Tài liệu Nghiên cứu áp dụng các phương pháp đánh giá và lựa chọn thông tin trong xử lý phân tích số liệu địa vật lý

Trƣờng đại học KHTN – ĐHQGHN Khoa Địa chất ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- TRỊNH VIẾT DŨNG NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ VÀ LỰA CHỌN THÔNG TIN TRONG XỬ LÝ – PHÂN TÍCH SỐ LIỆU ĐỊA VẬT LÝ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2012 Chuyên ngành: Địa vật lý 1 Học viên: Trịnh Viết Dũng Trƣờng đại học KHTN – ĐHQGHN Khoa Địa chất ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- TRỊNH VIẾT DŨNG NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ VÀ LỰA CHỌN THÔNG TIN TRONG XỬ LÝ – PHÂN TÍCH SỐ LIỆU ĐỊA VẬT LÝ Chuyên ngành: Địa vật lý Mã số: 60 44 61 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS VÕ THANH QUỲNH Hà Nội – 2012 Chuyên ngành: Địa vật lý 2 Học viên: Trịnh Viết Dũng Trƣờng đại học KHTN – ĐHQGHN Khoa Địa chất MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 6 CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ TỔ HỢP SỐ LIỆU ĐỊA VẬT LÝ ....................... 9 1.1. CÁC BƢỚC XỬ LÝ TỔ HỢP SỐ LIỆU ĐỊA VẬT LÝ. .................................. 9 1.1.1. Xây dựng mô hình và xác định phƣơng pháp nhận dạng. ......................... 9 1.1.2. Ƣớc lƣợng các đặc trƣng thống kê và lƣợng tin của các dấu hiệu trên các đối tƣợng chuẩn. ...................................................................................................11 1.1.3. Nguyên tắc lựa chọn các thuật toán xử lý. .................................................12 1.1.4. Quyết định nghiệm về sự tồn tại của đối tƣợng cần tìm............................13 1.1.5. Đánh giá chất lƣợng xử lý...........................................................................14 1.2. CÁC THUẬT TOÁN NHẬN DẠNG.. ............................................................14 1.2.1. Các thuật toán nhận dạng có mẫu chuẩn. .................................................14 1.2.2. Các thuật toán nhận dạng không có mẫu chuẩn. ......................................18 CHƢƠNG 2. CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ LỰA CHỌN THÔNG TIN TRONG XỬ LÝ VÀ PHÂN TÍCH SỐ LIỆU ĐỊA VẬT LÝ ....................................................20 2.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC. ............................20 2.1.1 Các phƣơng pháp phân tích tài liệu địa vật lý máy bay trên thế giới. ......20 2.1.2. Các phƣơng pháp phân tích tài liệu địa vật lý máy bay ở Việt Nam. .......23 2.2. NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ VÀ LỰA CHỌN THÔNG TIN TRONG LÝ THUYẾT XỬ LÝ SỐ LIỆU .............................24 2.2.1. Phƣơng pháp phân tích tần suất ................................................................25 2.2.2. Phƣơng pháp phân tích khoảng cách khái quát .......................................26 2.3. ỨNG DỤNG CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ VÀ LỰA CHỌN THÔNG TIN ĐỂ GIẢI QUYẾT CÁC BÀI TOÁN NHẬN DẠNG TRONG ĐỊA VẬT LÝ .28 2.3.1. Phƣơng pháp đánh giá và phân loại cụm dị thƣờng .................................28 2.3.2. Phƣơng pháp Tần suất-Nhận dạng ............................................................30 2.3.3. Phƣơng pháp Khoảng cách-Tần suất-Nhận dạng .....................................33 Chuyên ngành: Địa vật lý 3 Học viên: Trịnh Viết Dũng Trƣờng đại học KHTN – ĐHQGHN Khoa Địa chất CHƢƠNG 3. ÁP DỤNG CÁC PHƢƠNG 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 ..........................................................................................39 3.1. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU ĐỊA CHẤT–ĐỊA VẬT LÝ VÙNG TÂY NAM TUY HÒA39 3.1.1. Lịch sử nghiên cứu Địa chất .......................................................................39 3.1.2. Lịch sử nghiên cứu Địa vật lý .....................................................................40 3.2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT- ĐỊA VẬT LÝ VÙNG TÂY NAM TUY HÒA . ......42 3.2.1. Đặc điểm địa chất........................................................................................42 ĐỊA TẦNG ............................................................................................................43 GIỚI PROTEROZOI ..............................................................................................43 PALEOPROTEROZOI ..........................................................................................43 GIỚI PALEOZOI ...................................................................................................43 CARBON THƢỢNG – PERMI HẠ .......................................................................43 GIỚI MESOZOI .....................................................................................................44 TRIAS TRUNG .....................................................................................................44 CRETA ..................................................................................................................46 GIỚI KAINOZOI ...................................................................................................47 NEOGEN ...............................................................................................................47 ĐỆ TỨ ...................................................................................................................48 MAGMA ................................................................................................................48 KIẾN TẠO .............................................................................................................50 KHOÁNG SẢN .....................................................................................................52 3.2.2. Đặc điểm Địa vật lý .....................................................................................52 3.3. DỰ BÁO TRIỂN VỌNG KHOÁNG SẢN .....................................................56 KẾT LUẬN ...........................................................................................................64 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................64 Chuyên ngành: Địa vật lý 4 Học viên: Trịnh Viết Dũng Trƣờng đại học KHTN – ĐHQGHN Khoa Địa chất DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH DANH MỤC BẢNG Số trang Danh mục bảng Bảng 2.1. Sơ đồ các bƣớc thực hiện chƣơng trình QTS 36 Bảng 2.2. Sơ đồ các bƣớc thực hiện chƣơng trình QKC 37 Bảng 3.1. Kết quả phân