Giải bài toán ngược trọng lực bằng thuật toán memetic – Áp dụng phân tích tài liệu trọng lực vùng đồng bằng sông Cửu Long

MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Thăm dò trọng lực ứng dụng nhiều lĩnh vực khác nhau; đó, việc xác định bề dày bể trầm tích – tốn ngược trọng lực (viết tắt BTNTL) – sử dụng nhiều thăm dị dầu khí Có ba nhóm phương pháp nhóm phương pháp biến đổi liệu thể kết khơng sử dụng mơ hình; nhóm phương pháp đơn giản kết không cao phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm người sử dụng Nhóm phương pháp “thử - sai”, nhóm phương pháp thơng dụng nhất, ưu điểm tính tốn nhanh, khuyết điểm việc tính tốn phụ thuộc vào cơng thức sử dụng nên không tránh khỏi chủ quan Hiện nhóm phương pháp sử dụng thuật tốn tối ưu hóa – đặt sở qui luật tiến hóa tự nhiên phát sinh số ngẫu nhiên máy tính – xu hướng việc giải BTNTL – nhờ vào lời giải toàn cục thuật tốn khơng phức tạp với bước tính tương đồng với bước tính nhóm phương pháp “thử-sai” Do đó, việc xây dựng phương pháp giải BTNTL theo nhóm phương pháp đáp ứng cho xu cấp thiết lý chọn đề tài “Giải toán ngược trọng lực thuật toán memetic – Áp dụng phân tích tài liệu trọng lực vùng đồng sông Cửu Long” II MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ Đề tài có hai muc tiêu: - Về phương pháp: Xây dựng thuật toán memetic thuật toán “di truyền lai”, kết hợp thuật toán di truyền phương pháp tìm kiếm địa phương Quasi-Newton áp dụng thuật giải để giải toán ngược trọng lực mà cụ thể xác định bề dày bồn trầm tích - Về ứng dụng: Sau xây dựng hồn chỉnh phương pháp kiểm tra độ xác phương pháp mơ hình 2-D 3-D; phương pháp áp dụng để xác định bề dày trầm tích vùng đồng sơng Cửu Long (viết tắt ĐBSCL); từ đó, phân chia cấu trúc địa chất vùng Do đó, luận án phải thực nhiệm vụ sau đây: - Xây dựng thuật toán memetic với hàm muc tiêu (hàm thích nghi) gồm sai số liệu sai số “chuẩn” mơ hình có vai trị tham số chỉnh hóa Tikhonov áp dụng thuật toán vào việc giải toán ngược trọng lực với mơ hình tập hợp tấm/khối chữ nhật đặt liền kề có hiệu mật độ giảm theo độ sâu parabôn - Xác định hệ số hàm hiệu mật độ vùng ĐBSCL tính tham số Tikhonov tối ưu mơ hình cho toán 2-D 3-D thuật toán memetic kiểm tra độ xác phương pháp - Phân tích năm dị thường âm lớn bồn trầm tích Cà Mau – Đồng Tháp thuật toán memetic tích hợp kết vào kết xác định mặt móng phương pháp Parker – Oldenburg (viết tắt P-O) để phác họa cấu trúc mặt móng vùng ĐBSCL, từ đó, phân chia đới cấu trúc địa chất vùng III CƠ SỞ TÀI LIỆU - Tài liệu liên quan đến Địa Vật lý, Địa chất Toán, lỗ khoan tài liệu trọng lực vùng ĐBSCL [1], [2], [16], [28], [48], [44] IV CÁC LUẬN ĐIỂM BẢO VỆ Hai luận điểm luận án là: - Xây dựng thuật toán memetic kết hợp thuật toán di truyền (viết tắt GA) phương pháp tìm kiếm địa phương (viết tắt TKĐP) Quasi- Newton áp dụng để giải toán ngược trọng lực - Phác họa cấu trúc mặt móng trầm tích phân chia đới cấu trúc vùng ĐBSCL - đặc biệt đới Cần Thơ V CÁC ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN - Xây dựng thuật toán memetic để giải toán ngược trọng lực - Xác định hệ số hàm hiệu mật độ lớp trầm tích theo độ sâu theo quy luật hàm parabôn cho vùng ĐBSCL - Xác định tham số chỉnh hóa Tikhonov tối ưu - Tính bề dày bồn trầm tích năm dị thường trọng lực vùng ĐBSCL - Phác họa cấu trúc mặt móng trầm tích vùng ĐBSCL VI Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN - Ý nghĩa khoa học: Xây dựng thuật toán memetic áp dụng thuật toán để giải toán ngược trọng lực - Ý nghĩa thực tiễn: Tính hệ số hàm hiệu mật độ vùng ĐBSCL; tính tham số