Hoàn thiện và mở rộng phạm vi áp dụng một số phương pháp nhận dạng hiện đại trong xử lý phân tích tài liệu địa vật lý hàng không

Một yêu cầu thực tế nữa đặt ra là: Làm thế nào để có được một Hệ phương pháp thích hợp, hiệu quả trong xử lý, phân tích tài liệu địa vật lý hàng không trên cơ sở lựa chọn, kế thừa các ph

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

_

Nguyễn Xuân Bình

HOÀN THIỆN VÀ MỞ RỘNG PHẠM VI

ÁP DỤNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG HIỆN ĐẠI TRONG XỬ LÝ - PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ HÀNG KHÔNG

LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA CHẤT

Hà Nội - 2018

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

_

Nguyễn Xuân Bình

HOÀN THIỆN VÀ MỞ RỘNG PHẠM VI

ÁP DỤNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG HIỆN ĐẠI TRONG XỬ LÝ - PHÂN TÍCH

TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ HÀNG KHÔNG

GS.TS Bùi Công Quế

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1.PGS.TS Võ Thanh Quỳnh

2 TS Nguyễn Đức Vinh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả,

số liệu nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất

kỳ công trình nào khác

Tác giả Luận án

Nguyễn Xuân Bình

LỜI CẢM ƠN

Tác giả Luận án chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy hướng dẫn: PGS.TS Võ Thanh Quỳnh và TS Nguyễn Đức Vinh đã tận tình hướng dẫn, định hướng, truyền đạt kiến thức và các kỹ năng chuyên môn trong toàn

bộ khóa học và sự giúp đỡ tận tình những khi nghiên cứu sinh gặp khó khăn Tác giả Luận án cũng xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các Quý Thầy Cô trong Khoa Địa chất đã nhiệt tình giảng dạy, động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho nghiên cứu sinh trong toàn bộ khóa học Đồng thời gửi lời cảm ơn chân thành tới các Quý Thầy Cô, anh, chị đang công tác tại các Phòng - Ban chức năng khác của Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ nghiên cứu sinh trong một số vấn đề liên quan tới khóa học

Tác giả Luận án cảm ơn Ban lãnh đạo và đồng nghiệp tại Viện Vật lý Địa cầu đã luôn bên cạnh động viên, cổ vũ, trợ giúp chuyên môn, tạo điều kiện để nghiên cứu sinh vượt qua những khó khăn trong quá trình công tác và học tập

Tác giả Luận án chân thành cảm ơn sự hỗ trợ chuyên môn và cổ vũ tinh thần của Quý Thầy Cô, bạn bè, đồng nghiệp tại các cơ quan khác qua trao đổi học thuật, số liệu, tài liệu và các thảo luận hữu ích

Tác giả Luận án biết ơn gia đình, người thân và những người bạn đã luôn tin tưởng, cổ vũ cho sự lựa chọn của nghiên cứu sinh trong công việc và trong cuộc sống

Hà Nội, 2018

Tác giả Luận án

Nguyễn Xuân Bình

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 3 

DANH MỤC CÁC BẢNG 4 

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 5 

MỞ ĐẦU 6 

Chương 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ - PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ HÀNG KHÔNG 11 

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC ĐỊA VẬT LÝ HÀNG KHÔNG Ở VIỆT NAM 11 

1.1.1 Sơ lược về công tác bay đo địa vật lý ở Việt Nam 12 

1.1.2 Hiệu quả công tác địa vật lý hàng không ở Việt Nam 13 

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ - PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ HÀNG KHÔNG TRÊN THẾ GIỚI 14 

1.2.1 Các phương pháp tách trường 14 

1.2.2 Các phương pháp thống kê nhận dạng 15 

1.2.3 Các phương pháp thống kê thực nghiệm 18 

1.2.4 Các phương pháp khác 20 

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ - PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ HÀNG KHÔNG Ở VIỆT NAM 21 

1.3.1 Các phương pháp xử lý - đúc kết số liệu thành lập các bản đồ trường địa vật lý 21 

1.3.2 Các phương pháp phân tích tài liệu 29 

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NHẬN DẠNG 34 

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT NHẬN DẠNG TRONG XỬ LÝ TỔ HỢP SỐ LIỆU ĐỊA VẬT LÝ 34 

2.1.1 Các bước xử lý số liệu trong lý thuyết nhận dạng 35 

2.1.2 Xây dựng mô hình và xác định phương pháp nhận dạng 35 

2.1.3 Ước lượng các đặc trưng thống kê và lượng tin của các dấu hiệu trên các đối tượng chuẩn 36 

2.1.4 Nguyên tắc lựa chọn các thuật toán xử lý 39 

2.1.5 Quyết định nghiệm về sự tồn tại của đối tượng cần tìm 40 

2.1.6 Đánh giá chất lượng xử lý 40 

2.2 CÁC THUẬT TOÁN NHẬN DẠNG 41 

2.2.1 Mẫu chuẩn và các đặc trưng của mẫu chuẩn trong nhận dạng 41 

2.2.2 Các thuật toán nhận dạng có mẫu chuẩn 42 

2.2.3 Các thuật toán nhận dạng không có mẫu chuẩn 46 

Chương 3 PHÁT TRIỂN, HOÀN THIỆN NỘI DUNG HAI PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NHẬN DẠNG MỚI 49 

3.1 HOÀN THIỆN PHƯƠNG PHÁP TẦN SUẤT - NHẬN DẠNG 50 

3.1.1 Nội dung phương pháp Tần suất - Nhận dạng hiện tại 50 

3.1.2 Những hạn chế của phương pháp Tần suất - Nhận dạng hiện tại 54 

3.1.3 Hoàn thiện phương pháp và mở rộng phạm vi áp dụng 58 

3.2 HOÀN THIỆN PHƯƠNG PHÁP KHOẢNG CÁCH - TẦN SUẤT - NHẬN DẠNG 61 

3.2.1 Nội dung hiện tại của phương pháp Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng 62 

3.2.2 Những hạn chế của phương pháp Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng hiện tại 66 

3.2.3 Hoàn thiện phương pháp và mở rộng phạm vi áp dụng 67 

Chương 4 ÁP DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG MỚI VÀO XỬ LÝ - PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ HÀNG KHÔNG VÙNG TUY HÒA VÀ ĐÀ LẠT 71 

4.1 HỆ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ HÀNG KHÔNG TRONG TÌM KIẾM VÀ DỰ BÁO TRIỂN VỌNG KHOÁNG SẢN 71 

4.2 THỬ NGHIỆM 2 PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG MỚI TRONG XỬ LÝ PHÂN TÍCH TÀI LIỆU THỰC TẾ 73 

4.2.1 Phân tích thử nghiệm phương pháp Tần suất - Nhận dạng 74 

4.2.2 Phân tích thử nghiệm phương pháp Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng mới 81 

4.3 DỰ BÁO TRIỂN VỌNG KHOÁNG SẢN VÙNG ĐÀ LẠT BẰNG VIỆC ÁP DỤNG HỆ PHƯƠNG PHÁP TÀI LIỆU MỚI 91 

4.3.1 Đặc điểm địa chất, địa vật lý vùng nghiên cứu 92 

4.3.2 Kết quả phân tích tài liệu địa vật lý hàng không vùng Đà Lạt 96 

KẾT LUẬN 102 

CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 104 

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

QDR : Chương trình đưa các đại lượng đo phổ gamma dưới

dạng nguyên thủy (tốc độ đếm xung) trên độ cao bay thực tế về các giá trị trường địa vật lý tương ứng dưới mặt đất (cường độ bức xạ gamma, hàm lượng các nguyên tố phóng xạ U, Th, K)

QSS : Chương trình tính toán sai số đo đạc

QBTS : Chương trình phân tích nhận dạng theo Phương pháp

Tần suất - Nhận dạng trong trường hợp tổng quát

QBKC : Chương trình phân tích nhận dạng theo Phương pháp

Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng trong trường hợp tổng quát

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 4.1 Giá trị tỷ trọng cho 6 tính chất đại diện cho đối tượng mẫu 77 Bảng 4.2 Kết quả phân tích hệ số đồng dạng của 6 đối tượng đối sánh 79 Bảng 4.3 Kết quả phân tích trên hai đối tượng mẫu đối nghịch 84 Bảng 4.4 Kết quả phân tích khoảng giá trị đặc trưng cho các tính chất của đối

tượng mẫu 85 Bảng 4.5 Kết quả phân tích hệ số đồng dạng cho 8 đối tượng 85 Bảng 4.6 Kết quả phân tích Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng cho vùng

diện tích đã chọn 88 Bảng 4.7 Tính chất phóng xạ vùng Đà Lạt [22] 95 Bảng 4.8 Tính chất từ vùng Đà Lạt [22] 96

