Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu áp dụng phương pháp đánh giá - Phân loại dị thường và cụm dị thường trong xử lý phân tích tài liệu phổ gamma hàng không

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:73

Thêm vào BST

Báo xấu

33
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu tìm hiểu phương pháp mã hóa - phân loại dị thường đơn và phương pháp đánh giá phân loại cụm dị thƣờng phổ gamma hàng không trong xử lý - phân tích tài liệu địa vật lý máy bay phục vụ công tác tìm kiếm và dự báo triển vọng khoáng sản.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu áp dụng phương pháp đánh giá - Phân loại dị thường và cụm dị thường trong xử lý phân tích tài liệu phổ gamma hàng không

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------------------- Cao Văn Chỉnh NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ- PHÂN LOẠI DỊ THƢỜNG VÀ CỤM DỊ THƢỜNG TRONG XỬ LÝ PHÂN TÍCH TÀI LIỆU PHỔ GAMMA HÀNG KHÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội- 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------------------- Cao Văn Chỉnh NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ- PHÂN LOẠI DỊ THƢỜNG VÀ CỤM DỊ THƢỜNG TRONG XỬ LÝ PHÂN TÍCH TÀI LIỆU PHỔ GAMMA HÀNG KHÔNG Chuyên ngành: Địa Vật Lý Mã số: 60440111 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Võ Thanh Quỳnh Hà Nội- 2014
MỤC LỤC MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP PHỔ GAMMA HÀNG KHÔNG ............................................................................................................ 3 1.1. Vài nét về lịch sử phát triển của phƣơng pháp phổ gamma hàng không. ............................................................................................................. 3 1.2. Cơ sở vật lý-địa chất của phƣơng pháp. ..................................................... 5 1.2.1. Cơ sở vật lý............................................................................................. 5 1.2.2. Cơ sở địa chất. ........................................................................................ 6 1.3. Các phƣơng pháp xử lí- phân tích tài liệu địa vật lý máy bay trên thế giới..................................................................................................................... 7 1.3.1. Các phương pháp tách trường .............................................................. 7 1.3.2. Các phương pháp thống kê nhận dạng ................................................. 8 1.3.3. Các phương pháp thống kê thực nghiệm ............................................ 10 1.3.4. Các phương pháp khác. ....................................................................... 11 1.4. Công tác đúc kết và các phƣơng pháp xử lý- phân tích tài liệu phổ gamma hàng không ở nƣớc ta. ..................................................................... 12 1.4.1. Công tác đúc kết tài liệu ....................................................................... 12 1.4.2. Công tác xử lý-phân tích số liệu. ......................................................... 21 1.4.3. Phương pháp phân tích mới ở nước ta ............................................... 22 CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ - PHÂN LOẠI DỊ THƢỜNG VÀ CỤM DỊ THƢỜNG PHỔ GAMMA HÀNG KHÔNG .... 26 2.1. Phƣơng pháp mã hóa- phân loại dị thƣờng phổ gamma hàng không ......................................................................................................................... 27 2.2. Phƣơng pháp đánh giá - phân loại cụm dị thƣờng phổ gamma hàng không. ......................................................................................................................... 32 i
