多重分形与地质统计学方法在粤北刘家山地区矿化指示中的应用

为了解地球化学元素在岩石等介质中的局部富集和贫化规律,采用多重分形和地质统计学方法来分析其空间自相关性及奇异性,多重分形方法通过多重分形模型来刻画,地质统计学方法通过变异函数来实现。应用这两种方法处理粤北刘家山地区1∶5万水系沉积物地球化学各元素数据表明,地球化学数据的局部奇异性在该区可反映铅锌铜矿化蚀变带等局部成矿有利部位。为进一步研究异常与奇异性区的关系采用分形滤波技术(S-A法)对该区成矿主元素Pb、Zn进行分析,发现由S-A法分解得到的异常区与奇异性区一致,并且得出由S-A法分解的异常具有局部奇异性的结论。研究区内具有明显奇异性的地区也即元素富集区域是铅锌矿异常区域,它们与铅锌矿成矿作用和已知矿床的赋存密切相关, 这也为该地区元素的成矿潜力评价提供了重要的线索。     

个旧锡多金属矿集区高松矿田矿化元素局部富集的奇异性特征

多重分形理论能够有效地分析地球化元素局部富集和贫化规律。对取自个旧高松矿田的1 783件断裂构造地球化学样品的13种元素进行了多重分形统计以及局部奇异性方法分析。结果表明:多重分形维谱函数α-f(α)曲线呈连续上凸的特征,曲线的不对称反映了元素局部富集程度差异,并据此将13种元素划分为包含Sn、Cu、Pb、Ag、As、Mn在内的主要成矿元素组合以及包含Zn、Sb、Cd、W、Mo、Bi、Hg的次要成矿元素或伴生元素组合。多重分形的特征值τ″(1)以及Dq的变化规律表明:在主要成矿元素中,Sn在断裂空间上局部富集程度最高,其次为Ag,而Cu相对最低,各元素的τ″(1)值与对应的变异系数的大小具有较为显著的相关性;各元素在空间上的奇异性指数α增强了地球化学富集地段的指示信息,可以作为判别局部富集的重要参数。运用多重分形方法可揭示矿化元素局部富集的奇异性特征以及空间局部富集规律。     

非线性成矿预测理论:多重分形奇异性-广义自相似性-分形谱系模型与方法

介绍了“奇异性-广义自相似性-分形谱系”(“3S”: Singularity-generalized self-Similarity-fractal Spectrum)为核心的多重分形现代成矿预测理论与模型(Multifractal Mineralization Prediction Theory and Models)的基本内容和前沿研究方向.讨论了作为非线性、复杂性理论的重要领域之一, 多重分形理论所提供的“奇异性-广义自相似性-分形谱系”等概念和相关的模型.这些新概念和模型不仅能够合理地描述成矿系统、成矿过程、成矿富集规律、矿产资源时空分布, 还提供了定量模拟和识别成矿异常(地质、地球物理、地球化学、遥感异常)的有效模型和实用方法.将多重分形原理与成矿过程、矿产资源分布规律、矿产资源信息获取研究相结合, 可形成具有良好应用前景的现代成矿预测理论与模型.采用该多重分形矿产资源预测理论和在此基础上所开发的专用地学非线性空间信息GeoDASGIS技术, 对国内外多个金属成矿区带进行了矿产资源勘查与评价, 均取得了较理想的预测效果, 表明对开展矿产资源勘查和评价是有效和可行的.      

空间模式的广义自相似性分析与矿产资源评价

尺度不变性(scale invariance)包括自相似性(各向同性)、自仿射性(成层结构)、广义自相似性(各向异性标度不变性),是由各种地质过程和地质事件所产生的地质特征和模式的本质属性．尺度不变性可用分形和多重分形模型来表征．这些尺度特征的定量化可为刻画地质空问模式和模式识别提供有力的工具．例如。热液矿床的群聚现象可以用局部分形特征(局部奇异性)来刻画．通过在特征空问中(如频率空问)识别空问模式的广义自相似性．可以将空间混合模式进行分解或异常的识别．介绍了几种相关的分形模型和方法。包括度量空问模式广义尺度独立性(GSI)的线性模型;基于广义尺度独立性的异常分解S—A方法;度量空问模式的局部奇异性方法;以及如何利用分形特征预测未发现矿床的2种方法．有些方法已应用于许多矿产资源评价实例中．给出了对加拿大Nova Scotia省西南部湖泊沉积物样品中的4种元素As、Pb、Zn和Cu的地球化学数据处理分析结果。证明了局部奇异性分析和S—A异常分解方法对地球化学异常的增强和分离的有效性．研究表明：由S—A方法分解的异常往往具有多重分形的特点,而且普遍具有局部奇异性．研究区内具有明显奇异性的地区(元素含量富集区)是金矿异常区域。它们与金矿成矿作用和已知矿床的赋存密切相关．     

