Luận văn Nghiên cứu áp dụng phương pháp khoảng cách, tần suất, nhận dạng mới trong xử lý. Phân tích số liệu địa vật lý

Nội dung tài liệu: Luận văn Nghiên cứu áp dụng phương pháp khoảng cách, tần suất, nhận dạng mới trong xử lý. Phân tích số liệu địa vật lý

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Thị Thu Hiền NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP KHOẢNG CÁCH –TẦN SUẤT – NHẬN DẠNG MỚI TRONG XỬ LÝ- PHÂN TÍCH SỐ LIỆU ĐỊA VẬT LÝ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2016
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Thị Thu Hiền NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP KHOẢNG CÁCH – TẦN SUẤT – NHẬN DẠNG MỚI TRONG XỬ LÝ- PHÂN TÍCH SỐ LIỆU ĐỊA VẬT LÝ 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 - 2016
3. 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. 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 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 16 tháng 2 năm 2016 Học viên Nguyễn Thị Thu Hiền
4. MỤC LỤC MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1.CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ TỔ HỢP SỐ LIỆU ĐỊA VẬT LÝ .................................................................................................................... 3 1.1. Lý thuyết xử lý tổ hợp số liệu Địa Vật lý ........................................... 3 1.1.1. Xây dựng mô hình và xác định phương pháp ................................. 3 1.1.2. Ước lượng và đánh giá các đặc trưng của đối tượng chuẩn. ......... 4 1.1.3. Chọn thuật toán xử lý ...................................................................... 6 1.1.4. Định nghiệm về sự tồn tại của đối tượng ....................................... 7 1.1.5. Đánh giá chất lượng xử lý ............................................................. 7 1.2. Lý thuyết 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.HỆ PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ MÁY BAY .............................................................................................. 13 2.1. Các phƣơng pháp phân tích tài liệu địa vật lý máy bay ................. 13 2.1.1. Các phương pháp tách trường ....................................................... 13 2.1.2. Nhóm các phương pháp thống kê nhận dạng ............................... 13 2.1.3. Các phương pháp thống kê thực nghiệm ....................................... 14 2.1.4. Một số phương pháp khác ............................................................. 14 2.2. Phƣơng pháp Tần suất - Nhận dạng ................................................ 15 2.2.1. Nội dung cơ bản của phương pháp phân tích tần suất ................. 15 2.2.2. Phương pháp Tần suất-Nhận dạng ............................................... 17 2.3. Phƣơng pháp Khoảng cách- Tần suất- Nhận dạng ........................ 20 2.3.1. Nội dung cơ bản của phương pháp phân tích khoảng cách khái quát ........................................................................................................ 20 2.3.2. Phương pháp Khoảng cách – Tần suất – Nhận dạng ................... 22
5. CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH THỰC NGHIỆM TRÊN TÀI LIỆU THỰC TẾ VÙNG KHÁNH THƢỢNG ........................................... 28 3.1. Thông tin về khu vực nghiên cứu .................................................... 28 3.2. Tài liệu thu thập, tính toán về khu vực nghiên cứu ........................ 30 3.2.1. Tài liệu thu thập về khu vực ........................................................... 30 3.2.2. Thực hiện phân tích thử nghiệm phương pháp Khoảng cách - tần suất - nhận dạng. ...................................................................................... 34 3.2.3. Phân tích thử nghiệm với mục tiêu phân định một ranh giới địa chất theo tài liệu địa vật lý máy bay. ............................................................... 41 KẾT LUẬN ................................................................................................... 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 57 PHỤ LỤC ...................................................................................................... 59
