区域化探数据处理中几种异常下限确定方法的对比——以内蒙古查巴奇地区水系沉积物为例（戴慧敏,宫传东,鲍庆中,孙中任,尤宏亮,金鑫,高飞《物探与化探》2010.6）.pdf-_矿业文库_煤矿文库_有色文库_金属矿山文库_矿山安全_煤矿安全_采矿技术措施

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书书书第３４卷第６期物探与化探Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．６２０１０年１２月ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＡＬ＆ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮＤｅｃ．，２０１０区域化探数据处理中几种异常下限确定方法的对比以内蒙古查巴奇地区水系沉积物为例戴慧敏１，宫传东２，鲍庆中１，孙中任１，尤宏亮１，金鑫１，高飞１（１．沈阳地质矿产研究所，辽宁沈阳１１００３４；２．沈阳市东陵区安全生产监督管理局，辽宁沈阳１１００００）摘要采用传统统计、稳健估计、８５％累计频率和多重分形确定异常下限的计算方法，对查巴奇地区水系沉积物数据进行统计计算，对取得的异常下限结果进行了对比。同一元素采用不同方法确定的异常下限存在明显的差异，采用８５％累计频率法除铅异常下限略低于多重分形法得到异常下限外，其他１１个元素异常下限最低；各个元素采用其他三种方法确定的异常下限没有固定的规律性。这种结果与元素测量数据的分布特征及使用的统计方法密切相关，通过与研究区地质特征对比认为，多重分形法确定的异常下限更适合于本研究区，累计频率法确定异常下限虽然较少遗漏低缓弱异常，在一定程度上为地质背景的地球化学反映。因此，在实际工作中要结合实际地质情况，在充分研究地质背景的基础上，合理地确定了使用的计算方法。关键词区域化探数据；异常下限；传统统计法；稳健估计法；多重分形法；８５％累积频率法中图分类号Ｐ６３２文献标识码Ａ文章编号１０００－８９１８（２０１０）０６－０７８２－０５勘查地球化学方法找矿过程中进行地球化学异常筛选，所用的各种方法的一个共同目，就是确定异常下限，以便研究区根据样品的浓度值进行分类。随着计算机技术的发展及人们对地球化学数据分布特征的认识，发展了多种计算异常下限的方法，如移动平均法、趋势面法、克力格法、概率格纸法和均值加标准离差法等。这些方法的依据是假定地球化学数据分布是服从正态分布的，当数据不服从正态分布时，前人提出通过一些转换方法，如对数正态变换、平方根变换等，使其尽可能地服从正态分布［１］。地球化学取样和对样品进行的各种化学分析结果常具有不确定性，而且元素在地壳中的分布本身就具有不均匀性和区域随机性，即区域地球化学数据服从“ 重尾分布” ，这种分布也称分形或多重分形特征［１，２］，这些数据即使经过变换处理，仍然不能服从正态分布。因此，适应偏态数据分布的一些更合适及解决不同地质单元间背景差异的统计方法便应用于地质地球化学数据处理中，同时，这些方法在计算过程和结果上在某些条件下有效性相对弱，如对数据有充分的了解且足以确定其分布类型时，传统统计方法相对稳健估计方法具有更强的针对性［３］。笔者将应用于服从正态分布的传统统计方法与适用于偏态分布的稳健估计法、多重分形法、８５％累计频率法计算的异常下限进行对比，以探讨不同方法获得的异常下限之间的区别及意义。１研究区成矿地质概况研究区位于内蒙古自治区与黑龙江省接壤部分，属于大兴安岭山地与松嫩平原过渡区，伊尔施早华力西地槽褶皱带与东乌珠穆沁旗晚华力西地槽褶皱带接触部位，被大兴安岭中生代火山岩带切割，位于兴安地槽褶皱系。大兴安岭火山喷发带东西两侧分别由嫩江八里罕断裂和乌奴耳断裂隔开，断裂两侧分别为嫩江断陷盆地和海拉尔盆地。研究区位于嫩江断裂带的西侧，发育各个时期的ＮＥ压性压扭性构造和ＮＮＷ向脆性断裂，东侧为隆起带与断陷盆地相联结处，为嫩江八里罕断裂带，沿嫩江河谷延伸。区内地质构造复杂，发育前中生代基地构造和晚中生代断陷火山盆地，晚侏罗世的侵入岩、光华期的火山岩、早燕山期和中燕山期的变质岩均有分布（图１），其中地层由老至新为古生界、中生界及新生界。