Cải thiện kết quả xác định các ranh giới từ bằng một số phương pháp mới

Mẫu 04/ĐTCS ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN BÁO CÁO TỔNG KẾT KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP CƠ SỞ Tên đề tài: Cải thiện kết xác định ranh giới từ số phƣơng pháp Mã số đề tài: TN.18.05 Chủ nhiệm đề tài: ThS Phạm Thành Luân Hà Nội, tháng năm Mẫu 04/ĐTCS PHẦN I THÔNG TIN CHUNG Tên đề tài: Cải thiện kết xác định ranh giới từ số phương pháp Mã số: TN.18.05 Danh sách cán thực đề tài: TT Học vị, họ tên Đơn vị công tác Vai trò thực đề tài (Chủ nhiệm/Tham gia) ThS Phạm Thành Luân Khoa Vật lý Chủ nhiệm Đơn vị chủ trì thực hiện: Khoa Vật lý Thời gian thực hiện: 5.1 Theo hợp đồng: từ tháng năm 2018 đến tháng năm 2019 5.2 Gia hạn (nếu có): đến tháng… năm… 5.3 Thực thực tế: từ tháng năm 2018 đến tháng năm 2019 Tổng kinh phí đƣợc phê duyệt đề tài: 25 triệu đồng Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): khơng (Về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết nghiên cứu tổ chức thực hiện; nguyên nhân; ý kiến Trường ĐHKHTN ) PHẦN II TỔNG QUAN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Viết theo cấu trúc báo khoa học tổng quan từ 6-15 trang, nội dung gồm phần: Đặt vấn đề Một nhiệm vụ quan trọng phân tích, xử lý tài liệu từ xác định ranh giới (biên) nguồn gây dị thường từ Các phương pháp gặp phải số hạn chế định yêu cầu chuyển trường cực, khơng thể cân tín hiệu có biên độ khác nhau, kết xác định ranh giới bị phân tán trường hợp nguồn nằm sâu Do đó, việc nghiên cứu, xây dựng phương pháp xác định biên cần thiết Mục tiêu phạm vi nghiên cứu Xây dựng số phương pháp việc xác định ranh giới nguồn gây dị thường từ nhằm cải thiện tranh cấu trúc địa chất số khu vực Mẫu 04/ĐTCS nghiên cứu Tổng quan tài liệu Xác định biên nguồn gây dị thường đóng vai trị quan trọng phân tích xử lý số liệu trường từ Các kết xác định biên góp phần bổ sung thông tin ranh giới địa chất, đứt gãy khu vực nghiên cứu Một phương pháp sử dụng phổ biến phương pháp gradient ngang toàn phần (Cordell [1], Cordell Grauch [2]) Đây coi cách tiếp cận đơn giản để xác định ranh giới nguồn Ưu điểm lớn phương pháp độ nhạy nhiễu thấp u cầu tính tốn đạo hàm bậc theo phương ngang trường Tuy nhiên, sử dụng hàm gradient ngang tồn phần khơng thể cân dị thường sinh nguồn nông sâu cách đồng thời Một phương pháp phổ biến khác, gọi phương pháp biên độ tín hiệu giải tích, giới thiệu Roest cs [3], nhiều nhà Địa Vật lý sử dụng để minh giải tài liệu từ (Blakely [4]; Lin-ping Zhi-ning [5]; Salem cs [6], Paoletti cs [7], ) Mặc dù phương pháp mơ tả áp dụng trực tiếp cho dị thường từ nghiên cứu gần Li [8] phương pháp khơng độc lập với hướng từ hóa trường hợp chiều, khơng thể phân tích trực tiếp dị thường từ Tương tự phương pháp gradient ngang tồn phần, phương pháp biên độ tín hiệu giải tích khơng thể cân đồng thời tín hiệu từ nguồn nơng sâu Một số phương pháp modify phương pháp biên độ tín hiệu giải tích biên độ tín hiệu giải tích bậc cao (Hsu cs [9]), đạo hàm theo hướng biên độ tín hiệu giải tích (Beiki cs [10]) gặp phải hạn chế tương tự Bên cạnh đó, phương pháp dựa biên độ tín hiệu giải tích cịn bị ảnh hưởng mạnh nhiễu sử dụng đạo hàm bậc cao đạo hàm thẳng đứng q trình tính tốn Để khắc phục hạn chế phương pháp kể trên, loạt phương pháp cân biên độ giới thiệu Phương pháp đề xuất Miller Singh [11], gọi phương pháp góc nghiêng Phương pháp dựa hàm atan tỷ lệ đạo hàm thẳng đứng gradient ngang toàn phần dị thường trường Verduzco cs [12] gradient ngang tồn phần góc nghiêng có độ phân giải tốt góc nghiêng việc phát cạnh Tuy nhiên, độ sâu nguồn tăng, biên độ trường sau biến đổi giảm (Ferreira cs [13]) Cooper Cowan [14] giới thiệu phương pháp modify phương pháp góc nghiêng, gọi phương pháp TDX Phương pháp sử dụng giá trị tuyệt đối đạo hàm thẳng đứng để chuẩn hóa hàm gradient ngang toàn phần Ferreira cs [13], Nasuti Nasuti [15] xem xét hàm TDX dị thường từ gây vật thể nằm độ sâu khác phương pháp phụ thuộc nhiều vào độ sâu nguồn Ma Li [16] trình bày phương pháp sử dụng tỷ lệ gradient ngang cực đại gradient ngang gần để cân biên độ khác Phương pháp cân cạnh biên độ lớn nhỏ, kết tính bị làm nhịe điểm gần (Yao cs [17]) Một