Tổng quan luận án

Công tác bay đo địa vật lý hàng không tại Việt Nam, đặc biệt là tổ hợp từ - phổ gamma tỷ lệ lớn (1:50.000 và 1:25.000), đã được triển khai trong khoảng 35 năm với nguồn dữ liệu thu thập được rất phong phú trên tổng diện tích khoảng 90.000 km². Sau khi các đề án bay khảo sát cơ bản hoàn thành, nhiệm vụ trọng tâm chuyển sang khâu xử lý, phân tích và giải thích tổng hợp nguồn tài liệu thực tế nhằm phục vụ công tác điều tra địa chất và tìm kiếm, dự báo khoáng sản. Tuy nhiên, khâu xử lý và phân tích số liệu địa vật lý hàng không vẫn tồn tại nhiều hạn chế: các kết quả nghiên cứu trước đây còn phân tán, manh mún; việc khai thác tài liệu phổ gamma và từ hàng không chưa triệt để; các thuật toán nhận dạng trong các bộ phần mềm hiện hữu cũng như hai phương pháp nhận dạng do các nhà khoa học trong nước đề xuất trước đó (Phương pháp Tần suất - Nhận dạng và Phương pháp Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng) còn bộc lộ khiếm khuyết về mặt thuật toán và giới hạn về phạm vi ứng dụng.

Trước yêu cầu thực tiễn đó, luận án tiến sĩ địa chất chuyên ngành Địa Vật lý (mã số: 62 44 61 01) của nghiên cứu sinh Nguyễn Xuân Bình, thực hiện tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội dưới sự hướng dẫn của PGS. Võ Thanh Quỳnh và TS. Nguyễn Đức Vinh, mang tiêu đề: "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".

Mục tiêu nghiên cứu của luận án:

  1. 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.
  2. 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.

Các luận điểm bảo vệ:

  1. Hai phương pháp phân tích nhận dạng mới (Tần suất - Nhận dạng và Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng) hoàn toàn 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.
  2. 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.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Tập hợp số liệu đo đạc địa vật lý hàng không, trọng tâm là số liệu đo từ (trường từ tuyệt đối $T$, trường từ dị thường $\Delta T$) và phổ gamma 4 kênh (cường độ bức xạ gamma tổng $Tg$, hàm lượng các nguyên tố phóng xạ Kali - $K$, Urani - $U$, Thori - $Th$).
  • Phạm vi không gian: Các diện tích bay đo địa vật lý hàng không thực tế tại Việt Nam, bao gồm khu vực Đông Tuy Hòa, huyện Khánh Vĩnh và khu vực Đà Lạt.
  • Phạm vi dữ liệu và thời gian: Nguồn số liệu bay đo từ - phổ gamma thu thập từ các trạm máy địa vật lý hàng không qua các giai đoạn từ trước năm 1980 đến các đề án bay đo tỷ lệ 1:25.000 và 1:50.000 giai đoạn sau năm 1990 (điển hình là đề án bay đo vùng Đà Lạt năm 1993).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Trên thế giới, các phương pháp xử lý và phân tích số liệu địa vật lý hàng không đã được nghiên cứu và chuẩn hóa thành các hệ thống phương pháp luận chặt chẽ:

  • Nhóm phương pháp tách trường: Ứng dụng rộng rãi nhằm phân chia các trường địa phương và trường khu vực để khoanh định diện phân bố của các đối tượng gây dị thường. Các kỹ thuật phổ biến gồm trung bình trượt, trung bình entropi, lọc tuyến tính, lọc phi tuyến, gradien, tiêu biểu qua các công trình nghiên cứu của Diordienco, Ni-Ki-Tin.
  • Nhóm phương pháp thống kê nhận dạng: Phân chia thành nhận dạng có đối tượng chuẩn (dựa trên tỷ số sự thật $L(x)$, tổng lượng thông tin $J(1:2,x)$) và nhận dạng không có đối tượng chuẩn theo nguyên lý tự điều chỉnh (phân lớp các miền trường dựa trên nguyên tắc xác suất nhỏ, tương quan yếu và tính trội của nguyên tố).
  • Nhóm phương pháp thống kê thực nghiệm: Khai thác các thông số đặc trưng phổ gamma như thông số Dominal ($D_{Th}^K$, $D_{Th}^U$), hàm tương quan bậc 1 ($R_{ij}$), hàm xác suất thống kê và các tỷ số hàm lượng nguyên tố ($q_{Th}/q_U$, $q_{Th}/q_K$, $(q_U \cdot q_K)/q_{Th}$, $(q_U + q_K)/q_{Th}$).
  • Hệ thống phần mềm chuyên dụng: Nổi bật là Bộ chương trình phân tích phổ - thống kê COSCAD do GS. Ni-Ki-Tin phát triển, cùng hệ phần mềm xử lý ảnh viễn thám và địa vật lý ERMAPPER.

