TR ƯỜ NG ĐẠ I H Ọ C Đ À L Ạ T BÁO CÁO T Ổ NG K Ế T ĐỀ TÀI NGHIÊN C Ứ U C Ấ P TR ƯỜ NG Đề tài: NGHIÊN C Ứ U TH Ử NGHI Ệ M NGU Ồ N G Ố C CÔNG C Ụ Đ Á T Ừ CÁC DI TÍCH KH Ả O C Ổ H Ọ C TI Ề N S Ử Ở LÂM ĐỒ NG Ch ủ nhi ệ m đề tài: TR Ầ N NG Ọ C DI Ệ U QU Ỳ NH Lâm Đồ ng - 2014 Trang 1 M Ụ C L Ụ C Trang THÀNH VIÊN THAM GIA TH Ự C HI Ệ N ĐỀ TÀI 3 DANH M Ụ C CÁC CH Ữ VI Ế T T Ắ T 4 DANH M Ụ C CÁC B Ả NG 5 DANH M Ụ C CÁC HÌNH V Ẽ , ĐỒ TH Ị 6 M Ở ĐẦ U 7 CH ƯƠ NG 1–T Ổ NG QUAN 9 1 1 Nghiên c ứ u ngu ồ n g ố c trong kh ả o c ổ 9 1 1 1 Nguyên lý ngu ồ n g ố c 9 1 1 2 S ơ l ượ c v ề đ á 10 1 1 3 Ứ ng d ụ ng các k ỹ thu ậ t phân tích h ạ t nhân kh ả o c ổ h ọ c 12 1 2 Lý thuy ế t v ề ph ươ ng pháp phân tích kích ho ạ t neutron 13 1 2 1 Gi ớ i thi ệ u 13 1 2 2 Nguyên t ắ c c ủ a phân tích kích ho ạ t neutron 14 1 2 3 Phân tích kích ho ạ t neutron dùng lò ph ả n ứ ng 14 1 2 4 Nh ữ ng ph ươ ng pháp chu ẩ n hóa NAA 17 1 2 4 1 Ph ươ ng pháp tuy ệ t đố i 17 1 2 4 2 Ph ươ ng pháp t ươ ng đố i 18 1 2 4 3 Ph ươ ng pháp chu ẩ n đơ n 18 1 2 4 4 Ph ươ ng pháp chu ẩ n hóa k-zero (k0) 19 1 3 Ph ươ ng pháp x ử lý th ố ng kê đ a bi ế n 19 1 3 1 Gi ớ i thi ệ u 19 1 3 2 Ph ươ ng pháp phân tích thành ph ầ n chính PCA (Principal Component Analysis) 20 1 3 3 Ph ươ ng pháp phân tích nhóm CA (Cluster Analysis) 23 1 3 4 Các b ướ c c ơ b ả n trong x ử lý th ố ng kê đ a bi ế n s ố li ệ u th ự c nghi ệ m 24 1 3 5 Ch ươ ng trình x ử lý th ố ng kê đ a bi ế n 25 1 4 Vài nét v ề l ị ch s ử nghiên c ứ u kh ả o c ổ h ọ c ti ề n s ử Tây Nguyên 26 1 5 Khu v ự c nghiên c ứ u 29 CH ƯƠ NG 2 – TH Ự C NGHI Ệ M 31 2 1 Thu th ậ p m ẫ u 31 2 2 Xây d ự ng quy trình phân tích m ẫ u 31 2 2 1 Chu ẩ n b ị m ẫ u phân tích 31 2 2 2 Chu ẩ n b ị m ẫ u chu ẩ n, lá dò 31 2 2 3 Chi ế u và đ o m ẫ u 31 2 3 X ử lý ph ổ gamma và tính toán k ế t qu ả 33 2 4 Đ ánh giá quy trình phân tích 34 Trang 2 CH ƯƠ NG 3 – K Ế T QU Ả VÀ BÌNH LU Ậ N 38 3 1 Tóm t ắ t k ế t qu ả phân tích 38 3 2 K ế t qu ả x ử lý th ố ng kê 44 3 3 K ế t qu ả phân lo ạ i đ á t ạ i ba khu v ự c Lâm Đồ ng, Đắ c Nông và Gia Lai 47 K Ế T LU Ậ N 49 CÁC CÔNG TRÌNH D Ự KI Ế N ĐĂ NG T Ả I 51 TÀI LI Ệ U THAM KH Ả O 52 PH Ụ L Ụ C 55 Trang 3 THÀNH VIÊN THAM GIA TH Ự C HI Ệ N ĐỀ TÀI H ọ và tên Đơ n v ị công tác và l ĩ nh v ự c chuyên môn Tr ầ n Ng ọ c Di ệ u Qu ỳ nh Đ oàn Tr ọ ng Th ứ Lê Xuân H ư ng Tr ầ n Quang Thi ệ n H ồ V ă n Doanh Cao Đ ông V ũ Khoa V ậ t lý, Đ H Đ L; V ậ t lý h ạ t nhân Khoa V ậ t lý, Đ H Đ L; V ậ t lý h ạ t nhân Khoa L ị ch s ử , Đ H Đ L; Kh ả o c ổ h ọ c Trung tâm Phân tích, Vi ệ n Nghiên c ứ u h ạ t nhân; V ậ t lý h ạ t nhân Trung tâm Phân tích, Vi ệ n Nghiên c ứ u h ạ t nhân; V ậ t lý h ạ t nhân Trung tâm Phân tích, Vi ệ n Nghiên c ứ u h ạ t nhân; V ậ t lý h ạ t nhân Trang 4 DANH M Ụ C CÁC CH Ữ VI Ế T T Ắ T Ch ữ vi ế t t ắ t Ti ế ng Anh Ti ế ng Vi ệ t CA FA CDA HPGe IAEA INAA k0-NAA LOD NAA NIST PCA PC SPSS SRM UNESCO XRFA Cluster Analysis Factor Analysis Canonical Discriminant Analysis High Purity Germanium International Agency Atomic Energy Instrumental Neutron Activation Analysis k-zero Standardization Method ofNeutron Activation Analysis Limit of Detection Neutron Activation Analysis National Institute of Standards and Technology Principal Component Analysis Principal Component Statistical Package for Social Sciences Standard Reference Materials United Nations Scientific and Organization Educational Cultural X-Ray Fluorescence Analysis Phân tích nhóm Phân tích nhân t ố Phân tích bi ệ t s ố chính t ắ c Đầ u dò bán d ẫ n Ge siêu tinh khi ế t C ơ quan N ă ng l ượ ng Nguyên t ử Qu ố c t ế Phân tích kích ho ạ t neutron d ụ ng c ụ Ph ươ ng pháp chu ẩ n hóa k-zero trong phân tích kích ho ạ t neutron Gi ớ i h ạ n phát hi ệ n Phân tích kích ho ạ t neutron Vi ệ n Chu ẩ n và Công ngh ệ Qu ố c gia Hoa K ỳ Phân tích thành ph ầ n chính Thành ph ầ n chính Ch ươ ng trình x ử lý th ố ng kê dùng trong khoa h ọ c xã h ộ i(USA) Ch ấ t chu ẩ n tham kh ả o T ổ ch ứ c Khoa h ọ c, Giáo d ụ c và V ă n hóa Liên Hi ệ p Qu ố c Phân tích hu ỳ nh quang tia X Trang 5 DANH M Ụ C CÁC B Ả NG Trang B ả ng 2 1 – Thông tin l ấ y m ẫ u t ạ i các khu v ự c nghiên c ứ u 31 B ả ng 2 2 – Các ch ế độ chi ế u, rã, đ o cua m ẫ u đ á kh ả o c ổ 32 B ả ng 2 3 – Giá tr ị hàm l ượ ng (ppm) và sai s ố phân tích c ủ a 23 nguyên t ố trong m ẫ u chu ẩ n NIST 1633B (Coal Fly Ash) 35 B ả ng 2 4 – Giá tr ị hàm l ượ ng (ppm) và sai s ố phân tích c ủ a 20 nguyên t ố trong m ẫ u chu ẩ n NIST 278 (Obsidian Rock) 35 B ả ng 2 5 – Giá tr ị hàm l ượ ng (ppm) và sai s ố phân tích c ủ a 20 nguyên t ố trong m ẫ u chu ẩ n NIST 2711a (Montana II Soil) 36 B ả ng 2 6 - Gi ớ i h ạ n phát hi ệ n trung bình c ủ a 24 nguyên t ố trong các m ẫ u di v ậ t đ á theo quy trình phân tích 37 B ả ng 3 1 – B ả ng tóm t ắ t k ế t qu ả phân tích c ủ a nhóm đ á nguyên li ệ u 38 B ả ng 3 2 – B ả ng tóm t ắ t k ế t qu ả phân tích c ủ a nhóm đ á Thôn 4 38 B ả ng 3 3 – B ả ng tóm t ắ t k ế t qu ả phân tích c ủ a nhóm đ á Phúc H ư ng 39 B ả ng 3 4 – B ả ng tóm t ắ t k ế t qu ả phân tích c ủ a nhóm đ á Hoàn Ki ế m 40 B ả ng 3 5 – B ả ng tóm t ắ t k ế t qu ả phân tích c ủ a nhóm đ á Gan Thi 40 B ả ng 3 6 – B ả ng tóm t ắ t k ế t qu ả phân tích c ủ a nhóm đ á Lâm Đồ ng 41 B ả ng 3 7 – B ả ng tóm t ắ t k ế t qu ả phân tích c ủ a nhóm đ á Đắ c Nông 42 B ả ng 3 8 – B ả ng tóm t ắ t k ế t qu ả phân tích c ủ a nhóm đ á Gia Lai 42 B ả ng 3 9 – T ỉ l ệ trung bình hàm l ượ ng các m ẫ u đ á gi ữ a các khu v ự c nghiên c ứ u 43 Trang 6 DANH M Ụ C CÁC HÌNH V Ẽ Trang Hình 1 1 - Hai cách ti ế p c ậ n để xác đị nh ngu ồ n g ố c (H Neff, 2000) 9 Hình 1 2 - Bi ể u đồ (Na 2 O+K 2 O) - SiO 2 c ủ a Le Maitre (1989) dùng để phân lo ạ i các lo ạ i đ á núi l ử a 10 Hình 1 3 – Gi ả n đồ Th-Co theo A R HASTIE (2007) 11 Hình 1 4 - S ơ đồ bi ể u di ễ n quá trình ph ả n ứ ng b ắ t neutron trong NAA 14 Hình 1 5 - Phân b ố ph ổ thông l ượ ng n ơ trôn lò ph ả n ứ ng 15 Hình 1 6 - Giao di ệ n c ủ a ch ươ ng trình MURRAP 26 Hình 2 1 - Giao di ệ n ch ươ ng trình k0-DALAT 33 Hình 3 1 – K ế t qu ả x ử lý CA đố i v ớ i các m ẫ u đ á thu th ậ p t ạ i Lâm Đồ ng 45 Hình 3 2 – K ế t qu ả x ử lý PCA đố i v ớ i các m ẫ u đ á thu th ậ p t ạ i Lâm Đồ ng 46 Hình 3 3 – K ế t qu ả x ử lý PCA đố i v ớ i các m ẫ u đ á thu th ậ p t ạ i Lâm Đồ ng, Đắ c Nông và Gia Lai 46 Hình 3 4 – K ế t qu ả phân lo ạ i đ á t ạ i ba khu v ự c Gia Lai, Đắ c Nông và Lâm Đồ ng theo gi ả n đồ Th-Co 47 Trang 7 M Ở ĐẦ U Tr ướ c 1975, trên đấ t Tây Nguyên nói chung và trên đị a bàn t ỉ nh Lâm Đồ ng nói riêng, v ấ n đề nghiên c ứ u các v ă n hóa c ổ ch ư a đượ c quan tâm, h ầ u nh ư không có phát hi ệ n và nghiên c ứ u kh ả o c ổ nào Sau 1975, khi mi ề n Nam hoàn toàn đượ c gi ả i phóng, trên đấ t Tây Nguyên nói chung và Lâm Đồ ng nói riêng đ ã có r ấ t nhi ề u phát hi ệ n, khai qu ậ t kh ả o c ổ m ớ i Ở Lâm Đồ ng t ừ n ă m 2005 đế n nay đ ã phát hi ệ n đượ c 10 di tích công x ưở ng ch ế tác công c ụ đ á ở Huy ệ n Lâm Hà-T ỉ nh Lâm Đồ ng Trong đ ó 7 di tích đượ c đ ào thám sát là Thôn B ố n 1, Thôn B ố n 2 (Tr ầ n V ă n B ả o 2007: 36), Thôn B ố n 3, Thôn B ố n 4, Thôn B ố n 5, Gan Thi 1, Gan Thi 2 (Lê Xuân H ư ng 2010); 3 di tích đượ c khai qu ậ t là Thôn B ố n (Tr ầ n V ă n B ả o 2007: 31-42), Hoàn Ki ế m (Bùi Chí Hoàng 2010a: 35-49) và Phúc H ư ng (Bùi Chí Hoàng 2010b) Đ ây là ngu ồ n t ư li ệ u quan tr ọ ng cho vi ệ c nh ậ n th ứ c giai đ o ạ n ti ề n s ử ở Lâm Đồ ng nói chung và v ấ n đề công x ưở ng ch ế tác công c ụ đ á nói riêng Tuy nhiên, các di tích kh ả o c ổ h ọ c ti ề n s ử ở Lâm Đồ ng m ớ i đượ c nghiên c ứ u và công b ố s ơ b ộ , còn r ấ t nhi ề u câu h ỏ i mà các nhà kh ả o c ổ h ọ c đ ang c ố g ắ ng tìm l ờ i gi ả i đ áp Đề tài: “Nghiên c ứ u th ử nghi ệ m ngu ồ n g ố c công c ụ đ á t ừ các di tích kh ả o c ổ h ọ c ti ề n s ử ở Lâm Đồ ng” đượ c đặ t ra nh ằ m: - Xu ấ t phát t ừ th ự c tr ạ ng nghiên c ứ u kh ả o c ổ h ọ c ti ề n – s ơ s ử , nghiên c ứ u ngu ồ n g ố c công c ụ đ á t ừ các di tích kh ả o c ổ h ọ c ti ề n s ử ở Lâm Đồ ng có giá tr ị đặ c bi ệ t quan tr ọ ng đ óng góp vào quá trình nghiên c ứ u l ị ch s ử v ă n hóa ở Lâm Đồ ng nói riêng và Tây Nguyên nói chung - Qua nh ữ ng k ế t qu ả v ề ngu ồ n g ố c các công c ụ đ á s ẽ góp ph ầ n minh ch ứ ng cho quá trình ch ế tác đ á v ớ i k ĩ thu ậ t ch ế t ạ o ra các s ả n ph ẩ m T ừ đ ó, s ẽ cho th ấ y s ự ả nh h ưở ng, giao l ư u trao đổ i s ả n ph ẩ m đồ đ á gi ữ a các khu v ự c v ă n hóa và nh ữ ng vùng mi ề n khác nhau T ấ t c ả nh ữ ng đ i ề u trên đ ã và đ ang đư a ra nh ữ ng nh ậ n th ứ c m ớ i v ề kh ả o c ổ h ọ c ở Lâm Đồ ng - Nghiên c ứ u ngu ồ n g ố c công c ụ đ á t ừ các di tích kh ả o c ổ h ọ c ti ề n s ử ở Huy ệ n Lâm Hà - Lâm Đồ ng chính là góp m ộ t ph ầ n vào nh ậ n th ứ c thành t ự u ho ạ t độ ng th ủ Trang 8 công ch ế t ạ o công c ụ lao độ ng c ủ a c ư dân ti ề n – s ơ s ử , con đườ ng giao l ư u c ủ a các c ư dân ti ề n – s ơ s ử Lâm Đồ ng - Tìm hi ể u b ứ c tranh toàn c ả nh v ề quá kh ứ xa x ư a, góp ph ầ n khôi ph ụ c l ạ i di ệ n m ạ o c ủ a n ề n v ă n hóa c ổ trên m ả nh đấ t Lâm Đồ ng, c ũ ng nh ư có s ự so sánh, nh ậ n xét m ố i quan h ệ gi ữ a các di tích kh ả o c ổ h ọ c ti ề n-s ơ s ử ở Lâm Đồ ng và khu v ự c Tây Nguyên s ẽ hé d ầ n di ệ n m ạ o n ề n v ă n hóa c ổ m ộ t cách toàn di ệ n nh ấ t, góp ph ầ n nh ậ n th ứ c, b ả o v ệ , phát huy di s ả n kh ả o c ổ h ọ c trong t ươ ng lai V ớ i nh ữ ng ứ ng d ụ ng thành công c ủ a các k ỹ thu ậ t phân tích trong nghiên c ứ u ngu ồ n g ố c các v ậ t li ệ u kh ả o c ổ ( đồ g ố m, đồ đ á, đồ đồ ng,…) trong nhi ề u n ă m qua trên th ế gi ớ i và ở Vi ệ t Nam, chúng tôi mong mu ố n thông qua đề tài nghiên c ứ u này ứ ng d ụ ng ph ươ ng pháp phân tích kích ho ạ t neutron trên lò ph ả n ứ ng và các k ỹ thu ậ t x ử lý th ố ng kê để nghiên c ứ u th ử nghi ệ m ngu ồ n g ố c c ủ a các công c ụ đ á th ờ i ti ề n s ử ở Lâm Đồ ng Công vi ệ c này góp ph ầ n b ổ sung ngu ồ n t ư li ệ u cho vi ệ c nghiên c ứ u l ị ch s ử ở Lâm Đồ ng nói riêng và Tây Nguyên nói chung Ngoài ra, qua đề tài s ẽ t ạ o ti ề n đề cho vi ệ c áp d ụ ng quy trình nghiên c ứ u ngu ồ n g ố c di v ậ t kh ả o c ổ đấ t nung đ ã đượ c xây d ự ng thành công t ạ i Vi ệ n Nghiên c ứ u h ạ t nhân trên đố i t ượ ng di v ậ t đ á ph ụ c v ụ cho nghiên c ứ u kh ả o c ổ h ọ c trong n ướ c trong t ươ ng lai V ớ i nh ữ ng m ụ c tiêu nh ư trên, đề tài đượ c Tr ườ ng Đạ i h ọ c Đ à L ạ t cho phép th ự c hi ệ n trong th ờ i gian 1 n ă m t ừ tháng 12-2013 đế n tháng 12-2014 v ớ i t ổ ng kinh phí là 15 tri ệ u đồ ng Trang 9 CH ƯƠ NG I – T Ổ NG QUAN 1 1 Nghiên c ứ u ngu ồ n g ố c trong kh ả o c ổ 1 1 1 Nguyên lý ngu ồ n g ố c (Provenance postulate) Xác đị nh ngu ồ n g ố c d ự a trên thành ph ầ n hóa h ọ c c ủ a các nguyên t ố có trong m ẫ u v ậ t đ ã đượ c bi ế t đế n t ừ th ậ p k ỷ 70 c ủ a th ế k ỷ XX Weigand và các c ộ ng s ự c ủ a ông đượ c xem là nh ữ ng ng ườ i tiên phong trong n ỗ l ự c phân tích thành ph ầ n hóa h ọ c trong m ẫ u v ậ t để tìm hi ể u ngu ồ n g ố c c ủ a nó và đượ c ông phát bi ể u thành nguyên lý nh ư sau: “T ồ n t ạ i nh ữ ng s ự khác bi ệ t trong thành ph ầ n gi ữ a các ngu ồ n nguyên li ệ u t ự nhiên khác nhau mà nó v ượ t quá s ự khác bi ệ t gi ữ a các thành ph ầ n quan sát đượ c trong cùng m ộ t ngu ồ n nguyên li ệ u” Ngày nay, phát bi ể u này đượ c xem nh ư là “Nguyên lý ngu ồ n g ố c” c ủ a các nhà kh ả o c ổ Nó đượ c hi ể u r ằ ng, đồ t ạ o tác đượ c t ạ o ra t ừ m ộ t ngu ồ n nguyên li ệ u thô nào đ ó, có th ể đượ c xác đị nh m ộ t cách thành công thông qua vi ệ c phân tích thành ph ầ n hóa h ọ c c ủ a chúng, mi ễ n là s ự khác