土壤化探中异常下限的确定(可编辑)

土壤化探中异常下限的确定

土壤化探中异常下限的确定

摘要

土壤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。但由于地质背景和成

矿模式的复杂多样,迄今为止仍然没有一种普遍适用的异常下限计算方法诞生,

各种计算方法各有优势,同时又有假设条件的制约和使用的局限性。为此,采取多

种方法计算异常下限并根据地质背景进行综合比较以确定异常下限是当前圈定

异常的一种有效途径。

地球化学异常下限值是区分背景区与异常区的基本指标,而计算异常下

限值的准确性也直接关系到下一步探矿工作开展的关键。本文分为三个部分论述

土壤化探异常下限的确定。首先介绍一些土壤化探异常下限的确定的相关概念;

其次介绍各种方法,如:剖面图法、直方图解法、面积校正累积频率法、马氏距离

法、单元素计算法、累积频率法、迭代法、传统统计方法、多重分形法分形、均

值标准差法、含量-面积(C-A)分形方法、概率格纸图解法等);最后用一些矿床应

用实例来验证及评价一些方法。

本文选取新疆西天山成矿带托逊地区1:50000土壤X荧光化探样品中

Mn、Fe、Zn、As四种元素为例,使用传统统计方法、多重分形方法、85%累计频

率法分别对化探数据进行处理后得出结论:传统统计方法计算出的异常范围小,

且较为分散;多重分形方法对弱小异常的固定效果明显,但范围过大;85%累计频

率法与传统方法所得异常下限值比较接近,但对弱小异常的识别效果相对于传统

方法显著;对化探找金中背景值、异常下限的传统计算方法进行了讨论;土壤元素

异常下限值的确定对环境地球化学评价具有重要意义。传统异常下限值计算方法

仅适用于元素含量数据呈正态分布的情况, 而事实上土壤元素含量的空间分布

极其复杂, 很可能具有多重分形分布特征。本文利用校正累积频率分形方法确定

铜陵矿区土壤中的异常下限值为1.687 mg / kg , 并据此圈定了异常范围。与

传统方法所确定的异常下限值及相应异常区域对比, 分形方法圈定的异常区域

范围更广, 更为合理、有效。

通过学习,我们可以知道在土壤化探异常下限的确定方法中,每个方法都

有其优点和缺点,需要根据不同矿床的环境和地质特点来使用。这些方法还有待

改进,相信将来也还会有更多的方法等待我们去发现、探讨和学习。

关键词: 元素 土壤 铜陵异常下限 多重分形法 图解法 铜矿区 异常下限

一、引言

土壤地球化学测量主要任务是:判断产生异常的主要成矿元素,反映矿体

的剥蚀深度,确立异常找矿前景等。主要成矿元素的及伴生元素的异常下限值确

定必需首先解决的问题,特别是对隐伏矿床地球化学异常的评价更是如此。

确定地球化学背景值及异常下限值的方法报多.根据元素含量的概率分

布规律, 多采用数理统计的方法 用直方图法求背景值和异常下限值是一个简便

的方法, 且醒目、客观。但确定性较差,往往因连线误差, 不同人绘出的图形及

求出的结果会多少有所不同, 而更重要的是在受矿化影响的地区, 不能排除矿

化过程中元素带入带出的影响, 致使正异常下限偏高, 负异常上限值偏低, 圈

出的异常范围变窄, 甚至漏掉一些低值异常。用计算法求背景值和异常下限值其

确定性好,计算结果精度高,是化探工作中常采用的方法之一。但其基础是元素在

地质体中呈标准正态或近似标准正态对数正态分布。因此, 在不受矿化影响或只

有微弱矿化澎响的背景分布匿应用效果很好。但化探工作的目的是找矿, 多是在

受矿化影响较大的地区开展, 应据不同请况改进计算方法。

矿产资源潜力的预测评价是地学多学科的综合研究,元素地球化学作为

研究地球演化过程中物质成分变化在地球表层的总体表现,为矿床形成的物质来

源和矿物的富集赋存环境的空间分布提供了丰富的信息资源。通过对勘查地球化

学数据处理、分析和综合研究,可以在找矿靶区圈定、成矿规律研究以及矿产资

源潜力的定性、定量预测中发挥重要的作用。而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点,就是确定异常下限,以更准

