Evaluation of the gravimetric map of Lithuanian territory/ Lietuvos teritorijos gravimetrinio zemelapio tikslumo vertinimas.

Birvydiene, Rosita ; Krikstaponis, Boleslovas ; Obuchovski, Romuald 等

1. Ivadas

Sudarant geodezinius tinklus, nustatant geoido ir kvazigeoido forma, sprendziant ivairis geodezinius, geofizinius, nadinguju iskasenu paieskos, navigacijos, metrologijos bei kitus uzdavinius butina informacija apie gravitacijos lauka (Torge 1989; Petroskevicius 1995, 2004). Issamios informacijos apie gravitacijos lauka teikia Bouguer sunkio anomaliju gravimetriniai zemulapiai. Naudojant tokius zemelapius sunkio pagreiciui nustatyti, svarbu zinoti ir kokiu tikslumu gaunamos pagreicio reiksmes.

Lietuvoje ivairiems poreikiams naudojamas 1963-1976 m. isleistas gravimetrinis 1:200 000 mastelio Bouguer anomaliju zemelapis (Petroskevicius 1995, 2004), sudarytas remiantis 1951-1962 m. gravimetriniu matavimu duomenimis. Pagal gravimetriniu kontroliniu matavimu ir pirmosios klases matavimu domenis, gautus 1998-2001 m., buvo bandoma vertinti zemelapio tiksluma (Petroskevicius, Parseliunas 1999; Sas-Uhrynowski et al. 2002), taciau naujai ismatuotu gravimetriniu puktu skaicius (apie 50) buvo per mazas. 2007-2009 m. atlikus naujus gravimetrinius matavimus, sudarant antrosios klases gravimetrini tinkla (Parseliunas et al. 2008; Birvydiene et al. 2009) atsirado naujos galimybes gravimetrini zemelapi ivertinti issamiau.

Darbo tikslas--remiantis naujais gravimetriniais matavimais, atliktais nulines, pirmosios ir antrosios klases punktose (is viso 686 punktai) (Birvydiene et al. 2009; Makinen et al. 1995, 1996; Makinen, Petroskevicius 2003; Petroskevicius, Parseliunas 2003; Parseliunas, Petroskevicius 2007), ivertinti Lietuvos teritorijos gravimetrinio zemelapio tikslumu bei sasaja tarp dabar taikomos sunkio sistemos, pagristos absoliuciaisiais sunkio matavimais (Makinen, Petroskevicius 2003; Parseliunas, Petroskevicius 2007; Petroskevicius et al. 2005), ir anksciau taikytos Potsdamo sunkio sistemos.

2. Gravimetriniai matavimai zemelapiui sudaryti

Lietvos teritorijos 1:200 000 mastelio Bouguer anomaliju zemelapis sudarytas remiantis istisines gravimetrinius nuotraukos duomenimis (per 10 000 punktu). Gravimetrinius matavimus atliko Lietuvos geologijos ir geografijos institutas. Darbams vadovavo S. Blinstrubas ir A. Razinskas (Petroskevicius 1995, 2004; Razinskas 1959). Gravimetrines nuotraukos darbai vykdyti 1954-1959 metais. Gravimetrinius matavimus Lietuvos teritorijoje taip pat atliko gamybines organizacijos: trestas "Glavneftegeofizika" 1951 m. (J. Foksanskij); trestas "Mosneftegeofizika" 1951-1952 m. (G Cutkov); kontora (trestas) "Specgeofizika" 1958-1962 m. (A. Faitelson).

Darant nuotrauka taikyta Potsdamo sunkio sistema. 1952-1962 m. sudarytas ir treciosios klases gravimetrinis tinklas, jugiantis 105 punktus (Petroskevicius 1995). Punktai issideste tolygiai, isskyrus vakarine Lietuvos dali. Matavimai atlikti gravimetrais [GAMMA]AK-3M, [GAMMA]AK-4M, [GAMMA]AK-[PI]T, [GAMMA]AK-7T, Worden. Atliekant matavimus, atraminiais laikyti Nr. 184 (I klase, Vilnius), Nr. 386 (II klase, Panevezys), Nr. 378 (II klase, Ryga), Nr. 384 (II klase, Kaliningradas) gravimetriniai puktai. Taip pat naudoti punktai Daugpilyje ir Lydoje. Sunkio pagreicio nustatymo vidutine kvadratine paklaida nevirsija 0,35 mGal.