bi ệ t gi ữ a các ngu ồ n khác nhau ph ả i đủ l ớ n so v ớ i s ự khác bi ệ t gi ữ a chúng trong cùng m ộ t ngu ồ n Hình 1 1 - Hai cách ti ế p c ậ n để xác đị nh ngu ồ n g ố c (H Neff, 2000) Trang 10 T ừ nguyên lý c ủ a Weigand (1977), vào n ă m 2000, H Neff đ ã đư a ra hai cách ti ế p c ậ n trong nghiên c ứ u ngu ồ n g ố c cho hai nhóm đố i t ượ ng chính trong kh ả o c ổ h ọ c đ ó là các c ổ v ậ t đượ c làm t ừ các d ạ ng đ á (nhóm I) và các c ổ v ậ t đượ c làm t ừ đấ t sét, đồ đấ t nung, g ố m s ứ (nhóm II) Theo H Neff, vi ệ c xác đị nh ngu ồ n g ố c có th ể theo m ộ t trong hai h ướ ng riêng bi ệ t đượ c ch ỉ ra c ụ th ể trong Hình 1 1 N ế u các ngu ồ n đượ c đị nh v ị và nh ậ n di ệ n m ộ t cách rõ ràng thì ngu ồ n g ố c c ủ a các c ổ v ậ t ch ư a bi ế t đượ c so sánh v ớ i các nhóm đ ã bi ế t ngu ồ n g ố c (cách ti ế p c ậ n th ứ nh ấ t - nhóm I) Ví d ụ nh ư trong tr ườ ng h ợ p c ổ v ậ t đượ c làm t ừ các v ậ t li ệ u l ấ y t ừ các m ỏ khoáng núi l ử a, nguyên li ệ u thô t ừ các ngu ồ n này đượ c phân l ậ p và d ễ dàng đượ c nh ậ n di ệ n M ặ t khác, n ế u ngu ồ n đượ c phân b ố r ộ ng, đặ c bi ệ t đ úng trong tr ườ ng h ợ p các nguyên li ệ u thô là đấ t sét dùng trong s ả n xu ấ t các lo ạ i g ố m s ứ , vi ệ c l ấ y m ẫ u và phân l ậ p các ngu ồ n kh ả d ĩ là r ấ t khó (hay không th ự c t ế ), s ử d ụ ng cách ti ế p c ậ n th ứ II – nhóm II) 1 1 2 S ơ l ượ c v ề đ á Đ á là t ổ h ợ p có quy lu ậ t c ủ a các lo ạ i khoáng v ậ t có th ể là m ộ t th ể đị a ch ấ t có l ị ch s ử hình thành riêng bi ệ t Cách phân lo ạ i t ổ ng quát nh ấ t d ự a trên ngu ồ n g ố c thành t ạ o g ồ m đ á magma, đ á tr ầ m tích và đ á bi ế n ch ấ t Thiên th ạ ch đượ c xem là m ộ t nhóm đ á riêng có ngu ồ n g ố c t ừ v ũ tr ụ Đ á magma hình thành khi dung nham đ ông ngu ộ i trên b ề m ặ t ho ặ c k ế t tinh ở d ướ i sâu Các lo ạ i đ á mácma chi ế m kho ả ng 95% toàn b ộ ph ầ n phía trên c ủ a l ớ p v ỏ Trái Đấ t, nh ư ng chúng phân b ố ph ổ bi ế n h ơ n ở bên d ướ i l ớ p đ á tr ầ m tích và đ á bi ế n ch ấ t t ươ ng đố i m ỏ ng nh ư ng phân b ố r ộ ng Có nhi ề u cách để phân lo ạ i các đ á magma, nh ư ng ch ủ y ế u d ự a trên: Thành ph ầ n khoáng v ậ t c ủ a đ á (th ạ ch h ọ c) Hình 1 2 - Bi ể u đồ (Na 2 O+K 2 O) - SiO 2 c ủ a Le Maitre (1989) dùng để phân lo ạ i các lo ạ i đ á núi l ử a D ự a vào thành ph ầ n hoá h ọ c, có th ể s ử d ụ ng bi ể u đồ (Na 2 O+K 2 O) - SiO 2 (còn g ọ i là bi ể u đồ TAS) c ủ a Le Maitre (1989) (Hình 1 2), đượ c xây d ự ng trên c ơ s ở 24 000 đ á núi l ử a t ươ i ho ặ c ít bi ế n đổ i (vì khi bi ế n đổ i t ổ ng l ượ ng ki ề m thay đổ i khá nhi ề u) Trang 11 Trên bi ể u đồ này ch ỉ ra các tr ườ ng đ á núi l ử a khác nhau v ớ i các tên đ á đượ c th ừ a nh ậ n ph ổ bi ế n Tuy v ậ y, m ộ t s ố tr ườ ng, n ế u không có các thông s ố b ổ sung thì không th ể đị nh danh đượ c tên đ á Ví d ụ , tr ườ ng bazanit và tefrit ho ặ c trachyt và trachydacit Hình 1 3 - Gi ả n đồ Th-Co theo A R HASTIE (2007) Nhi ề u gi ả n đồ đồ thông th ườ ng khác c ũ ng đượ c s ử d ụ ng để phân lo ạ i đ á núi l ử a s ử d ụ ng các nguyên t ố độ ng Gi ả n đồ K 2 O-SiO 2 trong đị a ch ấ t đượ c s ử d ụ ng để phân lo ạ i đ á vòng cung núi l ử a (Basalt 45–52% SiO 2 , Andesite 52–63% SiO 2 , Dacites 63– 69% SiO 2 và Rhyolites >69% SiO 2 ,…) và chu ỗ i đ á núi l ử a (tholeiitic, calc-alkaline, high-K calc-alkaline và shoshonite theo hàm l ượ ng K 2 O), đặ c bi ệ t nh ạ y v ớ i nh ữ ng tác độ ng c ủ a s ự thay đổ i A R HASTIE (2007) là ng ườ i đề xu ấ t b ằ ng cách s ử d ụ ng nguyên t ố Th làm thay th ế cho K 2 O và Co thay cho SiO 2 đ ã xây d ự ng m ộ t s ơ đồ hình h ọ c t ươ ng t ự mà th ự c hi ệ n nhi ệ m v ụ phân lo ạ i nh ư ng m ạ nh m ẽ h ơ n cho các lo ạ i đ á * Các ký hi ệ u c ủ a HASTIE dùng để phân lo ạ i m ộ t s ố lo ạ i đ á magma B: Basalt: là lo ạ i đ á magma màu xám hay màu đ en, hình thành do mác ma phun trào ra ngoài mi ệ ng núi l ử a r ồ i ngu ộ i đ i Đ á Basalt th ườ ng có ki ế n trúc vi tinh, ẩ n tinh, th ủ y tinh ho ặ c pocfia do s ự ngu ộ i nhanh c ủ a dung nham trên m ặ t c ủ a Trái Đấ t Basalt th ườ ng có c ấ u t ạ o đặ c sít, dòng ch ả y, c ấ u t ạ o l ỗ h ổ ng (vesicular) ho ặ c d ạ ng x ỉ núi l ử a ch ứ a b ọ t (frothy scoria) Đ á balsalt khi ch ư a ch ị u s ự bào mòn c ủ a th ờ i ti ế t có màu xám ho ặ c đ en T ừ balsalt đ ôi khi còn dùng để ch ỉ lo ạ i đ á núi l ử a không b ị phun ra ngoài, n ằ m trong l ớ p đấ t nông, có thành ph ầ n balsalt đ i ể n hình BA/A: basaltic-andesite and andesite: là m ộ t lo ạ i đ á magma phun trào có thành ph ầ n trung tính, v ớ i ki ế n trúc ẩ n tinh đế n ban tinh V ề t ổ ng th ể , nó là lo ạ i đ á trung Trang 12 gian gi ữ a balsalt và dacite Thành ph ầ n khoáng v ậ t đặ c tr ư ng g ồ m plagiocla v ớ i pyroxen ho ặ c hornblend Magnetit, zircon, apatit, ilmenit, biotit, và granat là các khoáng v ậ t ph ụ th ườ ng g ặ p Fenspat ki ề m có th ể có m ặ t v ớ i s ố l ượ ng nh ỏ D/R: dacite and rhyolite (indicates that latites and trachytes also fall in the D/R fields) ; Dacite là m ộ t lo ạ i đ á magma phun trào hay đ á núi l ử a Nó có ki ế n trúc ẩ n tinh ho ặ c ban tinh và là m ộ t lo ạ i đ á trung tính có thành ph ầ n trung gian gi ữ a andesit và rhyolit Dacite có thành ph ầ n ch ủ y ế u là felspar plagioclase v ớ i biotit, hornblend, và pyroxen (augit và/ho ặ c enstatit) Nó có các h ạ t th ạ ch anh ở d ạ ng gi ố ng nh ư ban tinh tròn c ạ nh, b ị g ặ m mòn, ho ặ c ở trong n ề n c ủ a kh ố i đ á Rhyolit là m ộ t lo ạ i đ á magma phun trào có thành ph ầ n axit (giàu đ iôxít silic) (>69% SiO 2 ) Nó có th ể có nhi ề u ki ế n trúc t ừ th ủ y tinh, ẩ n tinh đế n ban tinh Các khoáng v ậ t chính th ườ ng bao g ồ m th ạ ch anh, fenspat và plagiocla ki ề m, còn các khoáng v ậ t ph ụ ph ổ bi ế n nh ư biotit và hornblend CA: calc-alkaline là m ộ t trong hai lo ạ i magma chính trong đ á núi l ử a, lo ạ i khác là tholeiitic Các lo ạ i đ á khác nhau trong lo ạ t calc-alkaline bao g ồ m các lo ạ i đ á núi l ử a nh ư basalt, andesite, dacite, rhyolite và m ộ t s ố h ọ đ á xâm nh ậ p (gabro, diorite, granodiorite và granite) IAT: Island Arc Tholeiite; là nhóm magma tholeiitic đượ c phân lo ạ i là subalkaline (chúng ch ứ a ít natri h ơ n m ộ t s ố lo ạ i đ á basalt khác) và đượ c phân bi ệ t v ớ i đ á calc-alkaline magma b ở i tr ạ ng thái kh ử oxy hóa c ủ a magma chúng k ế t tinh Khi magma m ẹ c ủ a basalt k ế t tinh, chúng ư u tiên k ế t tinh các hình th ứ c giàu magiê và ít s ắ t c ủ a các khoáng ch ấ t silicat olivin và pyroxen H-K and SHO: high-K calc-alkaline and shoshonite: là nhóm đ á magma có hàm l ượ ng K cao Đ á Shoshonitic có xu h ướ ng đượ c liên k ế t v ớ i calc-alkaline vòng cung núi l ử a trong quá trình di chuy ể n, nh ư ng shoshonite th ườ ng giàu K, tr ẻ h ơ n và n ằ m sâu h ơ n Theo kích th ướ c tinh th ể , đ á magma có th ể phân lo ạ i thành pecmatit (h ạ t r ấ t l ớ n), hi ể n tinh (ch ỉ có h ạ t l ớ n hay phanerit), ban tinh (m ộ t s ố h ạ t l ớ n trên n ề n là các h ạ t nh ỏ hay pocfia), vi tinh (ch ỉ có h ạ t nh ỏ hay aphanit), th ủ y tinh (không có h ạ t) 1 1 3 Ứ ng d ụ ng các k ỹ thu ậ t phân tích h ạ t nhân trong kh ả o c ổ h ọ c Ý ni ệ m v ề ph ả n ứ ng h ạ t nhân có th ể đượ c dùng cho phân tích đị nh l ượ ng đượ c Georg Hevesy và Hidle Levy đư a ra n ă m 1936 H ọ đ ã phát hi ệ n th ấ y nhi ề u nguyên t ố đấ t hi ế m tr ở nên có ho ạ t độ phóng x ạ cao sau khi đượ c chi ế u b ở i neutron, ho ạ t độ này đượ c phát ra t ừ nhi ề u nguyên t ố khác nhau và gi ả m d ầ n theo các tham s ố th ờ i gian khác nhau (T 1/2 ) T ừ phát hi ệ n này, h ọ đ ã nh ậ n ra v ề ti ề m n ă ng c ủ a vi ệ c nh ậ n di ệ n s ự có m ặ t c ủ a nh ữ ng nguyên t ố trong m ẫ u v ậ t là h ỗ n h ợ p c ủ a nhi ề u nguyên t ố thông qua vi ệ c đ o các b ứ c x ạ khác nhau và chu k ỳ bán h ủ y c ủ a nh ữ ng nguyên t ố phóng x ạ Trang 13 M ộ t trong nh ữ ng cách để xác đị nh nguyên t ố có trong các m ẫ u v ậ t là ph ươ ng pháp NAA Ti ề m n ă ng ứ ng d ụ ng c ủ a ph ươ ng pháp NAA l ầ n đầ u tiên đ ã đượ c Robert Oppenheimer th ừ a nh ậ n nh ư m ộ t công c ụ nghiên c ứ u c ủ a kh ả o c ổ h ọ c vào n ă m 1954, ông đ ã đề ngh ị Dodson và Sayre t ạ i phòng thí nghi ệ m qu ố c gia Hoa K ỳ Brookhaven s ử d ụ ng ph ươ ng pháp NAA nh ư m ộ t cách kh ả d ĩ để xác đị nh ngu ồ n g ố c c ủ a các m ả nh g ố m kh ả o c ổ C ũ ng trong th ờ i gian này, m ộ t nhóm nghiên c ứ u t ạ i Đạ i h ọ c Oxford c ũ ng b ắ t đầ u ti ế n hành nh ữ ng th ự c nghi ệ m v ớ i NAA trên các đố i t ượ ng g ố m và ti ề n c ổ Nh ữ ng ứ ng d ụ ng ban đầ u đ ã g ặ p ph ả i tr ở ng ạ i b ở i độ phân gi ả i kém c ủ a các h ệ đ o ph ổ gamma, nh ư ng s ự ra đờ i c ủ a đầ u dò (detector) Ge[Li] vào đầ u nh ữ ng n ă m 1960 đ ã mang l ạ i nh ữ ng c ả i ti ế n đ áng k ể v ề độ phân gi ả i cho các h ệ đ o ph ổ , đ i ề u này đ ã t ạ o ra m ộ t làn sóng cho ứ ng d ụ ng NAA trong ngành kh ả o c ổ h ọ c Bài báo cáo c ủ a Sayre (1965) v ề phân tích th ủ y tinh c ổ là báo cáo đầ u tiên v ề vi ệ c s ử d ụ ng và nh ữ ng l ợ i th ế c ủ a đầ u dò Ge[Li] trong NAA N ă m 1969, Perlman và Asaro đ ã đư a ra m ộ t mô t ả v ề ph ươ ng pháp chu ẩ n hóa so sánh trong NAA để áp d ụ ng trong xác đị nh ngu ồ n g ố c t ạ i phòng thí nghi ệ m Lawrence Berkeley Laboratory (LBL) T ừ đ ó NAA đượ c các nhà kh ả o c ổ s ử d ụ ng nhi ề u h ơ n trong kho ả ng th ờ i gian t ừ n ă m 1970 đế n n ă m 1980 để xác đị nh ngu ồ n g ố c cho các đố i t ượ ng nh ư : g ố m c ổ , khoáng núi l ử a (obsidian), đ á tr ầ m tích (chert) và các d ạ ng nguyên li ệ u khác T ừ nh ữ ng n ă m 1990 cho đế n nay, NAA đượ c xem nh ư m ộ t công c ụ trong nghiên c ứ u ngu ồ n g ố c c ủ a kh ả o c ổ h ọ c, đượ c s ử d ụ ng ở m ứ c cao và ngày càng r ộ ng rãi 1 2 Lý thuy ế t v ề ph ươ ng pháp phân tích kích ho ạ t neutron 1 2 1 Gi ớ i thi ệ u Phân tích kích ho ạ t neutron (NAA) là m ộ t k ỹ thu ậ t phân tích có độ nh ạ y cao đ áp ứ ng đượ c c ả hai yêu c ầ u đị nh tính và đị nh l ượ ng c ủ a phân tích đ a nguyên t ố trong nhi ề u lo ạ i m ẫ u khác nhau NAA đượ c gi ớ i thi ệ u t ừ n ă m 1936 b ở i Georg von Hevesy và Hilde Levi Cho đế n nay phân tích kích ho ạ t là ph ươ ng pháp phân tích hàm l ượ ng các nguyên t ố trong m ẫ u chính xác và ti ệ n l ợ i nh ấ t, trong đ ó neutron đượ c dùng để kích ho ạ t h ạ t nhân trong m ẫ u M ỗ i h ạ t nhân trong m ẫ u đề u có m ộ t xác su ấ t b ắ t neutron xác đị nh Xác su ấ t này có th ứ nguyên đượ c mô t ả b ằ ng đơ n v ị di ệ n tích và đượ c g ọ i là ti ế t di ệ n b ắ t neutron ( σ ) Thông l ượ ng neutron đượ c bi ể u di ễ n b ở i s ố neutron đ i qua m ộ t đơ n v ị di ệ n tích trong m ộ t đơ n v ị th ờ i gian (n cm -1 s -1 ) Các h ạ t nhân có cùng s ố proton nh ư ng khác s ố neutron là đồ ng v ị c ủ a nhau, có ngh ĩ a là cùng thu ộ c m ộ t nguyên t ố T ỉ s ố h ạ t nhân gi ữ a các đồ ng v ị c ủ a m ộ t nguyên t ố nào đ ó có s ố neutron c ụ th ể là độ ph ổ c ậ p đồ ng v ị ( θ ) Khi neutron có n ă ng l ượ ng th ấ p t ươ ng tác v ớ i h ạ t nhân bia qua quá trình tán x ạ không đ àn h ồ i, m ộ t h ạ t nhân h ợ p ph ầ n trung gian ở tr ạ ng thái kích thích đượ c t ạ o ra N ă ng l ượ ng kích thích c ủ a h ạ t nhân h ợ p ph ầ n chính là n ă ng l ượ ng liên k ế t c ủ a neutron v ớ i h ạ t nhân H ầ u h ế t các h ạ t nhân h ợ p ph ầ n đề u có khuynh h ướ ng tr ở v ề tr ạ ng thái Trang 14 cân b ằ ng b ằ ng cách phát ra tia gamma t ứ c th ờ i đặ c tr ư ng Trong nhi ề u tr ườ ng h ợ p, tr ạ ng thái cân b ằ ng m ớ i này l ạ i t ạ o ra m ộ t h ạ t nhân phóng x ạ phân rã b ằ ng cách phát m ộ t ho ặ c nhi ề u gamma tr ễ đặ c tr ư ng nh ư ng ở m ộ t t ố c độ ch ậ m h ơ n nhi ề u