本發(fā)明涉及地球化學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種地球化學(xué)數(shù)據(jù)異常信息的提取方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的地球化學(xué)異常識(shí)別方法，需要事先要求地球化學(xué)數(shù)據(jù)滿足假定的分布形式，還需要設(shè)定固定閾值，在區(qū)分背景與異常的過程中并不能充分考慮元素組合的內(nèi)在相關(guān)性、數(shù)據(jù)的空間結(jié)構(gòu)性以及區(qū)域分布上的周期性特征，并不能準(zhǔn)確提取地球化學(xué)數(shù)據(jù)中的異常信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種地球化學(xué)數(shù)據(jù)異常信息的提取方法及系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)不能準(zhǔn)確提取地球化學(xué)數(shù)據(jù)中的異常信息的技術(shù)問題。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種地球化學(xué)數(shù)據(jù)異常信息的提取方法，包括：

s1、從地球化學(xué)數(shù)據(jù)集合中抽取多個(gè)樣品數(shù)據(jù)，每個(gè)樣品數(shù)據(jù)均具有相同的變量組，所述變量組包含多個(gè)變量，將所述變量組設(shè)置為原始矩陣；

s2、將所述原始矩陣構(gòu)造成反映所述地球化學(xué)數(shù)據(jù)集合中數(shù)據(jù)的實(shí)際空間分布信息的典型變量組合，將所述多個(gè)樣品數(shù)據(jù)的坐標(biāo)構(gòu)造成反映所述地球化學(xué)數(shù)據(jù)集合中數(shù)據(jù)的模擬空間分布信息的典型坐標(biāo)組合；

s3、當(dāng)所述典型變量組合與所述典型坐標(biāo)組合滿足第一預(yù)設(shè)條件時(shí)，計(jì)算得到所述典型變量組合的第一系數(shù)與所述典型坐標(biāo)組合的第二系數(shù)；

s4、基于所述第一系數(shù)和所述第二系數(shù)，當(dāng)所述典型變量組合與所述典型坐標(biāo)組合滿足第二預(yù)設(shè)條件時(shí)，計(jì)算得到第一常數(shù)向量與第二常數(shù)向量之間的關(guān)系式；

s5、基于所述第一系數(shù)、所述第二系數(shù)和所述第一常數(shù)向量與所述第二常數(shù)向量之間的關(guān)系式，當(dāng)所述典型變量組合與所述典型坐標(biāo)組合滿足第三預(yù)設(shè)條件時(shí)，得到所述地球化學(xué)數(shù)據(jù)集合的組合異常信息。

優(yōu)選地，步驟s1中，從地球化學(xué)數(shù)據(jù)集合中抽取n個(gè)樣品數(shù)據(jù)，所述變量組包括m個(gè)變量，所述原始矩陣為x＝(β1,β2,,βm)，m和n均為正整數(shù)。

優(yōu)選地，步驟s2中，將所述原始矩陣構(gòu)造成典型變量組合u＝a1β1+a2β2+…+amβm，設(shè)所述第一系數(shù)a＝(a1,a2,…,am)，則u＝xa。

優(yōu)選地，步驟s2中，設(shè)第i個(gè)樣品數(shù)據(jù)的坐標(biāo)(xi,yi)，i＝1,2,…,n，j＝1,2,…,m，設(shè)n個(gè)樣品數(shù)據(jù)的橫坐標(biāo)x＝(x1,x2,…,xn)和縱坐標(biāo)y＝(y1,y2,…,yn)，用n個(gè)樣品數(shù)據(jù)的坐標(biāo)的傅里葉有限項(xiàng)級(jí)數(shù)表達(dá)另一典型變量v：

將上式展開，得到將該公式中的各項(xiàng)表達(dá)成z1,z2,…,zp，n個(gè)樣品數(shù)據(jù)的坐標(biāo)調(diào)和多項(xiàng)式構(gòu)成矩陣z＝(z1,z2,…,zp)，將典型變量v轉(zhuǎn)化為典型坐標(biāo)組合設(shè)所述第二系數(shù)b＝(b1,b2,…,bp)，則υ＝zb；

