Luận văn Nghiên cứu áp dụng một số phương pháp phân tích tài liệu địa vật lý máy bay trong tìm kiếm, dự báo triển vọng khoáng sản

Nội dung tài liệu: Luận văn Nghiên cứu áp dụng một số phương pháp phân tích tài liệu địa vật lý máy bay trong tìm kiếm, dự báo triển vọng khoáng sản

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------- Thái Hoàng Đan NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ MÁY BAY TRONG TÌM KIẾM, DỰ BÁO TRIỂN VỌNG KHOÁNG SẢN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2015
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------- Thái Hoàng Đan NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ MÁY BAY TRONG TÌM KIẾM, DỰ BÁO TRIỂN VỌNG KHOÁNG SẢN Chuyên ngành: Vật lý địa cầu Mã số: 60440111 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. VÕ THANH QUỲNH Hà Nội - 2015
3. MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ TỔ HỢP SỐ LIỆU ĐỊA VẬT LÝ ......... 3 1.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ TỔ HỢP SỐ LIỆU ĐỊA VẬT LÝ ...................... 3 1.2. CÁC THUẬT TOÁN NHẬN DẠNG .................................................................. 7 1.2.1. Các thuật toán nhận dạng có mẫu chuẩn.......................................................... 7 1.2.2. Các thuật toán nhận dạng không có mẫu chuẩn. ............................................ 11 CHƢƠNG 2 CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ MÁY BAY TRONG TÌM KIẾM VÀ DỰ BÁO TRIỂN VỌNG KHOÁNG SẢN .. ................................................................................................................................... 13 2.1. CÁC BƢỚC PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ MÁY BAY TRONG TÌM KIẾM VÀ DỰ BÁO TRIỂN VỌNG KHOÁNG SẢN ............................................. 13 2.2. PHƢƠNG PHÁP HỆ SỐ TƢƠNG QUAN ....................................................... 14 2.2.1. Cơ sở áp dụng phương pháp hệ số tương quan .............................................. 17 2.2.2. Ứng dụng phương pháp hệ số tương quan trong đánh giá phân loại cụm dị thường .................................................................................................................. 18 2.2.3. Ứng dụng phương pháp trong dự báo triển vọng khoáng sản ........................ 24 2.3. PHƢƠNG PHÁP TẦN SUẤT - NHẬN DẠNG ............................................... 25 2.3.1. Phương pháp phân tích tần suất ..................................................................... 25 2.3.2.Nội dung phương pháp Tần suất - Nhận dạng ................................................. 26 CHƢƠNG 3 ÁP DỤNG MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP TIẾN HÀNH PHÂN TÍCH THỬ NGHIỆM TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ MÁY BAY ......................................... 29 3.1. Giới thiệu khu vực nghiên cứu .......................................................................... 29 3.1.1. Vị trí địa lý ....................................................................................................... 29 3.1.2. Tài liệu Địa vật lý máy bay khu vực nghiên cứu ............................................. 30 3.2. Lựa chọn phƣơng pháp ...................................................................................... 34
4. 3.2.1. phương pháp Hệ số tương quan và chương trình phân tích hệ số tương quan .. ....................................................................................................................................... ................................................................................................................................... 34 3.2.2. Phương pháp Tần suất – Nhận dạng và chương trình phân tích. ................... 36 3.3. Thực hiện phân tích thử nghiệm với khu vực Diên Khánh và Cam Lâm tỉnh Khánh Hoà................................................................................................................. 37 3.3.1. Phân tích Hệ số tương quan ............................................................................ 37 3.3.2. Phần tích Tần suất – Nhận dạng ..................................................................... 39 3.4. Kết quả và nhận định ......................................................................................... 44 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 48 PHỤ LỤC ................................................................................................................. 50
5. DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Các đặc điểm của hệ số tƣơng quan R ...................................................... 17 Bảng 2.2: Các mức mã hóa theo T(1/2) .................................................................... 19 Bảng 2.3: Các mức mã hóa theo ∆J .......................................................................... 19 Bảng 2.4: Các mức mã hóa theo cƣờng độ bức xạ tƣơng đối ................................... 20 Bảng 2.5: Các mức mã hóa theo Tỉ số ∆Th/∆U ........................................................ 20 Bảng 2.6: Các mức mã hóa theo Tỉ số ∆U/∆K ......................................................... 21 Bảng 2.7: Các mức mã hóa theo chỉ số nhiều thành phần ........................................ 21 Bảng 2.8: Các nhóm bản chất phóng xạ của dị thƣờng phổ gamma ......................... 21 Bảng 3.1: Kết quả phân tích theo phƣơng pháp Hệ số tƣơng quan .......................... 38 Bảng 3.2: Số liệu đối tƣợng mẫu Trà Năng .............................................................. 40 Bảng 3.3: Số liệu đối tƣợng mẫu Ma Ty Du Long ................................................... 41 Bảng 3.4: Bảng kết quả phân tích theo phƣơng pháp Tần suất – nhận dạng ............ 42
6. DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Đồ thị phân tán của biến Y đối với biến X ............................................... 15 Hình 3.1: Bản đồ khu vực nghiên cứu ...................................................................... 29 Hình 3.2: Bản đồ hàm lƣợng Uran ............................................................................ 30 Hình 3.3: Bản đồ hàm lƣợng Thori ........................................................................... 30 Hình 3.4: Bản đồ hàm lƣợng Kali ............................................................................. 31 Hình 3.5: Bản đồ hàm lƣợng kênh tổng .................................................................... 31 Hình 3.6: Kết quả phân tích nhận dạng theo mẫu theo đề án bay đo khu vực nghiên cứu ................................................................................................................................... 33 Hình 3.7: Kết quả khoanh định đới triển vọng khoáng sản theo đề án bay đo ......... 34 Hình 3.8: Sơ đồ khối chƣơng trình Phân tích hệ số tƣơng quan ............................... 35 Hình 3.9: Sơ đồ khối chƣơng trình ứng dụng Phƣơng pháp Tần suất – Nhận dạng . 37 Hình 3.10: Sơ đồ đới biến đổi trƣờng xạ theo phƣơng pháp hệ số tƣơng quan ........ 39 Hình 3.11: Sơ đồ kết quả nhận dạng theo phƣơng pháp Tần suất – Nhận dạng theo mẫu Trà Năng ............................................................................................................ 43 Hình 3.12: Sơ đồ kết quả nhận dạng theo phƣơng pháp Tần suất – Nhận dạng theo mẫu Ma Ty Du Long ................................................................................................. 43 Hình 3.13: So sánh kết quả theo phƣơng pháp Hệ số tƣơng quan ............................ 44 Hình 3.14: So sánh kết quả theo phƣơng pháp Tần suất – nhận dạng ...................... 45