Tại Việt Nam, công tác phân tích số liệu địa vật lý hàng không đã có những đóng góp đáng kể thông qua các công trình của các nhà khoa học: Tăng Mười, Nguyễn Tài Thinh, Lê Khánh Phồn, Võ Thanh Quỳnh, Vũ Thu Hương, Nguyễn Thế Hùng, Nguyễn Tuấn Phong. Các tác giả đã ứng dụng và nội địa hóa nhiều thuật toán từ COSCAD, đồng thời xây dựng một số phương pháp phân tích mới phục vụ phát hiện cấu trúc và khoanh vùng khoáng sản. Đặc biệt, nhóm tác giả do PGS. Võ Thanh Quỳnh đứng đầu đã đề xuất hai phương pháp nhận dạng mới: Phương pháp Tần suất - Nhận dạng và Phương pháp Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng, bước đầu thử nghiệm trên số liệu phổ gamma.

Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết: Mặc dù đã đạt được một số kết quả ban đầu, hai phương pháp nhận dạng của PGS. Võ Thanh Quỳnh vẫn còn những hạn chế: thuật toán chỉ áp dụng được trong trường hợp đã biết trước một số giả định về đối tượng, chưa giải quyết được bài toán nhận dạng trong trường hợp tổng quát khi thiếu thông tin tiên nghiệm; đối tượng dữ liệu đầu vào hầu như mới giới hạn ở tài liệu phổ gamma đơn lẻ, chưa tích hợp được tài liệu từ và các trường địa vật lý khác; thiếu các công cụ phần mềm độc lập để tự động hóa tính toán. Luận án tập trung hoàn thiện lý thuyết thuật toán cho hai phương pháp này, lập trình thành các chương trình máy tính chuyên dụng (QBTS, QBKC), mở rộng phạm vi xử lý cho tổ hợp số liệu từ và phổ gamma, đồng thời xây dựng hệ phương pháp phân tích hoàn chỉnh áp dụng vào dự báo khoáng sản thực tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên khung lý thuyết của toán học nhận dạng và mô hình thống kê trong xử lý tổ hợp số liệu địa vật lý. Do các đối tượng địa chất ngẫu nhiên về vị trí, hình thái và tính chất vật lý, đồng thời trường quan sát bị ảnh hưởng bởi nhiễu, quy trình nhận dạng địa vật lý được chuẩn hóa qua 5 bước:

  1. Xây dựng mô hình vật lý - địa chất và xác định phương pháp nhận dạng phù hợp.
  2. Ước lượng các đặc trưng thống kê (đường cong biến phân, kỳ vọng, phương sai, hệ số tương quan) và lượng tin của các dấu hiệu trên các đối tượng chuẩn.
  3. Lựa chọn thuật toán xử lý dựa trên nhiệm vụ địa chất, đặc điểm số liệu gốc, tính độc lập của các dấu hiệu và mức độ đầy đủ của thông tin tiên nghiệm.
  4. Định nghiệm về sự tồn tại của đối tượng cần tìm dựa trên chỉ số tương đồng hoặc các chỉ tiêu phân lớp.
  5. Đánh giá chất lượng xử lý thông qua tỷ số nhận dạng đúng trên các đối tượng kiểm chứng hoặc xác suất nhận dạng sai lầm.
+-----------------------------------------------------------------------------+
|               QUY TRÌNH NHẬN DẠNG TỔ HỢP SỐ LIỆU ĐỊA VẬT LÝ                 |
+-----------------------------------------------------------------------------+
| 1. Xây dựng mô hình & phương pháp (Mô hình thống kê ngẫu nhiên)             |
| 2. Ước lượng đặc trưng thống kê & Lượng tin (Lượng tin riêng, tổng hợp)     |
| 3. Lựa chọn thuật toán (Logic, Hồi quy, Định nghiệm thống kê, Tự điều chỉnh)|
| 4. Định nghiệm sự tồn tại đối tượng (Hệ số tương đồng, Phân lớp ranh giới)  |
| 5. Đánh giá chất lượng xử lý (Kiểm chứng trên đối tượng đã biết bản chất)   |
+-----------------------------------------------------------------------------+