6. DANH MỤC HÌNH Hình 2.1.Sơ đồ các bước của phương pháp phân tích Tần suất – Nhận dạng ....... 19 Hình 2.2.Sơ đồ các bước thực hiện phân tích theo phương pháp Khoảng cách – Tần suất – Nhận dạng .................................................................................. 24 Hình 3.1.Vị trí khu vực nghiên cứu ............................................................... 28 Hình 3.2.Địa hình khu vực nghiên cứu .......................................................... 28 Hình 3.3.Bản đồ hàm lượng Uran .................................................................. 31 Hình 3.4.Bản đồ hàm lượng Thori ................................................................. 31 Hình 3.5.Bản đồ hàm lượng kali .................................................................... 32 Hình 3.6.Bản đồ hàm lượng kênh tổng .......................................................... 32 Hình 3.7.Kết quả phân vùng triển vọng khoáng sản theo đề án bay đo cho khu vực nghiên cứu ............................................................................................... 33 Hình 3.8.Kết quả phân chia các thành tạo địa chất của khu vực theo tài liệu địa vật lý máy bay. ......................................................................................... 42 Hình 3.9.Vùng chọn để xác định lại ranh giới các thành tạo (vùng khoanh màu xanh). ............................................................................................................... 43 Hình 3.10.Vị trí lấy đối tượng mẫu để thực hiện phân tích thử nghiệm ........ 43 Hình 3.11. Sơ đồ đường đồng mức hệ số đồng dạng thành lập từ kết quả phân tích .................................................................................................................. 53 Hình 3.12. Sơ đồ 2 lớp đường đồng mức và lớp phân chia thành tạo ban đầu. ..... 53 Hình 3.13.Ranh giới của 2 thành tạo được phân chia theo phương pháp Khoảng cách – Tần Suất – Nhận dạng. .......................................................... 54
7. DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1.Tổng hợp các tính chất thu thập và tính toán được của khu vực. ... 34 Bảng 3.2.Bảng kết quả ................................................................................... 35 Bảng 3.3.Bảng kết quả sắp xếp lại các tính chất theo thứ tự giảm dần ......... 36 Bảng 3.4.Kết quả xác định khoảng giá trị đặc trưng các tính chất của đối tượng mẫu ....................................................................................................... 37 Bảng 3.5.Ma trận thông tin của đối tượng 1 được chuyển đổi bằng khoảng giá trị đặc trung của đối tượng mẫu: .................................................................... 38 Bảng 3.6.Kết quả phân tích hệ số đồng dạng cho 8 đối tượng với đối tượng 6 là đối tượng mẫu. ............................................................................................ 40 Bảng 3.7.Bảng số liệu đối tượng mẫu 1 ......................................................... 44 Bảng 3.8.Bảng số liệu đối tượng mẫu 2 ......................................................... 46 Bảng 3.9.Bảng trích lược số liệu của lưới điểm ............................................. 51 Bảng 3.10.Kết quả phân tích Khoảng cách – Tần suất – Nhận dạng cho vùng diện tích đã chọn. ........................................................................................... 52
8. MỞ ĐẦU Địa vật lý hàng không ( Airborne Geophysics) là một lĩnh vực của Địa Vật lý thăm dò, dùng máy bay làm phương tiện để bay đo các trường Địa vật lý trên đất liền hoặc thăm dò trên thềm lục địa, nhằm nghiên cứu thạch quyển – thủy quyển. Những kết quả đạt được của công tác địa vật lý hàng không ở nước ta trong thời gian qua đã và đang ngày càng phát huy vai trò và hiệu quả to lớn trong việc tìm kiếm và dự báo các khoáng sản có ích. Những kết quả đạt được của công tác địa vật lý máy bay ở nước ta trong thời gian qua đã có hiệu quả to lớn 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. Tuy nhiên, trong thực tế công tác địa vật lý máy bay cũng