非负矩阵分解及在地学中的应用

非负矩阵分解（NMF）是重要的矩阵分解算法与数据降维工具。介绍了NMF的背景、定义、原理及特征。在已有NMF算法分类的基础上,总结当前流行的NMF算法及研究进展,综述NMF在地学领域中的应用,主要包括高光谱图像的处理与矿产资源预测。对NMF算法的研究方向进行了预测和展望。     

非负矩阵分解基向量分析及其在矿产预测中的应用

针对矿产预测数据具有复杂性以及矿质异常信息具有稀疏性的问题,基于非负矩阵分解的非负性和降维的特点,结合稀疏性,提出一种基于NMF基向量分析的矿产预测数据处理方法,并对基向量和原变量以及基向量之间的关系进行分析。广东新寮岽铜多金属矿区数据实验结果表明,NMF方法在不同特征值和相似稀疏度的条件下的基向量形态基本稳定,在保留找矿信息的同时可有效地实现对矿产预测数据的稀疏化。NMF方法对于矿产预测具有重要的实际意义。     

从岩石到土壤再到水系沉积物：风化过程的岩性地球化学基因

不活动元素的稳定性使得风化岩石、土壤和水系沉积物等风化产物能够保留新鲜母岩的元素特征,它们之间的含量变化趋势有可能从母岩传递到其风化产物中,这类似于生物学中基因遗传。仿照生物学中基因的特性提出了地球化学基因的概念及其构建方法,为了比较地球化学基因的相似程度进而提出基因相似度的概念及其计算方法。以风化过程中11种不活动元素为例,基于中国酸性岩、中性岩、基性岩的元素丰度数据构建了表征岩石及其风化产物地球化学特性的岩性地球化学基因,其元素序列为：Al2O3→SiO2→P→Ti→La→Fe2O3→Th→Zr→Nb→Y→U。利用豫西熊耳山地区安山岩风化剖面、残坡积—沟系土剖面、化探详查水系沉积物和区域化探水系沉积物4种比例尺尺度的样品对构建的岩性地球化学基因进行了检验,结果发现岩性地球化学基因在风化过程中具有很好的遗传性(从岩石到风化产物)和继承性(从土壤到其源岩),利用岩性地球化学基因可以对土壤样品进行物源示踪。源自同一母岩的水系沉积物和土壤之间在岩性地球化学基因方面具有很好的相似性(同源风化产物之间)。基于中国区域化探水系沉积物调查数据,可以构建岩性地球化学基因库来对岩石及其风化产物样品进行溯源分析,在地质、环境、法庭等科学领域具有潜在应用前景。     

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。     

一种基于加权非负矩阵分解的矿产预测方法

提出了一种新颖的基于加权非负矩阵分解的矿产预测方法,运用非负矩阵分解的非负性、降维性及稀疏性对多维矿产数据进行处理。通过R型聚类分析,按照变量相似度将变量聚合成群,对相关性高的元素的聚类结果进行加权非负矩阵分解得到基向量,进行回归分析验证基向量用于矿产预测的有效性。最后,以广东省新寮岽铜多金属矿区数据为例,通过基向量预测圈定异常,绘制矿产预测分布图,得到明显的异常区域,取得了好的预测结果。     

新疆哈拉奇地区地球化学分区特征及地质意义

水系沉积物测量是勘查地球化学一种重要方法。随着勘查地球化学的深入发展,有关地球化学异常圈定的方法已成为人们关注的焦点。采用R型因子分析方法,对哈拉奇地区水系沉积物测量所取得的数据进行统计处理,提取了具有代表性的5种因子组合类型,同时以因子得分为综合指标,绘制了因子得分等值线图并制作了元素组合分区图。通过综合分析,地球化学分区图反映了不同地段中以相应的元素组合类型为主的地球化学异常及地质成因信息,同时与主要控矿因素的空间分布比较一致,为研究区地质找矿提供新方向。     

粤西庞西垌地区银金地球化学异常信息挖掘与提取

庞西垌地区位于钦-杭成矿带南段,地质构造复杂,成矿条件优越,是华南乃至我国重要的银金多金属矿集区之一。为了挖掘与提取深层次找矿信息,本文运用因子分析方法对庞西垌地区1∶50 000水系沉积物地球化学数据进行处理分析,发现第三主因子(F3)中Au、Ag、Zn元素具有较高的载荷,据此推测研究区Au、Ag、Zn元素的局部富集可能主要受控于F3所代表的本区域银金多金属成矿地质作用过程,进而利用F3得分值圈定了可能指示银金多金属矿化的综合化探异常区(即F3得分值异常区)。在此基础上,进一步对综合化探异常区与已知矿床(点)的空间对应关系以及成矿地质条件进行深入分析,发现已知的三个典型银金矿床(庞西垌、金山、中苏)所处的位置,与Ag、Au两种主要成矿元素地球化学(分带)异常和F3得分异常区在空间位置上叠加吻合较好。最后,通过类比推断在其他至今未发现银金矿床,但具有相似地球化学异常特征的区域,可能具有寻找与已知矿床同类型的银金矿的潜力,并据此将这些区域圈定为找矿靶区。该研究表明:利用水系沉积物地球化学数据,运用因子分析方法对粤西庞西垌地区银金地球化学异常信息进行挖掘与提取取得了良好的应用效果,据此圈定的化探异常区及找矿靶区对该区域后续找矿工作的部署具有一定的指导意义。     

用地球化学异常图和方差分析比较两种采样粒级的化探效果

化探新方法在森林沼泽区域的使用,进一步拓展了区域化探资料的应用范围,使其在基础地质调查中的应用成为可能.森林覆盖区水系沉积物中,有机质含量较高,选择较粗粒级水系沉积物,可有效排除有机质的影响.以黑龙江大兴安岭某地水系沉积物测量为例,选择2种不同的粒级(-10～+40目、-10～+60目)的水系沉积物测量结果进行对比研究,应用地球化学异常图解和方差分析的方法来比较各自的找矿效果.研究结果表明,这2种粒级的化探找矿效果无实质性差异.     

成矿带1∶20万水系沉积物地球化学分区的方法及地质意义:以西藏冈底斯铜多金属成矿带为例

以冈底斯铜多金属成矿带为例,阐述了利用1∶20万和1∶50万水系沉积物地球化学测量开展成矿区带地球化学分区的方法和思路,进一步对其地质意义进行了探讨。结果表明:小比例尺的水系沉积物地球化学数据具有地球化学分区示踪意义。总结出一套操作性强的地球化学分区方法,其方法具有指示找矿方向的实际意义,对区域构造单元划分具参考价值。地球化学分区为该区的找矿方向、成矿远景评价及基础地质调查奠定了基础。     

青海大坂山地区水系沉积物测量元素组合分区

采用R型因子分析方法,对大坂山地区水系沉积物地球化学测量所取得的数据进行了统计处理,提取了具有代表性的6种因子组合类型,并利用各因子组合得分值进行了地球化学分区,制作了元素组合分区图,由此将工作区内全部水系沉积物样品所反映的地球化学统计信息以区块的形式反映在一幅图中,通过对该图的判读分析,不仅反映了不同地段中以相应元素组合类型为主的地球化学异常和其地质成因信息,也揭示出相应元素的背景含量特征,为从整体上认识该区地质、地球化学成矿特征提供了简明、清晰的参考资料.     

勘查地球化学数据挖掘与弱异常识别

我国积累的大量高质量、多元素、多尺度的地球化学数据,为矿产勘查与环境评价提供了有效的数据支撑。如何对这些数据进行二次开发和再利用,提取有价值的地球化学异常信息并带动找矿突破,是缓解当前矿产资源短缺的重要途径之一。在覆盖区和深部的找矿实践中,由于矿体埋深和覆盖层的影响,往往在表生介质中形成弱小的地球化学异常,识别和评价弱小地球化学异常是当前勘查地球化学数据处理的重要方向之一。本文围绕地球化学异常信息的提取和评价,主要从以下几个方面讨论了相关的国内外研究进展和发展趋势:勘查地球化学数据处理与异常识别方法和模型,勘查地球化学数据闭合效应的影响及其解决方案,基于大数据和机器学习的勘查地球化学数据处理以及弱小地球化学异常的识别和评价。研究发现,在地质环境的约束下,基于大数据思维和机器学习相结合的方法,注重地球化学空间分布模式与已发现矿床的相关关系,同时使用所有地球化学变量能有效刻画具有非线性特征的地球化学空间分布模式,可识别出传统方法无法识别的异常,为开展地球化学空间模式识别与异常提取提供了新的途径。     

辽宁省草河掌—桓仁地区铜矿资源量地球化学定量预测

矿产资源地球化学模型建立与定量预测研究以成矿成晕地质、地球化学理论为指导,以各尺度勘查地球化学数据为基础,以现代GIS信息技术为手段,通过研究总结典型矿田(矿集区)、矿床的异常特征,建立成矿带内典型矿床地球化学找矿模型,为预测区的地球化学定量预测提供类比依据,从而进行资源量预测。在资源量预测过程中加入了相似度、剥蚀程度、衬值等要素,有效地加大了预测靶区遴选的可信度,通过类比法与面金属量法两种预测方法的加权平均,使预测资源量合理。文章对草河掌—桓仁地区铜矿资源量进行了估算,共新增预测铜资源量21 812.9t。     

矿产勘查地球化学:过去的成就与未来的挑战

勘查地球化学经过 70年的发展 ,已从矿产勘查从属地位的一种战术手段上升到能左右整个矿产勘查全局的战略地位 ,并且从一门经验或技术 ,发展成为一门地学分支科学。这主要表现在 (1)系统地建立了各种类型的地球化学分散模式 ,并根据这些分散模式所形成的地球化学异常去追踪和发现矿床的理论 ;(2 )发展了各种尺度和各种不同介质的地球化学采样方法 ,多元素高灵敏分析方法和数据处理与图件表达方法 ;(3)发展了不同尺度 (局部、区域、国家和全球 )地球化学填图理论 ,一些国家开始陆续完成和出版了区域性或国家性地球化学图 ;(4 )在全世界发现了一大批新的矿产地 ,包括从 2 0世纪 30年代一直延续到 70年代在前苏联、北美和南美发现的许多斑岩铜矿 ,70年代在北美发现许多铀矿 ,80年代开始在中国发现数百个金矿。勘查地球化学尽管取得了从理论到实践的很大成功 ,但它也面临如下的挑战 :(1)全球各种介质中的地球化学基准与全球地球化学填图 ,(2 )隐伏区三维地球化学分散模式、深穿透地球化学与隐伏区矿产勘查 ,(3)巨量金属的聚集机理、地球化学块体与大型矿集区或巨型矿床的定量评价 ,(4 )难识别矿种或难识别类型的地球化学勘查与评价方法。     

基于IFA的组合分析算法及其在矿产预测中的应用

矿产预测是寻找潜在矿产资源、增加后备储量的主要手段。地球化学信息作为直接找矿信息,在矿产预测中占据重要地位,对地球化学数据进行矿致异常的识别和评价是关键环节之一。地球化学数据分析的目的是从杂乱无章的原始数据中寻找并有效圈定化探组合异常。针对目前常用于组合异常分析的R型聚类分析和因子分析等传统算法对数据源限制较多、预测效果不理想等问题,将信号处理领域的盲源分离算法——独立因子分析(IFA)引入到矿产预测中,提出了基于IFA的组合分析算法,并选取广东汕头澄海区鸿沟山锡金多金属矿区地球化学数据作为研究对象。验证结果表明,基于IFA的组合分析结果更有利于解释矿产分布规律,圈定的化探组合异常更符合实际勘查结果。依据分析结果进行矿产预测,成功圈定出3个找矿靶区。     

中国区域化探若干基本问题研究：1999—2009

1999—2009年,中国区域化探发生了根本性改变。主导思想是以地球化学理论为指导研究区域化探方法技术问题和进行矿产资源潜力评价。区域化探方法技术研究的基本要求是最大限度保持原生地球化学分布特征,表生地球化学条件下采样物质问题是区域化探方法研究的核心,样品采集应以代表地质找矿信息的基岩物质成分为原则,在全国范围内最大限度地保持采样物质的一致性。基于成矿地球化学理论建立资源潜力地球化学评价方法和实行地质找矿定量预测,使勘查地球化学从单纯方法手段上升到指导地质找矿的理论高度。主要标志是在全国建立完整的区域化探工作方法技术系统和实行样品分析质量全程监控。在区域化探高精度数据基础上绘制与出版精美的地球化学图集,使区域地球化学图精确地反映地质背景分布与异常特征,促进区域化探数据信息深度开发和利用,建立具有从区域、普查到详查进行全过程独立开展资源调查、评价和预测的方法技术体系和工作程序。区域化探长期支撑中国地质找矿工作,是整个地质找矿工作的先导。随着新一代地区和全国地球化学图的形成,将在基础地质和成矿规律研究以及揭示重大地质事件等方面提供新的发现、新的认识和新的观点,对于未来中国勘查地球化学和整个地质工作产生重要影响。     

