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    2009年  34卷  第2期

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    中国学者在数学地质学科发展中的成就与贡献
    赵鹏大, 夏庆霖
    2009, 34(2): 225-231.
    摘要:

    在过去的四十年里, 中国学者在矿产资源定量预测与评价、非线性地质学等领域取得了大量研究成果, 如提出和发展了地质异常定量预测理论、“三联式”数字找矿理论、综合信息成矿预测方法、混沌边缘成矿理论、多重分形矿产预测理论与非线性信息提取和综合技术(如C-A模型和S-A模型、模糊证据权模型)等, 并在矿产勘查、环境和地质灾害预报中得到广泛应用.中国学者对数学地质学科的发展做出了重要贡献, 并在国际数学地球科学协会、重要学术期刊和学术会议上担任重要职务.中国数学地质学科已经形成了一些具有较大学术影响的优势领域和特色方向, 并成为当今国际数学地质研究中心之一.

    奇异性理论在个旧锡铜矿产资源预测中的应用: 成矿弱信息提取和复合信息分解
    成秋明, 赵鹏大, 陈建国, 夏庆霖, 陈志军, 张生元, 徐德义, 谢淑云, 王文磊
    2009, 34(2): 232-242.
    摘要:

    本研究的目的是应用非线性理论和高新信息处理技术获取矿产资源预测综合信息, 开展以有色金属和贵金属矿产资源潜力评价和预测靶区圈定, 提交个旧及周边地区矿产资源潜力分布图.围绕该研究任务, 重点开展了如何应用奇异性理论和方法, 对比个旧东西矿区的异同.由于区域构造和岩体分布等空间变化性, 导致东西区成矿背景存在较大差异, 受出露地表或近地表矿体分布和矿山开采的影响, 东西区的成矿异常强度和大小都存在较大差异, 东区总体呈高背景而西区为低背景, 因而, 对东西区的成矿信息对比研究和异常圈定相对困难.采用局部奇异性分析方法从地球化学分形密度的角度圈定了局部异常, 在东西区均较好地反映了致矿地球化学异常的分布, 同时采用广义自相似分析方法分解了综合地球化学异常和背景.结果表明, 东西区地球化学背景差异悬殊, 而局部异常具有显著的自相似性.据此在东西区同时圈定的局部异常具有内在的相似性和表现形式上的多样性, 以此为依据所圈定的靶区均具有找矿意义.

    奇异性理论在个旧锡铜矿产资源预测中的应用: 综合信息集成与靶区圈定
    成秋明, 赵鹏大, 张生元, 夏庆霖, 陈志军, 陈建国, 徐德义, 王文磊
    2009, 34(2): 243-252.
    摘要:

    在致矿弱异常提取和复合异常分解的基础上, 进行多元信息综合和集成, 绘制成矿后验概率图是矿床资源预测的基本过程.以个旧锡矿为例, 介绍一种新的信息集成模型和后验概率图的应用方法.结果表明, 个旧锡铜矿床分布受多个控矿要素控制, 包括地球化学异常、岩体、有利岩性以及构造条件等.通过证据权所提供的空间相关性统计量可以定量确定控矿要素的最佳控矿距离, 并以此为依据形成二态信息图层.对每个图层的叠加可看作一次找矿信息的累积和更新, 因此整个信息图层的集成过程可以看作多次信息叠加过程(multiplicative cascade process).由此绘制的后验概率图具有自相似性、奇异性和分形谱系, 空间分布服从多重分形统计分布.因此, 后验概率图的绘制可以作为致矿地质异常圈定的信息综合和集成方法.

    MVT型矿床中闪锌矿结晶的Liesegang环带模拟
    徐德义, 成秋明, 王志敬
    2009, 34(2): 253-257.
    摘要:

    在六方晶系方解石被闪锌矿所交代的假设基础上, 用反应扩散方程建立了六方晶系CNN动力学模拟系统, 模拟了闪锌矿的Liesegang环带结构和矿物晶体中结晶颗粒半径分布.结果表明随着交代作用自外向内的减弱, 闪锌矿矿化强度逐渐减弱, 闪锌矿Fe/Zn比呈振荡变化形成Liesegang环带结构, 并且闪锌矿结晶颗粒半径逐渐减小, 最大结晶颗粒半径与边界的距离服从幂律分布(分形).