Darant gravimetrine nuotrauku sunkio pagreitis matuotas gravimetrais CH-3, [GAMMA]KA, [GAMMA]AK-3M, [GAMMA]AK-4M, [GAMMA]KM. Auksciai nustatyti atliekant geometrini arba barometrini niveliavima bei pagal topografinius zemelapius. Auksciu paklaidos nevirsija 2,5 m. Gravimetrines nuotraukos punktu katalogas neislikes.

3. Bouguer anomaliju zemelapis

Zemelapis sudarytas ir isleistas 1963-1976 m. Zemelapi parenge ir isleido kontora (trestas) "Specgeofizika". Sudarant zemelapi taikyta 1942 m. koordinaciu sistema, Krasovskio elipsoidas bei Baltijos sistemos normaliniai auksciai. Bouguer anomalijoms skaiciuoti taikytas Potsdamo sunkio sistemos sunkis, Helmerto normalusis sunkio laukas bei Zemes plutos tankis [delta] = 2,3g/[cm.sup.3]. Tenka pazymeti, kad Helmerto normaluji sunkio lauka atitinkantis ekvipotencialinis elipsoidas tiksliai nesutampa su koordinatems skaiciuoti taikytu Krasovskio elipsoidu.

Zemelapyje Bouguer anomaliju laukas pavaizduotas izoanomalemis, isvestomis kas 2 mGal. Taip pat pazymeti gravimetriniu matavimu taskai su Boger anomaliju reiksmemis. Bouguer anomaliju vidutines kvadratines paklaidos nevirsija 0,8 mGal.

Bouguer anomalijoms ([g.sub.p] - [[delta].sub.H]).sub.[delta]] skaiciuoti taikyta formule

[[g.sub.p] - [[gamma].sub.H]).sub.[delta]] = [g.sub.P] - [[gamma].sup.0.sub.H] + 0,308 6 H - 0,0419 [delta]H, (1)

cia [g.sub.P]--Potsdamo sistemos sunkio pagreitis, ismatuotas Zemes pavirsiaus taske; [[gamma].sup.0.sub.H]--Helmerto normaliojo sunkio luako pagreitis ekvipotencialinio elipsoido pavirsiuje

[[gamma].sup.0.sub.H] = 978 030 (1 + 0,005 302[sin.sup.2] [B.sub.42] - 0,000 007 [sin.sup.2]2[B.sub.42])mGal, (2)

[B.sub.42]--1942 m. koordinaciu sistemos geodezine platuma;

H--Zemes pavirsiaus tasko normalinis aukstis metrais.

4. Naujojo gravimetrinio tinklo matavimu duomenys

Gravimetrinio zemelapio tikslumui vertinti naudota naujojo gravimetrinio tinklo duomenys. Naujasis gravimetrinis pagrindas Lietuvoje pradetas kurti 1994 m. atlikus absoliuciuosius sunkio pagreicio matavimus trijuose gravimetriniuose punktose--VILNIS, KLAIPEDA ir PANEVEZYS (Makinen et al. 1995, 1996). Tai pirmieji absoliutieji balistiniai matavimai Lietuvoje. Jie buvo pakartoti 2002 m. (Makinen, Petroskevicius 2003). Matavimus atliko Jaakko Makinen (Suomijos geodezijos institutas) balistiniu gravimetru JILAg-5. Matuojant nustatytu absoliuciuju sunkio pagreicio reiksmiu paklaida--5 [micro]Gal. Taigi Lietuvoje itvirtinta nauja sunkio sistema, atitinkanti sistemu IGSN 71.

1998-2001 m. gravimetrais LaCoste and Romberg Lietuvoje sudarytas pirmosios klases gravimetrinis tinklas. Tinklas jungia 49 punktus. 2007-2009 m. pirmosios klases tinklas sutankintas antrosios klases tinklu, atliekant matavimus atomatiniais gravimetrais Scintrex CG-5 (Parseliunas et al. 2008; Birvydiene et al. 2009). Tinklo punktu koordinates nustatytos GPS metodu remiantis nuolat veikianciu LitPOS tinklu (Parseliunas 2008). Normaliniai auksuiai skaiciuoti taikant Lietuvos teritorijos kvazigeoido modeli (Petroskevicius, Parseliunas 1995). Taigi siandien Lietuvos atraminis gravimetinis tinklas jungia 686 punktus, kuriose sunkio pagreicio vidutine kvadratine paklaida nevirsija 9 [micro]Gal (Birvydiene et al. 2009). Siu punktu sunkio pagreicio reiksmes panaudojome gravimetrinio zemelapio tikslumui ivertinti.

5. Zemelapio tikslumo ivertinimas

Gravimetrinio zemelapio tikslumui ivertinti, naujo gravimetrinio tinklo punktams apskaiciuotos 1942 m. sistemos koordinates. Jos naudotos punktu padeciai zemelapyje nustatyti bei sunkio pagreicio reiksmems pagal Bouguer anomalijas skaiciuoti. Bouguer anomaliju reiksmes gravimetrinio tinklo punktuose nustatytos pagal izoanomales interpoliavimo budu. Potsdamo sistemos sunkio pagreciui [g.sub.P] pagal Bouguer anomalijas skaiciuoti taikyta formule (Petroskevicius 2004):

[g.sub.P] = ([g.sub.P] - [[gamma].sub.H] + [[gamma].sup.0.sub.H] - 0,308 6 H, cia ([g.sub.P] - [[gamma].sub.H]) = ([g.sub.P] - [[gamma].sub.H]).sub.[delta]] + 0,0419 [delta]H--misrioji sunkio anomalija laisvajame ore.

Sunkio pagreitis [g.sub.Pz], nustatytas Zemes pavirsiaus taske (normalinis aukstis [H.sub.z]), redukuojamas i taska, kurio normalinis aukstis H, pagal formule (Petroskevicius 2004):

[g.sub.P] = [g.sub.Pz] + dg. (4)

Jeigu [H.sub.z] > H, tai

dg = [[DELTA].sub.[gamma]]H] (h) - 2 * 0419 [delta]h, (5)

cia [[DELTA].sub.[gamma]H] (h)--aukscio Helmerto normaliajame sunkio lauke pataisa:

[MATHEMATICAL EXPRESSION NOT REPRODUCIBLE IN ASCII.] (6)

Apskaiciuota sunkio reiksmiu, nustatytu pagal gravimetrini zemelapi ir ismatuotu gravimetriniuose punktuose, skirtumai. Skirtumu reiksmiu (Parseliunas 2008) kitimo ribos--nuo 10,743 mGal iki 17,755 mGal. Skirtumu, isdestytu didejancia tvarka, grafikas parodytas 1 paveiksle.

[FIGURE 1 OMITTED]

Taikant gravimetriniuose punktose apskaiciuotas skirtumu reiksmes, sudarytas skaitmeninis sunkio pagreiciuo skirtumu modelis, kurio grafine israiska pateikta 2 paveiksle. Jame sunkio pagreicio skirtimai pavaizduoti izolinijomis, isvestomis kas 0,5 mGal.

[FIGURE 2 OMITTED]

Pagal sudarytu skaitmenini sunkio pagreicio skirtumu modeli nustatyta vidutine sunkio skirtumu reiksme--13,930 mGal, t. y. vidutinis skirtumas tarp gravimetriniame zemelapyje taikytos sunkio sistemos ir dabar priimtos sunkio sistemos. Eliminavus vidutine reiksme, skirtumai svyruoja no -3,185 mGal iki +3,827 mGal. Pagal Beselio formule apskaiciuota skirtumu vidutine kvadratine paklaida--0,714 mGal. Atsizvelgiant i tai, kad sunkio pagreiciuo, ismatuoto gravimetriniuose punktuose, vidutinus kvadratines paklaidos nevirsija 0,009 mGal., galima daryti isvadu, kad sunkio pagreicio, nustatyto pagal gravimetrini zemelapi, vidutine kvadratine paklaida yra 0,7 mGal.

Taikant gravimetriniuose punktuose apskaiciuotas skirtumu reiksmes ir eliminavus vidtine skirtumu reiksme sudarytas skaitmeninis sunkio pagreicio skirtumu modelis, kurio grafine israiska pateikta 3 pav. Jame skirtumai pavaizdoti izolinijomis, isvestomis kas 0,5 mGal.