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 3.1 Sơ đồ các điểm dị thường tại một khu vực khảo sát 56

Hình 3.2 Bản đồ phân bố cụm dị thường thành lập từ các điểm dị thường đơn vùng bay đo Đông Tuy Hòa 57

Hình 4.1 Vị trí khu vực thử nghiệm phương pháp Tần suất - Nhận dạng 76

Hình 4.2 Sơ đồ các đối tượng nhận dạng và đối tượng mẫu 76

Hình 4.3 Kết quả khoanh định các đới đồng dạng theo phương pháp tần suất nhận dạng mới 80

Hình 4.4 Sơ đồ vị trí khu vực Huyện Khánh Vĩnh 82

Hình 4.5 Sơ đồ vị trí đối tượng phân tích thử nghiệm 86

Hình 4.6 Vị trí lấy đối tượng mẫu để thực hiện phân tích thử nghiệm 86

Hình 4.7 Sơ đồ đường đồng mức hệ số đồng dạng thành lập từ kết quả phân tích 89

Hình 4.8 Ranh giới của 2 thành tạo được phân chia theo phương pháp Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng 89

Hình 4.9 Kết quả phân tích thử nghiệm khoanh định các đối tượng theo phương pháp Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng 90

Hình 4.10 Kết quả khoanh vùng triển vọng khoáng sản vùng Tuy Hòa theo đề án bay đo đã thành lập 91

Hình 4.11 Sơ đồ dự báo triển vọng khoáng sản vùng Đà Lạt 98

Hình 4.12 Kết quả Phân vùng triển vọng khoáng sản theo đề án bay đo vùng Đà Lạt năm 1993 [22] 101

MỞ ĐẦU

Công tác bay đo địa vật lý tỉ lệ lớn (từ - phổ gamma tỉ lệ 1:25.000 và 1:50.000) ở Việt Nam được tiến hành trong khoảng 35 năm trở lại đây Những kết quả đạt được trong thời gian qua đã khẳng định vai trò và hiệu quả

to lớn của công tác địa vật lý hàng không 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 [8] Tuy nhiên, thực tế cho thấy công tác địa vật lý hàng không cũng còn bộc lộ nhiều 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 Hiện nay, công tác bay khảo sát cơ bản đã hoàn thành, nhiệm vụ khó khăn tiếp theo được đặt ra là xử lý, phân tích, giải thích tổng hợp nguồn tài liệu hết sức đồ sộ hiện có Nguồn tài liệu của các phương pháp địa vật lý hàng không ở nước ta hiện nay là rất phong phú, khối lượng các tài liệu địa vật lý hàng không trong đó tài liệu phổ gamma đóng vai trò chủ đạo là hết sức lớn nhưng chưa được khai thác một cách triệt để Xử lý - phân tích tài liệu, khai thác triệt để thông tin từ nguồn tài liệu địa vật lý hàng không hết sức phong phú hiện có để phục vụ công tác điều tra nghiên cứu địa chất, tìm kiếm và dự báo triển vọng khoáng sản là nhiệm vụ hết sức quan trọng, cấp thiết đặt ra đối với các nhà địa vật lý Việt Nam hiện nay

Trong những năm gần đây công tác xử lý và phân tích tài liệu địa vật lý hàng không ở nước ta đã có những bước tiến đáng kể Nhiều tác giả đã tiến hành những nghiên cứu, phân tích thử nghiệm trên các tài liệu thực tế bằng các phương pháp khác nhau và thu được kết quả tốt, trong đó nhóm các phương pháp thống kê-nhận dạng đóng vai trò đặc biệt quan trọng và có hiệu quả hơn cả Đóng góp vào hướng nghiên cứu này có thể kể đến các công trình

của các tác giả: TS Nguyễn Tài Thinh, GS Lê Khánh Phồn, PGS Võ Thanh Quỳnh, TS Nguyễn Thế Hùng, TS Nguyễn Tuấn Phong và nhiều nhà khoa học khác Trong các công trình nghiên cứu của mình, bên cạnh việc nghiên cứu, phát triển và đưa vào áp dụng các phương pháp phân tích hiện đại trên Thế giới, các nhà địa vật lý Việt Nam cũng đã đề xuất, xây dựng và đưa vào áp dụng có hiệu quả nhiều phương pháp phân tích mới Đáng chú ý là nhóm một số phương pháp nhận dạng mới trong xử lý - phân tích tài liệu phổ gamma hàng không do PGS Võ Thanh Quỳnh cùng cộng sự đề xuất, xây dựng và đưa vào áp dụng thử nghiệm bước đầu trên một số diện tích bay đo cho kết quả tốt Tuy vậy, nhìn chung các kết quả nghiên cứu đạt được còn manh mún, việc áp dụng các thuật toán nhận dạng hiện đại trong Bộ chương trình phân tích phổ-thống kê COSCAD cũng như một số thuật toán nhận dạng mới do các nhà địa vật lý Việt Nam

đề xuất, trong đó có Phương pháp Tần suất - Nhận dạng và Phương pháp Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng của PGS Võ Thanh Quỳnh còn một

số hạn chế cả về nội dung thuật toán cũng như phạm vi áp dụng, cần được nghiên cứu phát triển, hoàn thiện và nâng cao hơn nữa hiệu quả của phương pháp

Một yêu cầu thực tế nữa đặt ra là: Làm thế nào để có được một Hệ phương pháp thích hợp, hiệu quả trong xử lý, phân tích tài liệu địa vật lý hàng không trên cơ sở lựa chọn, kế thừa các phương pháp truyền thống hiện có, đồng thời phát triển, hoàn thiện và bổ sung một số phương pháp phân tích mới nhằm không ngừng nâng cao hơn nữa chất lượng, hiệu quả của công tác bay đo địa vật lý trong giải quyết các nhiệm vụ địa chất Luận án với đề tài

“Hoàn thiện và mở rộng phạm vị áp dụng một số phương pháp nhận dạng

hiện đại trong xử lý - phân tích tài liệu địa vật lý hàng không” nhằm góp

phần từng bước giải quyết yêu cầu thực tế nói trên

Mục tiêu nhiệm vụ của của Luận án

- Phát triển, hoàn thiện nội dung hai phương pháp nhận dạng mới: Phương pháp Tần suất - Nhận dạng và Phương pháp Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng trong xử lý - phân tích tài liệu địa vật lý hàng không

- Tiến hành xử lý - phân tích tổ hợp các tài liệu bay đo thực tế bằng Hệ phương pháp phân tích mới trong dự báo triển vọng khoáng sản theo tài liệu địa vật lý hàng không nhằm làm sáng tỏ ý nghĩa khoa học và khả năng áp dụng thực tế của các phương pháp phân tích mới đã được hoàn thiện

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Luận án

- Việc phát triển, hoàn thiện hai phương pháp nhận dạng mới đã bổ sung và góp phần làm phong phú thêm hệ các phương pháp phân tích tài liệu địa vật lý nói chung, địa vật lý hàng không nói riêng, trong giải đoán địa chất, tìm kiếm và dự báo triển vọng khoáng sản

- Các kết quả nghiên cứu đạt được của Luận án hoàn toàn có thể đưa vào áp dụng trong công tác xử lý - phân tích tài liệu địa vật lý hàng không, một nguồn tài liệu hết sức phong phú ở nước ta hiện nay, góp phần không ngừng nâng cao hiệu quả của công tác địa vật lý hàng không trong điều tra nghiên cứu địa chất nói chung, đặc biệt là trong tìm kiếm và dự báo triển vọng khoáng sản

Những điểm mới của Luận án

- Hoàn thiện nội dung thuật toán hai phương pháp phân tích nhận dạng mới: Phương pháp Tần suất - Nhận dạng và Phương pháp Khoảng cách - Tần

- Mở rộng phạm vi áp dụng các dạng tài liệu và phân tích thử nghiệm thành công hai phương pháp nhận dạng mới trong xử lý tổ hợp các tài liệu từ

và phổ gamma hàng không

- Xây dựng các chương trình xử lý trên máy tính với hai phương pháp nhận dạng mới, cho phép dễ dàng sử dụng trong xử lý, phân tích tài liệu bay

đo thực tế ở nước ta hiện nay

- Góp phần làm sáng tỏ đặc điểm địa chất và triển vọng khoáng sản vùng Đà Lạt theo tài liệu địa vật lý hàng không, trên cơ sở áp dụng hệ phương pháp phân tích mới trong xử lý tổ hợp các tài liệu từ và phổ gamma hàng không