Các công cụ toán học và thuật toán nhận dạng nền tảng

  • Khái niệm Lượng tin của dấu hiệu: Đánh giá khả năng phân biệt đối tượng của từng tham số trường, bao gồm lượng tin từng phần, lượng tin tổng và lượng tin tổng hợp. Các dấu hiệu có lượng tin thấp hoặc chứa nhiễu được loại bỏ trước khi xử lý.
  • Thuật toán logic: Mã hóa nhị phân các giá trị trường thành chuỗi ký tự $0$ và $1$ ($x_{kl} = 1$ khi mẫu $k$ chứa giá trị trường thứ $l$, ngược lại $x_{kl} = 0$). Từ đó xác định "từ thông tin chuẩn" (tổ hợp dấu hiệu phức hợp) cho từng lớp đối tượng và tiến hành nhận dạng đối tượng nghiên cứu dựa trên tần số xuất hiện của các tổ hợp này.
  • Thuật toán hồi quy: Xây dựng hàm quan hệ giữa tham số địa chất $Y$ và các biến địa vật lý quan sát $x_1, x_2, \dots, x_k$ theo điều kiện cực tiểu hóa sai số bình phương trung bình $E(Y - f(x_1, \dots, x_k))^2 \to \min$:
    • Dạng tuyến tính bậc nhất: $$Y = a_0 + \sum_{i=1}^k a_i x_i$$
    • Dạng đa thức bậc hai: $$Y = a_0 + \sum_{i=1}^k b_i x_i + \sum_{i=1}^k \sum_{j=1}^k c_{ij} x_i x_j$$
  • Thuật toán định nghiệm thống kê: Sử dụng tỷ số sự thật $L(x)$ và tổng lượng thông tin $J(1:2,x)$: $$L(x) = \frac{P_1(x)}{P_2(x)}$$ $$J(1:2,x) = \log\left[\frac{P_1(x)}{P_2(x)}\right]$$ Khi các dấu hiệu phụ thuộc và phân bố chuẩn, các hàm phân giải bậc nhất ($R_1$) hoặc bậc hai ($R_2$) được xác định từ ma trận hiệp phương sai của các lớp quặng và không quặng.
  • Thuật toán kiểm chứng thống kê (không mẫu chuẩn): Phân chia diện tích khảo sát thành các cửa sổ cơ sở, dựng đường cong phân bố thực nghiệm và tự động nhóm các miền trường có đặc tính tương đồng.

Nguồn tư liệu và hệ thống chương trình tính toán

Nguồn số liệu thực tế được thu thập từ trạm đo địa vật lý hàng không Canada gồm:

  • Máy đo từ proton MAP-4 (dải đo 20.000 nT, độ chính xác 1 nT).
  • Máy phổ gamma 4 kênh GAD-6 kết hợp đầu thu tinh thể NaI(Tl) GSA-44.GSI-3.
  • Thiết bị thu thập và ghi số PDAS-1000.

