Nghiên cứu áp dụng các phương pháp hiện đại phân tích, xử lý tài liệu dị thường từ một số khu vực thuộc lãnh thổ việt nam

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

Nguyễn Thị Thu Hằng

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HIỆN ĐẠI
PHÂN TÍCH, XỬ LÝ TÀI LIỆU DỊ THƯỜNG TỪ MỘT SỐ
KHU VỰC THUỘC LÃNH THỔ VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ

Hà Nội - 2019


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Nguyễn Thị Thu Hằng

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÁC PHƢƠNG PHÁP HIỆN ĐẠI
PHÂN TÍCH, XỬ LÝ TÀI LIỆU DỊ THƢỜNG TỪ MỘT SỐ
KHU VỰC THUỘC LÃNH THỔ VIỆT NAM

Chuyên ngành: Vật lý Địa cầu
Mã số: 9440130.06
LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS. TS. Đỗ Đức Thanh
2. TS. Lê Huy Minh

Hà Nội - 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa từng được công
bố trong bất kỳ một công trình nào khác.
Tác giả luận án

Nguyễn Thị Thu Hằng

i


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới
PGS.TS Đỗ Đức Thanh, trường Đại học Khoa học Tự nhiên- Đại học Quốc
Gia Hà Nội, người đã tận tình hướng dẫn, luôn giúp đỡ và động viên tôi vượt
qua những khó khăn trong quá trình thực hiện luận án.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Lê Huy Minh, Viện Vật lý
Địa cầu, Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam, người đã có những ý kiến góp ý
quí báu về mặt chuyên môn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô ở bộ
môn Vật lý Địa cầu, Khoa Vật lý đã tạo điều kiện thuận lợi nhất để tôi được
học tập và nghiên cứu tại bộ môn.
Tôi xin cảm ơn tới Lãnh đạo khoa Tự Nhiên và Ban giám hiệu trường
CĐSP Hà Tây đã tạo điều kiện về thời gian để tôi tham gia học tập và thực
hiện luận án.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn Lãnh đạo Liên đoàn Vật lý địa chất về việc
cung cấp số liệu dị thường từ khu vực Boong Quang và Bó Giới mà tôi đã áp
dụng trong luận án.

Một lần nữa, tôi xin gửi lời cảm ơn đến các bạn bè, đồng nghiệp, gia
đình đã luôn động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án.

ii


MỤC LỤC
Lời cam đoan

i

Lời cảm ơn

ii

Mục lục

iii

Danh mục các bảng biểu

vii

Danh mục kí hiệu, viết tắt

viii

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

ix

MỞ ĐẦU

1

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CÁC
PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH, XỬ LÝ TÀI LIỆU DỊ THƢỜNG TỪ
1.1. Các phương pháp phân tích, xử lý tài liệu dị thường từ trên thế giới
1.1.1. Các phương pháp giải bài toán thuận

6
6
6

1.1.2. Các phương pháp giải bài toán ngược xác định vị trí và độ sâu
8

nguồn gây dị thường từ
1.2. Các phương pháp phân tích, xử lý tài liệu dị thường từ ở Việt Nam

15

1.2.1.Tình hình nghiên cứu trường địa từ và trường dị thường ở Việt Nam

15

1.2.2. Các phương pháp phân tích, xử lý tài liệu dị thường từ ở Việt Nam

18

1.3. Nhận xét và kết luận chƣơng 1

25

CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP TÍN HIỆU
GIẢI TÍCH THEO HƢỚNG CỦA TENXƠ GRADIENT DỊ
THƢỜNG TỪ TOÀN PHẦN XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ BIÊN CỦA CÁC
NGUỒN GÂY DỊ THƢỜNG CÓ DẠNG ĐẲNG THƢỚC

27

2.1. Cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp

27

2.1.1. Phép biến đổi Hilbert

27

2.1.2. Áp dụng phép biến đổi Hilbert trong việc phân tích tín hiệu giải tích

28

2.1.3. Tín hiệu giải tích theo hướng của tenxơ gradient dị thường từ
toàn phần

29

2.1.4. Xác định giá trị cực đại của hàm ED (|EDmax|)
2.2. Kết quả tính toán thử nghiệm trên mô hình

iii

31
32


2.2.1. Mô hình một lăng trụ bị từ hóa

33

2.2.2. Mô hình hai lăng trụ bị từ hóa

41

2.2.3. Mô hình nhiều lăng trụ bị từ hóa

46

2.3. Kết quả áp dụng trên số liệu thực tế

49

2.3.1. Kết quả áp dụng trên tài liệu từ khu vực Bó Giới

50

2.3.2. Kết quả áp dụng trên tài liệu từ khu vực Boong Quang

56

2.4. Nhận xét và kết luận chƣơng 2

61

CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP ĐẠO HÀM
THEO HƢỚNG XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ BIÊN CỦA CÁC NGUỒN GÂY
DỊ THƢỜNG TỪ DẠNG KÉO DÀI

63

3.1. Lý do xây dựng phƣơng pháp

63

3.2. Cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp đạo hàm theo hƣớng

65

3.2.1. Đạo hàm ngang

65

3.2.2. Đạo hàm theo hướng

67

3.3. Kết quả tính toán thử nghiệm trên mô hình

69

3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của hướng lấy đạo hàm và góc nghiêng từ
hóa lên kết quả tính toán

70

3.3.2. Khảo sát hiệu quả của phương pháp trong mối tương quan so sánh
với phương pháp gradient ngang cực đại (HG)
3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng gây ra bởi hiệu ứng giao thoa
3.4. Kết quả áp dụng trên số liệu thực tế ở Việt Nam
3.4.1. Với hướng đạo hàm là hướng kinh tuyến và hướng Tây Bắc –

