土壤化探中異常下限的確定(可編輯)

土壤化探中異常下限的確定

土壤化探中異常下限的確定

摘要

土壤地球化學異常下限的確定是勘查地球化學的一個基本問題,也是勘

查地球化學應用于礦產勘查時決定成敗的一個關鍵性環節。但由于地質背景和成

礦模式的復雜多樣,迄今為止仍然沒有一種普遍適用的異常下限計算方法誕生,

各種計算方法各有優勢,同時又有假設條件的制約和使用的局限性。為此,采取多

種方法計算異常下限并根據地質背景進行綜合比較以確定異常下限是當前圈定

異常的一種有效途徑。

地球化學異常下限值是區分背景區與異常區的基本指標,而計算異常下

限值的準確性也直接關系到下一步探礦工作開展的關鍵。本文分為三個部分論述

土壤化探異常下限的確定。首先介紹一些土壤化探異常下限的確定的相關概念;

其次介紹各種方法,如:剖面圖法、直方圖解法、面積校正累積頻率法、馬氏距離

法、單元素計算法、累積頻率法、迭代法、傳統統計方法、多重分形法分形、均

值標準差法、含量-面積(C-A)分形方法、概率格紙圖解法等);最后用一些礦床應

用實例來驗證及評價一些方法。

本文選取新疆西天山成礦帶托遜地區1:50000土壤X熒光化探樣品中

Mn、Fe、Zn、As四種元素為例,使用傳統統計方法、多重分形方法、85%累計頻

率法分別對化探數據進行處理后得出結論:傳統統計方法計算出的異常范圍小,

且較為分散;多重分形方法對弱小異常的固定效果明顯,但范圍過大;85%累計頻

率法與傳統方法所得異常下限值比較接近,但對弱小異常的識別效果相對于傳統

方法顯著;對化探找金中背景值、異常下限的傳統計算方法進行了討論;土壤元素

異常下限值的確定對環境地球化學評價具有重要意義。傳統異常下限值計算方法

僅適用于元素含量數據呈正態分布的情況, 而事實上土壤元素含量的空間分布

極其復雜, 很可能具有多重分形分布特征。本文利用校正累積頻率分形方法確定

銅陵礦區土壤中的異常下限值為1.687 mg / kg , 并據此圈定了異常范圍。與

傳統方法所確定的異常下限值及相應異常區域對比, 分形方法圈定的異常區域

范圍更廣, 更為合理、有效。

通過學習,我們可以知道在土壤化探異常下限的確定方法中,每個方法都

有其優點和缺點,需要根據不同礦床的環境和地質特點來使用。這些方法還有待

改進,相信將來也還會有更多的方法等待我們去發現、探討和學習。

關鍵詞: 元素 土壤 銅陵異常下限 多重分形法 圖解法 銅礦區 異常下限

一、引言

土壤地球化學測量主要任務是:判斷產生異常的主要成礦元素,反映礦體

的剝蝕深度,確立異常找礦前景等。主要成礦元素的及伴生元素的異常下限值確

定必需首先解決的問題,特別是對隱伏礦床地球化學異常的評價更是如此。

確定地球化學背景值及異常下限值的方法報多.根據元素含量的概率分

布規律, 多采用數理統計的方法 用直方圖法求背景值和異常下限值是一個簡便

的方法, 且醒目、客觀。但確定性較差,往往因連線誤差, 不同人繪出的圖形及

求出的結果會多少有所不同, 而更重要的是在受礦化影響的地區, 不能排除礦

化過程中元素帶入帶出的影響, 致使正異常下限偏高, 負異常上限值偏低, 圈

出的異常范圍變窄, 甚至漏掉一些低值異常。用計算法求背景值和異常下限值其

確定性好,計算結果精度高,是化探工作中常采用的方法之一。但其基礎是元素在

地質體中呈標準正態或近似標準正態對數正態分布。因此, 在不受礦化影響或只

有微弱礦化澎響的背景分布匿應用效果很好。但化探工作的目的是找礦, 多是在

受礦化影響較大的地區開展, 應據不同請況改進計算方法。

礦產資源潛力的預測評價是地學多學科的綜合研究,元素地球化學作為

研究地球演化過程中物質成分變化在地球表層的總體表現,為礦床形成的物質來

源和礦物的富集賦存環境的空間分布提供了豐富的信息資源。通過對勘查地球化

