滤波检测与主成分分析技术及其应用.pdf

第33卷第5期中南工业大学学报Vol.33No.5

2002年10月J.CENT.SOUTHUNIV.TECHNOL.Oct.2002

滤波检测与主成分分析技术及其应用

吴湘滨1,2,邓家凤2,范森葵2

(11中南大学资源环境与建筑工程学院,湖南长沙410083;
21柳州华锡集团有限责任公司,广西柳州545006)

摘要:将多元样本滤波检测与主成分分析结合用于研究岩石2矿化剖面.本方法采用Sobel水平检测滤波和主成分分
析(PCA)技术,其原理是:由于地球化学数据存在“野值”或地质体单元之间差异较小,很难有效地用单变量或原始
多元样本划分岩石2矿化剖面中的地质体单元,为此,以广西大厂矿田钻孔岩芯样品化学分析数据为例,首先将12
种化学元素的样本数据设想构成一个“虚拟”的垂直面,用Sobel水平检测滤波器进行检测;根据滤波检测后的单元
素(变量)波形特征和多元素(多变量)组合特点,划分岩石2矿化剖面中的地质体单元;然后,对指定的地质体单元进
行主成分分析,提取原始数据的地质信息.在PCA图解中可以发现原始变量的相互关系、数据点之间的空间特征.
关键词:岩性2矿化剖面;滤波;主成分

中图分类号:P594+11文献标识号:A文章编号:100529792(2002)0520453204

地球化学数据是地质作用和“野值”(outliers)的“野值”“野值”的加入可能使样本均值偏离正常值,
综合反映[1],其计算结果既含有地质作用信息又含较远.显然,采用单一元素化学含量的变化特征区分
有伪信息.鉴别或提取成矿(矿化)模式和其他地质多个子集的可信度很低.M.Karger等运用多元统计
作用所产生的信息是非常必要的.在对超深钻孔岩和多维启发式方法探测多成分地球化学异常[2].作
芯构成的地层岩石2矿化柱状剖面或地层剖面测试者采用水平边缘检测滤波与主成分分析来研究岩性
数据进行分析时会遇到一些问题,例如,处理数据不2矿化剖面的地球化学特征.其原理为:
均匀,有用信息被掩盖等.作者对广西大厂岩芯地球a1根据岩性2矿化剖面多元素含量的分布,设
化学数据处理研究发现,沿岩石地层2矿化剖面(柱想钻孔沿深度方向、由岩芯样品的多元素化学含量
状图)沉积序列的化学元素含量的变化取决于多种组成一个“虚拟面”.对微量元素(包括成矿元素)的
影响因素,根据单元素或原始多元素的地球化学数分析数据构成的“虚拟面”进行定向边界检测滤波,
据,很难区分地质体单元.在此,探讨了一种有效区以达到有效区分矿体(矿化体)、岩石类型的目的.钻
分或提取岩石类型、矿化体(矿体)的子集和信息的孔样品微量元素为多元变量,构成多维矩阵.设计一
方法———滤波检测与主成分分析技术.个水平边缘定向检测滤波器(Sobel滤波器):
121
1基本方法S=000.
-1-2-1
采用广西大厂矿田岩芯样品光谱分析数据作为b1对微量元素组成的多维矩阵进行滤波检测,
实例分析的样本数据.结果见图1.
由于矿体或矿化体的地质背景不同,有时1个对ZK749号钻孔的岩芯样品12种微量元素进行
或多个元素的频率分布可以反映这种差异.但是,岩滤波检测.通过边缘检测,矿体埋藏深度为582.68
性2矿化剖面往往包含了多种地质作用,有的则相互～647.92m,铅直厚度为65.24m.ZK476号钻孔在
影响、掩盖,很难区分.另一方面,实际数据中都存在深度范围326.82～1002.64m内,检测出14个各具

收稿日期:2002-04-10
作者简介:吴湘滨(1962-),男,湖南永州人,中南大学副教授,博士,从事地质普查与找矿勘探研究.
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有不同特征的微量元素地质体单元.第1层矿体埋图1显示了元素Zn,Pb,Sb,Sn和Ag含量的水
藏深度为921.10～922.20m,925.40～926.60m.地平边缘检测结果图解.结果表明:矿体范围内(2号地
质单元体之间的界线(深度位置)检测的主要划分依质体单元)Sn,W,Mo,As,Sb和Zn的含量超出直读光
据如下:谱仪检测上限,Ag,Sr,Pb,Co样品的含量超出直读光
a1单一元素定向检测滤波后的波形特征;谱仪测试上限(为溢出值);2号地质体单元中的As,
b1考虑多元素波形的组合.Pb,Co的含量低于直读光谱仪测试下限.这2种情况
对于矿体,每一种成矿元素在矿体范围的检测都不宜对矿体的数据样本进行主成分分析.据现场
波形与上下围岩的检测波形明显不同;不同岩性单调查,矿体与围岩呈截然突变的接触关系.除了围岩
元之间也存在一定的差异.除主要成矿元素锌、铅、有大约1至几cm宽退色化、再结晶的方解石外,基
锑、锡和银外,其他微量元素也有同步显示.本上无任何蚀变现象.3号地质体单元(上盘围岩)存
采用主成分分析(PC