Phân tích khai phá dữ liệu dạy học và thông tin phản hồi của sinh viên nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả quản lý đào tạo

C hính vì vậy, để có được nghiệm chính xác của nó ta còn phả i dựa vào các th ông t in đ ịa chất, địa vật lý khác về đối tượng gây nhiễu... Việc xác địn h các độ sâu này cũng được thực h

<10

no

ù

scN

oyx

ИО

<MO

O -AIINÍ' <OLгѵо

< wIKoz

ะ IYHaa

- Xây dựng th à n h bộ chương trìn h m áy tín h , tín h to á n th ử ngh iệm trê n

mô hình để từ đó có th ể đem áp d ụ n g vào th ự c tiễ n sản x u ấ t tạ i V iệ t nam

2 N ội d u n g n g h iê n cứu

- N ghiên cứu áp dụ n g th u ậ t toán g iả i b à i toán th u ậ n ba chiều nhằm xác

đ ịn h d ị thư ờng từ toàn ph ầ n của m óng từ

- N ghiên cứu việc g iả i bài toán ngược ba chiều theo phương phá p lự a chọn nhằ m xác đ ịn h các th ông số v ậ t th ể và độ sâu của m óng từ

- Xây dựng bộ chương trìn h m áy tín h nhằm hiệ n th ự c hoá việc g iả i bài toán ngược trê n m áv tín h

- T ín h toán th ử nghiệm trê n các m ô hìn h sô nhằm khảo sát độ chính xác tốc độ hội tụ, khả năn g áp dụ n g của phương pháp cũ n g n h ư h iệ u quácủa chương trìn h m ay tín h

Đề tà i đã đ ạ t dược các k ế t quả sau:

- Đã nghiên cứu th à n h confi khả năng áp dụng của phương pháp giai bài toán ngược ba chiều xác đ ịn h các thông số vậ t thể và độ sâu của móng từ nham góp pha n hiện đ ạ i hoá công tác phân tích và xử lý số liệ u địa vậ t lý ở tro n g nước

- Đã xây dựng được bộ chương trìn h m áy tín h mà các k ế t quả tín h toán thử nghiệm cho th ấ y k h ả năn g áp dụng của nó tro n g thực tiễ n sản x u ấ t cũng như tro n g việc phục vụ công tác giảng dạy cho sinh viê n và học viê n cao học chuyên ngành địa v ậ t lý

- Nội du n g ngh iên cứu của dê tà i này đang được sử dụn g tro n g 01 lu ận văn thạc sỹ, 02 khoá lu ậ n tô t nghiệp và được gửi công bố tro n g 01 bài báo trê n các tạp chí khoa học năm 2007 n h ư sau

T ha nh toán hợp đồng với bên ngoài: 3.000.000 d

The aim ed purpose o f the project is:

- S tu d yin g the app lica tion o f progressive m ethods o f an a lysin g and

in te rp re tin g data w id e ly used in the W orld to co n tribute to m odernise the

w o rk o f a na lysin g and in te rp re tin g geophysical data in V ietnam

- B u ild in g com fortable com puter program packages and conducts the exprem eltal ca lcu la tin g in oder to a p p ly them in practically researching Vietnam's

2 The subject of the project:

- S tu d yin g a lg o rith o f the fo rw a rd solution to define to ta l m agnetic anom alies co n trib u te d by 3D m agnetic basement

- S tu d yin g 3D m agnetic in version by in te ra tive m ethod to determ ineparam eters o f magnetic object as w e ll as depth o f m agnetic basement

- C onducting the exprem ental calcu la tin g in oder to a pp ly them in p ra c ti­

ca lly researching V ie tn a m 's geological structures

2 The o b ta in e d re s u lts

The re s u lts o f th e proje ct can be sum m arized as follows:

- The a p p lica tio n o f progressive methods of 3D m agnetic inversion has been succesfuly s tu d y in g to co n tribute to modernise the w o rk o f analysing and in te rp re tin g o f geophysical data in V ietnam

- A com fortable com puter program packages has been b u ild e d to apply them in p ra c tic a lly researching V ietnam 's geological stru c tu re s as w e ll as

to serve tra in in g m a tte r for geophysical students o f BSc and MSc degree

- The s tu d y co ntent has been in volved in 01 MSc thesis and 02 BSc thesis and in 01 a rtic le p u b lis h in g progress in J o u rn a ls o f Science andTechnology, 2007

