Hoàn thiện và mở rộng phạm vi áp dụng một số phương pháp nhận dạng hiện đại trong xử lý phân tích tài liệu địa vật lý hàng không

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

Nguyễn Xuân Bình

HOÀN THIỆN VÀ MỞ RỘNG PHẠM VI
ÁP DỤNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG
HIỆN ĐẠI TRONG XỬ LÝ - PHÂN TÍCH
TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ HÀNG KHÔNG

LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA CHẤT

Hà Nội - 2018


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

Nguyễn Xuân Bình

HOÀN THIỆN VÀ MỞ RỘNG PHẠM VI
ÁP DỤNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG
HIỆN ĐẠI TRONG XỬ LÝ - PHÂN TÍCH
TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ HÀNG KHÔNG

Chuyên ngành: Địa Vật lý
Mã số: 62 44 61 01
LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA CHẤT

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
CHẤM LUẬN ÁN TIẾN SỸ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. Võ Thanh Quỳnh
2. TS. Nguyễn Đức Vinh

GS.TS. Bùi Công Quế

Hà Nội - 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả,
số liệu nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất
kỳ công trình nào khác.
Tác giả Luận án

Nguyễn Xuân Bình


LỜI CẢM ƠN
Tác giả Luận án chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy hướng
dẫn: PGS.TS. Võ Thanh Quỳnh và TS. Nguyễn Đức Vinh đã tận tình hướng
dẫn, định hướng, truyền đạt kiến thức và các kỹ năng chuyên môn trong toàn
bộ khóa học và sự giúp đỡ tận tình những khi nghiên cứu sinh gặp khó khăn.
Tác giả Luận án cũng xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các Quý Thầy Cô
trong Khoa Địa chất đã nhiệt tình giảng dạy, động viên, giúp đỡ và tạo điều
kiện tốt nhất cho nghiên cứu sinh trong toàn bộ khóa học. Đồng thời gửi lời
cảm ơn chân thành tới các Quý Thầy Cô, anh, chị đang công tác tại các

Phòng - Ban chức năng khác của Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã
nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ nghiên cứu sinh trong một số vấn đề liên quan tới
khóa học.
Tác giả Luận án cảm ơn Ban lãnh đạo và đồng nghiệp tại Viện Vật lý
Địa cầu đã luôn bên cạnh động viên, cổ vũ, trợ giúp chuyên môn, tạo điều
kiện để nghiên cứu sinh vượt qua những khó khăn trong quá trình công tác và
học tập.
Tác giả Luận án chân thành cảm ơn sự hỗ trợ chuyên môn và cổ vũ tinh
thần của Quý Thầy Cô, bạn bè, đồng nghiệp tại các cơ quan khác qua trao đổi
học thuật, số liệu, tài liệu và các thảo luận hữu ích.
Tác giả Luận án biết ơn gia đình, người thân và những người bạn đã
luôn tin tưởng, cổ vũ cho sự lựa chọn của nghiên cứu sinh trong công việc và
trong cuộc sống.
Hà Nội, 2018
Tác giả Luận án

Nguyễn Xuân Bình


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................. 3 
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................ 4 
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .................................................................................. 5 
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 6 
Chương 1. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ - PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA
VẬT LÝ HÀNG KHÔNG ...................................................................................... 11 
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC ĐỊA VẬT LÝ HÀNG KHÔNG Ở
VIỆT NAM ......................................................................................... 11 
1.1.1. Sơ lược về công tác bay đo địa vật lý ở Việt Nam ............................... 12 
1.1.2. Hiệu quả công tác địa vật lý hàng không ở Việt Nam .......................... 13 

1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ - PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA VẬT
LÝ HÀNG KHÔNG TRÊN THẾ GIỚI ............................................... 14 
1.2.1. Các phương pháp tách trường............................................................... 14 
1.2.2. Các phương pháp thống kê nhận dạng ................................................. 15 
1.2.3. Các phương pháp thống kê thực nghiệm .............................................. 18 
1.2.4. Các phương pháp khác ......................................................................... 20 
1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ - PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA VẬT
LÝ HÀNG KHÔNG Ở VIỆT NAM .................................................... 21 
1.3.1. Các phương pháp xử lý - đúc kết số liệu thành lập các bản đồ
trường địa vật lý ................................................................................... 21 
1.3.2. Các phương pháp phân tích tài liệu ...................................................... 29 
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NHẬN DẠNG ........................................... 34 
2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT NHẬN DẠNG TRONG XỬ LÝ TỔ HỢP SỐ
LIỆU ĐỊA VẬT LÝ ............................................................................ 34 
2.1.1. Các bước xử lý số liệu trong lý thuyết nhận dạng ................................ 35 
2.1.2. Xây dựng mô hình và xác định phương pháp nhận dạng ..................... 35 
2.1.3. Ước lượng các đặc trưng thống kê và lượng tin của các dấu hiệu
trên các đối tượng chuẩn ...................................................................... 36 
2.1.4. Nguyên tắc lựa chọn các thuật toán xử lý............................................. 39 
2.1.5. Quyết định nghiệm về sự tồn tại của đối tượng cần tìm....................... 40 
2.1.6. Đánh giá chất lượng xử lý. ................................................................... 40 
2.2. CÁC THUẬT TOÁN NHẬN DẠNG ................................................... 41 
2.2.1. Mẫu chuẩn và các đặc trưng của mẫu chuẩn trong nhận dạng ............. 41 
1