Các luận điểm bảo vệ

- Hai phương pháp phân tích nhận dạng mới: Tần suất - Nhận dạng và Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng, hoàn toàn có thể cho phép tìm kiếm, phát hiện và khoanh định ranh giới (diện tích) đối tượng đồng dạng, đánh giá mức độ đồng dạng của chúng so với đối tượng mẫu trong trường hợp tổng quát, khi không có thông tin trước về các đối tượng này, trong xử lý tổ hợp tài liệu địa vật lý hàng không

- Không chỉ tài liệu phổ gamma mà cả tài liệu từ hàng không và các tài liệu khác đều có thể sử dụng có hiệu quả cùng với hai phương pháp: Tần suất

- Nhận dạng và Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng trong xử lý tổ hợp tài liệu địa vật lý hàng không

Cấu trúc của Luận án

Cấu trúc của Luận án gồm 4 Chương cùng với phần Mở đầu và Kết luận

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

- Chương 2 Cơ sở lý thuyết về nhận dạng;

- Chương 3 Phát triển, hoàn thiện nội dung hai phương pháp phân tích nhận dạng mới;

- Chương 4 Áp dụng các phương pháp nhận dạng mới vào xử lý - phân tích tài liệu địa vật lý hàng không vùng Tuy Hòa và Đà Lạt

Chương 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ - PHÂN TÍCH

TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ HÀNG KHÔNG

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC ĐỊA VẬT LÝ HÀNG KHÔNG Ở VIỆT NAM

Địa vật lý hàng không là một tổ hợp công nghệ trong công tác địa vật

lý, bao gồm một nhóm các phương pháp địa vật lý với các thiết bị thu thập số liệu đặt trên máy bay trong một tổ hợp thiết bị thống nhất gọi là các trạm máy địa vật lý hàng không Trong thực tế người ta sử dụng rất nhiều tổ hợp địa vật

lý hàng không khác nhau như tổ hợp từ - phổ gamma, từ - phổ gamma - điện,

từ - phổ gamma - trọng lực, từ - trọng lực - điện v.v., tùy thuộc vào mục đích

và đối tượng nghiên cứu Địa vật lý hàng không có nhiều ưu điểm vượt trội so với các dạng công tác địa vật lý mặt đất khác đó là cho phép khảo sát trên một diện tích rộng lớn, địa hình phức tạp trong thời gian ngắn với khối lượng số liệu thu thập được hết sức đa dạng, phong phú có độ chính xác cao, chứa đựng nhiều thông tin khách quan về địa chất và khoáng sản của vùng nghiên cứu Địa vật lý hàng không có nhiều đóng góp hiệu quả trong công tác điều tra nghiên cứu địa chất nói chung, đặc biệt là trong tìm kiếm, dự báo triển vọng khoáng sản Từ giữa thế kỷ trước công tác địa vật lý hàng không đã được áp dụng rộng rãi và rất có hiệu quả ở nhiều nước trên thế giới như Liên

Xô, Trung Quốc, Canada v.v Ở Việt Nam, công tác địa vật lý hàng không đã được tiến hành từ những năm 60 của thế kỷ trước Từ đó đến nay công tác địa vật lý hàng không đã không ngừng phát triển, có những đóng góp không nhỏ trong điều tra cơ bản địa chất và tìm kiếm phát hiện khoáng sản Từ việc nghiên cứu cấu trúc, góp phần khoanh định các thành tạo địa chất, phục vụ lập bản đồ địa chất ở các tỉ lệ khác nhau, đến việc tìm kiếm phát hiện khoáng

sản đều có sự đóng góp quan trọng của địa vật lý hàng không

1.1.1 Sơ lược về công tác bay đo địa vật lý ở Việt Nam

1.1.1.1 Diện tích và tỉ lệ bay đo

Trước những năm 80 của Thế kỷ XX, ở Việt Nam chủ yếu tiến hành bay

đo từ tỉ lệ nhỏ (1:200.000) trên toàn bộ phần lãnh thổ phía Bắc đất nước Từ những năm 80 trở lại đây, công tác bay đo từ-phổ gamma tỉ lệ lớn (từ 1:50.000 đến 1:25.000) được Nhà nước quan tâm đầu tư và phát triển mạnh thông qua hàng chục đề án bay đo với tổng diện tích khoảng 90.000 km2 Hiện nay, những diện tích có tiềm năng triển vọng khoáng sản với địa hình không quá phân cắt, có thể tiến hành bay đo với máy bay AN-2, phần lớn đều đã bay đo từ-phổ gamma ở tỉ lệ 1:50.000 - 1:25.000 Với những diện tích còn lại, việc bay

đo đòi hỏi phải sử dụng máy bay trực thăng với chi phí cao hơn

1.1.1.2 Máy đo địa vật lý

Trước những năm 80 của Thế kỷ XX, ở Việt Nam đồng thời sử dụng 2 trạm máy địa vật lý hàng không: một trạm của Liên Xô cũ và một trạm của Canada Từ những năm 90 trở lại đây chúng ta chỉ còn sử dụng trạm máy của Canada (trạm máy của Liên Xô không còn sử dụng được) bao gồm:

- Máy từ proton MAP-4 với dải đo: 20.000-100.000 nT, độ chính xác 1nT

- Máy phổ gamma 4 kênh GAD-6 và đầu thu bức xạ gamma 44.GSI-3

GSA Thiết bị điều khiển ghi số PDASGSA 1000 ghi số liệu lên đĩa mềm trên máy tính

Từ khi đưa vào sử dụng đến nay toàn bộ các thiết bị của trạm máy vẫn luôn hoạt động tốt, đáp ứng đầy đủ yêu cầu kỹ thuật, đảm bảo việc thu thập số liệu đạt độ chính xác và chất lượng cao cho công tác bay khảo sát

1.1.1.3 Công tác đúc kết - xử lý tài liệu

Để có thể thành lập các bản đồ trường địa vật lý từ các số liệu thu thập

gồm các bước tu chỉnh - hiệu chỉnh - liên kết - đánh giá sai số theo quy phạm

kỹ thuật của công tác bay đo địa vật lý hiện hành Hiện nay, toàn bộ công việc

này cơ bản đã được tự động hóa theo “Bộ chương trình hiệu chỉnh - liên kết

tài liệu địa vật lý máy bay Hà Nội, 2002” [14]

1.1.1.4 Công tác phân tích, giải thích tổng hợp tài liệu

Từ các bản trường địa vật lý (từ và phổ gamma) ở các tỉ lệ thích hợp, cùng với các tài liệu kiểm tra mặt đất và các tài liệu địa chất - địa vật lý khác thu thập được, người ta tiến hành phân tích định tính và định lượng xác định các phá hủy kiến tạo theo đặc điểm biến đổi của trường địa vật lý; sử dụng các phép biến đổi trường xác định sự dịch chuyển các hệ thống đứt gãy, tính các tham số của các đứt gãy; xác định các dị thường phổ gamma và bản chất

xạ địa hóa của chúng, từ đó tiến hành công tác kiểm tra sơ bộ các dị thường địa vật lý Sử dụng các bộ chương trình có sẵn như COSCAD 8.0, ER.MAPPER 5.5

và một số chương trình tự lập tiến hành phân tích, giải thích tổng hợp tài liệu theo một quy trình nhất định để lập bản đồ cấu trúc địa chất và bản đồ phân vùng triển vọng khoáng sản theo tài liệu địa vật lý

1.1.2 Hiệu quả công tác địa vật lý hàng không ở Việt Nam

1.1.2.1 Trong điều tra cơ bản địa chất

Các tài liệu từ và phổ gamma hàng không ở nước ta trong thời gian qua được sử dụng có hiệu quả trong nghiên cứu đứt gãy, phân chia các thành tạo địa chất, các đới cấu trúc một cách khách quan, mang tính định lượng Nhiều đứt gãy sâu theo tài liệu địa vật lý đã được theo dõi chính xác, liên tục, và xác định định lượng các yếu tố thế nằm như các đứt gãy: Rào Nậy, Sông Ba, Sông Bung, Tà Vi-Hưng Nhượng, Phan Rí-Đắc Min, Tuy Hòa-Biên Hòa, Kbang- Tuy Phước v.v [10, 12, 13, 19]