hướng nghiên cứu khác sử dụng để cân biên độ dị thường giới thiệu Wijns cs [20] gọi phương pháp đồ theta (TM) Phương pháp sử dụng biên độ tín hiệu giải tích Mẫu 04/ĐTCS để chuẩn hóa hàm gradient ngang toàn phần Sử dụng phương pháp đồ theta, biên độ phản hồi từ nguồn nằm độ sâu khác tương tự, phản hồi từ nguồn sâu bị phân tán (Cooper Cowan [21]) Chen cs [22] đề xuất phương pháp sửa đổi đồ theta (MTM) phương pháp hoàn hảo để phát cạnh nguồn gây dị thường Mặc dù phương pháp MTM cải thiện độ phân giải kết phát cạnh, TM MTM sinh cạnh ảo trường quan sát chứa đồng thời dị thường âm dương, điều dẫn đến sai lệch kết phân tích (Chen cs [22], Zhou cs [23], Phạm Thành Luân cs [24]) Các phương pháp kể yêu cầu tính chuyển trường cực trước tính toán xác định cạnh Tuy nhiên, khu vực có độ từ nghiêng nhỏ 15°, việc chuyển trường cực thường không ổn định Để khắc phục hạn chế phương pháp kể Ansari and Alamdar [25] giới thiệu phương pháp biên độ tín hiệu giải tích góc nghiêng Mặc dù phương pháp áp dụng để phân tích trực tiếp dị thường từ, kết tính tốn lại bị ảnh hưởng mạnh nhiễu Một phương pháp khác thiệu Cooper [18], gọi phương pháp góc nghiêng biên độ tín hiệu giải tích (TAS) Mặc dù cân tín hiệu có biên độ khác nhau, kết xác định biên có độ phân giải thấp trường hợp nguồn nằm sâu Ở nước, nghiên cứu phần lớn tập trung vào việc áp dụng phương pháp trình bày để minh giải đồ từ trọng lực Việt Nam mà thiếu đánh giá đầy đủ khả áp dụng hạn chế tồn phương pháp Lê Huy Minh cs [26] sử dụng phương pháp gradient ngang toàn phần, Võ Thanh Sơn cs [27] sử dụng phương pháp đạo hàm bậc cao để minh giải tài liệu từ khu vực Tuần Giáo Gần đây, Nguyễn Như Trung cs [28] sử dụng phương pháp gradient ngang toàn phần đạo hàm thẳng đứng gradient ngang toàn phần minh giải dị thường từ khu vực Tư Chính, Vũng Mây Nguyễn Kim Dũng Đỗ Đức Thanh [29] áp dụng tổ hợp đạo hàm theo hướng biên độ tín hiệu giải tích để phân tích dị thường trọng lực khu vực trũng Sông Hồng Nguyễn Thị Thu Hằng cs [30] áp dụng phương pháp đạo hàm theo hướng biên độ tín hiệu giải tích để minh giải tài liệu từ khu vực Bó Giới khu vực Boong Quang (Cao Bằng) Như vậy, thấy, phương pháp xác định biên vật thể gây dị thường trường từ gặp phải số hạn chế định Điều ảnh hưởng lớn tới việc xác định cấu trúc khu vực nghiên cứu Do đó, đề tài tập trung vào việc nghiên cứu, xây dựng số phương pháp nhằm khắc phục hạn chế nói Các chương trình phân tích, xử lý xây dựng, phát triển áp dụng cho số khu vực Việt Nam Cách tiếp cận phƣơng pháp nghiên cứu Tìm hiểu sở lý thuyết số phương pháp bị ảnh hưởng nhiễu, Mẫu 04/ĐTCS phương pháp khơng phụ thuộc vào góc nghiêng từ hóa phương pháp bị phân tán Từ đó, xây dựng số phương pháp dựa ưu điểm phương pháp kể Xây dựng chương trình tính Tính tốn thử nghiệm mơ hình Phân tích xử lý tài liệu từ số khu vực so sánh kết với phương pháp khác thông tin địa chất khu vực Nội dung kết nghiên cứu 5.1 Xác định ranh giới nguồn từ hàm tang hyperbolic (hyperbolic tangent) Phương pháp sử dụng phổ biến việc minh giải trực tiếp tài liệu từ đưa Roest cộng [3], gọi phương pháp biên độ tín hiệu giải tích Theo Roest cộng [3] tín hiệu giải tích A dị thường từ khơng gian ba chiều xác định theo công thức: AS = ̂ √ M dị thường từ, ̂ ̂ (1) ; ̂, ̂, ̂ vectơ đơn vị hệ tọa độ Descartes; M , M , M đạo hàm dị thường từ theo x y z hướng x, y, z Ở đạo hàm ngang tính tốn miền không gian sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn, đạo hàm thẳng đứng tính toán miền tần số sử dụng phép biến đổi Fourier nhanh Biên độ tín hiệu giải tích cho bởi: | | = √( ) ( ) ( ) (2) Rất nhiều nghiên cứu nước sử dụng biên độ tín hiệu giải tích để minh giải dị thường từ với giả thuyết biên độ tín hiệu giải tích độc lập với vectơ từ hóa Tuy nhiên, năm 2006, Li [8] hình dáng biên độ tín hiệu giải tích độc lập với hướng từ hóa trường hợp hai chiều; trường hợp ba chiều, điều không thỏa mãn Do đó, phương pháp biên độ tín hiệu giải tích xác định đầy đủ biên vật thể gây dị thường từ trường hợp ba chiều Để giảm phụ thuộc biên độ tích vào hướng từ hóa, Cooper [18] giới thiệu phương pháp mới, gọi phương pháp góc nghiêng biên độ tín hiệu giải tích Theo Cooper [18], góc nghiêng biên độ tín