đang bộc lộ một số 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.Trong những năm gần đây công tác xử lí và phân tích tài liệu địa vật lý máy bay ở nước ta cũng đã có được những bước tiến đáng kể. Thông qua các đề tài nghiên cứu, một số tác giả cũng đã tiến hành những nghiên cứu, phân tích thử nghiệm trên các tài liệu thực tế bằng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó đáng chú ý là nhóm các phương pháp thống kê-nhận dạng và thu được kết quả tốt. Các phương pháp nhận dạng đóng vai trò hết sức quan trọng trong xử lý, phân tích tài liệu địa vật lý, đặc biệt là đối với các dạng số liệc có đặc tính phân bố ngẫu nhiên như các số liệu địa hóa, các số liệu phổ gamma v.v . Hiện nay trong địa vật lý có rất nhiều thuật toán nhận dạng hiện đại, được tự động hóa bằng các hệ phần mềm mạnh chuyên dụng, đáng chú ý là bộ chương trình phân tích phổ-thống kê do Giáo sư, Viện sĩ Ni-Ki-Tin cùng các đồng sự đề xuất, xây dựng. Tuy nhiên trên thực tế khối lượng tài liệu cũng như số lượng các chủng loại thông tin thu được trên các đối tượng địa chất ngày càng rất lớn. Trong đó số lượng các tham số đầu vào của các chương trình 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. 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 lớp 1
9. bài toán đánh giá lựa chọn thông tin để lựa chọn những tổ hợp thông tin chất lượng cao trước khi tiến hành phân tích nhận dạng. Phương pháp khoảng cách – tần suất – nhận dạng là một trong các phương pháp phân tích tài liệu mới đã được áp dụng và mang lại kết quả khả quan trong công tác xử lý phân tích tài liệu Địa Vật lý máy bay, một nguồn tài liệu đồ sộ và hết sức phong phú nhưng chưa được khai thác triệt để ở nước ta hiện nay. Đề tài luận văn “Nghiên cứu áp dụng phương pháp Khoảng cách– Tần suất – Nhận dạng mới trong phân tích- xử lý số liệu Địa vật lý” mà học viên lựa chọn nhằm tìm hiểu, áp dụng phương pháp phân tích tổ hợp các tài liệu địa vật lý máy bay 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 các phương pháp phân tích trong xử lý phân tích số liệu Địa vật lý - Đánh giá, phân tích thử nghiệm phương pháp với tài liệu thực tế vùng Khánh Thượng trên cơ sở áp dụng bổ sung phương pháp Khoảng cách– 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 phân tích- xử lý số liệu Địa vật lý - Chương 2: Hệ phương pháp phân tích tài liệu Địa vật lý máy bay - Chương 3: Kết quả phân tích thực nghiệm trên tài liệu thực tế vùng Khánh Thượng. - Kết luận 2
10. CHƢƠNG 1.CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ TỔ HỢP SỐ LIỆU ĐỊA VẬT LÝ 1.1. Lý thuyết xử lý tổ hợp số liệu Địa Vật lý 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. Xử lý số liệu Địa vật lý là một quá trình phức tạp phụ thuộc vào mục đích nghiên cứu và dạng các số liệu khác nhau. Một cách khái quát có thể phân chia quá trình này theo các bước cơ bản sau: - Xây dựng mô hình và xác định phương pháp - Ước lượng và đánh giá các đặc trưng của đối tượng chuẩn. - Chọn thuật toán xử lý - Định nghiệm về sự tồn tại của đối tượng cần tìm - Đánh giá chất lượng xử lý 1.1.1. Xây dựng mô hình và xác định phƣơng pháp [1] [10] Để xử lý tổ hợp số liệu Địa vật lý người ta chủ yếu sử dụng các mô hình thống kê vì các đối tượng khảo sát cần nghiên cứu có vị trí, kích thước, tính chất vật lý không biết trước nên chúng được xem như các đối tượng ngẫu nhiên. Mặt khác, các trường vật lý do các đối tượng địa chất tạo ra thường bị các loại nhiễu làm méo nên các dấu hiệu trường Địa vật lý khảo sát cũng mang tính ngẫu nhiên. Với mô hình để được nhiệm vụ tiếp theo là lựa chọn các phương pháp nhận dạng tương ứng, tiến hành xử lý theo mô hình và giải quyết các nhiệm vụ bài toán đặt ra. Hiện nay trong công tác xử lý-phân tích số liệu địa vật lý có rất nhiều phương pháp nhận dạng, có thể chia chúng thành hai nhóm: nhóm các phương pháp nhận dạng theo đối tượng chuẩn và nhóm các phương pháp nhận dạng không có đối tượng chuẩn. Nhóm các phương pháp nhận dạng theo đối tượng chuẩn được áp dụng khi chúng ta biết được lớp đối tượng và biết được đặc trưng thống kê của các trường địa vật lý đối với từng lớp đối tượng. 3