tích theo phƣơng pháp Tần suất – Nhận dạng 58 và so sánh với kết quả kiểm tra mặt đất đối tƣợng mẫu - cụm 68 (K). Bảng 3.2. Kết quả phân tích theo phƣơng pháp Tần suất – Nhận dạng 58 và so sánh với kết quả kiểm tra mặt đất đối tƣợng mẫu - cụm 38 (Th-K). Bảng 3.3. Kết quả phân tích theo phƣơng pháp khoảng cách – tần suất – 59 nhận dạng và so sánh với kết quả kiểm tra mặt đất đối tƣợng mẫu: 68 và 88. DANH MỤC HÌNH Danh mục hình Số trang Hình 3.1 Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu 41 Hình 3.2.Bản đồ cƣờng độ trƣờng từ vùng Tây Nam Tuy Hòa 52 Hình 3.3. Bản đồ cƣờng độ Gamma vùng Tây Nam Tuy Hòa 53 Hình 3.4. Bản đồ hàm lƣợng Kali vùng Tây Nam Tuy Hòa 53 Hình 3.5. Bản đồ hàm lƣợng Uran vùng Tây Nam Tuy Hòa 54 Hình 3.6. Bản đồ hàm lƣợng Thori vùng Tây Nam Tuy Hòa 54 Hình 3.7. Bản đồ đẳng trị  T 55 Hình 3.8. Sơ đồ phân bố cụm dị thƣờng phổ gamma hàng không 61 Hình 3.9. Sơ đồ dự báo triển vọng khoáng sản vùng Tây Nam Tuy Hòa 61 Hình 3.10 . Sơ đồ giải đoán địa chất vùng Tây Nam Tuy Hoàn 62 Chuyên ngành: Địa vật lý 5 Học viên: Trịnh Viết Dũng Trƣờng đại học KHTN – ĐHQGHN Khoa Địa chất MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Công tác đo bay địa vật lý tỷ lệ lớn (từ - phổ gamma hàng không) ở nƣớc ta đƣợc đẩy mạnh và phát triển trong khoảng 25 năm trở lại đây. Những kết quả đạt đƣợc trong thời gian qua đã khẳng định vai trò và hiệu quả to lớn của công tác địa vật lý máy bay trong việc tham gia giải quyết nhiều nhiệm vụ địa chất quan trong, đặc biệt là trong việc tìm kiếm và tham dò khoáng sản có ích. Tuy nhiên, trong thực tế công tác địa vật lý máy bay cũng bộc lộ một số hạn chế, mà chủ yếu là ở khâu xử lý và phân tích tài liệu, cần đƣợc đầu tƣ nghiên cứu khắc phục, nhằm không ngừng nâng cao hiệu quả của phƣơng pháp. Đó là: Nguồn tài liệu của các phƣơng pháp địa vật lý máy bay là rất phong phú, khối lƣợng các tài liệu địa vật lý máy bay trong đó tài liệu phổ gama đóng vai trò chủ đạo ở nƣớc ta hiện nay là hết sức lớn. Xử lý phân tích tài liệu, khai thác triệt để thông tin đối với nguồn tài liệu hết sức phong phú này phục vụ công tác điều tra địa chất và tìm kiếm thăm dò khoáng sản là nhiệm vụ hết sức quan trọng. Trong khi đó, do tính khẩn trƣơng về mặt thời gian đối với các đề án điều tra địa chất, chƣa cho phép đầu tƣ thỏa đáng cho công tác xử lý phân tích tài liệu làm hạn chế phần nào hiệu quả của phƣơng pháp. Các phƣơng 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 liệu có đặc tính phân bố ngẫu nhiên, nhƣ các số liệu địa hóa, phổ gamma v.v.. Hiện nay, trong địa vật lý có rất nhiều thuật toán nhận dạng hiện đại, đƣợc tự động hóa bằng các hệ phần mềm chuyên dụng mạnh, đáng chú ý có bộ chƣơng trình phân tích phổ - thống kê do GS.VS. Nikitin cùng các đồng sự xây dựng. Tuy nhiên, trên thực tế, khối lƣợng tài liệu cũng nhƣ số lƣợng các chủng loại thông tin thu đƣợc trên các đối tƣợng địa chất ngày càng rất lớn. Trong khi đó, số lƣợng các tham số đầu vào của các chƣơng trình phân tích nhận dạng hiện có thƣờng 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. Mặt khác, kể cả khi số lƣợng các tham số đầu vào của các chƣơng trình phân Chuyên ngành: Địa vật lý 6 Học viên: Trịnh Viết Dũng Trƣờng đại học KHTN – ĐHQGHN Khoa Địa