so v ớ i quá trình phát tia gamma t ứ c th ờ i ở trên Tia gamma phát ra v ớ i m ộ t xác su ấ t riêng đượ c g ọ i là c ườ ng độ gamma tuy ệ t đố i ( γ ) Các tia gamma có th ể đượ c phát hi ệ n b ằ ng detector bán d ẫ n có độ phân gi ả i n ă ng l ượ ng cao Trong ph ổ gamma nh ậ n đượ c, n ă ng l ượ ng c ủ a đỉ nh h ấ p th ụ toàn ph ầ n xác đị nh s ự có m ặ t c ủ a nguyên t ố trong m ẫ u ( đị nh tính) và di ệ n tích c ủ a đỉ nh cho phép xác đị nh hàm l ượ ng c ủ a nguyên t ố đ ó ( đị nh l ượ ng) 1 2 2 Nguyên t ắ c c ủ a phân tích kích ho ạ t neutron C ơ s ở c ủ a phân tích kích ho ạ t neutron là ph ả n ứ ng c ủ a các neutron v ớ i h ạ t nhân nguyên t ử Quan tr ọ ng nh ấ t trong NAA là ph ả n ứ ng b ắ t neutron (n, γ ), trong đ ó h ạ t nhân X (h ạ t nhân bia) h ấ p th ụ m ộ t neutron, s ả n ph ẩ m t ạ o ra là m ộ t h ạ t nhân phóng x ạ v ớ i cùng s ố nguyên t ử Z nh ư ng có s ố kh ố i A t ă ng lên m ộ t đơ n v ị và phát ra tia gamma đặ c tr ư ng (hình 1 3), quá trình này đượ c mô t ả b ở i ph ả n ứ ng: γ + → → + + + X X n X A Z A Z A Z 1 1 1 0 * ) ( A: s ố kh ố i c ủ a nguyên t ố bia Z: s ố đ i ệ n tích c ủ a h ạ t nhân bia Ký hi ệ u (*) trong quá trình trên bi ể u di ễ n h ạ t nhân h ợ p ph ầ n ở giai đ o ạ n trung gian Hình 1 4 - S ơ đồ bi ể u di ễ n quá trình ph ả n ứ ng b ắ t neutron trong NAA 1 2 3 Phân tích kích ho ạ t neutron dùng lò ph ả n ứ ng M ặ c dù có nhi ề u lo ạ i ngu ồ n neutron (lò ph ả n ứ ng, máy gia t ố c, ngu ồ n đồ ng v ị ,v v…) đượ c s ử d ụ ng trong k ỹ thu ậ t NAA, nh ư ng các lò ph ả n ứ ng h ạ t nhân v ớ i dòng neutron có thông l ượ ng cao t ừ s ự phân h ạ ch c ủ a uranium cho độ nh ạ y có th ể cao nh ấ t Trang 15 v ớ i h ầ u h ế t các nguyên t ố Các lo ạ i lò ph ả n ứ ng khác nhau và nh ữ ng v ị trí khác nhau trong m ộ t lò ph ả n ứ ng có th ể thay đổ i đ áng k ể phân b ố n ă ng l ượ ng và thông l ượ ng neutron Neutron sinh ra trong lò ph ả n ứ ng có n ă ng l ượ ng trong kho ả ng t ừ 0 đế n 20 MeV Trong kho ả ng n ă ng l ượ ng này, tính ch ấ t t ươ ng tác c ủ a neutron v ớ i v ậ t ch ấ t khác nhau trong các mi ề n n ă ng l ượ ng khác nhau Do đ ó, ng ườ i ta chia ph ổ neutron thành ba vùng n ă ng l ượ ng t ươ ng ứ ng trong m ỗ i vùng n ă ng l ượ ng là m ỗ i lo ạ i neutron có các đặ c đ i ể m khác nhau C ụ th ể là: - Neutron nhi ệ t: có n ă ng l ượ ng trong kho ả ng 0 < E n < 0 5eV, m ậ t độ neutron nhi ệ t tuân theo phân b ố Maxwell-Boltzmann: M ậ t độ n ơ trôn nhi ệ t ph ụ thu ộ c vào n ă ng l ượ ng theo qui lu ậ t Maxwell – Boltzmann ( ) 3 2 2 ( ) E kT n n E e E kT π π − = V ớ i: 0 ( ) n n E dE ∞ = ∫ là m ậ t độ neutron toàn ph ầ n k là h ằ ng s ố Boltzmann k = 8,61× 10 -5 eV/K Ở T = 293,6 K thì v = 2200 m/sec N ă ng l ượ ng n ơ trôn nhi ệ t E T = 0,0253 eV Hình 1 5 - Phân b ố ph ổ thông l ượ ng n ơ trôn lò ph ả n ứ ng - Neutron trên nhi ệ t: có n ă ng l ượ ng trong kho ả ng t ừ 0,5eV < E n < 0,5MeV Ti ế t di ệ n c ủ a neutron trên nhi ệ t t ươ ng tác v ớ i v ậ t ch ấ t có d ạ ng c ộ ng h ưở ng Do đ ó, vùng này còn đượ c g ọ i là vùng c ộ ng h ưở ng Phân b ố thông l ượ ng netron trên nhi ệ t đượ c mô t ả m ộ t cách lý t ưở ng theo quy lu ậ t 1/E Nh ư ng trong th ự c t ế d ạ ng 1/E đươ c Trang 16 thay b ở i 1/E 1+ α , v ớ i α là h ệ s ố không ph ụ thu ộ c n ă ng l ượ ng bi ể u di ễ n độ l ệ ch ph ổ kh ỏ i quy lu ậ t 1/E và có giá tr ị n ằ m trong kho ả ng [-1,1] - Neutron nhanh: có n ă ng l ượ ng E n > 0,5MeV, c ự c đạ i ở 0,7MeV, đượ c mô t ả b ở i phân b ố Watt Sau quá trình làm ch ậ m, neutron nhanh chuy ể n thành neutron trên nhi ệ t và neutron nhi ệ t Tuy nhiên, quá trình phân h ạ ch v ẫ n ti ế p di ễ n nên v ẫ n t ồ n t ạ i m ộ t s ố neutron nhanh đồ ng th ờ i v ớ i hai lo ạ i kia Khi k ế t h ợ p vi ệ c kích ho ạ t trên lò ph ả n ứ ng v ớ i vi ệ c đ o ph ổ gamma sau khi chi ế u b ằ ng h ệ ph ổ k ế gamma dùng detector bán d ẫ n, ta có m ố i quan h ệ gi ữ a t ố c độ ph ả n ứ ng (R) và s ố đế m ghi đượ c (N p ) c ủ a đỉ nh gamma quan tâm nh ư sau: p c p N C D S t N R ε γ / = Trong đ ó: A w N N M θ = : s ố h ạ t nhân N A : s ố Avogadro (N A ≈ 6,023 × 1023 mol -1 ) N p : di ệ n tích đỉ nh gamma S = 1- exp(- λ t i ): h ệ s ố bão hòa, hi ệ u ch ỉ nh th ờ i gian chi ế u, λ = ln2/T 1/2 v ớ i T 1/2 là chu kì bán h ủ y t i : th ờ i gian chi ế u D = exp(- λ t d ): h ệ s ố phân rã, hi ệ u ch ỉ nh th ờ i gian phân rã t d : th ờ i gian rã C = [1-exp(- λ t m )]/( λ t m ): h ệ s ố đ o, hi ệ u ch ỉ nh th ờ i gian đ o t m : th ờ i gian đ o w: kh ố i l ượ ng nguyên t ố đượ c chi ế u x ạ (g), w = ρ W v ớ i ρ là hàm l ượ ng nguyên t ố quan tâm trong m ẫ u (g/g), W là kh ố i l ượ ng m ẫ u (g) θ : đổ ph ổ c ậ p đồ ng v ị (%) M: kh ố i l ượ ng nguyên t ử c ủ a nguyên t ố bia (g/mol) γ : xác su ấ t phát tia gamma c ầ n đ o ε p : hi ệ u su ấ t ghi đỉ nh (%) Thay N vào ta có: / / p m A p N t SDCw R N M θ ε γ = Khi đặ t h ạ t nhân trong tr ườ ng neutron, t ố c độ ph ả n ứ ng đượ c tính b ở i công th ứ c: ( ) ( ) ( ) ( ) 0 0 R v v d E E dE φ σ ν φ σ ∞ ∞ = = ∫ ∫ Trong đ ó: σ (v): ti ế t di ệ n ph ả n ứ ng (n, γ ) ở v ậ n t ố c neutron v, (cm 2 ) Trang 17 σ (E): ti ế t di ệ n ph ả n ứ ng (n, γ ) ở n ă ng l ượ ng neutron E, (cm 2 ) φ (v): thông l ượ ng neutron ở v ậ n t ố c v; φ (v) = n(v) v v ớ i n(v): m ậ t độ neutron ở v ậ n t ố c neutron v φ (E): thông l ượ ng neutron ở n ă ng l ượ ng E Theo quy ướ c Hogdahl t ố c độ ph ả n ứ ng R có th ể đượ c vi ế t nh ư sau: ) ( 0 0 α φ σ φ I G G R e e th th + = Trong đ ó: th φ : thông l ượ ng neutron nhi ệ t, (n cm -2 s -1 ) e φ : thông lu ợ ng neutron trên nhi ệ t, (n cm -2 s -1 ) 0 σ : ti ế t di ệ n neutron nhi ệ t 0 1 ( ) ( ) (1 ) Cd E dE I eV E E α α σ α + ∞ = ∫ : tích phân c ộ ng h ưở ng c ủ a phân b ố thông l ượ ng neutron trên nhi ệ t không tuân theo quy lu ậ t 1/E, (cm 2 ) G th và G e l ầ n l ượ t là h ệ s ố hi ệ u ch ỉ nh t ự che ch ắ n neutron nhi ệ t và trên nhi ệ t K ế t h ợ p ph ươ ng trình trên ta có: 0 0 / [ ( )] p m A th th e e p N t N G G I SDCw M θ γ ϕ σ ϕ α ε = + T ố c độ đế m riêng hay ho ạ t độ riêng đượ c đị nh ngh ĩ a: / p m N t A sp S D C w = Hay ph ươ ng trình kích ho ạ t theo t ố c độ đế m riêng: 0 0 [ ( )] A th th e e p N A G G I sp M θγ ϕ σ ϕ α ε = + Hay là ph ươ ng trình kích ho ạ t cho m ộ t l ượ ng nguyên t ố (g) nh ư sau: 0 0 / 1 1 ( ) [ ( )] p m A th th e e p N t M w SDC N G G I θ γ ϕ σ ϕ α ε = + 1 2 4 Nh ữ ng ph ươ ng pháp chu ẩ n hóa NAA Chu ẩ n hóa NAA là làm cho quy trình th ự c nghi ệ m phù h ợ p v ớ i ph ươ ng th ứ c tính toán đ ã ch ọ n c ủ a NAA Có 4 ph ươ ng pháp chu ẩ n hóa NAA: tuy ệ t đố i, t ươ ng đố i, chu ẩ n đơ n và k-zero 1 2 4 1 Ph ươ ng pháp tuy ệ t đố i Hàm l ượ ng nguyên t ố ρ (g/g) thu đượ c b ằ ng cách chi ế u kèm m ẫ u v ớ i m ộ t monitor chu ẩ n (ký hi ệ u *) : * * * * * * * 0 0 * * 0 0 / ( ) [ ( )] ( ) [ ( )] p m p th th e e sp th th e e p N t G G I M SDCW A M G G I ε ϕ σ φ α θ γ ρ θ γ ϕ σ φ α ε + = ⋅ ⋅ ⋅ + Trang 18 Trong th ự c t ế , ng ườ i ta dùng thông s ố Q 0 = I 0 / σ 0 để tính hàm l ượ ng vì Q 0 đượ c tính t ừ th ự c nghi ệ m chính xác h ơ n I0 và σ 0 Th ế Q 0 vào và bi ế n đổ i ph ươ ng trình ta có ph ươ ng trình c ơ b ả n c ủ a ph ươ ng pháp tuy ệ t đố i: * * * * * 0 0 * 0 0 / ( ) * * [ ( )] * [ ( )] p m p th e sp th e p N t M G f G Q SDCW A G f G Q M ε θ γ σ α ρ α ε θ γ σ + = ⋅ ⋅ + Trong đ ó: th e f φ φ = : là t ỉ s ố thông l ượ ng netron nhi ệ t trên thông l ượ ng neutron trên nhi ệ t 0 0 0 429 0 429 ( ) (1 ) (2 1) r Cd Q Q eV E E α α α α α − = + + v ớ i 0 0 0 / Q I σ = E Cd : n ă ng l ượ ng c ắ t Cd ( E Cd = 0,55 eV) r E : n ă ng l ượ ng c ộ ng h ưở ng hi ệ u d ụ ng (eV) α : độ l ệ ch kh ỏ i quy lu ậ t 1/E c ủ a neutron trên nhi ệ t, phân b ố g ầ n đ úng theo 1/E 1+ α Các s ố li ệ u h ạ t nhân (M, θ , σ 0 và γ ) trong ph ươ ng trình c ơ b ả n c ủ a ph ươ ng pháp tuy ệ t đố i đượ c l ấ y t ừ tài li ệ u Tuy nhiên vì các thông s ố này đượ c xác đị nh b ằ ng các ph ươ ng pháp độ c l ậ p do đ ó độ không chính xác c ủ a các thông s ố này – đặ c bi ệ t là c ủ a σ 0 và γ s ẽ đ óng góp vào khi tính hàm l ượ ng b ằ ng công th ứ c trên d ẫ n đế n sai s ố tính toán l ớ n Đ ây chính là nh ượ c đ i ể m c ơ b ả n c ủ a ph ươ ng pháp tuy ệ t đố i 1 2 4 2 Ph ươ ng pháp t ươ ng đố i Trong ph ươ ng pháp chu ẩ n hóa t ươ ng đố i, m ẫ u c ầ n phân tích đượ c chi ế u cùng v ớ i m ẫ u chu ẩ n hay m ẫ u tham kh ả o ch ứ a m ộ t l ượ ng đ ã bi ế t c ủ a nguyên t ố quan tâm M ẫ u tham kh ả o hay m ẫ u chu ẩ n đượ c chi ế u và đ o d ướ i cùng m ộ t đ i ề u ki ệ n nh ư m ẫ u phân tích Do đ ó, các giá tr ị nh ư : ti ế t di ệ n b ắ t neutron, thông l ượ ng, hi ệ u su ấ t ghi, th ờ i gian chi ế u,… b ị tri ệ t tiêu D ự a vào t ỉ s ố gi ữ a hai ph ươ ng trình kích ho ạ t c ủ a m ẫ u và m ẫ u chu ẩ n, hàm l ượ ng đượ c tính b ằ ng ph ươ ng pháp t ươ ng đố i nh ư sau: / / p m p m N t N t DCW DCw x s ρ = Trong đ ó “x” ch ỉ m ẫ u phân tích, “s” ch ỉ m ẫ u chu ẩ n Có th ể nói đ ây là ph ươ ng pháp cho k ế t qu ả chính xác nh ấ t trong các ph ươ ng pháp chu ẩ n hóa c ủ a NAA Nh ượ c đ i ể m c ủ a ph ươ ng pháp này là trong m ộ t s ố tr ườ ng h ợ p không tìm đượ c m ẫ u chu ẩ n có thành ph ầ n và c ấ p hàm l ượ ng t ươ ng đồ ng (matrix) v ớ i m ẫ u phân tích 1 2 4 3 Ph ươ ng pháp chu ẩ n đơ n Chi ế u m ẫ u cùng v ớ i m ộ t monitor dùng làm chu ẩ n Ph ươ ng pháp này d ự a trên vi ệ c g ộ p các thông s ố h ạ t nhân, đ i ề u ki ệ n chi ế u và đ o l ạ i thành h ệ s ố k: 0 0 * * * * * 0 0 * ( ) * * ( ) p th e th e p M G f G Q k G f G Q M ε θ γ σ α α ε θ γ σ + = ⋅ ⋅ + Trang 19 H ệ s ố k c ủ a t ừ ng nguyên t ố đượ c đ o b ằ ng th ự c nghi ệ m và đượ c l ậ p thành b ả ng T ừ đ ó hàm l ượ ng c ủ a nguyên t ố quan tâm đượ c tính theo công th ứ c: * / ( ) 1 p m sp N t SDCW A k ρ = ⋅ Ư u đ i ể m c ủ a ph ươ ng pháp này là thu ậ n ti ệ n cho vi ệ c phân tích đ a nguyên t ố Tuy nhiên vì h ệ s ố k ph ụ thu ộ c vào các thông s ố c ủ a thi ế t b ị chi ế u và h ệ đ o, do đ ó nh ượ c đ i ể m c ủ a ph ươ ng pháp chu ẩ n đơ n là không linh ho ạ t m ỗ i khi thay đổ i đ i ề u ki ệ n chi ế u ho ặ c h ệ đ o thì ph ả i xác đị nh l ạ i t ậ p h ợ p h ệ s ố k, đ ây là công vi ệ c m ấ t r ấ t nhi ề u th ờ i gian 1 2 4 4 Ph ươ ng pháp chu ẩ n hóa k-zero (k 0 ) Các ph ươ ng pháp chu ẩ n hóa thông th ườ ng có m ộ t s ố nh ượ c đ i ể m c ầ n kh ắ c ph ụ c, ng ườ i ta đ ã nghiên c ứ u đư a ra m ộ t ph ươ ng pháp m ớ i là ph ươ ng pháp chu ẩ n hóa k 0 trong NAA (k 0 -NAA) để kh ắ c ph ụ c m ộ t s ố nh ượ c đ i ể m c ủ a các ph ươ ng pháp đ ã trình bày ở trên, ph ươ ng pháp này th ỏ a các yêu c ầ u sau: (i) đơ n gi ả n trong th ự c nghi ệ m; (ii) độ chính xác cao; (iii) linh ho ạ t khi thay đổ i đ i ề u ki ệ n chi ế u và đ o; (iv) thích h ợ p v ớ i vi ệ c t ự độ ng hóa (máy tính hóa) Ph ươ ng pháp này đượ c phát tri ể n nh ư là ph ươ ng pháp chu ẩ n hóa tuy ệ t đố i, trong đ ó d ữ li ệ u h ạ t nhân không tin c ậ y đượ c thay b ở i h ằ ng s ố h ạ t nhân t ổ h ợ p đượ c xác đị nh chính xác b ằ ng th ự c nghi ệ m đượ c g ọ i là h ệ s ố k- zero (k 0 ), hay nh ư là ph ươ ng pháp chu ẩ n đơ n đượ c làm cho linh ho ạ t khi thay đổ i v ị trí chi ế u và h ệ đ o Xu ấ t phát t ừ h ệ s ố k c ủ a ph ươ ng pháp chu ẩ n đơ n, ng ườ i ta đị nh ngh ĩ a h ệ s ố k 0 sao cho độ c l ậ p v ớ i đ i ề u ki ệ n chi ế u và đ o: 0, 0, ( ) 0, c M m s s s k s M s m m m γ θ σ γ θ σ = Trong đ ó “a” ch ỉ nguyên t ố c ầ n phân tích, “m” ch ỉ nguyên t ố làm monitor (ph ổ bi ế n là Au) H ệ s ố k 0 đượ c đ o b ằ ng th ự c nghi ệ m và l ậ p thành b ả ng Chi ế u m ẫ u cùng lúc v ớ i lá dò (monitor), ta thu đượ c hàm l ượ ng nguyên t ố c ầ n phân tích: , , , 0, , 0, , , 0, , / ( ) 1 ( ) ( ) p m p m th m e m m a sp m m th a e a a p a N t SDCW G f G Q A k a G f G Q ε α ρ α ε ⋅ + ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ V ớ i nh ữ ng ư u đ i ể m c ủ a ph ươ ng pháp k 0 , các phòng thí nghi ệ m NAA c ủ a c ơ quan n ă ng l ượ ng nguyên t ử qu ố c t ế (IAEA) và T ổ ch ứ c Châu Âu (EEC) đ ã khuy ế n cáo dùng k 0 – INAA nh ư m ộ t ph ươ ng pháp chu ẩ n trong nhi ề u đố i t ượ ng nghiên c ứ u V ớ i vai trò này, ph ươ ng pháp k 0 – INAA ngày càng đượ c nghiên c ứ u, phát tri ể n và hoàn thi ệ n 1 3 Ph ươ ng pháp x ử lý th ố ng kê đ a bi ế n 1 3 1 Gi ớ i thi ệ u Trang 20 Ngày nay, các ph ươ ng pháp phân tích th ố ng kê đ a bi ế n đượ c áp d ụ ng r ấ t r ộ ng rãi trong nhi ề u ngành khoa h ọ c k ỹ thu ậ t khác nhau nh ư : Môi tr ườ ng, đị a ch ấ t, kh ả o c ổ , y h ọ c, sinh h ọ c, kinh t ế , xã h ộ i h ọ c… L ị ch s ử ra đờ i c ủ a ph ươ ng pháp phân tích th ố ng kê đ a bi ế n g ắ n li ề n v ớ i th ố ng kê m ộ t bi ế n Các ph ươ ng pháp phân tích th ố ng kê m ộ t bi ế n g ặ p ph ả i khó kh ă n c ơ b ả n khi x ử lý v ớ i nh ữ ng t ậ p h ợ p d ữ li ệ u l ớ n, ph ứ c t ạ p, nhi ề u thông tin, trong khi ph ươ ng pháp th ố ng kê m ộ t bi ế n không th ể đư a ra câu tr ả l ờ i chính xác cho toàn b ộ t ậ p s ố li ệ u mà nó ch ỉ phân tích đượ c t ừ ng b ộ s ố li ệ u riêng r ẽ trong t ậ p s ố li ệ u đ ó Phân tích th ố ng kê đ a bi ế n x ử lý đồ ng th ờ i b ộ s ố li ệ u c ủ a t ừ ng bi ế n hay nói cách khác nó phân tích th ố ng kê t ừ ng bi ế n riêng r ẽ , nó khác bi ệ t ở ch ỗ sau khi x ử lý th ố ng kê riêng r ẽ t ừ ng bi ế n nó s ử d ụ ng nh ữ ng ph ươ ng pháp phân tích để đư a ra các m ố i quan h ệ gi ữ a các bi ế n v ớ i nhau V ớ i nh ữ ng b ộ s ố li ệ u l ớ n và nhi ề u chi ề u nh ư trong th ố ng kê đ a bi ế n thì đạ i s ố ma tr ậ n tr ở thành c ơ s ở tính toán cho h ầ u h ế t các ph ươ ng pháp phân tích đ a bi ế n S ự phát tri ể n c ủ a máy tính và công ngh ệ thông tin vi ệ c gi ả i nh ữ ng ma tr ậ n này tr ở nên đơ n gi ả n h ơ n và phân tích th ố ng kê đ a bi ế n đ ã đượ c s ử d ụ ng trong nhi ề u l ĩ nh v ự c khác nhau và gi ả i quy ế t thành công r ấ t nhi ề u bài toán ph ứ c t ạ p Trong kh ả o c ổ h ọ c, s ố li ệ u kh ả o sát b ằ ng các ph ươ ng pháp phân tích là c ơ s ở d ữ li ệ u v ề hàm l ượ ng đ a nguyên t ố (~20-30 nguyên t ố ) trong m ộ t t ậ p h ợ p m ẫ u nghiên c ứ u C ơ s ở d ữ li ệ u này hàm ch ứ a nhi ề u thông tin đặ c tr ư ng cho nguyên li ệ u làm ra chúng nh ư : thành ph ầ n các nguyên t ố chính đạ i di ệ n cho m ộ t ngu ồ n nào đ ó, m ộ t l ớ p m ẫ u nào đ ó, v v… s ự gi ố ng và khác nhau gi ữ a các nhóm m ẫ u v ề ngu ồ n g ố c, xu ấ t x ứ , v ề th ờ i đạ i hay đượ c t ạ o ra t ừ nh ữ ng công ngh ệ khác nhau, t ừ nh ữ ng t ộ c ng ườ i khác nhau trong quá kh ứ V ớ i b ộ s ố li ệ u nhi ề u chi ề u nh ư v ậ y phân tích th ố ng kê đ a bi ế n là thích h ợ p nh ấ t để nghiên c ứ u ngu ồ n g ố c trong kh ả o c ổ Có 4 ph ươ ng pháp th ố ng kê đ a bi ế n đượ c s ử d ụ ng ph ổ bi ế n nh ấ t trong vi ệ c x ử lý s ố li ệ u phân tích là : + Phép phân tích các thành ph ầ n chính – PCA (Principal Component Analysis) + Phép phân tích nhóm – CA (Cluster Analysis) + Phân tích bi ệ t s ố chính t ắ c – CDA(Canonical Discriminant Analysis) + Ph ươ ng pháp phân tích nhân t ố - FA(Factor analysis) 2 ph ươ ng pháp: “Phân tích thành ph ầ n chính”, “Phân tích nhóm” đượ c s ử d ụ ng để th ố ng kê đ a bi ế n cho b ộ s ố li ệ u (~20-30 nguyên t ố ) trong các m ẫ u di v ậ t kh ả o c ổ b ằ ng đ á 1 3 2 Ph ươ ng pháp phân tích thành ph ầ n chính PCA (Principal Component Analysis) Phép phân tích PCA là m ộ t trong nh ữ ng k ỹ thu ậ t x ử lý s ố li ệ u đ a chi ề u quan tr ọ ng nh ấ t đượ c s ử d ụ ng trong kh ả o c ổ h ọ c và nhi ề u l ĩ nh v ự c khoa h ọ c khác Ph ươ ng pháp này cho phép chúng ta gi ả m thi ể u đượ c đ áng k ể s ố chi ề u c ủ a t ậ p s ố li ệ u b ằ ng cách l ậ p các t ổ h ợ p tuy ế n tính t ừ t ấ t c ả các véct ơ quan sát để hình thành m ộ t s ố véct ơ s ố li ệ u Trang 21 m ớ i có độ nh ạ y cao nh ấ t đố i v ớ i s ự th ă ng giáng th ố ng kê hay c ấ u trúc c ủ a t ậ p s ố li ệ u Các véct ơ s ố li ệ u m ớ i này đượ c g ọ i là các thành ph ầ n chính PC (Principle components) T ừ các h ệ s ố t ổ h ợ p tuy ế n tính chúng ta s ẽ xác đị nh đượ c các thành ph ầ n nguyên t ố chính và m ố i t ươ ng quan đặ c tr ư ng gi ữ a các thành ph ầ n chính này Các t ươ ng quan đặ c tr ư ng khác nhau s ẽ đạ i di ệ n cho các nhóm m ẫ u có ngu ồ n g ố c xu ấ t x ứ khác nhau Ngoài ra, chúng còn có th ể lo ạ i b ỏ s ự ả nh h ưở ng c ủ a các thành ph ầ n nguyên t ố có tr ọ ng s ố t ươ ng quan th ấ p và gây phân tán (nhi ễ u) trong quá trình x ử lý s ố li ệ u mà không làm m ấ t đ áng k ể l ượ ng thông tin ch ứ a th ố ng kê c ủ a t ậ p s ố li ệ u Thành ph ầ n chính tách ra đầ u tiên (PC1) bao g ồ m m ộ t s ố l ượ ng l ớ n nh ấ t các phép bi ế n đổ i t ổ ng và có m ố i quan h ệ tuy ế n tính v ớ i các bi ế n ban đầ u Thành ph ầ n chính th ứ 2 (PC2) ch ứ a đự ng ph ầ n l ớ n các phép bi ế n đổ i còn l ạ i và có tính ch ấ t tr ự c giao v ớ i thành ph ầ n chính th ứ nh ấ t Thông th ườ ng, các t ươ ng quan này đượ c mô t ả b ở i 3 thành ph ầ n chính đầ u tiên (PC1, PC2 và PC3) v ớ i xác su ấ t kho ả ng 70% ho ặ c h ơ n Các b ướ c c ơ b ả n trong phân tích thành ph ầ n chính: B ướ c 1- Chu ẩ n b ị s ố li ệ u ban đầ u: S ố li ệ u ban đầ u là s ố li ệ u v ề hàm l ượ ng c ủ a p nguyên t ố trong n m ẫ u, c ầ n chu ẩ nb ị d ướ i d ạ ng m ộ t ma tr ậ n A c ấ p n×p; n đượ c g ọ i là s ố chi ề u c ủ a vect ơ quan sát (s ố m ẫ u phân tích), p là s ố bi ế n ứ ng v ớ i m ỗ i véct ơ (s ố nguyên t ố ) 11 12 1 21 22 2 1 2 p p n n np a a a a a a A a a a … … = … Chu ẩ n hóa s ố li ệ u, cách thông th ườ ng là chuy ể n s ố li ệ u v ề thang logarit c ơ s ố 10 M ụ c đ ích c ủ a vi ệ c làm này là gi ả m thi ể u s ự chênh l ệ ch quá l ớ n v ề hàm l ượ ng gi ữ a các nguyên t ố (% và ppm) B ướ c 2 - Xác đị nh ma tr ậ n hi ệ p ph ươ ng sai S t ươ ng ứ ng v ớ i ma tr ậ n A: 11 12 1 21 22 2 1 2 p p p p pp s s s s s s S s a a … … = … V ớ i: ( ) ( ) 1 1 1 n jk ij j jk k i S a a a a n = = − − − ∑ { } 1 , 1 j p k p = = B ướ c 3 - Xác đị nh các tr ị riêng và véct ơ riêng c ủ a ma tr ậ n S: Trang 22 Tr ị riêng và véct ơ riêng có th ể đượ c xác đị nh b ằ ng cách gi ả i ph ươ ng trình sau: ( ) 0 S I X λ − = Trong đ ó: + X là ma tr ậ n véct ơ riêng + λ là các tr ị riêng (ma tr ậ n c ộ t) + I là ma tr ậ n đơ n v ị + λ đượ c xác đị nh t ừ ph ươ ng trình |S − λ I| = 0 Thay tr ị riêng λ vào bi ể u th ứ c (1 20) s ẽ xác đị nh đượ c các véct ơ riêng X B ướ c 4 - Xác đị nh các thành ph ầ n chính (PCA): Các thành ph ầ n chính y j : 1 2 j j j jn y y y y = Trong đ ó: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 1 2 3 11 12 13 1 1 1 2 1 2 3 21 22 23 2 2 1 1 2 3 , , , , , , , , , , p T j j j j jp p ji i i p T j j j j jp p ji i i T jn j j j jp y x x x x a a a a x a y x x x x a a a a x a y x x x x = = = = = = = ∑ ∑ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ( ) 1 2 3 1 , , p n n n np ji ni i a a a a x a = = ∑ ⋯ T ỉ l ệ gi ả i thích đượ c s ự th ă ng giáng c ủ a s ố li ệ u t ươ ng ứ ng v ớ i m ỗ i thành ph ầ n chính th ứ j là: ( ) 1 % 100 j p i i P λ λ = = × ∑ V ẽ elip Gauss hai chi ề u : Th ự c hi ệ n l ạ i t ừ b ướ c 1 t ớ i b ướ c 3 v ớ i 2 thành ph ầ n chính y 1 và y 2 S ố li ệ u lúc này là m ộ t ma tr ậ n c ấ p n×2 (p=2) Khi p = 2 thì tr ụ c chính c ủ a hình elip đ i qua đ i ể m 1 2 ( , ) i i y y và góc xoay tr ụ c to ạ độ là x 12 /x 11 ; bán kính tr ụ c l ớ n và tr ụ c nh ỏ t ỉ l ệ v ớ i 1 λ và 2 λ t ươ ng ứ ng, v ớ i 1 2 ( , ) i i y y là tr ị trung bình c ủ a y 1 và y 2 , x 11 và x 12 , λ 1 và λ 2 là véct ơ riêng và tr ị riêng c ủ a ma tr ậ n hi ệ p ph ươ ng sai tính theo y 1 và y 2 Ch ọ n l ự a s ố các thành ph ầ n chính: S ố l ượ ng các thành ph ầ n chính c ầ n gi ữ l ạ i đượ c ch ọ n theo m ộ t trong hai quy t ắ c sau: Trang 23 + S ố l ượ ng các thành ph ầ n chính đượ c ch ọ n sao cho giá tr ị tích l ũ y c ủ a t ỉ l ệ P c ủ a các thành ph ầ n này là ≥ 80% + T ỉ l ệ P c ủ a thành ph ầ n nh ỏ nh ấ t đượ c ch ọ n ph ả i ≥ giá tr ị trung bình 1 p i i λ = ∑ 1 3 3 Ph ươ ng pháp phân tích nhóm CA (Cluster Analysis) Ph ươ ng pháp phân tích nhóm th ườ ng đượ c s ử d ụ ng để x ử lý m ộ t s ố l ượ ng l ớ n các d ữ li ệ u nh ằ m xác đị nh li ệ u có t ồ n t ạ i hay không các nhóm mang ý ngh ĩ a th ố ng kê Phép phân tích d ự a trên vi ệ c x ử lý các ma tr ậ n không đồ ng nh ấ t cho t ấ t c ả các c ặ p m ẫ u kh ả d ĩ b ằ ng các phép đ o “kho ả ng cách”– ph ươ ng pháp mô t ả s ự “g ầ n” nhau gi ữ a các m ẫ u ( đượ c coi là các đ i ể m) trong không gian hàm l ượ ng ở thang lô-ga-rít M ộ t s ố phép ti ế p c ậ n th ườ ng đượ c s ử d ụ ng nh ư : kho ả ng Euclidean chu ẩ n, kho ả ng Euclidean bình ph ươ ng, kho ả ng cách Euclidean th ố ng kê K ế t qu ả vi ệ c phân tích nhóm đượ c bi ể u di ễ n b ở i các s ơ đồ hình thành nhóm (dendrogram) cho th ấ y th ứ t ự các m ẫ u k ế t nhóm v ớ i nhau và kho ả ng cách gi ữ a chúng Đ ây là ph ươ ng pháp đơ n gi ả n và hi ệ u qu ả để nh ậ n di ệ n các nhóm Trong đ ó m ỗ i nhóm con ch ứ a các m ẫ u có s ự t ươ ng t ự cao nh ư ng l ạ i có s ự khác bi ệ t l ớ n đố i v ớ i các m ẫ u t ừ các nhóm khác Các b ướ c c ơ b ả n trong quá trình phân tích nhóm: B ướ c 1 - Chu ẩ n b ị s ố li ệ u ban đầ u: S ố li ệ u ban đầ u xu ấ t phát t ừ s ố li ệ u v ề hàm l ượ ng c ủ a p nguyên t ố trong n m ẫ u, nh ư ng khác v ớ i ph ươ ng pháp phân tích thành ph ầ n chính, trong ph ươ ng pháp phân tích nhóm m ỗ i m ẫ u là m ộ t véc t ơ hàm l ượ ng : ( ) 1 2 , , , j j j jp a a a a = ⋯ Trong đ ó: + j = 1… n + a j là véct ơ hàm l ượ ng c ủ a m ẫ u th ứ j + a j1 , a j2 , …, a jp là hàm l ượ ng c ủ a p nguyên t ố trong m ẫ u th ứ j Chu ẩ n hóa s ố li ệ u t ươ ng t ự nh ư ph ươ ng pháp phân tích thành ph ầ n chính PCA th ườ ng là thang logarit c ơ s ố 10 B ướ c 2 - Tính kho ả ng cách Euclidean gi ữ a các m ẫ u và gi ữ a các nhóm: Hàm kho ả ng cách Euclidean gi ữ a hai véct ơ ( ) 1 2 , , , i i ip i a a a a = ⋯ và ( ) 1 2 , , , j j j jp a a a a = ⋯ đượ c đị nh ngh ĩ a nh ư sau: ( ) ( ) ( ) ( ) 2 1 , T i j i j i j ik j p k k d a a a a a a a a = = − − = − ∑ Kho ả ng cách gi ữ a hai nhóm m ẫ u A và B đượ c đị nh ngh ĩ a là kho ả ng cách nh ỏ nh ấ t gi ữ a m ộ t đ i ể m (v ị trí) thu ộ c A và m ộ t đ i ể m thu ộ c B: D(A, B) = min{d(a i , a j ); a i thu ộ c A và a j thu ộ c B} Trang 24 B ướ c 3 - Thi ế t l ậ p các nhóm ban đầ u: Đặ t n nhóm ban đầ u t ươ ng ứ ng v ớ i n m ẫ u, m ỗ i nhóm ch ứ a m ộ t m ẫ u Sau đ ó ti ế n hành tính ma tr ậ n kho ả ng cách D (Distance matrix) gi ữ a t ấ t c ả các nhóm ban đầ u này: 1 2 1 2 1 2 1 2 1 ( , ) ( , ) ( , ) 1 ( , ) ( , ) ( , ) 1 n n n n d a a d a a d a a d a a D d a a d a a = B ướ c 4- Th ự c hi ệ n các vòng l ặ p b ằ ng ph ươ ng pháp “Single Linkage”: a) Tìm trong ma tr ậ n D, hai nhóm nào có kho ả ng cách nh ỏ nh ấ t thì k ế t h ợ p l ạ i v ớ i nhau thành m ộ t nhóm Ghi nh ớ l ạ i độ l ớ n c ủ a kho ả ng cách c ự c ti ể u này Nh ư v ậ y s ố nhóm sau m ỗ i b ướ c l ặ p s ẽ gi ả m đ i 1 b) Tính toán l ạ i ma tr ậ n kho ả ng cách D cho t ấ t c ả các nhóm còn l ạ i và nhóm m ớ i t ạ o thành c) L ặ p l ạ i cho đế n khi ch ỉ còn l ạ i duy nh ấ t m ộ t nhóm l ớ n ch ứ a t ấ t c ả các nhóm con B ướ c 5 - V ẽ s ơ đồ hình thành nhóm (Tree diagram hay còn g ọ i là dendrogram): S ơ đồ hình thành nhóm mô t ả các b ướ c trong quá trình hình thành nhóm và có giá tr ị th ướ c đ o kho ả ng cách t ạ i các v ị trí mà các nhóm con ho ặ c các m ẫ u đượ c k ế t h ợ p thành các nhóm chính T ừ s ơ đồ hình thành nhóm, s ố nhóm