chỉnh hóa Tikhonov tối ưu phác họa cấu trúc mặt móng trầm tích vùng ĐBSCL Các kết sử dụng tác giả khác cơng trình nghiên cứu VII BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN Ngoài phần mở đầu kết luận, luận án gồm năm chương: Chương 1: Tổng quan phương pháp giải toán ngược trọng lực Chương 2: Thuật toán memetic Chương 3: Xác định tham số chỉnh hóa Tikhonov kiểm tra kết giải tốn ngược trọng lực mơ hình thuật toán memetic Chương 4: Vùng nghiên cứu - liệu phân tích số dị thường trọng lực 2-D Chương 5: Phân tích tài liệu trọng lực 3-D vùng ĐBSCL Chƣơng – TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN NGƢỢC TRỌNG LỰC Trong luận án này, giải BTNTL giới hạn việc xác định hình dạng kích thước bồn trầm tích Trong chương chúng tơi trình bày mơ hình, cơng thức tính dị thường trọng lực mơ hình 2-D 3-D tính hệ số hàm hiệu mật độ cho vùng ĐBSCL 1.1- DỊ THƢỜNG TRỌNG LỰC CỦA MƠ HÌNH 1.1.1- Hàm hiệu mật độ Trong thực tế, bồn trầm tích có mật độ thay đổi theo độ sâu theo qui luật hàm mũ, hyperbôn parabôn Trong luận án sử dụng hàm hiệu mật độ thay đổi theo độ sâu hàm parabôn (Rao C.V., et al., 1993 [76], Chakravarthia V., et al., 2002 [34]):  ( z )   03 (  z ) (1.1) đó, (z) (g/cm3) hiệu mật độ độ sâu z (km), 0 (g/cm3) hiệu mật độ mặt quan sát,  λ số 1.1.2- Mơ hình bồn trầm tích 2-D y Độ sâu z (km) b) z Ny x Nút i, j x S Nx Mặt móng O Khối chữ nhật có hiệu mật độ thay đổi z x (km) Hình 1.1: Mơ hình bồn trầm tích 2-D Hình 1.3: Mơ hình bồn trầm tích 3-D Mơ hình bồn trầm tích 2-D Hình 1.1, gồm N chữ nhật bề rộng đặt liền kề hiệu mật độ giảm theo độ sâu hàm parabôn (1.1) Dị thường trọng lực mơ hình gây vị trí i (i = 1, 2, …, N) cho biểu thức (1.2); đó, gij dị thường thứ j gây i (Rao C.V., et al., 1993 [76]) N gi   g ji ( j  1, 2, 3, , N ) j 1 (1.2) 1.1.3- Mơ hình bồn trầm tích 3-D Mơ hình bồn trầm tích gồm Nx.Ny khối chữ nhật thẳng đứng có bề rộng hai phương đặt liền kề (Hình 1.3), hiệu mật độ giảm theo độ sâu parabôn (1.1) Dị thường trọng lực mơ hình nút (i, j) cho (1.3); đó, gprism dị thường trọng lực khối hình chữ nhật (Chakravarthia V., et al., 2002 [34]): Ny Nx g basin (i, j )   g k 1 l 1 prism (k , l ) (1.3) Trong công thức (1.2) (1.3), gij gprism dài nên khơng trình bày tóm tắt 1.2- XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CỦA HÀM HIỆU MẬT ĐỘ VÙNG ĐBSCL Sử dụng giá trị hiệu mật Hieu mat (g/cm3) -0.1 -0.15 -0.2 -0.25 -0.3 -0.35 -0.4 -0.45 -0.5 -0.55 -0.6 độ theo độ sâu lỗ khoan Cửu Long - [41] phương Do sau (km) -0.5 pháp hồi qui phi tuyến để tính hệ số hàm hiệu mật -1 độ (1.1) vùng ĐBSCL Kết quả: -1.5  ( z )  -2 :Du lieu :Ham xap xi -2.5 Hình 1.6: Hàm hiệu mật độ bồn trầm tích (RMS =0,02)  0,553 (1.4) (0,55  0,2828z ) KẾT LUẬN Các công thức (1.2), (1.3) (1.4) sử dụng phân tích tài liệu trọng lực mơ hình liệu thực chương sau Chƣơng – THUẬT TỐN MEMETIC Thuật tốn memetic (Moscato P., et al., (2003) [65]) dạng GA lai – kết hợp GA phương pháp TKĐP; hình thức kết hợp đa dạng (Chelouah R., et al., (2003) [36]; Kumar R., et al., (2013) [60]; Neri F., et al., (2012) [68], Krasnogor N., et al., 2005 [57], García S., et al., 2008 [46] ), mục tiêu chung tăng tốc trình hội tụ mà đảm bảo tính tồn cục thuật tốn Trong luận án, kết hợp GA phương pháp TKĐP Quasi-Newton 2.1- THUẬT TOÁN DI TRUYỀN GA Holland J.H đưa năm 1975 [49] sở thuyết tiến hóa Darwin, gồm bước: 2.1.1- Khởi tạo quần thể Quần thể ban đầu gồm tập hợp M cá thể; cá thể có N gen (biến toán) tạo ngẫu nhiên Từ quần thể này, thực qua nhiều hệ tiến hóa để có cá thể đạt điều kiện toán 2.1.2- Tính giá trị thích nghi Giá trị thích nghi cá thể lượng giá hàm mục tiêu (hàm thích nghi), chúng tơi chọn hàm mục tiêu có dạng [70], [85]: Φ(m) = Φd(m) + βT.