2.1. Các phƣơng pháp phân tích tài liệu địa vật lý máy bay trong nƣớc và trên thế
2.1.1. Các phƣơng pháp phân tích tài liệu địa vật lý máy bay trên thế giới
và trên thế giới
2.1.1. Các phƣơng pháp phân tích tài liệu địa vật lý máy bay trên thế giới giới
Hiện nay trên thế giới, trong cơng tác phân tích tài liệu địa vật lý may bay để giải thích địa chất và dự báo triển vọng khoáng sản ngƣời ta sử dụng rất nhiều phƣơng pháp khác nhau, trong đó có các phƣơng pháp thơng kê- nhận dạng đƣợc áp dụng rộng rãi có hiệu quả hơn cả, và có thể chia chúng thành các nhóm phƣơng pháp chính sau.
a. Các phương pháp tách trường.
Sử dụng các phƣơng pháp tách trƣờng để phân chia các dị thƣờng là nội dung quan trọng trong phân tích tài liệu phổ gamma hàng khơng, nhằm khoanh định và dự đoán về diện phân bố của các đối tƣợng địa chất gây dị thƣờng. Dị thƣờng phổ gamma là một phần địa phƣơng của vỏ trái đất đƣợc khác biệt bởi sự không đồng nhất về địa chất và địa hóa, mà ở đó các trƣờng phóng xạ ghi đƣợc cao hơn mức phông, hoặc mối tƣơng quan giữa các thành phần trƣờng bị phá vỡ. Diện phân bố của các dị thƣờng này nói chung lớn hơn so với các dị thƣờng điểm đƣợc nêu ở mục 1.3.3, nó tƣơng ứng với diện phân bố của các đối tƣợng địa chất gây dị thƣờng.
Các phƣơng pháp tách trƣờng là những phƣơng pháp quen thuộc, đƣợc sử dụng rất rộng rãi và có hiệu quả trong phân tích các tài liệu địa vật lý nói chung. Trong phân tích tài liệu phổ gamma hàng khơng, do đặc tính phân bố ngẫu nhiên của các trƣờng phóng xạ ngƣời ta thƣờng sử dụng rỗng rãi hơn cả là các phƣơng pháp nhƣ: trung bình trƣợt, trung bình entropi, lọc phi tuyến, lọc tuyến tính, gradien.
Vấn đề quan trọng khi sử dụng các phƣơng pháp tách trƣờng để phân chia dị thƣờng phổ gamma hàng khơng là lựa chọn bán kính trung bình (kích thƣớc cửa sổ chạy) sao cho phù hợp với kích thƣớc của đối tƣợng gây dị thƣờng. Diện tích của cửa sổ chạy thƣờng đƣợc chọn lớn hơn 2 - 3 lần diện tích của dị thƣờng.
Những nghiên cứu theo hƣớng này đƣợc đề cập đến trong các cơng trình của Diordienco, của Ni-Ki-Tin và nhiều cơng trình của các tác giả khác [1,2].
b. Các phương pháp thống kê nhận dạng.
Các phƣơng pháp nhận dạng không những đƣợc ứng dụng rất có hiệu quả trong phân tích các số liệu địa chất, địa vật lý mà còn đƣợc áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác. Về nguyên lý, việc tìm kiếm các đối tƣợng tƣơng tự (đồng dạng) với các đối tƣợng mẫu đã biết thông qua các chủng loại thơng tin thu đƣợc trong q trình nghiên cứu, khảo sát, đều có thể xếp vào lớp các bài tốn nhận dạng. Các phƣơng pháp phân tích nhận dạng đặc biệt có hiệu quả khi tiến hành trên các cơ sở dữ liệu có các chủng loại thơng tin đa dạng, phong phú và tin cậy. Hiện nay có rất nhiều thuật tốn nhận dạng hiện đại, đƣợc tự động hóa bằng các hệ phần mềm mạnh, đƣợc áp dụng có hiệu quả trong phân tích tài liệu phổ gamma hàng không ở nhiều nƣớc trên thế giới. Đề cập đến hƣớng nghiên cứu này có rất nhiều cơng trình đã đƣợc cơng bố, theo đó các phƣơng pháp nhận dạng có thể chia thành 2 nhóm: nhóm các phƣơng pháp nhận dạng theo đối tƣợng chuẩn và nhóm các phƣơng pháp nhận dạng khơng có đối tƣợng chuẩn.