hiệu giải tích xác định theo biểu thức Mẫu 04/ĐTCS (3) √( ) ( ) tỉ lệ đạo hàm thẳng đứng đạo hàm ngang tồn phần biên độ tín hiệu giải tích Phương pháp góc nghiêng sử dụng tỉ lệ đạo hàm nên cân dị thường có biên độ khác Do đó, sử dụng phương pháp xác định đồng thời nguồn nằm vị trí nơng, sâu khác Theo Cooper [18], giá trị cực đại hàm nằm biên vật thể gây dị thường Mặc dù phương pháp cân tín hiệu khác kết xác cạnh vật thể nàm sâu lại bị phân tán Trong nghiên cứu này, giới thiệu cách tiếp cận khác sử dụng để cân dị thường gây nguồn nằm độ sâu khác Phương pháp dựa hàm tang hyperbolic biên độ tín hiệu giải tích: HT   R   e R  e R e R  e R (4) Ý tưởng việc đề suất phương pháp hàm hyperbolic hàm toán học có hình dạng đường cong chữ S, tương tự hình dạng hàm atan Do đó, làm giảm ảnh hưởng vecto từ hóa Tương tự phương pháp góc nghiêng biên độ tín hiệu giải tích, sử dụng hàm hyperbolic dẫn đến kết cân Cả hai phương pháp có hiệu việc tăng cường cạnh có biên độ tín hiệu giải tích biên độ thấp Mặc dù cạnh nguồn nông xác định rõ ràng kết xác định cạnh nguồn sâu lại có độ phân giải Để tăng độ phân giải kết quả, giới thiệu modify hàm hyperbolic: HTp  e R  e R p  e R  e R (5) p hệ số điều khiển đinh người phân tích Tính tốn thử nghiệm mơ hình với < k < 0.1, hàm HTp cho kết với độ phân giải cao (Hình 1) Mẫu 04/ĐTCS Hình 1: Kết xác định biên nguồn gây dị thường từ có dạng block 2D (a) Biên độ tín hiệu phân tích AS (c) Góc nghiêng biên độ tín hiệu phân tích TA (d) Hàm HT (e) Hàm HTp với p = 0,01 (f) Hàm HTp với p = 0,03 (g) Hàm HTp với p = 0,1 Để đánh giá khả áp dụng hàm HT HTp, chúng tơi tiến hành tính tốn thử nghiệm mơ hình lăng trụ 3D với thông số cho Bảng Mẫu 04/ĐTCS Hiệu phương pháp đề xuất đánh giá thông qua việc so sánh với hai phương pháp phổ biến khác, biên độ tín hiệu giải tích AS góc nghiêng biên độ tín hiệu giải tích TA Bảng 1: Thơng số mơ hình thứ Tọa độ tâm (km) 31.5; 31.5 o Độ từ khuynh I ( ) 10 o Độ từ thiên D ( ) 26 Độ từ hóa (A/m) Kích thước cạnh (km) 30x30 Độ sâu tới đỉnh (km) Độ sâu tới đáy (km) o Góc quay ( ) 60 Hình Kết thử nghiệm mơ hình lăng trụ (a) Dị thường từ gây lăng trụ, (b) AS (c) TA, (d) HTp, với p = 0,03 Sử dụng thông số cho Bảng 1, dị thường từ gây lăng trụ tính tốn biểu diễn Hình 2a Kết xác định biên theo phương pháp biểu diễn Hình b, c d Để đánh giá kết phân tích, cạnh lý thuyết vật thể biểu diễn tất hình vẽ đường màu đen liên tục Từ kết tính tốn trên, nhận thấy, trường hợp này, sử dụng phương pháp biên độ tín hiệu giải tích (AS) Mẫu 04/ĐTCS (Hình 2b) khơng thể cân tín hiệu có biên độ khác cách đồng thời Ở đây, phương pháp có hiệu việc tăng cường hai bốn cạnh lăng trụ Quan sát Hình 2c thấy phương pháp TA cân đồng thời tín hiệu có biên độ khác Tuy nhiên, kết xác định cạnh có độ phân giải thấp Hình d biểu diễn kết xác định biên hàm tang hyperbolic Kết tính tốn cho thấy sử dụng hàm tang hyperbolic biên độ tín hiệu giải tích HTp cân tín hiệu có biên độ khác Cực đại hàm HTp nằm biên vât thể So sánh kết thu từ hàm HTp hàm TA thấy, hai phương pháp cân dị thường có biên độ khác nhau, hàm HTp cho kết xác định biên với độ phân giải cao hơn, tức cạnh thu sắc nét Hình Kết áp dụng thực tế (a) Dị thường từ gây lăng trụ, (b) AS (c) TA, (d) HTp, với p = 0,03 Khả áp dụng thực tế phương pháp đánh giá cách phân tích dị thường từ khu vực nằm phía đơng bắc Việt Nam Khu vực nằm vị trí có toạ độ địa lý khoảng 21,1o-21,9o vĩ độ bắc 106,2o-107o kinh độ đơng, có diện tích khoảng 88 km × 88 km Nguồn số liệu dị thường từ khu Mẫu 04/ĐTCS vực biểu diển Hình 3a (Đinh Văn Tồn Ngơ Quốc Dũng [31]) Để giảm ảnh hưởng bước sóng ngắn nhấn mạnh dị thường nguồn thực, thực việc nâng trường lên độ cao 0,5 km trước áp dụng tính tốn xác định cạnh Hình 3b biễu diễn kết tính tốn hàm AS sau nâng trường Tương tự tính tốn thử nghiệm mơ hình, hàm AS khơng thể cân dị thường có biên độ mạnh yếu cách đồng thời Quan sát từ Hình 3c, nhận thấy, sử dụng hàm TA cân dị thường gây cấu trúc nông, sâu khác Kết xác định biên theo hàm TA cho thấy cấu trúc theo xu hướng đông bắc - tây nam khu vực Hình 3.d biểu diễn kết hàm tang hyperbolic HTp Có thể thấy sử dụng hàm HTp cân cạnh có biên độ dị thường khác So sánh với việc