Hệ thống phần mềm xử lý số liệu bao gồm:

  • QLK: Bộ chương trình hiệu chỉnh - liên kết số liệu địa vật lý máy bay.
  • QDR: Chương trình quy đổi tốc độ đếm xung (CPS) tại độ cao bay về giá trị trường mặt đất ($\mu\text{R/h}$, $%K$, $\text{ppm } U$, $\text{ppm } Th$).
  • QSS: Chương trình tính toán sai số đo đạc trên các tuyến bay lặp và tuyến kiểm tra.
  • Q10: Chương trình tự động phân loại và tính toán các tham số giải thích dị thường phổ gamma.
  • COSCAD: Bộ chương trình phân tích phổ - thống kê (gồm 6 khối: Service, Graphics, Statistics, Filtering, Detection, Complex).
  • QBTS: Chương trình phân tích nhận dạng theo Phương pháp Tần suất - Nhận dạng hoàn thiện.
  • QBKC: Chương trình phân tích nhận dạng theo Phương pháp Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng hoàn thiện.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Các phương pháp xử lý - phân tích tài liệu địa vật lý hàng không

Chương 1 tổng kết lịch sử phát triển và hiện trạng công tác địa vật lý hàng không tại Việt Nam và trên thế giới. Tại Việt Nam, trước năm 1980 chủ yếu đo vẽ từ tỷ lệ 1:200.000 ở miền Bắc; từ sau năm 1980 đã triển khai bay đo từ - phổ gamma tỷ lệ 1:50.000 và 1:25.000 bằng máy bay AN-2 và trực thăng.

Tác giả trình bày chi tiết quy trình chuẩn hóa đúc kết số liệu:

  1. Đối với tài liệu từ: Số liệu từ MAP-4 được gắn tọa độ bằng QLK, lọc trung bình trượt 3 điểm theo trọng số $(1 - 2 - 1)$, hiệu chỉnh đêviaxia, hiệu chỉnh biến thiên ngày đêm theo trạm biến thiên mặt đất, liên kết mạng lưới tuyến tựa và tuyến thường bằng phương pháp BUPR, tính sai số theo công thức: $$\sigma = \sqrt{\frac{\sum \delta_i^2}{2n}}$$ (trong đó $\delta_i$ là hiệu số giá trị trường tại giao điểm giữa tuyến thường và tuyến cắt trong miền trường yên tĩnh $\text{gradien} \le 50\text{ nT/km}$, $n$ là số điểm giao). Bản đồ từ trường tuyệt đối $T$ và dị thường $\Delta T$ được thành lập ở tỷ lệ 1:50.000 với khoảng cao đều đường đồng mức 25 nT.
  2. Đối với tài liệu phổ gamma: Thực hiện theo Quy phạm kỹ thuật năm 1987 của Tổng cục Mỏ và Địa chất thông qua 3 bước:
    • Quy đổi số liệu bằng QDR: san số liệu 3 điểm, trừ phông dư, hiệu chỉnh độ cao bay bằng hệ số suy giảm $\mu_i$, giải trừ ảnh hưởng tương tác Compton bằng các hệ số $\alpha, \beta, \gamma$, chuyển đổi sang cường độ phóng xạ ($\mu\text{R/h}$) và hàm lượng $K (%)$, $U (\text{ppm})$, $Th (\text{ppm})$.
    • Hiệu chỉnh và liên kết tuyến bằng QLK: gắn tọa độ nội suy, liên kết các tuyến bay trong ngày theo tuyến kiểm tra bằng luật tuyến tính, đưa các chuyến bay về cùng một mức chuẩn theo kỳ vọng hoặc tần suất cực đại.
    • Tính sai số đo lặp bằng QSS: $$\sigma = \sqrt{\frac{\sum (X_{1i} - X_{2i})^2}{2n}}$$
    • Thành lập 7 loại bản đồ kết quả tỷ lệ 1:50.000 (Bản đồ tuyến bay và dị thường phổ gamma, Cường độ gamma, Hàm lượng $K$, Hàm lượng $Th$, Hàm lượng $U$, Chỉ số $F$, Tỷ số $Th/U$).

Hiệu quả thực tế của phương pháp được chứng minh qua việc xác định chính xác các đứt gãy sâu (Rào Nậy, Sông Ba, Sông Bung, Tà Vi - Hưng Nhượng, Phan Rí - Đắc Min, Tuy Hòa - Biên Hòa, Kbang - Tuy Phước) và phát hiện nhiều mỏ khoáng sản quan trọng (sắt Nà Rụa, sắt Thạch Khê, fluorit Xuân Lãnh, urani Nông Sơn, Khe Hoa - Khe Cao, Tabhinh, vàng Trảng Sim, Sơn Hòa, magnesit Kongqueng).

