不同化探數(shù)據(jù)處理方法的對比研究

（四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局二零七地質(zhì)隊，四川 樂山614000）

本文以江西大浩山金礦1∶1萬土壤化探數(shù)據(jù)中的Ag、Au、Cu、As元素為例，采用傳統(tǒng)統(tǒng)計方法、趨勢面法和含量-面積法計算的異常下限或篩選的異常進行對比分析，以確定適用于該區(qū)的化探數(shù)據(jù)處理方法，然后進行異常圈定，以指導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，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。印支運動，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，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、閃長玢巖脈和煌斑巖脈產(chǎn)出（圖1）。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖

2 化探數(shù)據(jù)處理方法

2.1 傳統(tǒng)統(tǒng)計法

運用傳統(tǒng)統(tǒng)計法的一個重要前提是元素含量數(shù)據(jù)服從正態(tài)或者對數(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)基本上沒有。如果數(shù)據(jù)不符合正態(tài)或者對數(shù)正態(tài)分布，就必須對化探數(shù)據(jù)進行處理，處理方法一般是采用以平均值（X）+3*標準偏差（S）為上闕值，以平均值（X）-3*標準偏差（S）為下闕值，進行迭代剔除，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倍標準偏差[2]。

2.2 趨勢面法

趨勢面法將地球化學數(shù)據(jù)分為區(qū)域性變化、局部性變化和隨機性變化三部分，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，隨機性變化是隨機因素造成的[3]。這樣化探值就被分解為3 部分:Zi=Ti+Ni+Ei，其中:Zi為觀測值，Ti反映區(qū)域性變化，Ni反映局部的變化，Ei為隨機性變化部分。首先要將局部性變化Ni從觀測值中分離出來，然后從局部性變化Ni 中分出隨機性變化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)預處理：實際工作中多用低值總體累計頻率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值都用臨界值代替[4]；②趨勢提取過程：對預處理后的數(shù)據(jù)用Sufer軟件進行趨勢面計算，得到殘差值。③計算異常值：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。

所謂分形是整個事物的一個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)計意義上的相似性[10]。分維數(shù)是一個描述這種自相似性的參數(shù)。分形分布的特點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,將觀測數(shù)據(jù)〔(N(r1),N(r2),…,N(rn))和(r1,r2,…rn) 〕轉(zhuǎn)換為以10為底的對數(shù)后，繪制雙對數(shù)散點圖，如果其散點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對應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)換對數(shù)，繪制成Lgr-LgN(r)雙對數(shù)散點圖，最后用Grapher 擬合直線，求得分維數(shù)和分界點含量值，以第二個分界點對應的含量值為異常下限（表）。4種元素Lgr-LgN(r)關(guān)系圖見圖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種元素地球化學場具有多重分形的結(jié)構(gòu)特征[12]。

傳統(tǒng)統(tǒng)計法與含量-面積法異常下限對比表

3 不同方法的效果對比

3.1 不同方法確定的異常下限對比

由于趨勢面法只能得到異常值，無法確定異常下限，所以只能將傳統(tǒng)統(tǒng)計法與含量-面積法進行對比。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)計法小。其原因是傳統(tǒng)統(tǒng)計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，從而導致計算的背景值偏高。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，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比和認識

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)計法未表現(xiàn)出來的低異常，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。趨勢面法圈出的異常與傳統(tǒng)統(tǒng)計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斷裂展布。傳統(tǒng)統(tǒng)計法與含量-面積法比較：含量-面積法計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)計法未表現(xiàn)出來的低異常，避免漏掉與礦化有關(guān)的弱異常。趨勢面法圈出的異常與傳統(tǒng)統(tǒng)計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)計法未表現(xiàn)出來的低異常。

圖4 Au元素不同方法異常對比圖

從圖6中可以看出，傳統(tǒng)統(tǒng)計法和趨勢面法圈出的As元素異常形態(tài)和分布基本一致，只是傳統(tǒng)統(tǒng)計法圈出的異常面積稍大于趨勢面法圈出的異常面積。傳統(tǒng)統(tǒng)計法與含量-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)計法未表現(xiàn)出來的低異常。

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-面積法計算的異常下限均比傳統(tǒng)統(tǒng)計法低很多，趨勢面法雖不能計算異常下限，但從圈定的異常面積來看，趨勢面法圈出的異常值均比含量-面積法高。趨勢面法圈出的Cu元素異常與含量—面積法較為相似，只是趨勢面法圈出的Cu元素異常面積比含量—面積法的略小，比傳統(tǒng)統(tǒng)計法的異常面積大，說明趨勢面法也是考慮了地球化學數(shù)據(jù)的空間分布特征；其余三種元素的異常是趨勢面法與傳統(tǒng)統(tǒng)計法相似，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，原因之二是趨勢面法與傳統(tǒng)統(tǒng)計法在原理上都有地球化學場為光滑的連續(xù)曲面這一相似點。另外，趨勢面法和傳統(tǒng)統(tǒng)計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于含量—面積法偏高。

趨勢面法與傳統(tǒng)統(tǒng)計法在原理上具有相似點，在經(jīng)過趨勢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，趨勢面法圈出的異常與傳統(tǒng)統(tǒng)計法相似，相反，趨勢面法圈出的異常會與含量-面積法相似，這時得到的異常值就比傳統(tǒng)統(tǒng)計法低得多。無論哪種情況，趨勢面法得到的異常值都存在偏高現(xiàn)象，同樣會丟失跟隱伏礦體有關(guān)的弱異常信息。但與傳統(tǒng)統(tǒng)計法比較具有一定的優(yōu)越性，趨勢面法的背景值是變化的，在區(qū)域上不采用同一標準，從這點來看，趨勢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)計法、趨勢面法相比，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，但會給異常查證帶來困難。綜合地球化學場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)，其圈定的異常對大浩山金礦兆吉溝礦段外圍的找礦工作更具指導意義。另外，通過不同化探數(shù)據(jù)處理方法的對比，筆者認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行不同化探數(shù)據(jù)處理方法之間的對比對找礦工作至關(guān)重要。

圖5 Cu元素不同方法異常對比圖

圖6 As元素不同方法異常對比圖

4 結(jié)論

通過前述分析，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-面積法計算的異常下限均比傳統(tǒng)統(tǒng)計法低很多，趨勢面法雖不能計算異常下限，但從圈定的異常面積來看，趨勢面法圈出的異常值均比含量-面積法高。

由于研究區(qū)地球化學場數(shù)據(jù)并不符合正態(tài)分布，即使經(jīng)過取常用對數(shù)處理，仍不符合正態(tài)分布，其所確定的異常下限仍然會偏高，所以傳統(tǒng)統(tǒng)計法會丟失跟礦化有關(guān)的弱異常信息。

研究區(qū)地球化學元素含量數(shù)據(jù)具有明顯的多重分形分布特征，通過與研究區(qū)地質(zhì)特征對比，認為含量-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行不同化探數(shù)據(jù)處理方法之間的對比，對找礦工作至關(guān)重要。