學數據處理、分析和綜合研究,可以在找礦靶區圈定、成礦規律研究以及礦產資

源潛力的定性、定量預測中發揮重要的作用。而勘查地球化學方法找礦過程中進

行地球化學異常篩選,所用的各種方法的一個共同點,就是確定異常下限,以更準

確地圈定地球化學異常。關于異常下限確定,前人已經做了大量的工作。本文選

取一些礦床應用實例的勘查地球化學數據,對目前運用較為廣泛的異常下限確定

方法進行對比分析,探討不同方法獲得的異常下限之間的區別及意義。

二、相關概念的介紹

2.1勘查地球化學中的土壤

勘查地球化學中的土壤是指地球表層的一切疏松細粒覆蓋物,它不是土

壤學中對土壤概念所給予的嚴格定義。

2.2地球化學異常

定義:是相對于地球化學背景區而言的,是指與地球化學背景區相比有顯

著差異的元素含量富集區或貧化區。

2.3地球化學異常值

在異常區內,各種自然介質中,指示元素的含量與周圍的背景區有明顯的

差異,那么該指示元素的含量值稱為地球化學異常值,簡稱異常值

2.4土壤地球化學異常

土壤地球化學異常是原生礦體及其原生暈在表生風化過程中,經過各種

地球化學作用在土壤中形成的異常。

2.5異常下限

異常下限,又稱為背景上限,它是劃分異常與背景的臨界值。確定背景上

下限常用的公式為:Ca C0 + RS

C0?背景平均值;R?決定可靠性的系數;S?標準離差值。

例如,在一定的信度(例如信度α0.05)下,異常下限值則為:

背景平均值; ?標準離差值

式中N為參與統計計算的數據個數;Ci為第i個樣品的含量單位%或ppm。

2.6地球化學異常下限的確定

地球化學異常下限的確定是勘查地球化學礦產勘查和資源預測的一項基

本內容,同時也是環境地球化學異常辨析與環境評價的重要依據。

2.7傳統地球化學異常下限的確定

傳統地球化學異常下限的確定,如移動平均、趨勢面、克力格、概率格紙

和均值加標準離差等方法,其理論基礎是元素含量服從正態分布或對數正態分布,

但實際測得地球化學數據并不全部符合正態分布或對數正態分布,從而產生了諸

如分形等方法確定異常。

2.8土壤化探異常下限的確定

土壤化探異常下限的確定,是根據背景值和標準離差按一定置信度所確

定的異常起始值。它是分辨地球化學背景與異常的一個量值界限。從這個數值起,

所有的高含量都可認為是地球化學異常,低于這個數值的所有含量則屬于地球化

學背景范圍。

三、土壤化探異常下限的確定方法

異常是一個相對概念,有不同尺度上的要求,所以不要將其看作一個定

值。在悉尼國際化探會議上(1976),對異常下限定義:異常下限是地球化學工作者

根據某種分析測試結果對樣品所取定的一個數值,據此可以圈定能夠識別出與礦

化有關的異常。并對異常下限提出了一個籠統的定義:凡能夠劃分出異常和非異

常數據的數值即為異常下限。

據此,異常下限不能簡單的理解為背景上限。

異常下限(threshold of anomaly)是根據背景值和標準離差按一定置信

度所確定的異常起始值。它是分辨地球化學背景與異常的一個量值界限。從這個

數值起,所有的高含量都可認為是地球化學異常,低于這個數值的所有含量則屬

于地球化學背景范圍。異常下限多用統計學方法求得,通常用背景平均值加上兩

倍或三倍標準差作為異常下限。

確定地球化學背景值與異常下限的方法有很多種。早期采用簡單的統計

方法求平均值與標準偏差;用直方圖法確定的眾值或中位數作為地球化學背景

值。以后又發展到用概率格紙求背景值與異常下限等。隨著對地球化學背景認識

的加深,采用求趨勢面或求移動平均值等方法來確定背景值和異常下限,70年代

以來,多元回歸法、穩健多元線性回歸分析法、克立格法、馬氏距離識別離散點

群法等多種方法常作來研究地球化學的背景值和異常下限。確定背景上下限的其

它方法:簡單對比法;目估法;概率格紙法;復合總體的分解法。

下面對各方法逐一介紹:

3.1剖面圖法

剖面法又名經驗法,可以不考慮野值。最簡單的辦法是通過已知礦體或礦化

帶作一條延伸到背景地區的長剖面,在無礦化地區的含量波動變化的中央部位和

波動的最大幅度部位作橫線。它們分別代表了背景值和背景上限,背景上限即為

異常下限。為了使這種選擇更為這種選擇更為可靠,長剖面圖常常附有地質剖面,

成為一條地質地球化學剖面圖。該方法簡單直觀,但需經驗。

在已知區做地化剖面:要求剖面較長,穿過礦化區(含蝕變區)和正常地層

(背景),能區分含礦區和非礦區就可確定為下限。

3.2直方圖解法(可以不考慮野值)

如果所研究子樣作出的分布直方圖為單峰、并接近對稱的近似正態分布,

則對最大頻率柱左側頂角與右鄰直方柱左頂角連線,兩條線交點在橫坐標上的投

影為眾值M0,即可作為背景值。以最大頻率直方柱高的0.6倍作橫線,與頻率密

度曲線有左右兩交點,左交點至眾值投影線間長度對應的含量為均方差S。由向

右量2-3倍S長度,該處所指的含量即為異常下限。

眾值、標準離差和異常下限圖解示意圖

如果分布直方圖為單峰正偏形態,仍按上述方法圖解,因為確定均方差S

時,只考慮未受高含量礦化影響的樣品,只對低含量部分進行圖解。

如果是明顯的雙峰分布、且各自較為對稱,即可以在銜接部位定為異常界

限,也可以按上法對低含量的母體進行圖解求眾值、均方差和異常下限。

3.3 概率格紙圖解法(可以不考慮野值)

將實測數據點投繪在正態概率格紙圖上,如果基本分布在一條直線上,就可

以讀出任一分位數值,分位數值就是某一累積頻率所對應的含量值。如,50%分位

數值為平均值,84.1%分位數值為C平+1S,97.7%分位數值就是C平+2S.分位數值

是一組很有用的統計特征值。

概率格紙圖解法求背景值與異常下限圖解

3.4馬氏距離法:(在計算時已考慮野值)

針對樣本,實際為建立在多元素正態分布基礎之上?多重樣本的正態分布,

超出橢球體時?異常樣(如P3點)。 相似于因子得分的計算,最后為一個剔除異常

樣本時的計算值,實際計算出綜合異常邊界線。

當令m1時,

上式化解為XaXo±KS,這是我們較為熟悉的單元素(一維)計算異常下限

常用公式。

該方法計算較為復雜:下面給出一個實例:

馬氏距離(黑色虛線)圈定異常基本為兩種以上元素異常的重合的部分。

上圖中Hy-44與Hy-45綜合異常中,由于As元素相連,傳統方法無法分

割。用該方法可分解為兩個異常,后來實際查證中也證明:左邊Hy-44為Au、Cu、

Co的成礦,右邊Hy-45為Au、Cu的成礦。解決手工的隨意性。

3.5單元素計算法:(必須剔除野值)

XaXo±KS

(Xa?異常下限,Xo?背景值,K?取值系數,S?標準離差)

從標準正態累積頻率密度函數公式:

推斷出當K1.65、2、3時,密度函數分別為95%,97.7%,99.8%

一般為計算方便,通常取K2,這就是XaXo±2S的來源。通常應用時,用

XaXo±3S無限循環剔除,直到無剔除數據時,對于地球化學通常幾百?上千的數

據,基本保證數據為正態分布。則此時XaXo+2S定為異常下限

為保證數據為正態分布,實際計算時先將數據轉換為對數,此時由于數據

離差變小,在剔除野值后,基本都能保證為正態分布。為進行下步計算處理有了理

論保障。

3.6數據排序法:(不考慮野值)

比較簡單、實用所有數據從小到大,按含量排序做圖(含量?縱坐

標,1,2??n含量順序序列----橫坐標)

異常有明顯的一斜率,但數據太多時不適合

3.7累積頻率法:(不考慮野值,在使用時為網格化數據)

目前較為普遍,元素含量高低分級,采用累頻分級方式,分19級,分級頻

率:

0.5-1.2-2-3-4.5-8-15-25-40-60-75-85-92-95.5-97-98-98.8-99.5-100(%

)

異常85-90-95-100(%)和15%

3.8 計算方法

(1)選擇未受礦化或人為污染的背景區樣品50-100件,進行正態分布型

式檢驗,或用逐步剔除法檢驗,直至獲得服從正態分布的母體。計算該正態分布母

體的背景值C0和平均方差S,按公式:

CaC0±KS

K為信度系數,選擇信度a0.05時,K1.96; a0.01時,K3; a0.1時,K1.65.

