Nghiên cứu ứng dụng phương pháp phân tích hệ số tương quan trong xử lý phân tích số liệu phổ gamma hàng không

Nghiên cứu ứng dụng phương pháp phân tích hệ số tương quan trong xử lý - phân tích số liệu phổ gamma hàng không Nguyễn Viết Đạt Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn Thạc sĩ ngành

Nghiên cứu ứng dụng phương pháp phân tích

hệ số tương quan trong xử lý - phân tích số

liệu phổ gamma hàng không

Nguyễn Viết Đạt

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn Thạc sĩ ngành: Địa vật lý; Mã số: 60 44 61 Người hướng dẫn: PGS.TS Võ Thanh Quỳnh

Năm bảo vệ: 2012

Abstract: Trình bày các phương pháp xử lý phân tích tài liệu địa vật lý hàng không

Nghiên cứu phương pháp hệ số tương quan và khả năng ứng dụng của phương pháp trong giải đoán địa chất số liệu phổ gamma hàng không Áp dụng phương pháp hệ số tương quan tiến hành phân tích thử nghiệm tài liệu phổ gamma hàng không vùng

Đông tỉnh Đak Lak

Keywords: Địa vật lý; Hệ số tương quan; Phổ gamma; Hàng không

Content

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận văn

Trên thế giới, phương pháp bay đo từ phổ gamma phục vụ điều tra địa chất và khoáng sản đã và đang được áp dụng rộng rãi Các nước phát triển như Liên Xô, Canada, Australia, ngoài việc áp dụng các phương pháp bay đo từ, phổ gamma trong tổ hợp các phương pháp địa vật lý hàng không còn tiến hành phương pháp bay đo điện từ tỷ lệ lớn nhằm phục vụ công tác tìm kiếm thăm dò khoáng sản Các phương pháp xử lý, phân tích tài liệu địa vật lý hàng không nói chung và tài liệu bay đo từ phổ gamma nói riêng

đã đạt được kết quả cao, đóng góp rất lớn trong công tác điều tra địa chất và đánh giá khoáng sản

Ở Việt nam tổ hợp phương pháp bay đo từ, phổ gamma tỷ lệ 1: 50.000 đến 1: 25.000 được tiến hành

từ những năm 80 thế kỷ trước Sau những năm thập kỷ 90 đến nay, tổ hợp phương pháp bay

đo từ, phổ gamma tỷ lệ 1: 50.000 kết hợp đo vẽ trọng lực mặt đất tỷ lệ 1: 100.000 được Liên đoàn Vật lý Địa chất áp dụng thường xuyên trong các đề án sản xuất của Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam Đến nay đã hoàn thành được khoảng 100.000 km2

chiếm gần 1/3 diện tích toàn lãnh thổ, các diện tích đã bay đo từ phổ gamma tập trung chủ yếu từ Thanh Hoá đến Lâm Đồng, diện tích đo vẽ trọng lực cũng gần như phủ kín hết diện tích bay đo Kết quả bay

đo địa vật lý đã có nhiều đóng góp trong điều tra địa chất và đánh giá khoáng sản, đặc biệt đã phát hiện nhiều mỏ mới quan trọng như: uran (Quảng Nam), fluorit (Bình Định), magnesit (Gia Lai), vàng (Sơn Hòa), vàng, thiếc ở các vùng Hà Tĩnh, Quảng Bình, Huế, Lâm Đồng v.v

được hoàn thiện và có hiệu quả trong giải đoán địa chất, dự báo triển vọng khoáng sản Tuy nhiên Với lượng dữ liệu phổ gamma hàng không rất lớn, Hiện nay, trên thế giới cũng như ở Việt Nam có rất nhiều phương pháp đang được áp dụng nhằm mục tiêu nâng cao hiệu quả khai thác thông tin

Xuất phát từ những cơ sở trên, học viên chọn hướng nghiên cứu là: ”Nghiên cứu ứng dụng

phương pháp phân tích hệ số tương quan trong xử lý - phân tích số liệu phổ gamma hàng không”