CHƢƠNG 3: ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ- PHÂN LOẠI DỊ THƢỜNG VÀ CỤM DỊ THƢỜNG PHỔ GAMMA VÀO XỬ LÝ- PHÂN TÍCH TÀI LIỆU PHỔ GAMMA HÀNG KHÔNG VÙNG TUY HÒA .. 36 3.1. Giới thiệu khu vực nghiên cứu.............................................................. 36 3.1.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên vùng nghiên cứu và khu vực lân cận ........ 36 3.1.2. Đặc điểm dân cư- kinh tế- xã hội ........................................................ 39 3.1.3. Đặc điểm địa chất ................................................................................ 40 3.2. Phân tích thử nghiệm phƣơng pháp mã hóa - phân loại dị thƣờng đơn với số liệu thực tế. .................................................................................. 47 3.3. Đánh giá - phân loại cụm dị thƣờng với số liệu thực tế vùng Đông bắc Tỉnh Đak Lak................................................................................................. 49 KẾT LUẬN .................................................................................................... 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 60 PHỤ LỤC ....................................................................................................... 62 ii
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Hàm lƣợng trung bình của U, Th, K trong các đá magma ............... 6 Bảng 1.2: Kết quả tính sai số tài liệu phổ gamma. ......................................... 19 Bảng 2.1: Các mức mã hóa theo T(1/2) .......................................................... 29 Bảng 2.2: Các mức mã hóa theo ∆J ................................................................ 29 Bảng 2.3: Các mức mã hóa theo cƣờng độ bức xạ tƣơng đối ......................... 29 Bảng 2.4: Các mức mã hóa theo tỉ số ΔTh/ΔU ............................................... 30 Bảng 2.5: Các mức mã hóa theo tỉ số ΔU/ΔK ................................................ 30 Bảng 2.6: Các mức mã hóa theo chỉ số nhiều thành phần .............................. 31 Bảng 2.7: Các nhóm bản chất phóng xạ của dị thƣờng phổ gamma .............. 31 Bảng 3.1: Kết quả mã hóa phân loại các dị thƣờng đơn ................................. 48 Bảng 3.2: Kết quả đánh giá phân loại của các cụm dị thƣờng trong khu vực nghiên cứu ....................................................................................................... 50 Bảng 3.3: Kết quả xác định giá trị hệ số tƣơng quan của cụm dị thƣờng ....... 51 Bảng 3.4: Kết quả phân tích đánh giá bản chất cụm dị thƣờng. ..................... 52 iii
DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Bản đồ các tuyến bay thực tế và dị thƣờng phổ gamma ................. 28 Hình 3.1: Bản đồ vị trí khu vực nghiên cứu.................................................... 37 Hình 3.2: Sơ đồ phân bố cụm dị thƣờng và bản chất cụm trong khu vực ...... 53 Hình 3.3: Sơ đồ phân vùng triển vọng khoáng sản khu vực nghiên cứu ........ 56 iv
MỞ ĐẦU Địa vật lý hàng không là một tổ hợp các phƣơng pháp địa vật lý phục vụ khảo sát, lập bản đồ địa chất, thăm dò khoáng sản và nghiên cứu môi trƣờng. Công tác bay đo từ phổ gamma hàng không đƣợc bắt đầu và đẩy mạnh ở nƣớc ta từ những năm 80 cho tới nay. Sau quá trình bay do khảo sát, tƣơng tự các phƣơng pháp khác, tài liệu thu đƣợc của phƣơng pháp phổ gamma hàng không là các bản đồ trƣờng. Tuy nhiên, do đặc tính phân bố ngẫu nhiên của trƣờng xạ địa hóa ta còn thu đƣợc tài liệu về các dị thƣờng đơn, không đƣợc thể hiện trên các bản đồ trƣờng. Nhƣng các dị thƣờng đơn thu đƣợc là một nguồn dữ liệu vô cùng quan trọng liên quan trực tiếp tới các đối tƣợng có triển vọng khoáng sản (các nguồn gây dị thƣờng). Việc phân tích các dị thƣờng đơn là quan trọng tuy nhiên dữ liệu thu đƣợc từ các dị thƣờng đơn là chƣa triệt để với các nhu cầu thực tế trong quá trình khảo sát