不同化探數(shù)據(jù)處理方法的對(duì)比研究

（四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局二零七地質(zhì)隊(duì)，四川 樂(lè)山614000）

本文以江西大浩山金礦1∶1萬(wàn)土壤化探數(shù)據(jù)中的Ag、Au、Cu、As元素為例，采用傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)方法、趨勢(shì)面法和含量-面積法計(jì)算的異常下限或篩選的異常進(jìn)行對(duì)比分析，以確定適用于該區(qū)的化探數(shù)據(jù)處理方法，然后進(jìn)行異常圈定，以指導(dǎo)大浩山金礦兆吉溝礦段外圍的找礦工作。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于皖贛交界之江西省彭澤縣境內(nèi)。中元古代以來(lái)，區(qū)域上形成了以變凝灰質(zhì)砂巖、變雜砂巖、板巖、千枚巖為主，夾流紋巖、細(xì)碧角斑巖等海相火山巖的淺變質(zhì)巖系——雙橋山群，為該區(qū)域的基底地層。澄江期在晉寧褶皺造山帶的山前和山間坳陷中堆積了以雜砂巖為主的磨拉石夾火山碎屑巖建造，造就了震旦系下統(tǒng)蓮沱組金多金屬礦源層。印支運(yùn)動(dòng)，使大陸裂谷褶皺封閉，并形成了一系列區(qū)域北東向斷裂構(gòu)造，伴隨有巖漿活動(dòng)，在斷裂構(gòu)造體系中的熱水環(huán)流和巖漿熱液的雙重作用下，礦源層中的金多金屬被萃取活化遷移，在次級(jí)近東西向斷裂構(gòu)造中富集成礦[1]。區(qū)內(nèi)巖漿巖分布較少，多以花崗斑巖脈、石英斑巖脈、閃長(zhǎng)玢巖脈和煌斑巖脈產(chǎn)出（圖1）。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

2 化探數(shù)據(jù)處理方法

2.1 傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法

運(yùn)用傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法的一個(gè)重要前提是元素含量數(shù)據(jù)服從正態(tài)或者對(duì)數(shù)正態(tài)分布。但是百分百服從正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布的數(shù)據(jù)基本上沒(méi)有。如果數(shù)據(jù)不符合正態(tài)或者對(duì)數(shù)正態(tài)分布，就必須對(duì)化探數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理方法一般是采用以平均值（X）+3*標(biāo)準(zhǔn)偏差（S）為上闕值，以平均值（X）-3*標(biāo)準(zhǔn)偏差（S）為下闕值，進(jìn)行迭代剔除，直到?jīng)]有超出上下闕值的數(shù)據(jù)為止，這樣所有數(shù)據(jù)分布在X-3S 與X+3S之間，在這個(gè)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)之平均值為背景值，異常下限等于背景值加2倍標(biāo)準(zhǔn)偏差[2]。

2.2 趨勢(shì)面法

趨勢(shì)面法將地球化學(xué)數(shù)據(jù)分為區(qū)域性變化、局部性變化和隨機(jī)性變化三部分，區(qū)域性變化是由區(qū)域地質(zhì)背景造成的總體規(guī)律性變化，局部性變化是小范圍的變異造成的，隨機(jī)性變化是隨機(jī)因素造成的[3]。這樣化探值就被分解為3 部分:Zi=Ti+Ni+Ei，其中:Zi為觀測(cè)值，Ti反映區(qū)域性變化，Ni反映局部的變化，Ei為隨機(jī)性變化部分。首先要將局部性變化Ni從觀測(cè)值中分離出來(lái)，然后從局部性變化Ni 中分出隨機(jī)性變化Ei，最后就得到有地質(zhì)內(nèi)涵的異常值。

具體做法：①數(shù)據(jù)預(yù)處理：實(shí)際工作中多用低值總體累計(jì)頻率95%處的分位值作為高樣品值的臨界值，凡是高于臨界值的觀測(cè)值都用臨界值代替[4]；②趨勢(shì)提取過(guò)程：對(duì)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)用Sufer軟件進(jìn)行趨勢(shì)面計(jì)算，得到殘差值。③計(jì)算異常值：異常值=殘差值-正殘差值的平均值。

2.3 含量-面積法

目前，應(yīng)用分形理論確定異常下限的方法主要有含量-頻數(shù)法[5]、含量-面積法[6]、含量-周長(zhǎng)法[7]以及含量-總量法[8]等，本文采用含量-面積法。

所謂分形是整個(gè)事物的一個(gè)組成部分在形狀上與整體有一定的相似性，它具有自相似性[9]。自相似性是在形態(tài)、功能、結(jié)構(gòu)以及信息等方面有統(tǒng)計(jì)意義上的相似性[10]。分維數(shù)是一個(gè)描述這種自相似性的參數(shù)。分形分布的特點(diǎn)要求大于等于某一尺度的數(shù)目或和數(shù)，與物體大小之間存在冪函數(shù)關(guān)系，即N(r)=Cr-Dr＞0。