同时，研究区在内蒙兴安岭成矿带（ Ⅱ 级）梨子山鄂伦春大兴安岭华力西期燕山期铁铜钼金铅锌钨成矿带（ Ⅲ级）多宝山阿荣收稿日期２００９－１０－１６基金项目中国地质调查局矿调项目内蒙古查巴奇地区矿产远景调查（矿调［２００４］１０  ２号）６期戴慧敏等区域化探数据处理中几种异常下限确定方法的对比Ｑ第四系地层；Ｋ１ｇ甘河组玄武岩；Ｋ１ｇｎ２光华组二段安山岩英安岩等；Ｋ１ｇｎ１光华组一段沉凝灰岩、凝灰砂砾岩；Ｔ１ｌ老龙头组变安山岩；Ｐ３ｌｎ林西组砂岩；Ｊ３ｋ γ 燕山期碱长花岗岩；Ｊ３η γ 燕山期二长花岗岩；Ｊ１δ ｏ燕山期中粒石英闪长岩；Ｊ１γ ｏ燕山期中粒英云闪长岩；１脉岩（ γ π 花岗斑岩脉； δ μ 闪长玢岩脉）；２实测断裂；３推测断裂图１查巴奇地区地质概况旗华力西期燕山铜钼金成矿带（ Ⅳ级）阿荣旗扎兰屯铜钼金成矿远景区（ Ⅴ级）内。２异常下限确定方法２．１传统统计方法传统的计算异常下限的方法是建立在数据符合正态或者对数正态分布基础上的，故如果测量数据符合正态分布，求出背景值和标准离差计算异常下限。对于测量数据不符合正态分布的情况，计算异常下限的首要步骤是对所取得的化探数据进行常规的数据处理，即进行离群点（最高值、最低值）的迭代处理，一般采用＞Ｘ＋３Ｓ及＜Ｘ－３Ｓ迭代剔除，直至无离群点数值可剔除为止，即所有数据全部分布在＞Ｘ＋３Ｓ与＜Ｘ－３Ｓ间，形成背景数据，以背景值加２倍标准离差为异常下限。２．２稳健估计法稳健估计法是对偏态分布的数据建立更优的数学模型以使估计更为稳健，其性能对模型的微小变化反映不敏感，即当样本中混入少量的异常值时，对统计量的值影响不大。稳健估计的原则是要充分利用观测数据（或样本）中的有效信息。一个稳健的统计过程需要具备以下特征在假定分布形式下，该过程应该具有最优性或接近最优性；当实际分布与假定分布有少许出入时，该过程应该具有一定程度的稳健性，即只允许对结果有稍微的不利影响；当实际分布与假定分布相差很悬殊时，该过程计算的结果不至于产生“ 灾难” 性的影响。在稳健估计学中，位置（ｌｏｃａｔｉｏｎ）及尺度（ｓｃａｌｅ）的估计是两个基本问题，相当于传统统计学中的均值与均方差。位置估计一般包括ａ切尾均值法、Ｈｕｂｅｒ估计和Ａｎｄｒｅｗｓ估计，尺度估计包括中位绝对中位差法和Ｈｕｂｅｒ法，这里使用５％切尾均值法进行位置估计采用中位绝对中位差法进行尺度估计，计算原理及方法如下（１）位置估计Ｘ＝１（１－２ａ）ｎ  ｎｉ＝１ａｉｘｉ，０＜ａ＜０．５，当ａｎ＋１＜ｉ＜ｎ－ａｎ时，ａｉ＝１；当ｉ＝ａｎ＋１或ｉ＝ｎ－ａｎ时，ａｉ＝ｐ；当ｉ＜ａｎ＋１或ｉ＞ｎ－ａｎ时，ａｉ＝０。式中，Ｘ为位置估计；ｘｉ为元素分析结果；ｐ＝１＋ａｎ－ａｎ；ａｎ为ａｎ的整数部分；ｎ为样品总数；ａ＝５％。（２）尺度估计Ｓ＝ｍｅｄ［ｘｉ－ｍｅｄ（ｘｉ）／０．６４５］Ｓ为相对于中位数偏离的绝对值的中位数，即为尺度估计，ｘｉ为元素分析结果。根据上述方法所得位置及尺度，以各元素位置（背景值）加２倍离散尺度（均方差）作为异常下限。２．３多重分形法分形理论以自然界和社会活动中广泛存在的无序（无规则）而具有自相似性的系统为研究对象，提取出确定性、规律性的参量，揭示复杂事物中新的深刻而定量的规律。目前利用分形技术进行地球化学异常下限确定的方法主要有含量周长法、含量面积法、含量距离法、含量频数法等，这里采用含量频数法。设分形模型Ｎ（ｒ）＝Ｃｒ－Ｄ，ｒ＞０，（１）式中，ｒ为元素含量对数，又称特征尺度；Ｃ为比例常数，且Ｃ＞０；Ｄ为元素分维，且Ｄ＞０；Ｎ（ｒ）为含量的３８７物探与化探３４卷对数大于等于ｒ的频数，又称尺度。如果元素服从多重分形分布，则存在如下关系Ｎ（ｒ ≤ Ｔ） ∞ｒ－Ｄ１；Ｎ（ｒ ≥ ａ） ∞ｒ－Ｄ２，（２）式中，Ｔ为区域异常下限。该式表示区域上元素分布在空间上存在层次性特征，即存在背景分形分布和异常分形分布。具体方法是，将研究区的每个元素进行含量排序，按照０．１ｌｇＸ间隔统计样品的频数，在含量和频数的双对数坐标中绘制散点图（图２），用拟合方法求出无标度区元素的分维，式（２）就是含量频数分形计算公式。图２Ａｕ及Ｚｎ含量频数双对数曲线２．４８５％累积频率法累计频率就是一个数值的频率和比它的频率高的数值的频率的总和。设ｘ１＜ｘ２＜＜ｘｍ是不重复的样本值，ｍ＜ｎ。把样本值小于或等于某个样本的数据ｘｉ的频率累加，就得到小于或等于ｘｉ的累积频率。笔者使用累积频率８５％时的ｘｉ值作为异常下限，得到查巴奇地区水系沉积物的异常下限（表１）。表１查巴奇地区水系沉积物数据采用不同方法确定的异常下限值对比统计方法ＡｕＡｇＡｓＢｉＣｕＨｇＭｏＰｂＳｂＳｎＷＺｎ传统方法２．