XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN-TIN PHỤC VỤ ĐÁNH GIÁ
TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN: VÍ DỤ CHO VÙNG BẢO LẠC, CAO BẰNG
TRƯƠNG XUÂN
LUẬN1, LÊ XUÂN VINH2
1Đại học Mỏ - Địa chất, Đông Ngạc, Từ Liêm, Hà nội;
2Viện Nghiên cứu Địa chất và
Khoáng sản, Thanh Xuân, Hà Nội.
Tóm
tắt: Bài báo đề cập đến một trong những hướng hiện
đại hoá các phương pháp đánh giá triển vọng tài nguyên khoáng, là tổ hợp phương
pháp toán với các phần mềm chuyên dụng và tự lập cho vùng rộng lớn mà về cơ bản
mới có kết quả lập bản đồ địa chất tỷ lệ 1:50.000. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra
những khoáng sản và những diện tích có triển vọng, là cơ sở khoa học phục vụ
tốt cho các bước nghiên cứu tiếp theo.
I. PHƯƠNG PHÁP LUẬN NGHIÊN CỨU
Ngày nay người ta
đã nhận thức được là khi áp dụng bất kỳ phương pháp hiện đại nào cũng không thể
không hiểu biết tốt đối tượng nghiên cứu. Do vậy, để nghiên cứu theo phương
hướng đặt ra, các tác giả đã tuân thủ tuần tự các phương pháp sau:
1.
Các phương pháp tiếp cận truyền thống: đã tổng hợp phân tích, xử lý các tài liệu gốc (đặc biệt kết quả phân tích
mẫu địa hoá, trọng sa, tiến hành thực địa, cập nhật những thông tin mới nhất có
liên quan, kể cả các tài liệu viễn thám).
2. Xây dựng cơ sở dữ liệu
(CSDL) địa chất -
khoáng sản làm nền cho các ứng dụng về sau. Kết quả nghiên cứu của các bước
trong chu trình nghiên cứu lại được cập nhật vào CSDL đó. CSDL được xây dựng
theo mô hình quan hệ trong môi trường hệ thông tin địa lý. Để chuẩn bị dữ liệu
đầu vào, ngoài việc đánh giá mức độ đáng tin cậy của thông số đầu vào, các tác
giả đã phân chia các nhóm đối tượng nghiên cứu để bảo đảm tính đồng nhất tương
đối phù hợp.
3. Định lượng thống kê các
thông số nghiên cứu,
bao gồm:
a. Thống kê một chiều:
+ Kiểm nghiệm hàm
phân bố, bằng các histogram, giấy xác xuất, tiêu chuẩn độ lệch 
,
độ nhọn 
trong
đó:
,
,
,
+ Xác lập các thông số: giá trị trung bình
,
phương sai (Dx), hệ số biến thiên theo hàm phân bố phù hợp.
+ Xác định hàm lượng phông (Xp) và dị thường (Xdt)
các bậc.
b. Thống kê hai - đa chiều
+ Phân tích tương quan (rxy) và hồi quy (tuyến
tính, phi tuyến; hai chiều, đa chiều).
+ Phân tích đengram như là phương pháp hỗ trợ, tham khảo
+ Phân tích thành phần chính (TPC), được xem là một trong
những phương pháp chủ đạo nhằm tìm kiếm những thành phần (Y, Z) quan trọng nhất
trong tập mẫu tổng quát gồm k thành phần từ ma trận đồng biến [LKK].
Biến lượng mới Y là tổ hợp tuyến tính của k biến gốc: 
.
Vấn đề đặt ra là xác định bi
sao cho Y chứa nhiều lượng thông tin ban đầu nhất. Nghĩa là phải chọn bi sao cho biến Y có phương sai lớn nhất
và phải thoả mãn điều kiện là nghiệm duy nhất, nghĩa là 
.
Nếu gọi b
là vectơ thành phần 
thì b được gọi là vectơ riêng tương ứng với giá trị riêng lớn
nhất l của
[LKK]. Tương tự, ta xác định được biến Z mới, thoả mãn:
- Chứa đựng nhiều thông tin nhất
về các số liệu ban đầu.
- Biến lượng duy nhất 
.
- Z trực giao với Y
Khi đó ta có vectơ riêng a, ứng
với giá trị riêng thứ hai l2.