其中，k為x方向上的調(diào)和階數(shù)，l為y方向上的調(diào)和階數(shù)，αkl為第k階、l階調(diào)和的余弦-余弦項(xiàng)系數(shù)，為bkl第k階、l階調(diào)和的正弦-余弦項(xiàng)系數(shù)，ckl為第k階、l階調(diào)和的余弦-正弦項(xiàng)系數(shù)，dkl為第k階、l階調(diào)和的正弦-正弦項(xiàng)系數(shù)，m為x方向上的最高調(diào)和階數(shù)，n為y方向上的最高調(diào)和階數(shù)，l為x方向上取樣長(zhǎng)度之半，h為y方向上取樣長(zhǎng)度之半，p為正整數(shù)。

優(yōu)選地，步驟s3中，當(dāng)u與υ滿足所述第一預(yù)設(shè)條件：u與υ的相關(guān)系數(shù)取最大值時(shí)，計(jì)算得到所述第一系數(shù)a與所述第二系數(shù)b之間的關(guān)系式，當(dāng)該關(guān)系式滿足第四預(yù)設(shè)條件時(shí)，計(jì)算得到所述第一系數(shù)a與所述第二系數(shù)b。

優(yōu)選地，步驟s4中，將所述第一系數(shù)a和所述第二系數(shù)b代入q＝||u-(c+dυ)||²，當(dāng)q取最小值時(shí)，計(jì)算得到所述第一常數(shù)向量c與所述第二常數(shù)向量d的關(guān)系式c+dυ。

優(yōu)選地，步驟s5中，將所述第一系數(shù)a、所述第二系數(shù)b和所述關(guān)系式c+dυ代入r＝u-(c+dυ)，得到所述組合異常信息r。

一種地球化學(xué)數(shù)據(jù)異常信息的提取系統(tǒng)，包括：

定義模塊，用于從地球化學(xué)數(shù)據(jù)集合中抽取多個(gè)樣品數(shù)據(jù)，每個(gè)樣品數(shù)據(jù)均具有相同的變量組，所述變量組包含多個(gè)變量，將所述變量組設(shè)置為原始矩陣；

構(gòu)造模塊，用于將所述原始矩陣構(gòu)造成反映所述地球化學(xué)數(shù)據(jù)集合中數(shù)據(jù)的實(shí)際空間分布信息的典型變量組合，將所述多個(gè)樣品數(shù)據(jù)的坐標(biāo)構(gòu)造成反映所述地球化學(xué)數(shù)據(jù)集合中數(shù)據(jù)的模擬空間分布信息的典型坐標(biāo)組合；

第一計(jì)算模塊，用于當(dāng)所述典型變量組合與所述典型坐標(biāo)組合滿足第一預(yù)設(shè)條件時(shí)，計(jì)算得到所述典型變量組合的第一系數(shù)與所述典型坐標(biāo)組合的第二系數(shù)；

第二計(jì)算模塊，用于基于所述第一系數(shù)和所述第二系數(shù)，當(dāng)所述典型變量組合與所述典型坐標(biāo)組合滿足第二預(yù)設(shè)條件時(shí)，計(jì)算得到第一常數(shù)向量和第二常數(shù)向量；

綜合模塊，用于基于所述第一系數(shù)、所述第二系數(shù)、所述第一常數(shù)向量和所述第二常數(shù)向量，當(dāng)所述典型變量組合與所述典型坐標(biāo)組合滿足第三預(yù)設(shè)條件時(shí)，得到所述地球化學(xué)數(shù)據(jù)集合的組合異常信息。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種地球化學(xué)數(shù)據(jù)異常信息的提取方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的一種地球化學(xué)數(shù)據(jù)異常信息的提取系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