1.1.2.2 Trong điều tra địa chất về tài nguyên khoáng sản

Đóng góp trong điều tra tài nguyên khoáng sản là ưu điểm nổi trội của công tác địa vật lý hàng không Các tài liệu từ và phổ gamma hàng không (đặc biệt là tài liệu phổ gamma) rất có hiệu quả trong tìm kiếm, phát hiện, khoanh định và dự báo các đới triển vọng khoáng sản Từ kết quả đo vẽ địa vật lý hàng không nhiều mỏ mới đã được phát hiện như sắt Nà Rụa, sắt Thạch Khê, Fluorit Xuân Lãnh, Urani Nông Sơn, Khe Hoa-Khe Cao, Urani Tabhinh, vàng Trảng Sim, vàng Sơn Hòa, Magnesit Kongqueng-Gia Lai v.v [6] Ngoài các mỏ mới được phát hiện, nhiều đới triển vọng khoáng sản cũng đã được khoanh định, đánh giá và dự báo về mức độ triển vọng khoáng sản, làm cơ sở cho các bước điều tra nghiên cứu chi tiết tiếp theo [10, 13, 19]

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ - PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ HÀNG KHÔNG TRÊN THẾ GIỚI

Công tác xử lý - phân tích tài liệu đóng vai trò hết sức quan trọng, quyết định đến chất lượng, hiệu quả của toàn bộ công tác địa vật lý hàng không Hiện nay trên thế giới, trong công tác phân tích tài liệu địa vật lý hàng không

để giải đoán địa chất, tìm kiếm và dự báo triển vọng khoáng sản người ta sử dụng rất nhiều phương pháp khác nhau, trong đó nhóm các phương pháp thống kê - nhận dạng được áp dụng rộng rãi có hiệu quả hơn cả Có thể chia các phương pháp xử lý - phân tích tài liệu địa vật lý hàng không thành các nhóm phương pháp chính sau

1.2.1 Các phương pháp tách trường

Các phương pháp tách trường là những phương pháp quen thuộc, được

sử dụng rất rộng rãi và có hiệu quả trong phân tích các tài liệu địa vật lý nói chung Sử dụng các phương pháp tách trường để phân chia các dị thường là nội dung quan trọng trong phân tích tài liệu địa vật lý hàng không, nhằm

thường, đặc biệt là đối với các dị thường phổ gamma Dị thường phổ gamma

là những phần địa phương của vỏ Trái Đất, ở đó các trường phóng xạ ghi được cao hơn mức phông, hoặc mối tương quan giữa các thành phần trường

bị phá vỡ, do sự không đồng nhất về địa chất và địa hóa của các thành tạo địa chất gây ra Diện phân bố của các dị thường này nói chung lớn hơn so với các

dị thường điểm, nó tương ứng với diện phân bố của các đối tượng địa chất gây dị thường [2, 40, 41, 42] Trong phân tích tài liệu phổ gamma hàng không, do đặc tính phân bố ngẫu nhiên của các trường phóng xạ, người ta thường sử dụng phổ biến hơn cả là các phương pháp như: trung bình trượt, trung bình entropi, lọc phi tuyến, lọc tuyến tính, gradien

Vấn đề quan trọng khi sử dụng các phương pháp tách trường để phân chia dị thường đối với tài liệu địa vật hàng không là lựa chọn bán kính trung bình (kích thước cửa sổ chạy) sao cho phù hợp với kích thước của đối tượng gây dị thường Diện tích của cửa sổ chạy thường được chọn lớn hơn 2 - 3 lần diện tích của dị thường Những nghiên cứu theo hướng này được đề cập đến trong các công trình của Diordienco, của Ni-Ki-Tin và nhiều công trình của các tác giả khác

1.2.2 Các phương pháp thống kê nhận dạng

Các phương pháp nhận dạng không những được ứng dụng rất có hiệu quả trong phân tích các số liệu địa chất, địa vật lý mà còn được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác Về nguyên lý, việc tìm kiếm các đối tượng tương tự (đồng dạng) với các đối tượng mẫu đã biết thông qua các chủng loại thông tin thu được trong quá trình nghiên cứu, khảo sát, đều có thể xếp vào lớp các bài toán nhận dạng Các phương pháp phân tích nhận dạng đặc biệt có hiệu quả khi tiến hành trên các cơ sở dữ liệu có các chủng loại thông tin đa dạng, phong phú và tin cậy Hiện nay, có rất nhiều thuật toán

nhận dạng hiện đại, được tự động hóa bằng các hệ phần mềm mạnh, được áp dụng có hiệu quả trong phân tích tài địa vật lý hàng không đặc biệt là tài liệu phổ gamma ở nhiều nước trên thế giới Đề cập đến hướng nghiên cứu này có rất nhiều công trình đã được công bố, theo đó các phương pháp nhận dạng có thể chia thành 2 nhóm: nhóm các phương pháp nhận dạng theo đối tượng chuẩn và nhóm các phương pháp nhận dạng không có đối tượng chuẩn [21,

24, 38, 39, 43, 44, 46]

1.2.2.1 Các phương pháp nhận dạng theo đối tượng chuẩn

Trong các phương pháp phân tích nhận dạng theo đối tượng chuẩn thì việc quan trọng nhất là chọn đối tượng chuẩn, tiếp đến là chọn tập hợp các dấu hiệu dùng để phản ánh và nhận dạng các đối tượng Tùy thuộc vào các mục đích nghiên cứu khác nhau, việc lựa chọn các đối tượng chuẩn sẽ khác nhau Với mục đích nhận biết và khoanh định ranh giới các thành tạo địa chất, đối tượng chuẩn được lựa chọn là các “diện tích chuẩn”, trên đó phân bố các thành tạo địa chất đặc trưng tin cậy đã biết Với mục đích tìm kiếm và dự báo triển vọng khoáng sản, đối tượng chuẩn được chọn là các diện tích chuẩn, đã biết về triển vọng khoáng sản (các đối tượng quặng và không quặng) [17]

- Đối tượng quặng chuẩn được hiểu là một biểu hiện quặng bất kỳ mà các đặc tính địa chất - khoáng sản đã biết, nghĩa là đã có các dấu hiệu tin tưởng về một loại khoáng sản nào đó

- Đối tượng không quặng chuẩn là các đối tượng mà bằng các công việc tìm kiếm chi tiết trên mặt đất đã khẳng định là chúng không có biểu hiện quặng hóa

Phần lớn các thuật toán nhận dạng theo đối tượng chuẩn trên cơ sở mô hình thống kê trong phân tích tài liệu địa vật lý hàng không đều sử dụng các

1.2.2.2 Các phương pháp nhận dạng không có đối tượng chuẩn theo nguyên lý tự điều chỉnh

Để khoanh định ranh giới các thành tạo địa chất phục vụ công tác lập bản đồ, các phương pháp nhận dạng không có đối tượng chuẩn được áp dụng rất có hiệu quả Về bản chất, các phương pháp nhận dạng không có đối tượng chuẩn trong trường hợp này có thể xem như các bài toán phân lớp, phân chia các miền trường tương ứng với các thành tạo địa chất, dựa theo các đặc trưng của trường địa vật lý

Để phục vụ tìm kiếm, dự báo triển vọng khoáng sản, trong trường hợp diện tích khảo sát chưa được nghiên cứu kỹ và không có các đối tượng chuẩn tin cậy, người ta có thể sử dụng các phương pháp nhận dạng không có mẫu theo nguyên lý tự điều chỉnh để phát hiện và khoanh định các diện tích trường

dị thường dựa trên một số dấu hiệu đã được chọn trước theo nguyên tắc: xác suất nhỏ, tương quan yếu và có tính trội của một nguyên tố nào đó

Người ta đặc biệt quan tâm đến các diện tích dị thường (có khả năng liên quan với các khoáng sản) được khoanh định theo các dấu hiệu nêu trên khi có các đặc điểm như:

- Loại thường gặp trong các lớp đất đá khác nhau nhưng rất giống nhau

- Loại không điển hình cho lớp đất đá của nó hoặc trên toàn vùng Các phương pháp nhận dạng không có đối tượng chuẩn theo nguyên lý

tự điều chỉnh để đánh giá triển vọng khoáng sản nói chung đạt hiệu quả không cao, thường chỉ có thể tham gia vào việc phát hiện và khoanh định các diện tích, dự báo là có thể có liên quan với khoáng sản [25]

1.2.3 Các phương pháp thống kê thực nghiệm

Các phương pháp thống kê thực nghiệm được thiết lập trên cơ sở các

quan niệm lý thuyết, những kinh nghiệm thực tế, sự tự điều chỉnh để tìm kiếm

lời giải đúng trong quá trình phân tích Bằng mô hình toán học và thông qua

chúng có thể phân chia các lớp dấu hiệu đối với các đặc trưng địa chất, các

đặc trưng quặng và không quặng [31] Với mục đích tìm kiếm, dự báo khoáng

sản, các phương pháp thống kê thực nghiệm chủ yếu tập trung khai thác tài

liệu phổ gamma với các thông số (được biểu diễn qua các biểu thức toán học)