    矿井涌水量混沌特征与预测
    杨永国, 陈玉华
    2009, 34(2): 258-262.
    摘要:

    由于受到水文地质、矿井开采等因素的影响, 矿井地下水系统的演化不仅具有确定性也具有随机性, 采用单一的确定性方法或随机性方法都难以揭示矿井地下水系统演化的两面性.混沌理论将确定性分析方法和随机性分析方法两者实现了统一.矿井涌水量时间序列是地下水系统中各要素相互作用的结果, 它包含着该动力系统的信息.基于刘桥二矿水文地质背景分析, 采用混沌时间序列分析方法对该矿的矿井涌水量时间序列进行建模、分析, 得出了其Lyapunov指数为0.1427, 表明刘桥二矿涌水量具有混沌特征.利用建立的模型, 选择2004年4月至2005年2月间的矿井涌水量时间序列进行验证, 结果表明, 利用混沌时间序列分析方法预测矿井涌水量是可行的且具有较高的精度.

    矿物微观结构的多重分形
    谢淑云, 成秋明, 李增华, 邢细涛, 陈守余
    2009, 34(2): 263-269.
    摘要:

    分形与多重分形已广泛地应用于不同领域, 不同尺度下的各种分布特征研究更是受到广泛关注.以云南个旧松树脚矿田中2件含矿矽卡岩样品中黄铁矿颗粒为研究对象, 通过分形与多重分形方法研究了黄铁矿颗粒在二维空间上的分布特征.结果显示, 黄铁矿在微观尺度空间上的分布不均一, 具有明显的分形与多重分形分布特征.所选研究区外接触带黑绿色含硫化物矿石矽卡岩和接触带矽卡岩型块状硫化物矿石显微照片分析结果显示, 前者黄铁矿颗粒分布的盒子维数D0、信息维数D1、关联维数D2及广义多重分形维数Dq的变化范围均较小, 而后者较大; 前者外接触带黑绿色含硫化物矿石矽卡岩含矿性相对较弱, 而后者矿石矿物相对富集.从这个意义上说, 分形与多重分形维数与样品含矿性有一定的对应关系, 因此, 分形与多重分形分析有望进一步为岩石含矿性的定量化评价提供微观尺度上的证据.

    广义自相似性原理与模型
    曹黎, 成秋明, 陈志军, 严光生
    2009, 34(2): 270-274.
    摘要:

    为了理解各式各样的具有广义自相似性特征的尺度不变性系统, 提出了1个称之为GSI (generalized scale invariance) 的理论体系.它阐述了大小尺度可以相互关联而不需要引入任何1个特有(具体) 尺度的最普通情形.在二维线性GSI理论的基础上, 形成了2个重要的各向异性尺度不变性量化模型: SIG (scale invariant generator) 模型和S-A (spectrum-area) 模型.SIG模型通过在频率域中估计GSI理论中代表旋转和层化程度的尺度不变性生成元的参数来量化各向异性尺度不变性.而S-A模型通过从二维频率域中能谱密度大于P元素集的面积与P之间关系的非参数模型对各向异性尺度不变性进行量化.如果研究的对象是1个混合模式(多个不同尺度的过程或作用叠加而形成的), S-A模型不仅可以对异性尺度不变性进行量化, 还可以对该混合模式进行分解.系统阐述了GSI理论、SIG模型和S-A模型, 并将SIG模型和S-A模型结合提出了既能对混合模式进行分解又能对分解后模式的各向异性尺度不变性进行量化的模型.

