Nghiên cứu áp dụng phương pháp khoảng cách tần suất nhận dạng mới trong xử lý phân tích số liệu địa vật lý

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --- Nguyễn Thị Thu Hiền NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP KHOẢNG CÁCH –TẦN SUẤT – NHẬN DẠNG MỚI TRONG XỬ LÝ- PHÂN TÍCH SỐ LIỆU ĐỊ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Thị Thu Hiền

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP KHOẢNG CÁCH –TẦN SUẤT – NHẬN DẠNG MỚI TRONG XỬ LÝ- PHÂN TÍCH SỐ LIỆU ĐỊA VẬT LÝ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2016

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Thị Thu Hiền

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP KHOẢNG CÁCH – TẦN SUẤT – NHẬN DẠNG MỚI TRONG XỬ LÝ- PHÂN TÍCH SỐ LIỆU ĐỊA VẬT LÝ

Chuyên ngành: Vật lý địa cầu

Mã số: 60440111

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học

PGS.TS.VÕ THANH QUỲNH

Hà Nội - 2016

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành quyển luận văn này, trước tiên, với lòng kính trọng và biết ơn

sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Võ Thanh Quỳnh - người thầy trực tiếp

hướng dẫn khoa học và chỉ bảo tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới ThS Nguyễn Viết Đạt người đã tận tình giúp đỡ

tôi trong suốt quá trình làm luận văn Tôi chân thành cảm ơn các thầy cô trong Bộ môn Vật lý Địa cầu – Trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã trang bị kiến thức và có những đóng góp hết sức quý báu để tôi hoàn thành luận văn này

Cuối cùng cho phép tôi bày tỏ lòng biết ơn vô hạn tới gia đình và bạn bè, những người đã luôn quan tâm, động viên và là chỗ dựa tinh thần vững chắc của tôi trong những thời khắc khó khăn nhất

Do điều kiện thời gian và trình độ nên bản luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý quý báu của thầy cô và các bạn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 16 tháng 2 năm 2016

Học viên

Nguyễn Thị Thu Hiền

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 8 CHƯƠNG 1.CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ TỔ HỢP SỐ LIỆU ĐỊA VẬT

LÝ 10 1.1 Lý thuyết xử lý tổ hợp số liệu Địa Vật lý 10

1.1.1 Xây dựng mô hình và xác định phương pháp 10

1.1.2 Ước lượng và đánh giá các đặc trưng của đối tượng chuẩn Error!

Bookmark not defined

1.1.3 Chọn thuật toán xử lý Error! Bookmark not defined 1.1.4 Định nghiệm về sự tồn tại của đối tượng Error! Bookmark not

defined

1.1.5 Đánh giá chất lượng xử lý Error! Bookmark not defined

1.2 Lý thuyết các thuật toán nhận dạng Error! Bookmark not defined

1.2.1 Các thuật toán nhận dạng có mẫu chuẩn Error! Bookmark not

defined

1.2.2 Các thuật toán nhận dạng không có mẫu chuẩn Error! Bookmark

not defined

CHƯƠNG 2.HỆ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA VẬT

LÝ MÁY BAY ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED 2.1 Các phương pháp phân tích tài liệu địa vật lý máy bay Error! Bookmark not defined

2.1.1 Các phương pháp tách trường Error! Bookmark not defined 2.1.2 Nhóm các phương pháp thống kê nhận dạng Error! Bookmark not defined

2.1.3 Các phương pháp thống kê thực nghiệmError! Bookmark not

defined

2.1.4 Một số phương pháp khác Error! Bookmark not defined

2.2 Phương pháp Tần suất - Nhận dạng Error! Bookmark not defined

2.2.1 Nội dung cơ bản của phương pháp phân tích tần suất Error!

Bookmark not defined

2.2.2 Phương pháp Tần suất-Nhận dạng Error! Bookmark not defined

2.3 Phương pháp Khoảng cách- Tần suất- Nhận dạng Error! Bookmark not defined

2.3.1 Nội dung cơ bản của phương pháp phân tích khoảng cách khái

quát Error! Bookmark not defined 2.3.2 Phương pháp Khoảng cách – Tần suất – Nhận dạng Error!