73
75
79
81

Đông Nam
3.4.2.Với hướng đạo hàm là hướng Đông Bắc - Tây Nam
3.5. Nhận xét và kết luận chƣơng 3

82
86

CHƢƠNG 4. MỞ RỘNG THUẬT TOÁN GIẢI BÀI TOÁN NGƢỢC
CHO ĐA GIÁC VÀ LĂNG TRỤ THẲNG ĐỨNG XÁC ĐỊNH ĐỘ SÂU
CỦA MÓNG TỪ CHO TRƢỜNG HỢP 2D VÀ 3D TRONG MIỀN
89

KHÔNG GIAN

iv


4.1. Phƣơng pháp xác định móng từ cho trƣờng hợp 2D

89

4.1.1. Giải bài toán ngược xác định tọa độ đỉnh của vật thể gây dị
thường từ có tiết diện ngang là đa giác

89

4.1.2. Giải bài toán ngược 2D xác định độ sâu của móng từ

90

4.1.3. Kết quả áp dụng thử nghiệm phương pháp giải ngược 2D xác
định độ độ sâu móng từ trên mô hình

93

4.1.4. Kết quả áp dụng phương pháp giải bài toán ngược 2D xác định
độ sâu móng từ trên một số tuyến đo khu vực Đông Nam thềm lục địa Việt

95

Nam
4.2. Phƣơng pháp xác định móng từ cho trƣờng hợp 3D

102

4.2.1. Giải bài toán ngược xác định các thông số của vật thể gây dị
thường từ có dạng lăng trụ thẳng đứng

102

4.2.2. Giải bài toán ngược 3D xác định độ sâu móng từ

103

4.2.3. Kết quả áp dụng thử nghiệm phương pháp giải ngược 3D xác
định độ sâu móng từ trên mô hình

105

4.2.4. Kết quả áp dụng phương pháp giải bài toán ngược 3D xác định
độ sâu móng từ khu vực Đông Nam thềm lục địa Việt Nam
4.3. Nhận xét và kết luận chương 4

109
117
119

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN
QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

121

TÀI LIỆU THAM KHẢO

122

v


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Tên Bảng
Bảng 2.1 -Các thông số của mô hình một lăng trụ bị từ hóa
Bảng 2.2 -Các thông số của mô hình hai lăng trụ bị từ hóa có độ
sâu như nhau
Bảng 2.3 - Các thông số của mô hình hai lăng trụ bị từ hóa có độ
sâu khác nhau
Bảng 2.4 - Các thông số của mô hình bốn lăng trụ bị từ hóa có độ
sâu như nhau
Bảng 2.5- Thông số của mô hình bốn lăng trụ bị từ hóa có độ sâu
khác nhau

Trang
34
41

43

46

47

Bảng 3.1. Thông số của mô hình một lăng trụ bị từ hóa

63

Bảng 3.2. Thông số của mô hình hai lăng trụ bị từ hóa

64

Bảng 3. 3 - Các thông số của mô hình lăng trụ bị từ hóa

70

Bảng 3.4 - Các thông số của mô hình hai lăng trụ bị từ hóa song
song
Bảng 3.5 - Các thông số của mô hình hai lăng trụ bị từ hóa cắt nhau

vi

75
77


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Tên Hình

Trang

Hình 2.1.Xác định giá trị cực đại của hàm |ED|

31

Hình 2.2. Dị thường từ toàn phần của vật thể hình lăng trụ bị từ hóa

34

thẳng đứng
Hình 2.3. Kết quả tính toán hàm |A| và |ED| 2D và 3D của lăng trụ bị từ

35

hóa thẳng đứng
Hình 2.4. Kết quả xác định biên của vật thể bị từ hóa thẳng đứng

36

Hình 2.5. Dị thường từ toàn phần của vật thể hình lăng trụ bị từ hóa

36

nghiêng 250
Hình 2.6. Kết quả tính toán hàm |A| và |ED| 3D của lăng trụ bị từ hóa

37

với góc nghiêng I = 250
Hình 2.7. Kết quả xác định biên của vật thể bị từ hóa với góc nghiêng

38

I=25o
Hình 2.8. Dị thường từ toàn phần của vật thể hình lăng trụ bị từ hóa

38

nghiêng 50
Hình 2.9. Kết quả tính toán hàm |A| và |ED| 2D và 3D của lăng trụ bị từ

39

hóa nghiêng 50
Hình 2.10. Kết quả xác định biên của vật thể bị từ hóa với góc nghiêng

40

I=5o
Hình 2.11. Dị thường từ toàn phần của hai lăng trụ có độ sâu như nhau

41

bị từ hóa với góc nghiêng 250
Hình 2.12. Kết quả tính hàm |A| và |ED| 2D và 3D của hai lăng trụ có độ

42

sâu như nhau bị từ hóa nghiêng 250
Hình 2.13. Kết quả xác định vị trí biên của hai lăng trụ có độ sâu như

43

nhau bị từ hóa với góc nghiêng I=25o
Hình 2.14. Dị thường từ toàn phần của hai lăng trụ có độ sâu khác nhau

vii

44


bị từ hóa với góc nghiêng 250
Hình 2.15. Kết quả tính hàm |A| và |ED| 2D của hai lăng trụ có độ sâu

44

khác nhau bị từ hóa nghiêng 250
Hình 2.16. Kết quả tính hàm |A| và |ED| 3D của hai lăng trụ có độ sâu

45

khác nhau bị từ hóa nghiêng 250
Hình 2.17. Kết quả xác định vị trí biên của hai lăng trụ có độ sâu khác

45

nhau bị từ hóa với góc nghiêng I=25o
Hình 2.18. Kết quả xác định biên của mô hình bốn vật thể có độ sâu như