８１７０３６０．９５３５３５４３８２３４１１０稳健估计法１．６１７０．７２０．２６０．５８３４．６８２１．２２２．７５４８．０２１．２３．４５３．５５１１３．７多重分形法３．０１４０２８１３８１８３３０１．３２．５３．６１００８５％累积频率法１．３１１２１２００．４１２８．３１６．２２．２９３１１．０３２．３１２．３５８３注含量单位为ｗ（Ａｕ、Ａｇ）／１０－９，ｗ（其他元素）／１０－６３对四种方法确定异常下限的认识应用四种方法对查巴奇地区水系沉积物数据计算确定异常下限。从表１中看到，同一元素采用不同的方法确定的异常下限存在明显的差异只有铅在使用多重分形法得到的异常下限略低于８５％累计频率法外，其他所有元素使用８５％累计频率法得到的异常下限最低；各个元素间在使用传统统计法、多重分形法和稳健估计法得到的异常下限没有固定的规律，这与元素测量数据的分布特征及统计方法密切相关。地球化学场元素的分布形式可归纳为两大类正态和多模式分布、分形和多重分形分布，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于分异作用占主导地位的地球化学过程［４］。传统统计方法的前提是数据必须处于正态分布或对数正态分布，因此，对于其他分布形式的数据则采取剔除离群点数据直至使数据服从正态分布。离群点数据（＞Ｘ＋３Ｓ及＜Ｘ－３Ｓ）不参与统计，其确定的异常下限值并非由全部数据而只是由背景数据决定，这种方法对度量一般值效果较好；稳健估计法目标旨在地球化学异常评价中对偏态分布的数据总体建立较优的数学模型，以使特异值的影响相对减小，但其５％切尾均值法也存在类似传统方法的缺陷性，从计算式中看到，当ｉ＜ａｎ＋１或ｉ＞ｎ－ａｎ时，ａｉ＝０，即元素含量排序后，这两个区间的数据不参与统计；同时在确定异常下限值使用的参数与传统方法也不同，传统统计方法使用剔除离群数据的Ｘ２Ｓ（或２．５Ｓ）作为异常下限值，稳健估计法是剔除“ 重尾” 数据后使用位置（背景值）加２倍离散尺度（均方差）作为异常下限，在剔除离群点数据或“ 重尾” 数据过程中，两种方法剔除数据量也是不同的。因此，稳健估计法确定的某些元素异常下限比传统方法高，而某些元素比传统方法低。综上所述，基于正态分布及考虑数据偏态分布的异常下限计算方法中，传统方法和稳健估计法原理上有雷同点，分形理论确定异常下限的过程充分利用了所有测量数据，不像传统的只是一个数值；８５％累计频率法同样充分利用了景观区的全部数据信息，将景观区１５％的数据量作为异常数据来评４８７６期戴慧敏等区域化探数据处理中几种异常下限确定方法的对比价，从表中可以看出，除Ｐｂ外的１１种元素累积频率和分形方法确定的异常下限差别明显。元素含量在地质体中的分布及统计方法的原理差异双重因素决定了四种异常下限值的不同。以Ａｕ为例，８５％累计频率和稳健估计法确定异常下限的结果比较接近，多重分析法和传统统计法确定异常下限相对接近，利用四种方法确定异常下限分别作异常图（图３）。从图可以看出，稳健估计法和８５％累频法做出的异常面积明显大于其他两种方法确定的异常，位置及形态基本上覆盖林西组浅变质岩，与矿床分布位置吻合较好，更低程度地遗漏低缓的弱异常，但这两种方法圈定的异常面积较大，给异常查证带来了难度；传统方法和多重分形法确定异常下限得到的异常图异常比较零星、分散，对比地质图可以看出，异常主要分布于林西组砂岩中，研究区北部异常点较多，南部则呈面积分布。图３查巴奇地区四种异常下限Ａｕ异常对比４结论与讨论通过查巴奇水系沉积物异常下限计算，对比传统统计法和稳健估计法，可以得出对数据总体分布有充分的了解且足以确定其分布类型时，稳健估计方法不如传统统计方法具有更强的针对性，有效性相对较差，有些元素运用稳健估计法确定的异常下限比传统方法大，有些却比传统方法小；分形理论确定异常下限时一般分为两段，不像传统的方法只是一个数值，从方法原理看，多重分形法和累计频率法利用了所有测量数据，其计算的异常下限也更具合理性，但是从本研究区来看，累计频率法确定的异常下限相对于其他方法最低，一定程度上为地质单元的地球化学背景的反映，给异常查证带来困难。综合各个元素四种异常下限对比及地质构造分析，研究区采用多重分析法确定异常下限更合理。