chất tích nhận dạng đƣợc mở rộng thì việc sử dụng đồng thời tất cả các loại thông tin có đƣợc để phân tích nhận dạng lại cho kết quả thiếu tin cậy hơn khi chỉ sử dụng một tổ hợp thông tin nhất định trong đó có chất lƣợng cao. Rõ ràng việc sử dụng những thông tin thiếu độ tin cậy không những không có hiệu quả mà còn làm nhòa đi những thông tin quan trọng khác, gây nên những nhận thức sai lệch về đối tƣợng nghiên cứu. Trong thực tế số lƣợng các chủng loại thông tin của các đối tƣợng địa chất thu đƣợc ngày càng lớn. Làm thế nào để đánh giá đƣợc chất lƣợng của từng chủng loại thông tin, từ đó lựa chọn tổ hợp các thông tin tin cậy phục vụ cho từng mục đích nghiên cứu. Đây chính là nội dung của lớp các bài toán đánh giá lựa chọn thông tin. Với thực tế và cách đặt vấn đề trên cho thấy để nâng cao hơn nữa chất lƣợng của các phƣơng pháp phân tích nhận dạng, trƣớc hết cần phải giải quyết tốt bài toán đánh giá lựa chọn thông tin. Theo hƣớng này, chúng tôi đã nghiên cứu tìm hiểu và áp dụng phƣơng pháp phân tích tần suất theo thuật toán Griffiths - Vinni và phƣơng pháp phân tích khoảng cách khái quát theo thuật toán Poguônôv trong đánh giá và lựa chọn thông tin để xác định tổ hợp các chủng loại thông tin có độ tin cậy cao phục vụ các mục đích nghiên cứu. 2. Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu áp dụng một số phƣơng pháp đánh giá, lựa chọn thông tin trong xử lý số liệu địa vật lý máy bay phục vụ giải đoán địa chất, tìm kiếm và dự báo triển vọng khoáng sản, góp phần đẩy nhanh và nâng cao chất lƣợng của công tác xử lý phân tích tài liệu địa vật lý máy bay ở nƣớc ta hiện nay. 3. Các nội dung nghiên cứu. - Nghiên cứu tìm hiểu các phƣơng pháp đánh giá lựa chọn thông tin trong lý thuyết xử lý số liệu. - Áp dụng một số phƣơng pháp đánh giá và lựa chọn thông tin vào xử lý, phân tích số liệu địa vật lý máy bay phục vụ giải đoán địa chất, tìm kiếm và dự báo triển vọng khoáng sản. Chuyên ngành: Địa vật lý 7 Học viên: Trịnh Viết Dũng Trƣờng đại học KHTN – ĐHQGHN Khoa Địa chất - Đánh giá và dự báo triển vọng khoáng sản vùng Tây Nam Tuy Hòa trên cơ sở áp dụng hệ phƣơng pháp đánh giá lựa chọn thông tin. 4. Cấu trúc của luận văn Các kết quả chính đƣợc trình bày trong Luận văn gồm 3 chƣơng, với phần mở đầu và kết luận  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 Trƣờng đại học KHTN – ĐHQGHN Khoa Địa chất CHƢƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ TỔ HỢP SỐ LIỆU ĐỊA VẬT LÝ 1.1. 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. 1.1.1. 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 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 Trƣờng đại học KHTN – ĐHQGHN Khoa Địa chất 1.1.2. Ƣớc lƣợng các đặc trƣng thống kê và lƣợng tin của các dấu hiệu trên các đối tƣợng chuẩn. a. 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 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. b. 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]. 1.1.3. 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 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. b. 