Bookmark not defined

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH THỰC NGHIỆM TRÊN TÀI

NOT DEFINED

3.1 Thông tin về khu vực nghiên cứu Error! Bookmark not defined 3.2 Tài liệu thu thập, tính toán về khu vực nghiên cứu Error! Bookmark not defined

3.2.1 Tài liệu thu thập về khu vực Error! Bookmark not defined

3.2.2 Thực hiện phân tích thử nghiệm phương pháp Khoảng cách - tần

suất - nhận dạng Error! Bookmark not defined

3.2.3 Phân tích thử nghiệm với mục tiêu phân định một ranh giới địa chất

theo tài liệu địa vật lý máy bay Error! Bookmark not defined

KẾT LUẬN ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED TÀI LIỆU THAM KHẢO 11 PHỤ LỤC ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1.Sơ đồ các bước của phương pháp phân tích Tần suất – Nhận dạng Error! Bookmark not defined

Hình 2.2.Sơ đồ các bước thực hiện phân tích theo phương pháp Khoảng cách

– Tần suất – Nhận dạng Error! Bookmark not defined Hình 3.1.Vị trí khu vực nghiên cứu Error! Bookmark not defined Hình 3.2.Địa hình khu vực nghiên cứu Error! Bookmark not defined Hình 3.3.Bản đồ hàm lượng Uran Error! Bookmark not defined Hình 3.4.Bản đồ hàm lượng Thori Error! Bookmark not defined Hình 3.5.Bản đồ hàm lượng kali Error! Bookmark not defined Hình 3.6.Bản đồ hàm lượng kênh tổng Error! Bookmark not defined

Hình 3.7.Kết quả phân vùng triển vọng khoáng sản theo đề án bay đo cho khu

vực nghiên cứu Error! Bookmark not defined

Hình 3.8.Kết quả phân chia các thành tạo địa chất của khu vực theo tài liệu

địa vật lý máy bay Error! Bookmark not defined

Hình 3.9.Vùng chọn để xác định lại ranh giới các thành tạo (vùng khoanh màu

xanh) Error! Bookmark not defined Hình 3.10.Vị trí lấy đối tượng mẫu để thực hiện phân tích thử nghiệm Error! Bookmark not defined

Hình 3.11 Sơ đồ đường đồng mức hệ số đồng dạng thành lập từ kết quả phân

tích Error! Bookmark not defined

Hình 3.12 Sơ đồ 2 lớp đường đồng mức và lớp phân chia thành tạo ban đầu

Error! Bookmark not defined

Hình 3.13.Ranh giới của 2 thành tạo được phân chia theo phương pháp

Khoảng cách – Tần Suất – Nhận dạng Error! Bookmark not defined

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1.Tổng hợp các tính chất thu thập và tính toán được của khu vực

Error! Bookmark not defined Bảng 3.2.Bảng kết quả Error! Bookmark not defined Bảng 3.3.Bảng kết quả sắp xếp lại các tính chất theo thứ tự giảm dần Error! Bookmark not defined

Bảng 3.4.Kết quả xác định khoảng giá trị đặc trưng các tính chất của đối

tượng mẫu Error! Bookmark not defined

Bảng 3.5.Ma trận thông tin của đối tượng 1 được chuyển đổi bằng khoảng giá

trị đặc trung của đối tượng mẫu: Error! Bookmark not defined

Bảng 3.6.Kết quả phân tích hệ số đồng dạng cho 8 đối tượng với đối tượng 6

là đối tượng mẫu Error! Bookmark not defined Bảng 3.7.Bảng số liệu đối tượng mẫu 1 Error! Bookmark not defined Bảng 3.8.Bảng số liệu đối tượng mẫu 2 Error! Bookmark not defined Bảng 3.9.Bảng trích lược số liệu của lưới điểm Error! Bookmark not defined

Bảng 3.10.Kết quả phân tích Khoảng cách – Tần suất – Nhận dạng cho vùng

diện tích đã chọn Error! Bookmark not defined

MỞ ĐẦU

Địa vật lý hàng không ( Airborne Geophysics) là một lĩnh vực của Địa Vật lý

thăm dò, dùng máy bay làm phương tiện để bay đo các trường Địa vật lý trên đất liền hoặc thăm dò trên thềm lục địa, nhằm nghiên cứu thạch quyển – thủy quyển Những kết quả đạt được của công tác địa vật lý hàng không ở nước ta trong thời gian qua đã và đang ngày càng phát huy vai trò và hiệu quả to lớn trong việc tìm kiếm và dự báo các khoáng sản có ích

Những kết quả đạt được của công tác địa vật lý máy bay ở nước ta trong thời gian qua đã có hiệu quả to lớn trong việc tham gia giải quyết nhiều nhiệm vụ địa chất quan trọng, đặc biệt là trong việc tìm kiếm và dự báo các khoáng sản có ích Tuy nhiên, trong thực tế công tác địa vật lý máy bay cũng đang bộc lộ một số hạn chế, mà chủ yếu là ở khâu xử lý và phân tích tài liệu, cần được đầu tư nghiên cứu khắc phục, nhằm không ngừng nâng cao hơn nữa hiệu quả của phương pháp.Trong những năm gần đây công tác

xử lí và phân tích tài liệu địa vật lý máy bay ở nước ta cũng đã có được những bước tiến đáng kể Thông qua các đề tài nghiên cứu, một số tác giả cũng đã tiến hành những nghiên cứu, phân tích thử nghiệm trên các tài liệu thực tế bằng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó đáng chú ý là nhóm các phương pháp thống kê-nhận dạng và thu được kết quả tốt