phù h ợ p nh ấ t thông th ườ ng đượ c ch ọ n theo hai cách sau: + C ắ t ngang các nhánh c ủ a s ơ đồ t ạ i v ị trí có kho ả ng cách thay đổ i l ớ n khi các nhóm đượ c k ế t h ợ p + Ch ọ n s ố l ượ ng các nhóm t ă ng ho ặ c gi ả m d ầ n cho đế n khi tho ả m ả n b ấ t đẳ ng th ứ c sau: j ks α α α > + , 1, 2, , j n = 1 2 , , , n α α α là các giá tr ị kho ả ng cách t ạ i các v ị trí mà n, n-1,…, 1 nhóm t ươ ng ứ ng đượ c t ạ o thành α giá tr ị trung bình, S α là độ l ệ ch chu ẩ n, và k là m ộ t h ằ ng s ố (k=1,25) 1 3 4 Các b ướ c c ơ b ả n trong x ử lý th ố ng kê đ a bi ế n s ố li ệ u th ự c nghi ệ m: B ướ c 1- Chu ẩ n hóa b ộ s ố li ệ u, cách thông th ườ ng b ộ s ố li ệ u đượ c chuy ể n v ề thang lô-ga-rít c ơ s ố 10 M ụ c đ ích c ủ a vi ệ c làm này là để gi ả m thi ể u s ự chênh l ệ ch quá l ớ n v ề hàm l ượ ng gi ữ a các nguyên t ố (% và ppm) B ướ c 2 - Quy đổ i c ấ u trúc b ộ s ố li ệ u v ề đị nh d ạ ng chu ẩ n, b ướ c này nh ằ m t ạ o ra file input chu ẩ n để có th ể s ử d ụ ng cho nhi ề u ch ươ ng trình x ử lý th ố ng kê khác nhau, đồ ng th ờ i giúp qu ả n lý, c ậ p nh ậ t d ữ li ệ u và h ạ n ch ế s ự nh ầ m l ẫ n B ướ c 3- Phân tích đ a bi ế n b ằ ng các ch ươ ng trình x ử lý, s ử d ụ ng các ph ươ ng pháp x ử lý (PCA, CA, v v ) phù h ợ p đ ã ch ọ n B ướ c này nh ằ m làm gi ả m s ố chi ề u c ủ a b ộ d ữ li ệ u mà không làm thay đổ i tính ch ấ t t ươ ng quan th ố ng kê c ủ a chúng Trang 25 B ướ c 4 - Nh ậ n di ệ n các c ấ u trúc nhóm, nh ằ m tìm ra m ố i t ươ ng quan gi ữ a các nguyên t ố , các nhóm m ẫ u trong b ộ d ữ li ệ u S ố li ệ u có th ể đượ c bi ể u di ễ n d ướ i d ạ ng đồ th ị nh ằ m làm rõ các m ố i t ươ ng quan ho ặ c độ l ệ ch c ủ a s ố li ệ u so v ớ i t ỉ s ố t ươ ng quan Ho ặ c s ử d ụ ng các bi ể u di ễ n phân b ố để nh ậ n ra các s ố li ệ u b ấ t th ườ ng M ố i t ươ ng quan gi ữ a các s ố li ệ u này có th ể cung c ấ p nh ữ ng thông tin có giá tr ị nh ằ m đ ánh giá, th ố ng kê s ố li ệ u và tìm ra các nhóm phân b ố riêng bi ệ t c ủ a m ẫ u v ậ t, t ừ đ ó có th ể nh ậ n bi ế t đượ c ngu ồ n g ố c c ủ a chúng B ướ c 5 - Đ ánh giá xác su ấ t hay kh ả n ă ng c ủ a d ữ li ệ u là thành viên c ủ a m ộ t nhóm nào đ ó hay không S ố l ượ ng m ẫ u t ố i thi ể u để đả m b ả o m ộ t k ế t qu ả phân tích đ a bi ế n đ áng tin c ậ y đượ c tính thông qua b ậ c t ự do B ậ c t ự do c ủ a s ố li ệ u đượ c cho b ở i công th ứ c: N-1-(V-1)/2 trong đ ó N là s ố tr ườ ng h ợ p và V là s ố bi ế n S ố b ậ c t ự do t ố i thi ể u là 30, lý t ưở ng là 60 ho ặ c nhi ề u h ơ n, nh ư v ậ y s ố m ẫ u t ố i thi ể u cho 1 b ộ s ố li ệ u là kho ả ng 15 m ẫ u 1 3 5 Ch ươ ng trình x ử lý th ố ng kê đ a bi ế n Có nhi ề u ph ươ ng pháp x ử lý th ố ng kê đ a bi ế n có th ể s ử d ụ ng trong nghiên c ứ u ngu ồ n g ố c di v ậ t b ằ ng đ á, tuy nhiên chúng tôi ch ọ n hai ph ươ ng pháp có kh ả n ă ng ch ỉ th ị cao nh ấ t là CA, PCA Các ph ươ ng pháp khác nh ư CDA hay FA chúng tôi ch ỉ dùng trong nh ữ ng tr ườ ng h ợ p đặ c bi ệ t Vì v ậ y các ch ươ ng trình x ử lý ph ả i đ áp ứ ng đượ c hai ph ươ ng pháp trên Ch ươ ng trình MURRAP Ch ươ ng trình x ử lý th ố ng kê đ a bi ế n MURRAP s ử d ụ ng các t ậ p s ố li ệ u phân tích t ừ các m ẫ u kh ả o c ổ , các t ậ p s ố li ệ u ban đầ u (input file) th ườ ng bao g ồ m các thông tin và s ố li ệ u v ề đặ c tr ư ng c ủ a m ẫ u và hàm l ượ ng c ủ a kho ả ng 30 nguyên t ố khác nhau Đị nh d ạ ng c ơ s ở d ữ li ệ u cho các t ậ p s ố li ệ u đầ u vào s ử d ụ ng trong x ử lý th ố ng kê đ a bi ế n trên đố i t ượ ng m ẫ u kh ả o c ổ đượ c l ư u tr ữ d ướ i d ạ ng Excel C ấ u trúc c ủ a các file này bao g ồ m s ố li ệ u v ề thông tin c ủ a m ẫ u và s ố li ệ u phân tích, ph ươ ng pháp phân tích, hàm l ượ ng c ủ a nguyên t ố Trang 26 Hình 1 6 - Giao di ệ n c ủ a ch ươ ng trình MURRAP Ch ươ ng trình x ử lý th ố ng kê đ a bi ế n MURRAP có các ch ứ c n ă ng sau: Qu ả n lý d ữ li ệ u • Nh ậ p/ xu ấ t / n ố i / trích xu ấ t t ậ p h ợ p d ữ li ệ u • S ử a đổ i / s ắ p x ế p / chuy ể n bi ế n d ữ li ệ u • Danh sách các m ẫ u / n ồ ng độ / mô t ả • Thao tác t ậ p h ợ p d ữ li ệ u • Tóm t ắ t thông tin th ố ng kê Phân tích d ữ li ệ u • Phân tích nhóm • Phân tích thành ph ầ n chính • Phân tích bi ệ t s ố chính t ắ c • Tìm ki ế m kho ả ng cách Euclide • Tính xác su ấ t nhóm thành viên Ch ứ c n ă ng đồ h ọ a • V ẽ 2-D • V ẽ 3-D • Gi ả n đồ tam giác • V ẽ phân b ố • V ẽ thành ph ầ n 1 4 Vài nét v ề l ị ch s ử nghiên c ứ u kh ả o c ổ h ọ c ti ề n s ử Tây Nguyên Trang 27 Tây Nguyên bao g ồ m 5 t ỉ nh: Kon Tum, Gia Lai, Đă k L ă k, Đă k Nông và Lâm Đồ ng Đ ây là đị a bàn chi ế n l ượ c quan tr ọ ng v ề kinh t ế , v ă n hóa, xã h ộ i và quân s ự c ủ a c ả n ướ c Tây Nguyên là m ộ t vùng đấ t có đị a hình đ a d ạ ng, khí h ậ u ôn hòa, đấ t đ ai màu m ỡ ; n ơ i c ư trú lâu đờ i c ủ a đồ ng bào Th ượ ng v ớ i s ắ c thái v ă n hóa độ c đ áo Tr ướ c n ă m 1975, trên đị a bàn Tây Nguyên h ầ u nh ư không có ho ạ t độ ng kh ả o c ổ h ọ c nào đ áng k ể Nh ữ ng phát hi ệ n ban đầ u là m ộ t s ố rìu và bôn đ á đượ c linh m ụ c R P Guerlach s ư u t ầ m ở Kon Tum mà ông v ẫ n g ọ i là búa tr ờ i hay v ậ t thiêng Ông có nh ắ c l ạ i phát hi ệ n này trong cu ố n Les Sauvages Bahnars (Nh ữ ng ng ườ i M ọ i Bahnar) M Massie trong t ậ p Mission Pavie (vi ế t n ă m 1894) và L Cadière vi ế t bài trên T ậ p san c ủ a tr ườ ng Vi ễ n đ ông Bác c ổ Pháp (n ă m 1902) c ũ ng có nh ắ c t ớ i m ộ t s ố rìu đ á Ti ề n s ử mà h ọ g ọ i là “ Les Pierres de foudre ” (Nh ữ ng viên đ á sét đ ánh ) phát hi ệ n ở Tây Nguyên Nhìn chung, ng ườ i Pháp ch ỉ t ậ p trung nghiên c ứ u dân t ộ c h ọ c ho ặ c biên so ạ n t ừ đ i ể n; v ớ i kh ả o c ổ ở Tây Nguyên thì h ầ u nh ư không đượ c ti ế n hành; có ch ă ng ch ỉ là vài s ư u t ầ m hi ệ n v ậ t l ẻ t ẻ c ủ a các cha c ố , linh m ụ c mà thôi Tuy nhiên, h ọ c ũ ng có vài phát hi ệ n đ áng chú ý là tr ố ng đồ ng Đă k Glao (Kon Tum), b ộ đ àn đ á Ndut Lieng Krak ( Đă k Nông) và các di tích kh ả o c ổ Ti ề n s ử ở Pleiku (Gia Lai) N ă m 1953 và 1954, khi làm t ừ đ i ể n ở Pleiku, B P Lafont đ ã xác minh 4 di tích kh ả o c ổ là: T ơ Nuêng (Bi ể n H ồ ), Plei Deling, Plei Plei và Ia Puch (B ầ u C ạ n) Riêng ở Ia Puch đ ã s ư u t ầ m đượ c h ơ n 200 đồ đ á, m ộ t s ố đồ g ố m và m ộ chum D ự a vào lý thuy ế t v ề s ự t ươ ng ứ ng gi ữ a lo ạ i hình rìu đ á v ớ i ngôn ng ữ t ộ c ng ườ i do H Gendern kh ở i x ướ ng n ă m 1932 mà B P Lafont cho r ằ ng trên đấ t Tây Nguyên có s ự ti ế p xúc gi ữ a c ư dân nói ngôn n
Trang 2Trang 1
Trang
THÀNH VIÊN THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 3
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 4
DANH MỤC CÁC BẢNG 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 6
MỞ ĐẦU 7
CHƯƠNG 1–TỔNG QUAN 9
1.1 Nghiên cứu nguồn gốc trong khảo cổ 9
1.1.1 Nguyên lý nguồn gốc 9
1.1.2 Sơ lược về đá 10
1.1.3 Ứng dụng các kỹ thuật phân tích hạt nhân khảo cổ học 12
1.2 Lý thuyết về phương pháp phân tích kích hoạt neutron 13
1.2.1 Giới thiệu 13
1.2.2 Nguyên tắc của phân tích kích hoạt neutron 14
1.2.3 Phân tích kích hoạt neutron dùng lò phản ứng 14
1.2.4 Những phương pháp chuẩn hóa NAA 17
1.2.4.1 Phương pháp tuyệt đối 17
1.2.4.2 Phương pháp tương đối 18
1.2.4.3 Phương pháp chuẩn đơn 18
1.2.4.4 Phương pháp chuẩn hóa k-zero (k0) 19
1.3 Phương pháp xử lý thống kê đa biến 19
1.3.1 Giới thiệu 19
1.3.2 Phương pháp phân tích thành phần chính PCA (Principal Component Analysis) 20
1.3.3 Phương pháp phân tích nhóm CA (Cluster Analysis) 23
1.3.4 Các bước cơ bản trong xử lý thống kê đa biến số liệu thực nghiệm 24
1.3.5 Chương trình xử lý thống kê đa biến 25
1.4 Vài nét về lịch sử nghiên cứu khảo cổ học tiền sử Tây Nguyên 26
1.5 Khu vực nghiên cứu 29
CHƯƠNG 2 – THỰC NGHIỆM 31
2.1 Thu thập mẫu 31
2.2 Xây dựng quy trình phân tích mẫu 31
2.2.1 Chuẩn bị mẫu phân tích 31
2.2.2 Chuẩn bị mẫu chuẩn, lá dò 31
2.2.3 Chiếu và đo mẫu 31
2.3 Xử lý phổ gamma và tính toán kết quả 33
2.4 Đánh giá quy trình phân tích 34
Trang 3Trang 2
CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN 38
3.1 Tóm tắt kết quả phân tích 38
3.2 Kết quả xử lý thống kê 44
3.3 Kết quả phân loại đá tại ba khu vực Lâm Đồng, Đắc Nông và Gia Lai 47
KẾT LUẬN 49
CÁC CÔNG TRÌNH DỰ KIẾN ĐĂNG TẢI 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO 52
PHỤ LỤC 55
Trang 4Trang 3
Trang 5International Agency Atomic Energy
Instrumental Neutron Activation
Analysis
k-zero Standardization Method
ofNeutron Activation Analysis Limit of Detection
Neutron Activation Analysis
National Institute of Standards and Technology
Principal Component Analysis Principal Component
Statistical Package for Social Sciences
Standard Reference Materials
United Nations Scientific and Organization Educational Cultural
X-Ray Fluorescence Analysis
Phân tích nhóm Phân tích nhân tố Phân tích biệt số chính tắc Đầu dò bán dẫn Ge siêu tinh khiết
Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc
tế
Phân tích kích hoạt neutron dụng cụ
Phương pháp chuẩn hóa k-zero trong
phân tích kích hoạt neutron Giới hạn phát hiện
Phân tích kích hoạt neutron
Viện Chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ
Phân tích thành phần chính Thành phần chính
Chương trình xử lý thống kê dùng trong khoa học xã hội(USA) Chất chuẩn tham khảo
Tổ chức Khoa học, Giáo dục
và Văn hóa Liên Hiệp Quốc
Phân tích huỳnh quang tia X
Trang 6Trang 5
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1 – Thông tin lấy mẫu tại các khu vực nghiên cứu 31
Bảng 2.2 – Các chế độ chiếu, rã, đo cua mẫu đá khảo cổ 32
Bảng 2.3 – Giá trị hàm lượng (ppm) và sai số phân tích của 23 nguyên tố trong mẫu chuẩn NIST 1633B (Coal Fly Ash) 35
Bảng 2.4 – Giá trị hàm lượng (ppm) và sai số phân tích của 20 nguyên tố trong mẫu chuẩn NIST 278 (Obsidian Rock) 35
Bảng 2.5 – Giá trị hàm lượng (ppm) và sai số phân tích của 20 nguyên tố trong mẫu chuẩn NIST 2711a (Montana II Soil) 36
Bảng 2.6 - Giới hạn phát hiện trung bình của 24 nguyên tố trong các mẫu di vật đá theo quy trình phân tích 37
Bảng 3.1 – Bảng tóm tắt kết quả phân tích của nhóm đá nguyên liệu 38
Bảng 3.2 – Bảng tóm tắt kết quả phân tích của nhóm đá Thôn 4 38
Bảng 3.3 – Bảng tóm tắt kết quả phân tích của nhóm đá Phúc Hưng 39
Bảng 3.4 – Bảng tóm tắt kết quả phân tích của nhóm đá Hoàn Kiếm 40
Bảng 3.5 – Bảng tóm tắt kết quả phân tích của nhóm đá Gan Thi 40
Bảng 3.6 – Bảng tóm tắt kết quả phân tích của nhóm đá Lâm Đồng 41
Bảng 3.7 – Bảng tóm tắt kết quả phân tích của nhóm đá Đắc Nông 42
Bảng 3.8 – Bảng tóm tắt kết quả phân tích của nhóm đá Gia Lai 42
Bảng 3.9 – Tỉ lệ trung bình hàm lượng các mẫu đá giữa các khu vực nghiên cứu 43
Trang 7Trang 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1 - Hai cách tiếp cận để xác định nguồn gốc (H Neff, 2000) 9
Hình 1.2 - Biểu đồ (Na2O+K2O) - SiO2 của Le Maitre (1989) dùng để phân loại các loại đá núi lửa 10
Hình 1.3 – Giản đồ Th-Co theo A R HASTIE (2007) 11
Hình 1.4 - Sơ đồ biểu diễn quá trình phản ứng bắt neutron trong NAA 14
Hình 1.5 - Phân bố phổ thông lượng nơtrôn lò phản ứng 15
Hình 1.6 - Giao diện của chương trình MURRAP 26
Hình 2.1 - Giao diện chương trình k0-DALAT 33
Hình 3.1 – Kết quả xử lý CA đối với các mẫu đá thu thập tại Lâm Đồng 45
Hình 3.2 – Kết quả xử lý PCA đối với các mẫu đá thu thập tại Lâm Đồng 46
Hình 3.3 – Kết quả xử lý PCA đối với các mẫu đá thu thập tại Lâm Đồng, Đắc Nông và Gia Lai 46
Hình 3.4 – Kết quả phân loại đá tại ba khu vực Gia Lai, Đắc Nông và Lâm Đồng theo giản đồ Th-Co 47
Trang 8Trang 7
MỞ ĐẦU