Bước xử lý Tên chương trình Nhiệm vụ kỹ thuật chính Dữ liệu đầu ra
Quy đổi phổ gamma QDR Trừ phông dư, hiệu chỉnh độ cao ($\mu_i$), giải trừ Compton ($\alpha, \beta, \gamma$) Cường độ gamma ($\mu\text{R/h}$), $K (%)$, $U (\text{ppm})$, $Th (\text{ppm})$
Liên kết từ & phổ QLK Gắn tọa độ, liên kết tuyến kiểm tra, hiệu chỉnh đêviaxia, liên kết BUPR Lưới dữ liệu trường đều, đồ thị tuyến ($1\text{ cm} = 500\text{ m}$)
Đánh giá chất lượng QSS Tính sai số bình phương trung bình trên các điểm đo lặp Sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên $\sigma$
Phân loại dị thường Q10 Phân loại tự động dị thường phổ gamma và tính các tham số giải thích Bản đồ tuyến bay thực tế và danh mục dị thường

Chương 1 cũng đánh giá ưu nhược điểm của các phân hệ trong bộ phần mềm COSCAD và chỉ ra sự cần thiết phải hoàn thiện hai phương pháp nhận dạng mới nhằm giải quyết bài toán phân tích tổ hợp số liệu.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết về nhận dạng

Chương 2 trình bày có hệ thống cơ sở toán học của lý thuyết nhận dạng ứng dụng trong địa vật lý. Tác giả phân tích chi tiết:

  • Phân loại mẫu chuẩn: Mẫu chuẩn mang thông tin đại diện (xác lập dấu hiệu đặc trưng của đối tượng cần tìm) và mẫu chuẩn mang thông tin phủ nhận (loại bỏ các diện tích có trường tương đồng nhưng không chứa khoáng hóa).
  • Các điều kiện ràng buộc của mẫu chuẩn: tính đại diện thông tin, tính phù hợp với quy mô diện tích nghiên cứu và sự tương thích về mật độ lưới quan sát.
  • Phân tích chi tiết 4 thuật toán nhận dạng kinh điển:
    1. Thuật toán logic: Mã hóa nhị phân không gian dấu hiệu, thiết lập các từ thông tin chuẩn phức hợp.
    2. Thuật toán hồi quy: Xây dựng các phương trình hồi quy tuyến tính và phi tuyến bậc hai, phân tích ưu điểm dễ bổ sung biến và nhược điểm khó giải thích bản chất vật lý của các hệ số.
    3. Thuật toán định nghiệm thống kê: Sử dụng tỷ số hợp lý và hàm phân biệt nhiều chiều khi các trường tuân theo luật phân bố chuẩn.
    4. Thuật toán kiểm chứng thống kê không mẫu: Ứng dụng lọc tách dị thường và phân chia diện tích cơ sở để phân lớp tự động các miền trường.

Chương này đóng vai trò thiết lập khung lý thuyết chuẩn để tác giả tiến hành các cải tiến thuật toán ở Chương 3.

Chương 3: Phát triển, hoàn thiện nội dung hai phương pháp phân tích nhận dạng mới

Chương 3 là phần đóng góp học thuật cốt lõi của luận án, tập trung giải quyết các khiếm khuyết lý thuyết và thuật toán của hai phương pháp:

  1. Hoàn thiện Phương pháp Tần suất - Nhận dạng:

    • Nội dung hiện tại và hạn chế: Phương pháp ban đầu chỉ áp dụng hiệu quả khi đối tượng có cấu trúc đơn giản và đã biết trước một số dấu hiệu phân bố; chưa có khả năng tự động tối ưu hóa trong trường hợp tổng quát; thuật toán tính toán tần suất dễ bị sai lệch khi gặp các dị thường có biên độ biến thiên lớn.
    • Nội dung hoàn thiện: Tác giả phát triển thuật toán tính toán tần suất nhận dạng mở rộng, chuẩn hóa ma trận tần suất xuất hiện của tổ hợp các dấu hiệu địa vật lý, thiết lập chỉ tiêu phân loại cho trường hợp tổng quát khi không có thông tin tiên nghiệm. Thuật toán được lập trình thành phần mềm QBTS.