[11, 26, 28, 47], thường được sử dụng là:

- Các thông số Dominal

Quá trình phân bố lại các nguyên tố phóng xạ nhất thiết sẽ làm cho ít

nhất một nguyên tố được trội lên, và các thông số Dominal gồm K

K

(1.1) trong đó:

Các hàm tương quan (trong đó có các hệ số tương quan bậc 1 Rij) phản ánh mức độ quan hệ về đặc điểm phân bố của các trường phóng xạ U, Th, K Quá trình phân bố lại các nguyên tố phóng xạ sẽ làm cho mối tương quan bình thường trước đó giữa chúng bị phá vỡ, do vậy các hàm tương quan cũng

là một dấu hiệu phản ánh đặc điểm phân bố của các trường phóng xạ [27]

- Các hàm xác suất thống kê phản ánh xác suất bắt gặp các đặc tính phóng xạ nào đó (theo nguyên tắc xác suất nhỏ) Về nguyên tắc, xác suất bắt gặp các dị thường sẽ là rất nhỏ so với toàn diện tích khảo sát Do vậy, nếu lựa chọn được các dấu hiệu phản ánh thích hợp, thì thông qua chúng theo nguyên tắc xác suất nhỏ, người ta cũng có thể khoanh định các diện tích có đặc tính phân bố không bình thường của các trường phóng xạ [34, 35]

- Các tỉ số hàm lượng các nguyên tố

Người ta cũng thường sử dụng các tỉ số hàm lượng như: qTh/qU, qTh/qK, (qU.qK)/qTh, (qU + qK)/ qTh làm các dấu hiệu để tìm hiểu về đặc điểm phân bố của các trường phóng xạ

Trong các đá không biến đổi của vỏ Trái Đất các tỉ số này thường khá

ổn định và chỉ thay đổi trong các dải khá hẹp Ở những đới đá biến đổi, giá trị của các tỉ số này sẽ vượt ra khỏi các dải đó, do vậy thông qua các dấu hiệu này cũng có thể khoanh định và dự báo các đới đá biến đổi

Các phương pháp thống kê thực nghiệm, thông qua các thông số nói trên được áp dụng khá rộng rãi và có hiệu quả trong phân tích tài liệu địa vật

lý hàng không, đặc biệt là tài liệu phổ gamma trong việc phát hiện và khoanh định các đới biến đổi có thể liên quan với khoáng sản

1.2.4 Các phương pháp khác

Ngoài một số phương pháp phân tích mang tính chuyên dụng thường được áp dụng trong phân tích tài liệu địa vật lý hàng không như đã trình bày ở trên, trong thực tế, người ta còn sử dụng rất nhiều phương pháp phân tích khác theo hướng khai thác và sử dụng triệt để thông tin như: các phương pháp quy hoạch tuyến tính, các phương pháp quy hoạch phi tuyến, các phương pháp phổ, các phương pháp đạo hàm, phương pháp phân tích các thành phần chính, các phương pháp phân tích bản đồ bóng, các phương pháp chồng chập thông tin v.v [6, 29, 30, 32, 33, 45]

Hầu hết các phương pháp nêu trên (bao gồm các phương pháp tách trường, các phương pháp nhận dạng, các phương pháp thống kê thực nghiệm v.v…) nói chung đều xử lý trên các số liệu liên tục theo tuyến hoặc theo diện, nghĩa là phân tích trên các bản đồ trường (cường độ trường từ T, trường từ dị thường ∆T, cường độ bức xạ gamma, hàm lượng các nguyên tố phóng xạ U,

Th, K v.v )

Trên các điểm dị thường đơn (chỉ đối với tài liệu phổ gamma thông qua bản đồ phân bố các dị thường phổ gamma hàng không) thường chỉ có một số phương pháp thống kê thực nghiệm đơn giản Thông qua các tham số đặc trưng riêng trên các điểm dị thường như: ∆J, T(1/2), ∆Th/ ∆U, ∆U/ ∆K, Ji, F v.v…, người ta xác lập mối quan hệ giữa các đặc điểm địa chất - khoáng sản với các đặc điểm xạ - địa hóa tương ứng, từ đó làm cơ sở cho việc dự báo về triển vọng khoáng sản của chúng

Tham gia đánh giá về mức độ triển vọng khoáng sản đối với các dị thường đơn, ngoài một số tham số như: F, T(1/2)… người ta còn sử dụng tham số tích phân xác suất nhiều thành phần:

2 2 2

3

1 (2 )

trong đó: - x, y, z là các hàm lượng của U, Th, K đã được chuẩn hóa [3]

- B là diện phân bố của dị thường được xác định theo kênh tổng

Hiện nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, các phương pháp xử lý và phân tích số liệu hiện đại ngày càng được ứng dụng rộng rãi thay thế các phương pháp thủ công, trực quan, định tính Phần lớn các thuật toán trình bày ở trên đều đã được tự động hóa với các hệ phần mềm mạnh, chuyên dụng Đáng chú ý là Bộ chương trình phân tích phổ - thống kê COSCAD do GS.VS Ni-Ki-Tin đề xuất xây dựng và hệ phần mềm mạnh ERMAPPER

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ - PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ HÀNG KHÔNG Ở VIỆT NAM

1.3.1 Các phương pháp xử lý - đúc kết số liệu thành lập các bản đồ trường địa vật lý

Ở Việt Nam, công tác xử lý - đúc kết số liệu để thành lập các bản đồ trường địa vật lý từ các số liệu nguyên thủy thu được đối với các tài liệu từ và phổ gamma hàng không từ năm 2003 trở lại đây cơ bản đã được tự động hóa, cụ thể thực hiện nhờ sử dụng Bộ chương trình hiệu chỉnh - liên kết tài liệu địa vật

lý máy bay [14] Dưới đây, xin giới thiệu tóm tắt nội dung các bước của công tác xử lý - đúc kết số liệu thành lập các bản đồ trường địa vật lý hàng không

1.3.1.1 Phương pháp đúc kết tài liệu từ hàng không

Việc đúc kết tài liệu từ hàng không được tuân thủ đúng các quy định kỹ thuật của quy phạm hiện hành với các bước cụ thể như sau:

Bước 1: Gắn toạ độ cho các giá trị trường, nội suy số liệu lên mạng lưới đều và hiệu chỉnh đêviaxia (hiệu chỉnh trung bình trượt) Tương tự như đối với tài liệu phổ gamma, để thành lập các bản đồ từ trường, trước hết phải tiến hành gắn toạ độ cho các giá trị trường đo được đồng thời với tài liệu phổ gamma theo chương trình QLK với thuật giải hoàn toàn tương tự Riêng đối với tài liệu từ chương trình QLK thực hiện thêm một nội dung nhỏ là trung bình trượt 3 điểm theo trọng số (1 - 2 - 1) và hiệu chỉnh đêviaxia

Do số liệu nguyên thuỷ ghi được từ máy từ MAP - đã là giá trị trường

từ tuyệt đối T nên có thể đưa trực tiếp vào chương trình QLK Kết quả của chương trình QLK chưa dùng để thành lập các bản đồ trường vì chưa thực hiện đầy đủ các phép hiệu chỉnh, liên kết tài liệu mà mới chỉ để dựng các đồ thị trên tuyến

Các đồ thị được dựng với tỉ lệ ngang 1 cm = 500 m và tỉ lệ đứng 1 cm =

50 nT

Bước 2: Thực hiện các phép hiệu chỉnh, liên kết tài liệu với các nội dung cụ thể như sau:

- Hiệu chỉnh biến thiên từ

Dựa vào kết quả đo biến thiên từ ngày đầu được dựng trên giấy milimet

có đánh dấu các mốc thời gian đầu và cuối của mỗi tuyến bay (sổ biến thiên từ) để thực hiện việc điều chỉnh biến thiên từ trên đồ thị trường của các tuyến bay thực tế

