内蒙中部区泛克里格法化探数据处理效果

王振民，张庆洲，李泊洋

（内蒙古自治区第十地质矿产勘查开发院，内蒙古赤峰024005）

内蒙中部区泛克里格法化探数据处理效果

王振民，张庆洲，李泊洋

（内蒙古自治区第十地质矿产勘查开发院，内蒙古赤峰024005）

比照传统概率统计分析法，介绍了泛克里格法处理化探数据的原理、方法和特征。以内蒙中部区化探数据为例，利用常规概率统计分析法和泛克里格法分别提取了Cu概率异常和Cu剩余异常，结合地质、矿产内容对比分析发现，常规概率统计分析法提取的Cu概率异常虽与金、铜、多金属矿产相关性较好，但异常面积较大，尤其是高背景地区成片出现岩性异常，对找矿工作不利；相比较而言，泛克里格法提取的剩余异常受背景干扰少，独立性好，与铜、金、多金属矿床、矿点的空间分布关系密切，有利于找矿应用。

统计分析;概率异常;泛克里格;剩余异常;内蒙中部区

我国以矿产勘查为主要目的的区域性地球化学测量工作，获得了系统、规范、大面积、多参数的地球化学数据，建立了全国区域化探数据库，在基础地质研究和矿产勘查工作中发挥了巨大的作用，目前来看，所获得的数据还有待于进一步开发，尤其是一些重要的成矿区带，选用合适有效的方法提取客观明确的化探异常信息以指导找矿工作还值得探讨[1]。常规的异常信息提取方法以概率统计方法为主，生产中广泛使用，同时在生产和科研工作中也出现了许多探索性的方法，如地质背景衬度值异常法[2]、滑动平均标准化法[3]、子区中位数衬值滤波法[4]、以及分型、归一化等等方法，这些方法都从不同角度增强了异常信息。

泛克里格法在三维地震变速成图[5]、大地电磁测深中消除噪音及时域漂移研究[6-7]中应用广泛，本文对比传统概率统计分析法，介绍泛克里格法在化探数据处理中的应用效果。

1 概率统计法异常信息提取

概率统计分析法提取化探异常（便于叙述和对比，以下简称概率异常，PS-anomoly）是常规的化探数据处理方法，被写进"地球化学找矿"[8]教材中，也是1∶5万和1∶20万等化探规范中推荐的常规方法，该方法容易操作，益掌握，被广泛应用。异常是根据下列公式直接计算的：

这种统计计算的前提是统计单元符合正态分布，但实际化探测量结果中很难符合这种要求，特别是针对大区域地质母体复杂的情况，原始数据统计母体很难符合正态分布，特别是地球化学图上大面积的高背景或低背景场区，用统一的异常下限提取异常会漏掉很多低背景上的弱异常，同时也会把很多由岩性引起的高背景区划入到异常之列，这种异常提取方法不利于找矿应用。

2 泛克里格法异常信息提取

2.1 原理

泛克里格法提取的化探异常（以下简述剩余异常，UK-anomoly）是王世称教授综合信息矿产预测法[9]中数据处理的一个特色，其原理如下：泛克里格法数据处理是区域化变量非平稳条件下的一种最优无偏线性估值方法，对于非平稳的区域化变量Z (χ)，假设它可以分解为漂移和剩余两步分，即：

其中，m(χ)为在点χ处的数学期望，而r(χ)=Z(χ)-m(χ)称为剩余，漂移m(χ)表示Z(χ)的规则而连续的变化，剩余r (χ)则可认为是围绕漂移m(χ)摆动的随机误差，且其数学期望为零。当χ在一维数轴上变化时，漂移和剩余见图1。

在地球化学数据研究中，m(χ)表示区域上的含量变化，指示研究区内不同地质体的含量差异性，此数据作为地球化学背景研究；而剩余r(χ)可作为区域地球化学异常圈定的依据，以地球化学剩余异常图表示。一般情况下，人们只关心正剩余异常，因为正剩余异常反映地球化学元素局部富集现象，而且这种局部富集很可能是矿化作用引起的，所以在大面积的异常研究中所说的剩余异常指的是正的剩余异常。

2.2 数据预处理

泛克里格数据处理之前需要预处理的事项：

图1在一维空间里的漂移和剩余Fig.1Residual and drift in the one-dimensional space

首先是数据调平，由于来自不同的采样介质、不同的实验室、不同的分析批次的系统差，使得地球化学图面会出现阶地，即局部范围整齐抬高或降低等现象，这种现象是非地质因素造成的，应该在成图之前进行校正，区域化探数据库管理系统GeoMDIS2000提供了人机交互调整功能，具体为通过图面观察，选择明显的整块抬高或者降低的阶地，利用Vai=AVi+B公式进行校正，其中Vai为校正后的值，AVi为实际分析数据，B为调整变量，当正阶地出现时给负值，负阶地出现时给正值，B值的大小以阶地和周围背景一致为合适。

