一种确定地球化学异常下限的简便方法.pdf

2 0 0 1 年第2 9 卷第3 期 V o l . 2 9 , No . 3 , 2 0 0 1 地质地球化学 GEOL OGY- GE OC HEMI S TRY 文章编号 1 0 0 8 - 0 2 4 4 2 0 0 1 0 3 - 0 2 1 5 - 0 6 一种确定地球化学异常下限的简便方法 龚庆杰， 张德会， 韩东星 中国地质大学， 北京 1 0 0 0 8 3 摘要 本丈从地球化学场元素的分布形式出发， 探讨了理论分布形式的孩率与合贡双对毅坐标图示特征， 从而提出了一种确定地球化学异常下限的简便方法。将该方法应用于湖南柿竹因鸽多金属犷区. 效果显若。 关挂词 地球化学场; 异常下限; 分形; 神竹困 中圈分类号 P 6 3 2文故标识码 A I 传统地球化学异常下限的确定方 法 地球化学异常下限的确定是勘查地球化学 的一个基本问题， 也是勘查地球化学应用于矿产 勘查时决定成败的一个关键性环节。2 0 世纪5 0 年代以来， 地球化学家基本认为元素在地球化学 场中的分布接近正态分布或对数正态分布。因 此， 传统地球化学异常下限的确定方法是统计勘 查地球化学数据， 检验其是否符合正态分布或对 数正态分布， 如果不符合， 则剔除部分异常数据， 通常是元素的高含量数据， 直到数据符合正态分 布或对数正态分布为止。对于符合正态分布或对 数正态分布的数据， 计算得到其平均值 C 和标 准离差 a ， 然后对全部数据进行异常筛选和评 价。一般是以平均值与2 倍标准离差之和作为地 球化学异常下限 C十 2 a ， 根据具体情况也有采 用己 1 . 5 a 或己 3 。 作为异常下限值的。我国 目 前使用的地球化学勘查标准中规定的异常下限 是 乙 2 a [ 1 1 . 上述传统地球化学异 常下限的确定方法以 元 素含量数据服从正态分布或对数正态分布为前 提， 但新的研究表明元素的地球化学分布并不局 限 于正态分布或对数正态分布 [ 1 .2 1 。 此外， 异常 下限的确定具有一定的可变性， 即可采用平均值 汇 与1 . 5 2 或3 倍标准离差 。 作为异常下限。 本文介绍的地球化学异常下限的确定方法并不局 限于数据符合正态分布或对数正态分布， 因此不 需要对数据进行分布检验及剔除部分数据等繁琐 的操作， 且异常下限的确定比较明确。 收猜日期 2 0 0 1 - 0 5 - 2 8 基金项目 国家自然科学基金 4 9 6 3 3 1 2 0 ; 国土资探大调查项目 7 0 0 0 2 0 1 0 8 0 3 0 5 6 ; 国土资禅部项目 2 0 0 0 4 0 1 , 第一作者简介 龚庆杰〔 1 9 7 2 一 . 男. 博士， 主要从事地球化学动 力学方向的研究。 2 地球化学场元素的分布形式 为了引出确定地球化学异常下限的新方法及 对比传统方法与新方法的差别， 我们有必要对地 球化学场元素的分布形式进行简要分析。 2 0 世纪5 0 年代以来， 许多地球化学资料表 明 ① 地球化学场中常t元素含量数据服从正态 分布， 而微量元素含盘数据服从对数正态分布; ② 由多次地球化学作用盈加而形成的含量数据符合 正态分布， 而由 单一地球化学作用形成的含里数据 服从对 数 正态分布 [ 3 1 。 这类资料将地球化学场元 素的分布形式确定为正态分布和对数正态分布。 2 0 世纪8 0 年代以来， 随着分形科学的发展， 许多地球化学家认为地球化学场的元素分布具有 标度不 变性， 即服从分形分布[[ 4 1 。同时也意识到 传统地球化学异常下限确定方法的局限性， 并提 出了许多利用分形确定地球化学异常下限的方 法[ 1 ,2 , 5 ,6 1 。 地球化学场元素含最分形分布的机制 也 得到了 深人的 研究 [[ 7 ,8 1 。 这类资料将地球化学 场元素的分布形式确定为分形或多重分形分布。 A ll e g r e [2 1 对地球化学场元索的 分布形式进行 了系统的分析， 将地球化学场元素的分布划分为 两大类和四个亚类 正态和多模式分布， 分形和多 重分形分布， 并对其形成机制进行了详细的研究， 指出 正态和多 模式分布对应于混合作用占 主导地 位的地球化学过程， 而分形和多重分形分布对应 万方数据 地质地球化学 2 0 0 1年 于分异作用占 主导地位的地球化学过程。 通过上述分析可以发现， 地球化学场元素分 布形式的不同是由不同的数据分析方法和表现形 式造成的。正态分布、 对数正态分布及多模式分 布通常采用频率 f 与含量区间 C11 / 2 间距 的直方图形式进行数据分析和表示， 而分形分布 及多重分形分布通常采用双对数坐标图形来表示 数据分析结果。