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. Trong trƣờng hợp các số liệu địa vật lý chứa các thông tin định lƣợng thì ngƣời ta sử dụng các thuật toán kiểm chứng thống kê. c. Tính độc lập và tính không độc lập của các dị thường. Khi dấu hiệu trƣờng địa vật lý độc lập nhau thì có thể sử dụng các thuật toán đơn giản. Còn trong trƣờng hợp các dấu hiệu liên quan với nhau thì các thuật toán đƣợc sử dụng phức tạp hơn. Lƣu ý là trong trƣờng hợp các dấu hiệu trƣờng không độc lập nhau, để nhận dạng đòi hỏi các giá trị trƣờng phải phân bố theo luật chuẩn. d. Mức độ đầy đủ của các thông tin tiên nghiệm. Mức độ đầy đủ của các thông tin tiên nghiệm chính là mức độ hoàn chỉnh của các mô hình vật lý địa chất. Trong trƣờng hợp tồn tại các đối tƣợng chuẩn, nghĩa là khi biết rõ mô hình vật lý địa chất của các đối tƣợng thì để xử lý ngƣời ta sử dụng các thuật toán nhận dạng có mẫu chuẩn để phân loại trƣờng. 1.1.4. Quyết định nghiệm về sự tồn tại của đối tƣợng cần tìm. Đối với các thuật toán nhận dạng có mẫu chuẩn việc quyết định nghiệm chủ yếu dựa vào chỉ số tƣơng đồng. Chỉ số này xác định mức độ giống nhau hoặc khác nhau giữa đối tƣợng nghiên cứu với đối tƣợng chuẩn theo lƣợng thông tin tổng hợp của toàn bộ các dấu hiệu. Đối với các thuật toán nhận dạng không có mẫu chuẩn thì quá trình nhận dạng chỉ đơn thuần thực hiện việc phân chia diện tích khảo sát thành các phần đồng Chuyên ngành: Địa vật lý 13 Học viên: Trịnh Viết Dũng Trƣờng đại học KHTN – ĐHQGHN Khoa Địa chất nhất theo tổng hợp các dấu hiệu. Việc phân loại ở đây đƣợc tiến hành dựa vào các chỉ tiêu định nghiệm khác nhau. Chỉ tiêu này phụ thuộc rất nhiều vào số lƣợng các lớp đối tƣợng cần phân chia là bao nhiêu. 1.1.5. Đánh giá chất lƣợng xử lý. Đối với các thuật toán nhận dạng có mẫu chuẩn, chất lƣợng xử lý đƣợc đánh giá dựa vào sai số nhận dạng các đối tƣợng kiểm chứng (tỉ số các đối tƣợng kiểm chứng đƣợc nhận dạng đúng so với tổng các đối tƣợng kiểm chứng đƣợc đƣa ra nhận dạng). Các đối tƣợng kiểm chứng là các đối tƣợng mà bản chất địa chất của chúng đã đƣợc xác định rõ, song chúng không đƣợc chọn làm đối tƣợng mẫu mà là đối tƣợng đƣợc dùng làm kiểm tra các kết quả nhận dạng. Đối với các thuật toán nhận dạng không đối tƣợng chuẩn ngƣời ta sử dụng xác suất nhận dạng sai lầm để đánh giá chất lƣợng xử lý. Xác suất này đƣợc tính dựa vào việc phân hàm phân bố mật độ xác suất của một hệ số gọi là hệ số tƣơng thích. Các hàm này đƣợc xác định riêng cho các đối tƣợng kiểm chứng của từng lớp một. 1.2. CÁC THUẬT TOÁN NHẬN DẠNG. 1.2.1. Các thuật toán nhận dạng có mẫu chuẩn. Các thuật toán nhận dạng có mẫu chuẩn là các thuật toán tiến hành xác định bản chất địa chất của các đối tƣợng dựa vào việc so sánh tập hợp các dấu hiệu địa vật lý đặc trƣng cho đối tƣợng chuẩn với tập hợp các dấu hiệu địa vật lý của đối tƣợng nghiên cứu. Hiện nay tồn tại nhiều thuật toán nhận dạng khác nhau, chúng đƣợc xây dựng dựa vào các công cụ toán học khác nhau nhƣ: toán logic, các hàm hồi quy và lý thuyết định nghiệm thống kê… Dƣới đây là một số thuật toán điển hình. a. Thuật toán logic. Trong các thuật toán logic, để nhận dạng đối tƣợng hoặc là ngƣời ta tính lƣợng tin tổng, hoặc xác định khoảng cách tổng. Chuyên ngành: Địa vật lý 14 Học viên: Trịnh Viết Dũng Trƣờng đại học KHTN – ĐHQGHN Khoa Địa chất Công việc đầu tiên, ngƣời ta tiến hành mã hóa các dấu hiệu trƣờng bằng mã nhị phân gồm tập số 0 và 