其次是低通滤波处理，数据中常常存在由于次生富集的不均匀性、偶然性变化等引起离群值，这些离群值会极大的影响背景的分布形态，使异常的地质解释受到影响，因此在背景模拟前需对数据进行空间滤波处理，减少或消除局部因素的影响，通过均值低通滤波可以使原始数据平滑，减少特高和特低的像元值造成背景的奇异现象。

2.3 异常提取

剩余异常的提取和绘图在suffer软件中实现。

根据关系式：r(χ)=Z(χ)-m(χ)，首先确定的是漂移m(χ)。求解漂移m(χ)用多元回归方程模拟的趋势面来实现。具体为在Surfer软件中选择菜单命令"Grid（网格）︳Data（数据）"，从"Gridding Method（网格化数据）"组中选择"Polynomial Regression（多项式回归法）"，点选"Advanced Option（高级选项）"并对多元回归方程进行高级设置[10-11]。

利用变异函数r(h)确定剩余r(x)，变异函数公式：

N(h)为距离等于h的数据对的数量，Z(i)为采样点xi处的测量值，Z(j)为与采样点xj处的测量值，其中xi和xj的偏离距离约为h。

在Surfer软件中求解变异函数r(h)的步骤为：选择菜单命令"Grid（网格）︳Data（数据）"，从" Gridding Method（网格化数据）"组中选择"Kriging（克里格法）"，点选"Advanced Option（高级选项）"选择函数(h)模型。

如果漂移函数最高次数大于2，可在化探数据中减掉漂移m(x)，对剩余r(x)使用克里格估值法插值，之后进行等值线绘制。

3 应用实例

3.1 研究区地质概况

研究区位于内蒙古中部区，地理坐标为东经104°30′00″-110°00′00″，北纬39°20′00″-42°00′00″。区域构造单元属于华北地块，基底由太古界和古元古界变质岩系组成，盖层由中、上元古界的渣尔泰山群、白云鄂博群、震旦系、早古生界地层等组成。北部为华北板块北缘增生带，岩浆侵入活动强烈，主要发育华力西期和燕山期酸性侵入岩。本区含矿岩石建造主要有两类，一类是富含大中型铜、金多金属矿床的上元古界长城系-蓟县系渣尔泰山群浅变质岩系，层控及时控特征明显；另一类是上太古至下元古界绿岩带，该层位普遍含金，成为本区金矿床的主要含矿建造[12]。

区内金及多金属矿产丰富，已发现的矿床、矿点240余处，其中著名的矿床有朱拉扎嘎大型金矿（图2，13号矿床）、白云鄂博特大型铁铌稀土矿床（图2，62号矿床）、甲升盘大型铅锌硫矿床（图2，42号矿床）、东升庙大型铅锌硫矿床（图2，25号矿床）、对门山中型硫锌矿床（图2，28号矿床）等等。矿产分布有明显的地域性，以乌拉特中旗为界，以东乌拉山-白云鄂博之间矿产分布以金为主，同时有大量多金属矿床矿点；乌拉特中旗以西跌布斯格-霍布之间NE向成矿带上主要以铜及铜铅锌多金属矿产为主。

3.2 Cu概率异常和剩余异常的提取

本区金、银、铜铅锌等贵金属和多金属矿产丰富，Cu是重要的矿化指示元素，下面以区内Cu异常圈定为例，对比分析原始数据常规概率异常提取和泛克里格法剩余异常提取结果与已知矿床、矿点之间的关系。

按异常下限值20×10-6（R＝1.65，异常的置信度为95%）圈定的Cu概率异常见图2，以灰色表示异常区，泛克里格法圈定的剩余异常在图2中以蓝色线圈定，图2中还添加了与Cu异常有关的金、铜、铅锌、钼等多金属矿产内容。

3.3 异常分布规律对比

从异常与矿产的空间分布规律（图2）来看：乌拉特后旗-固阳一带Cu的概率异常表现为大面积的区域异常，这是由于该区广泛出露太古界和下元古界的绿岩地层，该套地层原岩包含一系列中基性火山岩成分，基性成分高的地质单元Cu的背景值也高，甚至表现为大面积的异常状态。而该区域内剩余异常在图面上分布比较均匀，不存在大面积的区域异常，一定程度上消除和削弱高背景场引起的非矿化异常。

白云鄂博异常区，Cu的概率异常面积约1.5 km2，包含大型金矿1处，大型稀土矿床1处，小型金矿点1处，铜矿点2处；相比较而言，该区剩余异常面积只有0.5 km2，异常区只比概率异常区少一处铜矿化点，其它主要矿产都包含在内。与上述情况相似的地区还有霍布34号异常区、渣尔泰山37号、52号、54号、66号等矿产地。如此看来，如果以尽可能挖掘找矿潜力为目的，那么概率异常找矿具有全面性，如果以提高找矿效率为目的，那么剩余异常具有面积小、指示找矿效果明显的优势。

