Nghiên cứu áp dụng phương pháp phân tích tần suất – nhận dạng mới phục vụ dự báo khoáng sản theo tài liệu địa vật lý máy bay

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Phạm Bảo Chi

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP TẦN SUẤT
– NHẬN DẠNG MỚI PHỤC VỤ DỰ BÁO KHOÁNG
SẢN THEO TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ MÁY BAY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Phạm Bảo Chi

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP TẦN SUẤT
– NHẬN DẠNG MỚI PHỤC VỤ DỰ BÁO KHOÁNG
SẢN THEO TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ MÁY BAY
Chuyên ngành: Vật lý địa cầu.
Mã số: 60440111
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Người hướng dẫn khoa học
PGS.TS.VÕ THANH QUỲNH

Hà Nội - 2015

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành quyển luận văn này, trước tiên, với lòng kính trọng và biết ơn
sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS. Võ Thanh Quỳnh - người thầy trực tiếp
hướng dẫn khoa học và chỉ bảo tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới ThS. Nguyễn Viết Đạt người đã tận tình giúp đỡ
tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Tôi chân thành cảm ơn các thầy cô trong Bộ
môn Vật lý Địa cầu – Trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà
Nội đã trang bị kiến thức và có những đóng góp hết sức quý báu để tôi hoàn thành
luận văn này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến Hiệu trưởng, các thầy cô trong khoa
Toán – Lý – Tin, Trường Đại học Tây Bắc đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi có thể
hoàn thành tốt nhiệm vụ của mình.
Cuối cùng cho phép tôi bày tỏ lòng biết ơn vô hạn tới gia đình và bạn bè,
những người đã luôn quan tâm, động viên và là chỗ dựa tinh thần vững chắc của tôi
trong những thời khắc khó khăn nhất.
Do điều kiện thời gian và trình độ nên bản luận văn của tôi không tránh khỏi
những thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý quý báu của thầy cô và các bạn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 07 tháng 12 năm 2015
Học viên

Phạm Bảo Chi

1


MỞ ĐẦU
Công tác đo bay địa vật lý ở nước ta bắt đầu và đẩy mạnh khoảng những thập

niên gần đây. Những kết quả đạt được trong thời gian qua đã khẳng định được vai
trò và hiệu quả to lớn của công tác địa vật lý máy bay trong việc tham gia giải quyết
nhiệm vụ địa chất quan trọng, đặc biệt là trong việc tìm kiếm và dự báo triển vọng
khoáng sản. Tuy nhiên trong thực tế công tác địa vật lý máy bay vẫn còn tồn tại một
số hạn chế mà chủ yếu là ở nội dung xử lý – phân tích tài liệu cần được đầu tư
nghiên cứu để không ngừng nâng cao hiệu quả. Nguồn tài liệu của các phương pháp
địa vật lý máy bay là rất phong phú, khối lượng các tài liệu địa vật lý máy bay ở
nước ta hiện nay rất lớn. Xử lí, phân tích tài liệu, khai thác triệt để thông tin đối với
nguồn tài liệu hết sức phong phú này phục vụ công tác điều tra địa chất và tìm kiếm
khoáng sản là nhiệm vụ hết sức quan trọng.
Trong công tác xử lý – phân tích tài liệu địa vật lý máy bay phục vụ giải đoán địa
chất, tìm kiếm và dựa báo triển vọng khoáng sản, người ta sử dụng một tổ hợp rất
nhiều các phương pháp khác nhau trong đó nhóm các phương pháp thống kê - nhận
dạng được áp dụng rộng rãi và có hiệu quả cao. Tuy nhiên, khi tiến hành các
phương pháp phân tích nhận dạng đối với các loại tài liệu địa vật lý ở nước ta vẫn
còn gặp một số hạn chế nhất định cần phải được nghiên cứu khắc phục. Do khối
lượng tài liệu cũng như chủng loại các thông tin thu được trên các đối tượng địa
chất rất lớn ngày càng nhiều, trong khi đó số lượng các tham số đầu vào cho các
chương trình của phương pháp phân tích nhận dạng hiện có thường bị giới hạn.
Việc sử dụng các tổ hợp thông tin khác nhau để tiến hành phân tích nhận dạng
nhiều khi cho những kết quả rất khác nhau. Mặt khác, kể cả khi số lượng các tham
số đầu vào của các chương trình phân tích nhận dạng được mở rộng thì việc sử
dụng đồng thời tất cả các loại thông tin có được để phân tích nhận dạng thì kết quả
mang lại có độ tin cậy không cao hơn so với kết quả của việc chỉ sử dụng một tổ

2


hợp thông tin nhất định có chất lượng cao. Rõ ràng, việc sử dụng những thông tin
thiếu độ tin cậy không những không mang lại hiệu quả mà còn làm nhòa đi thông

tin quan trọng khác, gây nên những nhận biết sai lệch về đối tượng nghiên cứu
Để nâng cao độ tin cậy của các phương pháp phân tích nhận dạng đã có những
công trình nghiên cứu theo hướng ứng dụng bài toán đánh giá lựa chọn thông tin để
tìm ra tổ hợp những thông tin có chất lượng tốt trước khi tiến hành phân tích nhận
dạng. Bên cạnh đó các nhà địa vật lý Việt Nam cũng đã nghiên cứu xây dựng và
đưa vào áp dụng có hiệu quả một số phương pháp phân tích mới trong đó có
phương pháp phân tích Tần suất – Nhận dạng do nhóm tác giả PGS.TS.Võ Thanh
Quỳnh và nnk đề xuất xây dựng. Đề tài luận văn “Nghiên cứu áp dụng phương
pháp Tần suất – Nhận dạng mới phục vụ dự báo khoáng sản theo tài liệu địa vật
lý máy bay” mà học viên lựa chọn nhằm tìm hiểu, áp dụng phương pháp phân tích
tổ hợp các tài liệu địa vật lý máy bay trong tìm kiếm và dự báo triển vọng khoáng
sản góp phần đẩy nhanh và nâng cao chất lượng của công tác xử lí phân tích tài liệu
địa vật lý máy bay.
Luận văn được thực hiện với nhiệm vụ chính sau:
- Tìm hiểu về các thuật toán phân tích và đánh giá lựa chọn thông tin.
- Tìm hiểu về phương pháp phân tích tài liệu địa vật lý máy bay trong tìm kiếm,
dự báo triển vọng khoáng sản.
- Đánh giá, dự báo triển vọng khoáng sản cho vùng Nhị Hà trên cơ sở áp dụng bổ
sung phương pháp Tần suất – Nhận dạng mới.
Từ những nhiệm vụ trên, luận văn được viết với cấu trúc gồm:
- Mở đầu
- Chương 1: Cơ sở lý thuyết nhận dạng
- Chương 2: Một số phương pháp phân tích nhận dạng mới trong tìm kiếm, dự
báo khoáng sản theo tài liệu địa vật lý máy bay
- Chương 3: Kết quả phân tích thực nghiệm trên tài liệu thực tế vùng Ninh
Thuận.
- Kết luận

3

CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT NHẬN DẠNG
Nhận dạng là phương pháp thực nghiệm nhằm xác định một mô hình cụ thể
trong tập hợp các mô hình thích hợp, dựa trên cơ sở quan sát các tín hiệu vào ra. Lý
thuyết nhận dạng là một trong những phương pháp phục vụ cho mục tiêu của công
tác thăm dò địa vật lý, chỉ cần dựa vào các số liệu khảo sát trường địa vật lý của đối
tượng mà không cần tác động nghiên cứu trực tiếp đối tượng như các lĩnh vực khác
mà vẫn đưa ra được các thông tin của đối tượng để phục vụ cho các mục tiêu khác
nhau. Phương pháp sử dụng công cụ là toán học để giải quyết các bài toán phân loại
đối tượng, và là một phương án được lựa chọn nhiều trong địa vật lý hiện nay.
1.1. Lý thuyết xử lí tổ hợp số liệu
Mỗi loại số liệu thường phản ánh một số đặc trưng nào đó của đối tượng nhưng
việc sử dụng số liệu đó để đưa ra kết luận cho đối tượng sẽ cho kết quả kém tin cậy
do nhiều nguyên nhân khác nhau chưa kể đến sự sai số trong quá trình thu thập và
chỉnh lí số liệu. Và để đáp ứng được yêu cầu thực tế cùng nâng cao chất lượng xử lí
thông tin, hiện nay, người ta áp dụng phổ biến là các phương pháp xử lí số liệu tổ
hợp. Xử lí số liệu về cơ bản là dựa trên nhiều loại thông tin khác nhau để giải quyết
được các nhiệm vụ đặt ra phù hợp với điều kiện kinh tế và kĩ thuật cho phép. Không
chỉ riêng trong địa vật lý mà nhiều lĩnh vực khác cũng sử dụng xử lí tổ hợp dữ liệu
để nâng cao chất lượng xử lí.
1.1.1. Các yêu cầu khi sử dụng tổ hợp số liệu trong xử lí
Xử lí tổ hợp số liệu trong lý thuyết nhận dạng là một quá trình phức tạp phụ
thuộc vào đối tượng nghiên cứu và các dạng số liệu khác nhau nên khi khảo sát, thu
thập thông tin về đối tượng phải đáp ứng được các yêu cầu thực tế đặt ra như sau:
- Thông tin phải đảm bảo về số lượng và chất lượng để đạt được mục tiêu và xử lí
với độ chính xác có thể chấp nhận được.

4

- Thời gian thu thập thông tin phải phù hợp với tiến độ yêu cầu.
- Khảo sát, thu thập thông tin phải đạt được hiệu quả kinh tế.
Từ các yêu cầu này mà đôi khi các phương án khảo sát loại số liệu có độ tin cậy
cao hơn không được lựa chọn mà thay vào đó người ta sử dụng một loại thông tin
khác mà khi sử dụng tổ hợp các thông tin này cũng có khả năng đáp ứng được yêu
cầu, mục tiêu đề ra.
Mặt khác hiện nay các tổ hợp phương pháp địa vật lý đang ngày càng được áp
dụng rộng rãi, các tổ hợp phương pháp này với các phép ghi đo tự động sẽ cung cấp
một khối lượng dữ liệu rất lớn bao gồm nhiều chủng loại thông tin. Mỗi loại thông
tin chỉ mang những đặc trưng nhất định của đối tượng và để hoàn thành nhiệm vụ
đặt ra trong nhiều trương hợp người ta buộc phải sử dụng tổ hợp các thông tin khác
nhau.
Bản thân mỗi số liệu khảo sát đều mang những sai số, chúng đi kèm với số liệu
và nhiều lúc gây ra những sai lầm khi xử lí. Những sai số này do nhiều nguyên nhân
khác nhau gây ra như: sai số đo ghi của máy, sai số do kĩ thuật và phương pháp đo
ghi, sai số do ảnh hưởng từ đối tượng khác,… Trong số liệu địa vật lý những sai số
mắc phải làm giảm độ tin cậy của thông tin được loại bỏ trong các bước xử lí số liệu
nhưng rất khó để tách hoàn toàn chúng ra khỏi số liệu. Đặc biệt là các nhiễu do
nguồn gốc địa chất, chúng làm sai lệch mạnh các tín hiệu. Những sai số này làm
giảm đáng kể độ tin cậy của thông tin, đặc biệt trong trường hợp loại thông tin đó
được coi là loại tính chất quan trọng đặc trưng cho đối tượng đang được nghiên cứu.
Một nguyên nhân khác dẫn đến giảm độ tin cậy của một loại thông tin là tính đa trị
của kết quả xử lí, gây ra nhiều khó khăn và sai lầm trong xử lí. Để xác định đơn trị
đối tượng cần sử dụng kết hợp nhiều loại thông tin khác nhau một cách phù hợp.
Từ các nguyên nhân trên, các phương pháp xử lí tổ hợp số liệu đã và đang được
áp dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực và mang lại hiệu quả cao.
1.1.2 Lựa chọn tổ hợp số liệu
Trong bất kỳ bài toán nhận dạng nào thì số lượng và chất lượng các tính chất
(loại thông tin) dùng để nhận dạng luôn được quan tâm hàng đầu. Mỗi tổ hợp thông

5


tin khác nhau thường cho những kết luận khác nhau về đối tượng. Để đạt được kết
quả đáng tin cậy nhất thì quá trình xử lý số liệu cần lựa chọn được tổ hợp thông tin
có độ tin cậy cao và hợp lý.
Chất lượng của thông tin tốt hay không phụ thuộc vào loại thông tin đó có đặc
trưng cho đối tượng (khả năng phân biệt đối tượng với môi trường xung quanh) hay
không. Tính đặc trưng cho đối tượng của một loại số liệu địa vật lý do nhiều nguyên
nhân quyết định. Một tính chất là đặc trưng cho đối tượng khi độ chênh lệch giá trị
của số liệu của tính chất đó giữa đội tượng nghiên cứu với môi trường xung quanh
đủ lớn. Trong trường hợp đối tượng nằm quá sâu, kích thước quá nhỏ, hoặc do ảnh
hưởng của các yếu tố khác (phong hóa, biến chất, chất lưu...) dẫn tới độ chênh lệch
của giá trị không đủ để phân biệt đối tượng với môi trường xung quanh khi đó
thông tin là không có ích cho xử lý số liệu. Các sai số không tách được sẽ gây ra sai
lệch về số liệu khi đó thông tin sẽ không còn mang tính đặc trưng cho đối tượng.
Một tổ hợp thông tin không đầy đủ sẽ không đáp ứng được yêu cầu, nhiệm vụ
đặt ra cho quá trình xử lý. Việc chọn số lượng các loại thông tin phải đảm bảo được
tính đơn trị của kết quả và đưa ra được đầy đủ các yêu cầu nghiên cứu về đối tượng.
Việc sử dụng đồng thời nhiều loại thông tin trong đó có những thông tin có độ
tin cậy thấp không những gây khó khăn cho quá trình xử lý, chất lượng xử lý không
cao, do các thông tin thiếu tin cậy sẽ làm nhòe đi các thông tin quan trọng khác dẫn
đến những nhận thức sai lệch về đối tượng.
Việc lựa chọn được một tổ hợp thông tin có chất lượng cao là nội dung khó
khăn và phụ thuộc nhiều vào hiểu biết, kinh nghiệm của người xử lý.
1.2 Mẫu và các đặc trưng thống kê của số liệu địa vật lý
1.2.1 Số liệu đo và mẫu ngẫu nhiên
Vì các thiết bị quan sát trường trong địa vật lý đều là các thiết bị số nên các kết
quả quan sát trường địa vật lý nhiễu và sai số đo nên có thể là đại lượng này hay đại
lượng khác mà người đo không dự đoán trước được. Vì vậy để mô tả các giá trị

(bằng số) các trường địa vật lý do được người ta sử dụng khái niệm đại lượng ngẫu
nhiên.

6


Các giá trị trường địa vật lý đo được các số cụ thể nên đại lượng ngẫu nhiên là
mô hình nền tảng để mô tả các số liệu địa vật lý.
Đại lượng X được gọi là ngẫu nhiên nếu trong mỗi phép đo sẽ xuất hiện một trong
những giá trị cụ thể x1, x2, x3,… của đại lượng này với các xác suất tương ứng p1,
p2, p3,…
Tất cả các giá trị có thể của X sẽ tạo thành nhóm đủ, vì bao giờ trong kết quả của
một phép đo cũng sẽ xuất hiện một giá trị xi nào đó (biểu hiện nào đó của X); nghĩa
là bao giờ cũng tồn tại đẳng thức:
n

 P 1
i 1

(1.1)

i

Để mô tả các đại lượng ngẫu nhiên, người ta sử dụng công cụ toán học xác suất,
thông qua hàm phân bố xác suất và các đặc trưng thống kê.
1.2.2 Hàm mật độ xác suất
Hàm mật độ xác suất f(x) là một hàm mô tả xác suất xuất hiện các giá trị cụ thể của
đại lượng ngẫu nhiên x.
Hàm mật độ xác suất có các tính chất sau:

lim x f x   0

(1.2)



 f x dx  1

(1.3)



x2

P(x1 < X < x2) =

 f ( x)dx

(1.4)

x1

Với P(x1 < X < x2) là xác suất rơi vào khoảng ( x1;x2) của đại lượng ngẫu nhiên x.
x1

F(x) =

 f ( x)dx

(1.5)



Với F(x) là hàm phân bố của X; hàm mô tả xác suất để mô tả ngẫu nhiên X nhận
các giá trị nhỏ hơn giá trị x1 nào đó.
Đồ thị của hàm phân bố mật độ xác suất thực nghiệm được dựng lên từ số liệu
khảo sát thực tế được gọi là đường cong biến phân.