  2. Hoàn thiện Phương pháp Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng:

    • Nội dung hiện tại và hạn chế: Phương pháp cũ chủ yếu dựa trên khoảng cách hình học đơn giản kết hợp tần suất phổ gamma, chưa xét đến trọng số đóng góp của từng loại trường và chưa áp dụng được cho trường từ.
    • Nội dung hoàn thiện: Tác giả xây dựng không gian khoảng cách đa chiều kết hợp ma trận trọng số tần suất cho tổ hợp nhiều trường địa vật lý (từ và phổ gamma); hoàn thiện thuật toán phân định ranh giới địa chất và khoanh định các thể địa chất đồng dạng; mở rộng thuật toán để phân tích được trên trường liên tục và trường dị thường biến thiên mạnh. Thuật toán được lập trình thành phần mềm QBKC.

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

Chương 4 trình bày kết quả thực nghiệm và ứng dụng thực tế của hệ phương pháp nhận dạng đã hoàn thiện:

  • Xây dựng Hệ phương pháp phân tích: Thiết lập quy trình công nghệ tích hợp từ khâu tiền xử lý số liệu gốc, tính toán các tham số thống kê, nhận dạng đơn phương pháp đến xử lý tổ hợp bằng QBTS và QBKC nhằm phục vụ phân chia cấu trúc và dự báo khoáng sản.
  • Thử nghiệm phương pháp Tần suất - Nhận dạng mới (QBTS): Áp dụng trên tài liệu bay đo vùng Đông Tuy Hòa. Chương trình đã xử lý phân tích ma trận tỷ trọng cho 6 tính chất đại diện của đối tượng mẫu, tính toán hệ số đồng dạng cho 6 đối tượng đối sánh và khoanh định thành công các đới đồng dạng với đối tượng mẫu đã chọn.
  • Thử nghiệm phương pháp Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng mới (QBKC): Áp dụng tại khu vực huyện Khánh Vĩnh. Kết quả phân tích khoảng giá trị đặc trưng và hệ số đồng dạng trên 8 đối tượng nghiên cứu đã khoanh định chính xác ranh giới tiếp xúc giữa hai thành tạo địa chất khác nhau và xác lập các đường đồng mức hệ số đồng dạng trên diện tích khảo sát.
  • Dự báo triển vọng khoáng sản vùng Đà Lạt:
    • Tác giả tổng hợp đặc điểm địa chất, tính chất phóng xạ (hàm lượng $K, U, Th$, cường độ tổng) và tính chất từ của các phân vị địa chất vùng Đà Lạt.
    • Ứng dụng hệ phương pháp nhận dạng mới xử lý tổ hợp tài liệu từ - phổ gamma, đối sánh với kết quả phân vùng năm 1993. Luận án đã thành lập Sơ đồ dự báo triển vọng khoáng sản vùng Đà Lạt mới, làm rõ ranh giới các thành tạo magma xâm nhập, các đới biến đổi nhiệt dịch và khoanh định các diện tích có triển vọng khoáng hóa (vàng, kim loại màu, thiếc, vonfram) với độ tin cậy cao hơn.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án đã đạt được các kết quả khoa học và thực tiễn chính:

Đóng góp về mặt lý thuyết và phương pháp luận

  1. Hoàn thiện đầy đủ nội dung thuật toán của hai phương pháp phân tích nhận dạng: 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, cho phép giải quyết bài toán nhận dạng đối tượng đồng dạng trong trường hợp tổng quát khi thiếu thông tin tiên nghiệm.
  2. Mở rộng phạm vi ứng dụng của hai phương pháp từ việc chỉ xử lý tài liệu phổ gamma đơn lẻ sang xử lý tổ hợp đa tham số gồm cả tài liệu từ hàng không và các trường địa vật lý khác.
  3. Xây dựng và hoàn thiện hai chương trình máy tính chuyên dụng QBTS và QBKC, cung cấp công cụ tính toán tự động phục vụ công tác phân tích số liệu bay đo.