Các phƣơng pháp nhận dạng theo đối tƣợng chuẩn:
Trong các phƣơng pháp phân tích nhận dạng có đối tƣợng chuẩn thì việc quan trọng nhất là chọn đối tƣợng chuẩn, tiếp đến là chọn tập hợp các dấu hiệu dùng để phản ánh và nhận dạng các đối tƣợng. Tùy thuộc vào các mục đích nghiên cứu khác nhau mà việc lựa chọn các đối tƣợng chuẩn sẽ khác nhau. Với mục đích nhận biết và khoanh định ranh giới các thành tạo địa chất, đối tƣợng chuẩn đƣợc lựa chọn là
các “diện tích chuẩn” trên đó phân bố các thành tạo địa chất đặc trƣng tin cậy đã biết. Với mục đích tìm kiếm và dự báo triển vọng khoáng sản, đối tƣợng chuẩn đƣợc chọn là các diện tích chuẩn, đã biết về triển vọng khống sản (các đối tƣợng quặng và không quặng).
- Đối tƣợng quặng chuẩn đƣợc hiểu là một biểu hiện quặng bất kỳ mà các đặc tính địa chất – khống sản đã biết, nghĩa là đã có các dấu hiệu tin tƣởng về một loại khống sản nào đó.
- Đối tƣợng khơng quặng chuẩn là các đối tƣợng mà bằng các công việc tìm kiếm chi tiết trên mặt đất đã khẳng định là chúng khơng có biểu hiện quặng hóa.
Phần lớn các thuật toán nhận dạng trên cơ sở mô hình thống kê đối tƣợng chuẩn trong phân tích tài liệu phổ gamma thƣờng sử dụng các thông số nhƣ: Tỉ số sự thật L(x) và tổng lƣợng thông tin J(1:2,x)
Các phƣơng pháp nhận dạng khơng có đối tƣợng chuẩn theo nguyên lý tự điều chỉnh:
Trong điều kiện khi diện tích khảo sát chƣa đƣợc nghiên cứu kỹ và khơng có đƣợc các đối tƣợng chuẩn tin cậy ngƣời ta có thể sử dụng các phƣơng pháp nhận dạng khơng có mẫu theo ngun lý tự điều chỉnh để phát hiện và khoanh định các diện tích trƣờng dị thƣờng dựa trên một số dấu hiệu đã đƣợc chọn trƣớc theo nguyên tắc: xác suất nhỏ, tƣơng quan yếu và có tính trội của một ngun tố nào đó
Ngƣời ta đặc biệt quan tâm đến các diện tích dị thƣờng (có khả năng liên quan với các khoáng sản) đƣợc khoanh định theo các dấu hiệu nên trên khi có các đặc điểm nhƣ:
- Loại thƣờng gặp trong các lớp đất đá khác nhau nhƣng rất giống nhau. - Loại khơng điển hình cho lớp đất đá của nó hoặc trên tồn vùng.
Các phƣơng pháp nhận dạng khơng có mẫu theo nguyên lý tự điều chỉnh để đánh giá triển vọng khống sản nói chung đạt hiệu quả khơng cao, thƣờng chỉ có thể tham gia vào việc phát hiện và khoanh định các diện tích, dự báo là có thể có liên quan với khống sản [2].
c. Các phương pháp thống kê thực nghiệm.