确地圈定地球化学异常。关于异常下限确定,前人已经做了大量的工作。本文选

取一些矿床应用实例的勘查地球化学数据,对目前运用较为广泛的异常下限确定

方法进行对比分析,探讨不同方法获得的异常下限之间的区别及意义。

二、相关概念的介绍

2.1勘查地球化学中的土壤

勘查地球化学中的土壤是指地球表层的一切疏松细粒覆盖物,它不是土

壤学中对土壤概念所给予的严格定义。

2.2地球化学异常

定义:是相对于地球化学背景区而言的,是指与地球化学背景区相比有显

著差异的元素含量富集区或贫化区。

2.3地球化学异常值

在异常区内,各种自然介质中,指示元素的含量与周围的背景区有明显的

差异,那么该指示元素的含量值称为地球化学异常值,简称异常值

2.4土壤地球化学异常

土壤地球化学异常是原生矿体及其原生晕在表生风化过程中,经过各种

地球化学作用在土壤中形成的异常。

2.5异常下限

异常下限,又称为背景上限,它是划分异常与背景的临界值。确定背景上

下限常用的公式为:Ca C0 + RS

C0?背景平均值;R?决定可靠性的系数;S?标准离差值。

例如,在一定的信度(例如信度α0.05)下,异常下限值则为:

背景平均值; ?标准离差值

式中N为参与统计计算的数据个数;Ci为第i个样品的含量单位%或ppm。

2.6地球化学异常下限的确定

地球化学异常下限的确定是勘查地球化学矿产勘查和资源预测的一项基

本内容,同时也是环境地球化学异常辨析与环境评价的重要依据。

2.7传统地球化学异常下限的确定

传统地球化学异常下限的确定,如移动平均、趋势面、克力格、概率格纸

和均值加标准离差等方法,其理论基础是元素含量服从正态分布或对数正态分布,

但实际测得地球化学数据并不全部符合正态分布或对数正态分布,从而产生了诸

如分形等方法确定异常。

2.8土壤化探异常下限的确定

土壤化探异常下限的确定,是根据背景值和标准离差按一定置信度所确

定的异常起始值。它是分辨地球化学背景与异常的一个量值界限。从这个数值起,

所有的高含量都可认为是地球化学异常,低于这个数值的所有含量则属于地球化

学背景范围。

三、土壤化探异常下限的确定方法

异常是一个相对概念,有不同尺度上的要求,所以不要将其看作一个定

值。在悉尼国际化探会议上(1976),对异常下限定义:异常下限是地球化学工作者

根据某种分析测试结果对样品所取定的一个数值,据此可以圈定能够识别出与矿

化有关的异常。并对异常下限提出了一个笼统的定义:凡能够划分出异常和非异

常数据的数值即为异常下限。

据此,异常下限不能简单的理解为背景上限。

异常下限(threshold of anomaly)是根据背景值和标准离差按一定置信

度所确定的异常起始值。它是分辨地球化学背景与异常的一个量值界限。从这个

数值起,所有的高含量都可认为是地球化学异常,低于这个数值的所有含量则属

于地球化学背景范围。异常下限多用统计学方法求得,通常用背景平均值加上两

倍或三倍标准差作为异常下限。

确定地球化学背景值与异常下限的方法有很多种。早期采用简单的统计

方法求平均值与标准偏差;用直方图法确定的众值或中位数作为地球化学背景

值。以后又发展到用概率格纸求背景值与异常下限等。随着对地球化学背景认识

的加深,采用求趋势面或求移动平均值等方法来确定背景值和异常下限,70年代

以来,多元回归法、稳健多元线性回归分析法、克立格法、马氏距离识别离散点

群法等多种方法常作来研究地球化学的背景值和异常下限。确定背景上下限的其

它方法:简单对比法;目估法;概率格纸法;复合总体的分解法。

下面对各方法逐一介绍:

3.1剖面图法

剖面法又名经验法,可以不考虑野值。最简单的办法是通过已知矿体或矿化

带作一条延伸到背景地区的长剖面,在无矿化地区的含量波动变化的中央部位和

波动的最大幅度部位作横线。它们分别代表了背景值和背景上限,背景上限即为

异常下限。为了使这种选择更为这种选择更为可靠,长剖面图常常附有地质剖面,

成为一条地质地球化学剖面图。该方法简单直观,但需经验。

在已知区做地化剖面:要求剖面较长,穿过矿化区(含蚀变区)和正常地层

(背景),能区分含矿区和非矿区就可确定为下限。

3.2直方图解法(可以不考虑野值)