Φm(m) (2.1) đó: Φd(m) hàm sai số liệu cho bởi: N d (m)   i 1 i i ( g obs  g cal )2 N (2.2) với, gobs gcal dị thường quan sát dị thường tính từ mơ hình; Φm(m) sai số “chuẩn” mơ hình, cho bởi: N m (m)   ( zi 1  zi ) (2.3) i 1 đó, zi zi+1 độ sâu mơ hình βT tham số chỉnh hóa Tikhonov nhằm cân hai giá trị sai số Φd(m) Φm(m) 2.1.3- Cải tạo quần thể Độ thích nghi cá thể cải thiện toán tử di truyền chọn lọc, lai ghép, đột biến [48] Quá trình thực có cá thể đạt điều kiện toán Khuyết điểm GA toán gần hội tụ, tốc độ tính tốn chậm; nên nhiều tác giả đề nghị cải tiến GA “lai” 2.2- PHƢƠNG PHÁP TÌM KIẾM ĐỊA PHƢƠNG QUASINEWTON Có nhiều phương pháp TKĐP; phương pháp TKĐP Quasi-Newton, đặt sở đạo hàm để cực tiểu hàm mục tiêu Ф(Z); đó, Z biến Phương pháp lời giải Z0 (k = 0) với Z0 = (z10, z20, …, zN0); sau đó, tạo chuỗi bước lặp liên tiếp Z k k 0 để hội tụ lời giải tối ưu Z* qua bước: 2.2.1- Tính hƣớng giảm: Biểu thức hướng giảm cho bởi: d k   H k  k (2.4) đó, Hk ma trận Hessian ban đầu, Hk+1 ma trận Hessian vòng lặp tiếp theo, cho biểu thức: H k 1  ( I   k sk ykT ) H k ( I   k yk skT )   k sk skT (2.5) y kT s k sk  Z k 1  Z k   k d k , yk   k 1   k k  (2.6) (2.7) Trong phương trình (2.5), I ma trận đơn vị có kích thước N x N (N số biến); ρk cho (2.6); yk, sk cho (2.7) 2.2.2- Tính độ dài bƣớc αk: Sử dụng phương pháp nội suy hàm số bậc hai, Ψ(αk) = aαk2 + bαk + c để tính α; đó, hệ số a, b, c tìm cách giải hệ:  (0)  ( Z k )  '  (0)  ( Z k )d k  ( )  ( Z   d ) max k max k  với αmax có giá trị 1, giải phương trình Ψ’(αk) = để tìm αk [54] (2.8) 2.2.3- Phép lặp: Công thức lặp để xác định nghiệm [54]: Zk+1 = Zk + αkdk (2.9) 2.3- THUẬT TOÁN MEMETIC VÀ GIẢI BÀI TOÁN NGƢỢC TRỌNG LỰC 2.3.1- Thuật tốn memetic Chúng tơi đề nghị xây dựng thuật tốn memetic sau Sau 50 hệ tiến hóa GA, sau giai đoạn đột biến, áp dụng lần phương pháp TKĐP Quasi-Newton (viết tắt QN) lên cá thể Hình 2.10: Lưu đồ thuật tốn memetic GA-QN tốt Quá trình lặp lại có cá thể đạt điều kiện hội tụ 2.3.2- Giải toán ngƣợc trọng lực thuật tốn memetic Ba bước tính phương pháp trình bày Hình 2.10 2.3.3- Các tham số thuật tốn memetic Kích thước quần thể số hệ tiến hóa phụ thuộc vào số biến tốn; chọn lọc theo phương pháp kết đơi ngẫu nhiên theo trọng số, lai ghép đột biến theo phương thức đơn điểm với xác suất lai ghép, đột biến Pc = 0,5 Pm = 0,1 KẾT LUẬN Chương tóm tắt lý thuyết thuật toán memetic, lưu đồ giải BTNTL tham số thuật toán Chƣơng – XÁC ĐỊNH THAM SỐ CHỈNH HÓA TIKHONOV VÀ KIỂM TRA KẾT QUẢ GIẢI BÀI TỐN NGƢỢC TRỌNG LỰC TRÊN MƠ HÌNH BẰNG THUẬT TỐN MEMETIC Trong chương này, xác định tham số chỉnh hóa Tikhonov hàm mục tiêu (2.1) thuật tốn memetic; đồng thời, kiểm tra độ xác phương pháp mơ hình 3.1- PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH THAM SỐ CHỈNH HÓA TIKHONOV TỐI ƢU Tham số chỉnh hóa Tikhonov giữ vai trị cân sai số hàm mục tiêu (2.1): Φ(m) = Φd(m) + βT.Φm(m) (3.1) Có nhiều phương pháp để xác định tham số βT tối ưu nguyên lý độ lệch, tiêu chuẩn GCV, tiêu chuẩn đường cong L Chúng sử dụng tiêu chuẩn đường cong L (Colin G.F., et al., 2004 [40]) Để xây dựng đường cong L phải giải BTNTL thuật toán memetic với nhiều giá trị βT khác (0 < βT < a); giá trị βT tìm cặp giá trị d(m) m(m) Đồ thị log10(Φd(m)) theo log10(Φm(m)) có dạng chữ L với βT tối ưu nằm góc đường cong 3.2- XÁC ĐỊNH THAM SỐ TIKHONOV TỐI ƢU, KIỂM TRA ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA PHƢƠNG PHÁP TRÊN MƠ HÌNH 