“趨勢(shì)面-殘差分析”在處理物化探數(shù)據(jù)中的應(yīng)用
劉先生的地質(zhì)/ 地質(zhì)老劉
一、前言
“趨勢(shì)面-殘差分析”在物化探數(shù)據(jù)處理中（信息的二次提取）起著重要的作用，在風(fēng)險(xiǎn)探礦項(xiàng)目的投資篩選中可以找到優(yōu)質(zhì)項(xiàng)目；在實(shí)際勘查中可減少盲目驗(yàn)證異常。
二、趨勢(shì)面分析原理
1、物化探數(shù)據(jù)的解析
物化探數(shù)據(jù)包含著與空間地理坐標(biāo)(X，Y)相關(guān)的3部分信息：一是反映區(qū)域性變化的，即反映總體的規(guī)律性變化部分，由區(qū)域構(gòu)造、區(qū)域巖相、區(qū)域背景等大區(qū)域因素所決定；二是反映局部性變化的，即反映局部范圍的變化特征；最后一部分是反映隨機(jī)性變化的，它是由各種隨機(jī)因素造成的剩余。這就將化探值分解為3部分：
2、趨勢(shì)面分析的意義
趨勢(shì)面分析可用來確定地球化學(xué)指標(biāo)的空間變化規(guī)律。
某種地理屬性在空間的連續(xù)變化，可以用一個(gè)平滑的數(shù)學(xué)平面加以描述。根據(jù)采樣點(diǎn)的屬性數(shù)據(jù)與地理坐標(biāo)的關(guān)系，進(jìn)行多元回歸分析得到平滑數(shù)學(xué)平面方程的方法，稱為趨勢(shì)面分析。趨勢(shì)面方程根據(jù)次數(shù)可分為：一次趨勢(shì)面方程、二次趨勢(shì)面方程、N次趨勢(shì)面方程。
美國Golden公司出品的Surfer軟件可以實(shí)現(xiàn)趨勢(shì)面-殘差分析方法。
三、操作過程
利用Surfer軟件，實(shí)現(xiàn)“趨勢(shì)面-殘差分析”過程。
1、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。
由于化探數(shù)據(jù)中個(gè)別異常點(diǎn)的特高值會(huì)對(duì)趨勢(shì)面的形態(tài)產(chǎn)生很大的影響，因此應(yīng)首先對(duì)原始數(shù)據(jù)加以處理。實(shí)際工作中多用低值總體累積頻率95％處的分位值作為高樣品值的臨界值，凡高于臨界值的觀測值全部用臨界值代替。
2、趨勢(shì)面提取與殘差計(jì)算
詳見附件。
3、元素異常圈定
剩余值是某一位置上原始觀測值與經(jīng)過該點(diǎn)的趨勢(shì)值之差，利用各點(diǎn)的剩余值作出等值線分布圖。
四、實(shí)例
本人在實(shí)際工作中處理過多個(gè)項(xiàng)目，包括內(nèi)蒙古額吉納旗的銅鉬礦普查項(xiàng)目、四川省甘洛縣銅鉛鋅多金屬礦普查項(xiàng)目、云南滇西鉛鋅多金屬礦項(xiàng)目的二次數(shù)據(jù)處理。
1、參數(shù)對(duì)比
以內(nèi)蒙古額吉納旗某礦區(qū)化探為例，進(jìn)行對(duì)比。
該項(xiàng)目完成了1/2.5萬的土壤地球化學(xué)測量，分析12種元素，圈定4處化探組合異常，但工程驗(yàn)證一直沒有突破。
按照組合異常，分割成多個(gè)小區(qū)，分別計(jì)算背景值與異常值下限，避免多元素不同背景值的影響，丟失弱異常。
以下實(shí)例選擇其中的一個(gè)小區(qū)說明，通過聚類分析、因子分析、主成分分析后，具有找礦意義的有4種元素（Cu、Zn、Mo、Ag）。
2、Cu元素成圖效果對(duì)比
還是以內(nèi)蒙古某礦區(qū)化探為例，以主成礦元素Cu、Mo為例。
（1）Cu元素的變異系數(shù)最大，在殘差處理前后是一致的。Cu元素的“極值/背景值Co”、大于異常下限點(diǎn)的“均值/背景值Co”、“均值/下限值”在本區(qū)內(nèi)是最高的，Cu元素應(yīng)該是本區(qū)內(nèi)最有成礦潛力的元素。
（2）異常圖對(duì)比：異常的形態(tài)變化不大，但殘差處理后更清晰（下圖1）。
圖1 Cu元素處理前后的對(duì)比圖
3、Mo元素
（1）Mo元素的變異系數(shù)，殘差處理后，大大提高了。
（2）從異常圖來看，形態(tài)更清晰，更完整、更連續(xù)，異常的分級(jí)更明顯（下圖2）。
圖2 Mo元素處理前后的對(duì)比圖
4、找礦驗(yàn)證
探槽中見到銅、鉬礦體。
本區(qū)為干旱荒漠環(huán)境，呈堿性，可能使Cu富集、Mo貧化。
有人認(rèn)為應(yīng)以找銅礦為主；結(jié)合地質(zhì)、巖性、電法測量，本人認(rèn)為應(yīng)以找鉬礦為主。
五、結(jié)語
（1）在探礦過程中，地質(zhì)人員不理解物化探的本質(zhì)，物化探人員又對(duì)地質(zhì)勘查理解不深，經(jīng)常的脫節(jié)，導(dǎo)致找礦的成功率是降低的。
（2）是否注意到一個(gè)現(xiàn)象，礦業(yè)公司在找礦勘查過程中，地勘單位天天設(shè)計(jì)驗(yàn)證異常；其實(shí)多數(shù)是假異常，更多的是瞎貓碰死耗子的過程，信不信由你。這句話可能會(huì)得罪的很國內(nèi)多地勘單位。
參考文獻(xiàn)：李隨民等．Surferr軟件中利用趨勢(shì)面方法圈定化探異常[J]．地質(zhì)與勘探，2007(2）。
附：Surfer軟件實(shí)現(xiàn)“趨勢(shì)面-殘差分析”的操作過程。
1、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。
與計(jì)算背景值、異常值下限一樣，防止特異值影響。
實(shí)際工作中多用低值總體累積頻率95％處的分位值作為高樣品值的臨界值，凡高于臨界值的觀測值全部用臨界值代替。
2、趨勢(shì)面提取
步驟1：Surfer軟件菜單下，命令：網(wǎng)格(Grid)→數(shù)據(jù)(Data)→導(dǎo)入數(shù)據(jù)文件→選擇“多元回歸法(Polynomial Regression)”方法（圖1）。
圖1
步驟2：點(diǎn)擊“高級(jí)選項(xiàng)（Advanced Options）”按鈕，則彈出“回歸高級(jí)選項(xiàng)（Regression Advanced Options）”對(duì)話框；可在“表面定義（Surface Definition）”選擇框中選取“雙線性鞍 (Bi-linear sadie)” (圖2)。
圖2
注：提供選用的回歸類型有“簡單平面 (Simple planar surf)”、“雙線性鞍 (Bi-linear sadie)”、“二次曲面(Quadraticsurface)”、“三次曲面(Cubic surface)”和“用戶自定義多項(xiàng)式(User defined polynomiM)”。選擇不同的多項(xiàng)式類型，在“參數(shù)（Parameters）”選擇框中的值會(huì)相應(yīng)改變，其中“最大總階次（Max Total）”框?yàn)橹付ǘ囗?xiàng)式中X和Y最大的次數(shù)之和。
步驟3：點(diǎn)擊確定，創(chuàng)建相應(yīng)元素的趨勢(shì)面文件（圖3）。
圖3
3、剩余值(殘參)計(jì)算
殘參值是相應(yīng)位置原數(shù)據(jù)的觀測值與趨勢(shì)值之差，計(jì)算剩余值的命令在“網(wǎng)格(Grid)→殘差（Residuals）”。
步驟1：Surfer軟件菜單下，首先在“打開網(wǎng)格(Open Grid)”對(duì)話框中選擇某一元素的殘參的格網(wǎng)文件(XXX.grd)，單擊確定后出現(xiàn)“打開Open”對(duì)話框，在其中選擇與該元素相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)文件(XXX-1.dat)。單擊打開，出現(xiàn)“（Grid Residuals）”對(duì)話框，分別指定數(shù)據(jù)文件中X、Y、Z數(shù)據(jù)所在的列，殘參相應(yīng)的存儲(chǔ)在最后一列（圖4）。
圖4
步驟2：單擊“確定”后，系統(tǒng)自動(dòng)打開一個(gè)選擇元素的工作表，并在表中最后一列顯示新產(chǎn)生的殘參值（圖5），然后可作進(jìn)一步處理。
圖5 殘差處理數(shù)據(jù)表
4、元素異常圈定
利用各點(diǎn)的剩余值，作出等值線分布圖。
值得注意的是，剩余值并不完全等于局部異常，它只是局部異常分量與隨機(jī)因素造成的隨機(jī)分量（噪音）之和。在地質(zhì)找礦中，高于趨勢(shì)部分的剩余意義較大，為元素富集區(qū)域，故實(shí)際工作中常用正剩余值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)，并圈定異常圖。
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