1. Nếu Xkl là giá trị trƣờng thứ l của mẫu thứ k thì: - Xkl = 0 khi mẫu k không chứa giá trị thứ l. - Xkl = 1 khi mẫu k chứa giá trị thứ 1. Bằng cách trên toàn bộ các mẫu đƣợc mã hóa. Tiếp theo dựa vào các tổ hợp số 0 và 1 (từ thông tin) xác lập trên các mẫu chuẩn ngƣời ra ta xác định các từ thông tin chuẩn cho từng lớp đối tƣợng. Từ thông tin chuẩn cho một lớp (đối tƣợng) là từ thông tin gặp p lần ở các đối tƣợng chuẩn của lớp đó và không gặp lần nào ở các đối tƣợng chuẩn thuộc lớp khác. Đối với một lớp đối tƣợng ngƣời ta có thể chọn vài từ thông tin chuẩn. Các thông tin này đƣợc gọi là tổ hợp dấu hiệu phức hợp. Trong các tổ hợp dấu hiệu phức hợp đặc trƣng cho các đối tƣợng chuẩn của cùng một lớp thì tổ hợp dấu hiệu nào đặc trƣng cho số lƣợng mẫu chuẩn lớn hơn, tổ hợp dấu hiệu đó sẽ là lƣợng tin lớn hơn. Cuối cùng là nhận dạng các đối tƣợng nghiên cứu. Ở bƣớc này ngƣời ta tiến hành kiểm tra xem bao nhiêu tổ hợp dấu hiệu phức hợp của từng lớp gặp ở đối tƣợng nghiên cứu. Nếu số lần gặp các tổ hợp dấu hiệu phức hợp của một lớp nào đó nhiều hơn số lần gặp các tổ hợp phức hợp của lớp khác thì đối tƣợng nghiên cứu đƣợc xếp vào lớp đó [1]. b. Thuật toán quy hồi. Thực chất của thuật toán này là xây dựng các hàm quy hồi xác định mối quan hệ giữa tham số địa chất cần tìm với các số liệu địa vật lý quan sát đƣợc. Giả sử ta lập mối quan hệ giữa hàm số địa chất Y và các dấu hiệu địa vật lý x1, x2..., xk. Hàm f(x1, x2..., xk) mà ta cần tìm phải thỏa mãn: E(Y - f(x1, x2..., xk))2 đạt cực tiểu. Lớp hàm thƣờng đƣợc dùng là các hàm đa thức, thƣờng chỉ là bậc 1 (hàm tuyến tính) hoặc bậc 2. Hàm tuyến tính có dạng: Chuyên ngành: Địa vật lý 15 Học viên: Trịnh Viết Dũng Trƣờng đại học KHTN – ĐHQGHN Khoa Địa chất k Y   0    i xi i . Với điều kiện: n k j 1 i L   (Y j   0    i x ji ) 2 đạt cực tiểu. Trong đó Yj là giá trị quan trắc của biến Y tại quan trắc thứ j; xji là giá trị quan trắc thứ j của biến xi. Hàm đa thức bậc 2 có dạng: k k k Y  a   bi xi   cij xi x j i 1 i 1 j 1 Với điều kiện: n k l 1 i 1 k k 2 L   (Yl  a   bi xli   cij xli xlj ) đạt cực tiểu. i 1 j 1 Trong đó Yl là giá trị quan trắc của biến Y tại quan trắc thứ l; x li là giá trị quan trắc thứ l của biến xi. Thuật toán phân tích hồi quy có ƣu điểm là dễ dàng đƣa vào xử lý bổ sung các số liệu của dấu hiệu mới bằng cách đƣa thêm vào phƣơng trình của hàm hồi quy các số hạng mới. Tuy nhiên thuật toán hồi quy cũng có đƣợc nhƣợc điểm đó là với một tập hợp số liệu nhất định ứng với một giá trị sai số cho trƣớc có thể xấp xỉ đƣợc nhiều hàm hồi quy. Do vậy ta không thể đƣa ra đƣợc các lý giải về ý nghĩa vật lý của các hệ số của hàm số hồi quy [1,2]. c. Thuật toán định nghiệm thống kê. Thuật toán nhận dạng trên cơ sở mô hình thống kê đối tƣợng chuẩn trong phân tích số liệu địa vật lý thƣờng sử dụng các thông số nhƣ: Tỉ số sự thật L(x) và tổng lƣợng thông tin J(1:2,x). Giá trị các thông số đó đƣợc tính theo công thức: L(x) = P1(x)/P2(x). J(1:2,x) = log[P1(x)/P2(x)]. Chuyên ngành: Địa vật lý 16 Học viên: Trịnh Viết Dũng Trƣờng đại học KHTN – ĐHQGHN Khoa Địa chất Trong đó: P1(x), P2(x): là xác suất bắt gặp giá trị dấu hiệu x cùng với các đối tƣợng tƣơng ứng của lớp 1 và lớp 2 (lớp quặng và lớp không quặng). Khi sử dụng