王 琨，周永章，高 樂

(1.中山大學地球科學系，廣東 廣州 510275;2.廣東省地質過程與礦產資源探查重點實驗室，廣東 廣州 510275;3.中山大學地球環(huán)境與地球資源研究中心，廣東 廣州 510275)

龐西垌地區(qū)地球化學異常圈定方法討論

王 琨1，2，3，周永章1，2，3，高 樂1，2，3

(1.中山大學地球科學系，廣東 廣州 510275;2.廣東省地質過程與礦產資源探查重點實驗室，廣東 廣州 510275;3.中山大學地球環(huán)境與地球資源研究中心，廣東 廣州 510275)

龐西垌地區(qū)位于欽杭成礦帶南段，是主要的貴金屬、有色金屬成礦區(qū)。區(qū)內構造復雜，巖漿活動頻繁?；邶嬑髹淼貐^(qū)水系沉積物測量數(shù)據，以Au、Ag元素含量為例，分別利用傳統(tǒng)統(tǒng)計學方法、趨勢面法和分形方法計算其異常下限值，并圈定地球化學異常。通過對3種方法計算過程及應用效果的對比，分析了3種方法應用于本研究區(qū)的效果，進而揭示了復雜地質背景下，最適用于圈定地球化學異常的方法。

地球化學異常;分形;迭代法;趨勢面法;龐西垌地區(qū);粵桂

0 引言

計算地球化學異常下限進而圈定地球化學異常在礦產勘查和預測中占有十分重要的地位。實際工作中，依據統(tǒng)計學方法確定異常下限的方法是建立在概率分布基礎上的，常用的有拐點法、移動平均法、趨勢面法、克里格法、迭代剔除法和襯度系數(shù)法等(Mieschat，1981;Govtt et al，1975;紀宏金等，2001;謝學錦，2002;趙鵬大，2004)。由于傳統(tǒng)計算方法只考慮地球化學數(shù)據的統(tǒng)計學規(guī)律，忽視了其空間分布規(guī)律，所以異常下限計算方法顯得過于機械化。隨著分形理論(Qiuming等，1996;陳志軍，2007;韓東昱等，2004;李宗敏等，2008)、小波分析(陳建國等，1999;雷麗等，2000)方法的融入，更多的學者考慮到元素在地殼中的區(qū)域性或趨勢性的變化。國內外研究表明，區(qū)域地球化學場并非處處可微，數(shù)據服從分形分布(Qiuming等，1994;李長江等，1999;申維，1999;於崇文，1999)。利用分形方法研究區(qū)域地球化學場異常下限已經成為一種發(fā)展趨勢(孫忠軍，2007)。在此基礎上，筆者以傳統(tǒng)統(tǒng)計學方法、趨勢面法、分形方法為例，通過對龐西垌地區(qū)Au、Ag元素的異常下限進行計算，進而圈定異常，來揭示3種方法的優(yōu)缺點及適用范圍。

1 區(qū)域地質特征

龐西垌地區(qū)位于欽杭成礦帶南段，具體位于粵西云開隆起區(qū)的南緣，北東向信宜—廉江斷褶帶南段，為晚古生代以來的長期隆起區(qū)。區(qū)內地層出露相對齊全，構造復雜，巖漿活動頻繁，是貴金屬、有色金屬的主要成礦區(qū)，有多處大中型礦床，如廉江西部金山金礦床，龐西垌金銀礦床。受控北東向廉江—信宜斷裂構造帶與東西向廉江—茂名斷裂構造帶交匯地段，形成了廉江鐵、鉛、鋅、硫成礦區(qū)。此外，廉江塘蓬巖體內及其周邊礦床(點)星羅棋布，以金、銀貴金屬為主，形成金、銀、鎢、鉬、鉛鋅多金屬礦區(qū)。

以欽杭結合帶南段龐西垌地區(qū)1∶5萬水系沉積物測量數(shù)據為例，分別對7 234個Au、Ag地球化學數(shù)據按3種方法進行處理分析，進而對比各種方法的實際效果。

2 傳統(tǒng)統(tǒng)計學方法圈定地球化學異常

圈定地球化學異常的傳統(tǒng)方法(迭代剔除法)基于元素含量在所研究范圍內呈正態(tài)或對數(shù)正態(tài)分布，通常認為常量元素服從正態(tài)分布、微量元素服從對數(shù)正態(tài)分布。在計算過程中，首先檢驗各個元素含量的概率分布是不是服從正態(tài)或對數(shù)正態(tài)分布，對于服從的元素可直接計算其異常下限與背景值;對于不服從的元素需逐步剔除特高值，再進行統(tǒng)計計算，如此迭代下去，直到其服從正態(tài)或對數(shù)正態(tài)分布。異常下限一般取平均值與1.5～3.0倍的標準離差之和。