địa vật lý hàng không cũng nhƣ trong quá trình phân tích và xử lý số liệu phục vụ cho công tác thăm dò, dự báo triển vọng khoáng sản. Bản đồ dị thƣờng phổ gamma hàng không chỉ thể hiện đƣợc các điểm đơn lẻ nằm rải rác trên toàn diện tích khảo sát, trong khi để xác định các vùng diện tích có chứa các đối tƣợng có triển vọng khoáng sản là những công tác làm việc với các vùng diện tích đƣợc khoanh định. Mỗi vùng diện tích đƣợc khoanh định là tập hợp của các dị thƣờng đơn (cụm dị thƣờng), điều này dẫn tới yêu cầu cấp thiết về một phƣơng pháp đánh giá các cụm dị thƣờng đƣợc khoanh định. Để giải quyết nhiệm vụ đó, các nhà địa vật lý Việt Nam đã đƣa ra một phƣơng pháp mới: “Phương pháp đánh giá - phân loại cụm dị thường”. Nhằm nâng cao hiệu quả trong xử lý, phân tích tài liệu phổ gamma hàng không, luận văn đƣợc thực hiện với mục đích nghiên cứu tìm hiểu phƣơng pháp mã hóa - phân loại dị thƣờng đơn và phƣơng pháp đánh giá phân loại 1
cụm dị thƣờng phổ gamma hàng không trong xử lý - phân tích tài liệu địa vật lý máy bay phục vụ công tác tìm kiếm và dự báo triển vọng khoáng sản.. Với mục tiêu này, luận văn đƣợc viết với cấu trúc 3 chƣơng theo các nội dung chính sau: - Chƣơng 1: Tổng quan về phƣơng pháp phổ gamma hàng không - Chƣơng 2: Các phƣơng pháp đánh giá - phân loại dị thƣờng và cụm dị thƣờng phổ gamma hàng không - Chƣơng 3: Áp dụng phƣơng pháp đánh giá- phân loại dị thƣờng và cụm dị thƣờng phổ gamma vào xử lý - phân tích tài liệu phổ gamma hàng không vùng Tuy Hòa. Trong quá trình thực hiện luận văn này, học viên nhận đƣợc sự quan tâm giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo trong khoa Vật Lý, Trƣờng Đại học Khoa Học Tự Nhiên, đặc biệt là sự hƣớng dẫn, giúp đỡ tận tình của thầy giáo hƣớng dẫn PGS.TS. Võ Thanh Quỳnh và anh Nguyễn Viết Đạt. Học viên xin chân thành cảm ơn tới sự giúp đỡ nhiệt tình đó! Do hạn chế về thời gian thực hiện luận văn nên nội dung của luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận đƣợc sự bổ sung, góp ý của các thầy cô. Học viên thực hiện Cao Văn Chỉnh 2
CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP PHỔ GAMMA HÀNG KHÔNG 1.1. Vài nét về lịch sử phát triển của phƣơng pháp phổ gamma hàng không[4]. Phƣơng pháp phổ gamma hàng không là một phƣơng pháp thăm dò phóng xạ , đƣợc sử dụng với mục đích chính là tìm kiếm trực tiếp quặng Uran và các loại khoáng sản có ích khác liên quan tới các nguyên tố phóng xạ. Xác định hàm lƣợng của các nguyên tố phóng xạ tự nhiên Uran, Thôri và Kali, thông qua các số liệu đo cƣờng độ bức xạ gamma trên các vạch phổ năng lƣợng đặc trƣng của từng nguyên tố. Phƣơng pháp phổ gamma hàng không khác với các phƣơng pháp phổ gamma khác chủ yếu là ở chỗ cƣờng độ bức xạ của đối tƣợng ở một khoảng cách xa hơn, với detector của phổ kế đặt trên máy bay trong quá trình đo vẽ. Do sự khác nhau về khoảng cách nghiên cứu đối tƣợng mà đặc tính phản ánh của các trƣờng ghi đƣợc cũng khác nhau, kéo theo một số điểm khác nhau về phƣơng pháp xử lý và phân tích tài liệu. Phƣơng pháp thăm dò phóng xạ có lịch sử phát triển khá sớm, dựa trên những thành tựu của vật lý hạt nhân. Ngay từ những năm đầu của thế kỷ này ngƣời ta đã nghiên cứu các cơ sở vật lý, địa chất để ứng dụng hiện tƣợng phóng xạ trong tìm kiếm các khoáng sản phóng xạ cũng nhƣ các khoáng sản khác liên quan với phóng xạ. Từ những năm 20, các phƣơng pháp thăm dò phóng xạ đã đƣợc đƣa vào giảng dạy tại các trƣờng đại học mỏ thuộc Liên Xô trƣớc đây và vào đầu năm 1930, bộ môn thăm dò phóng xạ đầu tiên đã đƣợc thành lập tại trƣờng Địa chất thăm dò Mosscov dƣới sự lãnh đạo của giáo sƣ V.I. Baranov. Vào những năm 40 khi Uran trở thành một trong những khoáng sản có ích phục vụ trong công nghiệp điện và vũ khí quốc phòng thì các phƣơng pháp thăm dò phóng xạ càng đƣợc đẩy mạnh, thúc đẩy nhanh việc nghiên cứu các phƣơng pháp tìm kiếm và hoàn thiện các thiết bị đo ghi. [4] .Lê Khánh Phồn (2004), Thăm dò phóng xạ, NXB giao thông vận tải. 3