47

nhau bị từ hóa với góc nghiêng 250
Hình 2.19. Kết quả xác định biên của mô hình bốn vật thể có độ sâu

48

khác nhau bị từ hóa với góc nghiêng 250
Hình 2.20. Dị thường ΔTa khu vực Bó Giới

52

Hình 2.21. Dị thường ΔTa vùng nghiên cứu 1 khu vực Bó Giới sau khi

52

được loại bỏ nhiễu
Hình 2.22. Kết quả xác định |ED|max của vật thể gây dị thường từ

53

Hình 2.23. Kết quả xác định biên vật thể gây dị thường từ trong vùng

53

nghiên cứu 1 khu vực Bó Giới
Hình 2.24. Dị thường ΔTa vùng nghiên cứu 2 khu vực Bó Giới sau khi

54

được loại bỏ nhiễu
Hình 2.25. Kết quả xác định |ED|max của vật thể gây dị thường từ

55

Hình 2.26. Kết quả xác định biên vật thể gây dị thường từ trong vùng

55

nghiên cứu 2 khu vực Bó Giới
Hình 2.27. Dị thường ΔTa khu vực Boong Quang

59

Hình 2.28. Dị thường ΔTavùng nghiên cứu khu vực Boong Quang sau

59

khi được loại bỏ nhiễu
Hình 2.29. Kết quả xác định |ED|max của vật thể gây dị thường từ

60

Hình 2.30. Kết quả xác định biên vật thể gây dị thường từ trong vùng

60

nghiên cứu khu vực Boong Quang

viii


Hình 3.1. Kết quả xác định biên của vật thể có dạng kéo dài theo một

64

hướng bằng hàm ED
Hình 3.2. Kết quả xác định biên của hai vật thể có dạng kéo dài theo

64

một hướng bằng hàm ED
Hình 3.3 . Đạo hàm theo hướng s dị thường từ toàn phần tại điểm quan

68

sát thứ (i,j)
Hình 3.4. Dị thường từ toàn phần một lăng trụ bị từ hóa dưới góc ngiêng I

71

= 250
Hình 3.5. Kết quả xác định biên của mô hình một lăng trụ bị từ hóa với

71

góc nghiêng từ hóa I = 250 theo các hướng đạo hàm (góc α) khác nhau.
Hình 3.6. Dị thường từ toàn phần của mô hình một lăng trụ bị từ hóa dưới

72

góc ngiêng I = 50
Hình 3.7. Kết quả xác định biên của mô hình một lăng trụ bị từ hóa với

72

góc nghiêng từ hóa I = 50 theo các hướng đạo hàm (góc α) khác nhau.
Hình 3.8. Dị thường từ toàn phần đã trộn nhiễu 1% của mô hình hai

73

lăng trụ bị từ hóa
Hình 3.9. Kết quả xác định biên của mô hình lăng trụ bị từ hóa

74

Hình 3.10. Dị thường từ toàn phần đã trộn nhiễu 1% của mô hình hai

75

lăng trụ bị từ hóa
Hình 3.11. Kết quả xác định biên của mô hình hai lăng trụ bị từ hóa song

76

song
Hình 3.12. Dị thường từ toàn phần đã trộn nhiễu 1% của mô hình hai

77

lăng trụ bị từ hóa cắt nhau.
Hình 3.13. Kết quả xác định biên của mô hình hai lăng trụ bị từ hóa cắt

78

nhau
Hình 3.14. Dị thường từ hàng không ΔTa khu vực Tuần giáo

80

Hình 3.15. Kết quả xác định |DG|max của ΔTa khu vực Tuần Giáo ở mức

81

z=0km theo các hướng

ix


Hình 3.16. Kết quả xác định |DG|max của ΔTa khu vực Tuần Giáo ở mức

83

z = 0 theo hướng Đông Bắc – Tây Nam
Hình 3.17. Kết quả xác định |DG|max của ΔTa khu vực Tuần Giáo theo

85

hướng Đông Bắc - Tây Nam ở các mức nâng
Hình 4.1. Vật thể gây dị thường từ có tiết diện ngang là đa giác bất kỳ

89

Hình 4.2. Xấp xỉ móng từ bằng đa giác 2N đỉnh

91

Hình 4.3. Sơ đồ khối chương trình tính độ sâu móng từ 2D

92

Hình 4.4. a) Kết quả xác định độ sâu móng từ 2D mô hình không có

93

nhiễu; b) Tốc độ hội tụ
Hình 4.5. a) Kết quả xác định độ sâu móng từ 2D mô hình có nhiễu 3%;

94

b) Tốc độ hội tụ
Hình 4.6 . Dị thường từ khu vực Đông Nam thềm lục địa Việt Nam

96

Hình 4.7. Bản đồ độ sâu Curie khu vực Đông Nam thềm lục địa Việt Nam

97

Hình 4.8. Kết quả xác định độ sâu móng từ tuyến AB

98

Hình 4.9. Kết quả xác định độ sâu móng từ tuyến CD

100

Hình 4.10. Kết quả xác định độ sâu móng từ tuyến EF

101

Hình 4.11. Vật thể bị từ hóa có dạng lăng trụ thẳng đứng

103

Hình 4.12. Mô hình móng từ

105

Hình 4.13. Các kết quả tính toán khi góc từ hóa I=4o

106

Hình 4.14. Các kết quả tính toán khi dị thường đã được chuyển về cực

108

Hình 4.15. Tốc độ hội tụ

108

Hình 4.16. Dị thường từ và mặt Curie khu vực Đông nam Thềm lục địa

110

Việt Nam
Hình 4.17. Các kết quả tính toán ở mức z = 0 km

111

Hình 4.18. Các kết quả tính toán ở mức nâng trường lên độ cao z = 20 km

113

Hình 4.19. Sơ đồ cấu trúc sâu khu vực đông nam thềm lục địa Việt Nam

115

Hình 4.20. Lát cắt địa chất sâu theo tài liệu trọng lực và độ sâu móng từ

116

và mặt Curie

x


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Kí hiệu

Giải nghĩa

2D

Bài toán hai chiều

3D

Bài toán ba chiều

ED

Edge-Detector – Phát hiện biên

DG

Directional Gradient – Gradient theo hướng

A
HG
ASTA

Amplitude – Biên độ
Horizontal Gradient – Đạo hàm ngang
Analytic Signal of Tilt Angle - Tín hiệu giải
tích của góc nghiêng