Trước 1975, trên đất Tây Nguyên nói chung và trên địa bàn tỉnh Lâm Đồng nói riêng, vấn đề nghiên cứu các văn hóa cổ chưa được quan tâm, hầu như không có phát hiện và nghiên cứu khảo cổ nào Sau 1975, khi miền Nam hoàn toàn được giải phóng, trên đất Tây Nguyên nói chung và Lâm Đồng nói riêng đã có rất nhiều phát hiện, khai quật khảo cổ mới Ở Lâm Đồng từ năm 2005 đến nay đã phát hiện được 10 di tích công xưởng chế tác công cụ đá ở Huyện Lâm Hà-Tỉnh Lâm Đồng Trong đó 7 di tích
được đào thám sát là Thôn Bốn 1, Thôn Bốn 2 (Trần Văn Bảo 2007: 36), Thôn Bốn 3,
Thôn Bốn 4, Thôn Bốn 5, Gan Thi 1, Gan Thi 2 (Lê Xuân Hưng 2010); 3 di tích được khai quật là Thôn Bốn (Trần Văn Bảo 2007: 31-42), Hoàn Kiếm (Bùi Chí Hoàng 2010a: 35-49) và Phúc Hưng (Bùi Chí Hoàng 2010b) Đây là nguồn tư liệu quan trọng cho việc nhận thức giai đoạn tiền sử ở Lâm Đồng nói chung và vấn đề công xưởng chế tác công cụ đá nói riêng Tuy nhiên, các di tích khảo cổ học tiền sử ở Lâm Đồng mới
được nghiên cứu và công bố sơ bộ, còn rất nhiều câu hỏi mà các nhà khảo cổ học đang
- Qua những kết quả về nguồn gốc các công cụ đá sẽ góp phần minh chứng cho quá trình chế tác đá với kĩ thuật chế tạo ra các sản phẩm Từ đó, sẽ cho thấy sự ảnh hưởng, giao lưu trao đổi sản phẩm đồ đá giữa các khu vực văn hóa và những vùng miền khác nhau Tất cả những điều trên đã và đang đưa ra những nhận thức mới về khảo cổ học ở Lâm Đồng
- Nghiên cứu nguồn gốc công cụ đá từ các di tích khảo cổ học tiền sử ở Huyện Lâm Hà - Lâm Đồng chính là góp một phần vào nhận thức thành tựu hoạt động thủ
Trang 9Với những ứng dụng thành công của các kỹ thuật phân tích trong nghiên cứu nguồn gốc các vật liệu khảo cổ (đồ gốm, đồ đá, đồ đồng,…) trong nhiều năm qua trên thế giới và ở Việt Nam, chúng tôi mong muốn thông qua đề tài nghiên cứu này ứng dụng phương pháp phân tích kích hoạt neutron trên lò phản ứng và các kỹ thuật xử lý thống kê để nghiên cứu thử nghiệm nguồn gốc của các công cụ đá thời tiền sử ở Lâm
Đồng Công việc này góp phần bổ sung nguồn tư liệu cho việc nghiên cứu lịch sử ở
Lâm Đồng nói riêng và Tây Nguyên nói chung
Ngoài ra, qua đề tài sẽ tạo tiền đề cho việc áp dụng quy trình nghiên cứu nguồn gốc di vật khảo cổ đất nung đã được xây dựng thành công tại Viện Nghiên cứu hạt nhân trên đối tượng di vật đá phục vụ cho nghiên cứu khảo cổ học trong nước trong tương lai
Với những mục tiêu như trên, đề tài được Trường Đại học Đà Lạt cho phép thực hiện trong thời gian 1 năm từ tháng 12-2013 đến tháng 12-2014 với tổng kinh phí là
15 triệu đồng
Trang 10Trang 9
CHƯƠNG I – TỔNG QUAN
1.1 Nghiên cứu nguồn gốc trong khảo cổ
1.1.1 Nguyên lý nguồn gốc (Provenance postulate)
Xác định nguồn gốc dựa trên thành phần hóa học của các nguyên tố có trong mẫu vật đã được biết đến từ thập kỷ 70 của thế kỷ XX Weigand và các cộng sự của ông
được xem là những người tiên phong trong nỗ lực phân tích thành phần hóa học trong
mẫu vật để tìm hiểu nguồn gốc của nó và được ông phát biểu thành nguyên lý như sau: “Tồn tại những sự khác biệt trong thành phần giữa các nguồn nguyên liệu tự nhiên khác nhau mà nó vượt quá sự khác biệt giữa các thành phần quan sát được trong cùng một nguồn nguyên liệu” Ngày nay, phát biểu này được xem như là “Nguyên lý nguồn gốc” của các nhà khảo cổ
Nó được hiểu rằng, đồ tạo tác được tạo ra từ một nguồn nguyên liệu thô nào đó,
có thể được xác định một cách thành công thông qua việc phân tích thành phần hóa học của chúng, miễn là sự khác biệt giữa các nguồn khác nhau phải đủ lớn so với sự khác biệt giữa chúng trong cùng một nguồn
Hình 1.1 - Hai cách tiếp cận để xác định nguồn gốc (H Neff, 2000)
Trang 11Theo H Neff, việc xác định nguồn gốc có thể theo một trong hai hướng riêng biệt
được chỉ ra cụ thể trong Hình 1.1 Nếu các nguồn được định vị và nhận diện một cách
rõ ràng thì nguồn gốc của các cổ vật chưa biết được so sánh với các nhóm đã biết nguồn gốc (cách tiếp cận thứ nhất - nhóm I) Ví dụ như trong trường hợp cổ vật được làm từ các vật liệu lấy từ các mỏ khoáng núi lửa, nguyên liệu thô từ các nguồn này
được phân lập và dễ dàng được nhận diện Mặt khác, nếu nguồn được phân bố rộng, đặc biệt đúng trong trường hợp các nguyên liệu thô là đất sét dùng trong sản xuất các
loại gốm sứ, việc lấy mẫu và phân lập các nguồn khả dĩ là rất khó (hay không thực tế),
sử dụng cách tiếp cận thứ II – nhóm II)
1.1.2 Sơ lược về đá
Đá là tổ hợp có quy luật của các loại khoáng vật có thể là một thể địa chất có lịch
sử hình thành riêng biệt Cách phân loại tổng quát nhất dựa trên nguồn gốc thành tạo gồm đá magma, đá trầm tích và đá biến chất Thiên thạch được xem là một nhóm đá riêng có nguồn gốc từ vũ trụ
Đá magma hình thành khi dung nham đông nguội trên bề mặt hoặc kết tinh ở dưới
sâu Các loại đá mácma chiếm khoảng 95% toàn bộ phần phía trên của lớp vỏ Trái
Đất, nhưng chúng phân bố phổ biến hơn ở bên dưới lớp đá trầm tích và đá biến chất
tương đối mỏng nhưng phân bố rộng Có nhiều cách để phân loại các đá magma, nhưng chủ yếu dựa trên: Thành phần khoáng vật của đá (thạch học)
Hình 1.2 - Biểu đồ (Na 2 O+K 2 O) - SiO 2 của Le Maitre (1989) dùng để phân loại
các loại đá núi lửa
Dựa vào thành phần hoá học, có thể sử dụng biểu đồ (Na2O+K2O) - SiO2 (còn gọi
là biểu đồ TAS) của Le Maitre (1989) (Hình 1.2), được xây dựng trên cơ sở 24.000 đá núi lửa tươi hoặc ít biến đổi (vì khi biến đổi tổng lượng kiềm thay đổi khá nhiều)
Trang 12Trang 11
Trên biểu đồ này chỉ ra các trường đá núi lửa khác nhau với các tên đá được thừa nhận phổ biến Tuy vậy, một số trường, nếu không có các thông số bổ sung thì không thể
định danh được tên đá Ví dụ, trường bazanit và tefrit hoặc trachyt và trachydacit
Hình 1.3 - Giản đồ Th-Co theo A R HASTIE (2007)
Nhiều giản đồ đồ thông thường khác cũng được sử dụng để phân loại đá núi lửa
69% SiO2 và Rhyolites >69% SiO2,…) và chuỗi đá núi lửa (tholeiitic, calc-alkaline,
động của sự thay đổi A R HASTIE (2007) là người đề xuất bằng cách sử dụng
học tương tự mà thực hiện nhiệm vụ phân loại nhưng mạnh mẽ hơn cho các loại đá
* Các ký hiệu của HASTIE dùng để phân loại một số loại đá magma
B: Basalt: là loại đá magma màu xám hay màu đen, hình thành do mác ma phun
trào ra ngoài miệng núi lửa rồi nguội đi Đá Basalt thường có kiến trúc vi tinh, ẩn tinh, thủy tinh hoặc pocfia do sự nguội nhanh của dung nham trên mặt của Trái Đất Basalt thường có cấu tạo đặc sít, dòng chảy, cấu tạo lỗ hổng (vesicular) hoặc dạng xỉ núi lửa chứa bọt (frothy scoria) Đá balsalt khi chưa chịu sự bào mòn của thời tiết có màu xám
hoặc đen
Từ balsalt đôi khi còn dùng để chỉ loại đá núi lửa không bị phun ra ngoài, nằm trong lớp đất nông, có thành phần balsalt điển hình
BA/A: basaltic-andesite and andesite: là một loại đá magma phun trào có thành
phần trung tính, với kiến trúc ẩn tinh đến ban tinh Về tổng thể, nó là loại đá trung
Trang 13Trang 12
gian giữa balsalt và dacite Thành phần khoáng vật đặc trưng gồm plagiocla với pyroxen hoặc hornblend Magnetit, zircon, apatit, ilmenit, biotit, và granat là các khoáng vật phụ thường gặp Fenspat kiềm có thể có mặt với số lượng nhỏ
D/R: dacite and rhyolite (indicates that latites and trachytes also fall in the D/R fields) ;
Dacite là một loại đá magma phun trào hay đá núi lửa Nó có kiến trúc ẩn tinh hoặc ban tinh và là một loại đá trung tính có thành phần trung gian giữa andesit và rhyolit Dacite có thành phần chủ yếu là felspar plagioclase với biotit, hornblend, và pyroxen (augit và/hoặc enstatit) Nó có các hạt thạch anh ở dạng giống như ban tinh tròn cạnh, bị gặm mòn, hoặc ở trong nền của khối đá
Rhyolit là một loại đá magma phun trào có thành phần axit (giàu điôxít silic) (>69% SiO2) Nó có thể có nhiều kiến trúc từ thủy tinh, ẩn tinh đến ban tinh Các khoáng vật chính thường bao gồm thạch anh, fenspat và plagiocla kiềm, còn các khoáng vật phụ phổ biến như biotit và hornblend
CA: calc-alkaline là một trong hai loại magma chính trong đá núi lửa, loại khác
là tholeiitic
Các loại đá khác nhau trong loạt calc-alkaline bao gồm các loại đá núi lửa như basalt, andesite, dacite, rhyolite và một số họ đá xâm nhập (gabro, diorite, granodiorite và granite)
IAT: Island Arc Tholeiite; là nhóm magma tholeiitic được phân loại là
subalkaline (chúng chứa ít natri hơn một số loại đá basalt khác) và được phân biệt với
đá calc-alkaline magma bởi trạng thái khử oxy hóa của magma chúng kết tinh Khi
magma mẹ của basalt kết tinh, chúng ưu tiên kết tinh các hình thức giàu magiê và ít
sắt của các khoáng chất silicat olivin và pyroxen
H-K and SHO: high-K calc-alkaline and shoshonite: là nhóm đá magma có
hàm lượng K cao Đá Shoshonitic có xu hướng được liên kết với calc-alkaline vòng cung núi lửa trong quá trình di chuyển, nhưng shoshonite thường giàu K, trẻ hơn và nằm sâu hơn
Theo kích thước tinh thể, đá magma có thể phân loại thành pecmatit (hạt rất lớn), hiển tinh (chỉ có hạt lớn hay phanerit), ban tinh (một số hạt lớn trên nền là các hạt nhỏ hay pocfia), vi tinh (chỉ có hạt nhỏ hay aphanit), thủy tinh (không có hạt)
1.1.3 Ứng dụng các kỹ thuật phân tích hạt nhân trong khảo cổ học
Ý niệm về phản ứng hạt nhân có thể được dùng cho phân tích định lượng được Georg Hevesy và Hidle Levy đưa ra năm 1936 Họ đã phát hiện thấy nhiều nguyên tố
đất hiếm trở nên có hoạt độ phóng xạ cao sau khi được chiếu bởi neutron, hoạt độ này được phát ra từ nhiều nguyên tố khác nhau và giảm dần theo các tham số thời gian
có mặt của những nguyên tố trong mẫu vật là hỗn hợp của nhiều nguyên tố thông qua việc đo các bức xạ khác nhau và chu kỳ bán hủy của những nguyên tố phóng xạ
Trang 14Trang 13
Một trong những cách để xác định nguyên tố có trong các mẫu vật là phương pháp NAA Tiềm năng ứng dụng của phương pháp NAA lần đầu tiên đã được Robert Oppenheimer thừa nhận như một công cụ nghiên cứu của khảo cổ học vào năm 1954, ông đã đề nghị Dodson và Sayre tại phòng thí nghiệm quốc gia Hoa Kỳ Brookhaven
sử dụng phương pháp NAA như một cách khả dĩ để xác định nguồn gốc của các mảnh gốm khảo cổ Cũng trong thời gian này, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Oxford cũng bắt đầu tiến hành những thực nghiệm với NAA trên các đối tượng gốm và tiền
cổ
Những ứng dụng ban đầu đã gặp phải trở ngại bởi độ phân giải kém của các hệ đo phổ gamma, nhưng sự ra đời của đầu dò (detector) Ge[Li] vào đầu những năm 1960
đã mang lại những cải tiến đáng kể về độ phân giải cho các hệ đo phổ, điều này đã tạo
ra một làn sóng cho ứng dụng NAA trong ngành khảo cổ học Bài báo cáo của Sayre (1965) về phân tích thủy tinh cổ là báo cáo đầu tiên về việc sử dụng và những lợi thế của đầu dò Ge[Li] trong NAA
Năm 1969, Perlman và Asaro đã đưa ra một mô tả về phương pháp chuẩn hóa so sánh trong NAA để áp dụng trong xác định nguồn gốc tại phòng thí nghiệm Lawrence Berkeley Laboratory (LBL) Từ đó NAA được các nhà khảo cổ sử dụng nhiều hơn trong khoảng thời gian từ năm 1970 đến năm 1980 để xác định nguồn gốc cho các đối tượng như: gốm cổ, khoáng núi lửa (obsidian), đá trầm tích (chert) và các dạng nguyên liệu khác Từ những năm 1990 cho đến nay, NAA được xem như một công cụ trong nghiên cứu nguồn gốc của khảo cổ học, được sử dụng ở mức cao và ngày càng rộng rãi
1.2 Lý thuyết về phương pháp phân tích kích hoạt neutron
1.2.1 Giới thiệu
Phân tích kích hoạt neutron (NAA) là một kỹ thuật phân tích có độ nhạy cao đáp
ứng được cả hai yêu cầu định tính và định lượng của phân tích đa nguyên tố trong
nhiều loại mẫu khác nhau NAA được giới thiệu từ năm 1936 bởi Georg von Hevesy
và Hilde Levi Cho đến nay phân tích kích hoạt là phương pháp phân tích hàm lượng các nguyên tố trong mẫu chính xác và tiện lợi nhất, trong đó neutron được dùng để kích hoạt hạt nhân trong mẫu
Mỗi hạt nhân trong mẫu đều có một xác suất bắt neutron xác định Xác suất này
