ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Thị Thúy Hiền XÂY DỰNG BỘ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH CHUYỂN ĐỔI CÁC THÀNH PHẦN CỦA TRƯỜNG TỪ BẰNG NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATLAB LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Thị Thúy Hiền XÂY DỰNG BỘ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH CHUYỂN ĐỔI CÁC THÀNH PHẦN CỦA TRƯỜNG TỪ BẰNG NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATLAB Chuyên ngành: Vật lý địa cầu Mã số: 60440111 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đỗ Đức Thanh Hà Nội - 2015 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, trước tiên, với lòng kính trọng biết ơn sâu sắc, xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Đỗ Đức Thanh - người thầy trực tiếp hướng dẫn khoa học tận tình bảo suốt trình thực đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô Bộ môn Vật lý Địa cầu – Trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội trang bị kiến thức có đóng góp quý báu cho để hoàn thành luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất thầy cô Bộ môn Vật lý – Khoa Cơ điện Công trình – Trường Đại học Lâm Nghiệp tạo điều kiện tốt để hoàn thành tốt nhiệm vụ Cuối cho phép bày tỏ lòng biết ơn vô hạn tới gia đình bạn bè, người quan tâm, động viên chỗ dựa tinh thần vững thời khắc khó khăn Do điều kiện thời gian trình độ có hạn nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót, mong nhận góp ý thầy cô bạn Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội,Ngày 07 tháng 12 năm 2015 Học viên Nguyễn Thị Thúy Hiền DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Các thông số vật thể có thiết diện ngang hình trụ tròn bị từ hóa đồng nhất……………………………………………………………………… …32 Bảng 3.2 Các thông số vật thể có thiết diện ngang đa giác bị từ hóa đồng nhất………………………………………………………………………… 42 Bảng 3.3 Các thông số cầu bị từ hóa đồng nhất………………………… 51 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Vecto biểu diễn dị thường trường tổng………………………………….04 Hình 1.2: Thế từ vật tiết diện bất kỳ………………………………………06 Hình 1.3: Từ hóa vật tiết diện bất kỳ…………………………………… 10 Hình 1.4: Tính từ trường hình trụ tròn nằm ngang……………………… 13 Hình 1.5: Vật thể chiều tiết diện ngang xấp xỉ đa giác N cạnh 15 Hình 1.6: Tính từ trường cho cầu thể…………………………………………… 18 Hình 1.7: Vị trí vecto ……………………………………………………… 19 Hình 1.8: Các đường cong Hình 1.9: Các đường đẳng trị hình cầu dọc theo phương kinh tuyến 21 hình cầu với I=600 (trục thẳng đứng chạy theo phương kinh tuyến từ)……………………………………………………… 22 Hình 2.1: Sơ đồ tuyến đo vật thể hai chiều…………………………….…… 28 Hình 3.1a,b,c : Biến đổi Hilbert từ thành phần hình trụ tròn nằm ngang dài vô tận với góc nghiêng từ hóa I=900……………………………… …………… 34 Hình 3.2a,b,c : Biến đổi Hilbert từ thành phần hình trụ tròn nằm ngang dài vô tận với góc nghiêng từ hóa I=900……………………………………………….35 Hình 3.3a,b,c : Biến đổi Hilbert từ thành phần hình trụ tròn nằm ngang dài vô tận với góc nghiêng từ hóa I=900……………………………………… …… 36 Hình 3.4a,b,c : Biến đổi Hilbert từ thành phần hình trụ tròn nằm ngang dài vô tận với góc nghiêng từ hóa I=600…………………………………… ……… 38 Hình 3.5a,b,c : Biến đổi Hilbert từ thành phần hình trụ tròn nằm ngang dài vô tận với góc nghiêng từ hóa I=600……………………………………………….39 Hình 3.6a,b,c : Biến đổi Hilbert từ thành phần hình trụ tròn nằm ngang dài vô tận với góc nghiêng từ hóa I=600………………….………… ……………… 40 Hình 3.7a,b,c : Biến đổi Hilbert từ thành phần vật thể có tiết diện ngang đa giác với góc nghiêng từ hóa I=900……………………………………….43 Hình 3.8a,b,c : Biến đổi Hilbert từ thành phần vật thể có tiết diện ngang đa giác với góc nghiêng từ hóa I=900……………………… …………… 44 Hình 3.9a,b,c : Biến đổi Hilbert từ thành phần vật thể có tiết diện ngang đa giác với góc nghiêng từ hóa I=900……………………… ………….