2 Mục đích của đề tài

Ngiên cứu phương pháp phân tích hệ số tương quan và khả năng ứng dụng của phương pháp trong xử lý phân tích số liệu phổ gamma hàng không Sử dụng phương pháp hệ số tương quan

để tiến hành phân tích thử nghiệm trên số liệu thực tế từ đó đưa ra khả năng ứng dụng phương pháp này trong xử lý số liệu địa vật lý hàng không

3 Nội dung nghiên cứu

- Tìm hiểu các phương pháp xử lý, phân tích thống kê số liệu địa vật lý

- Ngiên cứu phương pháp phân tích hệ số tương quan và khả năng ứng dụng của phương pháp trong xử lý phân tích số liệu phổ gamma hàng không

- Áp dụng phương pháp phân tích hệ số tương quan để xây dựng chương trình xử lý số liệu

- Tiến hành áp dụng phân tích thử nghiệm trên tài liệu thực tế

4 Bố cục của luận văn

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án gồm 3 chương:

Chương 1: Các phương pháp xử lý phân tích tài liệu địa vật lý hàng không

Chương 2: Phương pháp hệ số tương quan và khả năng ứng dụng của phương pháp trong giải đoán địa chất số liệu phổ gamma hàng không

Chương 3: Áp dụng phương pháp hệ số tương quan tiến hành phân tích thử nghiệm tài liệu phổ gamma hàng không vùng Đông tỉnh Đak Lak

3

CHƯƠNG 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ – PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ HÀNG KHÔNG

1.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ TỔ HỢP SỐ LIỆU ĐỊA VẬT LÝ

Khác với các lĩnh vực nghiên cứu trực tiếp đối tượng địa chất, địa vật lý nghiên cứu gián tiếp các đối tượng đó dựa vào các đặc điểm trường vật lý của chúng Từ các số liệu khảo sát trường địa vật lý, mục tiêu cuối cùng của công tác thăm dò địa vật lý là đưa ra được các thông tin của đối tượng để phục vụ cho các mục tiêu khác nhau Để thực hiện nhiệm vụ này có nhiều phương pháp, trong đó lý thuyết nhận dạng – lĩnh vực toán học giải quyết các bài toán phân loại đối tượng là một phương án được lựa chọn nhiều hiện nay trong địa vật lý

1.1.1 Các bước xử lý tổ hợp số liệu địa địa vật lý

Xử lý tổ hợp số liệu Địa vật lý là một quá trình phức tạp phụ thuộc vào mục đích đối tượng nghiên cứu và các dạng số liệu khác nhau Một cách khái quát có thể phân chia quá trình này theo các bước cơ bản sau đây

- Xây dựng mô hình và xác định phương pháp nhận dạng

- Ước lượng các đặc trưng thống kê

- Chọn thuật toán xử lý và thực hiện quá trình xử lý

- Định nghiệm về sự tồn tại của các đối tượng

- Đánh giá chất lượng xử lý

1.1.2 Các thuật toán nhận dạng

Nhiệm vụ cơ bản nhất của công tác xử lý tổ hợp số liệu địa vật lý là phân loại được các điểm quan sát thành các diện tích nhất định hay các nhóm, lớp diện tích nhất định, ở đó các đặc trưng của trường địa vật lý giống với các đặc trưng của trường liên quan với loại (lớp) đối tượng địa chất nhất định Để giải quyết được nhiệm vụ trên tương tự nhiều lĩnh vực khoa học khác người ta sử dụng lý thuyết nhận dạng - một lĩnh vực toán học đi sấu vào giải quết các bài toán phân loại đối tượng dựa vào mối quan hệ hữu cơ giữa các đối tượng cụ thể và các dấu hiệu đặc trưng cho đối tượng đó

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ MÁY BAY TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI

1.2.1 Các phương pháp phân tích tài liệu địa vật lý máy bay trên thế giới

Hiện nay trên thế giới, trong công tác phân tích tài liệu dịa vật lý may bay để giải thích địa chất và dự báo triển vọng khoáng sản người ta sử dụng rất nhiều phương pháp khác nhau, trong đó có các phương pháp thông kê- nhận dạng được áp dụng rộng rãi có hiêu quả hơn cả,

và có thể chia chúng thành các nhóm phương pháp chính sau

a Các phương pháp tách trường

c Các phương pháp thống kê thực nghiệm

d Các phương pháp khác

1.2.2 Các phương pháp phân tích tài liệu dịa vật lý may bay ở Việt Nam

Công tác phân tích tài liệu địa vật lý hàng không ở nước ta trong những năm gần đây cũng đã

có được những bước tiến đáng kể Trong tổ hợp các phương pháp phân tích tài liệu đang được

sử dụng trong các đề án bay đo ngoài một số phương pháp định tính với các thuật toán tương đói đơn giản căn cứ trực tiếp vào đặc điểm hình thái của các bản đồ trường thì một số phương pháp phân tích hiện đại như: Dominal, tương quan, nhận dạng v.v

5

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ TƯƠNG QUAN VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG

PHÁP TRONG GIẢI ĐOÁN ĐỊA CHẤT SỐ LIỆU PHỔ GAMMA HÀNG KHÔNG

2.1 PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ TƯƠNG QUAN

Phân tích tương quan là kỹ thuật rất thường dùng trong thống kê của nhiều ngành như kinh

tế, y học, sinh học… nhằm khảo sát mối liên quan giữa 2 biến số đo trên cùng các đối tượng

thông qua hệ số tương quan Có nhiều loại hệ số tương quan nhưng trong nội dung luận văn

này chỉ chủ yếu trình bày hệ số tương quan r Hệ số tương quan r là số đo mối liên quan tuyến

tính của 2 biến số

2.1.1 Hệ số tương quan

Hệ số tương quan  của tập hợp chính công thức (2.1)

Hệ số tương quan R của mẫu theo công thức (2.2)

2.1.2 Cơ sở áp dụng phương pháp hệ số tương quan

Hệ số tương quan có ý nghĩa toán học là phản ánh mức độ quan hệ giữa hai đại lượng Khi

hai đại lượng X, Y có mối quan hệ càng chặt chẽ thì giá trị tuyệt đối của hệ số tương quan

càng lớn (tiến dần tới 1) Và ngược lại, Khi X, Y có quan hệ không chặt thì giá trị tuyệt đối

của hệ số tương quan càng tiến gần tới 0

Vậy khi sử dụng hệ số tương quan trong tài liệu phổ gamma hàng không thì có được các nhận

định về đặc điểm phân bố của trường phóng xạ tự nhiên

2.2 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ TƯƠNG QUAN TRONG ĐÁNH GIÁ

PHÂN LOẠI CỤM DỊ THƯỜNG

Thực tế, các dị thường phổ gamma thường tập trung thành các cụm hoặc dải, tập hợp nhiều dị

thường tập trung thành một tập hợp (gọi chung là cụm dị thường) trên mỗi một yếu tố địa

chất gây dị thường, các dị thường mang những đặc tính phóng xạ tương đối chung, liên quan

tới một số loại hình khoáng sản nhất định vì vậy việc phân tích tài liệu, dự báo triển vọng

khoáng sản cần tiến hành theo các cụm dị thường Các bản đồ phân bố dị thường đơn và các

tham số đặc trưng của từng dị thường đơn khó có thể đưa ra cái nhìn khái quát về đặc điểm

phóng xạ chung của toàn cụm, từ đó khó rút ra những nhận định chính xác về đặc điểm của