Các phƣơng pháp thông kê thực nghiệm đƣợc thiết lập trên cơ sở các quan niệm lý thuyết, những kinh nghiệm thực tế, sự tự điều chỉnh để tìm kiếm lời giải đúng trong q trình phân tích. Bằng mơ hình tốn học và thơng qua chúng có thể phân chia các lớp dấu hiệu đối với các dị thƣờng quặng và không quặng [34]. Các thông số (đƣợc biểu diễn qua các biểu thức toán học) thƣờng đƣợc sử dụng đó là:
Các thơng số Dominal: Q trình phân bố lại các ngun tố phóng xạ nhất thiết sẽ làm cho ít nhất một nguyên tố đƣợc trội lên, và các thông số Dominal phản ánh đặc tính đó, chúng đƣợc biểu diễn theo cơng thức:
2 / ) 1 ( ) ( K Th x K Th q q e D (1.11) Trong đó: K K K K q q q / ) ( K - là độ lệch chuẩn của qK.
Biểu thức của DThU cũng đƣợc tính tƣơng tự.
Các hàm tƣơng quan: Các hàm tƣơng quan (trong đó có các hệ số tƣơng quan bậc 1 Rij) phản ánh mức độ quan hệ về đặc điểm phân bố của các trƣờng phóng xạ U, Th, K. Q trình phân bố lại các nguyên tố phóng xạ sẽ làm cho mối tƣơng quan bình thƣờng trƣớc đó giữa chúng bị phá vỡ, do vậy
các hàm tƣơng quan cũng là một dấu hiệu phản ánh đặc điểm phân bố cảu các trƣờng phóng xạ.
Các hàm xác suất thống kê phản ánh xác suất bắt gặp của các đặc tính phóng xạ nào đó (theo ngun tắc xác suất nhỏ). Về nguyên tắc, xác suất bắt gặp các dị thƣờng sẽ là rất nhỏ so với tồn diện tích khảo sát. Do vậy nếu lựa chọn đƣợc các dấu hiệu phản ánh thích hợp thì thơng qua chúng theo ngun tắc xác suất nhỏ ngƣời ta cũng có thể khoanh định các diện tích có đặc tính phân bố khơng bình thƣờng của các trƣờng phóng xạ.
Các tỉ số hàm lƣợng các nguyên tố: Ngƣời ta cũng thƣờng sử dụng các tỉ số hàm lƣợng nhƣ: qTh/qU, qTh/qK, (qU.qK)/qTh, (qU + qK)/ qTh làm các dấu hiệu để tìm hiểu về đặc điểm phân bố của các trƣờng phóng xạ.
Trong các đá khơng biến đổi của vỏ trái đất các tỉ số này thƣờng khá ổn định và chỉ thay đổi trong các dải khá hẹp. Ở những đới đá biến đổi, giá trị của các tỉ số này sẽ vƣợt ra khỏi các dải đó, do vậy thơng qua các dấu hiệu này cũng có thể khoanh định và dự báo các đới đá biến đổi.
Các phƣơng pháp thống kê thực nghiệm, thông qua các thơng số nói trên đƣợc áp dụng khá rỗng rãi và có hiệu quả trong phân tích tài liệu phổ gamma hàng không, đặc biệt là trong việc phát hiện và khoanh định các đới biến đổi có thể liên quan với khoáng sản.
d. Các phương pháp khác.
Ngồi một số phƣơng pháp phân tích mang tính chuyên dụng thƣờng đƣợc áp dụng trong phân tích tài liệu phổ gamma hàng khơng nhƣ đã trình bày ở trên, trong thực tế ngƣời ta còn sử dụng rất nhiều phƣơng pháp phân tích khác theo hƣớng khai thác và sử dụng triệt để thông tin nhƣ các phƣơng pháp đạo hàm, phƣơng pháp phân tích các thành phần chính, các phƣơng pháp phân tích bản đồ bóng, các phƣơng pháp chồng chập thông tin.
Hầu hết các phƣơng pháp nói trên ( bao gồm các phƣơng pháp tách trƣờng, các phƣơng pháp nhận dạng, các phƣơng pháp thống kê thực nghiệm v.v…) nói chung đều xử lý trên các số liệu liên tục theo tuyến hoặc theo diện, nghĩa là phân tích trên các bản đồ trƣờng (cƣờng độ bức xạ gamma, hàm lƣợng các nguyên tố phóng xạ U, Th, K).