D

Độ từ thiên

T

Từ trường tổng

H

Từ trường nằm ngang

Z

Từ trường thẳng đứng

∆Ta

Trường từ bình thường

xi


MỞ ĐẦU
Phương pháp thăm dò từ là một trong các phương pháp thăm dò địa vật
lý ra đời sớm nhất và đạt tới sự phát triển rực rỡ từ sau chiến tranh Thế giới
thứ II. Với những cải tiến về thiết bị đo đạc, hiện nay với phương pháp thăm
dò từ người ta có thể lập được các bản đồ với nhiều quy mô khác nhau từ quy
mô một vùng, một lãnh thổ tới quy quy mô toàn cầu. Các phương pháp lọc số
liệu, biểu diễn kết quả, minh giải số liệu cũng phát triển mạnh cùng với sự
phát triển của công nghệ máy tính điện tử. Thăm dò từ cũng là một trong
những phương pháp thăm dò được sử dụng đầu tiên trong quá trình tìm kiếm
khoáng sản. Ở các lĩnh vực khác, thăm dò từ là phương pháp rất có hiệu quả
trong việc nghiên cứu cấu trúc bên trong trái đất, cấu tạo địa chất, xác định
các đứt gãy sâu, kiến tạo thạch học. Với việc áp dụng các phương pháp mới,
hiện đại cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin đã làm cho thăm dò từ

trở nên hữu dụng trong tất cả các lĩnh vực thăm dò khác như tìm kiếm dầu
khí, tìm kiếm nguồn địa nhiệt, tìm kiếm nguồn nước ngầm, đánh giá nguy cơ
rủi ro của thiên nhiên và nghiên cứu môi trường.
Thăm dò từ có giá trị rất lớn với nền kinh tế của nước ta, nó được áp
dụng rộng rãi trong tất cả các giai đoạn nghiên cứu tìm kiếm, thăm dò địa
chất, thăm dò khoáng sản. Trong giai đoạn hiện nay, thăm dò từ góp phần giải
quyết về vấn đề phân vùng, phát hiện các vùng có triển vọng khoáng sản để
tiến hành các công tác thăm dò địa chất, địa vật lý chi tiết. Ngoài ra chúng còn
được sử dụng để xác định các vỉa quặng và các dạng cấu tạo địa chất. Trong
những điều kiện nhất định phương pháp thăm dò từ còn được áp dụng nhằm
xác định dạng, các yếu tố thế nằm, các kích thước của vỉa quặng để đánh giá
sơ bộ trữ lượng của chúng. Phương pháp thăm dò từ và trọng lực thường được
áp dụng tổ hợp với các phương pháp địa vật lý, địa hóa, địa chất khác nhằm
mục đích nâng cao hiệu quả của chúng. Trong những năm gần đây, cùng với

1


sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ đo đạc, hàng loạt các phương pháp xử
lý số liệu mới, tiên tiến thực hiện trên các máy vi tính cũng lần lượt được các
nhà Địa vật lý trên thế giới giới thiệu. Một trong những hướng phát triển của
ngành Địa vật lý nước ta hiện nay là áp dụng những các tiến bộ của khoa học
kĩ thuật trong khâu xử lý, phân tích các tài liệu đo đạc để nâng cao hiệu quả
địa chất – kinh tế của các phương pháp Địa vật lý, trong đó có các phương
pháp phân tích, xử lý tài liệu dị thường từ. Mặc dù cũng được không ít các
nhà Địa vật lý trong nước quan tâm nghiên cứu, nhưng so với sự phát triển
mạnh mẽ của Thế giới kể cả về công nghệ và phương pháp, các công trình
nghiên cứu trong lĩnh vực phân tích, xử lý số liệu từ ở nước ta còn ít; việc áp
dụng các phương pháp phân tích, xử lý tới nay chủ yếu vẫn là các phương
pháp kinh điển, chưa có tính hệ thống, chưa đặc biệt hữu hiệu để giải quyết

những vấn đề gặp phải đối với số liệu từ ở trong nước. Đặc biệt, do vị trí lãnh
thổ Việt Nam thuộc vùng vĩ độ thấp nên trường từ phân bố phức tạp, mang
những nét riêng biệt, điều đó làm cho việc áp dụng các phương pháp phân
tích, xử lý trước đây vẫn dùng cho vĩ độ cao hiệu quả đạt được còn thấp. Hiện
nay khi minh giải số liệu từ vùng vĩ độ thấp, các nhà Địa vật lý hầu hết đều sử
dụng công cụ gián tiếp trong phân tích số liệu dị thường từ như phương pháp
chuyển trường về cực chẳng hạn. Điều này làm cho kết quả tính toán vẫn tồn
tại sai số nhất định đặc biệt là đối với những vùng vĩ độ thấp gần xích đạo.
Xuất phát từ thực tiễn đó, tác giả đã tiến hành nghiên cứu áp dụng một số
phương pháp phân tích, xử lý số liệu từ hiện đại nhằm nâng cao hiệu quả của
công tác phân tích, xử lý số liệu thăm dò từ ở Việt Nam. Đặc biệt các phương
pháp này có thể phân tích trực tiếp tài liệu dị thường từ vùng vĩ độ thấp để xác
định vị trí của các nguồn gây dị thường từ. Đồng thời xây dựng hệ thống
phương pháp phù hợp với các dạng đối tượng gây dị thường từ khác nhau: đối
tượng có dạng kéo dài, đối tượng có dạng đẳng thước và đối tượng là móng
từ.
2