如果所研究子样作出的分布直方图为单峰、并接近对称的近似正态分布,

则对最大频率柱左侧顶角与右邻直方柱左顶角连线,两条线交点在横坐标上的投

影为众值M0,即可作为背景值。以最大频率直方柱高的0.6倍作横线,与频率密

度曲线有左右两交点,左交点至众值投影线间长度对应的含量为均方差S。由向

右量2-3倍S长度,该处所指的含量即为异常下限。

众值、标准离差和异常下限图解示意图

如果分布直方图为单峰正偏形态,仍按上述方法图解,因为确定均方差S

时,只考虑未受高含量矿化影响的样品,只对低含量部分进行图解。

如果是明显的双峰分布、且各自较为对称,即可以在衔接部位定为异常界

限,也可以按上法对低含量的母体进行图解求众值、均方差和异常下限。

3.3 概率格纸图解法(可以不考虑野值)

将实测数据点投绘在正态概率格纸图上,如果基本分布在一条直线上,就可

以读出任一分位数值,分位数值就是某一累积频率所对应的含量值。如,50%分位

数值为平均值,84.1%分位数值为C平+1S,97.7%分位数值就是C平+2S.分位数值

是一组很有用的统计特征值。

概率格纸图解法求背景值与异常下限图解

3.4马氏距离法:(在计算时已考虑野值)

针对样本,实际为建立在多元素正态分布基础之上?多重样本的正态分布,

超出椭球体时?异常样(如P3点)。 相似于因子得分的计算,最后为一个剔除异常

样本时的计算值,实际计算出综合异常边界线。

当令m1时,

上式化解为XaXo±KS,这是我们较为熟悉的单元素(一维)计算异常下限

常用公式。

该方法计算较为复杂:下面给出一个实例:

马氏距离(黑色虚线)圈定异常基本为两种以上元素异常的重合的部分。

上图中Hy-44与Hy-45综合异常中,由于As元素相连,传统方法无法分

割。用该方法可分解为两个异常,后来实际查证中也证明:左边Hy-44为Au、Cu、

Co的成矿,右边Hy-45为Au、Cu的成矿。解决手工的随意性。

3.5单元素计算法:(必须剔除野值)

XaXo±KS

(Xa?异常下限,Xo?背景值,K?取值系数,S?标准离差)

从标准正态累积频率密度函数公式:

推断出当K1.65、2、3时,密度函数分别为95%,97.7%,99.8%

一般为计算方便,通常取K2,这就是XaXo±2S的来源。通常应用时,用

XaXo±3S无限循环剔除,直到无剔除数据时,对于地球化学通常几百?上千的数

据,基本保证数据为正态分布。则此时XaXo+2S定为异常下限

为保证数据为正态分布,实际计算时先将数据转换为对数,此时由于数据

离差变小,在剔除野值后,基本都能保证为正态分布。为进行下步计算处理有了理

论保障。

3.6数据排序法:(不考虑野值)

比较简单、实用所有数据从小到大,按含量排序做图(含量?纵坐

标,1,2„„n含量顺序序列----横坐标)

异常有明显的一斜率,但数据太多时不适合

3.7累积频率法:(不考虑野值,在使用时为网格化数据)

目前较为普遍,元素含量高低分级,采用累频分级方式,分19级,分级频

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(%

)

异常85-90-95-100(%)和15%

3.8 计算方法

(1)选择未受矿化或人为污染的背景区样品50-100件,进行正态分布型

式检验,或用逐步剔除法检验,直至获得服从正态分布的母体。计算该正态分布母

体的背景值C0和平均方差S,按公式:

CaC0±KS

K为信度系数,选择信度a0.05时,K1.96; a0.01时,K3; a0.1时,K1.65.

一般选择K2.

(2)在excel中的计算方法

选择数据,进行升序排列,在EXCEL中的公式中有计算标准离差的公式

平均值:Xaverage

键入:“averageb2:b25” [b2、b25.代表数据所在的行数和列数]

计算出某元素的平均值。离差:δstdevp

键入:“stdevpb2:b25” [b2、b25.代表数据所在的行数和列数]

计算出某元素的离差。

首先剔除高值:大于X+3δ的值全部删除。再算出平均值和离差,再剔除

高值,再算出平均值和离差,在剔除高值,循环至无高值为止。(即中间剔除大于

X+3δ和小于X-3δ的值)最后计算出异常下限:X+2δ.