- Liên kết nội tài liệu từ trên toàn diện tích bay đo

Để liên kết nội tài liệu từ, ví dụ cho vùng Tuy Hoà, đã sử dụng phương pháp BUPR [11] Phương pháp này được sử dụng trong hầu hết các phương án

bay đo từ phổ gamma tỉ lệ 1: 25.000 và có nội dung cơ bản được chia làm 2 phần như sau:

a) Cân bằng mạng lưới tựa

Trước khi sử dụng các tuyến tựa để liên kết tài liệu của các tuyến thường, bản thân các tuyến tựa được cân bằng lại dựa vào kết quả đo trên các tuyến thường Công việc này được gọi là cân bằng mạng lưới tựa

b) Liên kết các tuyến thường với mạng lưới các tuyến tựa

Đại lượng hiệu chỉnh của mỗi một tuyến thường đối với phép liên kết này được xác định thông qua đường hồi quy bậc nhất của độ lệch các giá trị trường trên tuyến thường và tuyến tựa tại các điểm giao

- Tính sai số đo đạc và lập các bản đồ trường

Sau khi liên kết xong, giá trị của từ trường T trên các tuyến đã được chính xác lại, việc tiếp theo là đọc các giá trị trường lên sơ đồ tuyến bay để lập bản đồ đẳng trị cường độ từ trường tuyệt đối T Công việc này được thực hiện trên chương trình lập sẵn trên máy tính Chương trình này cho phép in các giá trị trường đã liên kết với tỷ lệ tuỳ ý từ số liệu chưa liên kết thông qua các giá trị hiệu chỉnh đầu và cuối tuyến [14]

Để thành lập được bản đồ dị thường từ của một vùng bay đo, sử dụng bản đồ từ trường bình thường thế giới và chọn mức trường bình thường khu vực một cách hợp lý nhằm phản ánh tốt nhất cấu trúc của vùng với quan điểm gần đúng cho rằng: trường bình thường khu vực trên một diện tích nhỏ của vùng bay thì sai khác với trường từ bình thường thế giới gần như một hằng số Hằng số này được xác định theo nguyên tắc: tổng các độ lệch giữa trường toàn phần và trường bình thường khu vực bằng 0 và hằng số này được xác định cho mỗi vùng bay là một giá trị cụ thể Việc đọc các giá trị dị thường từ

ΔT trên sơ đồ tuyến cũng được thực hiện bằng chương trình chuyên dụng trên máy tính đồng thời với từ trường T Việc làm này cho phép đẩy nhanh tiến độ (thành lập đồng thời các bản đồ trường) và đảm bảo tính khách quan, kiểm tra chéo lẫn nhau cùng từ số liệu đo gốc

Bước 3: Xác định sai số đo vẽ và thành lập các bản đồ

n

2 i





(1.3) Với δi là hiệu số giá trị trường trên tuyến thường và tuyến cắt tại điểm giao thứ i và n là số điểm giao được tính

Thành lập các bản đồ

Từ kết quả liên kết tuyến được xử lý trên máy tính, các số liệu T và ΔT được đưa lên bản vẽ ở tỷ lệ 1:50.000, tiến hành thành lập các bản đồ trường theo các yêu cầu kỹ thuật cụ thể

Khoảng cách của các đường đồng mức được chọn trong các bản đồ thành lập là 25nT, ở một số vùng có từ trường biến đổi mạnh, khoảng cách này được chọn với mức lớn hơn (bội số của 25nT)

1.3.1.2 Phương pháp đúc kết tài liệu phổ gamma

Việc đúc kết tài liệu phổ gamma được thực hiện theo quy phạm kỹ thuật công tác địa vật lý máy bay ở Việt Nam do Tổng cục Mỏ Địa chất ban hành năm 1987 Hiện nay, do có sự cải tiến của hệ thống thiết bị ghi và lưu dữ liệu nên các công đoạn trong chu trình đúc kết tài liệu phần lớn đã được thực hiện trên các phần mềm tự động hóa

Toàn bộ chu trình đúc kết tài liệu phổ gamma hàng không được chia làm 3 bước:

Bước 1: Đưa các đại lượng đo phổ gamma dưới dạng nguyên thuỷ (tốc

độ đếm xung) trên độ cao bay thực tế về các giá trị trường địa vật lý tương ứng dưới mặt đất (cường độ bức xạ gamma, hàm lượng các nguyên tố phóng

xạ U, Th, K)

Nhiệm vụ này được thực hiện trên máy tính bằng chương trình QDR với các nội dung sau:

- San số liệu theo phương pháp trung bình trượt 3 điểm (đồng thời với

cả số liệu đo từ và độ cao bay)

- Hiệu chỉnh phông dư Giá trị của phông tự nhiên được chọn làm mức 0 cho tài liệu phổ gamma Phông dư được đo vào đầu và cuối mỗi chuyến bay

- Hiệu chỉnh độ cao Thực hiện việc tính chuyển các giá trị đo phổ gamma ở độ cao bay thực tế và mức mặt đất thông qua hệ số suy giảm µi (I =

TC, K, U, Th) được xác định vào mỗi mùa bay

- Hiệu chỉnh tương tác Compton để loại trừ ảnh hưởng các bức xạ gamma của nguyên tố này lên cửa sổ năng lượng của nguyên tố kia (tương ứng các kênh hàm lượng) thông qua các hệ số phân giải Compton α, β,γ, được xác định vào đầu mỗi chuyến bay

- Đưa các đại lượng đo phổ gamma từ đơn vị tốc độ đếm xung (CPS)

về các giá trị địa vật lý: Cường độ bức xạ gamma (µR/h), hàm lượng các

nguyên tố phong xạ (K%), U(p.p.m), Th(p.p.m) nhờ hệ số chuẩn được xác định khi đo trên các bãi chuẩn vào đầu mỗi mùa bay

Kết quả của chương trình QDR cho ra các giá trị trường phổ gamma trên

cả 4 kênh đã quy về mặt đất theo hai dạng: dạng số và dạng đồ thị Các tài liệu phổ gama sau kết quả của chương trình QDR mới là tài liệu gốc và trên phương diện thu thập tài liệu địa vật lý chưa qua một phép hiệu chỉnh liên kết nào

Hàng ngày, ngay sau mỗi chuyến bay các số liệu bay đo lưu lại được kiểm tra đồng thời

Bước 2: Thực hiện đầy đủ các phép hiệu chỉnh, liên kết tài liệu trên

toàn diện tích bay, phục vụ việc xây dựng các bản đồ kết quả trường phổ gamma Nhiệm vụ này được thực hiện trên máy tính theo chương trình QLK với các nội dung sau:

- Gắn toạ độ cho tất cả tài liệu các trường đo được

Toạ độ của các điểm đo được nội suy thông qua hệ thống các mốc với toạ độ biết từ các kết quả liên kết tuyến với các quy ước: đường bay thực tế giữa 2 mốc kế tiếp nhau là thẳng và vận tốc bay giữa 2 mốc là không đổi

- Thực hiện các phép hiệu chỉnh, liên kết tài liệu

Để liên kết tài liệu phổ gamma hàng không, người ta đã sử dụng

“phương pháp liên kết theo tuyến kiểm tra” Phương pháp này đã được sử dụng trong tất cả các phương án bay đo từ - phổ gamma tỉ lệ 1:25.000 ở Việt Nam trước đây với tư cách như là một phương pháp kinh điển với độ tin cậy cao Ở đây chương trình chỉ đảm nhận chức năng tự động hoá, thay thế cho việc làm bằng tay trước đây, theo đúng trình tự các bước sau:

- Liên kết các tuyến bay trong mỗi chuyến bay

Nội dung các liên kết này là đưa các giá trị trường đo được ở các thời gian khác nhau trong ngày về cùng một thời điểm Ở đây, người ta chọn thời điểm đo trên tuyến kiểm tra đầu chuyến bay là mốc cho phép hiệu chỉnh vì thời điểm xuất phát của các chuyến bay là khá trùng nhau Các giá trị trường đo trên tuyến kiểm tra, giá trị sai lệch giữa hai lần đo (đại lượng cần hiệu chỉnh) được san đều cho toàn bộ thời gian bay của chuyến bay đo theo “luật tuyến tính”

- Liên kết các chuyến bay trong toàn bộ thời gian bay

Nội dung của liên kết này là đưa các giá trị thường đo ở các chuyến bay khác nhau về cùng một mức

Thông qua kết quả đo trên tuyến kiểm tra đầu tuyến bay của tất cả các chuyến bay sẽ được xác định tất cả các đại lượng đặc trưng của chúng Đại lượng đặc trưng này là giá trị trung bình (X) khi luật phân bố chuẩn và là giá trị có tần suất lớn nhất khi luật phân bố loga chuẩn Giá trị hiệu chỉnh của mỗi chuyến bay là hiệu số giữa đại lượng đặc trưng và giá trị đo trên tuyến kiểm tra đầu chuyến bay của ngày hôm đó