    云南个旧期北山七段玄武岩中磁黄铁矿结构变化分形特征
    李增华, 成秋明, 谢淑云, 徐德义, 夏庆霖, 张生元
    2009, 34(2): 275-280.
    摘要:

    微观尺度上土壤孔隙、岩石孔洞缝、矿物组构的分形与多重分形研究受到广泛关注, 典型的P-A (周长-面积) 分形模型、盒子维数等也广泛应用于其中.云南个旧锡多金属矿床老厂期北山垂向上七段玄武岩发育完整, 但对其形成机理及对成矿的贡献有较多的争议.这七层玄武岩中磁黄铁矿广泛发育.基于GIS的P-A分形模型研究磁黄铁矿颗粒的大小、颗粒的不规则性及空间分布特征, 探讨磁黄铁矿这一标志性矿物在不同层段玄武岩中的变化情况, 并为玄武岩的成因给出新的解释.结合盒子维数, 分形分析结果显示, 从第一段玄武岩到第七段玄武岩磁黄铁矿的面积分维DA和周长分维DP总体保持不变的态势; 而周长-面积分维DPA却有逐渐增大的趋势.DPA增大表明随着深度的增加, 磁黄铁矿颗粒不规则性增强.

    加权证据权模型和逐步证据权模型及其在个旧锡铜矿产资源预测中的应用
    张生元, 成秋明, 张素萍, 夏庆霖
    2009, 34(2): 281-286.
    摘要:

    为了消除和减弱当证据层不满足条件独立性假设时对预测结果产生的影响, 提出了逐步证据权模型和加权证据权模型.加权证据权模型通过对logit模型进行修改, 对各个证据层给予一定的权重, 以调整由于证据层与其他证据层的条件相关性对模型的影响; 逐步证据权模型是将证据层按照一定的顺序逐步加入到模型中, 在加入到模型的过程中依次用已经获得的后验概率作为模糊训练层的方法.以个旧锡铜多金属矿产资源预测为例, 应用4种证据权模型的后验概率进行异常圈定, 结果表明两种新的模型对减弱证据层不满足条件独立性假设所产生的影响是有效的.

    基于GIS矿产勘查靶区优选技术
    夏庆霖, 成秋明, 左仁广, 张生元, 陈志军
    2009, 34(2): 287-293.
    摘要:

    靶区优选是矿产勘查中的一个关键环节, 它既是矿产资源预测成果的直接体现形式, 同时又是联系矿产资源预测与勘查工作部署的桥梁.然而, 由于人们认识上的不完备性和缺乏相应的技术手段支撑, 使得靶区优选常被忽视或简化.探讨了靶区优选的地质基础原则, 建立了靶区优选的技术流程, 研发了基于GIS支持下靶区优选计算机辅助决策模块, 并以云南省个旧地区与岩浆活动有关的锡铜多金属矿靶区为例进行了示范研究.结果表明靶区优选技术及相应的软件能够客观地反映不同靶区的特征, 提高靶区优选的智能化程度和工作效率.

    三维Kriging方法中的变异函数套合
    姚凌青, 潘懋, 成秋明, 常德峰
    2009, 34(2): 294-298.
    摘要:

    三维属性建模是利用有限的采样数据, 通过插值或模拟的方法来重构地学属性在三维空间中的分布.将Kriging方法推广到三维空间, 从而演化为三维Kriging方法, 可以为三维属性建模提供可靠的手段.而三维Kriging方法面临的一大难题就是各向异性变异函数的套合.提出了一种简单通用的三维空间变异函数的套合方法.该方法以空间坐标基的变换为基础, 在套合时充分考虑轴向上变异差异的影响, 并由此提出各向异性变化率的概念; 论证了套合方法的可行性, 并通过地下水水质三维属性建模的实例对该方法进行了有效的验证.

    秦岭造山带西段八方山-二里河Pb-Zn矿区硅质岩的微组构分析及其意义
    李红中, 杨志军, 周永章, 古志宏, 马占武, 吕文超, 何俊国, 安燕飞, 李文, 王强
    2009, 34(2): 299-306.
    摘要:

    硅质岩是造山带内广泛发育的一类岩石, 该岩石的组成以SiO2为主, 具有较高的稳定性.对于经历过造山作用、成矿作用和重结晶作用等影响的硅质岩, 其宏观组构和微观组构特征可以很好地反映它所遭受到的改造.秦岭造山带西段八方山-二里河Pb-Zn矿的宏观及微观组构特征分析表明: 该区硅质岩具有明显的热水沉积特征.由于受到压扭性和张性两种性质的应力作用, 矿区在宏观上形成了东西向压扭性断裂和北北东、北北西两组张性断裂, 微观上形成了微裂隙、微褶皱和压扁拉长的石英颗粒.矿区岩石发生了明显的变质作用, 除应力作用造成的动力变质作用外, 还发生了其他类型的变质作用和重结晶作用.硅质岩中微量碳酸岩矿物的存在以及应力作用对矿床的形成具有非常重要的意义, 特别是其可以为金属硫化物热液提供运移的通道和沉淀成矿的空间.

    云南个旧矿集区区域构造-岩浆演化与锡铜多金属成矿系统
    徐启东, 夏庆霖, 成秋明
    2009, 34(2): 307-313.
    摘要:

    个旧矿集区是滇东南最重要的锡铜多金属矿产地之一, 形成了云英岩-石英脉型矿化、与矽卡岩化有关的锡石-硫化物型矿化、蚀变基性火山-次火山岩型矿化和与断裂有关的各种脉型矿化构成的锡铜多金属成矿系统.根据区域构造-岩浆演化与锡铜多金属矿化系统的配置关系研究, 认为燕山晚期复式花岗岩体侵位进入以中三叠统为主的碳酸盐岩地层组成的褶皱带中, 锡铜等金属元素的成矿富集产生于花岗岩体与围岩接触带及其附近发生的接触交代和更远处发生的交代-充填过程, 成矿元素主要源自燕山期中下部地壳物质熔融形成的花岗岩浆和印支期裂谷环境中来自地幔的玄武岩-辉绿岩-辉长岩类, 多期脉动式的岩浆活动驱动了一个长效的热液系统, 这些要素共同构筑了这一巨量的金属矿集区.由此建立了个旧矿集区的区域成矿模型, 并对进一步寻找新的矿化类型提出了理论线索.

    青海沱沱河地区遥感蚀变信息提取
    陈建平, 王倩, 董庆吉, 丛源
    2009, 34(2): 314-318.
    摘要:

    青海沱沱河位于西南“三江”成矿带的西北端, 具有优越的成矿地质背景和巨大成矿潜力, 已发现一批大中型以上规模的铅、锌、银、铜找矿靶区.沱沱河地区属于高寒区, 野外地质工作难于开展, 因此在该地区开展遥感找矿的研究是一种经济、便捷、有效的勘查手段.在ENVI软件的支持下, 根据与蚀变矿物组合相关的波谱特征, 利用掩膜+主成分分析+色度调整(MPH) 的方法从TM多光谱影像中提取与金属矿化有关的铁染与羟基蚀变遥感信息异常, 并结合地质资料, 区划成矿远景区和圈定找矿靶区, 取得了很好的应用效果.

    个旧超大型锡铜多金属矿床成矿多样性与深部找矿
    陈守余, 赵鹏大, 张寿庭, 童祥, 武俊德, 莫国培
    2009, 34(2): 319-324.
    摘要:

    云南个旧超大型锡铜多金属矿床总体表现为以燕山期多次岩浆热液叠加改造为成矿主线, 断裂构造提供导矿通道和储存空间, 岩浆热液作用于个旧组碳酸盐岩、玄武岩, 不同围岩条件以及元素化学性质不同所形成的组合分带造就了成矿多样性, 查明花岗岩体及岩性组合、褶皱与断裂构造、围岩岩性的三维空间分布是找矿预测的关键.高精度重磁结合多功能电法探测揭示岩性界面和赋矿空间, 利用断裂构造原生晕异常特征识别深部隐伏矿床是有效的找矿方法组合, 存在于已系统勘探地区外围的层间氧化矿或脉状矿、岩体与围岩接触带矽卡岩型多金属硫化物矿和岩体内部蚀变岩型锡铜多金属矿是个旧地区今后深部找矿的重要方向.

    综合致矿地质异常信息提取与集成
    陈永清, 赵鹏大
    2009, 34(2): 325-335.
    摘要:
    矿床及其周围局部和区域的地质、地球物理和地球化学以及遥感地质等勘查信息构成认识成矿规律和资源潜力评价的基础.矿产资源综合定量评价首先涉及到以建立地质成矿概念模型为基础的地质、地球化学、地球物理以及遥感地质等单学科异常信息的提取与集成, 然后是对多学科异常信息的综合提取与集成, 最后应用综合致矿信息定量圈定找矿靶区, 评价资源潜力.阐述了综合地质异常数字找矿过程中综合致矿地质异常信息提取、信息关联、信息转换和信息集成的基本概念.强调实现“由地质异常体特征到空间地质异常信息模型, 再根据空间异常信息模型推断地质异常体特征”这一信息双向转换的重要意义.结果表明: (1) 综合致矿地质异常概念模型是选择资源评价变量和建立综合地质异常数字找矿模型的基础; (2) 非线性方法技术是提取隐蔽矿化信息的有效手段; (3) 综合致矿地质异常概念模型与数字找矿数学模型的有机结合是实现数字找矿突破的关键; (4) 应用综合致矿异常信息模拟矿产资源潜力的过程实质上是一个信息逐渐提取与集成的过程, 亦是一个空间数据→空间信息→知识决策的过程.
    第33届国际地质大会及第13届国际数学地球科学年会
    徐德义, 谢淑云
    2009, 34(2): 336-337.
    摘要:
    GIS中的空间建模器技术及其在全国矿产资源潜力预测中的应用
    成秋明, 刘江涛, 张生元, 夏庆霖
    2009, 34(2): 338-346.
    摘要:

    在GIS技术环境下开展资源定量评价, 实现资源评价工作的自动化、数字化、智能化是矿产资源勘查与预测的重要发展趋势.为了给地质勘查与预测人员、定量建模人员、GIS分析与操作人员提供共同研究和技术讨论平台, 提出了在矿产资源预测全过程使用的建模技术.介绍了建模技术的基本概念、空间模型建立、图形建模技术以及建模技术在矿产资源定量预测中的应用, 介绍了GeoDAS GIS中的建模技术基本功能以及建模技术在空间对象相关分析、证据(信息) 图层提取、不规则地质单元划分、预测后验概率绘制等矿产资源预测工作中的应用实例.应用结果表明, 建模技术为地质预测人员、定量建模人员、GIS操作人员开展综合研究和空间决策提供了公共的平台, 有助于实现模型的共享和操作过程的自动化.

    非负矩阵分解方法在水系沉积物地球化学数据处理中应用
    张生元, 黄锐, 徐德义, 成秋明
    2009, 34(2): 347-352.
    摘要:

    鉴于水系沉积物地球化学数据可以表示为非负矩阵, 这使得利用非负矩阵分解(NMF) 方法处理该类数据成为可能.介绍了非负矩阵分解方法的基本原理和方法, 讨论了基于非负矩阵分解方法处理水系沉积物地球化学数据的可能和效果.以个旧水系沉积物地球化学数据为例, 运用NMF方法和主成分分析(PCA) 方法对其进行异常分析, 并对这两种方法的处理结果进行了比较, 发现NMF方法对于处理水系沉积物地球化学数据是一种有效的方法.尽管这两种方法各自有其优越性, 但就本实例数据而言, NMF方法优于PCA方法.

    利用样本排序方法比较化探异常识别模型的效果
    陈志军, 成秋明, 陈建国
    2009, 34(2): 353-364.
    摘要:

    地球化学异常的有效识别是化探找矿成败的关键环节.利用样本排序方法对各种化探异常识别模型的处理效果和优劣性进行了比较.以云南个旧及其周边地区铜元素水系沉积物为例, 应用元素含量、异常衬度、局部奇异性分析三大类方法对数据进行了处理, 对化探异常指示变量的排序值进行了3个方面的对比: (1) 在高背景区和低背景区样品的排序特征; (2) 有矿出现位置处样品的样本排序特征; (3) 累积面积(等效于上侧样本排序值) 不同分组所圈定的异常范围和矿床(点) 之间的空间相关性.结果表明, 局部奇异性分析方法较按含量高低的全局性方法对弱缓异常识别更为有效, 也相对优于滑动衬值.按奇异性指数基于证据权法圈定的异常远景区更具预测意义, 显著优于用元素含量值所圈定的异常范围.局部奇异性方法原理清晰、方法简便、可操作性强, 在地球化学异常识别中可以用其替代滑动衬值方法.

