Phƣơng pháp này do PGS.TS Võ Thanh Quỳnh đề xuất xây dựng năm 2007, và nhóm tác giả Võ Thanh Quỳnh, Nguyễn Xuân Bình, Nguyễn Đức Vinh nghiên cứu hồn thiện và cơng bố năm 2011. Nội dung chính của phƣơng pháp là trên cơ sở ứng dụng phƣơng pháp phân tích tần suất trong tổ hợp số liệu thống kê cũng nhƣ xây dựng thuật tốn phân tích, đối sánh, xác định đối tƣợng đồng dạng.
2.3.1. Phƣơng pháp phân tích tần suất
Phƣơng pháp phân tích tần suất với việc sử dụng tần suất trung bình của sự xuất hiện đồng thời các dấu hiệu do Griffths -Vinni đƣa ra tiến hành trên một loại đối tƣợng mẫu có nội dung tóm tắt nhƣ sau:
Giả sử ta có đối tƣợng nghiên cứu với k loại dấu hiệu, mỗi dấu hiệu có n số liệu đã biết. Khi đó ta có ma trận thơng tin các dấu hiệu của đối tƣợng mẫu nhƣ sau:
nk n n k k dt j i ...... ......... .......... ...... ...... 2 1 2 22 21 1 12 11 , (2.9) Trong đó:
k là số các tính chất của ma trận thông tin n là số lƣợng mẫu của mỗi loại thông tin
Mỗi phần tử ij của ma trận đƣợc biểu diễn bằng các khái niệm logic: “yes” hoặc “no” hoặc bằng các số 1 hoặc 0.
Theo Griffths-Vinni, lƣợng thông tin tƣơng đối của dấu hiệu thứ “i” đƣợc xác định theo công thức: 2 1 1 k k j n h hj hi i k n I (2.10)
Nếu sắp xếp các dấu hiệu của đối tƣợng theo thứ tự giảm dần của lƣợng thông tin tƣơng đối, ta sẽ đƣợc tập mới là *
i
I . Khi đó tỷ trọng thơng tin của tổng m dấu hiệu đầu tính theo tỉ lệ % trong tổng thông tin của tất cả k dấu hiệu đƣợc tính bằng: % 100 1 * 1 * 2 2 k i i m i i m I I P (2.11)
Tỷ trọng thông tin Pm là giá trị biểu hiện chất lƣợng của m tính chất lựa chọn trong k tính chất ban đầu. Theo nhƣ thuật toán này khi ta lựa chọn trƣớc một giá trị tỷ trọng thơng tin thì tƣơng ứng ta có thể tính tốn đƣợc m thơng tin tƣơng ứng. Nhƣ vậy thuật toán cho phép đánh giá chất lƣợng của từng loại thông tin và lựa chọn tập hợp chủng loại thơng tin có giá trị cao phục vụ các mục đích nghiên cứu.
2.3.2. Nội dung phƣơng pháp Tần suất - Nhận dạng
Lý thuyết của phƣơng pháp phân tích tần suất ở trên là một cơ sở để lựa chọn các tính chất tốt một cách định lƣợng. Nhƣ đã trình bày trong chƣơng 1, tổ hợp số liệu địa vật lý là tập hợp của các tính chất có chất lƣợng khác nhau. Và khi ứng dụng phƣơng pháp phân tích tần suất trong việc tìm một tổ hợp tính chất tốt phục vụ mục tiêu nhận dạng đối tƣợng là hiệu quả và có tính định lƣợng. Phương pháp Tần
suất – Nhận dạng là một phương pháp nhận dạng trong xử lý số liệu địa vật lý do PGS. TS. Võ Thanh Quỳnh đề xuất trên cơ sở ứng dụng phương pháp phân tích tần suất trong tổ hợp số liệu thống kê cũng như xây dựng thuật tốn phân tích, đối sánh, xác định đối tượng đồng dạng (kết quả đề tài QG06.16).