举例:剔除高值:大于X+3δ2.8方法

首先选取整列数据(分析结果)

工具条中:数据-筛选-自动筛选-点击倒三角-自定义-大于-2.8-确定-删

除高值数据(选中数据右键、清楚内容)-点击全部-显示,再重复上述操作。

3.9迭代法

考虑到方法的实用性、有效性、易操作,通过几种方法在工作区的试验对

比,迭代法确定的背景值及异常下限较低,更有利于突出弱异常。因此,工作区背

景值和异常下限的确定选用迭代法。

迭代法处理的步骤:

①计算全区各元素原始数据的均值X1和标准偏差Sd1;②按X1+nSd1的

条件剔除一批高值后获得一个新数据集,再计算此数据集的均值X2和标准偏差

Sd2;③重复第二步,直至无特高值点存在,求出最终数据集的均值X和标准偏差

Sd,则X做为背景值C0,X+nSdn根据情况选1.5或2,3做为异常下限Ca。

采用迭代法求出工作区各地球化学元素特征值及各参数(见表1)。

表1 工作区元素地球化学特征值及参数表

元素 均值

(X) 标准偏差

(Sd) 异常下限

(X+2Sd) 异常下限

(X+1.5Sd)

(个数) ≥X+2Sd

(个数) ≥X+2Sd

(%) 迭代

次数

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

化探数据是以多元素或多变量为特征的。化探数据处理既研究元素之间

的相互关系,又研究样品之间的相互关系,前者叫做R方式分析,后者叫做Q方式

分析。分析结果是将数据按变量或按样品划分成若干类,使各类内部性质相似而

各类之间性质相异。如果参加分析的数据含有已知类别(如矿或非矿的作用)能起

训练组作用时,数据处理的结果可给出明确的地质解释,否则所做的地质解释就

含有较大程度的推测性。

在特定情况下地球化学数据可能只反映单一的地质过程,这样的化探数

据是所谓“来自一个母体”的。一般情况是几种地质过程作用在同一地区,他们

相互重叠或部分重叠,这反映在地球化学数据上就具有“多个母体”的特征。化

探数据处理需要鉴别和分离这些母体,即对化探数据值进行分解,确定出不同母

体的影响在数据中所产生的分量。在确定和分离地球化学母体时常常涉及化学元

素的分布形式,如正态分布或对数正态分布等。

地球化学元素的异常下限值确定是地球化学中重要的问题之一,目前还

没有一个令人满意的具有科学依据的计算方法.传统的化探异常下限值计算是基

于元素的地球化学分布呈正态分布或元素含量在空间上呈连续的变化这一假设

为基础的,而事实上地球化学元素含量的空间分布是极其复杂的,研究表明,地球

化学景观可能是一个具有低维吸引子的混沌系统。

3.10 传统统计方法

传统统计方法是建立在数据符合正态或者对数正态分布基础上的,但是

在实际工作当中没有完全理想的数据服从正态分布或对数正态分布。对于测量数

据不符合正态分布的情况,首要步骤是对所取得的化探数据进行常规的数据处理,

即进行极异常点最高值、最低值的迭代处理,一般采用平均值x±3x均方差S为

上下限迭代剔除,直至无离群点数值可剔除为止,即所有数据全部分布在X一3S

与X+3S之间,即形成背景数据,再以背景值加2倍均方差计算异常下限。

3.11 85%累计频率法

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

是不重复的样本值,。把样本值小于或等于个样本的数据的频率累加,得到小于或

等于的累积频率。再使用累积频率85%时的值作为异常下限。

3.12 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。成秋明等认识到传统的确定地球化学异常方法存在局限性,并从分形的

