Chương 1: Cơ sở lý thuyết xử lý tổ hợp số liệu địa vật lý Chương 2: Các phương pháp đánh giá lưa chọn thông tin trong xử lý và phân tích số liệu địa vật lý Chương 3: Áp dụng các phương pháp đánh giá và lựa chọn thông tin trong xử lý phân tích số liệu địa vật lý máy bay vùng Tây Nam Tuy Hòa Chuyên ngành: Địa vật lý 8 Học viên: Trịnh Viết Dũng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trƣờng đại học KHTN – ĐHQGHN Khoa Địa chất CHƢƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ TỔ HỢP SỐ LIỆU ĐỊA VẬT LÝ 1. CÁC BƢỚC XỬ LÝ TỔ HỢP SỐ LIỆU ĐỊA VẬT LÝ. Trong công tác xử lý tổ hợp số liệu địa vật lý, nhiệm vụ cơ bản và quan trọng nhất là phân loại các điểm quan sát thành các diện tích hay các nhóm diện tích nhất định. Trong đó các diện tích đƣợc phân loại có các trƣờng địa vật lý đặc trƣng cho các đối tƣợng địa chất tƣơng ứng.
Để giải quyết nhiệm vụ trên, tƣơng tự nhƣ nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác, trong địa vật lý ngƣời ta thƣờng lý thuyết nhận dạng – một lĩnh vực toán học đi sâu vào giải quyết các bài toán phân loại đối tƣợng dựa vào mối quan hệ hữu cơ giữa các đối tƣợng cụ thể với các dấu hiệu trƣờng đặc trƣng tƣơng ứng cho đối tƣợng đó. Xử lý tổ hợp số liệu địa vật lý là một quá trình phức tạp phụ thuộc vào mục đích đối tƣợng nghiên cứu và các dạng số liệu khác nhau. Một cách khái quát có thể phân chia quá trình này theo các bƣớc cơ bản sau đây. - Xây dựng mô hình và xác định phƣơng pháp nhận dạng.
- Ƣớc lƣợng các đặc trƣng thống kê. - Chọn thuật toán xử lý và thực hiện quá trình xử lý. - Định nghiệm về sự tồn tại của các đối tƣợng. - Đánh giá chất lƣợng xử lý.
Xây dựng mô hình và xác định phƣơng pháp nhận dạng. Để xử lý số liệu Địa vật lý ngƣời ta chủ yếu sử dụng các mô hình thống kê vì các đối tƣợng khảo sát cần nghiên cứu có vị trí, kích thƣớc, tính chất vật lý không biết trƣớc nên chúng đƣợc xem nhƣ các đối tƣợng ngẫu nhiên. Mặt khác, các trƣờng vật lý do các đối tƣợng địa chất tạo ra thƣờng bị các loại nhiễu làm méo nên các dấu hiệu trƣờng Địa vật lý khảo sát cũng mang tính ngẫu nhiên. Với mô hình để đƣợc nhiệm vụ tiếp theo là lựa chọn các phƣơng pháp nhận dạng tƣơng ứng, tiến hành xử lý theo mô hình và giải quyết các nhiệm vụ bài toán đặt ra.
Chuyên ngành: Địa vật lý 9 Học viên: Trịnh Viết Dũng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trƣờng đại học KHTN – ĐHQGHN Khoa Địa chất Hiện nay có rất nhiều phƣơng pháp nhận dạng hiện đại, đƣợc tự động hóa bằng các phần mềm mạnh. Tuy nhiên, có thể chia chúng thành hai nhóm: nhóm các phƣơng pháp nhận dạng theo đối tƣợng chuẩn và nhóm các phƣơng pháp nhận dạng không có đối tƣợng chuẩn. Nhóm các phƣơng pháp nhận dạng theo đối tƣợng chuẩn đƣợc áp dụng khi chúng ta biết đƣợc lớp các đối tƣợng và biết đƣợc đặc trƣng thống kê của các trƣờng địa vật lý với từng lớp đối tƣợng. Khi xử lý số liệu địa vật lý bằng thuật toán nhận dạng có mẫu chuẩn, nhiệm vụ đặt ra là cần xây dựng các thuật toán hay đề xuất các chỉ tiêu nhận dạng đảm bảo để phân loại các đối tƣợng số liệu quan sát thành hai lớp (thí dụ lớp có quặng và lớp không quặng) hoặc với số lớp nhiều hơn 2 khi có trƣớc các đặc trƣng thống kê của mỗi loại dấu hiệu ứng với các đối tƣợng chuẩn.