đối tượng địa chất gây dị thường cũng như việc đánh giá khả năng liên quan đến khoáng sản

của chúng

2.2.1 Đánh giá phân loại dị thường đơn

2.2.2 Đánh giá phân loại cụm dị thường

2.2.3 Ứng dụng hệ số tương quan trong đánh giá, phân loại cụm dị thường

Từ ý nghĩa toán học và ý nghĩa địa chất của hệ số tương quan, thì các cặp hệ số tương

quan: RU/Th, RU/K và RTh/K được sử dụng như dấu hiệu để khoanh định các trường xạ địa hóa

cục bộ với giá trị ngưỡng được chọn thông qua các đối tượng chuẩn đã biết của vùng nghiên

cụm dị thường

2.3 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÂN CHIA THÀNH TẠO ĐỊA CHẤT

VÀ DỰ BÁO TRIỂN VỌNG KHOÁNG SẢN

Ngoài việc sử dụng hệ số tương quan trong hỗ trợ và nâng cao hiệu quả trong đánh giá phân loại cụm dị thường chúng tôi đề xuất phương pháp hệ số tương quan ứng dụng trong phân chia các thành tạo địa chất và dự báo triển vọng khoáng sản

Phương pháp được tiến hành dựa trên các thông số cường độ bức xạ của các nguyên tố U,

Th, K Và sử dụng các giá trị hệ số tương quan của các nguyên tố này nhằm mục tiêu phân chia các thành tạo địa chất và dự báo triển vọng khoáng sản góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng, phân tích số liệu phổ gamma hàng không

2.4 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ TƯƠNG QUAN

Từ cơ sở lý thuyết đã trình bày ở các mục trên, tôi đã tiến hành thành lập một chương trình ứng dụng phương pháp hệ số tương quan với 2 nội dung chính như sau:

- Sử dụng hệ số tương quan trong đánh giá phân loại cụm dị thường

- Sử dụng phương pháp hệ số tương quan nhằm phân chia thành tạo địa chấ và phân vùng triển vọng khoáng sản

7

CHƯƠNG 3

ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ TƯƠNG QUAN TIẾN HÀNH PHÂN TÍCH THỬ NGHIỆM TÀI LIỆU PHỔ GAMMA HÀNG KHÔNG VÙNG ĐÔNG TỈNH ĐAK LAK Sau quá trình nghiên cứu và khẳng định khẳ năng ứng dụng của phương pháp hệ số tương quan trong xử lý phân tích tài liệu phổ gamma hàng không, học viên đã tiến hành phân tích thử nghiệm với các số liệu giả định và đã có được những kết quả bước đầu Trong chương này, học viên thực hiện phương pháp với số liệu thực tế khu vực nhỏ thuộc phía Đông tỉnh Đak Lak và tiến hành đối sánh với các nghiên cứu trước đó nhằm mục tiêu khẳng định khả năng ứn dụng của phương pháp đối với quá trình phân tích tài liệu phổ gamma hàng không

3.1 GIỚI THIỆU KHU VỰC NGHIÊN CỨU

3.1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên vùng nghiên cứu và khu vực lân cận

Vị trí địa lý

Khu vực nghiên cứu nằm ở phần phía đông của tỉnh Đak Lak và thuộc địa phận các huyện: M’ Đrăk và Ea Kar (Tỉnh Đak Lak), một phần nhỏ huyện Krong Pha (Tỉnh Gia Lai – Kon Tum) và một phần huyện Sông Hinh của tỉnh Phú Yên

Với diện tích khoảng 870 km2 được giới hạn từ 12°47'N – 13°00' vĩ độ bắc và 108°32' – 108°43' kinh độ đông Trong khu vực nghiên cứu có khu bảo tồn Ea Sô thuộc tỉnh Đak Lak, là một trong những khu bảo tồn lớn thuộc khu vực Tây Nguyên và Nam Trung Bộ

Địa hình

Khu vực nghiên cứu có địa hình chủ yếu là cao nguyên và đồi núi thấp, với các cao nguyên tiêu biểu là Buôn Hồ thuộc tỉnh Đắk Lắk và Vân Hòa thuộc tỉnh Phú Yên