7. MỞ ĐẦU Công tác đo bay địa vật lý tỷ lệ lớn (từ - phổ gamma hàng không) ở nƣớc ta đƣợc đẩy mạnh và phát triển trong khoảng 30 năm trở lại đây. Những kết quả đạt đƣợc trong thời gian qua đã khẳng định vai trò và hiệu quả to lớn của công tác địa vật lý máy bay trong việc tham gia giải quyết nhiều nhiệm vụ địa chất quan trọng, đặc biệt là trong việc tìm kiếm và thăm dò khoáng sản có ích. Tuy nhiên, trong thực tế công tác địa vật lý máy bay cũng bộc lộ một số hạn chế, chủ yếu là ở khâu xử lý và phân tích tài liệu, cần đƣợc đầu tƣ nghiên cứu khắc phục, nhằm không ngừng nâng cao hiệu quả của phƣơng pháp. Hiện nay, trong địa vật lý có rất nhiều phƣơng pháp mới, đƣợc tự động hóa bằng các hệ phần mềm chuyên dụng mạnh, đáng chú ý có bộ chƣơng trình phân tích phổ - thống kê do GS.VS. Nikitin cùng các đồng sự xây dựng. Công tác xử lý số liệu ở Việt Nam trong thời gian qua đã đạt đƣợc những kết quả đáng kể. Bên cạnh ứng dụng bộ chƣơng trình xử lý thống kê Codcad thì các nhà địa vật lý Việt Nam đã nghiên cứu và đƣa vào ứng dụng một số phƣơng pháp xử lý phân tích mới nhằm nâng cao hiệu quả của công tác xử lý số liệu Xuất phát từ những cơ sở trên, học viên chọn hƣớng nghiên cứu là: “ Nghiên cứu áp dụng một số phương pháp phân tích tài liệu địa vật lý máy bay trong tìm kiếm, dự báo triển vọng khoáng sản”. Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu một số phƣơng pháp phân tích và khả năng ứng dụng của phƣơng pháp trong xử lý phân tích số liệu phổ gamma hàng không. Lựa chọn phƣơng pháp để tiến hành phân tích thử nghiệm trên số liệu thực tế từ đó đánh giá hiệu quả ứng dụng phƣơng pháp trong xử lý số liệu địa vật lý hàng không. Các nội dung nghiên cứu: Tìm hiểu tổng quan về phân tích và xử lý tổ hợp các tài liệu địa vật lý. Nghiên cứu một số phƣơng pháp và khả năng ứng dụng trong xử lý phân tích số liệu phổ gamma hàng không. Lựa chọn phƣơng pháp áp dụng tiến hành phân tích thử nghiệm tài liệu thực tế 1
8. vùng Đông nam thành phố Nha Trang và khu vực lân cận. Đánh giá kết quả thực hiện và hiệu quả của phƣơng pháp. Cấu trúc của luận văn: Nội dung chính của luận văn đƣợc trình bày trong 3 chƣơng, phần mở đầu và kết luận Chƣơng 1: Tổng quan về xử lý tổ hợp số liệu địa vật lý Chƣơng 2: Các phƣơng pháp phân tích tài liệu địa vật lý máy bay trong tìm kiếm và dự báo triển vọng khoáng sản Chƣơng 3: Áp dụng một số phƣơng pháp tiến hành phân tích thử nghiệm tài liệu địa vật lý máy bay. Luận văn đƣợc hoàn thành tại Bộ môn Vật lý Địa cầu – Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS Võ Thanh Quỳnh. Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo hƣớng dẫn, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn dạy bảo học viên trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn. Suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn học viên đã nhận đƣợc những góp ý quý báu và sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo trong Bộ môn Vật lý Địa cầu, Học viên xin gửi tới các thầy, cô lời cảm ơn chân thành nhất. Học viên xin chân thành cảm ơn tới Khoa Vật lý, Phòng Sau Đại học và các phòng ban khác của Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN đã quan tâm, giúp đỡ học viên trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Dù đã cố gắng để hoàn thiện luận văn tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận đƣợc sự đóng góp quý báu của quý thầy cô và ngƣời đọc luận văn này! Hà Nội, ngày 7 tháng 11 năm 2015 Học viên: Thái Hoàng Đan 2
9. CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ TỔ HỢP SỐ LIỆU ĐỊA VẬT LÝ 1.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ TỔ HỢP SỐ LIỆU ĐỊA VẬT LÝ Công tác xử lý tổ hợp số liệu Địa vật lý là một quá trình phức tạp phụ thuộc vào mục đích đối tƣợng nghiên cứu và các dạng số liệu khác nhau. Về cơ bản bao gồm các bƣớc sau[6]; - Xây dựng mô hình và xác định phƣơng pháp nhận dạng; - Ƣớc lƣợng các đặc trƣng thống kê; - Chọn thuật toán xử lý và thực hiện quá trình xử lý; - Định nghiệm về sự tồn tại của các đối tƣợng; - Đánh giá chất lƣợng xử lý. 1.1.1. Xây dựng mô hình và xác định phương pháp nhận dạng. Mô hình thống kê đóng vai trò quan trọng trong công tác xử lý tổ hợp số liệu Địa vật lý vì các đối tƣợng khảo sát đƣợc xem nhƣ các đối tƣợng ngẫu nhiên. Mặt khác, các dấu hiệu trƣờng Địa vật lý khảo sát cũng mang tính ngẫu nhiên do các yếu tố nhiễu làm biến dạng. Với mỗi mô hình cụ thể cần lựa chọn các phƣơng pháp nhận dạng tƣơng ứng, tiến hành xử lý và giải quyết các nhiệm vụ bài toán đặt ra. Khái quát có thể chia chúng thành hai nhóm phƣơng pháp chính đó là: Nhóm các phƣơng pháp nhận dạng theo đối tƣợng chuẩn và nhóm các phƣơng pháp nhận dạng không có đối tƣợng chuẩn. Nhóm các phƣơng pháp nhận dạng theo đối tƣợng chuẩn đƣợc áp dụng khi chúng ta biết đƣợc lớp đối tƣợng và biết đƣợc đặc trƣng thống kê của các trƣờng địa vật lý đối với từng lớp đối tƣợng. Khi xử lý số liệu địa vật lý bằng thuật toán nhận dạng có mẫu chuẩn, cần xây dựng các thuật toán hay đề xuất các chỉ tiêu nhận dạng đảm bảo để phân loại các đối số liệu quan sát thành hai lớp đối nghịch (quặng và không quặng) hoặc với số lớp nhiều hơn 2 khi có trƣớc các đặc trƣng thống kê của mỗi loại dấu hiệu ứng với các đối tƣợng chuẩn. 3
10. Khi xử lý bằng thuật toán nhận dạng theo đối tƣợng chuẩn là lựa chọn đối tƣợng chuẩn, theo đó tiến hành phân tích các đặc trƣng thống kê của các dấu hiệu (các trƣờng địa vật lý). Áp dụng có hiệu quả cao khi khảo sát các diện tích có cấu trúc địa chất phức tạp, ở đó các trƣờng địa vật lý quan sát đƣợc biến đổi mạnh ngay cả ở những diện tích nhỏ. Nhóm các phƣơng pháp nhận dạng không có đối tƣợng chuẩn đƣợc áp dụng khi không biết trƣớc các đặc trƣng thống kê của các dấu hiệu ứng với các lớp đối tƣợng cần nghiên cứu. Khi đó quá trình nhận dạng đơn thuần chỉ thực hiện nhiệm vụ phân loại trƣờng. Phƣơng pháp xử lý số liệu bằng thuật toán nhận dạng không có đối tƣợng chuẩn đƣợc thực hiện nhƣ sau: Lựa chọn phƣơng pháp phân loại trƣờng, tiến hành chia các điểm quan sát thành một số các diện tích đồng nhất về dấu hiệu tổ hợp. 1.1.2. Ước lượng các đặc trưng thống kê và lượng tin của các dấu hiệu trên các đối tượng chuẩn. a, Ước lượng các đặc trưng thống kê. Việc lựa chọn các mẫu chuẩn và xác định các đặc trƣng thống kê các trƣờng địa vật lý của chúng là công việc rất quan trọng trong công tác xử lý số liệu bằng thuật toán nhận dạng có đối tƣợng chuẩn. Các mẫu hay đối tƣợng chuẩn là phần diện tích mà ở đó các số liệu khoan và các số liệu địa chất khác đã xác định đƣợc bản chất địa chất của các đối tƣợng gây ra trƣờng địa vật lý. Tùy thuộc vào các mục đích nghiên cứu khác nhau mà các đối tƣợng chuẩn đƣợc lựa chọn khác nhau. Ví dụ khi mục đích nghiên cứu là tìm kiếm khoáng sản thì đối tƣợng chuẩn có thể là một vùng quặng, một trƣờng quặng, một mỏ quặng hay một vỉa quặng. Còn khi khảo sát Địa vật lý phục vụ công tác đo vẽ bản đồ địa chất thì các đối tƣợng mẫu có thể là diện tích phát triển một loại đá nào đó. Dựa vào các giá trị trƣờng quan sát đƣợc trên các đối tƣợng chuẩn ngƣời ta tiến hành xác định các đặc trƣng thống kê của trƣờng cho từng loại đối tƣợng. Các đặc trƣng này bao gồm: 4