为了使数据分析方法和图示形式 一致， 本文将正态分布、 对数正态分布及多模式分 布采用频率U 与含量 之c 的双对数坐标图形 来进行分析和表示， 从而发现了一种简便的确定 地球化学异常下限的方法。 3 频率与含量的理论分布模式及异 常下限的确定 本节从频率与含量在双对数坐标中的表现 图形来认识正态分布、 对数正态分布及多模式分 布， 进而在上述分布中加人若千异常高含量值， 从 而确定一种新的划分地球化学异常下限的方法。 图1 中a 0 是由1 0 0 个介于0 到1 间 0 . 0 3 一 0 . 9 6 的模拟元素含最数据组成的正态分布直方 图， 其平均值C 0 . 5 , 标准离差。 0 . 2 。图1 a l 是采用频率与含最在双对数坐标中的表现形式。 其具体计算方法是 将含最数据从最小值 0 . 0 3 到最大值 0 . 9 6 按 e 为底的指数等分为若干值， 分别统计大于或等于某一含量 己 的数据在总数 据中的频率 f 。图 1 a l中横坐标为含里 C ， 纵坐标为频率 f 。图1 a 2 为图1 a 0 中1 0 0 个数据另加5 个高含最异常值 1 . 3 5 一1 . 7 6 共计 1 0 5 个数据的频率与含t在双对数坐标中的表现 形式 图1 元素分布类型的直方图与双对数坐标图 示关系。 F i g . 1 . H i s t o g r a m o f e l e m e n t d is t r i b u t i o n t y p e s i n re l a t i o n w i t h I g - l g p l o t s 图1 中b 0 是由1 0 0 个介于0 到1 0 间 1 . 0 7 - - 9 . 1 2 的模拟元素含量数据组成的对数正态分 布直方图， 若将这 1 0 0 个含量数据取对数后作直 方图则正是图1 沁。其对数平均值 C 0 . 5 所对 应的含量为3 . 1 6 ， 对数标准离差。 0 . 2 对应反对 数为1 . 5 8 。图 1 b l 是采用频率与含量在双对数 坐标中的表现形式。图 1 b l中横坐标为含量 C ， 纵坐标为频率 f 。图 1 b 2 为图 1 b 0中 1 0 0 个数据另加5 个高含最异常值 1 5 . 4 一2 4 . 5 共计 1 0 5 个数据的频率与含且在双对数坐标中的 表现形式。 图1 中c o 是由图1 b 0中1 0 0 个数据叠加介 于5 . 2 5 一9 . 5 4 间服从正态分布的2 0 个数据 c” 7 . 5 1 , a 1 . 1 1 ， 共计 1 2 0 个数据的直方图， 即以 对数正态分布为主导 叠加一次要正态分布的多 模 式分布。图1 c l 是采用频率与含量在双对数坐 标中的表现形式， 其横坐标为含量 C ， 纵坐标为 频率 f 。图1 c 2 为图1 b 0 中1 2 0 个数据另加5 万方数据 第 3期龚庆杰等 一种确定地球化学异常下限的简便方法 咖10010 1 0 0 .0 嗜 t0o10 - - o， I t 团目t o 00， 认t认 曰. 砂10010 t o o l o c o 呼f0010 000 8怕t -‘J J山， “L， 书 一 一曰 1 0 以 】 1 0 0 1 以目 001001 个高含量异常值 1 5 . 4 一2 4 . 5 共计 1 2 5 个数据的 频率与含量在双对数坐标中的表现形式。 从图1 a l 中可以看出， 在频率与含A双对数 坐标中， 具正态分布模式的曲线存在一个明显的 拐点， 可以将曲线划分为两段， 第I 段近似为一水 平直线， 第n 段亦近似为一直线。两直线间过渡 明 显。如果正态分布中存在高异常数值时， 整个 曲线可明显划分为三段， 如图 1 a 2 所示， 其中第 m 段即代表异常， 因此异常下限可确定在第II 段 与第m 段的分界点处。该异常下限较传统方法确 定的异常下限较大。 从图1 b 1 中可以看出， 在频率与含t双对数 坐标中， 具对数正态分布模式的曲线也存在一个 拐点， 但其位置不太明显。根据拐点也可以将曲 线划分为两段， 第工 段稍偏离水平直线， 第II 段与 第I 段之间为渐变过渡关系。如果对数正态分布 中 存在高异常数值时， 整个曲线可明显划分为三 段， 如图 1 b 2 所示， 其中第m 段可与第II 段明显 区分开， 第m 段即代表异常， 因此异常下限可确定 在第II 段与第m 段的分界点处。 该异常下限也较 传统方法确定的异常下限较大。 