Đóng góp về mặt thực tiễn

  1. Xây dựng một Hệ phương pháp xử lý - phân tích tổ hợp tài liệu địa vật lý hàng không hoàn chỉnh, có tính khả thi cao, phù hợp với điều kiện cơ sở dữ liệu bay đo hiện có tại Việt Nam.
  2. Áp dụng thành công hệ phương pháp mới vào tài liệu thực tế tại các vùng Đông Tuy Hòa, Khánh Vĩnh và Đà Lạt; phân chia chi tiết các thành tạo địa chất, xác định đứt gãy kiến tạo và thành lập sơ đồ dự báo triển vọng khoáng sản vùng Đà Lạt, bổ sung các diện tích triển vọng khoáng hóa có giá trị cho công tác điều tra địa chất tiếp theo.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Hiệu quả nhận dạng của các phương pháp phụ thuộc chặt chẽ vào chất lượng của tài liệu đo đạc nguyên thủy, độ chính xác của các phép hiệu chỉnh (độ cao bay, biến thiên từ, tương tác Compton) và mật độ mạng lưới tuyến bay.
    • Trong trường hợp cấu trúc địa chất biến đổi quá phức tạp hoặc các trường địa vật lý có mức độ chồng chập nhiễu lớn, việc lựa chọn mẫu chuẩn đại diện gặp nhiều khó khăn.
    • Đối với các kết quả nhận dạng không có mẫu chuẩn, việc xác định bản chất địa chất chính xác của các diện tích phân chia bắt buộc phải có thêm số liệu kiểm tra thực địa, khoan thăm dò và đo đạc mẫu thạch địa vật lý bổ sung.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Tiếp tục tối ưu hóa thuật toán tính toán trong các chương trình QBTS và QBKC để xử lý các tập dữ liệu có quy mô lớn hơn với tốc độ tính toán cao hơn.
    • Mở rộng thử nghiệm hệ phương pháp trên các vùng bay đo có điều kiện địa hình phức tạp, diện tích đứt gãy che phủ dày và áp dụng cho các loại hình khoáng sản ẩn sâu khác.
    • Nghiên cứu tích hợp thêm các dạng số liệu địa vật lý khác (trọng lực, điện từ hàng không) và số liệu viễn thám vào không gian nhận dạng đa chiều.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên sâu và hữu ích đối với:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Địa Vật lý, Địa chất thăm dò, Địa chất khoáng sản: Tham khảo cơ sở lý thuyết nhận dạng mẫu, phương pháp mã hóa thông tin và các thuật toán phân tích phổ - thống kê địa vật lý.
  • Các kỹ sư, chuyên gia địa vật lý tại các cơ quan nghiên cứu (Viện Vật lý Địa cầu, Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản) và các đơn vị sản xuất (Liên đoàn Địa chất Xạ - Hiếm, Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam): Ứng dụng quy trình chuẩn hóa đúc kết tài liệu bay đo (QLK, QDR, QSS, Q10) và sử dụng các thuật toán QBTS, QBKC để nâng cao chất lượng xử lý dữ liệu thực tế.
  • Các nhà quản lý và lập kế hoạch điều tra địa chất: Tham khảo hệ phương pháp tích hợp và các kết quả phân vùng dự báo triển vọng khoáng sản tại vùng Đà Lạt, Tuy Hòa phục vụ định hướng công tác thăm dò khoáng sản chi tiết.

Câu hỏi thường gặp

1. Hai phương pháp nhận dạng mới được luận án tập trung hoàn thiện là gì và có công cụ phần mềm nào đi kèm?

Luận án tập trung phát triển và hoàn thiện nội dung thuật toán của hai phương pháp: Phương pháp Tần suất - Nhận dạng (được lập trình thành chương trình QBTS) và Phương pháp Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng (được lập trình thành chương trình QBKC). Cả hai chương trình được xây dựng để xử lý nhận dạng trong trường hợp tổng quát trên máy tính.

