực lớn hơn, tùy thuộc vào tính chất và mức độ của sự kiện. Những thay đổi hiện tại của khí hậu cũng đang ảnh hưởng đến các mạng lưới trắc địa; Các sông băng của Iceland đã tan chảy đáng kể trong những thập kỷ qua, không chỉ khiến đất đai dâng cao và do đó biến dạng dọc mà còn có một số biến dạng ngang. Ngoài ra, có một số dấu hiệu của sự biến dạng nhân tạo cục bộ, chủ yếu là sụt lún đất do sử dụng năng lượng địa nhiệt.

ISN93
Mạng lưới trắc địa dựa trên GPS hiện đại đầu tiên ở Iceland, ISNET93, được đo vào năm 1993 và hệ thống tọa độ / dữ liệu mới có tên ISN93 được xuất bản vào năm 1997. Nó thay thế hệ thống dữ liệu Hjörsey55 đã lỗi thời. Trong những năm tiếp theo, một số cuộc khảo sát GPS đã được thực hiện để tăng cường mật độ mạng và kết nối nó với Hjörsey55 cũ và các hệ thống địa phương khác. Khi làm việc ở các khu vực gần và gần ranh giới mảng, người ta sớm thấy rõ rằng các biến dạng của lớp vỏ do kiến ​​tạo mảng đang gây ra các vấn đề. Không thể đạt được kết quả điều chỉnh mạng hài lòng khi giữ cố định các điểm ISN93 ở cả hai phía của ranh giới mảng. Ngoài ra, hai trận động đất có cường độ 6,5 độ Richter đã xảy ra ở miền nam Iceland vào mùa hè năm 2000. Vì điều này không nằm ngoài dự đoán, nên nó được đưa vào quy định của ISN93 rằng mạng lưới trắc địa phải được đo - và một hệ thống tọa độ / số liệu mới nên được công bố - tại ít nhất mười năm một lần.


ISN2004 và các vấn đề khi triển khai dữ liệu mới
Mạng lưới trắc địa được đo đạc lần thứ hai vào năm 2004. Kết quả cho thấy rõ sự biến dạng tại các ranh giới mảng. Nó cũng cho thấy ảnh hưởng của các trận động đất vào năm 2000 và các biến dạng thẳng đứng do sự tan chảy của các sông băng. Điều đáng chú ý là theo Khung tham chiếu trên cạn quốc tế (ITRF), Iceland đang di chuyển về phía bắc với tốc độ khoảng 2cm / năm, với mảng Bắc Mỹ di chuyển với tốc độ cao hơn một chút. Chuyển động này thường được trừ khi phân tích độ biến dạng.


Hình 1: Biến dạng ngang của mạng ISNET từ năm 1993 đến năm 2004. Các đa giác màu xám cho thấy các vùng rạn nứt ở Iceland và màu đỏ / hồng cho thấy các núi lửa và miệng núi lửa trung tâm. Các chấm đen biểu thị các vùng đứt gãy đang đè nén.
Không áp dụng được ISN2004 dữ liệu mới. Nhiều người dùng chỉ mới sử dụng ISN93 và rất ngại thay đổi sang ISN2004. Hầu hết dữ liệu GIS không phản ánh chính xác sự biến dạng giữa ISN93 và ISN2004. Việc phát triển các phép biến đổi lưới và đưa chúng vào phần mềm GIS cũng mất một thời gian. Hơn nữa, một số người dùng lập luận rằng vào thời điểm họ đã thông qua dữ liệu mới, NLSI sẽ được thiết lập để xuất bản một dữ liệu mới khác, vì vậy họ muốn chờ đợi dữ liệu đó. Do đó, dữ liệu ISN2004 hầu như không được sử dụng, mặc dù nó là dữ liệu chính thức của Iceland. Nhưng điều này không thay đổi thực tế là ISN93 đang biến dạng - thường từ từ và đôi khi đột ngột. Do đó, kết quả khảo sát tại các khu vực bị biến dạng phụ thuộc vào các điểm chuẩn được sử dụng làm tài liệu tham khảo. Việc chạy một dịch vụ hiệu chỉnh RTK hiện đại trên toàn quốc cũng rất phức tạp trong một hệ tọa độ tĩnh nhưng biến dạng liên tục.