从图1 c l 中可以看出， 在频率与含t双对数 坐标中， 以对数正态分布为主导盈加一次要正态 分布的多 模式分布的曲线也可近似划分为三段， 第I 、 II 段即代表对数正态分布， 类似于图1 b l , 第田 段与第n 段划分明显， 且第m 段代表高值部 分， 主要反映所盈加正态分布的特征， 可以将第m 段与第n 段的分界点视为弱异常下限。该弱异常 下限也较传统方法确定的异常下限大。如果多模 式分布中存在高异常数值时， 整个曲线可明显划 分为四段， 如图1 c 2 所示， 其中第m段可与第W 段明显区分开， 第I v 段即代表异常， 因此异常下限 可确定在第I V 段与第m 段的分界点处。该异常下 限也较传统方法确定的异常下限大。 综上所述， 在频率与含量双对数坐标中， ① 当不存在异常时， 正态分布与对数正态分布模式 的曲线可划分为两段， 二者以拐点是否明显以及 两段间的过渡关系相区分。多模式分布以三段为 特征， 它与对数正态分布加异常的区分在于其第 I 、 n 段较平缓。② 当存在异常时， 第n段与第 m段的分界点即可视为异常下限， 当曲线可划分 为三段以上时 可能对应于多模式分布 ， 为提高 异常下限， 应将第皿段与第I V 段的分界点确定为 异常下限。 00工U 5101 n目， 区目 湘南肺竹目地区 元家分布形式 2 . F l e mmt d i s t ri b u t i o n p a t t e r n s i n a r e a . 阅以h e r aHu mn 即孙胶 4 实例应用 本文以湘南柿竹园钨多金属矿床及其外围 9 0 0 k . 2 的水系沉积物化探数据为例， 运用上述方 法来确定该区元素异常下限， 以检验上述方法的 实用性。元素异常下限的确定如图2 所示。其中 B a , N i 为该区非成矿元素， 掩, S b 为成矿指示元 素或弱成矿 矿化 元素. W , S n , P b , Z n 为典型的 成矿元素。 从图2 的频率与含f双对数坐标分布曲线可 以看出 ① B S b 的分布曲线对应于对数正 态 分 布 加 异 常， 其异 常 下 限 可 确 定为5 0 x 1 0 一 ‘ ; . Z n , P b , S n , W的分布曲线对应于多模式分布 加异常， 其异常下限分别可确定为1 8 0 0 x 1 0 一 ‘ 、 万方数据 2 1 8 地质地球化学 2 0 0 1年 2 2 0 0 x 1 0 一 6 , 7 0 0 X 1 0 一 “ 和1 5 0 x 1 0 - 6 ， 如果放宽 Z n , P b 的异常下限、 则其异常下限分别可确定为 7 5 0 和 9 0 0 X 1 0 一 6 I -， . 7 湘， 口 洲扣1 0 7 1 01 0 7 匕， . 洲扣1 0 7 1 0 1 匀 刀 图1 . A曰 2 . 日J . ，n目、 ， 厂|、 朴竹.洲州 S o 7 0 0 ﹃刁11一。 W 1 s 0 ，自，门 ，.，门 一可1洲 1 9 7 1 0 1 7 万阅 . ， 日 7 3 目 . 1 9 l . 曰 门les|IJeses 群翩| 2 d阳 ︸卜一幻甸 御湘洲幽瑞锄瀚 2 压 阳} 2 n 7 5 0 Z n 2 8 70 2目 3〕加阅匕，{ 羚 一 口口团画 拙目 ‘ 石爪早 卜 妞石.妞 赶竺的 口明 一 ; ，、 口 。。 困 。 。 ， ， 。 困 二 云 ， 。 ， 口 。 R t p R a 口 。 . 下 ， 上 。 国 。 ， 。 。 回 ， ， 0 . . . R 9 石皿‘下 位日冰. 却月暇 .月口 艘 月 .. . ，.﹄种 函吵沙沙 困曰口乙 图3 神竹园地区地质略图及元素地球化学异常图 F i g . 3 . G e o l o g i c a l s k e t c h m a p o f t h e S h iz h u y u a n a r e a a n d d i a g r a m s o f e l e m e n t g e c c h e m i c a l a n o m a l i e s 万方数据 第 3期龚庆杰等 一种确定地球化学异常下限的简便方法 按照本文介绍的异常下限的确定方法， 图3 表示了该区区域地质图和 W, S n , P b , Z n的地球 化学异常图， 其中Z n 的异常下限分别采用1 8 0 0 X 1 0 - 1 和7 5 0 x 1 0 - 6 以 及用传统方法 确定的异常 下限2 8 7 x 1 0 - 6 按对数正态分布， 原9 6 1 个数据， 剔除后剩余8 7 0 个数据， 对数平均值和标准离差分 别为2 . 0 1 2 和0 . 2 2 3 ， 按平 均值和2 倍标准离差之和 确定的 异常下限为2 8 7 x 1 0 一 “ 以 进行对比。 