式中，r表示特征尺度；C＞0 稱為比例常數(shù)；D＞0 稱為分維數(shù)；N(r)=N(≥r)表示尺度大于等于r的數(shù)目或和數(shù)[11]。

為了求出分維數(shù)D,將觀測(cè)數(shù)據(jù)〔(N(r1),N(r2),…,N(rn))和(r1,r2,…rn) 〕轉(zhuǎn)換為以10為底的對(duì)數(shù)后，繪制雙對(duì)數(shù)散點(diǎn)圖，如果其散點(diǎn)的分布可以大致擬合成一條直線,其分維數(shù)D 就等于擬合直線的斜率的絕對(duì)值[11]。若擬合成三段直線，則求出第二段與第三段直線的分界點(diǎn)對(duì)應(yīng)的含量值為異常下限。

具體做法是：將不同元素含量值r及其所圍成的平面面積N（r）轉(zhuǎn)換對(duì)數(shù)，繪制成Lgr-LgN(r)雙對(duì)數(shù)散點(diǎn)圖，最后用Grapher 擬合直線，求得分維數(shù)和分界點(diǎn)含量值，以第二個(gè)分界點(diǎn)對(duì)應(yīng)的含量值為異常下限（表）。4種元素Lgr-LgN(r)關(guān)系圖見(jiàn)圖2。

從以上4種元素Lgr-LgN(r)關(guān)系圖可以看出，各元素Lgr-LgN(r)關(guān)系圖都擬合出三段直線，表明研究區(qū)4種元素地球化學(xué)場(chǎng)具有多重分形的結(jié)構(gòu)特征[12]。

傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法與含量-面積法異常下限對(duì)比表

3 不同方法的效果對(duì)比

3.1 不同方法確定的異常下限對(duì)比

由于趨勢(shì)面法只能得到異常值，無(wú)法確定異常下限，所以只能將傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法與含量-面積法進(jìn)行對(duì)比。從表1中可以看出，四種元素含量-面積法確定的異常下限均比傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法小。其原因是傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法迭代剔除離群值后得到的背景數(shù)據(jù)仍呈偏態(tài)分布，從而導(dǎo)致計(jì)算的背景值偏高。含量-面積法利用全部數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)其為多重分形分布的事實(shí)，從而獲取了與之不同的異常下限。

圖2 Ag、Au、Cu、As 四種元素Lgr-LgN(r)關(guān)系圖

3.2 不同方法圈定的異常對(duì)比和認(rèn)識(shí)

從圖3中可以看出，三種方法圈出的Ag元素異常形態(tài)和分布基本一致，沿北東向斷裂及其次級(jí)斷裂展布，主要分布于震旦系燈影組、陡山沱組和蓮沱組地層中。傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法與含量-面積法比較：含量-面積法求出的異常下限更低，異常面積更大，圈出了傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法未表現(xiàn)出來(lái)的低異常，圈出的異常沿北東向斷裂展布的性質(zhì)更明顯，連續(xù)性更好，濃集中心更明顯。趨勢(shì)面法圈出的異常與傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法圈出的異常極其相似。根據(jù)詳查資料，大浩山金礦兆吉溝礦段金礦體伴生銀，而只有含量-面積法圈出的異常在兆吉溝礦段內(nèi)有微弱異常顯示。

圖3 Ag元素不同方法異常對(duì)比圖

從圖4中可以看出，三種方法圈出的Au元素異常形態(tài)和分布基本一致，大多分布于蓮沱組地層中沿北東向斷裂及其次級(jí)斷裂展布。傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法與含量-面積法比較：含量-面積法計(jì)算的異常下限更低異常面積更大，濃集中心更明顯，圈出了傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法未表現(xiàn)出來(lái)的低異常，避免漏掉與礦化有關(guān)的弱異常。趨勢(shì)面法圈出的異常與傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法圈出的異常較為相似。根據(jù)詳查資料，大浩山金礦兆吉溝礦段金礦體呈近東西向產(chǎn)出，三種方法圈定的異常整體均呈近東西向展布，但含量-面積法圈定的異常濃集中心更明顯，異常強(qiáng)度最高，連續(xù)性最好，與金礦體套合程度最高此外，含量-面積法圈定的異常受斷裂控制的跡象更明顯。

從圖5中可以看出，含量-面積法和趨勢(shì)面法圈出的Cu元素異常形態(tài)和分布基本一致。傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法與含量-面積法比較：含量-面積法求出的異常下限比傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法求出的異常下限低，異常面積更大，濃集中心更明顯，圈出了傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法未表現(xiàn)出來(lái)的低異常。