Tuy nhiên, từ những năm 50 trở về trƣớc, trong thăm dò phóng xạ dùng tia gamma chỉ có phƣơng pháp đo gamma tổng, ghi toàn bộ bức xạ trong dải năng lƣợng rất rộng, cỡ từ 20Kev†3Mev, mà không đo đƣợc phổ bức xạ của từng nguyên tố riêng biệt. Vào những năm 60, nhờ có các tiến bộ kỹ thuật trong lĩnh vực điện tử và đặc biệt là việc sử dụng các Detector nhấp nháy để ghi phổ năng lƣợng của bức xạ gamma, phƣơng pháp phóng xạ đã có bƣớc phát triển nhảy vọt với các phƣơng pháp: phổ gamma mặt đất, phổ gamma trong lỗ khoan, phổ gamma hàng không lần lƣợt ra đời và phát triển. Việc áp dụng các phƣơng pháp phổ gamma trong địa chất thăm dò đã mang lại những hiệu quả to lớn và làm thay đổi căn bản phƣơng pháp hệ tìm kiếm các khoáng sản có ích liên quan đến phóng xạ bằng phƣơng pháp thăm dò phóng xạ. Vào những năm 70, phƣơng pháp phổ gamma hàng không trong tổ hợp công nghệ các phƣơng pháp địa vật lý hàng không (các tổ hợp từ - phổ gamma, từ - phổ gamma điện) đƣợc áp dụng mạnh mẽ ở nhiều nƣớc trên thế giới, trong đó có các nƣớc thuộc Liên Xô trƣớc đây. Phƣơng pháp phổ gamma hàng không cho phép khảo sát nhanh trên một diện tích rộng với hiệu quả kinh tế cao và có thể tiến hành trên những điều kiện địa hình phức tạp, giao thông kém phát triển. Do khả năng và hiệu quả của phƣơng pháp trong việc tham gia giải quyết nhiều nhiệm vụ địa chất quan trọng , nên mặc dù ra đời muộn, phƣơng pháp phổ gamma hàng không đã có đƣợc những bƣớc phát triển mạnh mẽ. Hiện nay phƣơng pháp phổ gamma hàng không đang đƣợc ứng dụng rộng rãi ở nhiều nƣớc trên thế giới không chỉ với mục đích tìm kiếm khoáng sản mà còn phục vụ có hiệu quả công tác đo vẽ bản đồ địa chất. Ngoài ra, phƣơng pháp phổ gamma hàng không còn là một công cụ hữu hiệu trong việc tham gia kiểm soát môi trƣờng sinh thái. Ở nƣớc ta, phƣơng pháp thăm dò phóng xạ bắt đầu đƣợc áp dụng trong nghiên cứu địa chất từ năm 1955 phục vụ công tác đo vẽ bản đồ địa chất và tìm kiếm khoáng sản ở các tỷ lệ từ 1:500.000 đến 1:50.000. Phƣơng pháp phổ 4
gamma hàng không mới chỉ thực sự đƣợc bắt đầu và đẩy mạnh trong khoảng 20 năm trở lại đây, tập trung chủ yếu ở khu vực miền trung lãnh thổ. Phƣơng pháp phổ gamma hàng không trong tổ hợp các phƣơng pháp bay đo địa vật lý đƣợc tiến hành ở nƣớc ta trong thời gian qua đã có những đóng góp đáng kể trong nhiệm vụ điều tra nghiên cứu địa chất, đặc biệt là trong việc tìm kiếm các khoáng sản có ích. Do hiệu quả kinh tế và địa chất cao nên hiện nay dạng công tác này địa vật lý này đang đƣợc đánh giá cao và đƣợc nhà nƣớc đầu phát triển. 1.2. Cơ sở vật lý-địa chất của phƣơng pháp. 1.2.1. Cơ sở vật lý. Phƣơng pháp phổ gamma có cơ sở vật lý dựa trên đặc tính phóng xạ của các nguyên tố phóng xạ. Nhƣ chúng ta biết, các hạt nhân phóng xạ trong quá trình phân rã phát ra các hạt α, β, hoặc bức xạ γ. Bức xạ γ phát ra trong quá trình hạt nhân chuyển từ trạng thái không ổn định về trạng thái có mức năng lƣợng thấp hơn (ổn định hoặc ổn định tạm thời). Bức xạ γ là bức xạ điện từ tần số cao, vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt, không mang điện.Năng lƣợng của bức xạ γ thay đổi tùy thuộc vào hạt nhân của các nguyên tố khác nhau (do sự khác nhau của các trạng thái năng lƣợng ổn định hoặc ổn định tạm thời). Căn cứ vào sự khác nhau về mức năng lƣợng ta có thể xác định đƣợc hàm lƣợng của các nguyên tố khác nhau bằng phƣơng pháp phổ gamma. Bức xạ gamma có khả năng ion hóa kém nhƣng có khả năng đâm xuyên lớn, chúng có thể đâm xuyên qua lớp không khí dày hàng trăm mét và lớp đất đá dày hàng mét. Phƣơng pháp phổ gamma đo bức xạ gamma tự nhiên theo các mức năng lƣợng khác nhau để xác định hàm lƣợng của các nguyên tố U, Th, K có trong đối tƣợng địa chất. Khi đo phổ gamma cần chọn các khoảng năng lƣợng thích hợp mà trong khoảng đó bức xạ gamma của các nguyên tố trội hơn cả. Khoảng năng lƣợng đƣợc chọn gọi là “cửa sổ” năng lƣợng. Trong đo phổ 5