MỤC LỤC

Chương I - Phương pháp g iả i bài toán th uận ba chiều xác địn h d ị thường

từ toàn phần của móng từ 6

1.1 D ị thường từ toàn phần của lãng t r ụ thẳng dứn 6

1.2 D ị thường từ toàn phầ n của móng t ừ 8

Chương I I - G iả i b à i toán ngược ba chiểu xác định các thông số v ậ t th ể vàđộ sâu m óng từ theo phương pháp lựa chọn 9

2.1 Phương pháp chung để g iả i bài toán ngược trong th ă m dò từ 9

2 2 Xấc đ ịn h các thông số của v ậ t thể gây d ị thướng từ có dạng hình lă ng t r ụ th ẳng đứ n g i 1 2.3 Xác (lịn h độ sâu của m óng từ 16

Chương I I I - M ô h ìn h hóa việc g iả i bài toán ngược ba chiểu xác đ ịn h các thông số v ậ t thể và độ sâu của m óng từ 17

3.1 Xác định các thông số của vật thể ba chiều có dạng lăng trụ thẳng dửng 17

3.2 Xác định độ sâu của m óng t ừ 24

K ế t lu ậ n 28

Lời cảm ơ n 29

T à i liệu tham k h ả o 30

Phụ lụ c 31

- 01 b à i b á o t ạ i T ạ p c h i K h o a học v à C ô ng nghệ 2 0 0 5 Đ a n g in

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN THUẬN BA C H lỂ ư XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG TỪ TOÀN PHẦN CỦA MÓNG TỪ

1.1 Dị th ư ờ n g từ toàn phẩn của lă n g trụ th ẳng dứng

Theo phương pháp lự a chọn - như ta dã b iế t - để g iả i được bài toán ngược ba chiều (3 D ) nhằm xác địn h độ sâu tới móng từ, trước hết ta cần đưa

ra được th u ậ t toán để xác đ ịn h được d ị thường từ toàn phầ n ầ Tcủa nó sao cho chính xác, nhanh và thuận tiện hơn cả cho việc tín h toán Cho tới nay, trê n thê giới đã có rấ t nhiều các phương phá p khác nhau được các tác giả đưa ra đê tín h d ị thường từ toàn phần của m óng từ nhưng tron g dó việc chia nhỏ nó ra

th à n h các lă n g t r ụ th ẳng đứng đ ặ t cạnh nhau vẫn là mô h ình đưọc sử dụng rộng rã i hơn cả Năm 1993，theo hướng này B haskara Rao, D và Ramesh Babu [4], đã đưa ra được th u ậ t toán để tín h d ị thường từ toàn phần cho các

lă n g t r ụ th ẳ n g đứng bị từ hoá tron g trư ờ n g từ trá i đ ấ t để từ đó xác đ ịn h được

d ị thường từ toàn phần của móng từ Cơ sỏ lý th u yế t của nó được trìn h bày dưới đây

Để tín h d ị thường từ trên m ặ t phăng O x y gây ra bởi v ậ t th ể h ìn h lă ng

t r ụ có độ từ hoá bất kỳ, ta chọn hệ toạ độ vuông góc có gồc о đượo đ ặ t trên

m ặ t phăng quan sát, trụ c O x hướng theo cực bắc đ ịa lý, trụ c O y theo hướng đông, trụ c Oz

Hình 1.1 - Mò hĩnh lâng trụ vuông góc ba chiếu

O x và O y (hình 2.2)

Với cách chọn hộ trụ c toạ độ như trên , B h a s k a ru a R a o và R a m e s h B a b u

đã dưa ra phương trìn h đế tín h d ị thường từ tại điểm P (x ,y ,0 ) b ấ t kỳ của vậ t thể có dạng lă ng trụ thẳng đứng có các m ặ t bên song song với các trụ c toạ độ như sau:

ù J \x , v,0) = 6', Ft + 6', F2 + G% ^ + О；/•； + ơ 5 /•； (1.1)tron g đó là các hằng số với:

ơ , = J ( M r + Nq) , O j = J ( L r + N p ) ,

G , = /(/,</ + M p ) , G4 = J ( N r - M q ) ’ Ciị = J ( N r - U f) ，

ở đây: J là độ từ hoá,

L ,M ,N là các côsin chỉ phương của vectơ từ hoá của v ậ t thể,

p ,q ,r các côsin chỉ phương véctơ cường độ trư ờ ng từ tr a i đất /«Ị，/으，/パ11,/스，/장 là các hàm số được xác đ ịn h như sau:

arctan -Ễ ìỉIl + arctan ■린노 + arctan ■민노 - arclan 쓰으

tro n g đó： R, = 'Ị ã ị + p ； + Hj , R, = yỊẽt; + ß l + h\ ’ R' ะ= yfaị + ß l + h '；

R , = Ịa ] +p ： +； ’ R' = J a ：+ ß \ +h ； , R„ ะ =y ß ： +J i f h]

« 1 = Ѵ а；+ /7； + Л/

đ ỉnh của h ìn h lă n g t r ụ còn ( íí,,«,),(/»,.л；) tương ứng là khoảng cách từ gốc toạ

độ tớ i các m ặ t của h ìn h lă n g trụ nằm song song với các trụ c X và у còn h ,,h 1 lần

lư ợ t tà độ sâu tớ i đ ỉn h và đáy v ậ t thể

Trường hợp các m ặ t bén của lă n g t r ụ không song song vói các trụ c toạ

độ mà tạo với chúng m ộ t góc 0，ta chọn hệ trụ c toạ độ m ới О ху sao cho các

m ặ t bên n ày song song với các trụ c toạ độ m ới còn gốc toạ độ о vẫn giữ nguyên M ố i liê n hệ giữa cáẹ trụ c toạ độ m ới và cũ là:

X =jcosở + >,sinơ， >*' = - j ：sinớ + ><cosử

Nếu k ý hiệu /„,/)„ tương ứng là độ từ k h u y n h và độ từ th iê n của trư ờ n g

từ tr á i đ ấ t th ì các côsin chỉ phương của vectơ cường độ trư ờ n g từ là:

p = COS/1,cos(0„ -<7), <7-COS/11 sin(z)„-<?) ; r - sill /,1

còn nếu /, D tương ứng là độ từ kh u yn h và độ từ th iê n của vectơ từ hoá th ì các- côsin chỉ phương của chúng lần lư ợt được cho bởi:

L = co s/co s(D -ớ), M = cos/sin(D-ế?)

v à N = sin I.

1.2 Dị th ư ờ n g từ to à n ph ầ n của m ó n g từ

T rê n đây ta đã đưa ra biểu thứ c xác địn h d ị thường từ toàn ph ầ n của

m ộ t lă ng t r ụ th ẳng đứng b ị từ hoá Để xác đ ịn h d ị thường của m óng từ, ta chia

nó ra th à n h các lă n g t r ụ th ẳ n g đứng đ ặ t cạnh nhau K h i đó dị thường từ toàn phần ДГсиа móng sẽ được xác đ ịn h bằng cách lấ y tổng d ị thư ờng của t ấ t cả các lă n g t r ụ đó:

GIẨI BÀI TOÁN NGƯỢC BA CHIỀU XÁC ĐỊNH ĐỘ SÂU MÓNG TỪ THEO PHƯƠNG PHÁP LựA CHỌN

2.1 Phương phá p c h u n g đ ể giả i bài toán ngư ợc tro n g th ă m d ò từ

G iả sử nguồn gây d ị thường từ là m ột vật thể h ìn h dạng b ấ t kỳ, có thể tíc h V, b ị từ hoá D ị thư ờng từ toàn phần do yếu t ố khối d v tạ i điểm QOr j v Z ) nằm bên tro n g thể tích V gây rn tạ i điểm p (x ,y ,z ) nằm ngoài nguồn được xác

tro n g đó f ( p ) tổng q u á t là trường th ế tạ i điểm p, S (Q ) đặc trư n g cho tín h chất

v ậ t lý của nguồn (độ từ hoá chẳng hạn) tạ i điểm Q còn G (P ,Q ) là hàm G reen

ph ụ thuộc vào vị t r í h ìn h học giữa điểm quan sá t p và nguồn Q Phương trìn h (2.3) còn dược gọi là phương trìn h F re d h o lm loại m ột mà với nó ta r ấ t dễ dàng phâ n b iệ t được k h á i niệm về bài toán th u ậ n và bài toán ngược tro n g các phương pháp thăm dò trư ờ ng thê nói chung và th ă m dò từ nói riêng