Các nội dung của phƣơng pháp tần suất nhận dạng gồm có 3 nội dung chính sau:
- Xây dựng ma trận thông tin của đối tƣợng mẫu. - Đánh giá, lựa chọn tổ hợp thông tin.
a, Xây dựng ma trận thông tin đối tƣợng mẫu
Đây là một nội dung rất quan trọng ảnh hƣởng tới kết quả phân tích của thuật tốn Griffths –Vinni, trƣớc hết cần có ma trận thông tin của đối tƣợng mẫu. Ma trận thông tin của đối tƣợng mẫu trong phƣơng pháp phân tích tần suất đƣợc xây dựng nhƣ sau:
Từ tập hợp số liệu của các chủng loại thông tin của đối tƣợng mẫu xây dựng các đƣờng cong biến phân (đƣờng cong mật độ phân bố). Từ các đƣờng cong biến phân xác định khoảng giá trị đặc trƣng cho từng tham số. Sau khi có đƣợc các khoảng giá trị đặc trƣng, dùng nó làm “cửa sổ quét” để tạo ra các đơn vị thông tin cho từng chủng loại thông tin của từng phần tử. Đối với mỗi phần tử của mỗi chủng loại thơng tin, nếu nó nằm trong khoảng giá trị đặc trƣng sẽ nhận giá trị là 1, nằm ngoài sẽ nhận giá trị là 0. Bằng cách này sẽ chuyển đƣợc một ma trận thông tin với các số liệu địa chất, địa vật lý bất kì về ma trận thông tin chuẩn theo yêu cầu của thuật toán với các phân tử là các giá trị 1 hoặc 0.
b, Đánh giá lựa chọn tổ hợp thông tin
Để tiến hành phân tích đối sánh, xác định các đối tƣợng đồng dạng, trƣớc hết cần đánh giá lựa chọn tổ hợp thơng tin có chất lƣợng cao từ tập hợp tất cả các chủng loại thơng tin có đƣợc về đối tƣợng nghiên cứu.
Nội dung này đƣợc thực hiện theo đúng phƣơng pháp phân tích tần suất nhƣ đã trình bày ở mục 2.1. Số lƣợng chủng loại thông tin m đƣợc lựa chọn tùy thuộc vào giá trị ngƣỡng của Pm cho trƣớc (ví dụ Pm ≥75%).
c, Phân tích đối sánh xác định các đối tƣợng đồng dạng
Phân tích đối sánh, xác định đối tƣợng đồng dạng là nội dung chính của một thuật toán nhận dạng.
Các đối tƣợng cần đối sánh với đối tƣợng mẫu để xem nó có đồng dạng với đối tƣợng mẫu hay không đƣợc thực hiện nhƣ sau:
- Xây dựng ma trận thông tin cho đối tƣợng đối sánh tƣơng tự nhƣ đối với đối tƣợng mẫu thơng qua các khoảng giá trị đặc trƣng của chính đối tƣợng mẫu.
- Tiến hành đánh giá tỷ trọng thơng tin cho tất cả các tính chất của đối tƣợng đối sánh bằng phƣơng pháp phân tích tần suất nhƣ trên.
- Tính tỷ trọng thơng tin của tổ hợp thơng tin đã đƣợc lựa chọn của đối tƣợng mẫu cho đối tƣợng đối sánh. Có thể xem giá trị này tƣơng tự hệ số đồng dạng, ta gọi nó là chỉ số đồng dạng, kí hiệu P*
m.
Đối tƣợng đối sánh đƣợc xem là đồng dạng với đối tƣợng mẫu khi P*
m có giá trị đạt mức quy định nào đó.
CHƢƠNG 3
ÁP DỤNG MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP TIẾN HÀNH PHÂN TÍCH THỬ NGHIỆM TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ MÁY BAY.