2.2.2. Các thuật toán nhận dạng có mẫu chuẩn .............................................. 42 
2.2.3. Các thuật toán nhận dạng không có mẫu chuẩn ................................... 46 
Chương 3. PHÁT TRIỂN, HOÀN THIỆN NỘI DUNG HAI PHƯƠNG
PHÁP PHÂN TÍCH NHẬN DẠNG MỚI ............................................................. 49 

3.1. HOÀN THIỆN PHƯƠNG PHÁP TẦN SUẤT - NHẬN DẠNG ........... 50 
3.1.1. Nội dung phương pháp Tần suất - Nhận dạng hiện tại ......................... 50 
3.1.2. Những hạn chế của phương pháp Tần suất - Nhận dạng hiện tại........... 54 
3.1.3. Hoàn thiện phương pháp và mở rộng phạm vi áp dụng ....................... 58 
3.2. HOÀN THIỆN PHƯƠNG PHÁP KHOẢNG CÁCH - TẦN SUẤT NHẬN DẠNG ..................................................................................... 61 
3.2.1. Nội dung hiện tại của phương pháp Khoảng cách - Tần suất - Nhận
dạng ...................................................................................................... 62 
3.2.2. Những hạn chế của phương pháp Khoảng cách - Tần suất - Nhận
dạng hiện tại ......................................................................................... 66 
3.2.3. Hoàn thiện phương pháp và mở rộng phạm vi áp dụng ....................... 67 
Chương 4. ÁP DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG MỚI VÀO
XỬ LÝ - PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ HÀNG KHÔNG VÙNG
TUY HÒA VÀ ĐÀ LẠT ......................................................................................... 71 
4.1. HỆ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ HÀNG
KHÔNG TRONG TÌM KIẾM VÀ DỰ BÁO TRIỂN VỌNG
KHOÁNG SẢN .................................................................................. 71 
4.2. THỬ NGHIỆM 2 PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG MỚI TRONG
XỬ LÝ PHÂN TÍCH TÀI LIỆU THỰC TẾ. ....................................... 73 
4.2.1. Phân tích thử nghiệm phương pháp Tần suất - Nhận dạng .................. 74 
4.2.2. Phân tích thử nghiệm phương pháp Khoảng cách - Tần suất - Nhận
dạng mới ............................................................................................... 81 
4.3. DỰ BÁO TRIỂN VỌNG KHOÁNG SẢN VÙNG ĐÀ LẠT BẰNG
VIỆC ÁP DỤNG HỆ PHƯƠNG PHÁP TÀI LIỆU MỚI. .................... 91 
4.3.1. Đặc điểm địa chất, địa vật lý vùng nghiên cứu .................................... 92 
4.3.2 Kết quả phân tích tài liệu địa vật lý hàng không vùng Đà Lạt .............. 96 
KẾT LUẬN ............................................................................................................ 102 
CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN
LUẬN ÁN ............................................................................................................... 104 
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 105 
2

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Tg

:

Kênh tổng

COSCAD

:

Bộ chương trình phân tích phổ-thống kê (Complex of
Spectral-Correlation of Data)

QLK

:

Bộ chương trình hiệu chỉnh-liên kết tài liệu địa vật lý
máy bay

QDR

:

Chương trình đưa các đại lượng đo phổ gamma dưới
dạng nguyên thủy (tốc độ đếm xung) trên độ cao bay
thực tế về các giá trị trường địa vật lý tương ứng

dưới mặt đất (cường độ bức xạ gamma, hàm lượng
các nguyên tố phóng xạ U, Th, K).

QSS

:

Chương trình tính toán sai số đo đạc

QBTS

:

Chương trình phân tích nhận dạng theo Phương pháp
Tần suất - Nhận dạng trong trường hợp tổng quát

QBKC

:

Chương trình phân tích nhận dạng theo Phương pháp
Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng trong trường
hợp tổng quát

3


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 4.1. Giá trị tỷ trọng cho 6 tính chất đại diện cho đối tượng mẫu ................. 77
Bảng 4.2. Kết quả phân tích hệ số đồng dạng của 6 đối tượng đối sánh ............... 79

Bảng 4.3. Kết quả phân tích trên hai đối tượng mẫu đối nghịch ........................... 84
Bảng 4.4. Kết quả phân tích khoảng giá trị đặc trưng cho các tính chất của đối
tượng mẫu ............................................................................................ 85
Bảng 4.5. Kết quả phân tích hệ số đồng dạng cho 8 đối tượng ............................. 85
Bảng 4.6. Kết quả phân tích Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng cho vùng
diện tích đã chọn. ................................................................................. 88
Bảng 4.7. Tính chất phóng xạ vùng Đà Lạt [22] ................................................... 95
Bảng 4.8. Tính chất từ vùng Đà Lạt [22] .............................................................. 96

4


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 3.1. Sơ đồ các điểm dị thường tại một khu vực khảo sát ................................... 56
Hình 3.2. Bản đồ phân bố cụm dị thường thành lập từ các điểm dị thường đơn
vùng bay đo Đông Tuy Hòa ....................................................................... 57
Hình 4.1. Vị trí khu vực thử nghiệm phương pháp Tần suất - Nhận dạng ................. 76
Hình 4.2. Sơ đồ các đối tượng nhận dạng và đối tượng mẫu ...................................... 76
Hình 4.3. Kết quả khoanh định các đới đồng dạng theo phương pháp tần suất
nhận dạng mới ............................................................................................ 80
Hình 4.4. Sơ đồ vị trí khu vực Huyện Khánh Vĩnh .................................................... 82
Hình 4.5. Sơ đồ vị trí đối tượng phân tích thử nghiệm ............................................... 86
Hình 4.6. Vị trí lấy đối tượng mẫu để thực hiện phân tích thử nghiệm ...................... 86
Hình 4.7. Sơ đồ đường đồng mức hệ số đồng dạng thành lập từ kết quả phân
tích .............................................................................................................. 89
Hình 4.8. Ranh giới của 2 thành tạo được phân chia theo phương pháp Khoảng
cách - Tần suất - Nhận dạng. ...................................................................... 89
Hình 4.9. Kết quả phân tích thử nghiệm khoanh định các đối tượng theo phương
pháp Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng................................................. 90
Hình 4.10. Kết quả khoanh vùng triển vọng khoáng sản vùng Tuy Hòa theo đề án