Các phương pháp nhận dạng đóng vai trò hết sức quan trọng trong xử lý, phân tích tài liệu địa vật lý, đặc biệt là đối với các dạng số liệc có đặc tính phân bố ngẫu nhiên như các số liệu địa hóa, các số liệu phổ gamma v.v… Hiện nay trong địa vật lý có rất nhiều thuật toán nhận dạng hiện đại, được tự động hóa bằng các hệ phần mềm mạnh chuyên dụng, đáng chú ý là bộ chương trình phân tích phổ-thống kê do Giáo sư, Viện sĩ Ni-Ki-Tin cùng các đồng sự đề xuất, xây dựng Tuy nhiên trên thực tế khối lượng tài liệu cũng như số lượng các chủng loại thông tin thu được trên các đối tượng địa chất ngày càng rất lớn Trong đó số lượng các tham số đầu vào của các chương trình phân tích nhận dạng hiện có thường bị giới hạn Việc sử dụng các tổ hợp thông tin khác nhau để tiến hành phân tích nhận dạng nhiều khi cho những kết quả rất khác nhau Để nâng cao

độ tin cậy của các phương pháp phân tích nhận dạng đã có những công trình nghiên cứu

theo hướng ứng dụng lớp bài toán đánh giá lựa chọn thông tin để lựa chọn những tổ hợp thông tin chất lượng cao trước khi tiến hành phân tích nhận dạng

Phương pháp khoảng cách – tần suất – nhận dạng là một trong các phương pháp phân tích tài liệu mới đã được áp dụng và mang lại kết quả khả quan trong công tác xử

lý phân tích tài liệu Địa Vật lý máy bay, một nguồn tài liệu đồ sộ và hết sức phong phú nhưng chưa được khai thác triệt để ở nước ta hiện nay

Đề tài luận văn “Nghiên cứu áp dụng phương pháp Khoảng cách– Tần suất – Nhận dạng mới trong phân tích- xử lý số liệu Địa vật lý” mà học viên lựa chọn nhằm

tìm hiểu, áp dụng phương pháp phân tích tổ hợp các tài liệu địa vật lý máy bay góp phần đẩy nhanh và nâng cao chất lượng của công tác xử lí phân tích tài liệu địa vật lý máy bay Luận văn được thực hiện với nhiệm vụ chính sau:

- Tìm hiểu về các thuật toán phân tích và đánh giá lựa chọn thông tin

- Tìm hiểu về các phương pháp phân tích trong xử lý phân tích số liệu Địa vật lý

- Đánh giá, phân tích thử nghiệm phương pháp với tài liệu thực tế vùng Khánh Thượng trên cơ sở áp dụng bổ sung phương pháp Khoảng cách– Tần suất – Nhận dạng mới

Từ những nhiệm vụ trên, luận văn được viết với cấu trúc gồm:

- Mở đầu

- Chương 1: Cơ sở lý thuyết phân tích- xử lý số liệu Địa vật lý

- Chương 2: Hệ phương pháp phân tích tài liệu Địa vật lý máy bay

- Chương 3: Kết quả phân tích thực nghiệm trên tài liệu thực tế vùng Khánh Thượng

- Kết luận

CHƯƠNG 1.CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ TỔ HỢP SỐ LIỆU ĐỊA VẬT LÝ 1.1 Lý thuyết xử lý tổ hợp số liệu Địa Vật lý

Xử lí số liệu về cơ bản là dựa trên nhiều loại thông tin khác nhau để giải quyết được các nhiệm vụ đặt ra phù hợp với điều kiện kinh tế và kĩ thuật cho phép Không chỉ riêng trong địa vật lý mà nhiều lĩnh vực khác cũng sử dụng xử lí tổ hợp dữ liệu để nâng cao chất lượng xử lí

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

- Xây dựng mô hình và xác định phương pháp

- Ước lượng và đánh giá các đặc trưng của đối tượng chuẩn

- Chọn thuật toán xử lý

- Định nghiệm về sự tồn tại của đối tượng cần tìm

- Đánh giá chất lượng xử lý

1.1.1 Xây dựng mô hình và xác định phương pháp [1] [10]

Để xử lý tổ hợp số liệu Địa vật lý người ta chủ yếu sử dụng các mô hình thống kê

vì các đối tượng khảo sát cần nghiên cứu có vị trí, kích thước, tính chất vật lý không biết trước nên chúng được xem như các đối tượng ngẫu nhiên Mặt khác, các trường vật lý

do các đối tượng địa chất tạo ra thường bị các loại nhiễu làm méo nên các dấu hiệu trường Địa vật lý khảo sát cũng mang tính ngẫu nhiên Với mô hình để được nhiệm vụ tiếp theo là lựa chọn các phương pháp nhận dạng tương ứng, tiến hành xử lý theo mô hình và giải quyết các nhiệm vụ bài toán đặt ra