2. Trạm máy địa vật lý hàng không của Canada sử dụng tại Việt Nam gồm những thiết bị cụ thể nào?

Từ những năm 1990 trở lại đây, Việt Nam sử dụng trạm máy địa vật lý hàng không của Canada gồm 3 thiết bị chính:

  • Máy từ proton MAP-4 với dải đo 20.000 nT, độ chính xác 1 nT.
  • Máy phổ gamma 4 kênh GAD-6 kết hợp với đầu thu bức xạ gamma GSA-44.GSI-3.
  • Thiết bị điều khiển ghi số PDAS-1000 dùng để lưu trữ dữ liệu đo đạc lên đĩa máy tính.

3. Bộ chương trình COSCAD gồm những khối chức năng chính nào?

Bộ chương trình phân tích phổ - thống kê COSCAD (GS. Ni-Ki-Tin) gồm 6 khối chức năng:

  1. Khối phục vụ (Service): Tạo lập, hợp nhất và thao tác trên các lưới dữ liệu.
  2. Khối đồ thị (Graphics): Biểu diễn đồ thị tuyến, bản đồ phân lớp, bản đồ 3D.
  3. Khối xử lý thống kê (Statistics): Tính toán các đặc trưng thống kê, tỷ số nguyên tố, gradien, hàm tương quan.
  4. Khối lọc trường (Filtering): Thực hiện các bộ lọc tối ưu (năng lượng, thích nghi, Kolmogorov-Wiener) để tách trường.
  5. Khối phát hiện và phân chia dị thường (Detection): Phát hiện dị thường tương quan và phân lớp đối tượng.
  6. Khối xử lý tổ hợp (Complex): Xử lý giám sát tổ hợp dữ liệu và nhận dạng ảnh.

4. Quy trình đúc kết tài liệu phổ gamma hàng không gồm những bước và chương trình xử lý nào?

Quy trình gồm 3 bước:

  • Bước 1: Chuyển đổi tốc độ đếm xung về giá trị trường mặt đất bằng chương trình QDR (san số liệu 3 điểm, trừ phông dư, hiệu chỉnh độ cao bay qua hệ số $\mu_i$, giải trừ ảnh hưởng Compton qua hệ số $\alpha, \beta, \gamma$).
  • Bước 2: Hiệu chỉnh và liên kết tuyến trên toàn diện tích bằng chương trình QLK (gắn tọa độ nội suy, liên kết tuyến kiểm tra theo luật tuyến tính, đưa các chuyến bay về cùng mức chuẩn).
  • Bước 3: Xác định sai số đo lặp bằng chương trình QSS, phân loại dị thường tự động bằng chương trình Q10 và thành lập 7 loại bản đồ kết quả tỷ lệ 1:50.000.

5. Luận án đã thử nghiệm và áp dụng các phương pháp mới trên những khu vực thực tế nào?

Luận án đã tiến hành thử nghiệm phương pháp Tần suất - Nhận dạng mới tại khu vực Đông Tuy Hòa, thử nghiệm phương pháp Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng mới tại Huyện Khánh Vĩnh, và áp dụng toàn diện Hệ phương pháp mới để xử lý tổ hợp tài liệu từ - phổ gamma nhằm dự báo triển vọng khoáng sản tại vùng Đà Lạt.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Xuân Bình đã giải quyết một nhiệm vụ khoa học và thực tiễn có ý nghĩa đối với ngành Địa vật lý Việt Nam thông qua việc hoàn thiện cơ sở lý thuyết và thuật toán của hai phương pháp: Tần suất - Nhận dạng và Khoảng cách - Tần suất - Nhận dạng trong trường hợp tổng quát. Nghiên cứu đã mở rộng thành công phạm vi ứng dụng từ xử lý tài liệu phổ gamma đơn lẻ sang tổ hợp đa tham số gồm cả tài liệu từ hàng không, đồng thời xây dựng các phần mềm máy tính chuyên dụng QBTS và QBKC. Việc thử nghiệm và áp dụng thành công tại các vùng Đông Tuy Hòa, Khánh Vĩnh và Đà Lạt đã chứng minh tính hiệu quả của hệ phương pháp trong việc phân chia thành tạo địa chất, xác định đứt gãy và dự báo triển vọng khoáng sản, góp phần nâng cao hiệu quả khai thác nguồn dữ liệu địa vật lý hàng không hiện có.