bay đo đã thành lập ................................................................................... 91
Hình 4.11. Sơ đồ dự báo triển vọng khoáng sản vùng Đà Lạt .................................... 98
Hình 4.12. Kết quả Phân vùng triển vọng khoáng sản theo đề án bay đo vùng Đà
Lạt năm 1993 [22]................................................................................... 101

5


MỞ ĐẦU
Công tác bay đo địa vật lý tỉ lệ lớn (từ - phổ gamma tỉ lệ 1:25.000 và
1:50.000) ở Việt Nam được tiến hành trong khoảng 35 năm trở lại đây.
Những kết quả đạt được trong thời gian qua đã khẳng định vai trò và hiệu quả
to lớn của công tác địa vật lý hàng không trong việc tham gia giải quyết nhiều
nhiệm vụ địa chất quan trọng, đặc biệt là trong việc tìm kiếm và dự báo các
khoáng sản có ích [8]. Tuy nhiên, thực tế cho thấy công tác địa vật lý hàng
không cũng còn bộc lộ nhiều hạn chế, mà chủ yếu là ở khâu xử lý và phân
tích tài liệu, cần được đầu tư nghiên cứu khắc phục, nhằm không ngừng nâng
cao hơn nữa hiệu quả của phương pháp. Hiện nay, công tác bay khảo sát cơ
bản đã hoàn thành, nhiệm vụ khó khăn tiếp theo được đặt ra là xử lý, phân
tích, giải thích tổng hợp nguồn tài liệu hết sức đồ sộ hiện có. Nguồn tài liệu
của các phương pháp địa vật lý hàng không ở nước ta hiện nay là rất phong
phú, khối lượng các tài liệu địa vật lý hàng không trong đó tài liệu phổ
gamma đóng vai trò chủ đạo là hết sức lớn nhưng chưa được khai thác một
cách triệt để. Xử lý - phân tích tài liệu, khai thác triệt để thông tin từ nguồn tài
liệu địa vật lý hàng không hết sức phong phú hiện có để phục vụ công tác
điều tra nghiên cứu địa chất, tìm kiếm và dự báo triển vọng khoáng sản là
nhiệm vụ hết sức quan trọng, cấp thiết đặt ra đối với các nhà địa vật lý Việt
Nam hiện nay.
Trong những năm gần đây công tác xử lý và phân tích tài liệu địa vật lý
hàng không ở nước ta đã có những bước tiến đáng kể. Nhiều tác giả đã tiến

hành những nghiên cứu, phân tích thử nghiệm trên các tài liệu thực tế bằng
các phương pháp khác nhau và thu được kết quả tốt, trong đó nhóm các
phương pháp thống kê-nhận dạng đóng vai trò đặc biệt quan trọng và có hiệu
quả hơn cả. Đóng góp vào hướng nghiên cứu này có thể kể đến các công trình

6


của các tác giả: TS. Nguyễn Tài Thinh, GS. Lê Khánh Phồn, PGS. Võ Thanh
Quỳnh, TS. Nguyễn Thế Hùng, TS. Nguyễn Tuấn Phong và nhiều nhà
khoa học khác. Trong các công trình nghiên cứu của mình, bên cạnh việc
nghiên cứu, phát triển và đưa vào áp dụng các phương pháp phân tích
hiện đại trên Thế giới, các nhà địa vật lý Việt Nam cũng đã đề xuất, xây
dựng và đưa vào áp dụng có hiệu quả nhiều phương pháp phân tích mới.
Đáng chú ý là nhóm một số phương pháp nhận dạng mới trong xử lý phân tích tài liệu phổ gamma hàng không do PGS. Võ Thanh Quỳnh cùng
cộng sự đề xuất, xây dựng và đưa vào áp dụng thử nghiệm bước đầu trên
một số diện tích bay đo cho kết quả tốt. Tuy vậy, nhìn chung các kết quả
nghiên cứu đạt được còn manh mún, việc áp dụng các thuật toán nhận
dạng hiện đại trong Bộ chương trình phân tích phổ-thống kê COSCAD
cũng như một số thuật toán nhận dạng mới do các nhà địa vật lý Việt Nam
đề xuất, trong đó có Phương pháp Tần suất - Nhận dạng và Phương pháp
Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng của PGS. Võ Thanh Quỳnh còn một
số hạn chế cả về nội dung thuật toán cũng như phạm vi áp dụng, cần được
nghiên cứu phát triển, hoàn thiện và nâng cao hơn nữa hiệu quả của
phương pháp.
Một yêu cầu thực tế nữa đặt ra là: Làm thế nào để có được một Hệ
phương pháp thích hợp, hiệu quả trong xử lý, phân tích tài liệu địa vật lý hàng
không trên cơ sở lựa chọn, kế thừa các phương pháp truyền thống hiện có,
đồng thời phát triển, hoàn thiện và bổ sung một số phương pháp phân tích
mới nhằm không ngừng nâng cao hơn nữa chất lượng, hiệu quả của công tác

bay đo địa vật lý trong giải quyết các nhiệm vụ địa chất. Luận án với đề tài
“Hoàn thiện và mở rộng phạm vị áp dụng một số phương pháp nhận dạng