Trên các điểm dị thƣờng đơn (Bản đồ phân bố các dị thƣờng phổ gamma hàng khơng) thƣờng chỉ có một số phƣơng pháp thống kê thực nghiệm đơn giản. Thông qua các tham số đặc trƣng riêng trên các điểm dị thƣờng nhƣ: ∆J, T(1/2), ∆Th/ ∆U, ∆U/ ∆K, Ji, F. v.v…, ngƣời ta xác lập mối quan hệ giữa các đặc điểm địa chất – khoáng sản với các đặc điểm xạ - địa hóa tƣơng ứng, từ đó làm cơ sở cho việc dự báo về triển vọng khoáng sản của chúng.
Tham gia đánh giá về mức độ triển vọng khoáng sản đối với các dị thƣờng đơn, ngoài một số tham số nhƣ: F, T(1/2)… ngƣời ta còn sử dụng tham số tích phân xác suất nhiều thành phần.: [4]. dxdydz e P B Sz z z Sy y y Sx x x 2 2 2 ( ) ( ) ) ( 3 ) 2 ( 1 (1.12)
Trong đó: x, y , z là các hàm lƣợng U, Th, K đã đƣợc chuẩn hóa. B: là diện phân bố của dị thƣờng đƣợc xác định theo kênh tổng.
Hiện nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ tin học, các phƣơng pháp xử lý và phân tích số liệu hiện đại ngày càng đƣợc ứng dụng rỗng rãi thay thế các phƣơng pháp thủ công, trực quan, định tính. Phần lớn các thuật tốn trình bày ở trên đều đã đƣợc tự động hóa với các hệ phần mềm mạnh, chuyên dụng. Đáng chú ý là Bộ chƣơng trình phân tích phổ - thống kê COSCAD do GS.VS. Ni-Ki-Tin đề xuất xây dựng và hệ phần mềm mạnh ERMAPPER [3,4,5].
2.1.2. Các phƣơng pháp phân tích tài liệu dịa vật lý may bay ở Việt Nam
Cơng tác phân tích tài liệu địa vật lý hàng khơng ở nƣớc ta trong những năm gần đây cũng đã có đƣợc những bƣớc tiến đáng kể. Trong tổ hợp các phƣơng pháp phân tích tài liệu đang đƣợc sử dụng trong các đề án bay đo ngồi một số phƣơng pháp định tính với các thuật toán tƣơng đối đơn giản căn cứ trực tiếp vào đặc điểm hình thái của các bản đồ trƣờng thì một số phƣơng pháp phân tích hiện đại nhƣ: Dominal,tƣơng quan,nhận dạng v.v..cũng đã đƣợc đƣa vào áp dụng.
Thông qua các đề tài nghiên cứu, một số tập thể tác giả cũng đã tiến hành những nghiên cứu, phân tích thử nghiệm trên các tài liệu thực tế bằng nhiều phƣơng pháp khác nhau, đặc biệt là nhóm các phƣơng pháp thống kê- nhận dạng và đã thu đƣợc những kết quả tốt. Đóng góp vào hƣớng nghiên cứu này có thể kể đến các cơng trình của các tác giả nhƣ: PGS.TSKH. Tăng Mƣời, TS. Nguyễn Tài Thinh, GS.TS. Lê Khánh Phồn, PGS.TS.Võ Thanh Quỳnh, TS. Vũ Thu Hƣơng, TS. Nguyễn Thế Hùng, TS. Nguyễn Tuấn Phong và của nhiều nhà khoa học khác.
Trong các cơng trình trên các tác giả đã sử dụng một số phần mềm đƣợc xây dựng trong nƣớc, đồng thời khai thác một số phƣơng pháp trong hệ chƣơng trình phân tích phổ - thống kê COSCAD và hệ chƣơng trình ERMAPPER.