地球化學數(shù)據的分布形式檢驗常用的方法有偏度、峰度檢驗法和概率格紙檢驗法(王崇云，1987)。筆者采用Q-Q概率圖對元素含量進行分布檢驗，由于所研究元素均為微量元素，故只檢驗各元素的對數(shù)正態(tài)Q-Q圖。當符合對數(shù)正態(tài)分布時，圖中各點近似成一條直線(蘇金明，2004)。研究區(qū)Au、Ag元素的Q-Q圖(圖1)顯示，Au、Ag元素的地球化學數(shù)據分布均不服從對數(shù)正態(tài)分布，需要進行迭代剔除。

圖1 龐西垌地區(qū)Au、Ag元素原始數(shù)據對數(shù)正態(tài)Q-Q圖

用傳統(tǒng)統(tǒng)計學方法剔除一些數(shù)據后，計算出研究區(qū)Au、Ag元素的異常下限見表1。

表1 龐西垌地區(qū)Au、Ag元素傳統(tǒng)統(tǒng)計學方法計算結果

通過多次迭代，剩余的元素含量值均在平均值加3倍標準離差之內，再次統(tǒng)計對數(shù)正態(tài)Q-Q圖可知：Au、Ag元素數(shù)據經迭代剔除處理后，近似服從正態(tài)分布，但部分數(shù)據分布的分位數(shù)與對數(shù)正態(tài)分布的分位數(shù)之間的關系還是有一定程度的偏離直線(圖2)。

根據傳統(tǒng)方法求出的異常下限，并取計算出的下限及其2倍、4倍為下限，在MapGIS平臺下圈定龐西垌地區(qū)Au、Ag元素的地球化學異常(圖3)，利用GIS平臺可靈活管理各圖層，輕松疊加礦點進行分析。其中五角星圖案表示金礦點，三角圖案表示銀礦點，其中包含金銀礦點。

圖2 龐西垌地區(qū)Au、Ag元素傳統(tǒng)方法處理后對數(shù)正態(tài)Q-Q圖

分析龐西垌地區(qū)Au、Ag元素的地球化學異常圖可以看出，傳統(tǒng)方法的下限計算過程較為機械，完全通過統(tǒng)計量得出，沒有考慮元素含量的內部富集規(guī)律和空間變化規(guī)律，有一定的局限性。如圖3所示，Au元素的異常下限分級較為符合研究區(qū)的元素含量變化特征，所以與礦點吻合度較高;Ag元素的異常下限過高，顯然忽視了較多弱異常。

圖3 傳統(tǒng)方法圈定龐西垌地區(qū)Au、Ag元素異常示意圖

3 趨勢面法圈定地球化學異常

趨勢面法將化探數(shù)據包含的信息分為3個部分，分別為反映區(qū)域性變化的、反映局部性變化的、反映隨機性變化的，即Zi=Ti+Ni+ei。其中，Zi為觀測值;Ti反映總體變化規(guī)律，即區(qū)域性變化;Ni反映局部性變化;ei為隨機因素控制的變化。在實際應用中，首先將觀測值(元素含量)分解為兩部分：區(qū)域分量Ti和剩余分量，其中剩余分量包括Ni和ei兩部分，而需要的就是具有地質意義的Ni。利用Surfer軟件擬合多元回歸曲線(任印國等，2006)，并通過殘差計算來進行趨勢面法圈定異常(李隨民等，2007)，最后轉入MapGIS平臺下進行成圖，這樣可方便與礦點圖層疊加，結果如圖4所示。趨勢面法針對龐西垌地區(qū)這樣的大范圍海量數(shù)據，圈定效果并不理想，圈出的異常太少，突出了高頻信息的同時過度壓制了低頻信息，使一些弱異常被忽視。而礦點往往出現(xiàn)在弱異常集中的地區(qū)，所以趨勢面法不適用于本研究區(qū)。

圖4 趨勢面法圈定龐西垌地區(qū)Au、Ag元素異常示意圖

4 分形方法圈定地球化學異常

分形最早由Mandelbrot于20世紀70年代提出，被描述為具有嚴格自相似結構的幾何物體。分形的本質是標度不變性或自相似性，即在任何標度下物體的性質不變，是受所謂的冪律關系控制的。許多地質現(xiàn)象具有標度不變的特征，如巖石碎片、斷層、地震、火山噴發(fā)礦藏、油井等，這些現(xiàn)象的頻度和大小分布具有尺度不變性。國內外學者的研究表明，區(qū)域地球化學場十分粗糙，并非處處可微，數(shù)據服從分形分布。

含量-面積法是逼近地球化學異常的一種分形方法，Qiuming等(1994)認為地球化學背景值和異常值具有各自獨立的冪指數(shù)關系，并提出確定地球化學異常的含量-面積分形方法。