gamma thƣờng có một kênh tổng và 3 cửa sổ đƣợc đặt tên tƣơng ứng với nguyên tố trội nhất trong khoảng năng lƣợng đó là: - Cửa sổ K: IK = 1,35 – 1,55 MeV - Cửa sổ U: IU=1,55 – 1,85 MeV - Cửa sổ Th: ITh = 2,40 – 2,80 Mev Thông qua IK, IU, ITh trên các cửa sổ Kali, Uran và Thôri tƣơng ứng.Xét hàm lƣợng các nguyên tố phóng xạ QU, QK, QTh. 1.2.2. Cơ sở địa chất. Cơ sở địa chất để ứng dụng phƣơng pháp phổ gamma là dựa vào sự khác nhau về hoạt độ phóng xạ của các loại đất đá.Các đá có nguồn gốc và thành phần thạch học khác nhau thƣờng có hàm lƣợng các nguyên tố phóng xạ khác nhau.Nguồn sinh ra các nguyên tố phóng xạ trong vỏ trái đất là các đá có nguồn gốc magma, trong đó hàm lƣợng các nguyên tố phóng xạ tỷ lệ với hàm lƣợng các nguyên tố SiO2 (bảng 1). Bảng 1.1: Hàm lƣợng trung bình của U, Th, K trong các đá magma (Theo A.P. Vinogradov) Loại đá CU(10-4%) CTh(10-4%) CK(%) CTh/CU Axit 3,50 18,00 3,34 5,10 Trung tính 1,80 7,00 2,31 3,90 Bazơ 0,50 5,00 0,88 3,70 Siêu bazơ 0,003 0,005 0,03 3,70 Hàm lƣợng các nguyên tố phóng xạ trong các đá có nguồn gốc trầm tích thƣờng thay đổi lớn hơn và ít có mối liên hệ tuyến tính nhƣ là hoạt độ phóng xạ của các đá nguyên sinh. Các nguyên tố phóng xạ có trong các đá trầm tích tuân theo các quy luật di chuyển của các nguyên tố. Quá trình vận chuyển và lắng đọng trong trầm tích của các nguyên tố phóng xạ dẫn tới sự làm giầu hoặc ít đi của các nguyên tố này. 6
Trong tìm kiếm quặng phƣơng pháp phổ gamma hàng không về nguyên tắc, có thể xem là một phƣơng pháp xạ địa hóa, tìm kiếm khoáng sản dựa vào các nguyên tố phóng xạ đi kèm hoặc tìm kiếm trực tiếp các quặng phóng xạ.Tùy thuộc vào từng loại hình khoáng sản cùng với các điều kiện sinh thành mà các đối tƣợng địa chất có chứa khoáng sản có hàm lƣợng các nguyên tố phóng xạ đặc trƣng tƣơng ứng với các đặc trƣng về đặc tính phóng xạ khác biệt với môi trƣờng vây quanh. Vì vậy, phƣơng pháp phổ gamma không chỉ là một phƣơng pháp tìm kiếm trực tiếp quặng phóng xạ (chủ yếu là Uran) mà còn là một phƣơng pháp hiệu quả để phát hiện và đánh giá triển vọng của một số loại khoáng sản có ích khác liên quan tới các nguyên tố phóng xạ nhƣ Au, Ag, Mo, W, Sn, Ta, Nb, Be, Tr, Zn, Hg, Bocxit, Phosphorit… 1.3. Các phƣơng pháp xử lí- phân tích tài liệu địa vật lý máy bay trên thế giới Hiện nay trên thế giới, trong công tác phân tích tài liệu dịa vật lý may bay để giải thích địa chất và dự báo triển vọng khoáng sản ngƣời ta sử dụng rất nhiều phƣơng pháp khác nhau, trong đó có các phƣơng pháp thông kê- nhận dạng đƣợc áp dụng rộng rãi có hiêu quả hơn cả, và có thể chia chúng thành các nhóm phƣơng pháp chính sau. 1.3.1. Các phương pháp tách trường Sử dụng các phƣơng pháp tách trƣờng để phân chia các dị thƣờng là nội dung quan trọng trong phân tích tài liệu phổ gamma hàng không, nhằm khoanh định và dự đoán về diện phân bố của các đối tƣợng địa chất gây dị thƣờng. Dị thƣờng phổ gamma là một phần địa phƣơng của vỏ trái đất đƣợc khác biệt bởi sự không đồng nhất về địa chất và địa hóa, mà ở đó các trƣờng phóng xạ ghi đƣợc cao hơn mức phông, hoặc mối tƣơng quan giữa các thành phần trƣờng bị phá vỡ. Diện phân bố của các dị thƣờng này nói chung lớn hơn so với các dị thƣờng điểm, nó tƣơng ứng với diện phân bố của các đối tƣợng địa chất gây dị thƣờng. Các phƣơng pháp tách trƣờng là những phƣơng pháp quen thuộc, đƣợc sử dụng rất rộng rãi và có hiệu quả trong phân tích các tài liệu địa vật lý nói 7