7


hiện đại trong xử lý - phân tích tài liệu địa vật lý hàng không” nhằm góp
phần từng bước giải quyết yêu cầu thực tế nói trên.
Mục tiêu nhiệm vụ của của Luận án
- Phát triển, hoàn thiện nội dung hai phương pháp nhận dạng mới:
Phương pháp Tần suất - Nhận dạng và Phương pháp Khoảng cách - Tần suất Nhận dạng trong xử lý - phân tích tài liệu địa vật lý hàng không.
- Tiến hành xử lý - phân tích tổ hợp các tài liệu bay đo thực tế bằng Hệ
phương pháp phân tích mới trong dự báo triển vọng khoáng sản theo tài liệu
địa vật lý hàng không nhằm làm sáng tỏ ý nghĩa khoa học và khả năng áp
dụng thực tế của các phương pháp phân tích mới đã được hoàn thiện.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Luận án
- Việc phát triển, hoàn thiện hai phương pháp nhận dạng mới đã bổ
sung và góp phần làm phong phú thêm hệ các phương pháp phân tích tài liệu
địa vật lý nói chung, địa vật lý hàng không nói riêng, trong giải đoán địa chất,
tìm kiếm và dự báo triển vọng khoáng sản.
- Các kết quả nghiên cứu đạt được của Luận án hoàn toàn có thể đưa
vào áp dụng trong công tác xử lý - phân tích tài liệu địa vật lý hàng không,
một nguồn tài liệu hết sức phong phú ở nước ta hiện nay, góp phần không
ngừng nâng cao hiệu quả của công tác địa vật lý hàng không trong điều tra
nghiên cứu địa chất nói chung, đặc biệt là trong tìm kiếm và dự báo triển vọng
khoáng sản.
Những điểm mới của Luận án
- Hoàn thiện nội dung thuật toán hai phương pháp phân tích nhận dạng
mới: Phương pháp Tần suất - Nhận dạng và Phương pháp Khoảng cách - Tần
suất - Nhận dạng trong xử lý số liệu địa vật lý hàng không.

8


- Mở rộng phạm vi áp dụng các dạng tài liệu và phân tích thử nghiệm
thành công hai phương pháp nhận dạng mới trong xử lý tổ hợp các tài liệu từ
và phổ gamma hàng không.
- Xây dựng các chương trình xử lý trên máy tính với hai phương pháp
nhận dạng mới, cho phép dễ dàng sử dụng trong xử lý, phân tích tài liệu bay
đo thực tế ở nước ta hiện nay.
- Góp phần làm sáng tỏ đặc điểm địa chất và triển vọng khoáng sản
vùng Đà Lạt theo tài liệu địa vật lý hàng không, trên cơ sở áp dụng hệ
phương pháp phân tích mới trong xử lý tổ hợp các tài liệu từ và phổ gamma
hàng không.
Các luận điểm bảo vệ
- Hai phương pháp phân tích nhận dạng mới: Tần suất - Nhận dạng và
Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng, hoàn toàn có thể cho phép tìm kiếm,
phát hiện và khoanh định ranh giới (diện tích) đối tượng đồng dạng, đánh giá
mức độ đồng dạng của chúng so với đối tượng mẫu trong trường hợp tổng
quát, khi không có thông tin trước về các đối tượng này, trong xử lý tổ hợp tài
liệu địa vật lý hàng không.
- Không chỉ tài liệu phổ gamma mà cả tài liệu từ hàng không và các tài
liệu khác đều có thể sử dụng có hiệu quả cùng với hai phương pháp: Tần suất
- Nhận dạng và Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng trong xử lý tổ hợp tài
liệu địa vật lý hàng không.
Cấu trúc của Luận án
Cấu trúc của Luận án gồm 4 Chương cùng với phần Mở đầu và Kết
luận.

9

- Chương 1. Các phương pháp xử lý - phân tích tài liệu địa vật lý
hàng không;
- Chương 2. Cơ sở lý thuyết về nhận dạng;
- Chương 3. Phát triển, hoàn thiện nội dung hai phương pháp phân tích
nhận dạng mới;
- Chương 4. Áp dụng các phương pháp nhận dạng mới vào xử lý - phân
tích tài liệu địa vật lý hàng không vùng Tuy Hòa và Đà Lạt.

10


Chương 1. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ - PHÂN TÍCH
TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ HÀNG KHÔNG

1.1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC ĐỊA VẬT LÝ HÀNG KHÔNG Ở
VIỆT NAM
Địa vật lý hàng không là một tổ hợp công nghệ trong công tác địa vật
lý, bao gồm một nhóm các phương pháp địa vật lý với các thiết bị thu thập số
liệu đặt trên máy bay trong một tổ hợp thiết bị thống nhất gọi là các trạm máy
địa vật lý hàng không. Trong thực tế người ta sử dụng rất nhiều tổ hợp địa vật
lý hàng không khác nhau như tổ hợp từ - phổ gamma, từ - phổ gamma - điện,
từ - phổ gamma - trọng lực, từ - trọng lực - điện v.v., tùy thuộc vào mục đích
và đối tượng nghiên cứu. Địa vật lý hàng không có nhiều ưu điểm vượt trội so
với các dạng công tác địa vật lý mặt đất khác đó là cho phép khảo sát trên một
diện tích rộng lớn, địa hình phức tạp trong thời gian ngắn với khối lượng số
liệu thu thập được hết sức đa dạng, phong phú có độ chính xác cao, chứa
đựng nhiều thông tin khách quan về địa chất và khoáng sản của vùng nghiên
cứu. Địa vật lý hàng không có nhiều đóng góp hiệu quả trong công tác điều