不同的元素使用不同的方法确定的异常下限值不同，某一方法对于某种元素而言，确定的异常下限值是最低的，能将一些弱异常反映出来，但相反也会给异常查证带来困难；同时，不同的地质单元一般具有不同的地球化学背景，在分布有多个地质单元的地区开展化探工作时，还要考虑地质单元的地球化学背景差异而不能在全区采用统一的异常下限，如采用移动平均法、子区中位衬值滤波法等确定异常下限。因此，在实际工作中计算异常下限首先要考虑地球化学数据的分布模式，其次要与实际地质情况相结合，充分研究数据分布模式和地质背景的基础上，才能确定使用哪种计算方法更合理。参考文献［１］李蒙文，战明国，赵财胜．稳健估计方法在内蒙古新忽热地区水系沉积物测量异常评价中的应用［Ｊ］．矿床地质，２００６，２５（１）２７－３５．［２］孙忠军．矿产勘查中化探异常下限的多重分形计算方法［Ｊ］．物探化探计算技术，２００７，２９（１）５４．［３］王星．非参数统计［Ｍ］．北京中国人民大学出版社，２００５２８．［４］ＡｌｌｅｇｒｅＣＪ，ＬｅｗｉｎＥ．Ｓｃａｌｉｎｇｌａｗｓａｎｄｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＥａｒｔｈａｎｄＰｌａｎｅｔａｒｙＬｅｔｔｅｒｓ，１９９５，１３２１．５８７物探与化探３４卷ＡＣＯＭＰＡＲＩＳＯＮＯＦＳＥＶＥＲＡＬＴＨＲＥＳＨＯＬＤＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮＭＥＴＨＯＤＳＩＮＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬＤＡＴＡＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧＡＣＡＳＥＳＴＵＤＹＯＦＳＴＲＥＡＭＳＥＤＩＭＥＮＴＳＩＮＣＨＡＢＡＱＩＡＲＥＡＯＦＩＮＮＥＲＭＯＮＧＯＬＩＡＤＡＩＨｕｉ  ｍｉｎ１，ＧＯＮＧＣｈｕａｎ  ｄｏｎｇ２，ＢＡＯＱｉｎｇ  ｚｈｏｎｇ１，ＳＵＮＺｈｏｎｇ  ｒｅｎ１，ＹＯＵＨｏｎｇ  ｌｉａｎｇ１，ＪＩＮＸｉｎ１，ＧＡＯＦｅｉ１（１．ＳｈｅｎｙａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＭｉｎｅｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１００３４，Ｃｈｉｎａ；２．ＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＳａｆｅｔｙＳｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎａｎｄＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎｏｆＤｏｎｇｌｉｎｇＤｉｓｔｒｉｃｔ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１００００，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅａｕｔｈｏｒｓｍａｄｅｓｔａｔｉｓｔｉｃｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｔｒｅａｍｓｅｄｉｍｅｎｔｄａｔａｕｓｉｎｇｓｕｃｈｍｅａｎｓａｓｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ，ｒｏｂｕｓｔｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ，ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｐｅｒｃｅｎｔａｇｅｏｆ８５％ａｎｄｍｕｌｔｉｆｒａｃｔａｌｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｉｎＣｈａｂａｑｉａｒｅａａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｔｈｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｈｅｆｏｕｒｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄｓｏｆｔｈｅｓａｍｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｈｅｆｏｕｒｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｏｂｖｉｏｕｓｌｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｏｍｅａｃｈｏｔｈｅｒ．Ｔｈｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄｓｃａｌ  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ｔａｌｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｓ；ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｐｅｒｃｅｎｔａｇｅｏｆ８５％；ｓｔｒｅａｍｓｅｄｉｍｅｎｔｓ作者简介戴慧敏（１９７９－），地球化学专业硕士，工程师。主要从事地球化学研究檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵。上接７８１页ＡｂｓｔｒａｃｔＡｆｔｅｒｔｈｅ８．０ｍａｇｎｉｔｕｄｅｅａｒｔｈｑｕａｋｅｔｈａｔｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎＷｅｎｃｈｕａｎＣｏｕｎｔｙ，ＳｉｃｈｕａｎＰｒｏｖｉｎｃｅ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｐｏｉｎｔｓｏｆａｆｔｅｒｓｈｏｃｋｉｎＮｉｎｇｑｉａｎｇＣｏｕｎｔｙ，ＳｈａａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅ．ＴｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅａｆｔｅｒｓｈｏｃｋｓａｎｄｔｈｅＲｎ  Ｈｇｃｏｎｔｅｎｔｃｈａｎｇｅｉｎｓｏｉｌｇａｓｗａｓｏｂｓｅｒｖｅｄｏｎｔｈｅｓｐｏｔａｎｄａｔｒｅｇｕｌａｒｉｎｔｅｒｖａｌｓｉｎ１７ｄａｙｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｏｉｌｇａｓｍｅｒｃｕｒｙｃｏｎｔｅｎｔｉｓｇｅｎｅｒａｌｌｙｍｏｒｅｔｈａｎ２００ｎｇ／ｍ３ｉｎｔｈｅｈａｎｇｉｎｇｗａｌｌｏｆｔｈｅｅａｒｔｈｑｕａｋｅｆａｕｌｔ，ｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｖａｌｕｅｉｓｔｗｏｔｉｍｅｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｆｏｏｔｗａｌｌ（Ｉｎｆｒａｃ  ｔｕｒｅｓａｌｏｎｇｔｈｅｓｅｃｔｉｏｎ，ｍｅｒｃｕｒｙａｎｏｍａｌｙｖａｌｕｅｃａｎｒｅａｃｈ５６０ｎｇ／ｍ３），ｂｕｔｒａｄｏｎｃｏｎｔｅｎｔｖａｌｕｅｓｈｏｗｓｎｏｄｉｓｔｉｎｃｔｃｈａｎｇｅ．Ａｌｏｎｇｔｈｅｓｔｒｉｋｅｏｆｔｈｅｓｅｉｓｍｏｇｅｎｉｃｍａｉｎｆａｕｌｔ，ｔｈｅｃｌｏｓｅｒｉｔｉｓｔｏｔｈｅｅｐｉｃｅｎｔｅｒ，ｔｈｅｈｉｇｈｅｒｔｈｅＲｎ，Ｈｇｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｖａｌｕｅｓａｒｅ．Ｉｆｍｅｒｃｕｒｙｃｏｎｔｅｎｔｉｓｍｏｒｅｔｈａｎ２０ｎｇ／ｍ３ｉｎｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｓｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｅｉｓＲｎａｎｏｍａｌｙｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ，ｗｈｉｃｈＩｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｒｅｍｉｇｈｔｏｃｃｕｒｈｉｇｈｅｒｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｏｆａｆｔｅｒｓｈｏｃｋｗｉｔｈｈｉｇｈ  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