chung. Trong phân tích tài liệu phổ gamma hàng không, do đặc tính phân bố ngẫu nhiên của các trƣờng phóng xạ ngƣời ta thƣờng sử dụng rỗng rãi hơn cả là các phƣơng pháp nhƣ: trung bình trƣợt, trung bình entropi, lọc phi tuyến, lọc tuyến tính, gradien. Vấn đề quan trọng khi sử dụng các phƣơng pháp tách trƣờng để phân chia dị thƣờng phổ gamma hàng không là lựa chọn bán kính trung bình (kích thƣớc cửa sổ quét) sao cho phù hợp với kích thƣớc của đối tƣợng gây dị thƣờng. Diện tích của cửa sổ chạy thƣờng đƣợc chọn lớn hơn 2 -3 lần diện tích của dị thƣờng. Những nghiên cứu theo hƣớng này đƣợc đề cập đến trong các công trình của Diordienco, của Ni-Ki-Tin và nhiều công trình của các tác giả khác. 1.3.2. Các phương pháp thống kê nhận dạng Các phƣơng pháp nhận dạng không những đƣợc ứng dụng rất có hiệu quả trong phân tích các số liệu địa chất, địa vật lý mà còn đƣợc áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác. Về nguyên lý, việc tìm kiếm các đối tƣợng tƣơng tự (đồng dạng) với các đối tƣợng mẫu đã biết thông qua các chủng loại thông tin thu đƣợc trong quá trình nghiên cứu, khảo sát, đều có thể xếp vào lớp các bài toán nhận dạng. Các phƣơng pháp phân tích nhận dạng đặc biệt có hiệu quả khi tiến hành trên các cơ sở dữ liệu có các chủng loại thông tin đa dạng, phong phú và tin cậy. Hiện nay có rất nhiều thuật toán nhận dạng hiện đại, đƣợc tự động hóa bằng các hệ phần mềm mạnh, đƣợc áp dụng có hiệu quả trong phân tích tài liệu phổ gamma hàng không ở nhiều nƣớc trên thế giới. Đề cập đến hƣớng nghiên cứu này có rất nhiều công trình đã đƣợc công bố, theo đó các phƣơng pháp nhận dạng có thể chia thành 2 nhóm: nhóm các phƣơng pháp nhận dạng theo đối tƣợng chuẩn và nhóm các phƣơng pháp nhạn dạng không có đối tƣợng chuẩn. a. Các phương pháp nhận dạng theo đối tượng chuẩn Trong các phƣơng pháp phân tích nhận dạng có đối tƣợng chuẩn thì việc quan trọng nhất là chọn đối tƣợng chuẩn, tiếp đến là chọn tập hợp các 8
dấu hiệu dùng để phản ánh và nhận dạng các đối tƣợng. Tùy thuộc vào các mục đích nghiên cứu khác nhau mà việc lựa chọn các đối tƣợng chuẩn sẽ khác nhau. Với mục đích nhận biết và khoanh định ranh giới các thành tạo địa chất, đối tƣợng chuẩn đƣợc lựa chọn là các “diện tích chuẩn” trên đó phân bố các thành tạo địa chất đặc trƣng tin cậy đã biết. Với mục đích tìm kiếm và dự báo triển vọng khoáng sản, đối tƣợng chuẩn đƣợc chọn là các diện tích chuẩn, đã biết về triển vọng khoáng sản (các đối tƣợng quặng và không quặng). - Đối tƣợng quặng chuẩn đƣợc hiểu là một biểu hiện quặng bất kỳ mà các đặc tính địa chất – khoáng sản đã biết, nghĩa là đã có các dấu hiệu tin tƣởng về một loại khoáng sản nào đó. - Đối tƣợng không quặng chuẩn là các đối tƣợng mà bằng các công việc tìm kiếm chi tiết trên mặt đất đã khẳng định là chúng không có biểu hiện quặng hóa. Phần lớn các thuật toán nhận dạng trên cơ sở mô hình thống kê đối tƣợng chuẩn trong phân tích tài liệu phổ gamma thƣờng sử dụng các thông số nhƣ: Tỉ số sự thật L(x) và tổng lƣợng thông tin J(1:2,x) b. Các phương pháp nhận dạng không có đối tượng chuẩn theo nguyên lý tự điều chỉnh. Trong điều kiện khi diện tích khảo sát chƣa đƣợc nghiên cứu kỹ và không có đƣợc các đối tƣợng chuẩn tin cậy ngƣời ta có thể sử dụng các phƣơng pháp nhận dạng không có mẫu theo nguyên lý tự điều chỉnh để phát hiện và khoanh định các diện tích trƣờng dị thƣờng dựa trên một số dấu hiệu đã đƣợc chọn trƣớc theo nguyên tắc: xác suất nhỏ, tƣơng quan yếu và có tính trội của một nguyên tố nào đó Ngƣời ta đặc biệt quan tâm đến các diện tích dị thƣờng (có khả năng liên quan với các khoáng sản) đƣợc khoanh định theo các dấu hiệu nên trên khi có các đặc điểm nhƣ: - Loại thƣờng gặp trong các lớp đất đá khác nhau nhƣng rất giống nhau. - Loại không điển hình cho lớp đất đá của nó hoặc trên toàn vùng. 9