Do đó, rõ ràng là mức dữ liệu tiếp theo sẽ phải giải quyết sự biến dạng để kéo dài tuổi thọ của nó và đảm bảo nó không bị lỗi thời vào thời điểm cuối cùng nó được mọi người chấp nhận. Các chuyên gia từ Cơ quan Khảo sát Đất đai Quốc gia Iceland (NLSI) đã thảo luận vấn đề này với các đồng nghiệp từ New Zealand, những người đang giải quyết một vấn đề tương tự về biến dạng lớp vỏ. Một đồng nghiệp nói với họ: "Người dùng muốn có tọa độ chính xác, nhưng họ không muốn chúng thay đổi". Để giải quyết tình trạng khó khăn này, NZGD2000 đã được giới thiệu ở New Zealand dưới dạng dữ liệu bán động. Định nghĩa dữ liệu được giữ cố định tại một thời điểm nhất định trong ITRF. Mô hình vận tốc được sử dụng để tính toán các chuyển động cụ thể và các bản vá lỗi được sử dụng để điều chỉnh biến dạng động đất. 

Lợi ích chính của cách tiếp cận này là nó có thể được coi như một dữ liệu tĩnh trong nhiều trường hợp và ứng dụng, nhưng sự biến dạng cũng có thể được tính đến khi cần thiết. Một lựa chọn khác là có mức dữ liệu động hoàn toàn trong một hệ quy chiếu toàn cục ấn định vận tốc cho mọi tọa độ.


Hình 2: Biến dạng ngang của mạng ISNET từ năm 2004 đến năm 2016.
ISN2016: một cách tiếp cận năng động
Điều này đã được cân nhắc khi lập kế hoạch đo đạc thứ ba của mạng lưới trắc địa, được thực hiện vào năm 2016 và giới thiệu hệ tọa độ tiếp theo cho Iceland. Đúng như dự đoán, so sánh với các chiến dịch ISNET trước đây cho thấy những biến dạng do kiến ​​tạo mảng và ảnh hưởng từ các sự kiện địa vật lý chính trong giai đoạn từ 2004-2016. Một trận động đất ở phía nam Iceland vào năm 2008 đã gây ra biến dạng hơn 0,45cm giữa các thị trấn Hveragerði và Selfoss, chỉ cách nhau 15 km. Ảnh hưởng của vụ phun trào ở Holuhraun, phía bắc sông băng Vatnajökull, trong năm 2014-2015 cũng rất rõ ràng - không chỉ ở Kverkfjöll, nơi dịch chuyển về phía đông là 0,654m so với 0,079m trong giai đoạn 1993-2004, mà còn ở tất cả các điểm xung quanh. Các bước nhảy có thể nhìn thấy trong chuỗi thời gian GNSS cách xa địa điểm phun trào hơn 150 km.

Kết quả thú vị nhất là những thay đổi theo chiều dọc. Có một số dấu hiệu từ chuỗi thời gian cGNSS ở miền trung Iceland về sự gia tốc trong quá trình bồi đắp đất sau năm 2004, và so sánh xác nhận điều này cả ở miền trung Iceland và dọc theo bờ biển đông nam. Ở khu vực phía nam Vatnajökull, lượng đất nâng lên được quan sát là khoảng 30cm từ năm 2004-2016 so với chỉ khoảng 10cm trong giai đoạn 1993-2004.


Hình 3: Biến dạng dọc của mạng ISNET từ năm 1993 đến năm 2004.

------

SURVEYING IN THE LAND OF FIRE AND ICE - P1 
The Implementation of Geodetic Datums in Iceland: A Challenging Journey

Geodesists and surveyors in Iceland face considerable challenges due to the deformation effects of earthquakes, volcanic eruptions and glaciers on the geodetic networks. This article provides insight into the impact of this dynamic situation on the country’s geodetic datums over the past decades.

Iceland is situated at the boundaries of the Eurasian and North American tectonic plates, which are drifting apart at a rate of around 10mm/year. The plate boundaries interact with a deep-seated mantle plume currently situated under the Vatnajökull glacier. This creates a complicated pattern of rift and transform fault zones which is every geophysicist’s and geologist’s dream, but quite a challenge for geodesists and surveyors. Due to the plate tectonics, the geodetic networks are constantly deforming at a similar speed as human nails grow. Earthquakes and volcanic eruptions can cause sudden and serious deformation, in some cases by up to several metres. This usually occurs locally but can sometimes affect larger areas, depending on the nature and the magnitude of the event. The current changes in the climate are also affecting the geodetic networks; Iceland’s glaciers have been melting considerably over the last decades, not only causing the land to rise and therefore vertical deformation, but also some horizontal deformation. Additionally, there are some signs of local man-made deformation, mainly land subsidence due to utilization of geothermal power.