Khí hậu

Khu vực nghiên cứu khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm và chịu ảnh hưởng của khí hậu đại dương Có 2 mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 9 đến tháng 12 và mùa nắng từ tháng 1 đến tháng

8 Nhiệt độ trung bình hàng năm 26,5°C, lượng mưa trung bình hàng năm khoảng 1.600 - 1.700mm, có năm đạt trên 2000mm

Ở vùng núi và khu vực đầu nguồn thì nhiệt độ trung bình năm thấp hơn.Vào những tháng mùa đông thì độ ẩm tương đối thấp

Đặc điểm thủy văn

3.1.2 Đặc điểm dân cư - kinh tế - xã hội

Gồm có các đặc điểm chính về dân cư, kinh tế, khai thác khoáng sản, giao thông vận tải của vùng

Khu vực nằm sát rìa Nam-Đông Nam của đới Kon Tum Đây là một khối nâng bền vững trong suốt Paleozoi Tuy nhiên, từ Paleozoi muộn đến Đệ Tứ vùng bị các hoạt động của quá trình hoạt hóa magma kiến tạo xảy ra mạnh mẽ đã phá vỡ móng kết tinh tiền Rifei Phần diện tích của vùng lộ ra các đá magma xâm nhập thuộc các phức hệ có thành phần thạch học và tuổi khác nhau Một số diện tích bị phủ bởi các trầm tích phun trào bề dày nhỏ có tuổi Cacbon muộn đến tuổi Kreta Phần còn lại là đá của móng kết tinh tiền Rifei còn sót lại

VÙNG ĐÔNG ĐAK LAK

Diện tích nghiên cứu là một phần nhỏ nằm trong diện tích đo bay từ - phổ gamma hàng không

tỷ lệ 1:50.000 Các số liệu được sử dụng để tính toán gồm có: các giá trị hàm lượng U, Th, K,

sơ đồ phân bố cụm dị thường

- Các tài liệu thu thập về khu vực bao gồm:

- Bản đồ địa chất tỷ lệ 1/200.000

- Bản đồ hành chính tỉnh Đak Lak

- Số liệu cường độ bức xạ của các nguyên tố U, Th, K

- Sơ đồ phân bố cụm dị thường

Trong nội dung của luận văn này, học viên tiến hành sử dụng phương pháp hệ số tương quan

và chương trình thành lập được ứng dụng với 2 nội dung:

1 Ứng dụng hệ số tương quan trong đánh giá phân loại cụm dị thường

2 Ứng dụng phương pháp trên toàn diện tích nhằm khoanh vùng các trường xạ địa hóa cục

bộ liên quan tới các đới biến đổi có tiềm năng triển vọng khoáng sản

3.2.1 Ứng dụng hệ số tương quan góp phần đánh giá cụm dị thường

Trong vùng theo kết quả của Báo cáo Kết quả bay đo từ - phổ gamma tỉ lệ 1:25.000 vùng Tuy Hòa gồm có 22 cụm dị thường trong đó có 2 cụm đã được kiểm tra mặt đất chi tiết các cụm dị thường và bản chất của các cụm theo phương án đánh giá này được trình bày trong hình 3.3

và bảng 3.1

Sử dụng phương án 1 của chương trình đã trình bày ở mục 2.4, học viên đã tiến hành tính hệ

số tương quan của từng cụm dị thường và từ kết quả đó tiến hành đánh giá các cụm dị thường này theo hệ số tương quan đã tính được Kết quả được trình bày trong bảng 3.2

Qua các kết quả thực hiện đánh giá phân loại bản chất cụm dị thường với tài liệu thực tế này cho thấy khả năng ứng dụng tốt của hệ số tương quan để thực hiện mục tiêu phân loại bản chất cụm dị thường và hoàn toàn có thể ứng dụng phương pháp này kết hợp với các chỉ tiêu khác nhằm nâng cao hiệu quả khai thác thông tin từ số liệu phổ gamma hàng không