- Nội suy các giá trị trường lên mạng lưới đều đồng thời tính toán một

số tham số trung gian như: F, Th/U- Ju, JTh, JK…

Do vận tốc bay trên tuyến thay đổi nên các giá trị trường đo được (liên tiếp từng giây một) phân bố không đồng đều Thực tế đòi hỏi phải tạo được các “file” số liệu theo mạng lưới đều trên đồ thị trường Tuy nhiên, do đường

đồ thị trường thực chất là không liên tục nên phép đọc giá trị theo mạng lưới

là phép nội suy giữa 2 fit (2 điểm đo) kế tiếp nhau

Bước 3: Xác định sai số đo đạc và thành lập các bản đồ trường

- Xác định sai số đo đạc:

Sai số đo đạc của tài liệu phổ gamma được xác định thông qua kết quả

đo lặp trên các tuyến sản xuất và trên tuyến kiểm tra Sai số bình phương trung bình trên tất cả các kênh được tính theo công thức:

n

) X X

i 2 i 1

 



 (1.4) trong đó:

- X1i, X2i , là các giá trị trường đo lần đầu và lần lặp lại tại điểm thứ i

- n là số điểm đo lặp được dùng để tính sai số

Công việc tính sai số được tự động hoá theo chương trình QSS Chương trình QSS cho phép xác định sai số một cách nhanh chóng, chính xác

và dễ dàng thực hiện trên một khối lượng điểm tính lớn tùy ý, thuận lợi cho việc theo dõi kiểm tra

- Thành lập các bản đồ kết quả bay đo

Các bản đồ trường địa vật lý bắt buộc phải thành lập là:

+ Bản đồ các tuyến bay thực tế và dị thường phổ gamma hàng không

Thành lập bản đồ các tuyến bay thực tế và dị thường phổ gamma hàng không

Trong số các bản đồ kết quả bay đo, bản đồ các tuyến bay thực tế và dị thường phổ gamma có ý nghĩa đặc biệt quan trọng, nó là cơ sở chính yếu cho công tác kiểm tra sơ bộ mặt đất

Để thành lập bản đồ này, trên cơ sở sơ đồ các tuyến bay thực tế đã có, công việc đầu tiên là phân loại dị thường Phân loại dị thường là công việc quan trọng và khá phức tạp, đòi hỏi nhiều tính toán, rất dễ nhầm lẫn khi thực hiện bằng tay Hiện nay công việc này cũng đã được tự động hoá theo chương trình Q10

Chương trình Q10 không chỉ đưa ra bảng kết quả phân loại dị thường

mà còn cung cấp đầy đủ thông tin cần thiết (các tham số giải thích) của mỗi dị thường, giúp cho việc xem xét, đánh giá đầy đủ hơn các dị thường trong công tác phân tích, giải thích tài liệu địa vật lý hàng không [4]

- Thành lập các bản đồ theo kết quả phân tích tài liệu:

Các bản đồ thành lập theo kết quả phân tích số liệu bao gồm: Bản đồ cường độ gamma, Bản đồ hàm lượng Kali, Bản đồ hàm lượng Uran, Bản đồ hàm lượng Thori, Bản đồ Th/U, Bản đồ chỉ số F [4]

Các loại bản đồ trường phổ gamma đều được thành lập và trình bày theo các yêu cầu kỹ thuật quy định

1.3.2 Các phương pháp phân tích tài liệu

Công tác phân tích tài liệu địa vật lý hàng không ở nước ta trong những năm gần đây đã có những bước tiến đáng kể Trong tổ hợp các phương pháp phân tích tài liệu đang được sử dụng rộng rãi trong các đề án bay đo, ngoài một số phương pháp định tính với thuật toán tương đối đơn giản dựa trực tiếp

vào đặc điểm hình thái của các bản đồ trường, người ta còn sử dụng một số phương pháp phân tích hiện đại như: Dominal, tương quan, nhận dạng, phương pháp phân tích các thành phần chính, các phương pháp tách trường, biến đổi trường v.v…

Ngoài ra, một số tác giả còn tiến hành những nghiên cứu, phân tích thử nghiệm trên các tài liệu thực tế bằng nhiều phương pháp khác nhau, đặc biệt

là nhóm các phương pháp thống kê - nhận dạng, phục vụ tìm kiếm, dự báo triển vọng khoáng sản, thu được những kết quả tốt Đóng góp theo hướng nghiên cứu này có thể kể đến các công trình của các tác giả như: Tăng Mười, Nguyễn Tài Thinh, Lê Khánh Phồn, Võ Thanh Quỳnh, Vũ Thu Hương, Nguyễn Thế Hùng, Nguyễn Tuấn Phong và của nhiều tác giả khác [36, 37]

Trong các công trình trên các tác giả đã sử dụng một số phần mềm được xây dựng trong nước, đồng thời khai thác một số phương pháp trong bộ chương trình phân tích phổ - thống kê COSCAD và bộ chương trình ERMAPPER

1.3.2.1 Các phương pháp truyền thống

Ngoài một số phương pháp truyền thống như tách trường, biến đổi trường, các phương pháp giải tích, đồ thị, lựa chọn trong giải bài toán ngược đối với tài liệu từ Hiện nay, khi phân tích tổ hợp các tài liệu phổ gamma hoặc

tổ hợp tài liệu từ - phổ gamma chủ yếu ứng dụng một số thuật toán nhận dạng

và phân lớp trong Bộ chương trình COSCAD [1]

Bộ chương trình COSCAD do GS.VS Ni-Ki-Tin cùng các cộng sự đề xuất xây dựng là một hệ phần mềm rất mạnh, chuyên dụng đã và đang được ứng dụng rộng rãi, có hiệu quả trong xử lý - phân tích tài liệu địa chất, địa vật

lý ở Việt Nam cũng như nhiều nước khác trên thế giới

Bộ chương trình bao gồm tập hợp của rất nhiều mô đun xử lý khác

- Khối các chương trình phục vụ (service)

Dùng để tạo ra cơ sở dữ liệu và các phép toán trên các lưới trong cơ sở (hợp nhất lưới, dán các lưới ) Nhờ khối chương trình này, ta có thể tạo ra lưới mới trong cơ sở dữ liệu và đưa ra kết quả dưới dạng lưới riêng có Format hoặc không Format cho xử lý sau đó hoặc xây dựng bản đồ và hình nổi

- Khối các chương trình đồ thị (Graphics)

Khối này dùng để biểu diễn các lưới xuất phát hay lưới kết quả chỉ trên màn hình dưới dạng đồ thị riêng theo các tuyến, bản đồ phân lớp, bản đồ các

đồ thị, bản đồ các đồ thị theo các trục X, Y, Z Nếu cần phải đưa kết quả cuối cùng lên giấy dưới dạng đường đẳng tuyến thì phải đưa ra lưới tương ứng từ

cơ sở và sử dụng bộ chương trình đặc biệt Một trong các bộ chương trình như vậy là bộ chương trình Surfer, cho phép biểu diễn bản đồ hình nổi của trường

- Khối các chương trình xử lý thống kê (Statistics)

Khối này được dùng để tính các đặc trưng thống kê như quan hệ tỷ số các nguyên tố, mức đóng góp của các nguyên tố vào trường tổng, giá trị trung bình, độ lệch chuẩn, tính đối xứng, độ nhọn, trị số thăng giáng của trường địa phương, hàm liên kết theo các hướng, hệ số liên kết chuẩn, gradien theo các hướng, gradien toàn phần, hướng gradien, hàm tương quan giữa các trường v.v

- Khối các chương trình lọc trường (Filtering)

Sử dụng để hiện thực hóa các bộ lọc tối ưu nhằm giải quyết các vấn đề tách các trường nguồn thành các trường thành phần như: lọc năng lượng, lọc thích nghi, lọc Komogorov-Viner để phân chia thành phần dị thường địa phương và thành phần khu vực

- Khối các chương trình phát hiện và phân chia dị thường (Dectection)

Sử dụng để phát hiện các kiểu dị thường tương quan dương, dị thường tương quan âm, dị thường tương quan âm - dương; chương trình phân chia dị thường theo tổ hợp dấu hiệu, chương trình phân lớp đối tượng địa vật lý - địa chất; chương trình nhận dạng theo đối tượng chuẩn v v

- Khối các chương trình xử lý tổ hợp (Complex)

Sử dụng để xử lý giám sát tổ hợp dữ liệu Trong khối này có một số chức năng phân lớp và nhận dạng ảnh