ISN93
The first modern GPS-based geodetic network in Iceland, ISNET93, was measured in 1993 and a new coordinate system/datum called ISN93 was published in 1997. It replaced the obsolete Hjörsey55 datum. In the subsequent years, several GPS surveys were carried out to densify the network and to connect it with the old Hjörsey55 and other local systems. When working in areas at and close to the plate boundaries, it soon became evident that crustal deformations due to plate tectonics were causing problems. It was not possible to achieve a satisfactory network adjustment result when keeping ISN93 points fixed on both sides of the plate boundaries. Additionally, two earthquakes of magnitude 6.5 occurred in south Iceland in the summer of 2000. Since this was not unexpected, it was incorporated in the ISN93 regulations that the geodetic network should be measured – and a new coordinate system/datum should be published – at least every ten years.


ISN2004 and problems with implementing a new datum
The geodetic network was measured for the second time in 2004. The results clearly showed the deformation at the plate boundaries. It also showed the effect of the earthquakes in 2000 and the vertical deformations caused by the melting of the glaciers. It is worth noting that according to the International Terrestrial Reference Frame (ITRF), Iceland is moving northwards at around 2cm/year, with the North American plate moving at a slightly higher rate. This movement is usually subtracted when analysing the deformation.


Figure 1: Horizontal deformation of the ISNET network between 1993 and 2004. The grey polygons show the rift zones in Iceland, and red/pink indicates central volcanoes and calderas. The black dots indicate repressing fracture zones.
Adoption of the new datum ISN2004 failed. Many users had only just adopted ISN93 and were very reluctant to change over to ISN2004. Most GIS data did not accurately reflect the deformation between ISN93 and ISN2004. Developing grid transformations and getting them into GIS software also took some time. Moreover, some users argued that by the time they had adopted the new datum the NLSI would be set to publish another new one, so they preferred to wait for that one. Therefore, the ISN2004 datum is hardly ever used, even though it is the official datum of Iceland. But this does not change the fact that ISN93 is deforming – usually slowly and sometimes suddenly. As a result, survey results in the deformed areas are dependent on the benchmarks that are used as a reference. It is also complex to run a modern nationwide RTK-correction service in a constantly deforming but static coordinate system.


Therefore, it was clear that the next datum would have to address the deformation in order to extend its lifetime and ensure it was not obsolete by the time it was finally adopted by everyone. Experts from the National Land Survey of Iceland (NLSI) discussed this problem with colleagues from New Zealand who are dealing with a similar problem in terms of crustal deformation. One colleague told them: “The users want to have accurate coordinates, but they don’t want them to change”. To solve this predicament, NZGD2000 has been introduced in New Zealand as a semi-dynamic datum. The datum definition is kept frozen at a certain epoch in the ITRF. A velocity model is used to account for secular motions and patches are used to correct for earthquake deformation. The main benefit of this approach is that it can be treated as a static datum in many cases and applications, but the deformation can also be taken into account when needed. Another option would be to have fully dynamic datum in a global reference frame assigning velocities to every coordinate.


Figure 2: Horizontal deformation of the ISNET network between 2004 and 2016.
ISN2016: a dynamic approach
This was taken into consideration when planning the third measurement of the geodetic network, which was performed in 2016, and introducing the next coordinate system for Iceland. As expected, comparison with previous ISNET campaigns showed deformations due to plate tectonics and effects from the main geophysical events in the period from 2004-2016. An earthquake in south Iceland in 2008 caused more than 0.45cm deformation between the towns of Hveragerði and Selfoss, which are just 15km away from one another. The effect of the eruption in Holuhraun, north of the Vatnajökull glacier, in 2014-2015 was also very clear – not only in Kverkfjöll, where the eastward movement was 0.654m compared to 0.079m in the period from 1993-2004, but also in all the surrounding points. Jumps are visible in GNSS time series more than 150km away from the eruption site.

The most interesting results were the vertical changes. There were some indications from cGNSS time series in central Iceland of acceleration in the land uplift after 2004, and the comparison confirmed this both in central Iceland and along the southeastern coast. In the area south of Vatnajökull, the observed land uplift was around 30cm from 2004-2016 compared with only around 10cm between 1993 and 2004.


Figure 3: Vertical deformation of the ISNET network between 1993 and 2004.

Geolink tổng hợp từ Gim-international

Bình luận

VIẾT BÌNH LUẬN CỦA BẠN:

popup

Số lượng:

Tổng tiền: