Nghiên cứu áp dụng phương pháp phân tích tần suất – nhận dạng mới phục vụ dự báo khoáng sản theo tài liệu địa vật lý máy bay

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Phạm Bảo Chi NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP TẦN SUẤT – NHẬN DẠNG MỚI PHỤC VỤ DỰ BÁO KHOÁNG SẢN THEO TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ MÁY BAY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Phạm Bảo Chi NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP TẦN SUẤT – NHẬN DẠNG MỚI PHỤC VỤ DỰ BÁO KHOÁNG SẢN THEO TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ MÁY BAY Chuyên ngành: Vật lý địa cầu Mã số: 60440111 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học PGS.TS.VÕ THANH QUỲNH Hà Nội - 2015 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, trước tiên, với lòng kính trọng biết ơn sâu sắc, xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Võ Thanh Quỳnh - người thầy trực tiếp hướng dẫn khoa học bảo suốt trình thực đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn tới ThS Nguyễn Viết Đạt người tận tình giúp đỡ suốt trình làm luận văn Tôi chân thành cảm ơn thầy cô Bộ môn Vật lý Địa cầu – Trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội trang bị kiến thức có đóng góp quý báu để hoàn thành luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Hiệu trưởng, thầy cô khoa Toán – Lý – Tin, Trường Đại học Tây Bắc tạo điều kiện tốt để hoàn thành tốt nhiệm vụ Cuối cho phép bày tỏ lòng biết ơn vô hạn tới gia đình bạn bè, người quan tâm, động viên chỗ dựa tinh thần vững thời khắc khó khăn Do điều kiện thời gian trình độ nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót, mong nhận góp ý quý báu thầy cô bạn Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 07 tháng 12 năm 2015 Học viên Phạm Bảo Chi MỞ ĐẦU Công tác đo bay địa vật lý nước ta bắt đầu đẩy mạnh khoảng thập niên gần Những kết đạt thời gian qua khẳng định vai trò hiệu to lớn công tác địa vật lý máy bay việc tham gia giải nhiệm vụ địa chất quan trọng, đặc biệt việc tìm kiếm dự báo triển vọng khoáng sản Tuy nhiên thực tế công tác địa vật lý máy bay tồn số hạn chế mà chủ yếu nội dung xử lý – phân tích tài liệu cần đầu tư nghiên cứu để không ngừng nâng cao hiệu Nguồn tài liệu phương pháp địa vật lý máy bay phong phú, khối lượng tài liệu địa vật lý máy bay nước ta lớn Xử lí, phân tích tài liệu, khai thác triệt để thông tin nguồn tài liệu phong phú phục vụ công tác điều tra địa chất tìm kiếm khoáng sản nhiệm vụ quan trọng Trong công tác xử lý – phân tích tài liệu địa vật lý máy bay phục vụ giải đoán địa chất, tìm kiếm dựa báo triển vọng khoáng sản, người ta sử dụng tổ hợp nhiều phương pháp khác nhóm phương pháp thống kê - nhận dạng áp dụng rộng rãi có hiệu cao Tuy nhiên, tiến hành phương pháp phân tích nhận dạng loại tài liệu địa vật lý nước ta gặp số hạn chế định cần phải nghiên cứu khắc phục Do khối lượng tài liệu chủng loại thông tin thu đối tượng địa chất lớn ngày nhiều, số lượng tham số đầu vào cho chương trình phương pháp phân tích nhận dạng có thường bị giới hạn Việc sử dụng tổ hợp thông tin khác để tiến hành phân tích nhận dạng nhiều cho kết khác Mặt khác, kể số lượng tham số đầu vào chương trình phân tích nhận dạng mở rộng việc sử dụng đồng thời tất loại thông tin có để phân tích nhận dạng kết mang lại có độ tin cậy không cao so với kết việc sử dụng tổ hợp thông tin định có chất lượng cao Rõ ràng, việc sử dụng thông tin thiếu độ tin cậy không mang lại hiệu mà làm nhòa thông tin quan trọng khác, gây nên nhận biết sai lệch đối tượng nghiên cứu Để nâng cao độ tin cậy phương pháp phân tích nhận dạng có công trình nghiên cứu theo hướng ứng dụng toán đánh giá lựa chọn thông tin để tìm tổ hợp thông tin có chất lượng tốt trước tiến hành phân tích nhận dạng Bên cạnh nhà địa vật lý Việt Nam nghiên cứu xây dựng đưa vào áp dụng có hiệu số phương pháp phân tích có phương pháp phân tích Tần suất – Nhận dạng nhóm tác giả PGS.TS.Võ Thanh Quỳnh nnk đề xuất xây dựng Đề tài luận văn “Nghiên cứu áp dụng phương pháp Tần suất – Nhận dạng phục vụ dự báo khoáng sản theo tài liệu địa vật lý máy bay” mà học viên lựa chọn nhằm tìm hiểu, áp dụng phương pháp phân tích tổ hợp tài liệu địa vật lý máy bay tìm kiếm dự báo triển vọng khoáng sản góp phần đẩy nhanh nâng cao chất lượng công tác xử lí phân tích tài liệu địa vật lý máy bay Luận văn thực với nhiệm vụ sau: - Tìm hiểu thuật toán phân tích đánh giá lựa chọn thông tin - Tìm hiểu phương pháp phân tích tài liệu địa vật lý máy bay tìm kiếm, dự báo triển vọng khoáng sản - Đánh giá, dự báo triển vọng khoáng sản cho vùng Nhị Hà sở áp dụng bổ sung phương pháp Tần suất – Nhận dạng Từ nhiệm vụ trên, luận văn viết với cấu trúc gồm: - Mở đầu - Chương 1: Cơ sở lý thuyết nhận dạng - Chương 2: Một số phương pháp phân tích nhận dạng tìm kiếm, dự báo khoáng sản theo tài liệu địa vật lý máy bay - Chương 3: Kết phân tích thực nghiệm tài liệu thực tế vùng Ninh Thuận - Kết luận CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT NHẬN DẠNG Nhận dạng phương pháp thực nghiệm nhằm xác định mô hình cụ thể tập hợp mô hình thích hợp, dựa sở quan sát tín hiệu vào Lý thuyết nhận dạng phương pháp phục vụ cho mục tiêu công tác thăm dò địa vật lý, cần dựa vào số liệu khảo sát trường địa vật lý đối tượng mà không cần tác động nghiên cứu trực tiếp đối tượng lĩnh vực khác mà đưa thông tin đối tượng để phục vụ cho mục tiêu khác Phương pháp sử dụng công cụ toán học để giải toán phân loại đối tượng, phương án lựa chọn nhiều địa vật lý 1.1 Lý thuyết xử lí tổ hợp số liệu Mỗi loại số liệu thường phản ánh số đặc trưng đối tượng việc sử dụng số liệu để đưa kết luận cho đối tượng cho kết tin cậy nhiều nguyên nhân khác chưa kể đến sai số trình thu thập chỉnh lí số liệu Và để đáp ứng yêu cầu thực tế nâng cao chất lượng xử lí thông tin, nay, người ta áp dụng phổ biến phương pháp xử lí số liệu tổ hợp Xử lí số liệu dựa nhiều loại thông tin khác để giải nhiệm vụ đặt phù hợp với điều kiện kinh tế kĩ thuật cho phép Không riêng địa vật lý mà nhiều lĩnh vực khác sử dụng xử lí tổ hợp liệu để nâng cao chất lượng xử lí 1.1.1 Các yêu cầu sử dụng tổ hợp số liệu xử lí Xử lí tổ hợp số liệu lý thuyết nhận dạng trình phức tạp phụ thuộc vào đối tượng nghiên cứu dạng số liệu khác nên khảo sát, thu thập thông tin đối tượng phải đáp ứng yêu cầu thực tế đặt sau: - Thông tin phải đảm bảo số lượng chất lượng để đạt mục tiêu xử lí với độ xác chấp nhận - Thời gian thu thập thông tin phải phù hợp với tiến độ yêu cầu - Khảo sát, thu thập thông tin phải đạt hiệu kinh tế Từ yêu cầu mà phương án khảo sát loại số liệu có độ tin cậy cao không lựa chọn mà thay vào người ta sử dụng loại thông tin khác mà sử dụng tổ hợp thông tin có khả đáp ứng yêu cầu, mục tiêu đề Mặt khác tổ hợp phương pháp địa vật lý ngày áp dụng rộng rãi, tổ hợp phương pháp với phép ghi đo tự động cung cấp khối lượng liệu lớn bao gồm nhiều chủng loại thông tin Mỗi loại thông tin mang đặc trưng định đối tượng để hoàn thành nhiệm vụ đặt nhiều trương hợp người ta buộc phải sử dụng tổ hợp thông tin khác Bản thân số liệu khảo sát mang sai số, chúng kèm với số liệu nhiều lúc gây sai lầm xử lí Những sai số nhiều nguyên nhân khác gây như: sai số đo ghi máy, sai số kĩ thuật phương pháp đo ghi, sai số ảnh hưởng từ đối tượng khác,… Trong số liệu địa vật lý sai số mắc phải làm giảm độ tin cậy thông tin loại bỏ bước xử lí số liệu khó để tách hoàn toàn chúng khỏi số liệu Đặc biệt nhiễu nguồn gốc địa chất, chúng làm sai lệch mạnh tín hiệu Những sai số làm giảm đáng kể độ tin cậy thông tin, đặc biệt trường hợp loại thông tin coi loại tính chất quan trọng đặc trưng cho đối tượng nghiên cứu Một nguyên nhân khác dẫn đến giảm độ tin cậy loại thông tin tính đa trị kết xử lí, gây nhiều khó khăn sai lầm xử lí Để xác định đơn trị đối tượng cần sử dụng kết hợp nhiều loại thông tin khác cách phù hợp Từ nguyên nhân trên, phương pháp xử lí tổ hợp số liệu áp dụng phổ biến nhiều lĩnh vực mang lại hiệu cao 1.1.2 Lựa chọn tổ hợp số liệu Trong toán nhận dạng số lượng chất lượng tính chất (loại thông tin) dùng để nhận dạng quan tâm hàng đầu Mỗi tổ hợp thông tin khác thường cho kết luận khác đối tượng Để đạt kết đáng tin cậy trình xử lý số liệu cần lựa chọn tổ hợp thông tin có độ tin cậy cao hợp lý Chất lượng thông tin tốt hay không phụ thuộc vào loại thông tin có đặc trưng cho đối tượng (khả phân biệt đối tượng với môi trường xung quanh) hay không Tính đặc trưng cho đối tượng loại số liệu địa vật lý nhiều nguyên nhân định Một tính chất đặc trưng cho đối tượng độ chênh lệch giá trị số liệu tính chất đội tượng nghiên cứu với môi trường xung quanh đủ lớn Trong trường hợp đối tượng nằm sâu, kích thước nhỏ, ảnh hưởng yếu tố khác (phong hóa, biến chất, chất lưu ) dẫn tới độ chênh lệch giá trị không đủ để phân biệt đối tượng với môi trường xung quanh thông tin ích cho xử lý số liệu Các sai số không tách gây sai lệch số liệu thông tin không mang tính đặc trưng cho đối tượng Một tổ hợp thông tin không đầy đủ không đáp ứng yêu cầu, nhiệm vụ đặt cho trình xử lý Việc chọn số lượng loại thông tin phải đảm bảo tính đơn trị kết đưa đầy đủ yêu cầu nghiên cứu đối tượng Việc sử dụng đồng thời nhiều loại thông tin có thông tin có độ tin cậy thấp gây khó khăn cho trình xử lý, chất lượng xử lý không cao, thông tin thiếu tin cậy làm nhòe thông tin quan trọng khác dẫn đến nhận thức sai lệch đối tượng Việc lựa chọn tổ hợp thông tin có chất lượng cao nội dung khó khăn phụ thuộc nhiều vào hiểu biết, kinh nghiệm người xử lý 1.2 Mẫu đặc trưng thống kê số liệu địa vật lý 1.2.1 Số liệu đo mẫu ngẫu nhiên Vì thiết bị quan sát trường địa vật lý thiết bị số nên kết quan sát trường địa vật lý nhiễu sai số đo nên đại lượng hay đại lượng khác mà người đo không dự đoán trước Vì để mô tả giá trị (bằng số) trường địa vật lý người ta sử dụng khái niệm đại lượng ngẫu nhiên Các giá trị trường địa vật lý đo số cụ thể nên đại lượng ngẫu nhiên mô hình tảng để mô tả số liệu địa vật lý Đại lượng X gọi ngẫu nhiên phép đo xuất giá trị cụ thể x1, x2, x3,… đại lượng với xác suất tương ứng p1, p2, p3,… Tất giá trị X tạo thành nhóm đủ, kết phép đo xuất giá trị xi (biểu X); nghĩa tồn đẳng thức: n  P 1 i 1 (1.1) i Để mô tả đại lượng ngẫu nhiên, người ta sử dụng công cụ toán học xác suất, thông qua hàm phân bố xác suất đặc trưng thống kê 1.2.2 Hàm mật độ xác suất Hàm mật độ xác suất f(x) hàm mô tả xác suất xuất giá trị cụ thể đại lượng ngẫu nhiên x Hàm mật độ xác suất có tính chất sau: lim x f x   (1.2)   f x dx  (1.3)  x2 P(x1 < X < x2) =  f ( x)dx (1.4) x1 Với P(x1 < X < x2) xác suất rơi vào khoảng ( x1;x2) đại lượng ngẫu nhiên x x1 F(x) =  f ( x)dx (1.5)  Với F(x) hàm phân bố X; hàm mô tả xác suất để mô tả ngẫu nhiên X nhận giá trị nhỏ giá trị x1 Đồ thị hàm phân bố mật độ xác suất thực nghiệm dựng lên từ số liệu khảo sát thực tế gọi đường cong biến phân TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt Tăng Mười, (1995), Địa vật lý máy báy điều tra Địa vật lý tìm kiếm khoáng sản, Thông tin KHKT Địa chất Hà Nội Tăng Mười, Võ Thanh Quỳnh (1998), Ứng dụng phương pháp phổ gamma hàng không tìm kiếm Uran khoáng sản có ích khác liên quan với phóng xạ, Báo cáo Hội nghị khoa học vật lý hạt nhân ứng dụng, Viện Khoa học Việt Nam, Hà Nội Võ Thanh Quỳnh, Nguyễn Xuân Bình, Nguyễn Đức Vinh, (2011), “Nghiên cứu hoàn thiện phương pháp Tần suất-Nhận dạng xử lý phân tích số liệu địa vật lý”, TC địa chất, A/326:50-56 Võ Thanh Quỳnh, Nguyễn Xuân Ngoan, Vũ Tuấn Hùng, (2002), Thành lập chương trình xử lý tài liệu địa vật lý máy bay, Lưu trữ Cục Địa Chất Khoáng Sản Việt Nam Võ Thanh Quỳnh (chủ biên), Nguyễn Xuân Sơn, Nguyễn Văn Phùng (1995), Báo cáo kết bay đo từ - phổ gamma tỉ lệ 1:25.000 vùng Tuy Hòa, Lưu trữ Cục Địa Chất Khoáng Sản Việt Nam Võ Thanh Quỳnh, (2007), “Một cách tiếp cận giải toán nhận dạng xử lý, phân tích tài liệu địa vật lý”, TC Địa chất, A/302:76-80, Hà Nội Võ Thanh Quỳnh (2008), “Phương pháp đánh giá phân loại cụm dị thường xử lý phân - tích tài liệu phổ gamma hàng không”, TC Địa chất, A/304:70-75, Hà Nội Võ Thanh Quỳnh, (2008), “Xây dựng phương pháp nhận dạng xử lý tài liệu địa vật lý sở vận dụng kết hợp phương pháp phân tích khoảng cách khái quát phân tích tần suất”, TC Địa chất, A/305: 6166 Hà Nội Võ Thanh Quỳnh, (2012), “Nghiên cứu áp dụng phương pháp nhận dạng đại xử lí – phân tích tài liệu địa vật lý máy bay phục vụ tìm kiếm dự báo triển vọng khoáng sản vùng Tuy Hòa, Đà Lạt, Huế., Phan Thiết”, Lưu trữ ĐHQGHN 10 Quách Văn Thực, (2003), Đề án bay đo từ - phổ gamma tỉ lệ 1/50.000 đo vẽ trọng lựa tỉ lệ 1/100.000 vùng Phan Rang – Nha Trang, Liên đoàn Vật lý địa chất Tài liệu tiếng anh 11 Green A.A (November 1987) Leveling airborne gamma-radiation data using between- channel correlation information, Geophysics, Vol.52, No11 12 Nguyen Xuan Binh, Vo Thanh Quynh, (2015), “Prospect Prediction of Mineral Resources by Applying Two New Methods of Identification Whit Aero-geophysical Data”, VNU Journal of Science: Mathematics-Physics, Vol 31,No1, 129-135 13 Nguyen Viet Dat, Nguyen Xuan Binh, Vo Thanh Quynh, (2015), “Application of the correlation coefficient method in processing and interpreting the aero-gamma spectrum data”, VNU Journal of Science: Mathematics-Physics, Vol 31,No1, 123-128 10 [...].. .báo triển vọng khoáng sản trên các vùng Tuy Hòa, Đà Lạt, Huế., Phan Thiết”, Lưu trữ ĐHQGHN 10 Quách Văn Thực, (2003), Đề án bay đo từ - phổ gamma tỉ lệ 1/50.000 và đo vẽ trọng lựa tỉ lệ 1/100.000 vùng Phan Rang – Nha Trang, Liên đoàn Vật lý địa chất Tài liệu tiếng anh 11 Green A.A (November 1987) Leveling airborne gamma-radiation