B à i toán th u ậ n là bài toán tín h f( P ) dựa trê n việc giả sử dã b iế t các hàm

s(Q ), G (P ,Q ) và th ể tích V của v ạ t thể B ài toán th u ậ n là bài toán d u y n h ấ t nghiệm Nó bao gồm cả việc điều chỉnh s(Q ), V và tiế p tụ c tín h toán cho đến

k h i giá t r ị tín h toán p h ù hợp n h ấ t với giá t r ị quan sát

g iả i phương trìn h để tìm S(Q) hoặc V, trong đó việc g iả i tìm S(Q ) là việc g iả i bài toán ngược tuyến tín h tron g k h i việc giải tìm các thông sô nào đó của V là việc g iả i bài toán ngược p h i tuyến.

B à i toán đó có th ể biểu diễn dưới ciạng:

/=|

tron g đó N 01,, là sô điểm đo trên tuyến; N là số các th a m số của mô hình cần xác định Nếu N 0/111 > N th ì phương pháp bình phương tố i th iể u sẽ là phương pháp được sử dụng đẽ tìm N giá t r ị S j.

N h ư vậy, bài toán ngược là b à i toán cần xác địn h các th a m số hình học cũng như các tham số liê n quan tới sự từ hoố của đối tượng gây nhiễu như hình dáng, độ sâu, kích thước, dộ từ hoá พ dựa trê n các số liệ u d ị thường từ

đo đạc được ngoài thực tế Khác vối b à i toán thuận, bài toán ngược là b à i toán

da t r ị C hính vì vậy, để có được nghiệm chính xác của nó ta còn phả i dựa vào các th ông t in đ ịa chất, địa vật lý khác về đối tượng gây nhiễu

Để tìm các tham số mô hình, tron g phương pháp gm i b à i toán ngược người ta thường sử dụng phương pháp bình phương tốì thiểu , liê n quan tới sự cực tiể u hoá hàm đốì tượng sau đây:

Ỉ K ( 0- も (o]1 ^ m in im u m , (2.5)

tro n g đó (ỉ,,Xi) và <^(0 tương ứng là giá t r ị trường dị thường qua n sá t được trê n tuyến và giá t r ị tín h toán lý th u yế t Việc cực tiể u hoá h àm n ày dẫn tớ i phương trìn h sau:

tử ( Ụ ) của nó là các đạo hàm riêng của d ị thường tín h toán được ở điểm th ứ ỉ

theo thông so th ứ j , G T là ma trậ n chuyển v ị của ma trậ n G.

tro n g phương trìn h (2.7) Vấn để này có thể khắc phục được, the o M a r q u a r d t

(9], bằng cách v iế t phương trìn h (2.7) dưới dạng sau:

V í dụ, tro n g trường hợp bài toán xác đ ịn h các thông sô của đ ứ t gẫy th ìtro n g phương trìn h trên , d là ma trậ n chứa giá t r ị d ị thường đo đạc được A T , G

là ma trộ n tron g dó chứa các dạo hàm riô n g phầnллт ІШ ЛАТ ílAT ЛіѴГ ш л ѵг ЛѴГ r 1, 내 , у I 1、'

— 그 - 1 - , - - , — , - C á c t h a m s o c a n x á c d ị n h t r o n g b i l l

lĩ/., (1/,: Í)D dỡ дф (V <1Л ỈÌB

toán này bao gồm z „ Z 2 (độ sâu tớ i mép trên và mép dưới của v ậ t ); D là khoả ng cách từ v ị t r í xác đ ịn h tói vị t r í gốc của vật; 0，Ф tương ứng là góc ngh iêng đ ứ t gây và góc nghiêng của véctơ từ hoá của vậ t; J là cường độ từ hoá;