从图3 可以看出， 该区北东部发育有燕山期 千里山花岗岩体， 北西部发育有印支期王仙岭花 岗岩体， 在两岩体中部发育有燕山期天字号和玛 瑙山 小型花岗闪长岩体[1 9 1 . W异常分布在千里 山 花岗岩体和两个小型岩体的外围， 在王仙岭岩 体的内部断裂发育处也存在有W异常。S n 异常 与W异常基本相似， 围绕千里山岩体展布， 不同 之处表现在干里山岩体的南部存在有 S n异常。 P b 与 Z n 异常分布在 W与S n 异常的外围。这种 异常分布与该区的成矿特征相当吻合。 被誉为世 界有色金属博物馆的柿竹园钨多金属矿床正位于 千里山岩体的东南端凹陷部位， 多金属矿化分带 现象明显， 自 岩体向外依次为W , S n , M o , B i 矿化 带 P b , Z n 矿化带 ”掩, H g , S b 矿化带〔 1 0 , 11 。 千 里山岩体北东部外围的P b , Z n 异常从西向东北 依次与蛇形坪、 百步窿、 横山岭、 柴山、 野鸡尾矿床 相吻合。千里山岩体南部的S n , Z n 异常正是红 旗 岭锡 伴生铅、 锌 矿 床所 在的 位置[ 1 1 1 如果将Z n 异常下限确定在7 5 0 x 1 0 - 6 ， 则异 常带将包含柿竹园矿床的整个矿化带， 有利于迅 速确定矿化所在区域， 但不利于揭示矿床所在位 置。因此该异常下限代表了较弱的异常区域， 可以 认为是局部区 域的高背景。 按传统方法确定的Z n 异常下限为2 8 7 x 1 0 一 6 ， 其异常分布范围则更大。 综上所述， 采用频率与含量的双对数坐标图 示法所确定的异常下限在柿竹园地区实用、 可靠。 该方法所确定的异常下限较传统方法确定的异常 下限偏高， 可以缩小异常查证和评价的范围， 但又 不会漏掉实质性的异常， 且计算方法简便， 异常下 限明确， 因此该方法具有一定的使用价值， 值得进 一步验证和研究。 5 讨论 本文介绍的确定异常下限的方法实质上是一 种分形与多重分形的表示方法， 用该方法确定异 常下限是具有一定理论根据的。龄崇文院士指出 地质系统在混沌边缘分形生长及大型矿床和成矿 区 带 在混沌边缘， 体系处于自组织临界状 态[ 7 , 8 1 。该理论表明地球化学场背景的形成和矿 致异常的形成均是一种自组织临界过程， 服从幂 律分布。因地球化学场背景和异常的形成机制不 同， 故将具有不同的分形标度， 是多重分形， 因此 可以利用分形标度的不同来确定地球化学场元素 的异常下限。 本文介绍的确定异常下限的方法与传统方法 相似， 二者均不考虑地球化学场元素的空间分布 特征， 而实质上地球化学场元素的分布具有明显 的空间变化特征。Q iu tn in g C h e n g [5 .6 1 、 李长 江[ 1 1 、 施俊法 [ 1 z 〕 等 提出了 考虑元 素空间分布特征 的含且一 面积、 周长一 面积、 含量一 距离等相关分 形模式用来确定异常下限， 且取得了较好的效果。 本文提出的方法不考虑元素的空间分布特征， 这 是一个遗憾， 但该方法的优点在于计算方法简单， 又优于传统方法， 因此也具有一定的实用性。 参考文献 李长江， 麻土华. 矿产勘查中的分形、 混沌与A N N [ M]北京 地质出版社, 1 9 9 9 . 1 一 1 4 0 A l l e g r e C J , L e w i n E . S c a l i n g l a w s a n d g e o e h e m i c a l d i s t r i b u t io n s 阮天健， 朱有光. 地球化学找矿[ M〕 北京 地质出 版社, 1 9 9 0 [ J 1 . E a r t h a n d P l a n e t a r y L a ws , 1 9 9 5 , 1 3 2 1 一1 3 1 -2 8 6 T u r c o t t e D L 1 5 2 8 一1 5 3 2 A f r a c t a l a p p r o a c h t o t h e r e l a t i o n s h ip b e t w e e n o r e g r a d e a n d t o n n a g e [ 1 1 6 软 成叹、 ，1 9 8 6 , 8 1 [ 5 ] Q i u m i n g C h e n g , A g t e r b e r g F P , B a l la n t y n e S B . T h e s e p a r a t i o n o f g e o c h e m i c a l m e t h o d s [ 1 ] . J o u r n a l o f G e o r h e m i c a l E x p l o r a t io n , 1 9 9 4 , 5 1 1 0 9 - - 1 3 0 . f r o m b a c k g r o u n d b y f r a c t a l [ 6 ] Q i u m i n g C h e n g . T h e p e r im e t e r - a r e a f r a c t a l m o d e l a n d i t s a p p li c a t io n t o G e o lo g y [ 1 1 6 e u l o g y , 1 9 9 5 , 2 7 6 9 - - 8 2 . [ 7 1 1ic Tq文. 