設分形模型

N(r)=Cr-Dr＞0 (1)式中，r為特征尺度;C＞0稱為比例常數(shù);D＞0稱為一般分維數(shù);N(r)=N(≥r)表示尺度大于等于r的數(shù)目或和數(shù)。

筆者在MapGIS平臺上實現(xiàn)含量-面積分形方法(陳玉香，2006;郭科等，2006;李賓等，2011)，基于含量與面積的冪律關系來確定研究區(qū)Au、Ag元素的異常下限值。首先在MapGIS平臺上采用稠密數(shù)據高斯距離權法網格化，形成等值線圖，然后利用分形求和法(申維，2007)借助于MapGIS的空間分析功能統(tǒng)計不同含量r值所對應的累計面積N(r)值，即元素含量大于等于r的面積。兩邊取自然對數(shù)，化為一元線性回歸模型，應用最小二乘法回歸各段直線，用最優(yōu)化方法確定分界點，求出分維數(shù)D。最后對回歸方程的顯著性進行檢驗，通過顯著性檢驗的分維數(shù)D對應的r值即為異常下限值(陳玉香，2006)。

研究區(qū)Au、Ag兩種元素的分段擬合見圖5。

圖5 龐西垌地區(qū)Au、Ag元素含量-面積關系圖及擬合方程

Au、Ag元素各段擬合方程均通過顯著性檢驗。根據圖5可以看出，Au、Ag元素的含量與面積呈冪律關系，元素含量的空間分布是一種具有2個或2個以上標度的多重分形分布。本研究區(qū)中Au元素明顯呈現(xiàn)5個無標度區(qū)，可得到4個相應的分界點，即4個異常下限理論值，分別為0.8、3.5、10.0、70.0 mg/t;Ag 元素則明顯表現(xiàn)出4個無標度區(qū)，即可得到相應的3個分界點，即3個異常下限理論值，分別為 0.055、0.1、5.0 g/t。

根據得到的異常下限理論值，可作出對應元素的異常圖(圖6)。從分形方法圈定的龐西垌地區(qū)Au、Ag元素異常圖可以看出，分形方法利用含量-面積統(tǒng)計量根據元素含量的內在分布特征來計算元素含量的異常下限理論值，既考慮了元素含量的內在富集規(guī)律，又考慮了元素含量分布的空間性;既突出了高頻異常，又不壓制低頻信息的表現(xiàn)。異常下限分級按照元素內部的富集程度而定，易于突出強異常，同時有利于弱異常的表現(xiàn)，反映了整個區(qū)域的異常變化特征。該方法圈定的異常與已知礦點的吻合度最好。

圖6 含量-面積法圈定龐西垌地區(qū)Au、Ag元素異常示意圖

5 結論

通過對龐西垌地區(qū)Au、Ag元素含量分別利用傳統(tǒng)方法、趨勢面法、分形方法進行異常下限計算，進而圈定異常，并與已知礦點進行疊加分析。研究結果表明：(1)傳統(tǒng)方法(迭代剔除法)在計算過程中剔除了大量的強異常信息，這在一定程度上削弱了高異常信息的表現(xiàn)，由于異常下限常取計算出的下限值及其2、4、8倍作為顏色梯度，計算過程較為機械，只考慮了元素含量的統(tǒng)計特征，忽視了元素含量本身的富集規(guī)律及其空間性。(2)趨勢面法不適用于本研究區(qū)大范圍海量數(shù)據的表達，在計算趨勢面過程中，殘差受數(shù)據范圍的影響，圈定的異常太少，不能反映研究區(qū)的元素含量變化。(3)分形方法以無損地球化學數(shù)據完整性為前提，最能表現(xiàn)本研究區(qū)的元素含量變化規(guī)律，既突出了強異常，又利于弱異常的充分表現(xiàn)。異常下限不是機械的設定，而是通過計算元素含量-面積雙對數(shù)圖，來分析元素含量的富集規(guī)律，以此為依據計算異常下限理論值，更能表現(xiàn)元素含量的內在富集規(guī)律。

從圈定出的異常與已知礦點的吻合程度看，吻合度最好的是分形方法，其次為傳統(tǒng)方法，最后為趨勢面法。

通過對3種方法的對比可以看出，分形方法既考慮了元素的統(tǒng)計規(guī)律，又考慮了元素的內部富集規(guī)律和空間性，相對于其他兩種方法具有明顯的優(yōu)勢。

陳建國，夏慶霖.1999.利用小波分析提取深層次物化探異常信息［J］.地球科學：中國地質大學學報，24(5)：509-512.

陳玉香.2006.GIS技術——分形方法在化探數(shù)據處理中的應用探討［D］.北京：中國地質大學.