Vậy nếu các biến ngẫu nhiên trong ma trận gốc [Xnk] có kỳ vọng toán
bằng 0, ma trận đồng biến bao giờ cũng tồn tại phép biến đổi trực giao U=b’X
sao cho ma trận phương sai của U có dạng đường chéo l với các phần tử l là
nghiệm của (L - lI)b = 0.
Các thành phần UK
=
X
trực giao nhau và được gọi là thành phần chính. Ngoài ra, biến ngẫu nhiên U sẽ
bảo toàn phương sai, tức là 
4. Định lượng cấu trúc
không gian các thông số nghiên cứu (TSNC) bằng các g(h), c(h), gồm:
+ Xác định các g(h),
c(h) thực nghiệm. Ví dụ, cho g(h):
trong
đó: Xi, Xi+h - hai biến lượng cách nhau một đoạn h
N(h)
– số cặp điểm tính toán
+ Mô hình hoá các g(h), c(h)
+ Phân tích và khai thác, ghép nhóm để biết được tính biến
đổi các TSNC, kích thước ảnh hưởng, tính đẳng hướng hay dị hướng, kiểu dị hướng
để định hướng cho khoanh nối các vành phân tán, phân loại đối tượng nghiên cứu.
5. Định lượng số lượng và
đánh giá triển vọng khoáng sản, phân vùng triển vọng và kết luận. Trên cơ sở các phương pháp vừa nêu, cùng với một số phần
mềm đang lưu hành ở Việt Nam (Excel, Surfer, Acces 2000, MapInfo...), đã phát triển
một số mođul phần mềm ứng dụng phục vụ giải bài toán đánh giá triển vọng tài
nguyên khoáng (Hình 1).
Căn cứ vào quy mô và tính đặc thù của tài liệu và các bài
toán, đã chọn phần mềm Visual Basic (VB 6.0) để phát triển ứng dụng - là phần
mềm trực quan có nhiều ưu việt.
II. BÀI TOÁN THỰC TẾ VÀ ỨNG DỤNG
Vùng chọn nghiên
cứu rộng 700 km2, thuộc đới Lô Gâm, bao gồm các thành tạo của các hệ
tầng Tòng Bá (D3-S1 tb),
Cốc Xô (D1 cx), Bản Páp (D1-2
bp); thuộc đới sông Hiến có các
hệ tầng Bắc Bun (D1 bb),
Mia Lé (D1 ml), Bản Páp (D1-2
bp), Bắc Sơn (C-P bs) và Sông Hiến (T1 sh). Trong vùng có mặt ba phức hệ magma
xâm nhập: phức hệ Pia Ma (PZ2 pm),
Cao Bằng (mgT1-2 cb) và Phia Dạ (g-dT3 pd). Các biểu hiện quặng trong vùng liên
quan chủ yếu đến các thành tạo:
- Trầm tích lục
nguyên chứa silic, lục nguyên silic thuộc hệ tầng Tòng Bá thuận lợi cho tập
trung quặng đồng sulfur, đồng - đa kim.
- Đá vôi tái kết
tinh, đá vôi hoa hoá, lục nguyên xen carbonat thuộc hệ tầng Cốc Xô thuận lợi
cho tạo quặng sulfur đa kim, chì-kẽm đa kim chứa vàng.
- Trầm tích
carbonat hoa hoá xen ít lục nguyên bị granit phức hệ Phia Dạ xuyên cắt gây biến
chất trao đổi thuận lợi cho tạo quặng sheelit.
- Các thành tạo
magma có khả năng liên quan đến các vành dị thường chỉ thị quặng chì-kẽm;
sulfur - đa kim, sheelit và các nguyên tố Cu, Ni... Các đứt gẫy, khe nứt trong
vùng rất phát triển, phong phú về chủng loại nhiều khả năng liên quan đến quặng
hoá.