có thứ nguyên được mô tả bằng đơn vị diện tích và được gọi là tiết diện bắt neutron (σ) Thông lượng neutron được biểu diễn bởi số neutron đi qua một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian (n.cm-1.s-1) Các hạt nhân có cùng số proton nhưng khác số neutron là đồng vị của nhau, có nghĩa là cùng thuộc một nguyên tố Tỉ số hạt nhân giữa các đồng vị của một nguyên tố nào đó có số neutron cụ thể là độ phổ cập đồng vị (θ) Khi neutron có năng lượng thấp tương tác với hạt nhân bia qua quá trình tán xạ không đàn hồi, một hạt nhân hợp phần trung gian ở trạng thái kích thích được tạo ra Năng lượng kích thích của hạt nhân hợp phần chính là năng lượng liên kết của neutron với hạt nhân Hầu hết các hạt nhân hợp phần đều có khuynh hướng trở về trạng thái
Trang 15Trang 14
cân bằng bằng cách phát ra tia gamma tức thời đặc trưng Trong nhiều trường hợp, trạng thái cân bằng mới này lại tạo ra một hạt nhân phóng xạ phân rã bằng cách phát một hoặc nhiều gamma trễ đặc trưng nhưng ở một tốc độ chậm hơn nhiều so với quá trình phát tia gamma tức thời ở trên Tia gamma phát ra với một xác suất riêng được gọi là cường độ gamma tuyệt đối (γ) Các tia gamma có thể được phát hiện bằng detector bán dẫn có độ phân giải năng lượng cao Trong phổ gamma nhận được, năng lượng của đỉnh hấp thụ toàn phần xác định sự có mặt của nguyên tố trong mẫu (định tính) và diện tích của đỉnh cho phép xác định hàm lượng của nguyên tố đó (định lượng)
1.2.2 Nguyên tắc của phân tích kích hoạt neutron
Cơ sở của phân tích kích hoạt neutron là phản ứng của các neutron với hạt nhân nguyên tử Quan trọng nhất trong NAA là phản ứng bắt neutron (n,γ), trong đó hạt nhân X (hạt nhân bia) hấp thụ một neutron, sản phẩm tạo ra là một hạt nhân phóng xạ với cùng số nguyên tử Z nhưng có số khối A tăng lên một đơn vị và phát ra tia gamma
đặc trưng (hình 1.3), quá trình này được mô tả bởi phản ứng:
n
A Z
1 1
1
A: số khối của nguyên tố bia
Z: số điện tích của hạt nhân bia
Ký hiệu (*) trong quá trình trên biểu diễn hạt nhân hợp phần ở giai đoạn trung gian
Hình 1.4 - Sơ đồ biểu diễn quá trình phản ứng bắt neutron trong NAA
1.2.3 Phân tích kích hoạt neutron dùng lò phản ứng
Mặc dù có nhiều loại nguồn neutron (lò phản ứng, máy gia tốc, nguồn đồng vị,v.v…) được sử dụng trong kỹ thuật NAA, nhưng các lò phản ứng hạt nhân với dòng neutron có thông lượng cao từ sự phân hạch của uranium cho độ nhạy có thể cao nhất
Trang 16Trang 15
với hầu hết các nguyên tố Các loại lò phản ứng khác nhau và những vị trí khác nhau trong một lò phản ứng có thể thay đổi đáng kể phân bố năng lượng và thông lượng neutron
Neutron sinh ra trong lò phản ứng có năng lượng trong khoảng từ 0 đến 20 MeV Trong khoảng năng lượng này, tính chất tương tác của neutron với vật chất khác nhau trong các miền năng lượng khác nhau Do đó, người ta chia phổ neutron thành ba vùng năng lượng tương ứng trong mỗi vùng năng lượng là mỗi loại neutron có các đặc
−
=
Với:
0 ( )
n n E dE
∞
k là hằng số Boltzmann k = 8,61× 10-5 eV/K
Ở T = 293,6 K thì v = 2200 m/sec Năng lượng nơtrôn nhiệt ET = 0,0253 eV
Hình 1.5 - Phân bố phổ thông lượng nơtrôn lò phản ứng
- Neutron trên nhiệt: có năng lượng trong khoảng từ 0,5eV < En < 0,5MeV Tiết diện của neutron trên nhiệt tương tác với vật chất có dạng cộng hưởng Do
đó, vùng này còn được gọi là vùng cộng hưởng Phân bố thông lượng netron trên nhiệt được mô tả một cách lý tưởng theo quy luật 1/E Nhưng trong thực tế dạng 1/E đươc
Trang 17Khi kết hợp việc kích hoạt trên lò phản ứng với việc đo phổ gamma sau khi chiếu bằng hệ phổ kế gamma dùng detector bán dẫn, ta có mối quan hệ giữa tốc độ phản ứng
p
c p
N C D S
t N R
ε
γ .
ti: thời gian chiếu
D = exp(-λtd): hệ số phân rã, hiệu chỉnh thời gian phân rã
td : thời gian rã
C = [1-exp(-λtm)]/( λtm): hệ số đo, hiệu chỉnh thời gian đo
tm: thời gian đo
w: khối lượng nguyên tố được chiếu xạ (g), w = ρ.W với ρ là hàm lượng nguyên
tố quan tâm trong mẫu (g/g), W là khối lượng mẫu (g)
θ: đổ phổ cập đồng vị (%)
M: khối lượng nguyên tử của nguyên tố bia (g/mol)
γ: xác suất phát tia gamma cần đo
εp: hiệu suất ghi đỉnh (%)
Thay N vào ta có:
/ /
p m
A p
SDCw R
Trang 18Trang 17
σ(E): tiết diện phản ứng (n,γ) ở năng lượng neutron E, (cm2
)
φ(v): thông lượng neutron ở vận tốc v; φ (v) = n(v).v
với n(v): mật độ neutron ở vận tốc neutron v
Theo quy ước Hogdahl tốc độ phản ứng R có thể được viết như sau:
) (
α α
σ
trên nhiệt không tuân theo quy luật 1/E, (cm2)
Gth và Ge lần lượt là hệ số hiệu chỉnh tự che chắn neutron nhiệt và trên nhiệt Kết hợp phương trình trên ta có:
p m
A
sp = S D C w Hay phương trình kích hoạt theo tốc độ đếm riêng:
1.2.4 Những phương pháp chuẩn hóa NAA
Chuẩn hóa NAA là làm cho quy trình thực nghiệm phù hợp với phương thức tính toán đã chọn của NAA Có 4 phương pháp chuẩn hóa NAA: tuyệt đối, tương đối, chuẩn đơn và k-zero
1.2.4.1 Phương pháp tuyệt đối
Hàm lượng nguyên tố ρ (g/g) thu được bằng cách chiếu kèm mẫu với một monitor chuẩn (ký hiệu *) :
ε
ϕ σ φ α
θ γρ
θγ ϕ σ φ α ε
+
Trang 19Trang 18
Trong thực tế, người ta dùng thông số Q0 = I0/σ0 để tính hàm lượng vì Q0 được tính từ thực nghiệm chính xác hơn I0 và σ0 Thế Q0 vào và biến đổi phương trình ta có phương trình cơ bản của phương pháp tuyệt đối:
α: độ lệch khỏi quy luật 1/E của neutron trên nhiệt, phân bố gần đúng theo 1/E1+α
tuyệt đối được lấy từ tài liệu Tuy nhiên vì các thông số này được xác định bằng các phương pháp độc lập do đó độ không chính xác của các thông số này – đặc biệt là của
toán lớn Đây chính là nhược điểm cơ bản của phương pháp tuyệt đối
1.2.4.2 Phương pháp tương đối
Trong phương pháp chuẩn hóa tương đối, mẫu cần phân tích được chiếu cùng với mẫu chuẩn hay mẫu tham khảo chứa một lượng đã biết của nguyên tố quan tâm Mẫu tham khảo hay mẫu chuẩn được chiếu và đo dưới cùng một điều kiện như mẫu phân tích Do đó, các giá trị như: tiết diện bắt neutron, thông lượng, hiệu suất ghi, thời gian chiếu,… bị triệt tiêu Dựa vào tỉ số giữa hai phương trình kích hoạt của mẫu và mẫu chuẩn, hàm lượng được tính bằng phương pháp tương đối như sau:
Trong đó “x” chỉ mẫu phân tích, “s” chỉ mẫu chuẩn
Có thể nói đây là phương pháp cho kết quả chính xác nhất trong các phương pháp chuẩn hóa của NAA Nhược điểm của phương pháp này là trong một số trường hợp không tìm được mẫu chuẩn có thành phần và cấp hàm lượng tương đồng (matrix) với mẫu phân tích
1.2.4.3 Phương pháp chuẩn đơn
Chiếu mẫu cùng với một monitor dùng làm chuẩn Phương pháp này dựa trên việc gộp các thông số hạt nhân, điều kiện chiếu và đo lại thành hệ số k:
*
0 0
Trang 20Trang 19
Hệ số k của từng nguyên tố được đo bằng thực nghiệm và được lập thành bảng
Từ đó hàm lượng của nguyên tố quan tâm được tính theo công thức:
Ưu điểm của phương pháp này là thuận tiện cho việc phân tích đa nguyên tố Tuy
nhiên vì hệ số k phụ thuộc vào các thông số của thiết bị chiếu và hệ đo, do đó nhược
điểm của phương pháp chuẩn đơn là không linh hoạt mỗi khi thay đổi điều kiện chiếu
hoặc hệ đo thì phải xác định lại tập hợp hệ số k, đây là công việc mất rất nhiều thời gian
Các phương pháp chuẩn hóa thông thường có một số nhược điểm cần khắc phục, người ta đã nghiên cứu đưa ra một phương pháp mới là phương pháp chuẩn hóa k0
bày ở trên, phương pháp này thỏa các yêu cầu sau: (i) đơn giản trong thực nghiệm; (ii)
độ chính xác cao; (iii) linh hoạt khi thay đổi điều kiện chiếu và đo; (iv) thích hợp với
việc tự động hóa (máy tính hóa) Phương pháp này được phát triển như là phương pháp chuẩn hóa tuyệt đối, trong đó dữ liệu hạt nhân không tin cậy được thay bởi hằng
số hạt nhân tổ hợp được xác định chính xác bằng thực nghiệm được gọi là hệ số
dò (monitor), ta thu được hàm lượng nguyên tố cần phân tích:
năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) và Tổ chức Châu Âu (EEC) đã khuyến cáo
thiện
1.3 Phương pháp xử lý thống kê đa biến
1.3.1 Giới thiệu
Trang 21Trang 20
Ngày nay, các phương pháp phân tích thống kê đa biến được áp dụng rất rộng rãi trong nhiều ngành khoa học kỹ thuật khác nhau như: Môi trường, địa chất, khảo cổ, y học, sinh học, kinh tế, xã hội học… Lịch sử ra đời của phương pháp phân tích thống
kê đa biến gắn liền với thống kê một biến Các phương pháp phân tích thống kê một biến gặp phải khó khăn cơ bản khi xử lý với những tập hợp dữ liệu lớn, phức tạp, nhiều thông tin, trong khi phương pháp thống kê một biến không thể đưa ra câu trả lời chính xác cho toàn bộ tập số liệu mà nó chỉ phân tích được từng bộ số liệu riêng rẽ trong tập số liệu đó
Phân tích thống kê đa biến xử lý đồng thời bộ số liệu của từng biến hay nói cách khác nó phân tích thống kê từng biến riêng rẽ, nó khác biệt ở chỗ sau khi xử lý thống
kê riêng rẽ từng biến nó sử dụng những phương pháp phân tích để đưa ra các mối quan hệ giữa các biến với nhau Với những bộ số liệu lớn và nhiều chiều như trong thống kê đa biến thì đại số ma trận trở thành cơ sở tính toán cho hầu hết các phương pháp phân tích đa biến Sự phát triển của máy tính và công nghệ thông tin việc giải những ma trận này trở nên đơn giản hơn và phân tích thống kê đa biến đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau và giải quyết thành công rất nhiều bài toán phức tạp
Trong khảo cổ học, số liệu khảo sát bằng các phương pháp phân tích là cơ sở dữ liệu về hàm lượng đa nguyên tố (~20-30 nguyên tố) trong một tập hợp mẫu nghiên cứu Cơ sở dữ liệu này hàm chứa nhiều thông tin đặc trưng cho nguyên liệu làm ra chúng như: thành phần các nguyên tố chính đại diện cho một nguồn nào đó, một lớp mẫu nào đó, v.v… sự giống và khác nhau giữa các nhóm mẫu về nguồn gốc, xuất xứ,
về thời đại hay được tạo ra từ những công nghệ khác nhau, từ những tộc người khác nhau trong quá khứ Với bộ số liệu nhiều chiều như vậy phân tích thống kê đa biến là thích hợp nhất để nghiên cứu nguồn gốc trong khảo cổ
Có 4 phương pháp thống kê đa biến được sử dụng phổ biến nhất trong việc xử lý
số liệu phân tích là :
+ Phép phân tích các thành phần chính – PCA (Principal Component Analysis) + Phép phân tích nhóm – CA (Cluster Analysis)
+ Phân tích biệt số chính tắc – CDA(Canonical Discriminant Analysis)
+ Phương pháp phân tích nhân tố - FA(Factor analysis)
2 phương pháp: “Phân tích thành phần chính”, “Phân tích nhóm” được sử dụng để thống kê đa biến cho bộ số liệu (~20-30 nguyên tố) trong các mẫu di vật khảo cổ bằng
Trang 22Trang 21
mới có độ nhạy cao nhất đối với sự thăng giáng thống kê hay cấu trúc của tập số liệu Các véctơ số liệu mới này được gọi là các thành phần chính PC (Principle components) Từ các hệ số tổ hợp tuyến tính chúng ta sẽ xác định được các thành phần nguyên tố chính và mối tương quan đặc trưng giữa các thành phần chính này Các tương quan đặc trưng khác nhau sẽ đại diện cho các nhóm mẫu có nguồn gốc xuất
xứ khác nhau Ngoài ra, chúng còn có thể loại bỏ sự ảnh hưởng của các thành phần nguyên tố có trọng số tương quan thấp và gây phân tán (nhiễu) trong quá trình xử lý
số liệu mà không làm mất đáng kể lượng thông tin chứa thống kê của tập số liệu Thành phần chính tách ra đầu tiên (PC1) bao gồm một số lượng lớn nhất các phép biến đổi tổng và có mối quan hệ tuyến tính với các biến ban đầu Thành phần chính thứ 2 (PC2) chứa đựng phần lớn các phép biến đổi còn lại và có tính chất trực giao với thành phần chính thứ nhất Thông thường, các tương quan này được mô tả bởi 3 thành phần chính đầu tiên (PC1, PC2 và PC3) với xác suất khoảng 70% hoặc hơn
Các bước cơ bản trong phân tích thành phần chính:
Bước 1- Chuẩn bị số liệu ban đầu:
Số liệu ban đầu là số liệu về hàm lượng của p nguyên tố trong n mẫu, cần chuẩnbị dưới dạng một ma trận A cấp n×p; n được gọi là số chiều của vectơ quan sát (số mẫu phân tích), p là số biến ứng với mỗi véctơ (số nguyên tố)
11 12 1
21 22 2
1 2
.
Bước 2 - Xác định ma trận hiệp phương sai S tương ứng với ma trận A:
11 12 1
21 22 2
.