А , В là các hệ so đặc trư n g cho gra d ie n t k h u vực của vùng nghiên cứu

2.2 Xác đ ịn h các th ô n g s ố của vậ t th ể g â y d ị th ư ờ n g từ c ó dạ n g hỉnh lă ng trụ th ẳ n g dứng

Việc g iả i bài toán ngược nhằm xác đ ịn h các th ông số của v ậ t thể ba chieu gây dị thường từ được thực hiện theo phương phá p lựa chọn có đieu chỉnh gồm 5 bước dã trìn h bày k ỹ ở mục 2 1，tron g đó các biến chính là các

th ông sô h ình học a ị,bi ,h ị,a ĩ ,hĩ J iĩ ,0 và các thông sô hên quan tới sự từ hoá của

vậ t th ể /0, z>0của v ậ t thể còn các đạo hàm riêng theo các biến được xác đ ịn h từ công thứ c 1.1 như sau:

— ：=c；|[- !//?, + I/Ä J + 1/Ä , - MR 1,]

Л;,

^+ h+

tr- с

x r-+ r

/ 7S"+ T

5-1

/ r,

- 4/ Т

F-J I

j

ß

+Л

ìí

+i'-

+-

ÌL{2

เท o

J

ß

€-7

1 /.?=

- r

/ 7+ 4

ทe'

+

^'

!> K

u

-1; +

4

ữ 1 H

- 4 đ

2s / r

+ê,

4 Ĩ

+-

พ ^

^

แ -I พ

~9

*

^แ

r

= a

s- Ị^+

>

+ /7

},

7Й-แ

Ä

+

>

:' グ

s l

S4

Ö.J

ЛЯІ.lặ +S

ì +0a-}

«':

ф-

Q uá trìn h g ia i bài toán ngược cũng được thực hện theo các bước đã trìn h bày k ỹ ở mục 2.1.

2.3 Xác đ ịn h đ ộ sâu của m óng từ

Đe giải bài toán ngược xác địn h độ sâu của m óng từ, ta chia móng

th à n h các lăng tr ụ th ẳ n g đứng đ ặ t cạnh nh a u có các cạnh song song vói các trụ c toạ độ (ớ = 0") có kích thước ngang theo các trụ c O x và ᄋy tương ứng bằng khoả ng cách giữa các điểm quan s á t Д х và ᅀy theo các trụ c này K h i đó, theo công thức (1.2), ta sẽ xác đ ịn h được d ị thường từ toàn phần của nó (hình 3.22b) trê n m ặ t phăng x O y (m ặ t quan sát) theo m ột m ạng lưới ô vuông trong

đó khoang cách giữa các điểm quan sát theo các trụ c Ox và O y được lấ y tương ứng là Ax và Ay km

Với cách chia như vậ t, tron g trư ờ ng hợp này, nghiệm của bài toán là độ sâu tới m ặ t trê n của móng mà thực c h ấ t là độ sâu tớ i m ặt trê n của tn t cả các

lă ng tr ụ th ẳ n g đứng mà nó được chia ra Việc xác địn h các độ sâu này cũng được thực hiện theo phương pháp lựa chọn mà quá trìn h tín h toán gồm 6 bước

dã trìn h bày ở trên

MỎ HÌNH HÓA VIỆC GIẢI BÀI TOÁN NGƯỢC BA CHIỂU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG s ố CỦA VẬT THỂ

Dị thường này dược sử dụn g n h ư d ị thường qua n sá t để g ia i bài toán ngược theo phương pháp lựa chọn có điều chỉnh quá trìn h h ộ i tụ tớ i nghiệm đã

b,(km)

b,(Km)h,(km)h2(km)Thông số 12.000 19,000 12,000 19,000 1,000 7.000Thông sổ

ban đầu 11.000 18.000 11,000 18.000 3.000 9,000Thông số ở

ỉ(độ)

0(độ)

J(A/m)Thông số 0.010 30.000 0 ,010 30,000 0,000 0.500Thông số

đẩu 0,010 30.000 20.000 45.000 10.000 0,300Thông sô ở

lẩn lặp cuối 0,010 30,000 0,573 29.985 -0,067 0,499

Ж /ỈQO

Hỉnh 3.1 - Kết quả giải bài toán ngược trường hợp một vật thể

a) D ị thường quan sát (nT) b) D ị thường ỏ lần lặp đầu (nT)

Hình 3 2 • Kết q u ả giải bài to á n ngượ c trường h ợ p m ột vật th ể

a) D ị thường ỏ lền lặp cuối (nT) b) Độ lệch (ท T)