Методика обработки данных литогеохимических съемок: Пособие по специальности 011100 - ''Геология'', 080100 - ''Геологическая съемка поиски и разведка''

М И Н И СТ Е РСТ В О О БРА ЗО В А Н И Я РО ССИ Й СК О Й Ф Е Д Е РА Ц И И В О РО Н Е Ж СК И Й ГО СУ Д А РСТ В Е Н Н Ы Й У Н И В Е РСИ Т Е Т

М етод и к а об р аб отк и д ан н ы х ли тогеохи м и ческ и х съем ок пособиепоспец иальности 011100 - геология; 080100 – геологическаясъемка поиски иразвед ка

В О РО Н Е Ж 2004

У тверж д ено нау чно-метод ическим советом геологическогоф аку льтета 18 марта 2004 г, протокол №

СоставительИ льяш В .В

А ннотац ия: В пособии излож ена метод ика статистической обработки д анны х геохимических съемок, опред еленияу ровнягеохимическогоф она, порога аномальности, оц енки вы явленны х аномалий, реш енияпрямы х и обратны х зад ач, изображ ениярезу льтатов аналитических исслед ований, оц енки качества съемок. П особиесоответству ет требованиям ста нд арта под исц иплине «геохимическиеметод ы поисков месторож д ений полезны х ископаемы х»

П особиепод готовлено на каф ед реП олезны еископаемы еи нед ропользование Геологического ф аку льтета В оронеж ского госу д арственногоу ниверситета

Рекоменд у етсяд лясту д ентов, изу чаю щ их д исц иплину «геохимическиеметод ы поисков месторож д ений полезны х» 4 ку рса спец иальности 011100 «геология» д невного отд еленияи 5 ку рса спец иальности 080100 «геологическаясъемка, поиски и развед ка месторож д ений полезны х ископаемы х» заочного отд еления

В В ЕД Е Н ИЕ О бработка лабораторны х д анны х ана лиза проб является весьма ответственны м э тапом геохимических съемок и поисков месторож д ений полезны х ископаемы х. И менно в э тот период вы носится верд икт по оц енке качества полевы х работ, от него зависит в ц елом итог всего комплекса поисковы х работ, а, след овательно, - от иску сства и квалиф икац ии исполнителей. Спец иф ика геохимических метод ов поисков заклю чается в особом значении интерпретац ии вы явленны х аномалий – понимании их природ ы обеспечиваеткорректностьоц енки их перспектив. Д анное пособие имеет ц елью ознакомитьсту д ентов спец иальности 011100 и 080100 с основами начальной обработки резу льтатов литогеохимических съемок, принц ипа ми и отд ельны ми приемами обработки аналитических д анны х, основанны х на законах теории вероятности и правилах математической статистики. Э ти знания необход имы д ля реш ения на иболее типовы х зад а ч. лабораторного практику ма по д исц иплине «геохимические метод ы поисков месторож д ений полезны х ископаемы х» . В ц елом пособие сод ерж иттотминиму м инф ормац ии, которы й необход им д ля вед ения геохимических съемок лю бого масш таба и собственнопоисковы х работ. Стру кту ра пособия у читы вает сод ерж ание и объем программы ку рса лекц ий и лабораторны х занятий по названной д исц иплине по новому у чебному пла ну принятому в 2003 г. на геологическом ф аку льтетеВ ГУ . 1. Оцен к а ур овн ягеохи м и ческ огоф он а (С ф ) и пор ога ан ом альн ости (С а) 1. 1У р овен ь ф он а и ег о зн ачен и е Земная кора по термод инамическим у словиям не является равновесной системой, поэ тому все химические э лементы в ней распред елены весьма и весьма неравномерно от рассеянного состояния в горны х пород ах, атмосф ере, гид росф ере д о крайне конц ентрированного в месторож д ениях и ру д опроявлениях. Н а макроу ровне э то проявляется в гетерогенности земной коры , отд ельны х ее вещ ественны х комплексов или в распространенности разны х по своему составу горны х пород . П о ана логии с геоф изическими полями возникло и понятиегеохимического поля, под которы м стали понимать геологическое пространство, заполненное химическими э лементами в лю бы х проявлениях. Т акж е возникло понима ние нормального и аномального поля [1].. М еж д у тем, су щ еству ю т у частки геохимического поля, гд е значения сод ерж анияхимических э лементов являю тся промеж у точны ми меж д у ру д ны ми и ф оновы ми. В э нд огенны х месторож д ениях, э то обы чно зоны околору д ны х изменений вмещ аю щ их пород . П о у ровню конц ентрац ий они неред ко соответству ю т забалансовы м ру д ам. П о своей природ е э то так назы ваемы е ореолы рассеяния, сопровож д аю щ их ру д ны е тела, под обно тому , как свита сопровож д аетсвоего короля.