sử dụng hàm TA, hàm HTp cung cấp kết tính tốn với độ phân giải cao hơn, giúp phân định cấu trúc địa chất khu vực dễ dàng Rõ ràng, HTp cấu trúc theo xu hướng đông bắc-tây nam 5.1 Xác định ranh giới nguồn từ phƣơng pháp độ cong góc nghiêng biên độ tín hiệu giải tích Thay sử dụng hàm HTp để tăng độ phân giải kết xác định biên, xác định biên thơng qua cực đại góc nghiêng biên độ tín hiệu giải tích Trong nghiên cứu này, chúng tôi, thực việc xác định cực đại thông qua phương pháp độ cong Phương pháp độ cong lần giới thiệu Hansen deRidder [32] cho việc minh giải tài liệu từ hàng khơng Họ áp dụng phương pháp để tìm cực đại hàm gradient ngang dị thường từ sau thực việc chuyển trường cực Phillips cộng [33] tiếp tục phát triển phương pháp với việc trình bày chi tiết mặt tốn học áp dụng cho hàm đặc biệt Phương pháp thực việc tính tốn cửa sổ 3×3 điểm để tìm điểm cực đại gần trung tâm cửa sổ Bước phương pháp xác định phương trình mặt bậc hai g  x, y  qua điểm cửa sổ A  Bx  Cy  Dx2  Exy  Fy  g  x, y  Hình 4: Xác định điểm cực đại, điểm tới hạn mặt bậc hai qua điểm (6) Mẫu 04/ĐTCS Sử dụng phương pháp bình phương tối thiểu, hệ số mặt bậc hai g  x, y  dễ dàng xác định theo công thức: A  5 gi , j   gi 1, j  gi 1, j  gi , j 1  gi , j 1    gi 1, j 1  gi 1, j 1  gi 1, j 1  B  gi 1, j 1  gi 1, j  gi 1, j 1   gi 1, j 1  gi 1, j  gi 1, j 1   6x  C  gi 1, j 1  gi , j 1  gi 1, j 1   gi 1, j 1  gi , j 1  gi 1, j 1   6y  D  gi 1, j 1  gi 1, j  gi 1, j 1  gi 1, j 1  gi 1, j  gi 1, j 1   gi , j 1  gi , j  gi , j 1    x   E [ gi 1, j 1  gi 1, j 1  gi 1, j 1  gi 1, j 1 ] 4xy F  gi 1, j 1  gi , j 1  gi 1, j 1  gi 1, j 1  gi , j 1  gi , j 1   gi 1, j  gi , j  gi 1, j    y   1 (7) đây, x y khoảng cách điểm quan sát theo trục x trục y Cực trị mặt bậc hai xác định từ điều kiện:  g ( xe , ye )  B  Dxe  Eye    x  g  ( xe , ye )  C  Exe  Fye    y (8) Giải hệ phương trình trên, xác định tọa độ điểm cực trị: FB  CE   xe  E  DF   y  2CD  BE  e E  DF (9) Trường hợp mẫu số 0, mặt cong mặt phẳng, sóng (ridge) lõm sóng (trough), có nhiều cực trị Để xác định đặc điểm cực trị độ cong mặt bậc hai, sử dụng ma trận độ cong (ma trận Hessian) Ma trận xây dựng từ đạo hàm bậc hai: 10 Mẫu 04/ĐTCS  2 g   x  2 g   xy 2 g   xy   D E     g   E 2F   y  (10) Các trị riêng λ ma trận độ cong thỏa mãn định thức: E   2D   det   2F     E (11) Từ đó, trị riêng xác định:    D  F   D  F     D  F   D  F   E2 (12) E Các trị riêng ma trận độ cong phán ánh đường cong mặt bậc hai Nếu hai âm, cực trị cực đại Nếu hai dương, cực trị cực tiểu Nếu chúng trái dấu, cực trị điểm yên ngựa Các trị riêng sử dụng để xác định xu hướng kéo dài bề mặt bậc hai Nếu hai trị riêng có độ lớn, bề mặt khơng có kéo dài Nếu trị riêng âm có độ lớn lớn hơn, xu hướng kéo dài mặt bậc hai sóng Nếu trị riêng dương có độ lớn lớn hơn, kéo dài mặt bậc hai có dạng lõm sóng Trị riêng λ< có giá trị nhỏ (λ+ trường hợp sóng) có vectơ trị riêng tương ứng e< = (e = (e>x, e>y) hướng vuông góc với đường phương hướng vng góc với phương kéo dài mặt bậc hai Các vector trị riêng thỏa mãn phương trình:  ex   D E   ex           E F   ey   ey  (13) Các cặp giá trị (ex, ey) thõa mãn công thức (13) là: 11 Mẫu 04/ĐTCS       2F  / E    or   if E    D / E         ex         if   F  ey   E /    F    E /   D   if   D      (14) Do đó, đường phương  xác định: arctan  E / (  D)  if   D    arctan(e x / e y )  arctan(  F ) / E ) if E    90 otherwise (15) Các mặt bậc hai phù hợp với hàm biên độ tín hiệu giải tích có cực đại có xu hướng kéo dài dọc theo sóng mặt tốt để định vị nguồn Vị trí nguồn điểm nguồn đường xác định điểm cực đại với tọa độ (xe, ye) xác định từ phương trình (9) Vị trí nguồn 2D xác định điểm tới hạn (x0, y0), điểm dọc theo sóng, gần với trung tâm cửa sổ 3×3 Đường qua trung tâm cửa sổ (0, 0) điểm (x0, y0), có phương trình y = (e>y / e>x)x x = (e>x / e>y)y Thay mối quan hệ vào phương trình mặt bậc hai, lấy đạo hàm đặt 0, xác định tọa độ điểm tới hạn theo công thức:  Be2x  Ce x e y x     De2x  Ee x e y  Fe2 y    Be x e y  Ce2 y   y0   De2  Ee e  Fe  x x  y  y   (16) Để tránh kết trùng lặp, cực trị thu phải nằm khu vực có kích thước , gần trung tâm cửa sổ (Hình 1) Sau tóm tắt bước chúng tơi sử