tra nghiên cứu địa chất nói chung, đặc biệt là trong tìm kiếm, dự báo triển
vọng khoáng sản. Từ giữa thế kỷ trước công tác địa vật lý hàng không đã
được áp dụng rộng rãi và rất có hiệu quả ở nhiều nước trên thế giới như Liên
Xô, Trung Quốc, Canada v.v.. Ở Việt Nam, công tác địa vật lý hàng không đã
được tiến hành từ những năm 60 của thế kỷ trước. Từ đó đến nay công tác địa
vật lý hàng không đã không ngừng phát triển, có những đóng góp không nhỏ
trong điều tra cơ bản địa chất và tìm kiếm phát hiện khoáng sản. Từ việc
nghiên cứu cấu trúc, góp phần khoanh định các thành tạo địa chất, phục vụ
lập bản đồ địa chất ở các tỉ lệ khác nhau, đến việc tìm kiếm phát hiện khoáng
sản đều có sự đóng góp quan trọng của địa vật lý hàng không.

11


1.1.1. Sơ lược về công tác bay đo địa vật lý ở Việt Nam
1.1.1.1. Diện tích và tỉ lệ bay đo
Trước những năm 80 của Thế kỷ XX, ở Việt Nam chủ yếu tiến hành bay
đo từ tỉ lệ nhỏ (1:200.000) trên toàn bộ phần lãnh thổ phía Bắc đất nước. Từ
những năm 80 trở lại đây, công tác bay đo từ-phổ gamma tỉ lệ lớn (từ 1:50.000
đến 1:25.000) được Nhà nước quan tâm đầu tư và phát triển mạnh thông qua
hàng chục đề án bay đo với tổng diện tích khoảng 90.000 km2. Hiện nay,
những diện tích có tiềm năng triển vọng khoáng sản với địa hình không quá
phân cắt, có thể tiến hành bay đo với máy bay AN-2, phần lớn đều đã bay đo
từ-phổ gamma ở tỉ lệ 1:50.000 - 1:25.000. Với những diện tích còn lại, việc bay
đo đòi hỏi phải sử dụng máy bay trực thăng với chi phí cao hơn.
1.1.1.2. Máy đo địa vật lý
Trước những năm 80 của Thế kỷ XX, ở Việt Nam đồng thời sử dụng 2
trạm máy địa vật lý hàng không: một trạm của Liên Xô cũ và một trạm của
Canada. Từ những năm 90 trở lại đây chúng ta chỉ còn sử dụng trạm máy của
Canada (trạm máy của Liên Xô không còn sử dụng được) bao gồm:

- Máy từ proton MAP-4 với dải đo: 20.000-100.000 nT, độ chính xác 1nT
- Máy phổ gamma 4 kênh GAD-6 và đầu thu bức xạ gamma GSA44.GSI-3
- Thiết bị điều khiển ghi số PDAS-1000 ghi số liệu lên đĩa mềm trên
máy tính.
Từ khi đưa vào sử dụng đến nay toàn bộ các thiết bị của trạm máy vẫn
luôn hoạt động tốt, đáp ứng đầy đủ yêu cầu kỹ thuật, đảm bảo việc thu thập số
liệu đạt độ chính xác và chất lượng cao cho công tác bay khảo sát.
1.1.1.3. Công tác đúc kết - xử lý tài liệu
Để có thể thành lập các bản đồ trường địa vật lý từ các số liệu thu thập
được (ở dạng xung/giây) phải qua một quy trình đúc kết - xử lý rất lớn bao

12


gồm các bước tu chỉnh - hiệu chỉnh - liên kết - đánh giá sai số theo quy phạm
kỹ thuật của công tác bay đo địa vật lý hiện hành. Hiện nay, toàn bộ công việc
này cơ bản đã được tự động hóa theo “Bộ chương trình hiệu chỉnh - liên kết
tài liệu địa vật lý máy bay Hà Nội, 2002” [14].
1.1.1.4. Công tác phân tích, giải thích tổng hợp tài liệu
Từ các bản trường địa vật lý (từ và phổ gamma) ở các tỉ lệ thích hợp,
cùng với các tài liệu kiểm tra mặt đất và các tài liệu địa chất - địa vật lý khác
thu thập được, người ta tiến hành phân tích định tính và định lượng xác định
các phá hủy kiến tạo theo đặc điểm biến đổi của trường địa vật lý; sử dụng
các phép biến đổi trường xác định sự dịch chuyển các hệ thống đứt gãy, tính
các tham số của các đứt gãy; xác định các dị thường phổ gamma và bản chất
xạ địa hóa của chúng, từ đó tiến hành công tác kiểm tra sơ bộ các dị thường địa
vật lý. Sử dụng các bộ chương trình có sẵn như COSCAD 8.0, ER.MAPPER 5.5
và một số chương trình tự lập tiến hành phân tích, giải thích tổng hợp tài liệu
theo một quy trình nhất định để lập bản đồ cấu trúc địa chất và bản đồ phân
vùng triển vọng khoáng sản theo tài liệu địa vật lý.

1.1.2. Hiệu quả công tác địa vật lý hàng không ở Việt Nam
1.1.2.1. Trong điều tra cơ bản địa chất
Các tài liệu từ và phổ gamma hàng không ở nước ta trong thời gian qua
được sử dụng có hiệu quả trong nghiên cứu đứt gãy, phân chia các thành tạo
địa chất, các đới cấu trúc một cách khách quan, mang tính định lượng. Nhiều
đứt gãy sâu theo tài liệu địa vật lý đã được theo dõi chính xác, liên tục, và xác
định định lượng các yếu tố thế nằm như các đứt gãy: Rào Nậy, Sông Ba, Sông
Bung, Tà Vi-Hưng Nhượng, Phan Rí-Đắc Min, Tuy Hòa-Biên Hòa, KbangTuy Phước v.v...[10, 12, 13, 19].
1.1.2.2. Trong điều tra địa chất về tài nguyên khoáng sản

13


Đóng góp trong điều tra tài nguyên khoáng sản là ưu điểm nổi trội của
công tác địa vật lý hàng không. Các tài liệu từ và phổ gamma hàng không
(đặc biệt là tài liệu phổ gamma) rất có hiệu quả trong tìm kiếm, phát hiện,
khoanh định và dự báo các đới triển vọng khoáng sản. Từ kết quả đo vẽ địa
vật lý hàng không nhiều mỏ mới đã được phát hiện như sắt Nà Rụa, sắt Thạch
Khê, Fluorit Xuân Lãnh, Urani Nông Sơn, Khe Hoa-Khe Cao, Urani Tabhinh,
vàng Trảng Sim, vàng Sơn Hòa, Magnesit Kongqueng-Gia Lai v.v...[6] Ngoài
các mỏ mới được phát hiện, nhiều đới triển vọng khoáng sản cũng đã được
khoanh định, đánh giá và dự báo về mức độ triển vọng khoáng sản, làm cơ sở
cho các bước điều tra nghiên cứu chi tiết tiếp theo [10, 13, 19].
1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ - PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ
HÀNG KHÔNG TRÊN THẾ GIỚI
Công tác xử lý - phân tích tài liệu đóng vai trò hết sức quan trọng, quyết
định đến chất lượng, hiệu quả của toàn bộ công tác địa vật lý hàng không.
Hiện nay trên thế giới, trong công tác phân tích tài liệu địa vật lý hàng không
để giải đoán địa chất, tìm kiếm và dự báo triển vọng khoáng sản người ta sử
dụng rất nhiều phương pháp khác nhau, trong đó nhóm các phương pháp

thống kê - nhận dạng được áp dụng rộng rãi có hiệu quả hơn cả. Có thể chia
các phương pháp xử lý - phân tích tài liệu địa vật lý hàng không thành các
nhóm phương pháp chính sau.
1.2.1. Các phương pháp tách trường
Các phương pháp tách trường là những phương pháp quen thuộc, được
sử dụng rất rộng rãi và có hiệu quả trong phân tích các tài liệu địa vật lý nói
chung. Sử dụng các phương pháp tách trường để phân chia các dị thường là
nội dung quan trọng trong phân tích tài liệu địa vật lý hàng không, nhằm
khoanh định và dự đoán về diện phân bố của các đối tượng địa chất gây dị
14


thường, đặc biệt là đối với các dị thường phổ gamma. Dị thường phổ gamma
là những phần địa phương của vỏ Trái Đất, ở đó các trường phóng xạ ghi
được cao hơn mức phông, hoặc mối tương quan giữa các thành phần trường
bị phá vỡ, do sự không đồng nhất về địa chất và địa hóa của các thành tạo địa
chất gây ra. Diện phân bố của các dị thường này nói chung lớn hơn so với các
dị thường điểm, nó tương ứng với diện phân bố của các đối tượng địa chất
gây dị thường [2, 40, 41, 42]. Trong phân tích tài liệu phổ gamma hàng
không, do đặc tính phân bố ngẫu nhiên của các trường phóng xạ, người ta
thường sử dụng phổ biến hơn cả là các phương pháp như: trung bình trượt,
trung bình entropi, lọc phi tuyến, lọc tuyến tính, gradien.
Vấn đề quan trọng khi sử dụng các phương pháp tách trường để phân
chia dị thường đối với tài liệu địa vật hàng không là lựa chọn bán kính trung
bình (kích thước cửa sổ chạy) sao cho phù hợp với kích thước của đối tượng
gây dị thường. Diện tích của cửa sổ chạy thường được chọn lớn hơn 2 - 3 lần
diện tích của dị thường. Những nghiên cứu theo hướng này được đề cập đến
trong các công trình của Diordienco, của Ni-Ki-Tin và nhiều công trình của
các tác giả khác.
1.2.2. Các phương pháp thống kê nhận dạng

Các phương pháp nhận dạng không những được ứng dụng rất có hiệu
quả trong phân tích các số liệu địa chất, địa vật lý mà còn được áp dụng rộng
rãi trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác. Về nguyên lý, việc tìm kiếm các đối
tượng tương tự (đồng dạng) với các đối tượng mẫu đã biết thông qua các
chủng loại thông tin thu được trong quá trình nghiên cứu, khảo sát, đều có thể
xếp vào lớp các bài toán nhận dạng. Các phương pháp phân tích nhận dạng
đặc biệt có hiệu quả khi tiến hành trên các cơ sở dữ liệu có các chủng loại
thông tin đa dạng, phong phú và tin cậy. Hiện nay, có rất nhiều thuật toán