Để khoanh định các diện tích triển vọng, tiến tới thành lập “Sơ đồ dự báo triển vọng khoáng sản” theo tài liệu địa vật lý hàng không, hiện nay, người ta chủ yếu sử dụng một số chương trình trong “Khối phát hiện và phân chia dị thường” và “Khối xử lý tổ hợp” của bộ COSCAD, trong đó:

- Khối xử lý tổ hợp dùng để phân chia các miền trường (chương trình phân lớp) theo tổ hợp đặc trưng các dấu hiệu trường địa vật lý

- Khối phát hiện và phân chia dị thường dùng để khoanh định ranh giới các đới dị thường (các trường xạ - địa hoá cục bộ, liên quan đến các đới biến đổi, có tiềm năng triển vọng khoáng hoá quặng)

1.3.2.2 Một số phương pháp phân tích mới

Bên cạnh các phương pháp truyền thống rất có hiệu quả, đặc biệt là nhóm các phương pháp thống kê - nhận dạng được khai thác chủ yếu từ bộ chương trình phân tích phổ - thống kê COSCAD, nhiều phương pháp phân tích hiện đại khác cũng đã được nghiên cứu đưa vào áp dụng có hiệu quả như: phương pháp phân tích Dominal, phương pháp phân tích thành phần chính, phương pháp tương quan v.v…[7, 9, 10] Ngoài việc tìm hiểu, đưa vào áp dụng các phương pháp phân tích hiện đại của thế giới các nhà địa vật lý Việt Nam cũng đã đề xuất, xây dựng và đưa vào áp dụng cho kết quả tốt một số

phương pháp hoàn toàn mới như: phương pháp đánh giá và phân loại cụm dị thường phổ gamma hàng không, phương pháp hệ số tương quan, phương pháp Tần suất - Nhận dạng và phương pháp Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng [16, 20]

Trong nhóm các phương pháp mới như Phương pháp Tần suất - Nhận dạng và Phương pháp Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng, Võ Thanh Quỳnh

và một số tác giả khác đã lựa chọn hướng đi mới, bên cạnh việc đưa vào áp dụng bổ sung lớp bài toán đánh giá - lựa chọn thông tin để nâng cao chất lượng các phương pháp phân tích nhận dạng truyền thống đã có, họ còn sử dụng chính các thuật toán đánh giá - lựa chọn thông tin để xây dựng thành các phương pháp nhận dạng mới và đã đưa vào áp dụng thực tế, bước đầu cho kết quả tốt [15, 17] Tuy nhiên, hai phương pháp nhận dạng mới, bước đầu còn nhiều tồn tại về cả nội dung lý thuyết thuật toán và phạm vi áp dụng, cần được tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện

Nhìn chung, những nghiên cứu trước đây trong xử lý - phân tích tài liệu địa vật lý hàng không đã thu được kết quả khá tốt đối với nhiệm vụ nghiên cứu cấu trúc, phục vụ công tác đo vẽ lập bản đồ, nhưng với mục đích tìm kiếm, dự báo triển vọng khoáng sản thì kết quả thu được còn nhiều hạn chế Các kết quả nghiên cứu xử lý - phân tích tài liệu địa vật lý hàng không thu được đến nay, tuy khá phong phú, nhưng vẫn còn manh mún, riêng lẻ Làm thế nào để có được một hệ phương pháp phân tích tổ hợp các tài liệu địa vật

lý hàng không hoàn chỉnh, có hiệu quả trong giải đoán địa chất, tìm kiếm và

dự báo triển vọng khoáng sản là nhiệm vụ quan trọng, cấp thiết đang được đặt

ra đối với các nhà địa vật lý Việt Nam hiện nay Đây chính là nội dung, nhiệm

vụ mà Luận án đề cập đến và sẽ được trình bày kỹ ở Chương 3

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NHẬN DẠNG

Nhận dạng là một lĩnh vực toán học đi sâu giải quyết các bài toán phân loại đối tượng dựa vào mối quan hệ hữu cơ giữa các đối tượng cụ thể với các dấu hiệu trường đặc trưng cho đối tượng đó, được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, trong đó có địa chất và địa vật lý Dưới đây là tóm lược cơ sở

lý thuyết về nhận dạng, đã trình bày trong Báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp

Đại học Quốc gia Hà Nội (2012), Nghiên cứu áp dụng các phương pháp nhận

dạng hiện đại để xử lý - phân tích các tài liệu địa vật lý hàng không phục vụ tìm kiếm và dự báo triển vọng khoáng sản (vàng, thiếc, vonfram, chì, kẽm) trên các vùng Đà Lạt, Huế, Phan Thiết [18] mà tác giả luận án là thành viên

chính tham gia thực hiện

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT NHẬN DẠNG TRONG XỬ LÝ TỔ HỢP SỐ LIỆU ĐỊA VẬT LÝ

Xử lý tổ hợp số liệu về cơ bản là dựa trên nhiều loại thông tin khác nhau để giải quyết các nhiệm vụ được đặt ra phù hợp với các điều kiện kinh tế

- kĩ thuật cụ thể cho phép Không chỉ riêng trong địa vật lý mà nhiều lĩnh vực khác cũng sử dụng xử lý tổ hợp dữ liệu để nâng cao chất lượng xử lý

Xử lý tổ hợp 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 Tuy nhiên, về cơ bản nhiệm vụ của công tác xử lý tổ hợp số liệu địa vật lý là phân loại các điểm quan sát thành các diện tích hay các lớp diện tích nhất định, ở đó các đặc trưng trường địa vật lý giống với các đặc trưng của trường liên quan với những lớp đối tượng địa chất - địa vật lý nhất định [48] Để giải quyết nhiệm

vụ trên, tương tự như nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác, trong địa vật lý

2.1.1 Các bước xử lý số liệu trong lý thuyết nhận dạng

Một cách khái quát, có thể phân chia quá trình xử lý số liệu trong lý

thuyết nhận dạng 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

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

Để xử lý tổ hợp số liệu địa vật lý, người ta chủ yếu sử dụng các mô hình thống kê bởi lẽ các đối tượng khảo sát cần nghiên cứu có vị trí, kích thước, tính chất vật lý không biết trước, 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 Sau khi lựa chọn mô hình, tiếp theo là lựa chọn các phương pháp nhận dạng tương ứng, rồi 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 hiện đại, tự động hóa bằng các hệ phần mềm mạnh, chuyên dụng, được ứng dụng rộng rãi và có hiệu quả trong nước và trên thế giới Có thể chia chúng thành hai nhóm phương pháp chính: 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 các lớp đối tượng và biết được đặc trưng thống kê của các trường địa vật lý đối với từng lớp đối tượng

Khi xử lý số liệu địa vật lý bằng thuật toán nhận dạng theo mẫu chuẩn, nhiệm vụ đặt ra là cần xây dựng các thuật toán hay đề xuất các chỉ tiêu nhận dạng đảm bảo để phân loại các đối tượng theo số liệu quan sát thành hai lớp (thí dụ lớp có quặng và lớp không quặng) hoặc nhiều hơn hai lớp khi đã biết các đặc trưng thống kê của mỗi loại dấu hiệu ứng với các đối tượng chuẩn Vấn đề quan trọng, mang tính quyết định trong công tác xử lý số liệu địa vật lý bằng thuật toán nhận dạng theo đối tượng chuẩn là lựa chọn đối tượng chuẩn, trên đó tiến hành nghiên cứu các đặc trưng thông kê của các dấu hiệu (các trường địa vật lý) Điều này đặc biệt quan trọng khi khảo sát các diện tích có cấu trúc địa chất phức tạp, ở đó các trường địa vật lý quan sát được biến đổi mạnh ngay cả ở những diện tích nhỏ

Nhóm các phương pháp nhận dạng không có đối tượng chuẩn được sử dụng khi chúng ta không biết trước các đặc trưng thống kê của các dấu hiệu ứng với các lớp đối tượng cần tìm Khi đó quá trình nhận dạng đơn thuần chỉ thực hiện nhiệm vụ phân loại trường

Phương pháp xử lý số liệu bằng thuật toán nhận dạng không có đối tượng chuẩn được thực hiện như sau: bằng thuật toán phân loại trường lựa chọn được, tiến hành chia các điểm quan sát thành một số nhất định các diện tích đồng nhất về dấu hiệu tổ hợp Bản chất địa chất của từng diện tích phân

ra được có thể không xác định được Để xác định chúng đòi hỏi phải có các số liệu khoan hoặc nghiên cứu bổ sung về tính chất vật lý của đá

2.1.3 Ước lượng các đặc trưng thống kê và lượng tin của các dấu hiệu trên các đối tượng chuẩn