dụng chương trình máy tính để xác định vị trí nguồn: Bước 1: Trượt cửa sổ × điểm lưới số liệu Bước 2: Sử dụng hệ tọa độ địa phương có gốc tọa độ trung tâm cửa sổ, xác định hệ số bề mặt bậc hai phù hợp với điểm liệu (phương trình 7) Bước 3: Sử dụng giá trị riêng ma trận độ cong (phương trình 12) để xác định bề mặt bậc hai có chứa cực đại hay chứa cực đại nằm 12 Mẫu 04/ĐTCS dọc theo sóng Bước 4: Nếu bề mặt có chứa cực đại nhất, sử dụng hệ số bề mặt bậc hai để xác định vị trí cực đại (phương trình 9) Bước 5: Nếu cực đại nằm dọc theo sóng, sử dụng vector riêng ma trận độ cong (phương trình 14) để đánh giá đường phương sóng (phương trình 15) tọa độ điểm tới hạn dọc theo sóng (phương trình 16) Bước 6: Nếu điểm cực đại điểm tới hạn không nằm gần trung tâm cửa sổ, chuyển sang bước Bước 7: Lưu lại kết Bước 8: Di chuyển cửa sổ ô lưới lặp lại q trình Bảng 2: Thơng số mơ hình thứ hai Thơng số Vật Vật 31.5; 31.5; Tọa độ tâm (km) o Hình 5: Dị thường từ gây lăng trụ Độ từ khuynh I ( ) Độ từ thiên D (o) Độ từ hóa (A/m) Kích thước cạnh (km) Độ sâu tới đỉnh (km) Độ sâu tới đáy (km) Góc quay (o) 31.5 70×1.5 0.3 0.7 45 31.5 5 30×15 0.7 1.5 -45 Trên sở lý thuyết trình bày tín hiệu giải tích phương pháp độ cong, chúng tơi tiến hành tính tốn thử nghiệm mơ hình gồm hai vật thể chồng lấn, bị từ hóa nghiêng với góc từ khuynh nhỏ Các thơng số cụ thể mơ hình cho Bảng Dị thường từ gây hai lăng trụ biểu diễn Hình 5.Từ dị thường này, góc nghiêng biên độ tín hiệu giải tích chúng tơi tính tốn biểu diễn Hình 6a Tip dụng phương pháp độ cong, thu kết xác định cực đại hàm biên độ tín hiệu giải tích Hình 6b Kết tính toán cho thấy, trường quan sát giao thoa vật thể chồng lấn, biên vật thể xác định cách rõ ràng (Hình 6b) Khả áp dụng phương pháp cịn chúng tơi kiểm nghiệm trường hợp mơ hình bao gồm nhiễu Kết tính góc nghiêng biên độ tín hiệu giải tích cực đại chúng biểu diễn Hình 6c d Rõ ràng, trường hợp thêm nhiễu, phương pháp độ cong cho kết tốt Kết xác định biên vật thể trường hợp phù hợp với mơ hình lý thuyết 13 Mẫu 04/ĐTCS Hình 6: Mơ hình hai lăng trụ chồng lấn (a) Góc nghiêng biên độ tín hiệu giải tích, (b) : Cực đại biên độ tín hiệu giải tích, : Cạnh vật thể, (c) Góc nghiêng biên độ tín hiệu giải tích thêm nhiễu, (d) : Cực đại góc nghiêng biên độ tín hiệu giải tích thêm nhiễu, : Cạnh vật thể Khả áp dụng phương pháp cịn chúng tơi khẳng định việc phân tích dị thường từ khu vực Tư Chính-Vũng Mây Khu vực nghiên cứu có diện tích khoảng 49000 km2, nằm vị trí có toạ độ địa lý khoảng 7o30' - 9o30' vĩ độ Bắc 110o00' - 112o00' kinh độ Đông Chúng sử dụng nguồn số liệu dị thường từ (Hình 7) công bố Nguyễn Như Trung cs [28] Giá trị dị thường khu vực thay đổi từ -250nT đến +150nT, với nhiều dải dị thường âm, dương có xu hướng kéo dài theo hướng Đông-Tây Quan sát đồ này, chưa thể đưa nhận định đắn vị trí hệ thống đứt gãy khu vực, trường dị thường từ khu vực khơng phụ thuộc vào độ từ hóa nguồn gây dị thường mà phụ thuộc vào yếu tố độ từ thiên, độ từ khuynh, Một giải pháp thường sử dụng thực việc chuyển trường cực Tuy nhiên, khu vực Tư Chính-Vũng Mây có độ từ khuynh nhỏ nên việc chuyển trường cực không ổn định Để khắc phục hạn chế này, chúng tơi sử dụng góc nghiêng biên độ tín hiệu giải tích Ở đây, chúng tơi thực tính tốn mức nâng trường khác nhau, bao gồm: 2,5 km; 14 Mẫu 04/ĐTCS 5,0 km 7,5km Hình kết xác định góc nghiêng biên độ tín hiệu giải tích cực đại chúng mức nâng trường km Quan sát hình vẽ, dễ dàng nhận thấy, áp dụng phương pháp độ cong cho hàm biên độ tín hiệu giải tích, cực đại thu từ phương pháp thể chi tiết Các điểm cực đại thuộc mặt bậc hai có dạng sóng xác định cách rõ ràng (Hình 8) Hình 7: Dị thường từ khu vực Tư ChínhVũng Mây Hình 8: Góc nghiêng biên độ tín hiệu giải tích cực đại chúng mức z = km Hình 9: Cực đại góc nghiêng biên độ tín Hình 10: Các ranh giới từ xác định từ hiệu giải tích ba mức nâng trường Hình Hình kết xác định vị trí cực đại góc nghiêng biên độ tín hiệu giải tích ba mức nâng trường khác với đường màu đỏ biểu diễn đứt gãy xác định Nguyễn Như Trung cs [28] Bên cạnh số ranh giới từ tính trùng với vị trí đứt gãy theo Nguyễn Như Trung cs [28], phương pháp chúng tơi đề xuất cịn loạt vị trí ranh