đối tƣợng chuẩn cho lớp 1(lớp quặng) thì trong các biểu thức P2(x) đƣợc thay thế là 1. X: là vectơ giá trị các dấu hiệu đƣợc sử dụng, x1, x2,…xk. (ví dụ các hàm lƣợng qU, qTh, qK…). Khi các dấu hiệu x1, x2,…xk đƣợc xem là không phụ thuộc nhau thì xác suất của đại lƣợng n chiều của tổ hợp n dấu hiệu đƣợc tính. P(x) = P(x1).P(x2)…P(xk). L( x )  P1 (x 1 ).P1 (x 2 ) P1 (x k )  L(x 1 ).L(x 2 ) L(x k ). P2 (x 1 ).P2 (x 2 ) P2 (x k ) J(1:2,x)=J(1:2,x2) + … +J(1:2,x) Nếu sự phụ thuộc của các dấu hiệu là rõ và sự phân bố của chúng tuân theo luật chuẩn thì để nhận dạng các đối tƣợng quặng và không quặng ngƣời ta thƣờng sử dụng các hàm phân giải bậc 1 (R1) hoặc bậc 2 (R2) đối với các tham số x1, x2… xn. Các hàm này đƣợc biểu diễn nhƣ sau: Rl  R2  k n a i 1 k  b i 1 j 1 ij i xi k xi x j   ci xi i 1 Trong đó các hệ số: ai, bij, ci đƣợc xác định từ các ma trận thông tin các dấu hiệu của các đối tƣợng quặng và không quặng. Thông qua các “diện tích đối tƣợng chuẩn” ngƣời ta xác định đƣợc các vectơ giá trị các dấu hiệu sử dụng x (trong trƣờng hợp các dấu hiệu đƣợc xem là không phụ thuộc nhau) hoặc các hệ số a i, bij, ci (trong trƣờng hợp các dấu hiệu phụ thuộc nhau). Sau đó tính giá trị L(x), J(1:2,x) hoặc R1, R2, phổ các giá trị này với các giá trị của đối tƣợng chuẩn có thể nhận biết và khoanh định đƣợc các diện tích đồng dạng với đối tƣợng chuẩn. Các dấu hiệu đƣợc lựa chọn thƣờng là một tổ hợp nào đó trong số các tham số thu đƣợc [1,2]. Chuyên ngành: Địa vật lý 17 Học viên: Trịnh Viết Dũng Trƣờng đại học KHTN – ĐHQGHN Khoa Địa chất 1.2.2. Các thuật toán nhận dạng không có mẫu chuẩn. a. Thuật toán kiểm chứng thống kê. Thuật toán này có tiến hành phân loại trƣờng khi các dấu hiệu trƣờng hoàn toàn độc lập nhau. Ban đầu ngƣời ta sử dụng các bộ lọc để tách các dị thƣờng ra khỏi phông nhiễu cho từng dấu hiệu trƣờng. Kết quả lọc cho phép nhận đƣợc các số liệu trƣờng chủ yếu gồm các dị thƣờng. Tiếp theo là phân loại các dị thƣờng thành các lớp dị thƣờng. Mỗi lớp dị thƣờng gồm các dị thƣờng có các đặc trƣng thống kê giống nhau. Để phân loại các dị thƣờng đầu tiên ngƣời ta phân chia khu vực khảo sát thành các diện tích cơ sở, sau đó dựa vào kết quả phân cấp các giá trị trƣờng ở mỗi cửa sổ ngƣời ta dựng các đƣờng cong biến phân đặc trƣng cho cửa sổ đó. Cuối cùng để phân lớp các dị thƣờng ngƣời ta sử dụng chỉ tiêu  2 để so sánh và xếp loại các đƣờng cong biến phân. Các diện tích có ƣớc lƣợng phân bố mật độ xác suất giống nhau đƣợc xếp vào một lớp. Giai đoạn cuối cùng của quá trình nhận dạng là giai đoạn tiến hành xác định số hiệu của lớp tổng hợp. Với mục đích này, dựa vào các đƣờng cong biến thiên dựng đƣợc cho từng dấu hiệu ngƣời ta xác định giá trị trung bình và phƣơng sai rồi sắp xếp các giá trị trung bình theo thứ tự tăng dần. Sau đó dựa vào chỉ tiêu xác suất hậu nghiệm cực đại ngƣời ta quyết định xếp loại đối tƣợng khảo sát vào các lớp khác nhau. Bằng cách trên, toàn bộ khu vực khảo sát đƣợc phân thành một số diện tích có hình dạng bất kì, ở đó dị thƣờng của các dấu hiệu khác nhau chồng lên nhau [2]. b. Thuật toán K trung bình. Nội dung của thuật toán nhƣ sau: Giả sử tồn tại n đối tƣợng. Nhiệm vụ đặt ra là phân chia toàn bộ n đối tƣợng thành M lớp với M< - Xem thêm -