Trên cơ sở nghiên cứu khả năng ứng dụng của các phƣơng pháp trong xử lý phân tích tài liệu phổ gamma hàng khơng đƣợc trình bày ở chƣơng 2, học viên đã định hƣớng chọn 2 phƣơng pháp đó là ; Phƣơng pháp phân tích hệ số tƣơng quan và Phƣơng pháp Tần suất – Nhận dạng để tiến hành phân tích thử nghiệm với số liệu thực tế và kết hợp đối sánh với các nghiên cứu trƣớc đó nhằm mục tiêu đánh giá hiệu quả của các phƣơng pháp lựa chọn.
3.1. Giới thiệu khu vực nghiên cứu
3.1.1. Vị trí địa lý
Khu vực nghiên cứu là vùng đông nam thành phố Nha Trang và bao gồm 3 xã thuộc huyện Diên Khánh, 5 xã thuộc huyện Cam Lâm tỉnh Khánh Hoà, với diện tích khoảng 250 km2. Địa hình chủ yếu là đồng bằng chuyển tiếp và các khối núi cao, phía Bắc bị ngăn cách bởi sơng Cửa Cái, phía đơng giáp với Biển Đơng, phía tây giáp huyện Diên Khánh, phía Nam giáp huyện Cam Lâm.
3.1.2. Tài liệu Địa vật lý máy bay khu vực nghiên cứu
Trên cơ sở tìm hiểu về phƣơng pháp áp dụng, lựa chọn khu vực nghiên cứu để tài thu thập thông tin dữ liệu phục vụ cho cơng tác phân tích thử nghiệm số liệu đo đạc trên khu vực đƣợc chọn bao gồm các bản đồ hàm lƣợng các thành phần cần xác định, kết hợp thu thập dữ liệu đối sánh với kết quả phân tích.
3.1.2.1. Tài liệu gốc
Hình 3.4: Bản đồ hàm lƣợng Kali
3.1.2.2. Các tham số trung gian
Từ số liệu gốc thu thập đƣợc về trƣờng xạ của khu vực. Học viên thực hiện tính tốn ra các tham số trung gian quan trọng (phụ lục kèm theo) nhằm sử dụng các tham số này kết hợp với các tài liệu gốc đã có để sử dụng làm tài liệu phân tích và xử lý.
Các tham số trung gian đƣợc tính tốn bao gồm: - Chỉ số F = U.Th/K
- Tham số U/Th - Tham số Th/K - Tham số U/K
- Và các tham số U/Tc, Th/Tc, K/Tc (Liều lƣợng phần trăm trên kênh tổng).
3.1.2.3. Tài liệu đối sánh
Xử lý tổ hợp số liệu Địa vật lý máy bay là một quá trình phức tạp phụ thuộc vào mục đích đối tƣợng nghiên cứu và các dạng số liệu khác nhau. Một cách khái quát có thể phân chia quá trình này theo các bƣớc cơ bản sau đây:
- Xây dựng mơ hình và xác định phƣơng pháp nhận dạng. - Ƣớc lƣợng các đặc trƣng thống kê.
- Chọn thuật tốn xử lý và thực hiện q trình xử lý. - Định nghiệm về sự tồn tại của các đối tƣợng. - Đánh giá chất lƣợng xử lý.
Với khu vực nghiên cứu, Theo đề án bay đo từ phổ gamma tỷ lệ 1/50.000 và đo vẽ trọng lực tỷ lệ 1/100.000 vùng Phan Rang – Nha Trang trong đó q trình nhận dạng theo mẫu chuẩn đƣợc thực hiện với 6 đối tƣợng mẫu để tiến hành nhận dạng theo bộ chƣơng trình phân tích thống kê CODCAD.
Dƣới đây là kết quả nhận dạng tại khu vực lựa chọn theo mẫu 2, đƣợc dùng để đối sánh với kết quả của q trình phân tích thử nghiệm.
Hình 3.6: Kết quả phân tích nhận dạng theo mẫu theo đề án bay đo khu vực nghiên cứu Từ kết quả phân tích nhận dạng cho khu vực, kết hợp với các thông tin về các dị thƣờng, đặc điểm biến đổi trƣờng xạ, kết quả kiểm tra mặt đất… từ đó thực hiện phân vùng triển vọng khoáng sản cho khu vực.