9

3.2.2 Ứng dụng phương pháp hệ số tương quan trong khoanh định trường xạ địa hóa cục bộ

và dự báo triển vọng khoáng sản

Sau khi chạy thử nghiệm phương án 2 của chương trình phân tích hệ số tương quan với các tài liệu giả định và cho những kết quả ổn định Học viên tiến hành xử lý thử nghiệm chương trình này trên tài liệu thực tế vùn đông tỉnh Đak Lak Các số liệu đầu vào của chương trình là các

số liệu hàm lượng U, Th, K và tọa độ tương ứng

Chương trình sau khi chạy sẽ cho ra được 3 lớp thông tin là hệ số tương quan RU/Th, RU/K,

RTh/K với các tọa độ tương ứng Các lớp thông tin này được đưa lên bản đồ đẳng trị và đây là

cơ sở chính để học viên tiến hành khoanh định các trường xạ địa hóa cục bộ

Quá trình tiến hành dự báo triển vọng khoáng sản được thực hiện theo 2 bước sau:

Bước 1: Khoang định các trường xạ địa hóa cục bộ, liên quan với các đới biến đổi có tiềm năng triển vọng khoáng hóa quặng

Bước 2: Đối sánh các tiêu chuẩn địa vật lý với các tiền đề địa chất, khoanh định các đới có triển vọng, phân loại chúng

Kết quả khoang định ranh giới của của các trường xạ địa hóa cục bộ liên được thể hiện trong hình 3.7 Các ranh giới này tương đối trùng với ranh giới các đới triển vọng trong báo cáo kết quả của đề án bay đo

Kết quả là đã khoanh định được 9 đới triển vọng khoáng sản Trong đó có 3 đới triển vọng loại A1 là những đới triển vọng đã được kiểm tra, 4 đới triển vọng loại A là những đới chưa được kiểm tra, 2 đới triển vọng loại B

Trên cơ sở thu thập tài liệu, tìm hiểu các phương pháp phân tích tổ hợp tài liệu địa vật lý đặc biệt là tài liệu từ - phổ gamma hàng không trong nước và trên thế giới, học viên đã tiến hành nghiên cứu ứng dụng phương pháp phân tích hệ số tương quan trong xử lý phân tích tài liệu phổ gamma hàng không

Với việc hoàn thành các mục tiêu, nhiệm vụ đặt ra luận văn đã đạt được một số kết quả chính như sau:

- Nghiên cứu phương pháp hệ số tương quan từ đó đưa ra khả năng ứng dụng của phương pháp trong xử lý phân tích số liệu phổ gamma hàng không nhằm góp phần nâng cao hiệu quả trong xử lý tài liệu

- Thành lập một chương trình tự động xử lý số liệu phổ gamma hàng không theo phương pháp hệ số tương quan

- Thực hiện phân tích thử nghiệm chương trình với số liệu giả định và số liệu thực tế vùng Đông tỉnh Đak Lak Từ các kết quả đạt được khẳng định khả năng ứng dụng của phương pháp hệ số tương quan góp phần nâng cao hiệu quả xử lý tài liệu phổ gamma hàng không

Từ các kết quả đạt được học viên đã xử dụng phương pháp, kết hợp với các tài liệu thu thập được từ đó thành lập một sơ đồ dự báo triển vọng khoáng sản của khu vực rộng khoảng 87km2 thuộc phần Đông tỉnh Đak Lak

Các kết quả nghiên cứu đạt được đã góp phần nói lên tính đúng đắn và độ tin cậy của phương pháp cũng như ý nghĩa thực tiễn và phạm vi ứng dụng của các phương pháp được lựa chọn

Sơ đồ được thành lập là những kết quả mới, khách quan góp phần làm sáng tỏ thêm về đặc điểm khoáng sản khu vực nghiên cứu, đồng thời mở ra hướng nghiên cứu hoàn thiện tiếp theo