大型矿床和成矿区 带 在混沌边缘[ 1 1 . 地学前缘, 1 9 9 9 , 1 8 5 - 1 0 2 ; 2 1 9 5 - 2 3 0 万方数据 2 2 0地质地球化学2 0 0 1 年 [ 8 3 r-崇文. 地质作用的自 组织临界过程动力 学一地质系统在混沌边缘分形生 长[ J ]地学前缘, 2 0 0 0 , 1 1 3 - 4 2 ; 2 5 5 5 一5 8 6 . [ 9 l 童潜明 伍任和 彭季来 等. 梆桂地区钨锡铅锌金银矿床成矿规律[ M ] . 北京 地质出版社. 1 9 9 5 . 1 一 9 8 - [ 1 0 1 毛景文， 李红艳， 宋学信， 等. 湖南 柿竹园 鸽锡tuw多金属矿床地质与地球化学「 Ml . 北京 地质出版社, 1 9 9 8. 1 一 2 1 5. 工 1 月龚庆杰_ 超临界地质流体及其成矿作用实 验研究一以柿竹园钨多金属矿床为例〔 D ] . 北京 中国地质大学， 2 0 0 0 . 1 一5 9. [ 1 2 ] 施俊法. 地球化学异常的空间分形结构 理论与应用[ D ] . 北京 中国地质大学2 0 0 0 , 1 - 6 6 A S I M P LE M ETHOD TO DET ERM I NE THE LOW ER LI MI T OF EL E ME NT GEOC HEMI C AL ANOMALI E S G o n g Q i n g j i e , Z h a n g D e h u i , H a n D o n g y u C h i n a U n i v e r s i t y o f C e o a c i e n c e s , B e ij i n g 1 0 0 0 8 3 T h i s p a p e r d i s c u s s e s t h e t h e o r e t i c a l d i s t r i b u t i o n s o f e l e m e n t s i n t h e g e o c h e m i c a l fi e l d a n d t h e i r c h a r a c - t e r i s t i c s i n l g - l g p l o t s f o r e le m e n t c o n c e n t r a t io n - f r e q u e n c y r e la t i o n s h i p a n d t h e n p ro p o s e s a s i m p l e m e t h o d t o d e t e r mi n e t h e l o w e r l i m i t o f e l e m e n t g e o c h e m i c a l a n o m a l i e s . T h e m e t h o d w a s a p p l i e d t o t h e S h iz h u y u a n t u n g s t e n - p o l y m e t a l l i c o r e d i s t r i c t i n Hu n a n P r o v i n c e , a n d h a s b e e n p rov e d e f f e c t i v e b y t h e c o in c i d e n c e b e - t w e e n t h e z o n e s o f a n o ma l i e s a n d t h e l o c a t i o n s o f d e p o s i t s . K e y w o r d s ; g e o c h e m i c a l f i e l d ; l o w e r l i m i t o f a n o m a l ie s ; f r a c t a l ; S h i z h u y u a n 万方数据