Với lý do trên, tác giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu áp dụng các
phương pháp hiện đại phân tích, xử lý tài liệu dị thường từ trên một số
khu vực thuộc lãnh thổ Việt Nam” làm đề tài nghiên cứu của mình.
Mục tiêu của luận án:
- Nghiên cứu mở rộng khả năng áp dụng các phương pháp phân tích, xử
lý tài liệu hiện đại, phù hợp cho từng đối tượng gây dị thường từ và phù hợp
với miền vĩ độ thấp
- Góp phần nâng cao hiệu quả công tác phân tích, xử lý tài liệu dị thường
từ nhằm xác định vị trí, hình dạng của các nguồn gây dị thường từ ở Việt
Nam.
Nhiệm vụ của luận án:

- Xây dựng một hệ các phương pháp phân tích, xử lý số liệu từ phù hợp
với vùng vĩ độ thấp; phù hợp với từng đối tượng gây dị thường thường gặp
trong thực tế: đối tượng có dạng kéo dài, đối tượng có dạng hình học đẳng
thước, đối tượng là móng từ.
- Hiện thực hóa việc áp dụng các phương pháp này qua việc xây dựng
chương trình máy tính và tính thử nghiệm trên các mô hình số.
- Áp dụng các phương pháp đã nghiên cứu trên mô hình để phân tích tài
liệu dị thường từ thực tế; đối chiếu và so sánh với các kết quả phân tích đã có
của các tác giả trước đây nhằm đánh giá hiệu quả của phương pháp.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án:
1. Ý nghĩa khoa học:
Việc nghiên cứu áp dụng và đề xuất mở rộng thuật toán của một số
phương pháp xử lý, phân tích tài liệu dị thường từ phù hợp với từng dạng
3


nguồn khác nhau và phù hợp với vùng vĩ độ thấp đã đóng góp tích cực vào
công tác xử lý, phân tích tài liệu từ ở Việt Nam.
2. Ý nghĩa thực tiễn:
Các kết quả thu được khi áp dụng các phương pháp đã nghiên cứu để xử
lý, phân tích tài liệu dị thường từ khu vực Tuần Giáo, khu vực Bó Giới,
Boong Quang (Cao Bằng) và khu vực đông nam thềm lục địa Việt Nam là
những thông tin bổ sung hữu ích cho việc nghiên cứu cấu trúc địa chất, tìm
kiếm và thăm dò khoáng sản trên các khu vực này, cũng như góp phần tìm
kiếm các nguồn gây dị thường từ ở các khu vực khác trên lãnh thổ Việt Nam.
Điểm mới của luận án:
1. Áp dụng có kết quả phương pháp tín hiệu giải tích theo hướng của
tenxơ gradient đối với tài liệu dị thường từ ở khu vực Bó Giới và Boong
Quang (Cao Bằng). Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp này phù hợp
đối với việc xác định biên của các nguồn gây dị thường có dạng đẳng thước

và không phụ thuộc nhiều vào góc nghiêng từ hóa, khắc phục được hiện
tượng giao thoa khi các nguồn ở gần nhau.
2. Đưa ra thuật toán, xây dựng chương trình và áp dụng có hiệu quả
phương pháp đạo hàm theo hướng đối với tài liệu dị thường từ ở khu vực
Tuần Giáo để xác định vị trí của nguồn có dạng hình học kéo dài phục vụ
công tác minh giải tài liệu từ trong vùng có các đứt gẫy địa chất. Phương pháp
này cũng hoàn toàn không phụ thuộc vào góc nghiêng từ hóa, khắc phục được
hiện tượng giao thoa khi các nguồn ở gần nhau.
3. Mở rộng thuật toán giải bài toán ngược xác định tọa độ đỉnh của đa
giác và lăng trụ thẳng đứng để xác định độ sâu tới mặt trên của móng từ trong
trường hợp bài toán 2D và 3D. Việc áp dụng trên ba tuyến đo thực tế khu vực

4


đông nam thềm lục địa Việt Nam cho kết quả tương đối phù hợp với cấu trúc
sâu của khu vực này.
Cấu trúc của luận án: Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị; luận án
gồm có 4 chương:
Chương 1 giới thiệu tổng quan về tình hình nghiên cứu trên thế giới và ở
Việt Nam trong lĩnh vực của đề tài.
Chương 2 giới thiệu cơ sở lý thuyết và các kết quả nghiên cứu trên mô
hình và áp dụng trên số liệu thực tế của phương pháp Tín hiệu giải tích theo
hướng của gradient tenxo dị thường từ toàn phần.
Chương 3 đưa ra thuật toán, xây dựng phương pháp đạo hàm theo hướng
để xác định biên của các vật thể gây dị thường từ có bề ngang hẹp, kéo dài
theo một hướng, thực hiện khảo sát trên mô hình để xác định hướng lấy đạo
hàm cho kết quả tốt nhất sau đó áp dụng trên tài liệu thực tế khu vực Tuần
Giáo.
Chương 4 giới thiệu thuật toán mở rộng từ thuật toán giải bài toán ngược

xác định tọa độ đỉnh đa giác và lăng trụ để xác định độ sâu móng từ cho
trường hợp 2D và 3D trong miền không gian.
Phần kết luận sẽ tổng hợp các kết quả đạt được trong luận án, đưa ra các
kiến nghị và đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