一般選擇K2.

(2)在excel中的計算方法

選擇數據,進行升序排列,在EXCEL中的公式中有計算標準離差的公式

平均值:Xaverage

鍵入:“averageb2:b25” [b2、b25.代表數據所在的行數和列數]

計算出某元素的平均值。離差:δstdevp

鍵入:“stdevpb2:b25” [b2、b25.代表數據所在的行數和列數]

計算出某元素的離差。

首先剔除高值:大于X+3δ的值全部刪除。再算出平均值和離差,再剔除

高值,再算出平均值和離差,在剔除高值,循環至無高值為止。(即中間剔除大于

X+3δ和小于X-3δ的值)最后計算出異常下限:X+2δ.

舉例:剔除高值:大于X+3δ2.8方法

首先選取整列數據(分析結果)

工具條中:數據-篩選-自動篩選-點擊倒三角-自定義-大于-2.8-確定-刪

除高值數據(選中數據右鍵、清楚內容)-點擊全部-顯示,再重復上述操作。

3.9迭代法

考慮到方法的實用性、有效性、易操作,通過幾種方法在工作區的試驗對

比,迭代法確定的背景值及異常下限較低,更有利于突出弱異常。因此,工作區背

景值和異常下限的確定選用迭代法。

迭代法處理的步驟:

①計算全區各元素原始數據的均值X1和標準偏差Sd1;②按X1+nSd1的

條件剔除一批高值后獲得一個新數據集,再計算此數據集的均值X2和標準偏差

Sd2;③重復第二步,直至無特高值點存在,求出最終數據集的均值X和標準偏差

Sd,則X做為背景值C0,X+nSdn根據情況選1.5或2,3做為異常下限Ca。

采用迭代法求出工作區各地球化學元素特征值及各參數(見表1)。

表1 工作區元素地球化學特征值及參數表

元素 均值

(X) 標準偏差

(Sd) 異常下限

(X+2Sd) 異常下限

(X+1.5Sd)