Các phƣơng pháp nhận dạng không có mẫu theo nguyên lý tự điều chỉnh để đánh giá triển vọng khoáng sản nói chung đạt hiệu quả không cao, thƣờng chỉ có thể tham gia vào việc phát hiện và khoanh định các diện tích, dự báo là có thể có liên quan với khoáng sản. 1.3.3. Các phương pháp thống kê thực nghiệm Các phƣơng pháp thông kê thực nghiệm đƣợc thiết lập trên cơ sở các quan niệm lý thuyết, những kinh nghiệm thực tế, sự tự điều chỉnh để tìm kiếm lời giải đúng trong quá trình phân tích. Bằng mô hình toán học và thông qua chúng có thể phân chia các lớp dấu hiệu đối với các dị thƣờng quặng và không quặng. Các thông số (đƣợc biểu diễn qua các biểu thức toán học) thƣờng đƣợc sử dụng đó là: - Các thông số Dominal. Quá trình phân bố lại các nguyên tố phóng xạ nhất thiết sẽ làm cho ít nhất một nguyên tố đƣợc trội lên, và các thông số Dominal phản ánh đặc tính đó, chúng đƣợc biểu diễn theo công thức:   (1 K D Th ( qKq) Thex)/2 (1.1) Trong đó:  K q ( q Kq K)/ K (1.2)  K - là độ lệch chuẩn của qK U Biểu thức của DTh cũng đƣợc tính tƣơng tự. - Các hàm tƣơng quan. Các hàm tƣơng quan phản ánh mức độ quan hệ về đặc điểm phân bố của các trƣờng phóng xạ U, Th, K. Quá trình phân bố lại các nguyên tố phóng xạ sẽ làm cho mối tƣơng quan bình thƣờng trƣớc đó giữa chúng bị phá vỡ, do vậy các hàm tƣơng quan cũng là một dấu hiệu phản ánh đặc điểm phân bố cảu các trƣờng phóng xạ. 10
- Các hàm xác suất thống kê phản ánh xác suất bắt gặp của các đặc tính phóng xạ nào đó (theo nguyên tắc xác suất nhỏ). Về nguyên tắc, xác suất bắt gặp các dị thƣờng sẽ là rất nhỏ so với toàn diện tích khảo sát. Do vậy nếu lựa chọn đƣợc các dấu hiệu phản ánh thích hợp thì thông qua chúng theo nguyên tắc xác suất nhỏ ngƣời ta cũng có thể khoanh định các diện tích có đặc tính phân bố không bình thƣờng của các trƣờng phóng xạ. - Các tỉ số hàm lƣợng các nguyên tố. Ngƣời ta cũng thƣờng sử dụng các tỉ số hàm lƣợng nhƣ: q Th/qU, qTh/qK, (qU.qK)/qTh, (qU + qK)/ qTh làm các dấu hiệu để tìm hiểu về đặc điểm phân bố của các trƣờng phóng xạ. Trong các đá không biến đổi của vỏ trái đất các tỉ số này thƣờng khá ổn định và chỉ thay đổi trong các dải khá hẹp. Ở những đới có địa chất biến đổi, giá trị của các tỉ số này sẽ vƣợt ra khỏi các dải đó, do vậy thông qua các dấu hiệu này cũng có thể khoanh định và dự báo các đới biến đổi đặc điểm địa chất. Các phƣơng pháp thống kê thực nghiệm, thông qua các thông số nói trên đƣợc áp dụng khá rỗng rãi và có hiệu quả trong phân tích tài liệu phổ gamma hàng không, đặc biệt là trong việc phát hiện và khoanh định các đới biến đổi có thể liên quan với khoáng sản. 1.3.4. Các phương pháp khác. Ngoài một số phƣơng pháp phân tích mang tính chuyên dụng thƣờng đƣợc áp dụng trong phân tích tài liệu phổ gamma hàng không nhƣ đã trình bày ở trên, trong thực tế ngƣời ta còn sử dụng rất nhiều phƣơng pháp phân tích khác theo hƣớng khai thác và sử dụng triệt để thông tin nhƣ các phƣơng pháp đạo hàm, phƣơng pháp phân tích các thành phần chính, các phƣơng pháp phân tích bản đồ bóng, các phƣơng pháp chồng chập thông tin. Hầu hết các phƣơng pháp nói trên (bao gồm các phƣơng pháp tách trƣờng, các phƣơng pháp nhận dạng, các phƣơng pháp thống kê thực nghiệm v.v…) nói chung đều xử lý trên các số liệu liên tục theo tuyến hoặc theo diện, 11