2-D 3.2.1- Tính tham số chỉnh hóa Tikhonov tối ƣu Mơ hình gồm 43 chữ nhật (Hình 1.1) có hiệu mật độ cho (1.4) dị thường quan sát tính (1.2) Tham số thuật toán memetic mục 2.3; kích thước quần thể 16 x 43, số hệ tiến hóa 450 - Trong trường hợp dị thường quan sát không chứa nhiễu: Chọn 12 giá trị T từ 0,001 đến Đồ thị log10(Φd(m)) theo log10(Φm(m)) biểu diễn Hình 3.3, giá trị tham số Tikhonow tối ưu T = 0,05 - Trường hợp dị thường quan sát chứa nhiễu: Chọn giá trị T khác từ 0,003 đến 10 Đồ thị log10(Φd(m)) theo log10(Φm(m)) biểu diễn Hình 3.6, giá trị tham số Tikhonow tối ưu T = 0,05 (trùng với trường hợp dị thường khơng nhiễu) Vậy, hàm mục tiêu để giải tốn 2-D là: Φ(m) = Φd(m) + 0,05.Φm(m) -0.4 T = -2 T = 10 -0.6 -0.8 log10( d) -2.5 log10( d) (3.2) -1 -1.2 -3 T = 0,05 -1.4  T = 0,001 T = 0,05 -3.5 T = 0,003 -1.6 -1.8 -4 -0.6 -0.4 -0.2 log10( m) -2 0.2 Hình 3.3: Đường cong L trường hợp dị thường quan sát không nhiễu -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 log10( m) 0.2 Hình 3.6: Đường cong L trường hợp dị thường quan sát có nhiễu 3.2.2- Kiểm tra độ xác phƣơng pháp Chọn kết tính độ sâu với giá trị βT = 0,05 tối ưu để xét độ xác Hình 3.4h hình 3.7e độ sâu tính trường hợp dị thường khơng nhiễu có nhiễu Kết độ tính phù hợp với mơ hình độ xác đáng tin cậy 10 z (km) 0 -0.5 -0.5 -0.5 -1 -1 -1 -1.5 10 20 x (km) 30 40 Hình 3.4a) Mơ hình -1.5 -1.5 10 20 30 40 Hình 3.4h) βT = 0,05 RMSz = 0,01 10 20 30 40 Hình 3.7e) βT = 0,05 RMSz = 0,03 3.3- TÍNH THAM SỐ TIKHONOV TỐI ƢU VÀ KIỂM TRA ĐỘ CHÍNH XÁC PHƢƠNG PHÁP TRÊN MƠ HÌNH 3-D 3.3.1- Tính tham số chỉnh hóa Tikhonov tối ƣu Mơ hình gồm 16 x 16 = 256 khối chữ nhật, có dx = dy = 1km (Hình 1.3); hiệu mật độ cho (1.4); dị thường quan sát tính (1.3) Tham số thuật toán memetic mục 2.3, số cá thể 16, số hệ tiến hóa 7.200 - Trong trường hợp dị thường quan sát không chứa nhiễu: Chọn 17 giá trị T từ 5.10-6 đến 0,1 Đồ thị log10(Φd(m)) theo log10(Φm(m)) biểu diễn Hình 3.12, tham số Tikhonow tối ưu T = 0,01 Hình 3.12: Đường cong L (dị thường quan sát khơng nhiễu) Hình 3.16: Đường cong L (dị thường quan sát có nhiễu) - Trường hợp dị thường quan sát chứa nhiễu: Chọn giá trị  T khác từ 5.10-6 đến 0,1 Đồ thị log10(Φd(m)) theo log10(Φm(m)) biểu diễn Hình 3.16, tham số Tikhonow tối ưu T = 0,01 (trùng với trường hợp dị thường không nhiễu) Vậy hàm mục tiêu giải BTNTL 3-D là: 11 Φ(m) = Φd(m) + 0,01.Φm(m) (3.3) 3.3.2- Kiểm tra độ xác phƣơng pháp Xét độ xác phương pháp với kết tính độ sâu ứng với βT = 0,01 Hình 3.13e Hình 3.17c độ sâu tính trường hợp dị thường quan sát khơng nhiễu có nhiễu Kết tính phù hợp với mơ hình (Hình 3.9), độ xác đáng tin cậy 2.5 2.5 2.5 2 1.5 1.5 1 0.5 0.5 0.5 0 - Z (km) 1.5 Y (km) 15 10 15 10 X (km) Hình 3.9: Mơ hình bồn trầm tích (vẽ ngược) 5 10 10 15 15 Hình 3.13e) βT = 0,01 RMSz = 0,03 Hình 3.17c) βT = 0,01 RMSz = 0,04 KẾT LUẬN Hệ số Tikhonov tối ưu giải BTNTL thuật toán memetic βT = 0,05 cho toán 2-D βT = 0,01 cho tốn 3-D 1% Độ xác phương pháp đáng tin cậy Chƣơng – VÙNG NGHIÊN CỨU – DỮ LIỆU VÀ PHÂN TÍCH MỘT SỐ DỊ THƢỜNG TRỌNG LỰC 2-D Vùng nghiên cứu vùng ĐBSCL, vùng châu thổ sơng Cửu Long nên có bồn trầm tích rộng, có lỗ khoan đến mặt móng Long Xuyên (105,470Đ; 10,380B; 0,35 km), Phụng Hiệp (105,830Đ; 9,830B; 0,8km) Cửu Long – (106,320Đ; 9,620B; 2,1 km), LK 29 (105,290Đ; 10,790B; 0,19 km) LK 30 (105,50Đ; 10,830B; 0,25 km) Thăm dò trọng lực đo với tỉ lệ 1/100.000 với 15.892 điểm đo trọng lực kế G1G-2, GAK, GR/K2, sai số   0,32 mgal Đồn dầu khí ĐBSCL thực từ năm 1976 đến năm 1981 Toàn vùng phẳng, gồm phụ đới Biên