Bảng 1. Các
thông số thống kê cơ bản cho các diện tích nghiên cứu
(số liệu phân tích: Pb, Zn, Cu - ppm; sheelit, granat - hạt/10 dm3)
|
Trường
|
Nguyên tố - Khoáng vật
|
Min
|
Max
|
Giá trị trung bình 
|
|
Độ lệch A
|
Độ nhọn E
|
|
Khâu Trù
|
Pb
|
100
|
5500
|
658,8
|
427,6
|
28,31
|
12,36
|
|
Zn
|
178
|
16760
|
8752,6
|
1821,7
|
31,76
|
8,69
|
|
Cu
|
50
|
500
|
78,6
|
59,7
|
2,86
|
2,67
|
|
Sheelit
|
2
|
29
|
8,87
|
7,86
|
0,93
|
1,12
|
|
Na Làng
|
Pb
|
50
|
1080
|
449,7
|
342,7
|
4,63
|
4,43
|
|
Cu
|
50
|
3756
|
687,6
|
478,5
|
7,94
|
6,46
|
|
Granat
|
2
|
76
|
8,7
|
12,1
|
9,38
|
8,57
|
|
Sheelit
|
0
|
146
|
14,8
|
14,1
|
4,84
|
5,17
|
|
Bắc Ngừng
|
Pb
|
50
|
4683
|
794,4
|
657,2
|
15,86
|
16,74
|
|
Zn
|
100
|
1327
|
4870,6
|
5473,8
|
31,82
|
27,64
|
|
Cu
|
50
|
6150
|
1565,8
|
1328,5
|
64,73
|
59,86
|
|
Sheelit
|
0
|
58
|
11,5
|
24,7
|
18,60
|
21,07
|
|
Lũng Liềm
|
Pb
|
50
|
1230
|
683,4
|
249,7
|
6,32
|
5,58
|
|
Zn
|
150
|
14670
|
5481,5
|
4967,4
|
4,58
|
4,13
|
|
Cu
|
200
|
6185
|
2673,5
|
1428,5
|
9,86
|
7,92
|
|
Sheelit
|
|
|
|
|
|
|
|
Yên Thổ
|
Pb
|
50
|
1140
|
284,7
|
649,5
|
38,12
|
31,75
|
|
Zn
|
100
|
3450
|
1896,6
|
893,4
|
18,76
|
14,97
|
|
Cu
|
50
|
1380
|
478,8
|
391,8
|
16,86
|
11,34
|
|
Sheelit
|
0
|
14
|
2,8
|
1,52
|
10,71
|
9,56
|
|
Giáo Hiệu Bộc Bố
|
Pb
|
50
|
3870
|
597,6
|
1278,3
|
48,52
|
41,38
|
|
Zn
|
150
|
24780
|
5683,8
|
4928,4
|
46,74
|
39,07
|
|
Granat
|
1
|
390
|
71,86
|
89,7
|
47,84
|
46,21
|
|
Sheelit
|
0
|
59
|
18,76
|
14,5
|
36,16
|
37,24
|
|
Bằng Thành Sơn Lộ
|
Pb
|
50
|
3840
|
397,7
|
1625,8
|
40,63
|
34,81
|
|
Zn
|
100
|
11770
|
5977,2
|
4259,6
|
29,17
|
22,63
|
|
Cu
|
50
|
1270
|
571,5
|
468,4
|
17,75
|
15,98
|
|
Sheelit
|
|
|
|
|
|
|
|
Phia Dạ Bản Oóng
|
Pb
|
100
|
15950
|
1365,3
|
2057,5
|
21,21
|
18,94
|
|
Zn
|
100
|
38550
|
14742,4
|
17181,4
|
23,36
|
18,64
|
|
Cu
|
50
|
2180
|
652,6
|
401,4
|
19,52
|
18,47
|
|
Sheelit
|
0
|
54
|
6,78
|
10,17
|
24,58
|
27,78
|
|
Hưng Đạo
|
Pb
|
50
|
1240
|
484,5
|
592,6
|
21,15
|
20,46
|
|
Zn
|
100
|
13650
|
5460,8
|
4931,7
|
19,90
|
18,61
|
|
Cu
|
50
|
2680
|
673,8
|
415,8
|
13,87
|
11,25
|
|
Sheelit
|
|
|
|
|
|
|
|
Bản Lìn
|
Pb
|
450
|
15950
|
6375,8
|
1386,2
|
4,68
|
3,16
|
|
Zn
|
500
|
38550
|
14763,6
|
8765,5
|
5,12
|
3,45
|
|
Cu
|
100
|
2180
|
762,7
|
439,4
|
5,08
|
3,20
|
|
Sheelit
|
|
|
|
|
|
|
|
Khuổi Mạn