5


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP
PHÂN TÍCH, XỬ LÝ TÀI LIỆU DỊ THƯỜNG TỪ
1.1. Các phương pháp phân tích, xử lý tài liệu dị thường từ trên thế giới
1.1.1. Các phương pháp giải bài toán thuận
Trong khi chưa có máy tính điện tử, dị thường từ được minh giải bằng
cách sử dụng các đường cong đặc trưng được tính toán từ các mô hình đơn
giản của Nettleton [87] hoặc bằng cách so sánh với dị thường đã được tính
toán sẵn của các vật thể dạng phiến phẳng (Vacquier et al. [122]). Trong thập
niên 60 của thế kỉ 20, một số thuật toán đã được sử dụng để lập trình tính toán
dị thường từ của các vật thể hai chiều (2D) có tiết diện ngang là đa giác
(Talwani và Heirtzler [115]) và của vật ba chiều (3D) có dạng lăng trụ hình
chữ nhật thẳng đứng (Bott [51] ; Bhattacharyya [44]), của vật thể có các mặt
là đa giác hoặc của các phiến phẳng, mỏng xếp chồng lên nhau (Talwali
[116].
Thuật toán tính dị thường từ gây bởi một vật thể 2D có tiết diện ngang
bất kì của Talwani và Heirtzler [115] giới thiệu về sau được mở rộng sang các
vật thể có đường phương dài hữu hạn (Shuey và Pasquale [107], Rasmussen
1
2

và Pedersen [100], Candy [52]), còn gọi là vật thể dạng 2 D. Cũng vào thời

điểm này, các chương trình máy tính để tính dị thường từ và trọng lực do vật
1
2

thể 2 D gây ra đã ra đời. Trong những năm 1980, các chương trình máy tính
1
2

nhằm giải bài toán ngược 2 D cũng bắt đầu xuất hiện (Saltus và Blakely
[104], [105], Webring [124]).
Năm 1965, Talwani [116] lần đầu tiên giới thiệu thuật toán tính dị
thường từ cho trường hợp vật thể 3D. Sau đó thuật toán này đã được Plouff
6


[98] điều chỉnh bằng cách thay thế mô hình phiến phẳng, thẳng đứng bằng các
lăng trụ có độ dày xác định. Bott [51] đã giới thiệu một cách tiếp cận khác để
mô hình hóa vật thể 3D, đó là sử dụng vật thể có các mặt là đa giác nhỏ và
sau đó mô hình này đã được Blakely [46] xây dựng chương trình để tính toán.
Khác với Bott, Okabe [90] sử dụng mô hình vật thể 3D với các mặt là tam
giác và ngoài ra Holstein [63], [64] cũng đã trình bày một phương pháp hoàn
chỉnh khác để tính dị thường từ và trọng lực của các vật thể bất kì bằng cách
xấp xỉ nó bởi một khối đa diện.
Một phương pháp thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học như
Bhattacharyya [45]; Spector và Bhattacharyya [111], Pedersen [92]; Blakely
và Hassanzadeh [47] là biến đổi Fourier của trường từ do một nguồn đơn giản
gây ra. Nó được xem là công cụ tính thuận và cũng là một phương tiện giúp
giải bài toán ngược. Sau này Parker [91] đã trình bày phương pháp sử dụng
biến đổi Fourier cho mô hình phức tạp hơn, trong đó mặt quan sát có thể là
phẳng mà cũng có thể là bất kỳ nằm trên toàn bộ nguồn. Năm 1981, Blakely

[46] đã xây dựng một chương trình máy tính dựa trên phương pháp này của
Parker. Năm 1983, Blakely và Grauch [48] cũng đã sử dụng chính phương
pháp này để nghiên cứu những ảnh hưởng của địa hình đối với tài liệu từ hàng
không thuộc vùng núi Cascade của Oregon.
Tới nay, mô hình lăng trụ thẳng đứng vẫn là mô hình được sử dụng phổ
biến để tính toán bài toán thuận và nghịch trong không gian ba chiều. Năm
1972, Hjelt [62] đã giới thiệu các phương trình để tính dị thường từ của lăng
trụ nghiêng có hai mặt thẳng đứng đối diện là hình bình hành. Mô hình 3D
đặc biệt này tỏ ra hữu ích đối với bài toán thuận tính dị thường từ của các lớp
từ tính bị biến dạng do các quá trình địa chất, ví dụ như các đứt gãy hoặc các
nếp lồi (các nghiên cứu của Jessell et al. [69]; Jessell và Valenta [70]; Jessell
và Fractal Geophysics [71]).
7


1.1.2. Các phương pháp giải bài toán ngược xác định vị trí và độ sâu nguồn
gây dị thường từ
Một đặc trưng cơ bản của bài toán ngược trong địa vật lý nói chung,
thăm dò từ nói riêng là bài toán đa trị. Về mặt toán học thuần túy, ta có thể
biến đổi các thông số địa chất để đưa ra nhiều mô hình cùng cho dị thường
tính toán gần như trùng với dị thường quán sát trong phạm vi sai số trong
khoảng cho phép nào đó (ta gọi trường hợp này là trường hợp không đơn trị
hay đa trị). Tuy nhiên, các thông số địa chất gây ra dị thường từ mà ta thu
được trong thực tế thì lại không thể biến đổi một cách tùy ý được. Do đó cần
phải có các điều kiện ràng buộc về dựa trên các thông tin địa chất và sự tổng
hợp các tài liệu địa vật lý khác. Sự ràng buộc này sẽ làm giảm tính đa trị của
bài toán.
Theo thời gian, việc giải bài toán ngược trong thăm dò từ về sơ bộ có thể
được hệ thống lại như sau:
Ban đầu, một loạt các kĩ thuật tính toán độ sâu tới nguồn chủ yếu dựa