Hòa, đới Cần Thơ , đới Phú Quốc đới Hà Tiên [8] (Hình 4.2) [41] Các đứt gãy (viết tắt ĐG) có phương TB - ĐN, phương Kinh tuyến Kinh 12 tuyến phương ĩ tuyến ĩ tuyến (Hình 4.3) [4] Trong chương này, chúng tơi phân tích số tuyến dị thường trọng lực thuật tốn memetic Hình 4.2: Sơ đồ kiến trúc vùng ĐBSCL (Đ Liệt nnk., 2008 [41]) Hình 4.3: Các đứt gãy Nam Bộ (Đặng Thanh Hải, nnk., [4]) 4.1- DỮ LIỆU Dữ liệu đồ dị thường Bughê 1/500.000 đường đẳng trị cách mgal Phan Quang Quyết ccs thành lập [16]; từ đồ nội suy tỉ lệ 1/200.000 tính dị thường trọng lực địa phương (Hình 4.7) làm liệu Dị thường địa phương cho thấy có ba vùng dị thường dương Biên Hịa, Sóc Trăng Rạch Giá - Hà Tiên; hai vùng dị thường âm vùng ven biển vùng Cà Mau - Đồng Tháp (chiếm phần lớn diện tích ĐBSCL), vùng có dị thường âm lớn Cà Mau (CM), Bạc Liêu (BL), An Giang (AG), Đồng Tháp (DT), Long An (LA) chọn để tính bề dày bồn trầm tích 2-D (đường gạch màu trắng) 3-D (khung màu đen) 13 Dị thƣờng: Cà Mau (CM) Bạc Liêu (BL) An Giang (AG) Đồng Tháp (ĐT) Long An (LA) Hình 4.7: Dị thường trọng lực địa phương vùng ĐBSCL (c.i: mgal) 4.2- PHÂN TÍCH CÁC DỊ THƢỜNG TRỌNG LỰC 2-D Dị thường 2-D nội suy khoảng cách km; tuyến có N giá trị quan sát, nên mơ hình gồm N hình chữ nhật có bề rộng km có mật độ cho phương trình (1.4), độ sâu phát sinh từ số ngẫu nhiên nằm khoảng a ≤ zi ≤ b Công thức (1.2) tính dị thường trọng lực mơ hình, hàm mục tiêu (3.2) tham số thuật toán memetic mục 2.3.3 Hình 4.12, 4.17, 4.22, 4.27, 4.32 -4 -0.2 -6 Delta g (mgal) z (km) độ sâu phân tích dị thường Cà Mau, Bạc Liêu, An Giang, Đồng -0.4 -0.6 -0.8 -1 10 15 x (km) 20 Hình 4.12: Kết phân tích độ sâu (2-D) dị thường trọng lực Cà Mau -12 10 15 x (km) 20 25 Hình 4.13: Dị thường quan sát (dấu *) tổng hợp (RMS = 0,008) Delta g (mgal) -5 -0.5 z (km) -10 -14 25 di thuong tinh di thuong quan sat -8 -1 di thuong tinh di thuong quan sat -10 -15 -1.5 10 15 x (km) 20 25 -20 30 Hình 4.17: Kết phân tích độ sâu (2-D) dị thường trọng lực Bạc Liêu 10 15 x (km) 20 25 30 Hình 4.18: Dị thường quan sát (dấu *) tổng hợp (RMS = 0,03) 14 -5 Delta g (mgal) z (km) -0.5 -1 -1.5 -2 10 15 x (km) 20 10 15 x (km) 20 25 Hình 4.23: Dị thường quan sát (dấu *) tổng hợp (RMS = 0,03) -2 di thuong tinh di thuong quan sat -4 Delta g (mgal) -0.2 z (km) -15 -20 25 Hình 4.22: Kết phân tích độ sâu (2-D) dị thường trọng lực An Giang -0.4 -0.6 -0.8 -1 di thuong tinh di thuong quan sat -10 -6 -8 -10 -12 10 x (km) 15 -14 20 Hình 4.27: Kết phân tích độ sâu (2-D) dị thường trọng lực Đồng Tháp 10 x (km) 15 20 Hình 4.28: Dị thường quan sát (dấu *) tổng hợp (RMS = 0,008) z (km) -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1 10 15 x (km) 20 25 Hình 4.32: Kết phân tích độ sâu (2-D) dị thường trọng lực Long An Hình 4.33: Dị thường quan sát (dấu *) tổng hợp (RMS = 0,01) Tháp, Long An; Hình 4.13, 4.18, 4.23, 4.28, 4.33 dị thường quan sát tổng hợp dị thường Bảng 4.2 tổng hợp Bảng 4.2: Tổng hợp kết giải toán ngược trọng lực 2-D (3) (4) (5) An Giang Đồng Tháp 0,0037 (2) Bạc Liêu 0,0153 0,0244 0,0037 Long An 0,00189 zmax (km) 0,9 1,6 1,8 0,8 0,8 zmin (km) 0,3 0,3 0,3 0,1 0,5 Thời gian (giây) 9,4 11,2 7,6 4,8 5,2 (1) Dị thƣờng Kết Cà Mau Φ(m) KẾT LUẬN Kết phân tích cho thấy độ sâu cực đại mặt móng trầm tích vùng ĐBSCL thay đổi từ 0,8 km (Đồng Tháp) đến 1,8 km (An Giang) 15 Chƣơng – PHÂN TÍCH TÀI LIỆU TRỌNG LỰC 3-D CỦA VÙNG ĐBSCL Các công trình nghiên cứu tài liệu trọng lực 3-D vùng ĐBSCL không nhiều, hầu hết liên quan đến ĐG (Cao Đình Triều, nnk., [25] [26]; Đặng Thanh Hải, nnk., [4]) Chỉ có cơng trình xác định