Vấn đề quan trọng, mang tính quyết định trong công tác xử lý số liệu địa vật lý bằng thuật toán nhận dạng theo đối tƣợng chuẩn là lựa chọn đối tƣợng chuẩn, trên đó tiến hành nghiên cứu các đặc trƣng thống kê của các dấu hiệu (các trƣờng địa vật lý). Điều này đặc biệt quan trọng khi khảo sát các diện tích có cấu trúc địa chất phức tạp, ở đó các trƣờng địa vật lý quan sát đƣợc biến đổi mạnh ngay cả ở những diện tích nhỏ. Nhóm các phƣơng pháp nhận dạng không có đối tƣợng chuẩn đƣợc áp dụng khi chúng ta không biết trƣớc các đặc trƣng thống kê của các dấu hiệu ứng với các lớp đối tƣợng cần tìm. Khi đó quá trình nhận dạng đơn thuần chỉ thực hiện nhiệm vụ phân loại trƣờng.
Phƣơng pháp xử lý số liệu bằng thuật toán nhận dạng không có đối tƣợng chuẩn đƣợc thực hiện nhƣ sau: bằng thuật toán phân loại trƣờng lựa chọn đƣợc, tiến hành chia các điểm quan sát thành một số nhất định các diện tích đồng nhất về dấu hiệu tổ hợp. Bản chất địa chất của từng diện tích phân ra đƣợc có thể không xác định đƣợc; để xác định chúng đòi hỏi phải có các số liệu khoan hoặc nghiên cứu bổ xung về tính chất vật lý của đá [1,2]. Chuyên ngành: Địa vật lý 10 Học viên: Trịnh Viết Dũng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trƣờng đại học KHTN – ĐHQGHN Khoa Địa chất 1. Ƣớc lƣợng các đặc trƣng thống kê và lƣợng tin của các dấu hiệu trên các đối tƣợng chuẩn.
Ước lượng các đặc trưng thống kê. Để xử lý tổ hợp các số liệu bằng phƣơng pháp nhận dạng có mẫu chuẩn thì công việc quan trọng mang tính quyết định là lựa chọn các mẫu chuẩn và xác định các đặc trƣng thống kê các trƣờng địa vật lý của chúng. Các mẫu hay đối tƣợng chuẩn là phần diện tích ở đó bằng các số liệu khoan và các số liệu địa chất khác đã xác định đƣợc bản chất địa chất của các đối tƣợng gây ra trƣờng địa vật lý. Tùy thuộc vào các mục đích nghiên cứu khác nhau mà các đối tƣợng chuẩn đƣợc lựa chọn khác nhau.
Ví dụ khi mục đích nghiên cứu là tìm kiếm khoáng sản thì đối tƣợng chuẩn có thể là một vùng quặng, một trƣờng quặng, một mỏ quặng hay một vỉa quặng. Còn khi khảo sát địa vật lý phục vụ công tác đo vẽ bản đồ địa chất thì các đối tƣợng mẫu có thể là diện tích phát triển một loại đá nào đó. Dựa vào các giá trị trƣờng quan sát đƣợc trên các đối tƣợng chuẩn ngƣời ta tiến hành xác định các đặc trƣng thống kê của trƣờng cho từng loại đối tƣợng. Các đặc trƣng này bao gồm: - Đƣờng cong biến phân (hàm phân bố mật độ xác suất thực nghiệm).
- Kỳ vọng và phƣơng sai của trƣờng (thông qua đƣờng cong biến phân). Ngoài ra khi cần ngƣời ta tính cả hệ số tƣơng quan giữa các dấu hiệu, phƣơng chủ đạo của các dị thƣờng… Điều đặc biệt cần lƣu ý để công tác phân tích nhận dạng đạt hiệu quả tốt thì cần lựa chọn các đối tƣợng chuẩn sao cho các diện tích tồn tại đối tƣợng chuẩn phải nằm xen kẽ với các phần diện tích khảo sát cần nhận dạng. Đối với nhóm các phƣơng pháp nhận dạng không có đối tƣợng chuẩn để xác định các đặc trƣng thống kê của trƣờng ngƣời ta chia khu vực khảo sát thành các diện tích cơ sở - cửa sổ. Kích thƣớc của diện tích cơ sở hay số lƣợng điểm quan sát trên mỗi diện tích cơ sở đƣợc lựa chọn dựa vào tỉ lệ bản đồ và kích thƣớc dị thƣờng mà các đối tƣợng trƣờng tạo ra.