Analizuojant 3 pav. duomenis matyti, kad tam tikrose Lietuvos teritorijos vietose gravimetrinis zemelapis turi sistemingasias paklaidas. Pavyzdziui, centrineje Lietuvos dalyje isryskeja teigiamas skirtumas, siekiantis 3 mGal, o pietvakarineje dalyje--neigiamas skirtumas, siekiantis -3 mGal. Siu skirtumu anomaliju priezastims nustatyti reiketu atlikti issamesnius tyrimus. Sudaryta skaitmenini skirtumu modeli galima naudoti sunkio reiksmems, apskaiciuotoms pagal zemelapi, patikslinti.

[FIGURE 3 OMITTED]

6. Isvados

1. Remiantis gravimetriniu matavimu, atliktu Lietuvos gravimetrinio tinklo nulines, pirmosios ir antrosios klases punktuose, rezultatais, nustatyta, kad sunkio pagreciuo, gaunamo pagal Lietuvos teritorijos gravimetrini Bouguer anomaliju 1:200 000 mastelio zemelapi, vidtine kvadratine paklaida yra 0,7 mGal.

2. Skirtumai tarp sunkio reiksmiu, nustatytu pagal gravimetrini zemelapu ir gautu atlikus gravimetrinius matavimus, kinta nuo 10,74 mGal iki 17,76 mGal. Sudarius skaitmeninu skirtumu modeli tampa akivaizdzios (Birvydiene et al. 2009) sunkio pagreicio, nustatomo pagal gravimetrini zemelapi, sistemingosios paklaidos, tad galima patikslinti sunkio pagreicio reiksmes.

3. Nustatyta, kad vidutine skirtumo tarp zemelapyje taikytos Potsdamo sunkio sistemos ir dabar taikomos IGSN 1971 sistemos, apibreztos atlikus absoliuciuosis sunkio matavimus, reiksme yra 13,93 mGal.

4. Nustatyta, kad sunkio pagreicio, gaunamo pagal Lietuvos teritorijos gravimetrini Bouguer anomaliju 1:200 000 mastelio zemelapi, ir sunkio pagreicio, gauto valstybinio gravimetrinio tinklo punktuose, skirtumai svyruoja no -3,185 mGal iki +3,827 mGal (eliminavus vidutine skirtumu reiksme).

doi: 10.3846/gc.2010.03

Literatura

Birvydiene, R.; Parseliunas, E.; Petroskevicius, P.; Obuchovski, R.; Slikas, D.; Viskontas, P. 2009. Lietuvos gravimetrinio tinklo charakteristikos, Geodezija ir kartografija [Geodesy and Cartography] 35(4): 100-108. doi:10.3846/1392-1541.2009.35.131-136

Makinen, J.; Petroskevicius, P.; Kazakevicius, S.; Stepanoviene, J. 1995. Lietuvos valstybinio gravimetrinio nulines klases tinklo sudarymas, Geodezija ir kartografija [Geodesy and Cartography] 22(2): 3-21.

Makinen, J.; Petroskevicius, P.; Sildvee, H.; Kaminskis, J. 1996. Absolute-gravity measurements in Lithuania, Estonia, and Latvia in 1994-1995. Eropean Geodhysical Society, Annals Geophysicae 14(Spplement I): C231.

Makinen, J.; Petroskevicius, P. 2003. Lietuvoje atliktu absoliutiniu sunkio matavimu analize, Geodezija ir kartografija [Geodesy and Cartography] 29(4): 99-105. ISSN 1392-1541.

Parseliunas, E. 2008. LitPOS--a service for precise positioning in real time, in The 25th International Symposim on Atomation and Robotics in Constrction (ISARC 2008): Selected papers (Jne 26-29, 2008 Vilnis, Lithania), 379-383. doi:10.3846/isarc.20080626.379

Parseliunas, E.; Petroskevicius, P.; Obuchovski, R. 2008. Analysis of gravimetric observations made by Scintrex CG-5, in The 7th International Conference "Environmental Engineering": Selected papers (22-23 May 2008, Vilnius, Lithuania) 3: 1422-1428. ISBN 978-9955-28-265-5.

Parseliunas, E.; Petroskevicius, P. 2007. Qality of Lithuanian National Gravimetric Network, Harita Dergisi 18: 388-392.

Petroskevicius, P. 1995. Gravimetrines medziagos Lietuvos teritorijos geoidui nustatyti parengimas, Geodezija ir kartografija [Geodesy and Cartography] 22(2): 30-44.

Petroskevicius, P.; Parseliunas, E. 1999. Lietuvos gravimetrinio pagrindo tyrimas ir tobulinimas, Geodezija ir kartografija [Geodesy and Cartography] 25(2): 73-82.