Trang 23Trang 22
Trị riêng và véctơ riêng có thể được xác định bằng cách giải phương trình sau:
(S−λI X) =0Trong đó:
+ X là ma trận véctơ riêng
+ λ là các trị riêng (ma trận cột)
+ I là ma trận đơn vị
+ λ được xác định từ phương trình |S − λI| = 0
Thay trị riêng λ vào biểu thức (1.20) sẽ xác định được các véctơ riêng X
Bước 4 - Xác định các thành phần chính (PCA):
Các thành phần chính yj :
1
2
j
j j
jn
y y y y
i p T
Vẽ elip Gauss hai chiều :
Thực hiện lại từ bước 1 tới bước 3 với 2 thành phần chính y1 và y2 Số liệu lúc này
là một ma trận cấp n×2 (p=2)
Khi p = 2 thì trục chính của hình elip đi qua điểm (y1i,y2i) và góc xoay trục toạ độ
là x12/x11; bán kính trục lớn và trục nhỏ tỉ lệ với λ1 và λ2 tương ứng, với (y1i,y2i) là trị trung bình của y1và y2, x11 và x12 , λ1 và λ2 là véctơ riêng và trị riêng của ma trận hiệp phương sai tính theo y1và y2
Chọn lựa số các thành phần chính:
Số lượng các thành phần chính cần giữ lại được chọn theo một trong hai quy tắc sau:
Trang 24=
∑
1.3.3 Phương pháp phân tích nhóm CA (Cluster Analysis)
Phương pháp phân tích nhóm thường được sử dụng để xử lý một số lượng lớn các
dữ liệu nhằm xác định liệu có tồn tại hay không các nhóm mang ý nghĩa thống kê Phép phân tích dựa trên việc xử lý các ma trận không đồng nhất cho tất cả các cặp mẫu khả dĩ bằng các phép đo “khoảng cách”– phương pháp mô tả sự “gần” nhau giữa các mẫu (được coi là các điểm) trong không gian hàm lượng ở thang lô-ga-rít Một số phép tiếp cận thường được sử dụng như: khoảng Euclidean chuẩn, khoảng Euclidean bình phương, khoảng cách Euclidean thống kê
Kết quả việc phân tích nhóm được biểu diễn bởi các sơ đồ hình thành nhóm (dendrogram) cho thấy thứ tự các mẫu kết nhóm với nhau và khoảng cách giữa chúng
Đây là phương pháp đơn giản và hiệu quả để nhận diện các nhóm Trong đó mỗi
nhóm con chứa các mẫu có sự tương tự cao nhưng lại có sự khác biệt lớn đối với các mẫu từ các nhóm khác
Các bước cơ bản trong quá trình phân tích nhóm:
Bước 1 - Chuẩn bị số liệu ban đầu:
Số liệu ban đầu xuất phát từ số liệu về hàm lượng của p nguyên tố trong n mẫu, nhưng khác với phương pháp phân tích thành phần chính, trong phương pháp phân tích nhóm mỗi mẫu là một véc tơ hàm lượng :
+ aj là véctơ hàm lượng của mẫu thứ j
+ aj1, aj2, …, ajp là hàm lượng của p nguyên tố trong mẫu thứ j
Chuẩn hóa số liệu tương tự như phương pháp phân tích thành phần chính PCA thường là thang logarit cơ số 10
Bước 2 - Tính khoảng cách Euclidean giữa các mẫu và giữa các nhóm:
Hàm khoảng cách Euclidean giữa hai véctơ a i =(a a i1 , i2 , ⋯ ,a ip) và
Trang 25Trang 24
Bước 3 - Thiết lập các nhóm ban đầu:
Đặt n nhóm ban đầu tương ứng với n mẫu, mỗi nhóm chứa một mẫu Sau đó tiến
hành tính ma trận khoảng cách D (Distance matrix) giữa tất cả các nhóm ban đầu này:
1 ( , ) ( , ) ( , ) 1 ( , ) .
Bước 4- Thực hiện các vòng lặp bằng phương pháp “Single Linkage”:
a) Tìm trong ma trận D, hai nhóm nào có khoảng cách nhỏ nhất thì kết hợp lại với nhau thành một nhóm Ghi nhớ lại độ lớn của khoảng cách cực tiểu này Như vậy số nhóm sau mỗi bước lặp sẽ giảm đi 1
b) Tính toán lại ma trận khoảng cách D cho tất cả các nhóm còn lại và nhóm mới tạo thành
c) Lặp lại cho đến khi chỉ còn lại duy nhất một nhóm lớn chứa tất cả các nhóm con
Bước 5 - Vẽ sơ đồ hình thành nhóm (Tree diagram hay còn gọi là dendrogram):
Sơ đồ hình thành nhóm mô tả các bước trong quá trình hình thành nhóm và có giá trị thước đo khoảng cách tại các vị trí mà các nhóm con hoặc các mẫu được kết hợp thành các nhóm chính Từ sơ đồ hình thành nhóm, số nhóm phù hợp nhất thông thường được chọn theo hai cách sau:
+ Cắt ngang các nhánh của sơ đồ tại vị trí có khoảng cách thay đổi lớn khi các nhóm được kết hợp
+ Chọn số lượng các nhóm tăng hoặc giảm dần cho đến khi thoả mản bất đẳng thức sau:
j ksα
α > +α , j= 1, 2, ,n
1 , 2 , , n
α α α là các giá trị khoảng cách tại các vị trí mà n, n-1,…, 1 nhóm tương
ứng được tạo thành α giá trị trung bình, Sα là độ lệch chuẩn, và k là một hằng số (k=1,25)
1.3.4 Các bước cơ bản trong xử lý thống kê đa biến số liệu thực nghiệm:
Bước 1- Chuẩn hóa bộ số liệu, cách thông thường bộ số liệu được chuyển về
thang lô-ga-rít cơ số 10 Mục đích của việc làm này là để giảm thiểu sự chênh lệch quá lớn về hàm lượng giữa các nguyên tố (% và ppm)
Bước 2 - Quy đổi cấu trúc bộ số liệu về định dạng chuẩn, bước này nhằm tạo ra
file input chuẩn để có thể sử dụng cho nhiều chương trình xử lý thống kê khác nhau,
đồng thời giúp quản lý, cập nhật dữ liệu và hạn chế sự nhầm lẫn
Bước 3- Phân tích đa biến bằng các chương trình xử lý, sử dụng các phương pháp
xử lý (PCA, CA, v.v ) phù hợp đã chọn Bước này nhằm làm giảm số chiều của bộ dữ liệu mà không làm thay đổi tính chất tương quan thống kê của chúng
Trang 26Trang 25
Bước 4 - Nhận diện các cấu trúc nhóm, nhằm tìm ra mối tương quan giữa các
nguyên tố, các nhóm mẫu trong bộ dữ liệu Số liệu có thể được biểu diễn dưới dạng đồ thị nhằm làm rõ các mối tương quan hoặc độ lệch của số liệu so với tỉ số tương quan.Hoặc sử dụng các biểu diễn phân bố để nhận ra các số liệu bất thường Mối tương quan giữa các số liệu này có thể cung cấp những thông tin có giá trị nhằm đánh giá, thống kê số liệu và tìm ra các nhóm phân bố riêng biệt của mẫu vật, từ đó có thể nhận biết được nguồn gốc của chúng
Bước 5 - Đánh giá xác suất hay khả năng của dữ liệu là thành viên của một nhóm
nào đó hay không Số lượng mẫu tối thiểu để đảm bảo một kết quả phân tích đa biến
đáng tin cậy được tính thông qua bậc tự do Bậc tự do của số liệu được cho bởi công
thức:
N-1-(V-1)/2 trong đó N là số trường hợp và V là số biến Số bậc tự do tối thiểu là 30, lý tưởng là
60 hoặc nhiều hơn, như vậy số mẫu tối thiểu cho 1 bộ số liệu là khoảng 15 mẫu
1.3.5 Chương trình xử lý thống kê đa biến
Có nhiều phương pháp xử lý thống kê đa biến có thể sử dụng trong nghiên cứu nguồn gốc di vật bằng đá, tuy nhiên chúng tôi chọn hai phương pháp có khả năng chỉ thị cao nhất là CA, PCA Các phương pháp khác như CDA hay FA chúng tôi chỉ dùng trong những trường hợp đặc biệt Vì vậy các chương trình xử lý phải đáp ứng được hai phương pháp trên
Chương trình MURRAP
Chương trình xử lý thống kê đa biến MURRAP sử dụng các tập số liệu phân tích
từ các mẫu khảo cổ, các tập số liệu ban đầu (input file) thường bao gồm các thông tin
và số liệu về đặc trưng của mẫu và hàm lượng của khoảng 30 nguyên tố khác nhau
Định dạng cơ sở dữ liệu cho các tập số liệu đầu vào sử dụng trong xử lý thống kê đa
biến trên đối tượng mẫu khảo cổ được lưu trữ dưới dạng Excel Cấu trúc của các file này bao gồm số liệu về thông tin của mẫu và số liệu phân tích, phương pháp phân tích, hàm lượng của nguyên tố
Trang 27Trang 26
Hình 1.6 - Giao diện của chương trình MURRAP
Chương trình xử lý thống kê đa biến MURRAP có các chức năng sau:
Quản lý dữ liệu
• Nhập/ xuất / nối / trích xuất tập hợp dữ liệu
Trang 28Trang 27
Tây Nguyên bao gồm 5 tỉnh: Kon Tum, Gia Lai, Đăk Lăk, Đăk Nông và Lâm
Đồng Đây là địa bàn chiến lược quan trọng về kinh tế, văn hóa, xã hội và quân sự của
cả nước Tây Nguyên là một vùng đất có địa hình đa dạng, khí hậu ôn hòa, đất đai màu mỡ; nơi cư trú lâu đời của đồng bào Thượng với sắc thái văn hóa độc đáo
Trước năm 1975, trên địa bàn Tây Nguyên hầu như không có hoạt động khảo cổ học nào đáng kể Những phát hiện ban đầu là một số rìu và bôn đá được linh mục R.P
Guerlach sưu tầm ở Kon Tum mà ông vẫn gọi là búa trời hay vật thiêng Ông có nhắc lại phát hiện này trong cuốn Les Sauvages Bahnars (Những người Mọi Bahnar) M.Massie trong tập Mission Pavie (viết năm 1894) và L Cadière viết bài trên Tập san
của trường Viễn đông Bác cổ Pháp (năm 1902) cũng có nhắc tới một số rìu đá Tiền sử
mà họ gọi là “Les Pierres de foudre” (Những viên đá sét đánh) phát hiện ở Tây
Nguyên Nhìn chung, người Pháp chỉ tập trung nghiên cứu dân tộc học hoặc biên soạn
từ điển; với khảo cổ ở Tây Nguyên thì hầu như không được tiến hành; có chăng chỉ là vài sưu tầm hiện vật lẻ tẻ của các cha cố, linh mục mà thôi Tuy nhiên, họ cũng có vài phát hiện đáng chú ý là trống đồng Đăk Glao (Kon Tum), bộ đàn đá Ndut Lieng Krak (Đăk Nông) và các di tích khảo cổ Tiền sử ở Pleiku (Gia Lai)
Năm 1953 và 1954, khi làm từ điển ở Pleiku, B.P Lafont đã xác minh 4 di tích khảo cổ là: Tơ Nuêng (Biển Hồ), Plei Deling, Plei Plei và Ia Puch (Bầu Cạn) Riêng ở
Ia Puch đã sưu tầm được hơn 200 đồ đá, một số đồ gốm và mộ chum Dựa vào lý thuyết về sự tương ứng giữa loại hình rìu đá với ngôn ngữ tộc người do H Gendern khởi xướng năm 1932 mà B.P Lafont cho rằng trên đất Tây Nguyên có sự tiếp xúc giữa cư dân nói ngôn ngữ Malayo - Polynesien với nhóm nói tiếng Mon - Khmer Sự tiếp xúc đó diễn ra rất muộn, bằng chứng là sự có mặt của rìu tứ giác có rất ít, còn rìu
có vai nhiều và cả hai đều được chế tác ở trình độ khá cao, tương ứng với thời đại Đá mới (Lafont 1956) Đó là tất cả những gì mà người Pháp đã làm cho khảo cổ học ở vùng đất Tây Nguyên Trong những năm kháng chiến chống Mỹ, các chiến sĩ quân
giải phóng đã phát hiện được nhiều di tích khảo cổ học Tiền sử và được xác minh lại
vào đầu năm 1974 Những phát hiện ấy là địa điểm Draixi (Đăk Lăk), Suối Đôi, Buôn Hốc và Ia Gama (Gia Lai), Plei Cần (Kon Tum) (Hoàng Xuân Chinh, Nguyễn Khắc
Sử 1976) Những địa điểm này đều thu được rìu đá và đồ gốm đã minh chứng rằng, ngay từ giai đoạn hậu kỳ thời đại Đá mới, ở Tây Nguyên cư dân Tiền sử nơi đây đã bước vào nền kinh tế nông nghiệp dùng cuốc với đặc thù riêng (Nguyễn Khắc Sử 1976)
Sau ngày miền Nam hoàn toàn giải phóng năm 1975 đến nay, ở Tây Nguyên đã
có rất nhiều phát hiện, thám sát và khai quật khảo cổ học mới Một loạt chương trình,
dự án, đề tài của Nhà nước, của các Bộ, ngành liên quan đến khảo cổ học Tây Nguyên
đã được thực hiện Tiêu biểu là Chương trình nghiên cứu Trường Sa – Tây Nguyên – Nam Bộ (1993 – 2000) của Thủ tướng Chính phủ; Dự án khai quật di chỉ Lung Leng (Kon Tum); Dự án khai quật, di dời các di chỉ khảo cổ trong lòng hồ thủy điện Plei
Trang 29Trang 28
Krông (2005 - 2006) của Tập đoàn Điện lực Việt Nam; Chương trình điều tra cơ bản khảo cổ học Tây Nguyên – Nam Bộ của Viện Khoa học Xã hội Việt Nam; các đề tài
tiềm năng của Viện Khảo cổ học, Viện KHXH vùng Nam Bộ TP Hồ Chí Minh, của
Sở Văn hoá Thể thao và Du lịch các tỉnh và Trường Đại học Đà Lạt thực hiện
Cho đến nay trên Tây Nguyên đã phát hiện hơn 100 địa điểm khảo cổ học thời Tiền sử, trong đó 25 di chỉ đã được khai quật: Lung Leng, Thôn Năm, Thôn Ba, Sui Rôi, Sa Nhơn, Đăk Wớt, Đăk Păk, Đăk Phá, Đăk Mút, Đăk Rei (Kon Tum); Biển Hồ, Trà Dôm, Thôn Bảy, Tai Pêr, Ia Mơr và Làng Ngol (Gia Lai); Đồi Nghĩa Trang, Thôn Tám (Đăk Nông), Buôn Triết, Dhaprông và Chư K'tu (Đăk Lăk); Phù Mỹ và Thôn Bốn, Hoàn Kiếm, Phúc Hưng (Lâm Đồng)
Ngoài các công trình đã công bố như: Tiền sử Gia Lai (Vũ Ngọc Bình, Nguyễn Khắc Sử… 1995), Khảo cổ học Tiền sử Đăk Lăk (Nguyễn Khắc Sử 2005), Khảo cổ
học tiền sử - sơ sử miền Trung và Tây Nguyên (Lê Đình Phúc, Nguyễn Khắc Sử
2006), Khảo cổ học tiền sử Tây Nguyên (Nguyễn khắc Sử 2007) đến nay còn có một
số bài nghiên cứu về khảo cổ học Tây Nguyên công bố trên các số chuyên san của Tạp
chí Khảo cổ học (Khảo cổ học 1996, 2004, 2005) hoặc Những phát hiện mới khảo cổ
học hàng năm, từ 1990 đến nay Một số luận án Tiến sĩ hoặc Thạc sĩ về khảo cổ Tây
Nguyên cũng đã được bảo vệ thành công (Trần Quý Thịnh 2001, Nguyễn Tiến Đông 2001; Vũ Thị Mai 2000; Trần Văn Bảo 2001, 2008)
Các di tích khảo cổ học Tây Nguyên khá đa dạng, thuộc nhiều loại hình khác nhau như di tích cư trú, di tích mộ táng, di tích thành quách, di tích kiến trúc chùa tháp; lại thuộc nhiều giai đoạn lịch sử khác nhau, từ thời đại Đá cũ đến thời đại Đá mới, Kim khí và khảo cổ học Lịch sử Trong số các di tích ấy, loại hình di tích công xưởng chế tác công cụ đá bán quý (opal, silex…) ở Tây Nguyên có vị trí hết sức quan trọng trong nhận thức giá trị lịch sử văn hóa một vùng đất ở một thời điểm quan trọng trước ngưỡng cửa của văn minh Đến nay, ở Tây Nguyên đã phát hiện được hơn 20 di tích công xưởng chế tác công cụ đá, trong đó 9 di tích đã được khai quật Các di tích này
đều có niên đại hậu kỳ Đá mới – sơ kỳ Đồng thau, phân bố ở địa bàn bốn tỉnh của Tây
Nguyên Mỗi di tích có qui mô, phạm vi lớn nhỏ khác nhau; có các nguồn đá nguyên liệu khác nhau; có quy trình và kỹ thuật chế tạo ra các loại hình sản phẩm không giống nhau Mỗi di tích công xưởng lại có tầm ảnh hưởng giao lưu trao đổi sản phẩm trên thị trường khác nhau Tất cả những điều đó đã và đang đặt ra cho nhận thức khảo cổ học loại hình di tích công xưởng độc đáo ở Tây Nguyên
Có thể nói, Tây Nguyên là địa bàn nghiên cứu hấp dẫn của khoa học xã hội và nhân văn, trong đó có khảo cổ học Các di tích và di vật khảo cổ học ở đây là nguồn sử liệu quan trọng không chỉ góp phần nghiên cứu lịch sử văn hóa vùng đất nhạy cảm Tây Nguyên, mà nó còn soi sáng các chặng đường giao lưu, hội nhập và tiếp biến văn hoá giữa vùng đất này với các vùng đất khác trên lãnh thổ Việt Nam và các nước Đông