nghĩa là phân tích trên các bản đồ trƣờng (cƣờng độ bức xạ gamma, hàm lƣợng các nguyên tố phóng xạ U, Th, K). Trên các điểm dị thƣờng đơn (Bản đồ phân bố các dị thƣờng phổ gamma hàng không) thƣờng chỉ có một số phƣơng pháp thống kê thực nghiệm đơn giản. Thông qua các tham số đặc trƣng riêng trên các điểm dị thƣờng nhƣ: ∆J, T(1/2), ∆Th/ ∆U, ∆U/ ∆K, Ji, F. v.v…, ngƣời ta xác lập mối quan hệ giữa các đặc điểm địa chất – khoáng sản với các đặc điểm xạ - địa hóa tƣơng ứng, từ đó làm cơ sở cho việc dự báo về triển vọng khoáng sản của chúng. Tham gia đánh giá về mức độ triển vọng khoáng sản đối với các dị thƣờng đơn, ngoài một số tham số nhƣ: F, T(1/2)… ngƣời ta còn sử dụng tham số tích phân xác suất nhiều thành phần.:  xx  2yy  2zz  ( ) ( ) ( ) 2 1       Sx Sy Sz P e dxdydz (1.3) 3 ( 2)B Trong đó: - x, y , z là các hàm lƣợng U, Th, K đã đƣợc chuẩn hóa. B: là diện phân bố của dị thƣờng đƣợc xác định theo kênh tổng. Hiện nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ tin học, các phƣơng pháp xử lý và phân tích số liệu hiện đại ngày càng đƣợc ứng dụng rỗng rãi thay thế các phƣơng pháp thủ công, trực quan, định tính. Phần lớn các thuật toán trình bày ở trên đều đã đƣợc tự động hóa với các hệ phần mềm mạnh, chuyên dụng. Đáng chú ý là Bộ chƣơng trình phân tích phổ - thống kê COSCAD do GS.VS. Ni-Ki-Tin đề xuất xây dựng và hệ phần mềm mạnh ERMAPPER 1.4. Công tác đúc kết và các phƣơng pháp xử lý- phân tích tài liệu phổ gamma hàng không ở nƣớc ta. 1.4.1. Công tác đúc kết tài liệu Cƣờng độ bức xạ gamma ghi đƣợc trong quá trình bay khảo sát không chỉ phụ thuộc vào hàm lƣợng các nguyên tố phóng xạ lớp đất đá bề mặt trái đất mà còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác: Chiều dày của lớp phủ không 12
phóng xạ, độ bay cao tƣơng đối, hàm lƣợng Radon trong không khí, cƣờng độ bức xạ vũ trụ,… Do vậy, để có thể thành lập đƣợc bản đồ trƣờng phóng xạ trên toàn diện tích bay khảo sát về cùng một mức đồng nhất, đòi hỏi phải rất nhiều phép hiệu chỉnh, liên kết tài liệu. Tuy nhiên do có sự cải tiến của hệ thống thiết bị ghi và lƣu lên đĩa mềm của máy vi tính) nên các công đoạn trong chu trình đƣợc đúc kết tài liệu hầu hết đƣợc thực hiện trên máy vi tính theo “Bộ chương trình xử lý tài liệu địa vật lý máy bay [10]”. Toàn bộ chu trình đúc kết tài liệu phổ gamma hàng không đƣợc chia làm 3 bƣớc: Bước 1. Tính chuyển từ các số liệu nguyên thủy (tốc độ đếm xung cps) ở độ bay thực tế về các đại lƣợng địa vật lý dƣới mặt đất. Bƣớc này gồm nội dung sau: a. San số liệu( làm trơn) bằng phƣơng pháp trung bình trƣợt 3 điểm trên cả 4 kênh đồng thời với số liệu độ cao để loại trừ các thăng giáng thống kê theo các công thức: [No j ( xi 1 )  No j ( xi )  No j ( xi 1 )] N1 j ( xi )  (1.4) 3 [ho j ( xi 1 )  ho j ( xi )  ho j ( xi 1 )] h1 j ( xi )  (1.5) 3 Trong đó: No j ( xk ) - là số đếm nguyên thủy ( tính bằng cps- tốc độ đếm xung trên kênh j tại điểm x k No j ( xi) - là số đếm đƣợc làm trơn tƣơng ứng tại điểm x i ho( xk ) - là số đo độ cao nguyên thủy ( tính bằng feet) tại điểm x k Theo Võ Thanh Quỳnh, Nguyễn Xuân Ngoan, Vũ Tuấn Hùng (2002), Thành lập bộ chương [10] trình xử lý tài liệu địa vật lý máy bay. 13
ho( xi ) - là số đo độ cao đã đƣợc làm trơn tƣơng ứng tại điểm x i b. Hiệu chỉnh phông dƣ tự nhiên Trong quá trình bay đo tín hiệu bức xạ tổng ghi đƣợc không chỉ do các bức xạ từ đất đá gây ra mà còn tồn tại những nguồn bức xạ khác trong vũ trụ và khí quyển tham gia. Khi xử lý số liệu phổ gamma phải tìm cách loại bỏ các nguồn bức xạ này, chúng đƣợc gọi là phông bức xạ dƣ tự nhiên. Giá trị phông bức xạ dƣ tự nhiên tại một thời điểm t tính theo công thức: [NB j (ti 1 )  NB j (ti ) NB j (t )  (t  ti )  NB j (ti ) (1.6) ti 1  ti Nếu ta xét thời điểm t ứng với vị trí ( N1 j ( xi ) = N1 j (t) ; h1( xi ) = h1(t) thì phép hiệu chỉnh phông dƣ tự nhiên theo công thức: N 2 j (t ) = N1 j (t ) - NB j (t ) (1.7) c. Hiệu chỉnh độ bay cao Trong quá trình bay đo các bức xạ gamma ghi trên những độ cao bay thực tế khác nhau. Mục đích của phép hiệu chỉnh này là đƣa các số liệu bay đo trên tất cả các kênh ở độ cao khác nhau về cùng một mức thống nhất. Xuất phát từ các công thức gần đúng xác định sự suy giảm của tia bức xạ gamma khi đâm xuyên trong các môi trƣờng hấp thụ nhƣ sau: N h j = No j e   jh (1.8) => No j = N h j e  jh 14