Petroskevicius, P. 2004. Gravitacijos lauko poveikis geodeziniams matavimams. Vilnius: Technika. 290 p.

Petroskevicius, P.; Parseliunas, E. 1995. Lietuvos teritorijos geoido skaiciavimas, Geodezija ir kartografija [Geodesy and Cartography] 22(2): 50-58.

Petroskevicius, P.; Parseliunas, E. 2003. Lietuvos atraminio gravimetrinio tinklo statistika, Geodezija ir kartografija [Geodesy and Cartography] 29(2): 31-39.

Petroskevicius, P.; Zakarevicius, A.; Parseliunas, E. 2005. Premises for Lithuanian gravity and height systems adoption, in The 6th International Conference "Environmental Engineering": Selected papers (26-27 May 2005, Vilnius, Lithuania) 2: 985-992. ISBN 9986-05-851-1.

Razinskas, A. 1959. Gravimetrinio atramos tinklo sudarymo ir islyginimo klausimu, Geofizika ir klimatologija 10(1): 5-27.

Sas-Uhrynowski, A.; Mroczek, S.; Sas, A.; Petroskevicius, P.; Obchowski, R.; Rimkus, D. 2002. Establishment of Lithuanian national gravimetric first order network, Geodezija ir kartografija [Geodesy and Cartography] 28(3): 75-82.

Torge, W 1989. Gravimetry. Berlin; New York: de Gruyter. 465 p.

Rosita BIRVYDIENE. MSc, Geodetic Institte, Vilnius Gediminas Technical University, Sauletekio al. 11, LT-10223 Vilnius, Lithuania. Ph +370 5 2744 703, Fax +370 5 2744 705, e-mail: [email protected]

MSc at VGT (2008). Research interests: geoinformation systems, gravimetry.

Boleslovas KRIKSTAPONIS. Assoc. Prof., Dr. Dept of Geodesy and Cadastre, Vilnius Gediminas Technical University, Sauletekio al. 11, LT-10223 Vilnius, Lithuania Ph +370 5 2744 703, Fax +370 5 2744 705, e-mail: [email protected].

Research interests: calibration of geodetic instruments, engineering geodesy.

Romuald OBUCHOVSKI. Dr. Geodetic Institute, Vilnius Gediminas Technical University, Sauletekio al. 11, LT-10223 Vilnius, Lithuania, Ph +370 5 2744 703, Fax +370 5 2744 705, e-mail: [email protected]. Doctor at VGT (2005).

Research interests: graphs theory in geodesy, adjstment of geodetic networks, geoinformation systems, establishment of geodetic and gravimetric networks.

Eimuntas PARSELIUNAS. Assoc. Prof., Dr. Dept of Geodesy and Cadastre, Vilnius Gediminas Technical University, Sauletekio al. 11, LT-10223 Vilnius, Lithuania Ph +370 5 2744 703, Fax +370 5 2744 705, e-mail: [email protected].

Doctor (1992). Athor of two teaching books and more than 50 scientific papers. Participated in many intern conferences.

Research interests: graphs theory in geodesy, adjstment of geodetic networks, geoinformation systems, establishment of geodetic and gravimetric networks.

Petras PETROSKEVICIUS. Doctor Habil, Professor. Dept of Geodesy and Cadastre. Vilnius Gediminas Technical University. Sauletekio al. 11, LT-10223 Vilnius, Lithuania .Ph +370 5 2744 703, Fax +370 5 2744 705, e-mail: [email protected].

Doctor Habil at VGTU (2000). Author of monography and more than 120 scientific papers.

Research interests: satellite movement theory, research on the Earth's gravity field, establishment of geodetic and gravimetric networks.

Dominykas SLIKAS. MSc, Dept of Geodesy and Cadastre. Vilnius Gediminas Technical University. Sauletekio al. 11, LT-10223 Vilnius, Lithuania. Ph +370 5 2744 703, Fax +370 5 2744 705, e-mail: [email protected] MSc at VGT (2007).

Research interests: calibration of geodetic instrments, engineering geodesy.

Vilniaus Gedimino technikos universitetas, Geodezijos institutas,

Sauletekio al. 11, LT-10223 Vilnius, Lietuva

El. pastas [email protected]

Iteikta 2009 10 27; priimta 2010 01 05