(個數) ≥X+2Sd

(個數) ≥X+2Sd

(%) 迭代

次數

Cu 16.9769 6.83028 30.6375 27.2224 5888 1071 15.39

13

Pb 26.4004 6.25436 38.9091 35.7819 5919 1040 14.94

10

Ag 0.05876 0.016167 0.0910936 0.0830102 5611 1348 19.37

11

Zn 62.0878 17.9671 98.022 89.0384 6049 910 13.08 8

As 4.29365 1.80894 7.91153 2156 30.987.00706 4803

19

Sb 0.447151 0.192886 0.832922 0.736479 5767 1192 17.13

11

Hg 0.013682 0.006728 0.0271379 0.023774 6430 529 7.60 6

Au 0.555449 0.277578 1.11061 0.971817 5780 1179 16.94

9

化探數據是以多元素或多變量為特征的。化探數據處理既研究元素之間

的相互關系,又研究樣品之間的相互關系,前者叫做R方式分析,后者叫做Q方式

分析。分析結果是將數據按變量或按樣品劃分成若干類,使各類內部性質相似而

各類之間性質相異。如果參加分析的數據含有已知類別(如礦或非礦的作用)能起

訓練組作用時,數據處理的結果可給出明確的地質解釋,否則所做的地質解釋就

含有較大程度的推測性。

在特定情況下地球化學數據可能只反映單一的地質過程,這樣的化探數

據是所謂“來自一個母體”的。一般情況是幾種地質過程作用在同一地區,他們

相互重疊或部分重疊,這反映在地球化學數據上就具有“多個母體”的特征。化

探數據處理需要鑒別和分離這些母體,即對化探數據值進行分解,確定出不同母

體的影響在數據中所產生的分量。在確定和分離地球化學母體時常常涉及化學元

素的分布形式,如正態分布或對數正態分布等。

地球化學元素的異常下限值確定是地球化學中重要的問題之一,目前還

沒有一個令人滿意的具有科學依據的計算方法.傳統的化探異常下限值計算是基

于元素的地球化學分布呈正態分布或元素含量在空間上呈連續的變化這一假設

為基礎的,而事實上地球化學元素含量的空間分布是極其復雜的,研究表明,地球

化學景觀可能是一個具有低維吸引子的混沌系統。

3.10 傳統統計方法

傳統統計方法是建立在數據符合正態或者對數正態分布基礎上的,但是

在實際工作當中沒有完全理想的數據服從正態分布或對數正態分布。對于測量數

據不符合正態分布的情況,首要步驟是對所取得的化探數據進行常規的數據處理,

即進行極異常點最高值、最低值的迭代處理,一般采用平均值x±3x均方差S為

上下限迭代剔除,直至無離群點數值可剔除為止,即所有數據全部分布在X一3S

與X+3S之間,即形成背景數據,再以背景值加2倍均方差計算異常下限。

3.11 85%累計頻率法

累計頻率就是一個數值的頻率和比它的頻率高的數值的頻率的總和。設

是不重復的樣本值,。把樣本值小于或等于個樣本的數據的頻率累加,得到小于或

等于的累積頻率。再使用累積頻率85%時的值作為異常下限。

3.12 多重分形法分形

理論以自然界和社會活動中廣泛存在的無序(無規則而具有自相似性的

系統為研究對象,提取出確定性、規律性的參量,揭示復雜事物中新的深刻而定量

的規律。成秋明等認識到傳統的確定地球化學異常方法存在局限性,并從分形的

觀點地球化學背景和異常的形成是兩個獨立的過程認為地球化學背景值和異常

值具有各自獨立的冪指數關系,由此導致了一種多重分形分布[2]。

目前利用分形技術進行地球化學異常下限確定的方法主要有分形一求和

法、含量一面積法、含量~頻數法等,這里采用分形一求和法確定異常下限。分形

求和模型:

r0 1

(1)式中,r為特征尺度;C0為比例常數,D0為一般分維數;NrN≥r為尺度

大于等于r的和數。

設地球化學元素的值, 1,2,? ,N,記: (2) 2代入1,兩邊分別取對數,得

到得到一元線性回歸模型:

logNr-Dlogr+logC3

用最小二乘法求出斜率D的估計量,即為分維數;其散點大致分布在兩段

直線上,采用分段擬合分別求出兩段線性方程,兩段直線的交點為背景與異常的

分界點,即異常下限值。擬合時為盡可能降低人為因素對精確度的影響,這里采用

統計學中距離剩余平方和Eiil,2,3?最小的方法對分段方程進行約束,約束方程

如下:

+

經擬合后各元素雙對數散點圖如圖2

以上擬合結果均通過顯著性檢驗。上述三種方法計算的異常下限值見表l。

表1三種方法計算的托遜工區地球化學異常下限值

單位:Fe:1Or2,Mn、Zn、As為

Mn Fe Zn As

傳統統計方法 1777 4.82 130 86

85%累計頻率法 1658 4.31 114 70

分形求和法 1536 3.98 99 55

3.13 均值標準差法

該法是傳統的計算異常下限的方法,其前提條件是數據符合正態或對數

正態分布,故如果測量數據符合正態分布,求出平均值和標準離差計算異常下限,

之后運用 計算異常下限值,其中根據實際情況取值,一般取值1~3。若測量數據

不符合正態分布,則要對所取得的化探數據進行常規的數據處理,即進行迭代處

理。

迭代法處理的步驟:1)計算全區各元素原始數據的均值()和標準偏差

();2)按的條件剔除一批高值后獲得一個新數據集,再計算該數據集的均值()和

標準偏差();3)重復第二步,直至無特高值點,同時數據服從正態分布或對數正態

分布后,求出最終數據集的均值()和標準偏差(),則做為背景值,根據情況選(1?3)