Dƣới đây là kết quả khoanh vùng triển vọng khoáng sản của đề án bay đo cho khu vực nghiên cứu. Trong đó, có chứa các đới triển vọng theo phân cấp khác nhau. Ở đây, theo đề án có một vùng triển vọng khoáng sản đƣợc đặt tên là vùng Núi Go.B với 3 khoảng sản triển vọng chính là Au, Sunfur và Sn.
Hình 3.7: Kết quả khoanh định đới triển vọng khoáng sản theo đề án bay đo
3.2. Lựa chọn phƣơng pháp
Trên cơ sở tìm hiểu về nội dung và khả năng ứng dụng của các phƣơng pháp phân tích - xử lý tài liệu đƣợc nêu ở trên, học viên tiến hành sử dụng hai phƣơng pháp phân tích tài liệu đó là phương pháp hệ số tương quan và phương pháp phân
tích tần suất nhận dạng. Với mục tiêu thực hiện phân tích thử nghiệm hai phƣơng
pháp này với số liệu thực tế thu thập đƣợc để tìm hiểu về khả năng ứng dụng của mỗi phƣơng pháp và tìm hiểu sâu hơn các phƣơng pháp này.
3.2.1. Phương pháp Hệ số tương quan và chương trình phân tích hệ số tương
quan
Phƣơng pháp hệ số tƣơng quan có khả năng ứng dụng cao trong các mục tiêu sau:
- Sử dụng hệ số tƣơng quan trong đánh giá phân loại cụm dị thƣờng
- Sử dụng phƣơng pháp hệ số tƣơng quan nhằm phân chia thành tạo địa chất và phân vùng triển vọng khoáng sản.
Học viên sử dụng chƣơng trình phân tích hệ số tƣơng quan do Ths Nguyễn Viết Đạt và NNC thành lập để thực hiện phân tích thử nghiệm. Nội dung của chƣơng trình đƣợc trình bày trong sơ đồ khối dƣới đây;
Hình 3.8: Sơ đồ khối chƣơng trình Phân tích hệ số tƣơng quan
Với chƣơng trình này có thể thực hiện theo hai nội dung phân tích hệ số tƣơng quan khác nhau.
Thứ nhất: thực hiện phân tích với các đối tƣợng có sẵn. Ở đây, chƣơng trình sẽ thực hiện tính hệ số tƣơng quan của các cụm dị thƣờng và đƣa ra mối tƣơng quan hàm lƣợng của các nguyên tố phóng xạ. Từ đó, ta có đƣợc các nhận định về đặc điểm của các cụm dị thƣờng đƣợc phân tích.
Thứ hai: Chƣơng trình thực hiện phân tích hệ số tƣơng quan trên tồn diện tích nghiên cứu nhằm đƣa ra 3 lớp dữ liệu mới là hệ số tƣơng quan hàm lƣợng trên tồn diện tích từ đó cung cấp thơng tin để khoanh định các đới biến đổi trƣờng xạ địa hóa. Nhằm mục tiêu phục vụ cho cơng tác tìm kiếm khoanh định các vùng có tiềm năng triển vọng đặc biệt là bài toán xác định ranh giới biên của các đới, vùng triển vọng.
3.2.2. Phương pháp Tần suất – Nhận dạng và chương trình phân tích.
Phƣơng pháp phân tích Tần xuất-Nhận dạng đƣợc PGS.TS Võ Thanh Quỳnh đề xuất nhằm mục tiêu ban đầu là thực hiện nhận dạng các đối tƣợng chƣa biết theo các mẫu chuẩn. về sau, phƣơng pháp dần đƣợc nghiên cứu hoàn thiện để thực hiện khả năng nhận dạng hiệu quả hơn nhằm khai thác tốt hơn các tài liệu địa vật lý hàng không.