Regional mineral resources assessment based on rasterized geochemical data: A case study of porphyry copper deposits in Manzhouli,China

This study used regional geochemical survey data (1:200,000 scale) from the Manzouli area of China to assess mineral resources. Geochemical survey data was rasterized and a geochemical atlas was generated, with the image pixel size determined according to geochemical exploration sample point spacing. The Wunugetushan, Babayi, and Badaguan porphyry copper deposits were selected as model areas for the assessment of copper mineral resources. Three parameters were considered for the calculation of the mineral resources. An ore-bearing hydrothermal alteration coefficient was determined based on geological characteristics and geochemical characteristics of the model area, in order to determine alteration intensity; a denudation coefficient was calculated to determine denudation extent; and a mineralization intensity coefficient was calculated to determine the intensity of mineralization within each pixel. Resource estimation was conducted through regression analysis of model deposit resources and coefficients. The results can be used to determine prospecting target areas based on frequency classification and can be used to estimate the number of ore deposits. Results show that resource estimation using rasterized geochemical data provides high prediction precision and accurate positioning.     

全国区域化探数据库

全国区域化探数据库首次汇集了全国28个省（自治区、直辖市）的1∶20万和1∶50万区域化探39种元素和氧化物的测试数据,共计数据点142万个,近5 540万个数据,涉及1∶20万图幅1 299个,1∶50万图幅18个,在国内第一次建立了地球化学海量数据库。全国矿产资源潜力评价项目对数据库进行了更新,使全国区域化探数据库汇集数据总量达147万余条记录,数据达6 321万。在此基础上,编制了4万多张各类地球化学系列图件,并建立了空间数据库,为地球化学研究和矿产资源预测相关专业提供了丰富的地球化学信息。该项成果的取得为在全国范围内研究区域地球化学分布、生态环境、基础地质和找矿远景规划提供了最基础的资料。     

地球化学调查数据在地质背景、成矿条件分析中的应用:以中国西北干旱荒漠区为例

1:5万矿产地质调查中通常会优先部署地球化学调查工作,采样密度一般大于8点/km2,并分析多达38项地球化学指标,其主要目的是发现"矿致异常",指导矿产勘查工作.而研究表明,区域地球化学数据是地表物质化学组成的直接反映,所以不仅包含了与成矿有关的异常信息,更包含了丰富的地质信息.在本次工作中应用中国西北干旱荒漠景观区1:5万地球化学调查数据成功识别了工作区地质体单元的分布.相比1:20万地质底图,通过clr-PCA分析提取出的1:5万地球化学数据信息展现了更多的细节:（1）地质体单元可以更为细致地划分为多个次级单元;（2）侵入体单元可以进行期次或岩相划分;（3）可为地质体单元的归属提供依据.本项研究结果成功指导了后续开展的1:5万地质调查工作,并对最终的1:5万地质图进行了验证,此外还提供了多处有利找矿线索.      

数字地质调查系统综合采集数据快速录入方法

数字地质调查系统是中国地质调查局在MapGIS基础上二次开发的区域地质调查工作的专业软件,具有地质调查数据与遥感、地球物理、地球化学等多源数据整合功能.目前该系统只在大比例尺区域、矿产地质调查得到完全应用,并形成相应规范,在物化探工作中并未完全要求使用,物化探原始和成果资料未填入相关记录卡中,这对物化探资料查询及与地质结合使用带来不便.利用MapGIS的库管理-属性库管理模块和实用服务-投影变换模块功能,按照数字地质调查系统的多源数据的记录卡格式,能快速实现地物化遥数据数字化入库,解决地物化遥数据数字化问题,为地物化遥多源数据整合提供基础平台.