做為異常下限。

3.14 含量-面積(C-A)分形方法

該方法最早由成秋明等(1994)提出,從分形的觀點認為地球化學背景值和異

常具有各自獨立的冪指數關系,而地球化學的含量以及不同含量所圈定的面積之

間存在冪律關系[2],因此,可以運用含量-面積的這種關系來刻畫地球化學的異

常值與背景值,找到兩者之間的交點,即異常下限。地球化學元素含量-面積的分

形分布如下:

A(C)=KC-D

式中 A?元素含量大于某一值的面積;C?含量;D?分維數;K?系數。

隨著C值的提高,A總是相應的減小,A隨C變化的規律取決于分維數D的大

小。分維數D定量地刻畫了地球化學元素含量分布在該無標度區內的變化復雜程

度。在背景值和異常值范圍,這種變化對應不同的D值,在雙對數坐標圖上將決定

直線段不同的斜率,不同線段所對應的分界值可作為區分背景和異常的臨界值。

3.15面積校正累積頻率法 Area-calibrated Accu-mulat ive-f requency,

ACAF

是謝淑云等人對含量??面積法的一種改進。該方法在進行面積校正后,

選取合適的密度的網格覆蓋研究區域/ 網格數:

()//

其中, 、分別為最大、最小橫坐標, 、分別為最大、最小縱坐標。和分別為

橫向和縱向的網格數, 為網格密度, 為樣品數。計算各個網格元素含量平均值,

并對值進行累計頻率計算, 即選定一組 i 1, 2, ?, n , n 為非空網個數, 。

統計所有網格平均值大于的網格數 , 最后在雙對數坐標下繪制曲線。對曲線分

段進行線性擬合, 擬合直線交點所對應的濃度即為異常下限值。本文通過編制面

積校正累積頻率法方法程序 圖1 計算了銅陵礦區土壤的異常下限值,異常區域

圖使用繪制。

圖1 面積校正累積頻率法程序算法框圖

四、礦床應用實例

4.1新疆某銅礦區化探數據異常下限確定方法對比研究

以新疆某銅礦區為例,研究區主要出露地層為泥盆紀以及石炭紀,巖性為

變質巖系,以花崗片麻巖、石英片巖為主,主要出露巖體為花崗巖及閃長巖,主要

斷層為NW向正斷層,礦區已發現若干銅礦床以及礦化點。數據主要1:50000巖石

地球化學測量,通過等距離對新鮮基巖采樣獲得,選取主要成礦元素研究均值標

準差法、概率紙法(累積頻率法)、含量-面積(C-A)分形法3種方法在確定異常下

限及進行地球化學異常圈定中的應用。

首先考察銅元素的分布,為了檢驗元素的統計頻率特征,采用Q-Q圖對研

究區化探數據進行正態性檢驗。從圖1可以看出,除線段兩端外,Q-Q圖基本呈線

性關系,表明較高值、較低值偏離正態分布。因此在采用均值標準差方法時,采用

迭代法剔除,獲得正態分布(或對數正態分布)條件下的方差與標準差,并計算不

同值時的異常下限值,見表1。

圖1 元素Q-Q圖解

表1 均值標準差異常下限值

項目 平均值 標準差

K1 K2 K3

迭代剔除前 16.9 11.1 28 32.9 50.2

迭代剔除后 15.4 7.5 22.9 30 37.9

圖2可以清晰的顯示不同含量值的累積頻率,選取80%、85%和90%值對應

的含量值為19.4、23.3和26.1ppm。圖3通過將研究區元素進行含量排序,分成

100間隔,計算每一個含量的面積,然后在圖上繪制散點圖,用擬合方法求出無標

度區元素的分維。從圖中可以看出,在含量小的部分,所占整個范圍較大,擬合曲

線較為平坦,分維值為0.17,體現了地球化學背景值,而含量較高的部分,分維值

較大為3.42,體現了地球化學異常部分。從而可以認為的化探數據具有多個分維

數,服從多重分形特征,二者的轉折點可視為異常下限。求出異常下限值為

18.0ppm。分別選擇3種方法確定的異常下限值為30.0(取2)、23.0(頻率取85%)

以及18.0圈定的地球化學異常圖,見圖4。

圖4 不同異常下限值圈定的地球化學異常圖

應用上述3種方法對數據計算確定異常下限。可以初步獲得如下認識:1)