vào dáng điệu và các điểm đặc biệt của đồ thị biểu diễn dị thường quan sát.
Tuy nhiên chúng chỉ có hiệu quả khi áp dụng đối với dị thường của các nguồn
đơn. Đó là các kỹ thuật được được đề xuất bởi Henderson và Zeitz [61];
Peters [93]; Vacquier et al. [122]; Smellie [109]; Hutchison [66]; Grant và
Martin [57]; Koulomzine et al. [76], Barongo [41]. Các kĩ thuật này cho phép
xác định các tham số của nguồn dựa vào các đặc trưng của dị thường (độ
cong, độ dốc, biên độ, khoảng cách theo phương ngang giữa các điểm đặc
trưng, vv…). Trong đó, phương pháp độ dốc được quan tâm đặc biệt và là
phương pháp được phổ biến rộng rãi hơn cả khi minh giải số liệu từ trong lĩnh
vực thăm dò dầu khí. Smith [110] đã đưa ra một số qui tắc để ước tính độ sâu
lớn nhất có thể đến các nguồn gây dị thường từ khác nhau. Talwani [116] đã
phát triển phương pháp lặp, trong đó các dị thường từ được tính toán lặp đi
lặp lại sau mỗi lần điều chỉnh các thông số cần xác định của nguồn cho đến
8


khi nó phù hợp với số liệu quan sát thì quá trình lặp dừng lại. Các thông số
thu được ở lần lặp cuối cùng này cho ta kết quả tính toán.
Trong những thập niên 70, các phương pháp 2D xác định độ sâu nguồn
một cách tự động đã xuất hiện và thay thế dần kĩ thuật xác định độ sâu qua
dáng điệu và các điểm đặc biệt của đồ thị. Các phương pháp mới này đã kịp
thời đáp ứng được những ưu điểm mà việc thu thập dạng số xuất hiện trong
lĩnh vực từ hàng không mang lại. Các phương pháp này đã được sử dụng cho
một số lượng lớn các tuyến đo từ để xác định độ sâu cho các nguồn 2D được
mô hình hóa bởi các đối tượng địa chất đơn giản (các tiếp xúc dạng vỉa, các
vật thể đa giác…). Tuy nhiên sự phù hợp giữa các mô hình này với các cấu
trúc địa chất thật cũng chỉ là giả định, vì vậy kết quả thu được cần phải được
kiểm nghiệm lại qua việc giải bài toán thuận để thấy được sự hợp lý của mô
hình giả định nhằm nâng cao độ chính xác của bài toán.
Vào những năm 1990, các phương pháp xác định độ sâu tự động cho

trường hợp bài toán 3D bắt đầu xuất hiện. Ngoài ra, trong giai đoạn này cũng
có nhiều nghiên cứu mở rộng các phương pháp 2D nhằm áp dụng cho các số
liệu từ được lưới hóa (lưới số liệu 3D).
Dưới đây, tác giả sẽ hệ thống lại các phương pháp chủ yếu để xác định
độ sâu tới nguồn gây dị thường. Tới nay, các phần mềm được xây dựng nên
từ các phương pháp này chỉ một số được sử dụng miễn phí, còn hầu hết vẫn là
các phần mềm thương mại. Lưu ý rằng, trong số các phương pháp được kể ra,
không có phương pháp nào có thể khẳng định là tối ưu, vì thế việc sử dụng tổ
hợp các phương pháp mới là cách để thu được kết quả tốt nhất.
Giải chập Werner
Werner [125] (1955) đã giới thiệu một phương pháp để khắc phục hiện
tượng chồng chập của các dị thường gây ra bởi những nguồn có phân bố gần
9


nhau khi phân tích tài liệu bằng cách xem chúng như các vỉa mỏng hay là các
vật thể hai chiều có tiết diện ngang là đa giác. Điều này có thể thực hiện được
nếu ta lấy đạo hàm theo phương nằm ngang tuyến số liệu quan sát. Phương
pháp này hiện nay được biết đến là phương pháp giải chập Werner, được bổ
sung lần đầu tiên bởi Hartman et al. [60] (1971) và được hoàn thiện hơn nữa
bởi Jain [68] (1976), Kilty [75] (1983), Ku và Sharp [77] (1983), Tsokas và
Hansen [121] (1996). Phương pháp này lần đầu tiên được mở rộng cho các
nguồn 2D phức tạp bởi Hansen và Simmonds [58] (1993) và sự mở rộng gần
đây nhất là áp dụng giải chập cho các nguồn 3D bởi Hansen và Suciu [59]
(2002). Ngoài ra, sự mở rộng này còn được áp dụng bằng cách sử dụng tổ hợp
phép nhân chập với tín hiệu giải tích của dị thường.
Phương pháp CompuDepth
Năm 1972, O’Brien [89] đã giới thiệu kĩ thuật CompuDepth, một kĩ
thuật xác định vị trí và độ sâu của các nguồn từ 2D dựa trên sự trượt tần số
liên tục của phổ Fourier, bộ lọc pha tuyến tính và việc giải hệ phương trình

tuyến tính với hàng loạt các tham số mục tiêu. Wang và Hansen [123] (1990)
đã mở rộng phương pháp này để giải ngược nhằm xác định các đỉnh của vật
thể 3D có dạng là đa giác.
Phương pháp Naudy
Naudy [86] (1971) đã giới thiệu phương pháp sử dụng bộ lọc thích hợp
dựa trên các tuyến số liệu đã được tính toán đối với đối tượng có thể tường
hoặc các bản mỏng. Bộ lọc này được áp dụng hai lần, áp dụng lần đầu đối với
các thành phần đối xứng của số liệu từ hàng không và sau đó là đối với các
thành phần cũng của tuyến số liệu này nhưng đã được chuyển về cực. Shi
[106] (1991) đã cải tiến tốc độ hội tụ của phương pháp Naudy bằng cách sử
dụng các thành phần nằm ngang và thẳng đứng của số liệu thay vì dùng số