钦-杭结合带南段庞西垌地区Ag-Au致矿地球化学异常信息识别与提取

基于分形与多重分形理论的非线性化探数据处理方法及以空间加权主成分分析模型为代表的地学多源信息融合技术,为致矿地球化学异常信息的识别和提取提供了有力的工具。本文以钦-杭结合带南段庞西垌地区1∶5万水系沉积物地球化学数据为例,研究如何综合运用多重分形局部奇异性与空间加权主成分分析这两种地学信息处理方法来识别和提取致矿地球化学异常信息。首先,采用滑动窗口的方法绘制了研究区与银金矿化关系密切的五种地球化学元素Au、Ag、Cu、Pb和Zn的局部奇异性指数图以增强局部弱缓异常信息。然后,在控矿条件分析的基础上,运用北东向断裂构造这一重要控矿要素对Ag-Au成矿作用的影响范围,即距离北东向断裂的距离,作为应变量来构建用于空间加权主成分分析的空间权重系数的计算模型,以此来突显化探样品在控矿地质条件约束下的空间相关性。进而,采用空间加权主成分分析方法来得到Au、Ag、Cu、Pb和Zn多元素奇异性指数值的组合异常(第一主成分因子得分)。结果表明:综合运用多重分形局部奇异性与空间加权主成分分析方法可以有效的识别和提取Ag-Au致矿地球化学异常信息,圈定具有示矿意义的多元素组合异常区。     

成矿过程奇异性与矿床多重分形分布

本文将成矿过程与地震、火山、滑坡、洪水、暴雨、森林火灾等一系列非线性地球系统过程称之为奇异性过程（Singular Processes）。奇异性过程的基本特征是在相对很小的时间间隔或者空间范围中产生巨大能量释放或者物质超常富集或堆积。探讨了奇异性过程的“资源”与“灾害”双重效应;从地幔对流、板块构造等自组织临界性系统探讨了成矿过程的奇异性以及成矿结果服从多重分形分布规律,如矿床规模与个数、矿床品位与个数等;介绍了可以刻画成矿域空间结构的不均匀性、尺度独立性和白组织临界性的多重分形模型,如度量元素富集强度的局部奇异性模型,度量成矿域结构各向异性的广义自相似性模型,以及度量分形结构序次的分形谱系模型。这些非线性模型为矿产资源定量预测提供了新的思路和工具。     

成矿过程奇异性与矿产预测定量化的新理论与新方法

在分析地震、滑坡、洪水、暴雨、森林火灾等一系列非线性地球系统过程共同特征的基础上,笔者提出了成矿过程作为奇异性过程的命题。探讨了成矿过程奇异性、广义自相似性、自组织临界性等基本非线性特征的内在联系。从多重分形理论出发给出了:(1)度量成矿域空间结构不均匀性的局部奇异性分析模型;(2)度量成矿多样性与自相似性关系的系列广义自相似性度量模型;(3)首次给出了奇异性指标作为度量控矿要素与矿床分布相关关系的非线性模型,提出了从奇异性出发计算成矿后验概率的新的对数概率模型;(4)介绍了成矿奇异性的动力学模拟过程。详细介绍了非线性矿产资源预测理论和方法的基本内容和模型。     

多重分形滤波方法和地球化学信息提取技术研究与进展

圈定地球化学异常是勘查地球化学和环境地球化学研究中的一项基础性工作。笔者通过详细分析近30年来与地球科学密切相关的分形和多重分形等现代非线性理论和新方法的迅速发展和应用,特别是以解决地球化学复杂背景与叠加异常分解难题为例,介绍了广义自相似理论与分形滤波技术的发展和应用,相信在资源、环境、灾害的其他应用领域也将发挥重要影响。文中阐明了多重分形是更具普适性的地球化学元素分布模式,"密度-面积"分形模型是刻画地球化学异常的基础模型,并为多个空间开展分形滤波和分解地球化学复杂背景与叠加异常的理论基础。该方法的显著优势在于将地球化学场的各向异性、尺度不变性、广义自相似性等特征集于一体,具有压制变化性背景干扰,突出局部异常的能力,其中C-A和S-A业已广泛应用于矿产勘查靶区圈定和环境污染模式识别,形成了分解地球化学复杂背景和叠加异常的常用技术,在国内外多个成矿区带取得了显著的找矿效果。     