Tuy nhiên, những nghiên cứu theo hƣớng này thƣờng mới chỉ thu đƣợc kết quả tốt với mục đích nghiên cứu cấu trúc, phục vụ cơng tác lập bản đồ; cịn với mục đích tìm kiếm và dự báo triển vọng khống sản thì các kết quả thu đƣợc cịn hạn chế. Nhìn chung các kết quả nghiên cứu đạt đƣợc nói trên vẫn cịn manh mún, thơng qua việc áp dụng, phát triển, hoàn thiện một số phƣơng pháp nhận dạng riêng lẻ; chƣa có đƣợc một phƣơng pháp, hệ phân tích các tài liệu địa vật lý hàng khơng hồn chỉnh trong giải đốn địa chất, tìm kiếm và dự báo triển vọng khống sản [4,5].
2.2. Hoàn thiện và mở rộng phạm vi áp dụng phƣơng pháp Khoảng cách-Tần suất-Nhận dạng trong xử lý-phân tích số liệu địa vật lý
Phƣơng pháp Khoảng cách-Tần suất-Nhận dạng cùng với phƣơng pháp Tần suất-Nhận dạng là hai phƣơng pháp phân tích nhận dạng mới, đã đƣợc áp dụng bƣớc đầu có hiệu quả trong xử lí-phân tích tài liệu phổ gamma hàng khơng, phục vụ tìm kiếm và dự báo triển vọng khống sản. Tuy nhiên, cũng nhƣ phƣơng pháp Tần suất-Nhận dạng trƣớc đây, phƣơng pháp Khoảng cách-Tần suất-Nhận dạng hiện nay cũng tồn tại một hạn chế khá lớn, cần đƣợc nghiên cứu khắc phục. Đó là: Phƣơng pháp Khoảng cách-Tần suất-Nhận dạng hiện mới chỉ đƣa ra đƣợc thuật tốn phân tích đối sánh, xác định mức độ đồng dạng của đối tƣợng đối sánh so với đối tƣợng mẫu, làm cơ sở cho việc đánh giá, dự báo mức độ triển vọng của chúng, khi đối tƣợng đối sánh đã biết, chƣa giải quyết đƣợc nhiệm vụ tìm kiếm, phát hiện, khoanh định ranh giới các đối tƣợng đồng dạng cũng nhƣ mức độ đồng dạng của chúng khi chƣa biết trƣớc các đối tƣợng đối sánh, một nội dung quan trọng đối với các phƣơng pháp phân tích nhận dạng nói chung. Phƣơng pháp này cũng chỉ mới áp dụng có hiệu quả đối với tài liệu dị thƣờng phổ gamma hàng không mà chƣa đƣợc mở rộng cho các dạng tài liệu địa vật lý khác, kể cả tài liệu từ hàng khơng. Luận văn này trình bày kết quả nghiên cứu, hoàn thiện nội dung của phƣơng pháp, bằng việc mở rộng thuật toán cho cả trƣờng hợp biết trƣớc đối tƣợng đối sánh và trƣờng hợp chƣa biết trƣớc đối tƣợng đối sánh, cùng với việc xây dựng phần mềm xử lí trên máy tính tƣơng ứng. Chƣơng trình mới mang tên QKCM. Chƣơng trình mới này đã đƣợc áp dụng phân tích thử nghiệm đối với tài liệu địa vật lý hàng không (bao gồm cả tài liệu từ và tài liệu phổ gamma) trên một số diện tích bay đo cho kết quả tốt. Hi vọng với việc hoàn thiện phƣơng pháp nhận dạng mới: Phương pháp Khoảng cách-Tần suất-Nhận dạng có thể đƣa vào áp dụng thực tế, góp phần đẩy nhanh và nâng cao chất lƣợng của cơng tác xử lí - phân tích tài liệu địa vật lý hàng khơng, một nguồn tài liệu hết sức phong phú ở nƣớc ta hiện nay, phục vụ cơng tác tìm kiếm và dự báo triển vong khoáng sản [9,11].