Hiện nay trong công tác xử lý-phân tích số liệu địa vật lý có rất nhiều phương pháp nhận dạng, có thể chia chúng thành hai nhóm: nhóm các phương pháp nhận dạng theo đối tượng chuẩn và nhóm các phương pháp nhận dạng không có đối tượng chuẩn

Nhóm các phương pháp nhận dạng theo đối tượng chuẩn được áp dụng khi chúng

ta biết được lớp đối tượng và biết được đặc trưng thống kê của các trường địa vật lý đối với từng lớp đối tượng

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt

1 Thái Hoàng Đan,(2015), Nghiên cứu áp dụng một số phương pháp phân tích tài liệu Địa vật lý máy bay trong tìm kiếm , dự báo triển vọng khoáng sản, Lưu trữ

ĐHQGHN

2 Tăng Mười, (1995), Địa vật lý máy báy trong điều tra Địa vật lý và tìm kiếm khoáng sản, Thông tin KHKT Địa chất Hà Nội

3 Tăng Mười, Võ Thanh Quỳnh (1998), Ứng dụng phương pháp phổ gamma hàng không trong tìm kiếm Uran và các khoáng sản có ích khác liên quan với phóng xạ,

Báo cáo tại Hội nghị khoa học vật lý hạt nhân ứng dụng, Viện Khoa học Việt Nam, Hà Nội

4 Võ Thanh Quỳnh, Nguyễn Xuân Ngoan, Vũ Tuấn Hùng, (2002), Thành lập bộ chương trình xử lý tài liệu địa vật lý máy bay, Lưu trữ Cục Địa Chất và Khoáng

Sản Việt Nam

5 Võ Thanh Quỳnh (chủ biên), Nguyễn Xuân Sơn, Nguyễn Văn Phùng (1995), Báo cáo kết quả bay đo từ - phổ gamma tỉ lệ 1:25.000 vùng Tuy Hòa, Lưu trữ Cục Địa

Chất và Khoáng Sản Việt Nam

6 Võ Thanh Quỳnh, 2007 Một cách tiếp cận mới giải quyết bài toán nhận dạng

trong xử lý, phân tích tài liệu địa vật lý TC Địa chất, A/302 : 76-80 Hà Nội

7 Võ Thanh Quỳnh (2008), “Phương pháp đánh giá phân loại cụm dị thường trong

xử lý phân - tích tài liệu phổ gamma hàng không”, TC Địa chất, A/304:70-75, Hà Nội

8 Võ Thanh Quỳnh, (2008), “Xây dựng một phương pháp nhận dạng mới trong xử lý tài liệu địa vật lý trên cơ sở vận dụng kết hợp các phương pháp phân tích khoảng

cách khái quát và phân tích tần suất”, TC Địa chất, A/305: 61-66 Hà Nội

9 Võ Thanh Quỳnh, Nguyễn Xuân Bình, Nguyễn Đức Vinh, (2011): Nghiên cứu hoàn thiện phương pháp Tần suất - Nhận dạng trong xử lý và phân tích số liệu địa

vật lý TC Địa chất, A/326: 50-56

10 Võ Thanh Quỳnh, (2012), “Nghiên cứu áp dụng các phương pháp nhận dạng hiện đại xử lí – phân tích tài liệu địa vật lý máy bay phục vụ tìm kiếm và dự báo triển vọng khoáng sản trên các vùng Tuy Hòa, Đà Lạt, Huế., Phan Thiết”, Lưu trữ

ĐHQGHN

11 Quách Văn Thực, (2003), Đề án bay đo từ - phổ gamma tỉ lệ 1/50.000 và đo vẽ

trọng lựa tỉ lệ 1/100.000 vùng Phan Rang – Nha Trang, Liên đoàn Vật lý địa chất

Tài liệu tiếng anh

12 Green A.A (November 1987) Leveling airborne gamma-radiation data using between- channel correlation information, Geophysics, Vol.52, No11

13 Nguyen Xuan Binh, Vo Thanh Quynh, (2015), “Prospect Prediction of Mineral Resources by Applying Two New Methods of Identification Whit Aero-geophysical Data”, VNU Journal of Science: Mathematics-Physics, Vol 31,No1, 129-135

14 Nguyen Viet Dat, Nguyen Xuan Binh, Vo Thanh Quynh, (2015), “Application of the correlation coefficient method in processing and interpreting the aero-gamma spectrum data”, VNU Journal of Science: Mathematics-Physics, Vol 31,No1,

123-128