复杂地质地貌区多尺度地球化学异常识别的非线性研究

论文题目: 复杂地质地貌区多尺度地球化学异常识别的非线性研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 矿产普查与勘探

作者: 郭科

导师: 施泽进

关键词: 分形,异常,含量面积法,人工免疫,信息融合,卡尔曼滤波,小波

文献来源: 成都理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文应用现代数学非线性理论与方法对西南三江北段地区1:20万水系沉积物测量,1:5万恒星错测区水系沉积物测量,1:1万干中雄测区土壤地球化学测量的元素数据分别进行了异常识别的非线性研究。由于研究区域属中国西部藏东地区,该区域所具有特殊的地质地貌特征,特殊地质地貌条件可概括为:以高山峡谷为特征的地貌条件,以活动性断裂及强地震动力环境为特点的地壳内动力条件,以河谷浅表生改造、崩滑发育和化学风化作用表现突出为特征的外动力条件。这样的地质地貌条件在全世界是独一无二的,由此产生特殊的地球化学分布决定了中国西部地区元素地球化学场特殊性,从而大大影响到中大比例尺的地球化学详查或普查(二级异常查证)异常下限的确定,如方法的选择、数据的变换、特高异常值的剔除等。该区域的地质数据在采集过程中不可避免地存在数据的各向异性、特高值屏蔽、噪声等原因易导致出现假异常,因此需要对该区域的地质数据需要进行特别的处理研究。 本文首先尝试用人工免疫算法、卡尔曼滤波和小波分析方法对多尺度地球化学数据降噪。其次,采用分形含量面积法对降噪数据寻求异常下限,从而弥补传统方法确定异常下限出现的缺陷。在此基础上构造了测区地球化学元素分布的分形插值曲面。最后,在MAPGIS平台下建立地球化学异常圈定系统,作出异常等值线图和异常分形插值图,再利用信息融合技术绘制了测区综合异常图,并结合研究测区特殊地质背景给出测区的异常解释评价。 本文的创新点在于: 1、首次将人工免疫理论用于多尺度地球化学元素数据的噪声处理,可消除特高值带来的屏蔽和假异常的提取,取得了较好的效果。 2、首次给出分形改进含量面积算法。该算法主要特点是考虑了地球化学元素的空间分布,弥补了陈秋明的含量-面积模式的不足,同时对谢和平的投影覆盖法在网格划分上和分形曲面面积的计算方法上作了改进。含量-面积模式需利用含量值大于ρ的数据点的点数代替含量值大于ρ的区域的面积A(ρ),但这种算法并不一定合理。含量面积法考虑了地球化学元素的空间分布,将原始数据插值后投影在平面上,通过矩形分割平面近似算出含量曲面的面积。这种方法计算的面积更能真实反映含量曲面的面积。投影覆盖法在对投影网格的划分上采用δ×δ的正方形分割,是通过改变网格尺度δ来得到不同的覆盖面积S(δ);含量面积法则是采用△x×△y的矩形网格分割,使得数据所在的区域不仅仅局限在正方形区域,并且在投影面积的计算中增加了含量r的控制尺度,只计算超过r的有效曲面的面积,通过改变含量r的大小得到不同的覆盖面积S(r),从而确定化学异常下限。使用含量面积法确定异常下限,从异常图可看出,弥补了传统方法确定异常下限难以剔除特高值带来的屏蔽作用,以避免致矿异常漏失以及错圈非致矿异常,能改变由于异常采样位置等原因导致圈定的异常外界线呈圆齿状分布的态性,可剔除不平滑区域产生的边界锯齿效应,对判断致矿异常效果很好。

论文目录:

中文摘要

英文摘要

第一章 引言

1.1 立题依据

1.2 国内外研究现状

1.2.1 地球化学异常评价研究现状

1.2.2 分形理论研究现状

1.2.3 人工免疫系统(AIS)研究现状

1.2.4 信息融合理论研究现状

1.2.5 小波理论研究现状

1.2.6 地理信息系统(GIS)研究现状

1.3 论文研究思路及技术路线

1.3.1 研究思路

1.3.2 主要技术路线图

1.4 论文特色及其创新点

第二章 区域地质地貌特征

2.1 西南三江北段地质地貌特征

2.1.1 区域成矿地质背景

2.1.2 区域成矿地质条件

2.1.3 区域地球物理特征

2.1.4 区域地球化学特征

2.2 恒星错工作区地质地貌特征

2.2.1 区域地质特征

2.2.2 区域地球化学特征

2.2.3 测区地质特征

2.2.4 测区地球化学特征

2.3 干中雄地区地质地貌特征

2.3.1 景观地球化学特征

2.3.2 土壤地球化学特征

第三章 研究区域使用的现代数学方法

3.1 人工免疫系统(AIS)理论及降噪方法

3.1.1 免疫系统的组成及功能

3.1.2 AIS的生物原型

3.1.3 AIS的仿生机理

3.1.4 人工免疫系统AIS模型与算法

3.1.5 人工免疫降噪方法

3.2 信息融合理论及卡尔曼滤波降噪方法

3.2.1 信息融合理论

3.2.2 卡尔曼滤波理论

3.2.3 卡尔曼滤波降噪方法

3.2.4 信息融合算法

3.3 小波分析理论及降噪方法

3.3.1 小波变换的基本概念及其时频局部化特性

3.3.2 多分辨率分析和正交小波变换

3.3.3 正交小波变换的快速算法—Mallat算法

3.3.4 小波分析降噪方法

3.4 分形理论及其分形曲面构造原理

3.4.1 分形理论简介

3.4.2 分形维数

3.4.3 分形插值原理

3.4.4 分形插值曲面的数学模型

3.4.5 分形插值曲面的维数定理

3.5 小结

第四章 区域地球化学元素的分维计算模型

4.1 几种一般分形分维计算方法

4.1.1 求容量维的方法

4.1.2 求信息维的方法

4.1.3 分规法

4.1.4 周长—面积法

4.1.5 元素含量——面积模式

4.1.6 元素含量——距离相关模式

4.1.7 求和方法

4.2 地球化学元素分形含量面积法

4.3 小结

第五章 基于MAPGIS的区域化探异常识别

5.1 空间数据库的建设与建立

5.1.1 地质图数据库

5.1.2 矿产数据库

5.1.3 地理数据库

5.1.4 化探数据库

5.2 MAPGIS的二次开发

5.2.1 需求分析

5.2.2 软件系统概要设计

5.2.3 软件系统详细设计

5.2.4 系统实现

5.3 异常下限的确定

5.3.1 传统方法的数据处理和异常下限的确定

5.3.2 基于不同滤波方法的数据降噪和分形含量面积方法的异常下限确定

5.4 多尺度下地球化学数据场分形结果解释及综合异常评价

5.4.1 西南三江北段综合异常评价解释

5.4.2 单元素分形处理结果解释评价——以Cu元素为例

5.4.3 各测区综合异常图及恒星错测区异常评价

主要结论与认识

参考文献

致谢

发布时间: 2005-09-09

参考文献

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