giới khác mà Nguyễn Như Trung cs [28] không vạch Nguyên nhân khác biệt giải thích hạn chế hàm gradient dị thường từ gradient đạo hàm thẳng đứng dị thường từ mà Nguyễn Như Trung cs [28] sử dụng để phân tích trực tiếp dị thường từ 15 Mẫu 04/ĐTCS Tổng hợp kết mức nâng trường khác nhau, thu ranh giới từ tính biểu diễn Hình 10 So sánh ranh giới từ tính với hệ thống đứt gãy thu từ kết phân tích hai tuyến địa chấn AB (Hình 11) A’B’ (Hình 12), thấy rằng, hầu hết vị trí biên mà chúng tơi tìm phù hợp với vị trí đứt gãy khu vực nghiên cứu Hình 11 Kết phân tích tuyến địa chấn AB (Nguyễn Như Trung cs [28]) Hình 11 Kết phân tích tuyến địa chấn AB (Tran Thi Dung cs [34]) Đánh giá kết nghiên cứu đạt đƣợc Xác định ranh giới từ hàm tang hyperbolic phương pháp có ý nghĩa khoa học định Phương pháp khơng cân tín hiệu có biên độ khác mà thu kết xác định ranh giới sắc nét Việc kết hợp phương pháp góc nghiêng biên độ tín hiệu giải tích phương pháp độ cong góp phần nâng cao hiệu việc phân tích minh giải tài liệu từ Kết luận kiến nghị Các phương pháp xác định ranh giới nguồn gây dị thường đề xuất nghiên cứu có độ phân giải cao Các ranh giới từ tính thu từ việc áp dụng phương pháp có độ xác cao chi tiết, giúp bổ sung thông tin vào đồ cấu trúc khu vực Khả áp dụng hàm tang hyperbolic nghiên cứu mở rộng 16 Mẫu 04/ĐTCS phân tích, xử lý tài liệu trọng lực Bên cạnh việc áp dụng phương pháp độ cong cho góc nghiêng biên độ tín hiệu giải tích, áp dụng phương pháp cho hàm khác minh giải tài liệu trường Tài liệu tham khảo [1] Cordell, L., 1979, Gravimetric Expression of Graben Faulting in Santa Fe Country and the Espanola Basin, New Mexico In Ingersoll, R.V., Ed., Guidebook to Santa Fe Country, New Mexico Geological Society, Socorro, pp.59-64 [2] Cordell, L and Grauch, V J S., 1985, Mapping Basement Magnetization Zones from Aeromagnetic Data in the San Juan Basin, New Mexico, The Utility of Regional Gravity and Magnetic Anomaly Maps, Society of Exploration Geophysicists, Tulsa, pp.181-197 [3] Roest W R., J Verhoef, and M Pilkington, 1992, Magnetic interpretation using the 3-D analytic signal, Geophysics, Vol.57, pp.116–125 [4] Blakely R.J., 1995, Potential Theory in Gravity and Magnetic Applications Cambridge University Press [5] Lin-Ping, H and Zhi-Ning, G., 1998, Discussion on “Magnetic interpretation using the 3D analytic signal” by W.R Roest, J Verhoef and M Pilkington, Geophysics, 63, pp.667-670 [6] Salem, A., Ravat, D., Gamey, T.J., Ushijima, K., 2002, Analytic signal approach and its applicability in environmental investigations, J Appl Geophys., 49, pp 231-244 [7] Paoletti, V., Fedi, M., Florio G., Supper, R., Rapolla, A., 2004, The new integrated aeromagnetic map of the Phlegrean Fields volcano and surrounding areas, Annals of geophysics, 47(5), 1569–1580 [8] Li, X., 2006, Understanding 3D analytic signal amplitude: Geophysics,71(2), pp.13–16 [9] Hsu, S., Sibuet, J., & Shyu, C., 1996, High‐resolution detection of geologic boundaries from potential‐field anomalies: An enhanced analytic signal technique, Geophysics, 61(2), pp.373-386 [10] Beiki, M., Clark, D A., Austin, J R., and Foss, C A., 2012, Estimating source location using normalized magnetic source strength calculated from magnetic gradient tensor data Geophysics, 77(6), pp.23–37 [11] Miller, H.G and Singh, V., 1994, Potential Field Tilt a New Concept for Location of Potential Field Sources, Journal of Applied Geophysics, 32, pp.213-217 [12] Verduzco, B., Fairhead, J.D., Green, C.M., MacKenzie, C., 2004, New insights into magnetic derivatives for structural mapping, The Leading Edge, 23(2), 116–119 [13] Ferreira, F.J.F., Souza, J., Bongiolo, A.B.S., Castro, L.G., 2013, Enhancement of the total horizontal gradient of magnetic anomalies using the tilt angle, Geophysics, 78(3), J33–J41 [14] Cooper, G.R.J., Cowan, D.R., 2006, Enhancing Potential Field Data Using Filters Based on the Local Phase Computers & Geosciences, 32, 1585-1591 [15] Nasuti, Y., & Nasuti, A., 2018, NTilt as an improved enhanced tilt derivative filter for edge detection of potential field anomalies, Geophysical Journal International, 214(1), 36–45 [16] Ma., G, Li, L., 2012, Edge