15


nhận dạng hiện đại, được tự động hóa bằng các hệ phần mềm mạnh, được áp
dụng có hiệu quả trong phân tích tài địa vật lý hàng không đặc biệt là tài liệu
phổ gamma ở nhiều nước trên thế giới. Đề cập đến hướng nghiên cứu này có
rất nhiều công trình đã được công bố, theo đó các phương pháp nhận dạng có
thể chia thành 2 nhóm: nhóm các phương pháp nhận dạng theo đối tượng
chuẩn và nhóm các phương pháp nhận dạng không có đối tượng chuẩn [21,
24, 38, 39, 43, 44, 46].
1.2.2.1. Các phương pháp nhận dạng theo đối tượng chuẩn
Trong các phương pháp phân tích nhận dạng theo đối tượng chuẩn thì
việc quan trọng nhất là chọn đối tượng chuẩn, tiếp đến là chọn tập hợp các
dấu hiệu dùng để phản ánh và nhận dạng các đối tượng. Tùy thuộc vào các
mục đích nghiên cứu khác nhau, việc lựa chọn các đối tượng chuẩn sẽ khác
nhau. Với mục đích nhận biết và khoanh định ranh giới các thành tạo địa chất,
đối tượng chuẩn được lựa chọn là các “diện tích chuẩn”, trên đó phân bố các
thành tạo địa chất đặc trưng tin cậy đã biết. Với mục đích tìm kiếm và dự báo
triển vọng khoáng sản, đối tượng chuẩn được chọn là các diện tích chuẩn, đã
biết về triển vọng khoáng sản (các đối tượng quặng và không quặng) [17].
- Đối tượng quặng chuẩn được hiểu là một biểu hiện quặng bất kỳ mà

các đặc tính địa chất - khoáng sản đã biết, nghĩa là đã có các dấu hiệu tin
tưởng về một loại khoáng sản nào đó.
- Đối tượng không quặng chuẩn là các đối tượng mà bằng các công việc
tìm kiếm chi tiết trên mặt đất đã khẳng định là chúng không có biểu hiện
quặng hóa.
Phần lớn các thuật toán nhận dạng theo đối tượng chuẩn trên cơ sở mô
hình thống kê trong phân tích tài liệu địa vật lý hàng không đều sử dụng các
thông số như: Tỉ số sự thật L(x) và tổng lượng thông tin J(1:2,x)
16


1.2.2.2. Các phương pháp nhận dạng không có đối tượng chuẩn theo
nguyên lý tự điều chỉnh
Để khoanh định ranh giới các thành tạo địa chất phục vụ công tác lập
bản đồ, các phương pháp nhận dạng không có đối tượng chuẩn được áp dụng
rất có hiệu quả. Về bản chất, các phương pháp nhận dạng không có đối tượng
chuẩn trong trường hợp này có thể xem như các bài toán phân lớp, phân chia
các miền trường tương ứng với các thành tạo địa chất, dựa theo các đặc trưng
của trường địa vật lý.
Để phục vụ tìm kiếm, dự báo triển vọng khoáng sản, trong trường hợp
diện tích khảo sát chưa được nghiên cứu kỹ và không có các đối tượng chuẩn
tin cậy, người ta có thể sử dụng các phương pháp nhận dạng không có mẫu
theo nguyên lý tự điều chỉnh để phát hiện và khoanh định các diện tích trường
dị thường dựa trên một số dấu hiệu đã được chọn trước theo nguyên tắc: xác
suất nhỏ, tương quan yếu và có tính trội của một nguyên tố nào đó
Người ta đặc biệt quan tâm đến các diện tích dị thường (có khả năng
liên quan với các khoáng sản) được khoanh định theo các dấu hiệu nêu trên
khi có các đặc điểm như:
- Loại thường gặp trong các lớp đất đá khác nhau nhưng rất giống nhau.
- Loại không điển hình cho lớp đất đá của nó hoặc trên toàn vùng.

Các phương pháp nhận dạng không có đối tượng chuẩn theo nguyên lý
tự điều chỉnh để đánh giá triển vọng khoáng sản nói chung đạt hiệu quả không
cao, thường chỉ có thể tham gia vào việc phát hiện và khoanh định các diện
tích, dự báo là có thể có liên quan với khoáng sản [25].

17


1.2.3. Các phương pháp thống kê thực nghiệm
Các phương pháp thống kê thực nghiệm được 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 quá trình phân tích. Bằng mô hình toán học và thông qua
chúng có thể phân chia các lớp dấu hiệu đối với các đặc trưng địa chất, các
đặc trưng quặng và không quặng [31]. Với mục đích tìm kiếm, dự báo khoáng
sản, các phương pháp thống kê thực nghiệm chủ yếu tập trung khai thác tài
liệu phổ gamma với các thông số (được biểu diễn qua các biểu thức toán học)
[11, 26, 28, 47], thường được sử dụng là:
- Các thông số Dominal.
Quá trình phân bố lại các nguyên tố phóng xạ nhất thiết sẽ làm cho ít
U
nhất một nguyên tố được trội lên, và các thông số Dominal gồm DThK và DTh

phản ánh đặc tính đó, chúng được biểu diễn theo công thức:

DThK  ( q K  qTh
)e (1 x ) / 2

trong đó:

q K  (q K  q K ) /  K

 K - là độ lệch chuẩn của qK

q

k

q

Th

- hàm lượng nguyên tố phóng xạ Kali
- hàm lượng nguyên tố phóng xạ Thori

U
cũng được tính tương tự.
Biểu thức của DTh

- Các hàm tương quan.