Diện tích cơ sở có thể nhỏ nhất cần lựa chọn để Chuyên ngành: Địa vật lý 11 Học viên: Trịnh Viết Dũng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trƣờng đại học KHTN – ĐHQGHN Khoa Địa chất trong tƣơng lai có thể đề nghị (hoặc không đề nghị) đƣa vào thăm dò hoặc khảo sát chi tiết. Diện tích cơ sở cũng có thể xem nhƣ cửa sổ trƣợt, các đặc trƣng thống kê của trƣờng trong cửa sổ đó đƣợc gán cho điểm trung tâm cửa sổ. Lượng tin của dấu hiệu. Lƣợng tin của dấu hiệu là khả năng mà dấu hiệu đó có thể phân biệt đƣợc các đối tƣợng khác nhau với nhau.
Khả năng này phụ thuộc vào việc các đối tƣợng của cùng một lớp có thƣờng xuyên cho những giá trị cố định của dấu hiệu đó hay không và các giá trị đó có phân bố rộng ra ngoài giới hạn của đối tƣợng của lớp đó hay không. Ngƣời ta đƣa ra khái niệm lƣợng tin từng phần, lƣợng tin tổng (tích phân) và lƣợng tin tổng hợp. Lƣợng tin từng phần là lƣợng tin của những dải giá trị hay của nhóm các giá trị riêng biệt của một dấu hiệu nhất định. Lƣợng tin tổng là lƣợng tin chứa toàn bộ các giá trị của một dấu hiệu (một loại trƣờng) nào đó.
Cuối cùng lƣợng tin tổng hợp là lƣợng tin tính cho những dạng kết hợp khác nhau của nhiều dấu hiệu. Trong quá trình nhận dạng không phải mọi dấu hiệu trƣờng đều quan trọng nhƣ nhau, thậm chí có những dấu hiệu trƣờng địa vật lý hoàn toàn không chứa thông tin về đối tƣợng khảo sát và có thể là những dấu hiệu nhiễu làm mờ nhạt đi các thông tin hữu ích. Khi đƣa các dấu hiệu này vào sử dụng để nhận dạng không làm tăng mà ngƣợc lại làm giảm chất lƣợng nhận dạng đối tƣợng. Chính vì vậy, trong quá trình xử lý cần tiến hành đánh giá lƣợng tin của từng dấu hiệu để từ đó chọn ra những dấu hiệu có lƣợng tin cao đƣa vào xử lý và loại bỏ những dấu hiệu có lƣợng tin thấp [2].
Nguyên tắc lựa chọn các thuật toán xử lý. Các thuật toán đƣợc lựa chọn để xử lý sẽ ảnh hƣởng tới chất lƣợng xử lý. Để chất lƣợng xử lý cao khi lựa chọn các thuật toán ngƣời ta dựa vào các yếu tố sau: Chuyên ngành: Địa vật lý 12 Học viên: Trịnh Viết Dũng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trƣờng đại học KHTN – ĐHQGHN Khoa Địa chất a. Nhiệm vụ địa chất đặt ra.
Nếu nhiệm vụ của khảo sát địa vật lý là tìm kiếm mỏ thì thuật toán phải có khả năng nhận dạng hai lớp đối tƣợng: lớp quặng và lớp không quặng. Còn nếu nhiệm vụ của khảo sát địa vật lý là phục vụ công tác đo vẽ bản đồ địa chất thì thuật toán phải đảm bảo khả năng cùng một lúc nhận dạng đƣợc nhiều đối tƣợng liên quan với nhiều loại đất đá và các yếu tố kiến tạo khác nhau. Đặc điểm chứa thông tin của số liệu gốc. Nếu các số liệu địa vật lý chứa thông tin ở hai mức: mức “có” - mức dị thƣờng và mức “không” - mức phông thì ngƣời ta sử dụng các thuật toán logic.