detection in potential fields with the normalized total horizontal derivative, Computers & Geosciences, 41, 83–87 [17] Yao Y, Huang D, Yu X, Chai B (2015), Edge interpretation of potential field data with the normalized enhanced analytic signal, Acta Geodaetica et Geophysica, 51(1), 125-136 [18] Cooper, G R J., 2014, Reducing the dependence of the analytic signal amplitude of aeromagnetic data on the source vector direction, Geophysics, 79, pp.55–60 17 Mẫu 04/ĐTCS [19] Pilkington, M., Tschirhart, V., 2017, Practical considerations in the use of edge detectors for geologic mapping using magnetic data, Geophysics, 82(3): 1-8 [20] Wijns, C., Perez, C., Kowalczyk, P., 2005, Theta map: Edge detection in magnetic data, Geophysics, 70, pp.39–43 [21]Cooper G.R.J., Cowan, D.R., 2008, Edge enhancement of potential-field data using normalized statistics, Geophysics, 73(3), H1–H4 [22] Chen, A.G., Zhou, T.F., Liu, D.J., Zhang, S., 2017, Application of an enhanced theta-based filter for potential field edge detection: a case study of the LUZONG ORE DISTRICT, Chinese Journal of Geophysics, 60:2, pp.203-218 [23] Zhou, S., Huang, D., Jiao, J., 2016, Total horizontal derivatives of potential field three-dimensional structure tensor and their application to detect source edges, Acta Geodaetica et Geophysica, 52(3), 317– 329 [24] Luan Thanh Pham, Erdinc Oksum, Thanh Duc Do, 2019, Edge enhancement of potential field data using the logistic function and the total horizontal gradient, Acta Geodaetica et Geophysica, 54(1), pp 143-155 [25] Ansari A H., Alamdar K., 2011: A new edge detection method based on the analytic signal of tilt angle (ASTA) for magnetic and gravity anomalies Iranian Journal of Science and Technology, A2, 81–88 [26] Le Huy Minh, Luu Viet Hung, Cao Dinh Trieu, 2001, Some modern methods of the interpretation aeromagnetic data applied for Tuan Giao region, Journal of Earth Sciences, Publisher of Science and Engineering, Hanoi, 22(3), pp.207-216 [27] Vo Thanh Son, Le Huy Minh, Luu Viet Hung, 2005, Three-dimensional analytic signal method and its application in interpretation of aeromagnetic anomaly maps in the Tuan Giao region, Proceedings of the 4th geophysical scientific and technical conference of Vietnam, Publisher of Science and Engineering 2005 [28] Nguyen Nhu Trung, Bui Van Nam, Nguyen Thi Thu Huong, 2014, Determining the depth to the magnetic basement and fault systems in Tu Chinh - Vung May area by magnetic data interpretation, Journal of Marine Science and Technology, 14(4a), pp.16-25 [29] Nguyen Kim Dung Do Duc Thanh, 2016, Using the analytic signal method of gravity gradient tensor (ggt) to determine the location and depth of the faults in the pre-cenozoic basement rocks of the red river trough, Vietnam Journal of Earth Sciences, 38 (2), pp.143-152 [30] Nguyen Thi Thu Hang, Pham Thanh Luan, Do Duc Thanh, Le Huy Minh, 2017, Using the Directional Analytic Signals of Magnetic Gradient Tensor to Determine Boundaries of Source, VNU Journal of Science: Mathematics – Physics, Vol 33, No 4, pp.24-35 [31] Dinh Van Toan, Ngo Quoc Dung, 1999 Using the results of magnetic data interpretation in the study on the distribution of fault network on the territory of North Vietnam Vietnam Journal of Earth Sciences 21(4), 263-271 [32] Hansen, R O., and deRidder, E., 2006, Linear feature analysis for aeromagnetic data, Geophysics71, L61– L67 [33] Phillips, J.D., Hansen, R.O and Blakely, R.J., 2007, The use of curvature in potential-field interpretation, Exploration Geophysics, 38(2), pp.111-119 [34] Tran Thi Dung, Tran Nghi, Nguyen The Hung, Dinh Xuan Thanh, Pham Bao Ngoc, Nguyen Thi Tuyen, Tran Thi Thanh Nhan, Nguyễn Thị Huyền Trang, 2018, The Miocenedepositional geological evolution of 18 Mẫu 04/ĐTCS Phu Khanh, Nam Con Son and Tu Chinh - Vung May basins in Vietnam continental shelf, VNU Journal of Science: Earth and Environmental Sciences, 34(1), pp.112-135 Tóm tắt kết (tiếng Việt tiếng Anh) Tiếng Việt Tôi giới thiệu phương pháp xác định biên dựa hàm tang hyperbolic tỉ lệ đạo hàm thẳng đứng đạo hàm ngang toàn phần biên độ tín hiệu giải tích Khơng giống hầu hết phương pháp xác định biên