mặt móng (Phan Quang Quyết, 1985 [16]) sử dụng đồ trọng lực tỉ lệ 1/500.000, mặt móng có dạng tam giác châu nên chưa cho thấy chi tiết Trong chương chúng tơi trình bày kết phân tích năm dị thường trọng lực 3-D thuật toán memetic kết hợp với kết khác để phác họa mặt móng trầm tích vùng ĐBSCL 5.1- PHÂN TÍCH CÁC DỊ THƢỜNG TRỌNG LỰC 3-D Hình 5.1: Dị thường Cà Mau (c.i = mgal) Hình 5.3: Độ sâu phân tích từ dị thường Cà Mau (c.i = km) Hình 5.5: Dị thường Bạc Liêu (c.i = mgal) Hình 5.7: Độ sâu phân tích từ dị thường Bạc Liêu (c.i = km) Hình 5.9: Dị thường An Giang (c.i = mgal) Hình 5.11: Độ sâu phân tích từ dị thường An Giang (c.i = km) 16 Hình 5.13: Dị thường Đồng Tháp (c.i = mgal) Hình 5.15: Độ sâu phân tích từ dị thường Đồng Tháp (c.i = km) Hình 5.17: Dị thường Long An (c.i = mgal) Hình 5.19: Độ sâu phân tích từ dị thường Long An (c.i = km) Bảng 5.1: Kết giải toán ngược trọng lực 3-D thuật toán memetic (1) (2) (3) (4) (5) Kết Cà Mau Bạc Liêu An Giang Đồng Tháp Số hệ 8.550 11.700 8.100 10.800 Long An 12.150 Φ(m) 0,0418 0,0592 0,0794 0,0169 0,0179 zmax(km) 0,9 1,8 1,9 0,9 0,9 zmin(km) 0,6 0,4 0,4 0,3 0,5 Kích thước (km2) 1.972 2.392 1.368 1.632 1.728 Thời gian (giờ) 4,45 5,41 3,09 3,67 3,93 Dị thƣờng Mơ hình bồn trầm tích tập hợp khối hình hộp chữ nhật, dx = dy = km, hiệu mật độ cho (1.4), độ sâu phát sinh từ số ngẫu nhiên a ≤ zi ≤ b, tính dị thường trọng lực mơ hình (1.3); hàm mục tiêu (3.3) tham số thuật toán memetic mục 2.3.3 Hình 5.1, 5.5, 5.9, 5.13, 5.17 dị thường 3-D Cà Mau, Bạc Liêu, An Giang, Đồng Tháp, Long An Hình 5.3, 5.7, 5.11, 5.15, 5.19 độ sâu phân tích năm dị thường trên; độ sâu 17 L.K Long Xuyên (0,35 km) phù hợp với độ sâu hai dị thường An Giang Đồng Tháp; LK 29 (0,19 km) LK 30 (0,25 km) phù hợp với độ sâu phần rìa dị thường Đồng Tháp Bảng 5.1 tổng hợp kết phân tích, mặt móng có độ sâu cực đại từ 0,9 đến 1,9 km độ sâu cực tiểu từ 0,3 đến 0,6 km 5.2- MẶT MÓNG TRẦM TÍCH VÙNG ĐBSCL Các dị thường phân tích lỗ khoan phân bố rời rạc, nên phác họa mặt móng trầm tích, chúng tơi dựa kết phương pháp P-O [42] để phân chia vùng nâng trũng Trong vùng nâng, giữ lại dạng đường đẳng sâu phương pháp P-O vùng trũng, sử dụng kết phân tích năm dị thường đơn điều chỉnh độ sâu để phác họa mặt móng trầm tích (Hình 5.23) 5.2.1- Phụ đới Biên Hịa Mặt móng trầm tích có độ sâu thay đổi từ 0,1- 0,4 km, đới nâng móng Paleozoi lộ phía Bắc TP HCM 5.2.2- Đới Sóc Trăng Mặt móng trầm tích có độ sâu thay đổi từ 0,2 - 0,4 km 5.2.3- Đới Hịn Khoai - Hà Tiên Mặt móng trầm tích có độ sâu thay đổi từ 0,1- 0,4 km Ở vùng Hà Tiên, lộ đá Paleozoi Kiên Lương (Hà Tiên) có lỗ khoan xuyên qua lớp đá vôi tuổi Paleozoi gặp đá granit độ sâu khoảng 0,1 km 5.2.4- Bồn trũng Cà Mau - Đồng Tháp Đây bồn trầm tích vùng ĐBSCL, vùng có nhiều ĐG có phương Tây Bắc - Đông Nam, Kinh tuyến Đông Bắc Tây Nam; ĐG hoạt động mạnh Kainozoi nên tạo vùng nâng sụt bồn trũng, nên chia thành ba phần: 18 5.2.4.1- Vùng phía Nam ĐG sông Hậu - Trũng Cà Mau, Phụng Hiệp An Giang Gồm trũng Cà Mau-Phụng Hiệp liền nhau, kéo dài từ Cà Mau đến Cần Thơ (diện tích khoảng 16.500 km2) Độ sâu từ 0,6 - 0,9 km cho dị thường Cà Mau từ 0,6 - 1,8 km cho dị thường Bạc Liêu Trũng An Giang có độ sâu từ 0,6 - 1,9 km chen lẫn với đá granit lộ thiên Móng đá vùng móng Mesozoi phủ lớp trầm tích thuộc hệ tầng Neogen hệ tầng Đệ tứ Hình 5.23: Mặt móng trầm tích vùng ĐBSCL 19 5.2.4.2- Vùng phía Bắc ĐG sông Tiền - Trũng Đồng Tháp Long An Gồm trũng Đồng Tháp - Long An có dạng kéo dài theo phương Kinh tuyến, hẹp phía Nam có khuynh hướng mở rộng phía Bắc (giáp với