同一元素采用不同方法確定的異常下限存在明顯的差異,元素使用分形方法所獲

得的異常下限最低,而是用均值標準差法以及概率紙法得到的異常下限相對較

高;2)用均值標準差法獲得的異常下限值可以根據實際情況進行獲取,如前者的

K 值選擇,后者的頻率值,也與元素測量數據的分布特征及統計方法密切相關;3)

均值標準差法所獲得異常下限要求數據具有正態分布或對數正態分布特征,如果

沒有,需通過迭代剔除或其他方法進行原始數據處理,而其他兩者沒有這個前提

條件;4)分形方法充分利用地球化學場元素的分布規律特征,分形圖解直觀的反

應了背景值與異常值的關系,用分維度量了不同背景下的元素分布特征,并且充

分利用了原始數據,沒有進行剔除處理,因此,從這點上來講更加接近地質事實,

見圖4,圖4A異常范圍較廣,包含了所有的已知銅礦點,因此在該區研究中,從已

知礦點的吻合情況看,該方法地質事實相對更加吻合。但是,異常下限較低一定程

度上也可能為地質單元的地球化學背景的反映,給異常查證帶來一定程度困難。

結論:

異常下限的確定對于圈定地球化學異常至關重要,是勘查地球化學數據

處理的重要環節。本文運用均值標準差法、概率紙法以及分形方法對1∶50000

數據異常下限計算,分別獲取了不同方法的異常下限值,探討了不同方法之間的

差異及應用條件。從本研究區來看,分形方法確定的下限值相對其他要低,而傳統

的均值標準差法較高。總之,研究區采用分形方法確定異常下限從數據應用及異

常反應等角度來看更合理。確定異常下限要在考慮地球化學數據分布特征的前提

下,結合數據來源、取樣介質以及地質環境的差異,真正在盡量不漏礦的情況下,

縮小異常面積,合理的圈定地球化學異常。

4.2 多重分形方法識別銅陵礦區土壤中的地球化學異常

根據面積校正累積頻率法分形含量-面積法數據處理流程, 確定研究區

土壤中的異常下限值。土壤含量的統計數據見表1 , 將計算的含量頻率在坐標

中投點, 可以看出明顯近似于雙直線關系圖2 。用最小二乘法擬合為兩段直線,

相應的直線方程為:

lnC - 0.3055+3.8358, - 2.5275+ 4. 3571。

圖2 銅陵礦區土壤中元素含量-頻數關系

作為鉛鋅礦的伴生元素, 受表生作用和成土作用在礦床礦區及周邊地區

濃度較高, 又通過開發及相關活動向土壤遷移。研究表明, 銅陵礦區的土壤中分

布受礦床影響程度較高。由圖3 可見, 分形方法圈定的異常區覆蓋了25 個礦點

中的11個礦點, 還有6個礦點位于異常區附近的500 m范圍內, 表明鉛-鋅礦與

分形方法圈定的異常區域具有密切的空間相關性。而傳統方法圈定的異常區域則

集中在礦點周圍, 忽略了污染區。事實表明, 銅陵地區存在較普遍的土壤污染。

因此, 分形方法劃定的異常區域更為合理。

擬合直線的相關性判定系數 分別為0.9838 和0.9732, 表明所擬合直

線能較好地反映元素的含量頻率分布曲線趨勢。在元素含量頻率分布曲線上, 兩

段擬合直線的過渡階段并非平滑, 而有明顯突變; 表明該區土壤有! 異常- 正

常?臨界點,即具異常下限值。兩直線交點所對應的含量為1.687 mg/ kg, 即為

本區土壤的異常下限值。而基于傳統的平均值加兩倍標準離差法計算的本地區土

壤的異常下限值為3.434 mg/ kg。根據兩種方法計算結果值圈定的本礦區土壤

的異常如圖3。

分形方法所得的異常下限值遠大于該區的背景值, 且略大于國家三級標

準, 說明異常區均為超標污染區。同時, 分形方法計算結果又小于傳統方法, 故

由其確定的異常區包含了更多的污染信息。

圖3 銅陵礦區土壤中Cd 異常分布圖

由此可知:

1 銅陵礦區土壤Cd 的含量??頻率在對數坐標系中呈明顯的雙直線趨勢;