10


liệu quan sát và số liệu quan sát đã được chuyển về cực để phân tích nhằm
đánh giá độ sâu cho các đối tượng có dạng thể tường
Phương pháp tín hiệu giải tích
Vào những năm 1972-1974, Nabighian [82], [83] đã lần đầu giới thiệu
khái niệm tín hiệu giải tích trong minh giải số liệu từ và chỉ ra rằng biên độ
của nó là một hàm hình chuông tại mỗi đỉnh của vật thể hai chiều có tiết diện
ngang là đa giác. Đối với các đỉnh độc lập, điểm cực đại của đường cong hình
chuông nằm chính xác tại đó và độ rộng của đường cong tại điểm có biên độ
bằng nửa biên cực đại có giá trị bằng hai lần độ sâu tới đỉnh. Việc xác định
các thông số của nguồn theo phương pháp này không phụ thuộc vào hướng từ
hóa. Phương pháp này cho phép xác định tốt vị trí của nguồn theo phương
ngang, trong khi việc xác định độ sâu của nguồn thì chỉ có giá trị tin cậy đối
với các vật thể có dạng đa diện. Nabighian [84] (1984) đã mở rộng tín hiệu
giải tích 2D sang tín hiệu giải tích 3D bằng cặp biến đổi Hilbert. Roest et al.
[102] (1992) đã mở rộng việc xác định tín hiệu giải tích 3D của trường thế

Φ(x,y) được đo trên mặt phẳng nằm ngang. Debeglia và Corpel [53] (1997) đã
tính toán đạo hàm của tín hiệu giải tích để minh giải 3D tự động dữ liệu dị
thường trường thế. Beiki [42] (2010) đã giới thiệu tín hiệu giải tích 3D của
gradien tenxơ của trường trọng lực và áp dụng trên số liệu thực tế đạt kết quả
tốt. Gần đây, vào năm 2012, Kamal Alamdar et al. [72] đã giới thiệu một hàm
mới ASTA (Analytic Signal of Tilt Angle) - tín hiệu giải tích của góc nghiêng
- để xác định biên của vật thể.
Phương pháp giải chập Euler
Năm 1982,Thompson [118] đã đề xuất một kĩ thuật tự động dùng để
phân tích các số liệu từ dựa trên mối quan hệ Euler của hàm đồng nhất. Kĩ
thuật giải chập Euler sử dụng đạo hàm bậc nhất theo các biến x, y và z để xác

11


định vị trí và độ sâu của một vài mô hình lý tưởng (hình cầu, hình trụ, vỉa
mỏng, thể tiếp xúc), mỗi một mô hình được đặc trưng bởi một chỉ số cấu trúc.
Mặc dù về mặt lý thuyết, kĩ thuật này chỉ có thể áp dụng cho một vài dạng vật
thể có chỉ số cấu trúc xác định, phương pháp này vẫn được áp dụng nói chung
cho mọi vật thể. Reid et al. [101] (1990) đã mở rộng phương pháp này đối với
dữ liệu 3D bằng cách áp dụng toán tử Euler trong cửa sổ của hệ thống lưới dữ
liệu. Mushayandebvu et al. [80] (2000), Silva et al. [108] (2003) và một số
nhà địa vật lý khác đã mở rộng khả năng áp dụng phương pháp này.
Mushayandebvu et al. [81] (2001) đã giới thiệu phương trình thứ hai được suy
ra từ phương trình thuần nhất Euler, phương trình này được sử dụng cùng với
phương trình Euler chuẩn tắc và cho ta kết quả ổn định hơn. Phương trình này
còn được gọi là giải chập Euler mở rộng. Phương pháp giải chập Euler mở
rộng được Nabighian và Hansen [85] (2001) khái quát cho trường hợp 3D
bằng phép biến đổi Hilbert tổng quát. Cũng trong bài báo này, các tác giả đã
chỉ ra rằng phương pháp được giới thiệu cũng là sự khái quát hóa 3D của

phương pháp giải chập Werner và vì thế cả hai kĩ thuật đều được biểu diễn
dưới một lý thuyết thống nhất chung. Barbosa et al. [40] (1999) đã trình bày
các tiêu chí trong đó chỉ số cấu trúc được kết hợp vào thuật toán minh giải tự
động. Các tác giả chỉ ra rằng việc kết hợp tính cả độ sâu và chỉ số cấu trúc
bằng phương pháp bình phương tối thiểu truyền thống đều dẫn đến kết quả
không ổn định. Tuy nhiên, điều này đã được các nhà địa vật lý khác thực hiện
thành công bằng cách sử dụng các phương pháp khác như: phương pháp sử
dụng phép biến đổi vi phân tương tự (Stavrev [114]; Gerovska và ArauzoBravo [56]), phương pháp sử dụng phép biến đổi Hilbert tổng quát (
Nabighian và Hansen [85]; Fitzgerald et al. [54]). Năm 2002, Hansen và
Suciu [59] đã mở rộng phương pháp giải chập Euler áp dụng cho các nguồn
đơn lẻ sang các nguồn phức tạp giúp cho việc giải thích ảnh hưởng chồng
chập của các dị thường gần tốt hơn. Keating, Pilkington [74] (2000) và Salem,
12