圖4 Au元素不同方法異常對(duì)比圖

從圖6中可以看出，傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法和趨勢(shì)面法圈出的As元素異常形態(tài)和分布基本一致，只是傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法圈出的異常面積稍大于趨勢(shì)面法圈出的異常面積。傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法與含量-面積法比較：含量-面積法求出的異常下限更低，異常面積更大，圈出了傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法未表現(xiàn)出來(lái)的低異常。

綜上所述，同一元素采用不同方法確定的異常下限或獲取的異常存在明顯的差異，含量-面積法計(jì)算的異常下限均比傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法低很多，趨勢(shì)面法雖不能計(jì)算異常下限，但從圈定的異常面積來(lái)看，趨勢(shì)面法圈出的異常值均比含量-面積法高。趨勢(shì)面法圈出的Cu元素異常與含量—面積法較為相似，只是趨勢(shì)面法圈出的Cu元素異常面積比含量—面積法的略小，比傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法的異常面積大，說(shuō)明趨勢(shì)面法也是考慮了地球化學(xué)數(shù)據(jù)的空間分布特征；其余三種元素的異常是趨勢(shì)面法與傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法相似，其原因之一是這三種元素經(jīng)兩種方法處理后得到的背景數(shù)據(jù)的分布特征相似，原因之二是趨勢(shì)面法與傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法在原理上都有地球化學(xué)場(chǎng)為光滑的連續(xù)曲面這一相似點(diǎn)。另外，趨勢(shì)面法和傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法圈出的異常面積均比含量—面積法小，故它二者圈出的異常值相對(duì)于含量—面積法偏高。

趨勢(shì)面法與傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法在原理上具有相似點(diǎn)，在經(jīng)過(guò)趨勢(shì)面擬合和迭代剔除這兩種方法處理后得到的背景數(shù)據(jù)的分布特征相似的情況下，趨勢(shì)面法圈出的異常與傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法相似，相反，趨勢(shì)面法圈出的異常會(huì)與含量-面積法相似，這時(shí)得到的異常值就比傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法低得多。無(wú)論哪種情況，趨勢(shì)面法得到的異常值都存在偏高現(xiàn)象，同樣會(huì)丟失跟隱伏礦體有關(guān)的弱異常信息。但與傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法比較具有一定的優(yōu)越性，趨勢(shì)面法的背景值是變化的，在區(qū)域上不采用同一標(biāo)準(zhǔn)，從這點(diǎn)來(lái)看，趨勢(shì)面法比較適合于大面積化探數(shù)據(jù)處理。

含量-面積法根據(jù)本區(qū)元素含量數(shù)據(jù)的多重分形分布特征，可以有效的區(qū)分負(fù)異常區(qū)域、背景區(qū)域和正異常區(qū)域。含量-面積法與傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法、趨勢(shì)面法相比，顯著地降低了異常下限，在保障高值異常信息的情況下，不丟失可能與礦化有關(guān)的弱異常信息，但會(huì)給異常查證帶來(lái)困難。綜合地球化學(xué)場(chǎng)空間分布特征與地質(zhì)構(gòu)造分析可以得出,采用含量-面積法確定的異常下限更適合本區(qū)，其圈定的異常對(duì)大浩山金礦兆吉溝礦段外圍的找礦工作更具指導(dǎo)意義。另外，通過(guò)不同化探數(shù)據(jù)處理方法的對(duì)比，筆者認(rèn)為異常下限與元素含量數(shù)據(jù)的空間分布特征和處理方法原理有關(guān)。因此，甄別研究區(qū)各元素含量數(shù)據(jù)的空間分布特征以及進(jìn)行不同化探數(shù)據(jù)處理方法之間的對(duì)比對(duì)找礦工作至關(guān)重要。

圖5 Cu元素不同方法異常對(duì)比圖

圖6 As元素不同方法異常對(duì)比圖

4 結(jié)論

通過(guò)前述分析，可以得出如下結(jié)論：

同一元素采用不同方法確定的異常下限或獲取的異常存在明顯的差異，含量-面積法計(jì)算的異常下限均比傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法低很多，趨勢(shì)面法雖不能計(jì)算異常下限，但從圈定的異常面積來(lái)看，趨勢(shì)面法圈出的異常值均比含量-面積法高。

由于研究區(qū)地球化學(xué)場(chǎng)數(shù)據(jù)并不符合正態(tài)分布，即使經(jīng)過(guò)取常用對(duì)數(shù)處理，仍不符合正態(tài)分布，其所確定的異常下限仍然會(huì)偏高，所以傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法會(huì)丟失跟礦化有關(guān)的弱異常信息。

研究區(qū)地球化學(xué)元素含量數(shù)據(jù)具有明顯的多重分形分布特征，通過(guò)與研究區(qū)地質(zhì)特征對(duì)比，認(rèn)為含量-面積法確定的異常下限更適合本區(qū)。因此，甄別各元素含量數(shù)據(jù)的空間分布特征以及進(jìn)行不同化探數(shù)據(jù)處理方法之間的對(duì)比，對(duì)找礦工作至關(guān)重要。