正常值與異常值間有明顯的轉折, 所得異常下限較為明確。

2 面積校正累積頻率所確定的銅陵礦區土壤Cd 異常下限為1. 687 mg / kg。

用該值劃定的異常區域包含了更廣泛的污染區域, 與潛在污染因素鉛鋅礦點 礦

化點 有較為密切的空間相關性, 更為合理有效。

4.3化探找金中背景值異常下限確定及異常評價問題的探討

用平均值及平均值加上2-3 倍均方差確定背景與異常下限存在的問題

背景值與異常下限的確定方法很多,主要有圖解法和計算法, 工作中一般多采用

后者。 這是因為計算機的普遍使用, 計算起來方便、快速、準確. 大家知道, 利

用算術平均值作為某元素的背景值及以此來計算異常下限的前提是。該元素必須

屬于正態分布, 但事實上, 金在地表的分布通常是正向偏斜或負向偏斜的。若用

算術平均值來計算背景值與異常下限就未必合適, 這是因為, 算術平均值盡管

是某一元素豐度的良好估計量, 但不一定是該元素最常見濃度眾數 的良好估計

值。幾何平均值在數值上小于算太平均值, 它降低了樣品中某些高含量的顯要性,

因此, 人們通常用幾何平均值來逼近元素的背景值. 但用傳統的霍克斯和韋布,

1962平均值加上2-3倍均方差來計算背景與異常下限, 有時也是失敗的。圖1a

為模擬25平方公里區域化探金的原始數據, 因為數據是正向偏斜的, 故先將這

批數據進行對數變換即取以10 為底的常用對數。

然后再計算其算術平均值為0.5893.88 ppb,亦即幾何平均值, 均方差為

0. 222,按平均值加上2 倍均方差 0.589+ 2×0.222 計算的異常下限為1.0334 ,

即108ppb。顯然, 這一數值大于全區所有的數據, 對于這種情況, 一是采用逐

步剔除的方法; 二是綜觀全區, 進行模式辯認, 觀察元素含量的分布是否具有

某種空間規律. 仔細觀察圖1 中的數據就會發現, 右上角的10個數據可視為異

常,它們明顯高于其它部位金的含量。

通過對以上問題的總結和探討, 主要有以下幾點認識:

l、金的背景值及異常F限的確定不同于其它微量元素, 根據金元素的分

布、分散情況按X 士35或按X 士25逐步剔除,用3 倍均方差剔除的, 求異常

下限時所加均方差的倍數一般小于2;用2倍均方差剔除的, 一般都大于2。

2、金異常的評價參數應選擇一些相對穩定的變量進行統計, 排序時一定

要將每個參數的序次規格化。然后再相加, 確定最后的總序次。

五、結語

地球化學,是一門獨立的科目,也是固體礦產勘查資料來源之一,學好地

質不得不了解地球化學并且借助地球化學方法幫助我們更好的完成地質工作。然

而必須指出,我們要正確理解和處理理論地球化學和應用地球化學二者的關系。

理論地球化學重點在基礎,應用地球化學重點在應用。基礎促進應用,應用充實基

礎,二者互為補充、相互促進。應用基礎研究則是聯系二者的橋梁和紐帶。應用

地球化學研究固然必須充分體現其實際效果,同時也要不忘回歸于應用基礎研究,

總結取得實效的原因,提出進一步探索的方向,不斷深化和開拓,向著可持續發展

的目標邁進。應用地球化學這門課程對于我們來說是一門輔助課程不過也是一門

技術,不管是化探工作的展開,還是化探成果的解讀對于我們來說都是一個陌生

的領域,所以,學習化探的路還有很長,我將繼續學習下去。感謝張老師的認真教

誨,在您的課堂上我學到很多很多,這讓我對化探有了一個新的認識和看法,重新

定義了化探在我腦子里的印象。辛苦老師在課時不多的情況下給我們上了這么多

知識,還附加了礦床學的內容,為我們明年礦床學課打好鋪墊,做好基礎。在認真

學習課堂知識之外,還不忘老師給我們講實踐,講工作上的一些情況,實踐中的注

意事項,單位上的一些工作要求,這更增加了我們對專業,對知識的感性認識,謝

謝張老師,謝謝您的教學,從您身上我學會了認真,學會了負責,懂得態度的重要

性,謝謝!

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