Campuchia), có độ sâu thay đổi nhỏ từ 0,6 - 0,9 km Móng đá lớp trầm tích vùng móng Paleozoi phủ lên trầm tích mỏng từ Kainozoi đến Đệ tứ 5.2.4.3- Vùng chuyển tiếp Nằm hai ĐG sông Tiền sông Hậu, mặt móng trầm tích gần biển nâng sụt từ 1-2 km nơng dần phía Campuchia với mặt cắt ngang mặt nghiêng, sâu phía ĐG sơng Hậu nơng phía ĐG sơng Tiền Các kết mà chúng tơi vừa trình bày phù hợp với cấu trúc địa chất vùng nghiên cứu, điểm đóng góp bồn trũng Cần Thơ gồm vùng phía Bắc ĐG sơng Tiền, vùng chuyển tiếp ĐG sơng Tiền ĐG sơng Hậu vùng phía Nam ĐG sơng Hậu KẾT LUẬN Mặt móng trầm tích vùng ĐBSCL cho thấy ranh giới vùng nâng vùng trũng; đó, hai ĐG sơng Tiền sơng Hậu chia bồn trũng Cà Mau - Đồng Tháp thành ba vùng có cấu trúc địa chất khác KẾT LUẬN CỦA LUẬN ÁN Qua kết thu từ việc thực luận án với đề tài “Giải toán ngược trọng lực thuật toán memetic – Áp dụng phân tích tài liệu trọng lực vùng đồng sơng Cửu Long”, rút kết luận sau: 1- KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC - Về phƣơng pháp: Chúng tơi xây dựng thành cơng thuật tốn memetic - kết hợp GA phương pháp TKĐP Quasi - Newton, áp dụng thuật toán để giải BTNTL Thuật toán chưa thấy tác giả 20 nước sử dụng để giải BTNTL Trong thuật toán, hàm mục tiêu tổng sai số giá trị dị thường Φd(m) sai số “chuẩn” mô hình Φm(m) qua kết nối tham số chỉnh hóa Tikhonov βT : Φ(m) = Φd(m) + βT.Φm(m) (KL.1) Mơ hình sử dụng cho bồn trầm tích gồm tấm/khối chữ nhật thẳng đứng đặt liền kề (bài toán 2-D 3-D), có hiệu mật độ thay đổi theo độ sâu hàm parabôn:  ( z )   03 (  z ) (KL.2) Để tính tốn phải xác định tham số phương trình (KL.1) (KL.2) Bằng cách giải toán ngược mơ hình thuật tốn memetic chúng tơi xác định giá trị tối ưu tham số Tikhonov phương trình (KL.1) T = 0,05 cho toán 2-D T = 0,01 cho toán 3-D Với hệ số hàm hiệu mật độ phương trình (KL.2) tìm 0 = - 0,55 (g/cm3),   |0| = 0,55 (g/cm3) λ = - 0,2828 (g/cm3km) từ liệu giá trị hiệu mật độ cột địa tầng LK Cửu Long-1 (sâu 2,1 km) vùng ĐBSCL Phương pháp kiểm tra mơ hình, kết cho thấy sai số bình phương trung bình độ sâu khơng q 3% cho tốn 2-D 3-D; sai số bình phương trung bình liệu khơng q 14% cho trường hợp 2-D 20% cho trường hợp 3-D Với độ xác vừa nêu cho thấy phương pháp có độ xác tốt áp dụng để phân tích liệu thực tế Khuyết điểm phương pháp thời gian tính tốn lâu, khoảng 120 phút cho tốn 3-D có 16 x 16 = 256 khối chữ nhật 21 - Về thực nghiệm Vùng nghiên cứu vùng ĐBSCL, liệu đồ dị thường địa phương tính từ đồ Bughê, tỉ lệ 1/200.000 Vùng dị thường âm thuộc đới Cần Thơ rộng vượt q khả tính tốn thuật tốn memetic; đó, tồn vùng ĐBSCL, chúng tơi chọn năm dị thường để phân tích, dị thường có kích thước khơng q lớn, phù hợp cho việc giải toán ngược 3-D phương pháp memetic Đó dị thường Cà Mau (- mgal đến - 13 mgal), Bạc Liêu (- mgal đến - 17 mgal), An Giang (- mgal đến - 19 mgal), Đồng Tháp (- mgal đến - 12 mgal) Long An (- mgal đến - 11 mgal), dị thường ứng với lớp trầm tích dày vùng Kết phân tích 2-D 3-D cho năm dị thường trọng lực âm nêu thuật toán memetic cho thấy độ sâu cực đại phù hợp Độ sâu cực đại dị thường Cà Mau 0,9 km, Bạc Liêu 1,8 km, An Giang 1,9 km, Đồng Tháp Long An 0,9 km Kết phù hợp với độ sâu LK Long Xuyên nằm hai dị thường An Giang Đồng Tháp LK 29, LK 30 nằm rìa dị thường Đồng Tháp Phác họa cấu trúc mặt móng: Do hạn chế thuật giải memetic, sử dụng phương pháp P-O để phác họa mặt móng trầm tích cho vùng ĐBSCL, phương pháp cho giá trị trung bình, nên sử dụng kết để phác thảo việc phân chia vùng nơng sâu mặt móng trầm tích; giữ lại dạng đường đẳng sâu cho vùng nông (vùng dị thường