В геохимии су щ еству ет понятие геохимической провинц ии, под которой понимаетсяд остаточно обш ирнаятерритория, отлича ю щ аясяотсмеж ны х с ней площ ад ей ины м региональны м геохимическим ф оном, в силу того, что, принад леж ит к некому обособленному геостру кту рному блоку , слож енному д оминиру ю щ им типом горны х пород [5]. Н апример, классическим примером такой провинц ии является Т у нгу сская синеклиза в В осточной Сибири, гд е типоморф ны ми являю тся основны е пород ы трапповой ф ормац ии.. И ной комплекс – кислы х гранитоид ны х пород характерен д ля П рибалтийского щ ита или метаморф ических грану литов А набарского щ ита. В пред елах таких стру кту рразвиты разны е геологическиеф ормац ии или комплексы исторически связанны х меж д у собой горны х пород . В них могу т залегатьи разны е типы месторож д ений полезны х ископаемы х, соответственно и разны е сопровож д аю щ ие их геохимические ореолы , на чем и основана метод ика геохимических поисков. И так, есть король ру д ное тело, есть свита – геохимический ореол. Н о д олж ен бы тьи народ , на ф оне которого и корольи свита, д олж ны чем-то вы д еляться. Ф оном д ля месторож д ений и их ореолов являю тся вмещ аю щ ие горны е пород ы . П ослед ние, как правило, отличаю тся от первы х и вторы х более низкими конц ентрац иями химических э лементов, составляю щ их основу ру д ного тела. О д нако, и сами пород ы д алеко не од нород ны по химическому составу , след овательно, не од нород ен и геохимический ф он. В наш е время понятие геохимического ф она у слож няется за счет налож ения на естественное геохимическое поле техногенны х вещ ественны х потоков. П риход иться ввод ить понятие естественного ф она и нару ш енного, что необход имо в э кологической геохимии [4], но и в поисковой различатьих неменееваж но. Д ля изображ ения д анны х изу чения вещ ественного состава и вообщ ед ля интерпретац ии геохимических а номалий необход им какой-то у ровеньотсчета, под обно ну левому гипсометрическому у ровню в геод езии. В литогеохимии в качестве такого у ровня слу ж ат сред ние сод ерж ания химических э лементов во вмещ аю щ их пород ах (пород ны й кларк). Н о в связи с тем, что од ни и те ж е по названию пород ы в разны х геохимических провинц иях могу тотличатьсяэ тими сред ними, су щ еству ет понятие регионального пород ного ф она. П ослед ний особенно важ но у читы вать при вед ении поисков по вторичны м ореолам, которы е ф ормиру ю тся в поверхностны х у словиях под возд ействием многоф акторны х э кзогенны х проц ессов, объед иняемы х в д ру гое понятие – геохимический ланд ш аф т. [1] У ровень ф онового сод ерж ания э лемента отвечает наиболее вероятному его значению д ляу частка, гд еотсу тству ю тгеохимическиеаномалии. П ри э том, чем больш е площ ад ьэ того у частка, тем больш е э тот у ровеньприближ ается к значению кларка. П ри региональны х геохимических съемках при отсу тствии д анны х опы тны х исслед ований за ф оновы е в первом приближ ении мож но принимать значения кларков. П ри съемках более кру пны х масш табов обязательно необход имо опред елятьрегиональны й ф он и типгеохимического ланд ш аф та

1.2. К оли чест вен н ая оцен к а у р овн я ф он а П ри созд ании геохимических карт появляется необход имость четкого разграничения геохимического ф она и геохимических ореолов по конкретны м значениям сод ерж ания э лемента. Э та границ а является д о некоторой степени у словной, что позволяет иметь некоторы й лю ф т в ее опред елении. П ри геохимических исслед ованиях, гд еобъектами, являю тся как атомы химических э лементов, так и ф изические тела (геологические), как резу льтат совоку пного взаимод ействия первы х, лу чш е всего под ход ит математико-статистический аппарат, изу чаю щ ий вероятностны й характер того или иного собы тия д ля переменной величины в у словиях ее зависимости от множ ества ф акторов. М нож ественностьвозд ействий д аетрезу льтиру ю щ ий или у сред ненны й э ф ф ект и иллю зию независимости э той переменной. П ри э том мож но пред сказать вероятностьтого или иного собы тия, зная закон распред еления э той величины в пространствеи во времени [2,3] . О пы тпоказы вает, что в пред елах од нород ного у частка, гд еотсу тству ю т геохимические аномалии, распред еление э то у поряд очено и согласу ется с так назы ваемы м нормальны м законом, при котором граф ик частот встречаемости слу чайной величины (в наш ем слу чае э то сод ерж ание химического э лемента) близок кривой Гау сса. В ерш ина э той кривой отвечает наиболее часто встречаю щ ему ся значению в д анной вы борке (мод е). В то ж е время э то значение зд есьявляется и сред ним (мед ианны м). О тклонения от сред него на э том граф икеразмещ ены симметрично. Д ля нормального закона распред еления э то значение бу д ет наиболее вероятны м, а оц енкой его или математическим ож ид анием бу д ет сред неариф метическое значение признака (сод ерж ание э лемента), котороеи принимаетсяза у ровеньф она. Ч ащ е ж е распред еление значений сод ерж ания э лементов не столь у поряд очено и граф ик частот встречаемости бу д ет отличаться некоторой асимметрией. О д нако, если построитьграф ик по логариф мам э тих значений, то он бу д ет снова соответствовать кривой Гау сса, и в э том слу чае говорят о логнормальном законе распред еления. О ц енкой у ровня ф она в э том слу чае является сред негеометрическое значение сод ерж ания или антилогариф м от сред неариф метического логариф мов значений признака в вы борке. След овательно, при нормальном законе распред еления Сф = Ссрар= ∑ Сi / n, а при логнормальном Сф = С сргеом = antlg (∑ lg C i /n), гд еn – количество проб в вы борке, С срар– сред неариф метическое, С сргеом – сред негеометрическое. Э ти у равнения хорош о отраж аю т состояние химических э лементов в земной коре, гд ераспред елениеих носитслу чайны й и колебательны й характер. Су щ еству ю т способы , позволяю щ ие вы явить соответствие распред еления признака в вы борке тому или иному математическому закону распред еления – проверка гипотезо законе распред еления[2,6]. Распред еление считается нормальны м, если соблю д ены д ва у словия: третий ц ентральны й момент слу чайной величины равен ну лю , а четверты й – у троенному квад рату второго ц ентрального момента. М оментом u n поряд ка n слу чайной величины xi относительно некоторой константы А есть математическое ож ид ание

слу чайной величины un = mi (xi - A) n, гд е mi – ее частота. Е сли А равно сред неариф метическому , то оц енка момента пред ставляет собой характеристику ц ентрального момента, при А = 0 – начального момента. П ослед ний вы числяется по общ ей ф орму ле un = ∑ mixin / ∑ mi/ . П ри n =1 начальны й момент есть сред неариф метическое. Ц ентральны е моменты вы числяю тсяпо общ ей ф орму леu n = ∑ mi ( xi – xсрар)n / ∑ mi. Т ехнические погреш ности лабораторий анализа сод ерж аний химических э лементов обы чно согласу ю тся с законом логнормального распред еления, поэ тому все расчеты при обработке д анны х вед у тся на основе э той гипотезы . О ц енки сред них значений параметрических показателей д олж ны д ополнятсяу казанием д оверительны х пред елов э тих оц енок, которы ев общ ем слу чаемогу тбы тьопред елены как x -+ ts /√ n, гд е x – сред нее значение параметрического показателя (напримерСф ), s – станд артное отклонение, t – коэ ф ф иц иент, зависящ ий от требу емой точности оц енки и числа наблю д ений (проб), численноезначенияего привод ятсяв справочны х материалах (критерий Стью д ента) [3]. 1.3 Ст ан дар т н оеот к лон ен и ек ак оцен к а н еодн ор одн ост и р аспр еделен и я пр и зн ак а В аж ной характеристикой геохимического поля является сред нее квад ратичное отклонение S или д исперсия S2, как мера разброса численны х значений признака (отклонения от сред него). Э ти параметры вы числяю тся по д анны м лабораторного анализа, но склад ы ва ю тся они из д ву х составляю щ их: природ ной и технической. О тсю д а из правила слож ения д исперсий S = √ 2 2 S прир. + √ S техн. Станд артное отклонение вы числяется д ля той ж е вы борки значений, что и д ля опред еления у ровня ф она. S = √ [∑(Ci - Cф )2 / (n – 1)] при нормальном распред елении, а при логнормальном – вместо численны х значений сод ерж ания принимаю тся логариф мы э тих значений. П ри э том антилогариф м станд артного отклонениеназы ваетсястанд артны м множ ителем E = antlg S lg. Без у чета э того параметра невозмож но производ ить оц енку перспективности геохимических аномалий, как и само их вы д еление. У меньш ая Sтехн., за счет у лу чш ения качества работы лаборатории, мож но тем самы м повы ситькачество и э ф ф ективностьгеохимических съемок. Д лярасчета у ровня ф она и порога аномальности на геохимических картах вы бирается у часток, на котором: 1) отсу тству ю т явны е аномалии, вы д еляемы е на карте визу ально или на основании анализа граф иков; 2) вы д ерж аны ланд ш аф тно-геохимические у словия; 3) горны епород ы по химизму од нотипны 1.4 П ор ог ан омаль н ост и Э то наименьш ее значение сод ерж ания химического э лемента, которое мож но считать с некоторой степенью вероятности вы ход ящ им за пред елы колебания ф она. Э тот параметр связы вает у ровень ф она со станд артны м отклонением при нормальном распред елении Са = Сф + tS или у ровеньф она со