|
Pb
|
300
|
15050
|
4194,8
|
1354,6
|
6,39
|
5,12
|
|
Zn
|
500
|
36500
|
14615,2
|
8835,9
|
6,70
|
5,08
|
|
Cu
|
100
|
2100
|
597,5
|
510,2
|
7,67
|
6,84
|
|
Sheelit
|
|
|
|
|
|
|
|
Bộc Bố
|
Pb
|
|
|
|
|
|
|
|
Zn
|
|
|
|
|
|
|
|
Granat
|
3
|
138
|
46,2
|
18,91
|
4,27
|
3,95
|
|
Sheelit
|
1
|
59
|
44,74
|
21,56
|
3,81
|
3,72
|
Qua
xử lý sơ bộ, các tác giả đã chia ra 8 diện tích và trong một số diện tích lại
có một vài diện tích nhỏ được nghiên cứu chi tiết hơn và tính toán cho cả 12
diện tích đó. Do kết quả tính toán rất nhiều, trong khuôn khổ chật hẹp của
một bài báo, chúng tôi chỉ xin đưa ra vài kết quả trong số đó:
* Kết quả tính toán
thống kê các TSNC được dẫn ra ở bảng số 1
* Kết quả nghiên cứu thành phần chính được nghiên cứu cho
các tài liệu địa hoá, trọng sa cho cả 12 diện tích. Ví
dụ cho khu vực Bản Lìn: Số liệu đầu vào là kết quả phân tích 234 mẫu địa hoá
với các nguyên tố: Pb, Zn, Cu, Ag, Ba, As, Sn. Bảng số 2 thể hiện ma trận tương
quan và các véctơ thành phần chính.
Bảng 2. Ma trận tương quan và các vectơ thành
phần chính trường địa hoá Bản Lìn
|
Ma trận tương quan
|
|
|
Pb
|
Zn
|
Cu
|
Ag
|
Ba
|
As
|
Sn
|
|
Pb
|
1,00
|
|
|
|
|
|
|
|
Zn
|
0,87
|
1,00
|
|
|
|
|
|
|
Cu
|
0,27
|
0,30
|
1,00
|
|
|
|
|
|
Ag
|
0,63
|
0,65
|
0,33
|
1,00
|
|
|
|
|
Ba
|
0,58
|
0,54
|
0,61
|
0,57
|
1,00
|
|
|
|
As
|
0,54
|
0,46
|
0,13
|
0,45
|
0,59
|
1,00
|
|
|
Sn
|
0,13
|
0,09
|
0,23
|
0,21
|
0,19
|
0,10
|
1,00
|
|
Thành phần chính
|
Số liệu quang phổ định
lượng và hấp thụ nguyên tử N = 234
PPb = 1,00
|
|
Pb
|
F1
|
F2
|
F3
|
|
0,75
|
0,41
|
0,31
|
|
Zn
|
0,56
|
0,23
|
0,54
|
PZn = 1,00
|
|
Cu
|
0,20
|
0,19
|
0,59
|
PCu = 0,86
|
|
Ag
|
0,23
|
0,08
|
0,21
|
PAg = 0,81
|
|
Ba
|
0,16
|
0,22
|
0,09
|
PBa = 0,77
|
|
As
|
0,19
|
0,10
|
0,21
|
PAs = 0,52
|
|
Sn
|
-0,05
|
0,09
|
-0,05
|
Tổng trị riêng = 73,61
|
|
Trị riêng
|
54,62
|
15,34
|
6,27
|
|
* Từ kết quả nghiên cứu thành phần chính (TPC) thấy rằng:
+ Pb và Zn tương quan rất chặt chẽ. Hai nguyên tố này đều tương
quan chặt chẽ với Ag, Ba, As. Cu tương quan chặt chẽ với Ba và không chặt chẽ
với các nguyên tố còn lại... Các nguyên tố cộng sinh là
Pb-Zn-Ag-Ba-As.
+ Trọng số của Pb, Zn trên TPC1 đạt giá trị cao, trên TPC2,
TPC3 có xu hướng khác nhau: Pb giảm dần từ TPC1 đến TPC3. Zn
lại thấp nhất ở TPC2. Trọng số của Cu chỉ cao ở TPC3 còn lại rất thấp...