观点地球化学背景和异常的形成是两个独立的过程认为地球化学背景值和异常

值具有各自独立的幂指数关系,由此导致了一种多重分形分布[2]。

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分形一求和

法、含量一面积法、含量~频数法等,这里采用分形一求和法确定异常下限。分形

求和模型:

r0 1

(1)式中,r为特征尺度;C0为比例常数,D0为一般分维数;NrN≥r为尺度

大于等于r的和数。

设地球化学元素的值, 1,2,? ,N,记: (2) 2代入1,两边分别取对数,得

到得到一元线性回归模型:

logNr-Dlogr+logC3

用最小二乘法求出斜率D的估计量,即为分维数;其散点大致分布在两段

直线上,采用分段拟合分别求出两段线性方程,两段直线的交点为背景与异常的

分界点,即异常下限值。拟合时为尽可能降低人为因素对精确度的影响,这里采用

统计学中距离剩余平方和Eiil,2,3?最小的方法对分段方程进行约束,约束方程

如下:

+

经拟合后各元素双对数散点图如图2

以上拟合结果均通过显著性检验。上述三种方法计算的异常下限值见表l。

表1三种方法计算的托逊工区地球化学异常下限值

单位:Fe:1Or2,Mn、Zn、As为

Mn Fe Zn As

传统统计方法 1777 4.82 130 86

85%累计频率法 1658 4.31 114 70

分形求和法 1536 3.98 99 55

3.13 均值标准差法

该法是传统的计算异常下限的方法,其前提条件是数据符合正态或对数

正态分布,故如果测量数据符合正态分布,求出平均值和标准离差计算异常下限,

之后运用 计算异常下限值,其中根据实际情况取值,一般取值1~3。若测量数据

不符合正态分布,则要对所取得的化探数据进行常规的数据处理,即进行迭代处

理。

迭代法处理的步骤:1)计算全区各元素原始数据的均值()和标准偏差

();2)按的条件剔除一批高值后获得一个新数据集,再计算该数据集的均值()和

标准偏差();3)重复第二步,直至无特高值点,同时数据服从正态分布或对数正态

分布后,求出最终数据集的均值()和标准偏差(),则做为背景值,根据情况选(1?3)

做为异常下限。

3.14 含量-面积(C-A)分形方法

该方法最早由成秋明等(1994)提出,从分形的观点认为地球化学背景值和异

常具有各自独立的幂指数关系,而地球化学的含量以及不同含量所圈定的面积之

间存在幂律关系[2],因此,可以运用含量-面积的这种关系来刻画地球化学的异

常值与背景值,找到两者之间的交点,即异常下限。地球化学元素含量-面积的分

形分布如下:

A(C)=KC-D

式中 A?元素含量大于某一值的面积;C?含量;D?分维数;K?系数。

随着C值的提高,A总是相应的减小,A随C变化的规律取决于分维数D的大

小。分维数D定量地刻画了地球化学元素含量分布在该无标度区内的变化复杂程

度。在背景值和异常值范围,这种变化对应不同的D值,在双对数坐标图上将决定

直线段不同的斜率,不同线段所对应的分界值可作为区分背景和异常的临界值。

3.15面积校正累积频率法 Area-calibrated Accu-mulat ive-f requency,

ACAF

是谢淑云等人对含量??面积法的一种改进。该方法在进行面积校正后,

选取合适的密度的网格覆盖研究区域/ 网格数:

()//

其中, 、分别为最大、最小横坐标, 、分别为最大、最小纵坐标。和分别为

横向和纵向的网格数, 为网格密度, 为样品数。计算各个网格元素含量平均值,

并对值进行累计频率计算, 即选定一组 i 1, 2, ?, n , n 为非空网个数, 。

统计所有网格平均值大于的网格数 , 最后在双对数坐标下绘制曲线。对曲线分

段进行线性拟合, 拟合直线交点所对应的浓度即为异常下限值。本文通过编制面

积校正累积频率法方法程序 图1 计算了铜陵矿区土壤的异常下限值,异常区域

图使用绘制。

图1 面积校正累积频率法程序算法框图

四、矿床应用实例

4.1新疆某铜矿区化探数据异常下限确定方法对比研究

以新疆某铜矿区为例,研究区主要出露地层为泥盆纪以及石炭纪,岩性为

变质岩系,以花岗片麻岩、石英片岩为主,主要出露岩体为花岗岩及闪长岩,主要

断层为NW向正断层,矿区已发现若干铜矿床以及矿化点。数据主要1:50000岩石

地球化学测量,通过等距离对新鲜基岩采样获得,选取主要成矿元素研究均值标

准差法、概率纸法(累积频率法)、含量-面积(C-A)分形法3种方法在确定异常下

限及进行地球化学异常圈定中的应用。

首先考察铜元素的分布,为了检验元素的统计频率特征,采用Q-Q图对研

究区化探数据进行正态性检验。从图1可以看出,除线段两端外,Q-Q图基本呈线

性关系,表明较高值、较低值偏离正态分布。因此在采用均值标准差方法时,采用

迭代法剔除,获得正态分布(或对数正态分布)条件下的方差与标准差,并计算不

同值时的异常下限值,见表1。

图1 元素Q-Q图解

表1 均值标准差异常下限值

项目 平均值 标准差

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

图2可以清晰的显示不同含量值的累积频率,选取80%、85%和90%值对应

的含量值为19.4、23.3和26.1ppm。图3通过将研究区元素进行含量排序,分成

100间隔,计算每一个含量的面积,然后在图上绘制散点图,用拟合方法求出无标

度区元素的分维。从图中可以看出,在含量小的部分,所占整个范围较大,拟合曲

线较为平坦,分维值为0.17,体现了地球化学背景值,而含量较高的部分,分维值

较大为3.42,体现了地球化学异常部分。从而可以认为的化探数据具有多个分维

数,服从多重分形特征,二者的转折点可视为异常下限。求出异常下限值为

18.0ppm。分别选择3种方法确定的异常下限值为30.0(取2)、23.0(频率取85%)

以及18.0圈定的地球化学异常图,见图4。

图4 不同异常下限值圈定的地球化学异常图

应用上述3种方法对数据计算确定异常下限。可以初步获得如下认识:1)

同一元素采用不同方法确定的异常下限存在明显的差异,元素使用分形方法所获

得的异常下限最低,而是用均值标准差法以及概率纸法得到的异常下限相对较

高;2)用均值标准差法获得的异常下限值可以根据实际情况进行获取,如前者的

K 值选择,后者的频率值,也与元素测量数据的分布特征及统计方法密切相关;3)

均值标准差法所获得异常下限要求数据具有正态分布或对数正态分布特征,如果

没有,需通过迭代剔除或其他方法进行原始数据处理,而其他两者没有这个前提

条件;4)分形方法充分利用地球化学场元素的分布规律特征,分形图解直观的反

应了背景值与异常值的关系,用分维度量了不同背景下的元素分布特征,并且充

分利用了原始数据,没有进行剔除处理,因此,从这点上来讲更加接近地质事实,

见图4,图4A异常范围较广,包含了所有的已知铜矿点,因此在该区研究中,从已

知矿点的吻合情况看,该方法地质事实相对更加吻合。但是,异常下限较低一定程

度上也可能为地质单元的地球化学背景的反映,给异常查证带来一定程度困难。

结论:

异常下限的确定对于圈定地球化学异常至关重要,是勘查地球化学数据

处理的重要环节。本文运用均值标准差法、概率纸法以及分形方法对1∶50000

数据异常下限计算,分别获取了不同方法的异常下限值,探讨了不同方法之间的

差异及应用条件。从本研究区来看,分形方法确定的下限值相对其他要低,而传统

的均值标准差法较高。总之,研究区采用分形方法确定异常下限从数据应用及异

常反应等角度来看更合理。确定异常下限要在考虑地球化学数据分布特征的前提

下,结合数据来源、取样介质以及地质环境的差异,真正在尽量不漏矿的情况下,

缩小异常面积,合理的圈定地球化学异常。

4.2 多重分形方法识别铜陵矿区土壤中的地球化学异常

根据面积校正累积频率法分形含量-面积法数据处理流程, 确定研究区

土壤中的异常下限值。土壤含量的统计数据见表1 , 将计算的含量频率在坐标

中投点, 可以看出明显近似于双直线关系图2 。用最小二乘法拟合为两段直线,

相应的直线方程为:

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

图2 铜陵矿区土壤中元素含量-频数关系

作为铅锌矿的伴生元素, 受表生作用和成土作用在矿床矿区及周边地区

浓度较高, 又通过开发及相关活动向土壤迁移。研究表明, 铜陵矿区的土壤中分

布受矿床影响程度较高。由图3 可见, 分形方法圈定的异常区覆盖了25 个矿点

中的11个矿点, 还有6个矿点位于异常区附近的500 m范围内, 表明铅-锌矿与

分形方法圈定的异常区域具有密切的空间相关性。而传统方法圈定的异常区域则

集中在矿点周围, 忽略了污染区。事实表明, 铜陵地区存在较普遍的土壤污染。

因此, 分形方法划定的异常区域更为合理。

拟合直线的相关性判定系数 分别为0.9838 和0.9732, 表明所拟合直

线能较好地反映元素的含量频率分布曲线趋势。在元素含量频率分布曲线上, 两

段拟合直线的过渡阶段并非平滑, 而有明显突变; 表明该区土壤有! 异常- 正

常?临界点,即具异常下限值。两直线交点所对应的含量为1.687 mg/ kg, 即为

本区土壤的异常下限值。而基于传统的平均值加两倍标准离差法计算的本地区土

壤的异常下限值为3.434 mg/ kg。根据两种方法计算结果值圈定的本矿区土壤

的异常如图3。

分形方法所得的异常下限值远大于该区的背景值, 且略大于国家三级标

准, 说明异常区均为超标污染区。同时, 分形方法计算结果又小于传统方法, 故

由其确定的异常区包含了更多的污染信息。

图3 铜陵矿区土壤中Cd 异常分布图

由此可知:

1 铜陵矿区土壤Cd 的含量??频率在对数坐标系中呈明显的双直线趋势;

正常值与异常值间有明显的转折, 所得异常下限较为明确。

2 面积校正累积频率所确定的铜陵矿区土壤Cd 异常下限为1. 687 mg / kg。

用该值划定的异常区域包含了更广泛的污染区域, 与潜在污染因素铅锌矿点 矿

化点 有较为密切的空间相关性, 更为合理有效。

4.3化探找金中背景值异常下限确定及异常评价问题的探讨

用平均值及平均值加上2-3 倍均方差确定背景与异常下限存在的问题

背景值与异常下限的确定方法很多,主要有图解法和计算法, 工作中一般多采用

后者。 这是因为计算机的普遍使用, 计算起来方便、快速、准确. 大家知道, 利

用算术平均值作为某元素的背景值及以此来计算异常下限的前提是。该元素必须

属于正态分布, 但事实上, 金在地表的分布通常是正向偏斜或负向偏斜的。若用

算术平均值来计算背景值与异常下限就未必合适, 这是因为, 算术平均值尽管

是某一元素丰度的良好估计量, 但不一定是该元素最常见浓度众数 的良好估计

值。几何平均值在数值上小于算太平均值, 它降低了样品中某些高含量的显要性,

因此, 人们通常用几何平均值来逼近元素的背景值. 但用传统的霍克斯和韦布,

1962平均值加上2-3倍均方差来计算背景与异常下限, 有时也是失败的。图1a

为模拟25平方公里区域化探金的原始数据, 因为数据是正向偏斜的, 故先将这

批数据进行对数变换即取以10 为底的常用对数。

然后再计算其算术平均值为0.5893.88 ppb,亦即几何平均值, 均方差为

0. 222,按平均值加上2 倍均方差 0.589+ 2×0.222 计算的异常下限为1.0334 ,

即108ppb。显然, 这一数值大于全区所有的数据, 对于这种情况, 一是采用逐

步剔除的方法; 二是综观全区, 进行模式辩认, 观察元素含量的分布是否具有

某种空间规律. 仔细观察图1 中的数据就会发现, 右上角的10个数据可视为异

常,它们明显高于其它部位金的含量。

通过对以上问题的总结和探讨, 主要有以下几点认识:

l、金的背景值及异常F限的确定不同于其它微量元素, 根据金元素的分

布、分散情况按X 士35或按X 士25逐步剔除,用3 倍均方差剔除的, 求异常

下限时所加均方差的倍数一般小于2;用2倍均方差剔除的, 一般都大于2。

2、金异常的评价参数应选择一些相对稳定的变量进行统计, 排序时一定

要将每个参数的序次规格化。然后再相加, 确定最后的总序次。

五、结语

地球化学,是一门独立的科目,也是固体矿产勘查资料来源之一,学好地

质不得不了解地球化学并且借助地球化学方法帮助我们更好的完成地质工作。然

而必须指出,我们要正确理解和处理理论地球化学和应用地球化学二者的关系。

理论地球化学重点在基础,应用地球化学重点在应用。基础促进应用,应用充实基

础,二者互为补充、相互促进。应用基础研究则是联系二者的桥梁和纽带。应用

地球化学研究固然必须充分体现其实际效果,同时也要不忘回归于应用基础研究,

总结取得实效的原因,提出进一步探索的方向,不断深化和开拓,向着可持续发展

的目标迈进。应用地球化学这门课程对于我们来说是一门辅助课程不过也是一门

技术,不管是化探工作的展开,还是化探成果的解读对于我们来说都是一个陌生

的领域,所以,学习化探的路还有很长,我将继续学习下去。感谢张老师的认真教

诲,在您的课堂上我学到很多很多,这让我对化探有了一个新的认识和看法,重新

定义了化探在我脑子里的印象。辛苦老师在课时不多的情况下给我们上了这么多

知识,还附加了矿床学的内容,为我们明年矿床学课打好铺垫,做好基础。在认真

学习课堂知识之外,还不忘老师给我们讲实践,讲工作上的一些情况,实践中的注

意事项,单位上的一些工作要求,这更增加了我们对专业,对知识的感性认识,谢

谢张老师,谢谢您的教学,从您身上我学会了认真,学会了负责,懂得态度的重要

性,谢谢!

参考文献

[1]G.J.S.戈维特.《勘查地球化学手册》,第三卷,冶金工业出版社, 1988 年

[2]谢学锦,区城地球化学异常的评价. 《地球化学异常评价文集》, l989 年。

[3] 龚庆杰,张德会,韩东昱.一种确定地球化学异常下限的简便方法[J] .

《地质地球化学》,2001,29:215~220.

[4] 戴慧敏,宫传东,鲍庆中等.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[J].《物探与化

探》,2010(6):782~786.

[5] 李长江,麻土华,朱兴盛等.矿产勘查中的分形、混沌与ANN [M].北京:

地质出版社.

[6] 成秋明.多维分形理论和地球化学元素分布规律[J] .《地球科

学》,2000(4):311~318.

[7] 刘二永, 郭科, 唐菊兴, 杨林美. 分形技术用于查证化探异常 [ J ]

成都理工学院学报, 2002 4 : 444- 447

[ 8] 杜佩轩, 赵阿宁, 田晖. 西安市街道灰尘中重金属铅的环境异常[ J ]

物探与化探, 2006, 30 3 : 276- 279.

[ 9] 韩东昱, 龚庆杰, 向运川. 区域化探数据处理的几种分形方法 [ J]

地质通报, 2004, 4 : 714-719.

[10] 唐永成, 吴言昌, 储国正, 邢凤鸣, 王永敏, 曹奋扬, 常印佛. 安徽

沿江地区铜-金多金属矿床[ M ]北京: 地质出版社, 1998.

[11] 李湘凌, 祁轶宏, 周涛发, 袁峰, 张鑫, 范裕. 基于Hazen 概率曲

线确定铜陵土壤As 元素含量[ J ]武汉理工大学学报, 2006. 28 12 : 56- 60

[12] 龚庆杰,便方法叨.地质地球化学2001,293:215-220.

[13]姚涛,陈守余,廖阮颖子.地球化学异常下限不同确定方法

及合理性探讨叨.地质找矿论丛.2011,261:96-101.

[14]成秋明,张生元,左仁广,等.多重分形滤波方法和地球化学信息提取技

术研究与进展叨.地学前沿2009,162:185?198.

[15]许绍文,许文权,等.江西W 山铜矿床地球化学特征及地球化学异常模

式[C 张本仁.勘查地球物理勘查地球化学文集,第二集.北京:地质出版社,1985.

[16]朱维新,冯钜昌.湖北银洞沟铅锌矿床地球化学分带[C].//张本仁.勘查

地球物理勘查地球化学文集,第二集.北京:地质出版社,1985.

[17]邵铁.矿区地球化学异常评价及实例[c],/吴昌荣,地球化学异常评价文

集.1989.

[18]李长江,麻土华. 矿产勘查中的分形、混沌与ANN[M]北京:地质出版

社,1999.1~140.

[19] 阮天健,朱有光. 地球化学找矿[M]北京:地质出版社,1990. 1~286.

[20] 毛景文,李红艳,宋学信,等. 湖南柿竹园钨锡钼铋多金属矿床地质与

地球化学[M]北京:地质出版社,19981~215.