станд артны м множ ителем при логнормальном распред елении Са = Сф Е t. В ероятность, с которой некоторое значение э того параметра мож но опред еленно считать вы ход ящ им за пред елы колебаний ф она, зависит от коэ ф ф иц иента t.. П ри t=1 э та вероятностьбу д етравна 87,13%, при t=3 – 99,86%. М атематически границ а меж д у у частками нормального и аномального поляопред еляетсячетко. Н о в природ ерезкиеграниц ы скорееисклю чение, чем правило. Границ ы меж д у ф оном и аномалиями обы чно постепенны е. К онтрастность аномалий на д невной поверхности зависит не только от масш табов вы зы ва ю щ его ее ру д ного объекта, но и от глу бины залегания послед него. О т принятого значения t во многом зависит у спех и стоимость поисковы х работ. Зд есь возмож ны след у ю щ ие варианты .. «Ж есткий» - с завы ш енны м t мож етпривести к ситу а ц ии, при которой бу д у т вы д елены лиш ь наиболее контрастны е аномалии. О д нако, такие аномалии не всегд а связаны с значительны ми ру д ны ми объектами. И наоборот, неред ки слу чаи, когд а д остаточно кру пны е ру д ны е тела, залегаю щ ие на некоторой глу бине, проявляю тся на д невной поверхности лиш ьслабоконтрастны ми аномалиями. В э том слу чаевозмож ны пропу ски слабы х, хотяи перспективны х аномалий. «М ягкий» вариант оц енки Са с заниж енны м t чреват риском вы д еления множ ества неперспективны х аномалий и излиш ними расход ами на их обслед ование. Н ахож д ение золотой серед ины и зд есь являю тся пред метом творчества и мастерства исполнителя. Су щ еству ет опред еленное правило, ру ковод ству ясь которы м, мож но облегчитьэ тотпоиск. П равило «трех станд артов» (t=3) применяется д ля оц енки ед иничны х точек наблю д ений с аномальны ми значениями признака. К огд а число таких точек больш е и пространственно они сопряж ены таким образом, что мож но пред полагать их общ у ю природ у , след у ет использовать более «мягкий» вариант расчета: с t = 3 /√ m, гд е m – число проб, которы е мож но объед инитьв общ ий аномальны й конту р. Э то число не мож ет бы тьбольш е 9, так как t не мож ет бы тьменьш еед иниц ы , в противном слу чае у становление Са при S < 1 теряетсмы сл. 2. О цен к а к ачества геохи м и ческ и х съем ок Безу чета величины погреш ности наблю д ений лю бы евы вод ы , сд еланны е на их основе ненад еж ны . П ричины погреш ности могу тбы тьсамы еразличны е, в том числе и су бъективны е. С точки зрения математической статистики погреш ности могу т носитьхарактерслу чайной или систематической ош ибок, которы е и след у ет оц енить. П ри э том систематическу ю ош ибку , если она превы ш ает д опу стимы й у ровень мож но исклю чить из численного значения оц ениваемого признака, а слу чайная ош ибка, если она превы ш ает таковой, слу ж ит основанием д ля непризнания резу льтатов исслед ований качественны ми. Э та оц енка качества работ начинается с контроля пробоотбора ещ е в проц ессе полевы х работ на заверш аю щ ей их стад ии, когд а у ж е проанализирована основная масса проб. К онтрольны й отбор осу щ ествляет