    滇东地区深层次Pt-Cu-Au矿化异常定量提取与评价
    黄静宁, 赵鹏大
    2009, 34(2): 365-374.
    摘要:

    滇东地区是我国Cu-Au-PGE重要的成矿远景区.采用因子分析、地质统计学和多重分形S-A滤波等方法对滇东地区复杂地质背景下的不同层次的Pt-Cu-Au矿化异常进行定量提取与评价.结果表明: (1) 因子分析结果揭示滇东地区存在3种元素组合①Cu-Pd-Co-Pt-V-Cr-Ni、②Sb-As-U-Mo、③Pb-Ag-Zn-W-Sn-As-Au, 它们分别代表了位于扬子地块的二叠纪峨嵋山玄武岩、位于华南褶皱系含碳质的沉积建造和以有色金属矿化为代表的热液矿化元素组合特征; (2) 变差函数分析表明Pt、Cu、Au含量在NE向(9°~18.6°) 上变化最连续, 元素含量变化的最大变程范围约95km; 泛克里格法揭示了Pt、Cu、Au含量在区域上变化具有明显的裂控-岩控特征; (3) 多重分形滤波法则细致地刻画了滇东地区与矿化有关的局部异常特征, 有效地提取了Pt、Cu、Au隐蔽矿化异常信息, 其结果可作为圈定Pt-Cu-Au找矿靶区的重要依据; (4) 不同的数学方法可用以解决不同层次的地质成矿问题, 因子分析和地质统计学等线性方法可研究区域成矿地质背景、揭示成矿元素及其元素组合在区域上的空间变化特征, 而S-A滤波等非线性方法能够有效提取深层次局部矿化异常信息.

    矿产资源勘查定量化表达的集成模式与关键技术
    刘军旗, 毛小平
    2009, 34(2): 375-380.
    摘要:

    矿产资源勘查的目的是系统地了解矿产资源的赋存情况, 以进一步支持资源评价和生产.在这一过程中, 数据的分析与处理可以全面借助信息技术来提高其效率与质量.通过分析矿产资源勘查信息处理过程和当前发展现状, 认为可以通过数据管理、三维可视化和虚拟现实这3个环节对矿产资源勘查信息处理的全程进行系统集成, 并就其中的关键问题进行比较详细的分析, 提出了一种新的三维数据组织方式和一种基于上述3个环节的系统表达地质实体的新方法, 并应用于多项勘查工作中, 取得了良好的效果.

    基于Petri网的地质灾害事件空间复杂结构模拟与分析系统
    邢细涛, 葛咏, 成秋明, 左仁广, 刘小龙
    2009, 34(2): 381-386.
    摘要:

    地球系统中各种空间对象在时空及功能上的直接或间接的依赖关系是研究各种复杂问题的出发点, 模拟和分析这些对象之间的直接和间接制约关系往往是认识复杂系统和进行空间决策的基础, 如在地震、洪水、火灾等突发性事件发生过程中各种应急设施和部门的相互影响和制约往往是复杂的、不协调的关系.由此产生的级联效应往往会造成意想不到的严重后果.如何提高对灾害效应的认识, 预警预报灾害的级联效应是提高灾害预防和应急反应能力的重要基础.在研究灾害事件中相关对象之间的空间复杂结构的基础上, 通过建立定量关系来表示对象之间的相互关系, 采用模糊Petri网技术模拟对象之间的级联效应.以四川汶川大地震后堰塞湖的空间复杂结构为例, 动态模拟堰塞湖的潜在级联效应, 推测出易受影响的堰塞湖, 从而为有效防治地震后的次生灾害提供一种理论与技术思路.该方法和技术同样可以用于其他地学复杂系统结构的模拟和分析.