18

(1.1)


Các hàm tương quan (trong đó có các hệ số tương quan bậc 1 Rij) phản
ánh mức độ quan hệ về đặc điểm phân bố của các trường phóng xạ U, Th, K.
Quá trình phân bố lại các nguyên tố phóng xạ sẽ làm cho mối tương quan
bình thường trước đó giữa chúng bị phá vỡ, do vậy các hàm tương quan cũng
là một dấu hiệu phản ánh đặc điểm phân bố của các trường phóng xạ [27].
- Các hàm xác suất thống kê phản ánh xác suất bắt gặp các đặc tính

phóng xạ nào đó (theo nguyên tắc xác suất nhỏ). Về nguyên tắc, xác suất bắt
gặp các dị thường sẽ là rất nhỏ so với toàn diện tích khảo sát. Do vậy, nếu lựa
chọn được các dấu hiệu phản ánh thích hợp, thì thông qua chúng theo nguyên
tắc xác suất nhỏ, người ta cũng có thể khoanh định các diện tích có đặc tính
phân bố không bình thường của các trường phóng xạ [34, 35].
- Các tỉ số hàm lượng các nguyên tố.
Người ta cũng thường sử dụng các tỉ số hàm lượng như: qTh/qU, qTh/qK,
(qU.qK)/qTh, (qU + qK)/ qTh làm các dấu hiệu để tìm hiểu về đặc điểm phân bố
của các trường phóng xạ.
Trong các đá không biến đổi của vỏ Trái Đất các tỉ số này thường 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 vượt ra khỏi các dải đó, do vậy thông qua các dấu hiệu
này cũng có thể khoanh định và dự báo các đới đá biến đổi.
Các phương pháp thống kê thực nghiệm, thông qua các thông số nói
trên được áp dụng khá rộng rãi và có hiệu quả trong phân tích tài liệu địa vật
lý hàng không, đặc biệt là tài liệu phổ gamma trong việc phát hiện và khoanh
định các đới biến đổi có thể liên quan với khoáng sản.

19


1.2.4. Các phương pháp khác
Ngoài một số phương pháp phân tích mang tính chuyên dụng thường
được áp dụng trong phân tích tài liệu địa vật lý hàng không như đã trình bày ở
trên, trong thực tế, người ta còn sử dụng rất nhiều phương pháp phân tích
khác theo hướng khai thác và sử dụng triệt để thông tin như: các phương pháp
quy hoạch tuyến tính, các phương pháp quy hoạch phi tuyến, các phương
pháp phổ, các phương pháp đạo hàm, phương pháp phân tích các thành phần
chính, các phương pháp phân tích bản đồ bóng, các phương pháp chồng chập
thông tin v.v... [6, 29, 30, 32, 33, 45].

Hầu hết các phương pháp nêu trên (bao gồm các phương pháp tách
trường, các phương pháp nhận dạng, các phương 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 trường (cường độ trường từ T, trường từ dị
thường ∆T, cường độ bức xạ gamma, hàm lượng các nguyên tố phóng xạ U,
Th, K v.v...).
Trên các điểm dị thường đơn (chỉ đối với tài liệu phổ gamma thông qua
bản đồ phân bố các dị thường phổ gamma hàng không) thường chỉ có một số
phương pháp thống kê thực nghiệm đơn giản. Thông qua các tham số đặc
trưng riêng trên các điểm dị thường như: ∆J, T(1/2), ∆Th/ ∆U, ∆U/ ∆K, Ji, F.
v.v…, người ta xác lập mối quan hệ giữa các đặc điểm địa chất - khoáng sản
với các đặc điểm xạ - địa hóa tương 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
thường đơn, ngoài một số tham số như: F, T(1/2)… người ta còn sử dụng
tham số tích phân xác suất nhiều thành phần:

20


 x  x   y  y   z  z 
 
 
 

 Sx   Sy   Sz 

2

P

1
(2 )

3

 e

2

2





dxdydz

B

(1.2)

trong đó: - x, y, z là các hàm lượng của U, Th, K đã được chuẩn hóa [3].
- B là diện phân bố của dị thường được xác định theo kênh tổng.
Hiện nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, các phương
pháp xử lý và phân tích số liệu hiện đại ngày càng được ứng dụng rộng rãi thay
thế các phương pháp thủ công, trực quan, định tính. Phần lớn các thuật toán trình
bày ở trên đều đã được tự động hóa với các hệ phần mềm mạnh, chuyên dụng.
Đáng chú ý là Bộ chương trình phân tích phổ - thống kê COSCAD do GS.VS. NiKi-Tin đề xuất xây dựng và hệ phần mềm mạnh ERMAPPER.
1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ - PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ

HÀNG KHÔNG Ở VIỆT NAM
1.3.1. Các phương pháp xử lý - đúc kết số liệu thành lập các bản đồ
trường địa vật lý
Ở Việt Nam, công tác xử lý - đúc kết số liệu để thành lập các bản đồ
trường địa vật lý từ các số liệu nguyên thủy thu được đối với các tài liệu từ và
phổ gamma hàng không từ năm 2003 trở lại đây cơ bản đã được tự động hóa, cụ
thể thực hiện nhờ sử dụng Bộ chương trình hiệu chỉnh - liên kết tài liệu địa vật
lý máy bay [14]. Dưới đây, xin giới thiệu tóm tắt nội dung các bước của công
tác xử lý - đúc kết số liệu thành lập các bản đồ trường địa vật lý hàng không.
1.3.1.1. Phương pháp đúc kết tài liệu từ hàng không
Việc đúc kết tài liệu từ hàng không được tuân thủ đúng các quy định kỹ
thuật của quy phạm hiện hành với các bước cụ thể như sau:

21