….45 Hình 3.10a,b,c : Biến đổi Hilbert từ thành phần vật thể có tiết diện ngang đa giác với góc nghiêng từ hóa I=600……………………………………….47 Hình 3.11a,b,c : Biến đổi Hilbert từ thành phần vật thể có tiết diện ngang đa giác với góc nghiêng từ hóa I=600……………………………………….48 Hình 3.12a,b,c : Biến đổi Hilbert từ thành phần vật thể có tiết diện ngang đa giác với góc nghiêng từ hóa I=600……………………………………….49 Hình 3.13a,b,c,d,e : Biến đổi Hilbert từ thành phần vật thể hình cầu với góc nghiêng từ hóa I=900………………………………………………………… 52,53 Hình 3.14a,b,c,d,e : Biến đổi Hilbert từ thành phần vật thể hình cầu với góc nghiêng từ hóa I=900……………………………………………………… 53,54,55 Hình 3.15a,b,c,d,e : Biến đổi Hilbert từ thành phần vật thể hình cầu với góc nghiêng từ hóa I=900…………………… ………………………………….….55,56 Hình 3.16a,b,c,d,e : Biến đổi Hilbert từ thành phần vật thể hình cầu với góc nghiêng từ hóa I=600………………………………………………………… 58,59 Hình 3.17a,b,c,d,e : Biến đổi Hilbert từ thành phần vật thể hình cầu với góc nghiêng từ hóa I=600……………………………………………………… 59,60,61 Hình 3.18a,b,c,d,e : Biến đổi Hilbert từ thành phần vật thể hình cầu với góc nghiêng từ hóa I=600…………………… ………………………………….….61,62 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG XÁC ĐỊNH CÁC THÀNH PHẦN CỦA TRƯỜNG TỪ GÂY RA BỞI CÁC VẬT THỂ BỊ TỪ HÓA Error! Bookmark not defined 1.1 Bài toán thuận xác định thành phần trường từ gây vật thể bị từ hóa Error! Bookmark not defined 1.2 Dị thường từ toàn phần Error! Bookmark not defined 1.3 Các biểu thức tích phân tổng quát xác định từ thành phần trường từ Error! Bookmark not defined 1.4 Các phương pháp hai chiều Error! Bookmark not defined 1.4.1 Phương pháp xác định thành phần trường từ gây hình trụ tròn nằm ngang có chiều dài vô hạn Error! Bookmark not defined 1.4.2 Phương pháp xác định thành phần trường từ gây vật thể hai chiều có tiết diện ngang đa giác Error! Bookmark not defined 1.5 Phương pháp ba chiều Error! Bookmark not defined CHƯƠNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN HILBERT ĐỂ BIẾN ĐỔI CÁC THÀNH PHẦN CỦA TRƯỜNG TỪ Error! Bookmark not defined 2.1 Định nghĩa biến đổi Hilbert Error! Bookmark not defined 2.2 Sử dụng thuật toán Hilbert để tính chuyển thành phần trường từ Error! Bookmark not defined 2.2.1 Mở đầu Error! Bookmark not defined 2.2.2 Tính chuyển thành phần trường từ nhờ thuật toán Hilbert Error! Bookmark not defined CHƯƠNG MÔ HÌNH HÓA VÀ KẾT QUẢ TÍNH TOÁNError! defined Bookmark not 3.1 Mô hình 1: Mô hình vật thể hình trụ tròn nằm ngang.Error! defined Bookmark not 3.3.1 Thông số mô hình Error! Bookmark not defined 3.3.2 Kết tính toán Error! Bookmark not defined 3.2 Mô hình 2: Mô hình vật thể có thiết diện ngang đa giác bất kì.Error! Bookmark not defined 3.2.1 Thông số mô hình Error! Bookmark not defined 3.2.2 Kết tính toán Error! Bookmark not defined 3.3 Mô hình 3: Mô hình vật thể hình cầu Error! Bookmark not defined 3.3.1 Thông số mô hình Error! Bookmark not defined 3.3.2 Kết tính toán Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHÁO MỞ ĐẦU Thăm dò từ tiến hành từ sớm, phương pháp nghiên cứu cấu trúc bên trái đất, cấu tạo địa chất, tìm kiếm thăm dò khoáng sản Thăm dò từ có giá trị lớn với kinh tế nước ta, áp dụng rộng rãi tất giai đoạn nghiên cứu tìm kiếm, thăm dò địa chất Trong giai đoạn nay, thăm dò từ góp phần giải vấn đề phân vùng, kiến tạo thạch học, phát vùng có triển vọng khoáng sản để tiến hành công tác thăm dò địa chất, địa vật lý chi tiết Phương pháp từ thường áp dụng tổ hợp với phương pháp địa Vật lý, địa hoá, địa chất khác nhằm mục đích nâng cao hiệu chúng Nhờ có phương pháp từ người ta có khả lớn để nghiên cứu diện tích có triển vọng khoáng sản vùng bị phủ kín Trong phương pháp thăm dò từ, việc giải toán nhằm xác định thành phần trường từ vật thể bị từ hóa giữ vai trò vô quan trọng Tuy nhiên, dị thường từ không phụ thuộc vào thông số vật thể gây dị từ mà phụ thuộc vào độ từ thiên độ từ khuynh trường cực từ trái đất Bởi vậy, việc xác định tất thành phần trường từ khu vực gặp nhiều khó khăn Do đó, cần tìm phương pháp để chuyển đổi thành phần trường từ Ngoài việc tính chuyển từ thành phần sang thành phần khác trường từ mang ý nghĩa đặc biệt quan trọng Nó góp phần làm đơn giản hóa đáng kể việc xử lý số liệu đo từ để so sánh số liệu từ trọng lực khu vực nghiên cứu Matlab (Matrix Laboratory) theo tên gọi công cụ phần mềm Math Work, phát triển mạnh mẽ nhằm phục vụ chủ yếu cho mô tả nghiên cứu kĩ thuật toán học với phần tử ma trận Mức phát triển Matlab ngày chứng tỏ phần mềm có giao diện cực mạnh nhiều lợi kỹ thuật lập trình để giải vấn đề đa dạng nghiên cứu khoa học kĩ thuật Các câu lệnh Matlab viết sát với mô tả kỹ thuật khiến cho việc lập trình ngôn ngữ thuận tiện dễ sử dụng nhiều so với ngôn ngữ lập trình khác Pascal, Fotran Ngoài ra, Matlab cho phép người dùng biểu diễn đồ họa cách mềm dẻo, đơn giản xác không gian hai chiều không gian ba chiều Do đó, phạm vi luận văn này, tiến hành lập trình ngôn ngữ Matlab để thực việc giải toán thuận nhằm xác định tính chuyển thành phần trường dị từ trường hợp vật thể bị từ hóa hình cầu vật thể có tiết diện ngang hình trụ hay tiết diện ngang xấp xỉ đa giác N cạnh Để làm rõ vấn đề này, luận văn chia làm chương: - Chương Xác định thành phần trường từ gây vật thể bị từ hóa - Chương Sử dụng thuật toán Hilbert để biến đổi thành phần trường từ - Chương Mô hình hóa kết thử nghiệm DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHÁO Tiếng Việt [1] Tôn Tích Ái (2003), Trọng lực thăm dò trọng lực, NXB Đại học quốc gia Hà Nội [2] Nguyễn Hoàng Lan Anh (2014), Phép biến đổi Hilbert áp dụng, Luận văn thạc sĩ toán học, Đại học Sư phạm Hà Nội [3] Nguyễn Hoàng Hải, Nguyễn Việt Anh (2006), Lập trình Matlab ứng dụng, NXB Khoa học kỹ thuật [4] Đỗ Đức Thanh (2006), Các phương pháp phân tích, xử lý tài liệu từ trọng lực, NXB Đại học quốc gia Hà Nội [5] Bùi Thị Toàn Thư (2001), Ứng dụng Matlab việc giải toán biến đổi trường từ trọng lực, Khóa luận tốt nghiệp Vật lý, ĐHKHTN, ĐHQGHN Tiếng Anh [6] H.V Ram Babu, D Atchuta Rao, D.CH Venkata Raju, V Vijay Kumar (1989), Magtran: A computer program for the transformation of magnetic and gravity anomalies, Computer & Geosciences 15, 979 – 988 [7] Radhakrishna Murthy I V., et al (2001), Automatic inversion of magnetic anomalies of faults Computer & Geosciences 27, 315 - 325 [...]... trường hợp các vật thể bị từ hóa là hình cầu và các vật thể có tiết diện ngang là hình trụ hay tiết diện ngang xấp xỉ bởi một đa giác N cạnh bất kỳ Để làm rõ vấn đề này, luận văn được chia làm 3 chương: - Chương 1 Xác định các thành phần của trường từ gây bởi các vật thể bị từ hóa - Chương 2 Sử dụng thuật toán Hilbert để biến đổi các thành phần của trường từ - Chương 3 Mô hình hóa và kết quả thử nghiệm... Fotran Ngoài ra, Matlab còn cho phép người dùng có thể biểu diễn đồ họa 1 cách mềm dẻo, đơn giản và khá chính xác trong không gian hai chiều cũng như trong không gian ba chiều Do đó, trong phạm vi luận văn này, chúng tôi đã tiến hành lập trình bằng ngôn ngữ Matlab để thực hiện việc giải bài toán thuận nhằm xác định và tính chuyển các thành phần của trường dị từ trong trường hợp các vật thể bị từ hóa là hình... (2014), Phép biến đổi Hilbert và áp dụng, Luận văn thạc sĩ toán học, Đại học Sư phạm Hà Nội 2 [3] Nguyễn Hoàng Hải, Nguyễn Việt Anh (2006), Lập trình Matlab và ứng dụng, NXB Khoa học và kỹ thuật [4] Đỗ Đức Thanh (2006), Các phương pháp phân tích, xử lý tài liệu từ và trọng lực, NXB Đại học quốc gia Hà Nội [5] Bùi Thị Toàn Thư (2001), Ứng dụng Matlab trong việc giải các bài toán biến đổi trường từ và trọng