奇异性分析在赤峰地区地球化学异常识别中的应用

统计学方法在地球化学异常识别中起着重要作用.传统统计学方法需要以元素分析数据的分布状态为前提,且忽视了样本的自相关结构,而奇异性分析不仅能够度量地球化学场的空间统计特征,而且可以刻画局部异常的奇异性规律.对比两种方法在赤峰地区地球化学异常识别的效果表明,奇异性分析确定的地球化学异常与已知矿床和矿点分布吻合情况较好,且能...     

应用复杂性-非线性理论开展成矿预测——奇异性理论-广义自相似性-分形谱系多重分形理论与应用

本文应用 “奇异性-广义自相似性-分形谱系”为核心的多重分形现代成矿预测理论与模型开展了云南兰坪、个旧等地区的成矿过程模拟与矿产资源定量评价。文中介绍了作为非线性、复杂性理论的重要领域之一的多重分形理论如何应用与矿产资源定量评价中，所涉及的“奇异性-广义自相似性-分形谱系”等概念和相关的模型能够合理地描述成矿系统、成矿过程、成矿富集规律、矿产资源时空分布，还提供了定量模拟和识别成矿异常（地质、地球物理、地球化学、遥感异常）的有效模型和实用方法。将多重分形原理与成矿过程、矿产资源分布规律、矿产资源信息获取研究相结合，可形成具有良好应用前景的现代成矿预测理论与模型。采用该多重分形矿产资源预测理论和在此基础上所开发的专用地学非线性空间信息GeoDAS GIS技术，对国内外多个金属成矿区带进行了矿产资源勘查与评价,均取得了较理想的预测效果。文中将以该理论方法在云南省多个地区开展矿产品定量预测的实例来说明该理论体系和方法技术的有效性和可行性。     

地质异常的奇异性度量与隐伏源致矿异常识别

以个旧锡多金属矿床为例,研究了致矿地质异常的非线性特征.从异常地质事件和成矿作用的奇异性出发,定量分析了地质异常的奇异性、不连续性、非平稳性、混沌性、自相似性、临界性等非线性特征.在此基础上,详细介绍了局部奇异性分析原理和方法,论述了奇异性指数对隐伏源异常的识别能力.结果表明,奇异性分析方法在个旧地区水系沉积物地球化学数据处理和隐伏源地球化学异常识别和圈定应用中是有效的.分析结果一定程度上消除了隐伏源深度的影响,所圈定的局部地球化学异常不仅在个旧东区较好地对应了已发现的大型锡矿床的分布,而且在其他低缓地球化学异常区也圈定了多处局部异常,为进一步开展锡矿勘查提供了重要靶区.奇异性理论和方法有望为深部矿产预测、隐伏矿预测、覆盖区矿产预测等特殊环境开展矿产预测提供了新的实用性理论和方法技术.      

基于S-A多重分形滤波方法的深层土壤Au元素异常识别—以皖东张八岭—管店地区为例

张八岭—管店地区位于皖东张八岭构造带北部,区内已发现多处金多金属矿点,但尚未取得显著突破。近年来,多维分形理论与地球化学勘查相结合的方法已被广泛应用于Au、Cu矿床的找矿勘查工作,其中S-A(能谱密度-累计面积)方法是一种建立在能谱空间上的分形滤波技术,能够利用傅里叶变换对物化探数据进行异常和背景分解。以张八岭—管店地区深部土壤Au元素为例,利用S-A方法对研究区深部土壤中Au元素地球化学场进行异常识别。结果显示,该方法能够有效分离地球化学背景,识别已知金铜矿点的矿致异常信息,在区内已知矿点以外识别出多个Au元素异常区域。研究成果可为进一步找矿勘探提供新的目标和方向。     

Identification of Geochemical Anomaly by Multifractal Analysis

The separation of anomalies from geochemical background is an important part of data analysis because lack of such identifications might have profound influence on or even distort the final analysis results. In this article, 1 672 geochemical analytical data of 11 elements, including Cu, Mo, Ag, Sn, and others, from a region within Tibet, South China, are used as one example. Together with the traditional anomaly recognition method of using the iterative mean ±2σ, local multifractality theory has been utilized to delineate the ranges of geochemical anomalies of the elements. To different degrees, on the basis of original data mapping, C-A fractal analysis and singularity exponents, Sn differs from the other 10 elements. Moreover, geochemical mapping results based on values of the multifractal asymmetry index for all elements delineate the highly anomalous area. Similar to other 10 elements, the anomalous areas of Sn delineated by the asymmetry index distribute along the main structure orientations. According to the asymmetry indexes, the 11 elements could be classified into 3 groups: (1) Ag and Au, (2) As-Sb-Cu-Pb-Zn-Mo, and (3) Sn-Bi-W.This paragenetic association of elements can be used to interpret possible origins of mineralization, which is in agreement with petrological analysis and field survey results.     