khác, phương pháp tơi đề xuất áp dụng phân tích trực tiếp tài liệu từ mà không cần chuyển trường cực tính giả trọng lực Tơi phát triển thuật tốn chương trình tính dưa góc nghiêng biên độ tín hiệu giải tích phương pháp độ cong Kết tính tốn cho thấy, ranh giới cấu trúc địa chất tăng cường xác cách sử dụng thuật tốn trình bày Tiếng Anh I presented a new edge detection filter that based on the hyperbolic tangent function and the ratio of the first vertical derivative and total horizontal derivatives of the analytic signal amplitude Unlike almost other edge detection methods that require a reduction to the pole or pseudo-gravity transformation prior to application, the THp filter can be applied to the magnetic dataset directly I developed a program using an algorithm that based on the tilt angle of the analytic signal amplitude and the curvature-based method to detect the edges of causative bodies Findings showed that the boundaries of geological bodies are enhanced accurately using the presented algorithm 19 Mẫu 04/ĐTCS PHẦN III SẢN PHẨM CỦA ĐỀ TÀI Các cơng trình khoa học cơng bố: Ghi địa Đánh giá cảm ơn tài chung Sản phẩm Tình trạng (Đạt, TT trợ (Đã in/chấp nhận in,…) khơng ĐHQGHN / đạt) ĐHKHTN Cơng trình cơng bố tạp chí khoa học quốc tế theo hệ thống ISI/Scopus Bài báo quốc tế không thuộc hệ thống ISI/Scopus Luan Thanh Pham, Thanh Đã in Duc Do, Erdinc Oksum, 2018, A new method for edge detection in interpretation of potential field data, Journal of Engineering Sciences and Design, 6(4), 637-642 Cảm ơn đề tài TN.18.05 Bài báo tạp chí khoa học chuyên ngành quốc gia Pham Thanh Luan, Le Huy Đã in Cảm ơn đề tài Minh, Erdinc Oksum, Do Duc TN.18.05 Thanh, 2018, Determination of maximum tilt angle from analytic signal amplitude of magnetic data by the curvaturebased method, Vietnam Journal of Earth Sciences, 40(4), 354366 Báo cáo khoa học đăng kỷ yếu hội nghị quốc tế Báo cáo khoa học đăng kỷ yếu hội nghị quốc gia Sản phẩm khác - Đối với cơng trình công bố cần ghi rõ: Tên tác giả; Tên cơng trình; Tên tạp chí, tập, số, năm, trang (đối với báo), tên kỷ yếu hội nghị, nơi tổ chức, thời gian tổ chức (đối với báo cáo hội nghị); - Các ấn phẩm khoa học chấp nhận có ghi nhận/cảm ơn tài trợ Trường ĐHKHTN in có xác nhận chấp nhận xuất - Bản photocopy toàn văn ấn phẩm cần đưa vào phần phụ lục minh chứng báo cáo 20 Mẫu 04/ĐTCS Sản phẩm đào tạo: Thời gian kinh phí Cơng trình cơng bố liên quan (Sản phẩm KHCN, TT Họ tên tham gia đề tài (số tháng/số tiền) luận án, luận văn) Tiến sỹ / Nghiên cứu sinh Thạc sỹ / Học viên cao học Cử nhân Trương Thị Khóa luận tốt nghiệp Phượng Đã bảo vệ Đã chấm khóa luận Minh chứng phần phụ lục photocopy trang bìa luận án/ luận văn/ khóa luận giấy chứng nhận nghiên cứu sinh/thạc sỹ học viên bảo vệ thành công luận án/ luận văn Các sản phẩm khác (phương pháp, quy trình cơng nghệ, phần mềm máy tính, vẽ thiết kế, sơ đồ, đồ, sở liệu, báo cáo phân tích, model, maket, vật liệu, thiết bị, máy móc,…) Tổng hợp sản phẩm đăng ký hoàn thành đề tài: STT Sản phẩm Số lƣợng đăng ký Số lƣợng hoàn thành Tự đánh giá số lƣợng, chất lƣợng Bài báo / báo cáo khoa học Tốt Đào tạo / hỗ trợ đào tạo 1 Tốt Phương pháp, quy trình cơng nghệ, phần mềm máy tính, vẽ thiết kế, sơ đồ, đồ, sở liệu, báo cáo phân tích, Sản phẩm cơng nghệ (model, maket, vật liệu, thiết bị, máy móc) Kết khác minh chứng áp dụng PHẦN IV TÌNH HÌNH SỬ DỤNG KINH PHÍ STT Nội dung chi Xây dựng đề cương chi tiết Kinh phí đƣợc duyệt (triệu đồng) Kinh phí thực (triệu đồng) Ghi 1.625 21 Mẫu 04/ĐTCS Thu thập viết tổng quan tài liệu Điều tra, khảo sát, thí nghiệm, thu thập số liệu, nghiên cứu Thuê trang thiết bị, mua vật tư, hóa chất Hội thảo khoa học, viết báo cáo tổng kết, nghiệm thu 4.25 Chi khác 1.25 Tổng số: 25 17.875 PHẦN V KIẾN NGHỊ Về phát triển kết nghiên cứu đề tài; quản lý, tổ chức thực cấp Hà Nội, ngày tháng năm 2019 ĐƠN VỊ CHỦ TRÌ THỰC HIỆN CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI (Họ tên, chữ ký Thủ trưởng đơn vị) (Họ tên, chữ ký) Phạm Thành Luân TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN * Phần cuối báo cáo đính kèm phụ lục, có photocopy hợp đồng nghiên cứu khoa học minh chứng cho sản phẩm phần III 22