陳志軍.2007.多重分形局部奇異性分析方法及其在礦產資源信息提取中的應用［D］.武漢：中國地質大學.

郭科，魏友華，陳聆，等.2006.基于MapGIS平臺下分形理論在地球化學異常圈定中的應用［J］.成都理工大學學報：自然科學版，33(4)：356-359.

韓東昱，龔慶杰，向運川.2004.區(qū)域化探數(shù)據處理的幾種分形方法［J］.地質通報，23(7)：714-719.

紀宏金，林瑞慶，周永昶.2001.關于若干化探數(shù)據處理方法的討論［J］.地質與勘探，37(4)：56-59.

李長江，麻士華.1999.礦產勘查中的分形、混沌與ANN［M］.北京：地質出版社.

雷麗，王緒本，倪師軍，等.2000.小波分析在化探異常處理中的試驗研究——以四川石棉田灣礦區(qū)為例［J］.礦物巖石，(3)：91-94.

李隨民，姚書振，韓玉丑.2007.Surfer軟件中利用趨勢面方法圈定化探異常［J］.地質與勘探，43(2)：72-75.

李宗敏，申維.2008.基于奇異值分解法的含量-面積法對化探異常的確定［J］.地質通報，(5)：662-667.

李賓，李隨民，梁玉明，等.2011.分形方法圈定河北省龍關地區(qū)化探元素異常［J］.地質調查與研究，34(2)：154-160.

任印國，魏永強.2006.使用Surfer軟件繪制地質圖件和處理地質數(shù)據的方法［J］.測繪技術裝備，8(1)：34-36.

申維.1999.多維自仿射分布及其在地球化學中的應用［J］.高校地質學報，5(1)：59-65.

蘇金明.2004.統(tǒng)計軟件SPSS 12.0 for Windows應用及開發(fā)指南［M］.北京：電子工業(yè)出版社.

申維.2007.分形求和法及其在地球化學數(shù)據分組中的應用［J］.物探化探計算技術，29(2)：134-137.

孫忠軍.2007.礦產勘查中化探異常下限的多重分形計算方法［J］.物探化探計算技術，29(1)：54-57.

王崇云.1987.地球化學找礦基礎［M］.北京：地質出版社.

謝學錦.2002.面向21世紀的應用地球化學：謝學錦院士從事地球化學研究50周年［M］.北京：地質出版社.

於崇文.1999.大型礦床和成礦區(qū)(帶)在混沌邊緣［J］.地學前緣，6(2)：195-217.

趙鵬大.2004.定量地學方法及應用［M］.北京：高等教育出版社.

GOVTT G J S，GOODFELLOW W D，CHAPMAN R P，et al.1975.Exploration geochemistry distribution of elements and recognition of anomalies［J］.Mathematical Geology，7(5/6)：415-446.

MIESCHAT.1981.Estination of geochemical threshold and its statistical significance［J］.Geochemical Exploraion，16(1)：49-76.

QIUMING C，AFTERBERG F P，BALLANTYNE S B.1994.The separation of geochemical anomalies from background by fractal methods［J］.Journal of Geochemical Exploration，51(2)：109-130.

QIUMING C，AGTERBERG F P，BONHAM-CARTER G F.1996.A spatial analysis method for geochemical anomaly separation［J］.Journal of Geochemical Exploration，56(3)：183-195.

Discussions on anomaly delineation method of geochemistry in Pangxidong area

WANG Kun1，2，3，ZHOU Yong-zhang1，2，3，GAO Le1，2，3

(1.Department of Earth Sciences，Sun Yat-sen University，Guangzhou 510275，China;2.Guangdong Provincial Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources Exploration，Guangzhou 510275，China;3.Center for Earth Environment and Resources，Sun Yat-sen University，Guangzhou 510275，China)

Pangxidong area was located in the south section of Qin-hang metallogenic belt and was the major metallogenic zones of precious metals and nonferrous metals.The tectonic structures were complicated and magma activity frequent.Based on the stream sediment survey data in Pangxidong area，the content of Au and Ag elements were taken as examples，their lower limit values were calculated and anomalies were delineated with conventional statistical method，trend surface analysis and fractal method.Through contrast of calculation course and application effect，the most appropriate method was explored for the delineation of geochemical anomaly under complicated geological settings.

Geochemical anomaly;Fractal method;Iterative method;Trend surface analysis;Pangxidong area;Guangdong and Guangxi

P618

A

1674-3636(2012)01-0064-06

2012-01-06;編輯：陸李萍

中國地質調查局地質礦產調查評價專項項目“廣東龐西垌地區(qū)礦產遠景調查(1212010071012)”資助

王琨(1985— )，女，碩士研究生，研究領域為綜合地質異常提取及成礦預測，E-mail：wkun1111@126.com

10.3969/j.issn.1674-3636.2012.01.64