新疆塔尔巴哈台-萨吾尔地区多重分形地球化学异常提取及成矿预测

塔尔巴哈台-萨吾尔地区位于中国新疆西北部,目前已发现若干处铜、金矿床,具有很好的成矿潜力。成矿定量预测方法常被用于综合成矿标志信息,进行成矿远景区的定量预测和评价。本文首先结合多重分形理论-奇异性指数模型进行地球化学异常提取,之后通过对区域成矿条件进行综合分析,基于地球化学异常以及构造、岩浆岩、地层与矿化的相关关系构建了塔尔巴哈台-萨吾尔地区铜-金成矿预测模型;研究进一步基于新近的找矿成果,以已知矿床和新近发现的矿化点信息作为依据,利用证据权重方法对研究区铜-金矿化的远景区进行了定量预测。预测结果显示出塔尔巴哈台-萨吾尔地区具有良好的找矿前景,区内存在多个新的成矿远景区,可作为新的找矿勘探的目标,开展进一步找矿勘查工作。     

Application of the tectono-geochemistry method to mineral prospectivity mapping: a case study of the Gaosong tin-polymetallic deposit,Gejiu district,SW China

The tectono-geochemistry method as a lithogeochemical exploration tool is a process centric approach based on the premise that element migration and concentration within and adjacent to geological structures are controlled by large-scale dynamic earth processes that operate on a variety of scales to focus mass and energy flux. Here we present a case study of the Gaosong tin-polymetallic deposit, Gejiu district, SW China, illustrating how the tectono-geochemistry method can be applied to mineral prospectivity mapping. As a first step, 2216 fault rock samples collected within the Geiju district were assayed followed by a detailed examination of the assay results by means of factor analysis and multifractal singularity mapping. The main aims of these analyses were to (1) statistically explore the data with respect to specific element concentrations, associations and geochemical patterns by which the fault rock samples can be grouped, (2) better characterize the samples in terms of whether or not the rocks recorded any evidence for hydrothermal mineralization processes, and (3) identify any geochemical anomalies that may present vectors to buried ore. The results illustrate that element distribution patterns are greatly influenced by fault permeability and that NE-SW-striking faults are the most favorable in terms of concentration of ore elements. Factor analysis greatly assisted the identification and interpretation of, for example, element associations, and geochemical zonation patterns genetically related to intrusions. Recognition of singularities was of particular importance with respect to identifying and delineating primary fault tectono-geochemical anomalies that may be caused by buried ore. Of particular interest are low singularity values as these correspond with positive geochemical anomalies over known ore deposits in the Gejiu district. Anomalies delineated by local singularity exponents may represent undiscovered ore and, thus, warrant further exploration.     

多龙矿集区控矿构造信息提取、识别与融合

西藏多龙矿集区近年来发现了大量的铜、金矿床,具有可观的资源潜力而倍受关注。通过对区内地质调查及矿产勘查数据的系统梳理与二次开发,利用基于分形理论的空间分析方法对该区成矿背景、构造格架等方面进行了深入细致的研究与探索。通过主成分分析方法,将水系沉积物地球化学数据中与斑岩铜金成矿相关元素和构造活动指示元素进行融合,并利用S-A(能谱-面积)模型对元素组合异常进行信息挖掘工作。结果表明,与区内构造格架相关的地球化学异常空间分布模式在指示矿化的同时,还对其与区域断裂构造之间的成生关系具有相当程度的指示意义。此外,区内开展的空间定量研究同时表明,S-A(能谱-面积)模型对描述由特定地质作用所造成的异常空间分布模式的自相似性有效,特别是针对地球化学背景模式的空间定量化描述,能更加深刻地刻画区内的构造格架并反映成矿背景。其结果推断了控制区内斑岩成矿系统的网格状断裂体系。此外,数据分析建模过程为在该区开展进一步的多元信息提取与融合提供了思路和借鉴经验,有利于找矿新靶区的发现与圈定。