+ Phương trình đặc trưng cho dị thường địa hoá khu vực
nghiên cứu:
F = 0,49Pb + 0,44Zn + 0,33 Cu +
0,22 Ag + 0,16Ba + 0,16As ±
0,03Sn
Tổ hợp cộng sinh các nguyên tố (Pb – Zn – Cu – Ag – Ba – As)
cho phép ta nghĩ tới thành hệ quặng chì - kẽm sulfur đa kim
chứa Au. Luận giải kết quả nghiên cứu, kết hợp với các số liệu về quặng... có
cơ sở để tin rằng quặng hoá ở đây có lẽ được thành tạo làm ba giai đoạn chính
khác nhau về thành phần:
- Giai đoạn 1: tạo
Pb-Zn chứa Ag có triển vọng lớn về Pb, Zn, tương ứng với vectơ riêng thứ nhất:
f1 = 0,75Pb + 0,56Zn + 0,23Ag + 0,20Cu + 0,19As +
0,16Ba.
- Giai đoạn 2: với
thành phần đa dạng (pyrit, galenit, sphalerit, barit...), tương ứng với vectơ
riêng thứ 2:
f2 = 0,41Pb + 0,23Zn + 0,19Cu + 0,08Ag + 0,22Ba +
0,10As + 0,09Sn
- Giai đoạn 3: có
thành phần tương ứng với vectơ riêng thứ 3, trong đó nổi bật là các khoáng vật
quặng: sulfur đồng giàu bạc, bismut:
f3 = 0,59Cu + 0,54Zn + 0,31Pb + 0,21Ag + 0,21As +
0,09Ba
Để đánh giá triển vọng của các khoáng sản, bằng tổ hợp các
dấu hiệu (trọng số của các tổ hợp nguyên tố, khoáng vật, các dị thường địa hoá,
trọng sa; các cấu trúc thuận lợi...), chúng tôi chia ra 4 mức triển vọng A, B,
C, D và mức tiềm năng; mỗi mức có tiêu chí riêng, trong đó mức A có triển vọng
cao nhất đã phát hiện các thân quặng. Các tác giả đã có cơ sở nhận định:
* Chì-kẽm có 2 diện tích ở mức A (B. Lìn; Khuôi Mạn), một
diện tích ở cấp B (Phia Dạ - Bản Oóng), một diện tích ở cấp B (Phia Đăm) và 3
diện tích ở mức tiềm năng
* Đồng có 1 điểm ở mức A (Lũng Liềm), một
diện tích ở mức B (Bắc Ngừng) và một ở mức tiềm năng.
* Wolfram có 2 mức ở cấp A (Na Làng, Bộc Bố), một diện tích
ở mức C (Khuổi Lè) và hai diện tích ở mức tiềm năng.
III. KẾT LUẬN VÀ TRAO ĐỔI
Vùng nghiên cứu
có triển vọng tốt về khoáng sản nội sinh. Theo nhận định ban đầu triển vọng hơn
cả là chì-kẽm, tiếp theo là wolfram và đồng. Các khoáng sản này tập trung thành
dải kéo dài theo hướng tây bắc - đông nam, đó là dải chì-kẽm Phiêng Pa – Pác
Nặm, dải wolfram Na Làng – Bộc Bố, dải đồng Khâu Ninh - Lũng Liềm.
Những nhận định
đưa ra trong bài báo chỉ là những nhận định ban đầu, thiếu nhiều cứ liệu, đặc biệt là các thông
tin ban đầu. Theo hướng nghiên cứu này, chúng tôi rất hy vọng được sự cộng tác
nghiên cứu và giúp đỡ của các nhà địa chất có kinh nghiệm.
VĂN LIỆU
1. Lê Xuân Vinh, 1988. Công nghệ
GIS: các ứng dụng của FW và WFS xây dựng và biểu diễn các dị thường địa hoá và
chỉ thị quặng phục vụ đo vẽ bản đồ địa chất và điều tra khoáng sản. Địa chất và khoáng sản, 6 : 253-262. Viện
nghiên cứu ĐCKS, Hà Nội.
2. Trương Xuân Luận, Trần Minh, 1996.
Toán – tin ứng dụng. Bài giảng cho các
lớp Sau đại học. Đại học Mỏ-Địa chất.
3. Trương Xuân Luận, Đỗ Đức Thắng, Lê
Xuân Vinh, 2002. Xây dựng cơ sở
dữ liệu địa chất. TC Địa chất, A/272 :107-113. Hà
Nội.
4. http://plasma.nationalgeographic.com