dương) đưa kết phân tích 3-D năm dị thường đơn thuật toán memetic vào kết để hiệu chỉnh phác họa mặt móng trầm tích Kết cho thấy vùng ĐBSCL gồm ba vùng nâng phụ đới nâng Biên Hịa, đới Sóc Trăng đới Hịn Khoai Hà Tiên, đới có độ sâu từ 0,1 km đến 0,4 km; bồn trũng lớn bồn trũng Cần Thơ, chiếm hầu hết diện tích ĐBSCL, có độ sâu 22 từ 0,6 km đến 1,9 km Các phân chia phù hợp với đới cấu trúc địa chất có vùng Ngồi ra, từ mặt móng trầm tích phân tích hai ĐG sơng Hậu sông Tiền, chia đới Cần Thơ thành ba vùng có cấu trúc địa chất khác Vùng phía Nam ĐG sơng Hậu có ba dị thường, hai dị thường Cà Mau Bạc Liêu hợp chung tạo thành trũng Cà Mau – Phụng Hiệp dị thường An Giang; vùng móng trầm tích móng Mesozoi phủ lên lớp trầm tích thuộc hệ tầng Neogen hệ tầng Đệ tứ Vùng nằm ĐG sông Hậu ĐG sông Tiền vùng chuyển tiếp, mặt cắt ngang phía Tây nghiêng, sâu phía ĐG sơng Hậu nơng phía ĐG sơng Tiền vùng phía Bắc ĐG sơng Tiền gồm dị thường Đồng Tháp dị thường Long An hợp lại thành trũng, móng trầm tích móng Paleozoi phủ lên trầm tích mỏng từ Kainozoi đến Đệ tứ Các kết xem đóng góp luận án việc phân chia đới cấu trúc địa chất vùng ĐBSCL 2- HƢỚNG PHÁT TRIỂN Qua việc xây dựng thuật tốn memetic áp dụng giải BTNTL mơ hình liệu trọng lực vùng ĐBSCL cho thấy độ xác phương pháp tốt, địi hỏi thời gian tính lâu nhớ máy tính lớn Do đó, chúng tơi định hướng cho nghiên cứu sau: - Lựa chọn phương pháp TKĐP để kết hợp hợp lý với GA nhằm tăng tốc q trình hội tụ tốn - Xây dựng hàm mục tiêu thêm nhiều phần tử hơn, để đạt kết tốt - Xây dựng mơ hình phức tạp 23 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ [1] Lương Phước Toàn, Nguyễn Anh Hào, Bùi Thị Nhanh, Đặng ăn Liệt (2013): Giải toán ngược trọng lực dùng thuật giải di truyền, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Biển (Tạp chí Các Khoa học Về Trái Đất), 2013, 13(3A), tr 24-33 [2] Lương Phước Tồn, Đỗ Đăng Trình (2014): Xác định mặt móng kết tinh số dị thường trọng lực vùng đồng sông Cửu Long thuật giải di truyền nhị phân, Tạp chí Khoa học Đại Học Cần Thơ, 2014, 32A, tr 1-9 [3] Lương Phước Toàn, Đặng ăn Liệt (2015): Sử dụng thuật toán di truyền xác định bề dày bồn trầm tích 2-D với hiệu mật độ thay đổi theo hàm parabơn, Tạp chí Phát triển KH&CN - ĐHQG TP.HCM, 2015, 18(4), tr 36-46 [4] Lương Phước Tồn, Đỗ Đăng Trình (2016): Xác định bề dày bồn trầm tích 3-D có hiệu mật độ thay đổi theo độ sâu hàm parabôn, Proceedings, Publishing house for Science and Technology Ha Noi, 2016, ISBN: 978-604-913-232-2 [5] Toan L.P, Liet D.V.(2015): Using the memetic algorithm to determine the depths of sedimentary basins by 2-D gravity modeling, Lowland Technology International, 2015, 17(3): pp 167-178 [6] Toan L.P, Liet D.V (2016): Determining the optimal Tikhonov parameters for 2-D and 3-D gravity inverse problems, Proceedings, Publishing house for Science and Technology Ha Noi, 2016, ISBN: 978-604-913-499-9 24 ... án với đề tài ? ?Giải toán ngược trọng lực thuật toán memetic – Áp dụng phân tích tài liệu trọng lực vùng đồng sơng Cửu Long? ??, rút kết luận sau: 1- KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC - Về phƣơng pháp: Chúng tơi xây... tích số dị thường trọng lực 2-D Chương 5: Phân tích tài liệu trọng lực 3-D vùng ĐBSCL Chƣơng – TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN NGƢỢC TRỌNG LỰC Trong luận án này, giải BTNTL giới hạn... độ vùng ĐBSCL tính tham số Tikhonov tối ưu mơ hình cho toán 2-D 3-D thuật toán memetic kiểm tra độ xác phương pháp - Phân tích năm dị thường âm lớn bồn trầm tích Cà Mau – Đồng Tháp thuật toán memetic