7


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng việt.
1. Tăng Mười, (1995), Địa vật lý máy báy trong điều tra Địa vật lý và tìm kiếm
khoáng sản, Thông tin KHKT Địa chất. Hà Nội.
2. Tăng Mười, Võ Thanh Quỳnh (1998), Ứng dụng phương pháp phổ gamma
hàng không trong tìm kiếm Uran và các khoáng sản có ích khác liên quan
với phóng xạ, Báo cáo tại Hội nghị khoa học vật lý hạt nhân ứng dụng, Viện
Khoa học Việt Nam, Hà Nội
3. Võ Thanh Quỳnh, Nguyễn Xuân Bình, Nguyễn Đức Vinh, (2011), “Nghiên
cứu hoàn thiện phương pháp Tần suất-Nhận dạng trong xử lý và phân tích số
liệu địa vật lý”, TC địa chất, A/326:50-56.
4. Võ Thanh Quỳnh, Nguyễn Xuân Ngoan, Vũ Tuấn Hùng, (2002), Thành lập
bộ chương trình xử lý tài liệu địa vật lý máy bay, Lưu trữ Cục Địa Chất và
Khoáng Sản Việt Nam.
5. Võ Thanh Quỳnh (chủ biên), Nguyễn Xuân Sơn, Nguyễn Văn Phùng (1995),
Báo cáo kết quả bay đo từ - phổ gamma tỉ lệ 1:25.000 vùng Tuy Hòa, Lưu
trữ Cục Địa Chất và Khoáng Sản Việt Nam.
6. Võ Thanh Quỳnh, (2007), “Một cách tiếp cận mới giải quyết bài toán nhận
dạng trong xử lý, phân tích tài liệu địa vật lý”, TC Địa chất, A/302:76-80,

Hà Nội.
7. Võ Thanh Quỳnh (2008), “Phương pháp đánh giá phân loại cụm dị thường
trong xử lý phân - tích tài liệu phổ gamma hàng không”, TC Địa chất,
A/304:70-75, Hà Nội.
8. Võ Thanh Quỳnh, (2008), “Xây dựng một phương pháp nhận dạng mới trong
xử lý tài liệu địa vật lý trên cơ sở vận dụng kết hợp các phương pháp phân
tích khoảng cách khái quát và phân tích tần suất”, TC Địa chất, A/305: 6166. Hà Nội.
9. Võ Thanh Quỳnh, (2012), “Nghiên cứu áp dụng các phương pháp nhận dạng
hiện đại xử lí – phân tích tài liệu địa vật lý máy bay phục vụ tìm kiếm và dự

8


báo triển vọng khoáng sản trên các vùng Tuy Hòa, Đà Lạt, Huế., Phan
Thiết”, Lưu trữ ĐHQGHN.
10. Quách Văn Thực, (2003), Đề án bay đo từ - phổ gamma tỉ lệ 1/50.000 và đo
vẽ trọng lựa tỉ lệ 1/100.000 vùng Phan Rang – Nha Trang, Liên đoàn Vật lý
địa chất.

Tài liệu tiếng anh

11. Green A.A (November 1987). Leveling airborne gamma-radiation data
using between- channel correlation information, Geophysics, Vol.52, No11.
12. Nguyen Xuan Binh, Vo Thanh Quynh, (2015), “Prospect Prediction of
Mineral Resources by Applying Two New Methods of Identification Whit
Aero-geophysical Data”, VNU Journal of Science: Mathematics-Physics,
Vol 31,No1, 129-135.
13. Nguyen Viet Dat, Nguyen Xuan Binh, Vo Thanh Quynh, (2015),
“Application of the correlation coefficient method in processing and
interpreting the aero-gamma spectrum data”, VNU Journal of Science:

Mathematics-Physics, Vol 31,No1, 123-128

9


10