лиц о, не у частву ю щ ее в первичном отборе, обы чно э то начальник отряд а или д ру гой ква лиф иц ирова нны й спец иалист. О тбор проб мож ет осу щ ествляться од ним из д ву х способов или их комбинац ией. П ервы й способ под разу мевает равномерное распред еление всего объема контрольны х проб (от 3 д о 10%) на всей площ ад и съемки, а второй (вы борочны й), на тех у частках, гд е геохимическиед анны енесогласу ю тся с геологическими наблю д ениями 2.1 О цен к а си ст емат и ческ ой оши б к и (δ си ст .) О ц енка систематической ош ибки основа на на опред елении сред ней разниц ы величины признака по всем парам проб основны х и контрольны х с у четом и знака э той разниц ы . П ри э том у читы вается характер ош ибок лаборатории, под чиняю щ ихся логнормальному закону распред еления. δ сист. = antlg [1/n ∑ (lgCiо – lgCiк)], гд е n – число паросновны х Ciо и контрольны х Ciк проб (неменее100). Е сли систематическаяош ибка вы ход итза пред елы 0,9-1,1, то есть по абсолю тной величине в сред нем разниц а меж д у основны ми и контрольны ми пробами составляет более 10%, то ее след у ет исклю чить, вы читаяалгебраически, с у четом знака lgδ систизвсех lgCiо [4] 2.2 О цен к а слу чайн ойср едн ей оши б к и (δ сл.) В ы числяетсяпо вы раж ению : δ сл. = antlg[ 1/√2n ∑(lgCiо - lgCiк)] в слу чае незначительной систематической ош ибки. В слу чае, когд а δ сист. вы ход ит за пред елы 0,9-1,1, то слу чайная ош ибка вы числяется по д ру гой ф орму ле: δ сл. = antlg[ 1/√2n ∑(lgCiо∗ - lgCiк)], гд еlgCiо∗ = lgCiо - lgδ сист. Е сли значение δ сл. превы ш ает 1,6 д ля слу чая вед ения геохимических поисков в чехле ры хлы х отлож ений или 2,0 – в коренны х пород ах, то в э том слу чаесъемку приход итсясчитатьбраком. Д ля оц енки погреш ности беру тся только те пары проб (Ci1 и Ci2 ), в которы х имеетсяхотябы од но значимоесод ерж ание. Е сли в парепроб од на без такового, то ей приписы вается сод ерж ание, равное половине порога чу вствительности анализа. 3. С пособ ы увели чен и япок азателя к он тр астн ости ан ом али й П оказательконтрастности является величиной безразмерной и позволяет сравниватьаномалии по их интенсивности и в зависимости от характера ф она, точнее степени его неод нород ности, котору ю мож но оц енитьпо станд артному отклонению . И так показательконтрастности К = (Cmax – Cф )/ S ( гд е Смах – максимальное значение сод ерж ания) при нормальном распред елении или К = l/lg E [lg(Cmax/Cф ) при логнормальном. А номалиясчитаетсяконтрастной, если показательК >3 и слабоконтрастной при меньш ем значении э того показателя. К онтрастностьаномалии не обязательно отраж ает масш таб ру д ного объекта, с которы м она связана. Н еред ко ее показательзависит и от глу бины залегания объекта или от свойств пород перекры ваю щ ей толщ и. Т ак многие месторож д ения су льф ид ны х ру д на д невной поверхности проявляю тся лиш ь слабоконтрастны ми налож енны ми ореолами, если мощ ность аллохтонны х перекры ваю щ их отлож ений составляет д есятки или сотни метров. П ри поверхностной съемкетакиеореолы могу тбы тьлегко пропу щ ены .

У становлено, что аномалия с показателем контрастности >3 бу д ет вы явлена, если в ееконту рпопад аетхотябы од на проба, если К 1, таких проб над о несколько, аномалия с показателем К