复杂地质地貌区多尺度地球化学异常识别的非线性研究

【摘要】：本文应用现代数学非线性理论与方法对西南三江北段地区1:20万水系沉积物测量,1:5万恒星错测区水系沉积物测量,1:1万干中雄测区土壤地球化学测量的元素数据分别进行了异常识别的非线性研究。由于研究区域属中国西部藏东地区,该区域所具有特殊的地质地貌特征,特殊地质地貌条件可概括为:以高山峡谷为特征的地貌条件,以活动性断裂及强地震动力环境为特点的地壳内动力条件,以河谷浅表生改造、崩滑发育和化学风化作用表现突出为特征的外动力条件。这样的地质地貌条件在全世界是独一无二的,由此产生特殊的地球化学分布决定了中国西部地区元素地球化学场特殊性,从而大大影响到中大比例尺的地球化学详查或普查(二级异常查证)异常下限的确定,如方法的选择、数据的变换、特高异常值的剔除等。该区域的地质数据在采集过程中不可避免地存在数据的各向异性、特高值屏蔽、噪声等原因易导致出现假异常,因此需要对该区域的地质数据需要进行特别的处理研究。 本文首先尝试用人工免疫算法、卡尔曼滤波和小波分析方法对多尺度地球化学数据降噪。其次,采用分形含量面积法对降噪数据寻求异常下限,从而弥补传统方法确定异常下限出现的缺陷。在此基础上构造了测区地球化学元素分布的分形插值曲面。最后,在MAPGIS平台下建立地球化学异常圈定系统,作出异常等值线图和异常分形插值图,再利用信息融合技术绘制了测区综合异常图,并结合研究测区特殊地质背景给出测区的异常解释评价。 本文的创新点在于: 1、首次将人工免疫理论用于多尺度地球化学元素数据的噪声处理,可消除特高值带来的屏蔽和假异常的提取,取得了较好的效果。 2、首次给出分形改进含量面积算法。该算法主要特点是考虑了地球化学元素的空间分布,弥补了陈秋明的含量-面积模式的不足,同时对谢和平的投影覆盖法在网格划分上和分形曲面面积的计算方法上作了改进。含量-面积模式需利用含量值大于ρ的数据点的点数代替含量值大于ρ的区域的面积A(ρ),但这种算法并不一定合理。含量面积法考虑了地球化学元素的空间分布,将原始数据插值后投影在平面上,通过矩形分割平面近似算出含量曲面的面积。这种方法计算的面积更能真实反映含量曲面的面积。投影覆盖法在对投影网格的划分上采用δ×δ的正方形分割,是通过改变网格尺度δ来得到不同的覆盖面积S(δ);含量面积法则是采用△x×△y的矩形网格分割,使得数据所在的区域不仅仅局限在正方形区域,并且在投影面积的计算中增加了含量r的控制尺度,只计算超过r的有效曲面的面积,通过改变含量r的大小得到不同的覆盖面积S(r),从而确定化学异常下限。使用含量面积法确定异常下限,从异常图可看出,弥补了传统方法确定异常下限难以剔除特高值带来的屏蔽作用,以避免致矿异常漏失以及错圈非致矿异常,能改变由于异常采样位置等原因导致圈定的异常外界线呈圆齿状分布的态性,可剔除不平滑区域产生的边界锯齿效应,对判断致矿异常效果很好。