Phƣơng pháp này đƣợc thực hiện theo hai hƣớng nhƣ sau:
- Có các đối tƣợng và sử dụng đối tƣợng mẫu để đối sánh với các đối tƣợng này thông qua chỉ số đồng dạng. Kết quả nhận dạng là xác định đƣợc những đối tƣợng đồng dạng với đối tƣợng mẫu và mức độ đồng dạng là bao nhiêu. - Theo hƣớng phân tích thứ 2, phƣơng pháp thực hiện phân tích trên 1 diện
tích nghiên cứu có đối tƣợng mẫu và chƣa biết các đối tƣợng đối sánh. Sử dụng phƣơng pháp sẽ khoanh định đƣợc các vùng (đối tƣợng) có mức độ đồng dạng nhất định đối với mỗi đối tƣợng mẫu.
Dƣới đây là sơ đồ khối của chƣơng trình phân tích Tần xuất-Nhận dạng. Trong đó có 2 nội dung có thể thực hiện và tùy thuộc và mục tiêu phân tích để tiến hành lựa chọn cụ thể.
Hình 3.9: Sơ đồ khối chƣơng trình ứng dụng Phƣơng pháp Tần suất – Nhận dạng Từ số liệu đầu vào bao gồm: số liệu của đối tƣợng mẫu và số liệu của vùng nghiên cứu hoặc của các đối tƣợng cần đối sánh. Chƣơng trình sẽ tính tốn với 2 nội dung chính là thực hiện tính tốn trên đối tƣợng mẫu và từ các kết quả phân tích đối tƣợng mẫu tiến hành đối sánh hoặc phân vùng tuỳ thuộc vào dạng dữ liệu đầu vào của những đối tƣợng cần xác định.
3.3. Thực hiện phân tích thử nghiệm với khu vực Diên Khánh và Cam Lâm
tỉnh Khánh Hoà
3.3.1. Phân tích Hệ số tương quan
Từ số liệu thu thập và tính tốn đƣợc trình bày trong mục 3.1. Học viên thực hiện phƣơng pháp hệ số tƣơng quan cho khu vực 3 xã thuộc huyện Diên Khánh, 5 xã thuộc huyện Cam Lâm tỉnh Khánh Hoà. Theo các nội dung chi tiết của phƣơng pháp đƣợc trình bày trong mục 3.2.2.
Dùng chƣơng trình phân tích hệ số tƣơng quan tiến hành phân tích theo trƣờng hợp thứ 2 của chƣơng trình (phƣơng án khoanh định chƣa biết đối tƣợng đối
sánh). Số liệu đầu vào đƣợc sử dụng là Hàm lƣợng U, Th, K của khu vực (chi tiết phụ lục) sau q trình phân tích đƣa ra kết quả cho khu vực nhƣ sau:
Bảng 3.1: Kết quả phân tích theo phƣơng pháp Hệ số tƣơng quan
STT Tọa độ X Tọa độ Y Kết quả HSTQ RU/Th Kết quả HSTQ RU/Th Kết quả HSTQ RU/Th 1 109.035 12.2561 0.579 0.613 0.543 2 109.035 12.2561 0.702 0.825 0.414 3 109.036 12.2561 0.578 0.864 0.45 4 109.036 12.2561 0.698 0.807 0.726 5 109.037 12.2561 0.611 0.815 0.653 6 109.037 12.2561 0.67 0.819 0.601 7 109.038 12.2561 0.602 0.508 0.78 8 109.038 12.2561 0.61 0.861 0.444 9 109.039 12.2561 0.544 0.53 0.445 10 109.039 12.2561 0.747 0.782 0.457 11 109.04 12.2561 0.72 0.562 0.543 12 109.04 12.2561 0.546 0.799 0.436 13 109.041 12.2561 0.627 0.618 0.646 14 109.041 12.2561 0.703 0.595 0.51 15 109.042 12.2561 0.602 0.536 0.686 16 109.042 12.2561 0.606 0.723 0.79 17 109.043 12.2561 0.536 0.585 0.475 18 109.043 12.2561 0.691 0.757 0.534