磴口北部，剩余异常明显，概率异常不明显，并且剩余异常与铜、铅、锌等多金属矿产的分布相关性很好，如乌拉特后旗西部，那仁宝力格南部，与21号矿床对应的地区，概率异常不显示，剩余异常明显，异常面积约2 km2的范围内，包含了10个矿产地，其中1处为中型多金属矿床。同样盖沙图20号矿产地、22号矿产地以及千得沟矿产地都同样显示剩余异常与矿产具有密切关系，而概率异常在这些地区没有显示。这个地区所表现的异常与矿产之间的关系说明，该区地球化学数据可能存在着系统差，由于实验室分析批次或者分析年代的不同造成的该区整体异常分析值低，因此用统一的异常下限进行圈定异常导致该区异常丢失；而剩余异常的背景值是一个曲面，在该区提取了部分异常，而且异常与矿产的关系非常好。上述情况表明剩余异常在一定程度上还具有避免系统差的优势。

4 结论与认识

根据剩余异常与概率异常的原理对比分析来看，传统概率分析法提取的概率异常与区域岩性特征相关性较好，而泛克里格法提取的剩余异常与矿产关系密切。

图2内蒙中部区Cu地球化学概率异常和剩余异常与矿产之间的关系Fig.2Spatial relationships among Cu PS-anomolies,Cu UK-anomalies and mineral deposits in the central Inner Mongolia

内蒙中部区Cu的分析结果显示，概率统计分析法提取的Cu概率异常，空间上与上太古至下元古界绿岩带相关性较好，同时与该区域上的金、铜、铅锌等多金属矿产具有较好的相关性，但异常面积大，异常指示找矿的能力不明确；相比较而言，泛克里格法提取的Cu剩余异常表现了三个明显优势：一是将区域岩性异常分离开，在一定程度上了去除背景干扰；二是异常面积小，与矿产关系密切，有利于找矿定位工作，提高找矿效率；三是在一定程度上调整了系统差，将低背景上的弱异常提取出来，增加了信息量。

因此在找矿工作中，剩余异常指示矿化的能力更强，有利于矿产勘查应用。

注释：

①沈存利，常宗耀，苏新旭，等．大型、超大型矿床综合信息成矿预测．内蒙古地质调查院，2001．

[1]陈希清，杨晓君，陈富文，等．应用MAPGIS数字高程模型提取区域地球化学异常信息的方法探讨[J]．地球学报，2009，30（1）：119-125．

[2]李宝强，张晶，孟广路，等．西北地区矿产资源潜力地球化学评价中成矿元素异常的圈定方法[J]．地质通报，2010,29（11）：1685-1698．

[3]李宝强，孙泽坤．区域化探异常信息提取方法研究[J]．西北地质，2004，37（1）:108-112．

[4]史长义，张金华，黄笑梅．子区中位数衬值滤波法及弱小异常识别[J]．物探与化探，1999，23（4）：250-257．

[5]孙开峰，叶勇．泛克里格法在三维地震资料变速成图中的应用[J]．石油勘探，1998，37（2）：112-117．

[6]宋维琪，仝兆歧．利用泛克里格方法消除MT噪音[J]．石油物探，2001，40（2）：138-142．

[7]高彦伟，陈智文．刘吉平时域漂移的泛克里格模型世界地质[J]．世界地质，2009，28（2）：254-256．

[8]阮天健，朱有光．地球化学找矿[M]．北京：科学出版社，1985．

[9]王世称，陈泳良，夏立显，等．综合信息矿产预测理论与方法[M]．北京：科学出版社，2002．

[10]王建,白世彪，陈晔.Surfer8地理信息制图[M].北京：中国地图出版社，2004.150-200

[11]李随民,姚书振,韩玉丑．Surfer软件中利用趋势面方法圈定化探异常[J]．地质与勘探，2007,43(2):72-75

Geochemical Data Processing Effect by Universal-Kriging Method in Middle Inner Mongolia

WANG Zhen-Min,ZHANG Qing-Zhou,LI Bo-Yang
(No.10 Institute of geology and mineral Exploration and Development,Chifeng 024005,Inner Mongolia,China)

The principle,processes and characteristics of Universal-Kriging method in treatment of geochemical data are introduced by contrasting with traditional Probability Statistics method.This paper takes copper geochemical anomaly of central Inner Mongolia as example,and extracted probability anomaly by Probability Statistics anomaly(PS-anomaly)and residual anomaly by Universal-Kriging method(UK-anomaly)for comparative study.The results indicate that the Probability Statistics method which shows good correlation between copper probability anomaly and Au-Cu polymetallic mineralization has got large area of anomaly which may can not distinguish high background value area and real mineralization area,and may not conducive to prospecting work;the residual anomaly extracted by Universal-Kriging method is little disturbed by high background value area,and shows good correlation with Au-Cu polymetallic mineralization.

Probability Statistics analysis;PS-anomoly;Universal-kriging method;UK-anomaly;The middle of Inner Mongolia

P321

A

1007-3701(2012)01-054-05

2011-07-15；

2011-09-27

王振民（1960—），男，高级工程师，现从事地面物探及解释与应用工作，E-mail:nmg_clj@126.com。