如圖1所示，一種地球化學(xué)數(shù)據(jù)異常信息的提取方法，包括：

s1、從地球化學(xué)數(shù)據(jù)集合中抽取多個(gè)樣品數(shù)據(jù)，每個(gè)樣品數(shù)據(jù)均具有相同的變量組，變量組包含多個(gè)變量，將變量組設(shè)置為原始矩陣；

s2、將原始矩陣構(gòu)造成反映地球化學(xué)數(shù)據(jù)集合中數(shù)據(jù)的實(shí)際空間分布信息的典型變量組合，將多個(gè)樣品數(shù)據(jù)的坐標(biāo)構(gòu)造成反映地球化學(xué)數(shù)據(jù)集合中數(shù)據(jù)的模擬空間分布信息的典型坐標(biāo)組合；

s3、當(dāng)?shù)湫妥兞拷M合與典型坐標(biāo)組合滿足第一預(yù)設(shè)條件時(shí)，計(jì)算得到典型變量組合的第一系數(shù)與典型坐標(biāo)組合的第二系數(shù)；

s4、基于第一系數(shù)和第二系數(shù)，當(dāng)?shù)湫妥兞拷M合與典型坐標(biāo)組合滿足第二預(yù)設(shè)條件時(shí)，計(jì)算得到第一常數(shù)向量與第二常數(shù)向量之間的關(guān)系式；

s5、基于第一系數(shù)、第二系數(shù)和第一常數(shù)向量與第二常數(shù)向量之間的關(guān)系式，當(dāng)?shù)湫妥兞拷M合與典型坐標(biāo)組合滿足第三預(yù)設(shè)條件時(shí)，得到地球化學(xué)數(shù)據(jù)集合的組合異常信息。

典型變量分析(canonicalvariateanalysis，cva)，用來研究?jī)山M或兩組以上的樣本內(nèi)的相互關(guān)系。

應(yīng)理解，地質(zhì)現(xiàn)象與過程均具有周期性的特征，因?yàn)樗纬傻母鞣N地質(zhì)痕跡均攜帶有這種特征，諸如地層、裙皺、構(gòu)造斷裂、礦帶、礦床或礦體、元素分布以及海浪、地球的磁場(chǎng)變化等均表現(xiàn)出周期性重復(fù)現(xiàn)象，地質(zhì)演替過程符合螺旋遞進(jìn)法則。調(diào)和分析是研究這類現(xiàn)象的一種方法。每一種地質(zhì)因子都具有其固有頻率，多種地質(zhì)因子振幅的調(diào)和疊加，即可以綜合成各種比較復(fù)雜的波形。事實(shí)上，當(dāng)調(diào)和的數(shù)目無限增大時(shí)就可以綜合成非常廣泛的—類周期函數(shù)，并且當(dāng)調(diào)和的項(xiàng)數(shù)和觀測(cè)點(diǎn)數(shù)足夠多時(shí)，可以任意地趨近實(shí)際曲線或?qū)嶋H曲面，如同用足夠高次的多項(xiàng)式按照任意的精確度來擬合實(shí)際曲線或?qū)嶋H曲面。反之，一類周期函數(shù)可以分解成若干個(gè)調(diào)和因子。調(diào)和分析實(shí)質(zhì)上就是綜合、分析周期性現(xiàn)象的一種方法，對(duì)于研究周期性現(xiàn)象特別有效。對(duì)于沉積巖與變質(zhì)巖建造等具有多旋回性或周期性分布的地質(zhì)復(fù)合體而言，因其分布范圍較廣，涵蓋地質(zhì)內(nèi)容較多，空間趨勢(shì)面模型一般以調(diào)和趨勢(shì)分析為主，即表達(dá)成三角級(jí)數(shù)多項(xiàng)式模型。

該方法不同于現(xiàn)有應(yīng)用的地球化學(xué)異常識(shí)別方法，并不事先要求地球化學(xué)數(shù)據(jù)滿足假定的分布形式，也無需設(shè)定固定閾值，而是將地球化學(xué)背景看成一個(gè)連續(xù)起伏變化的自然空間曲面，意即每一樣品數(shù)據(jù)的地球化學(xué)背景值和異常閾值均為變化值，在區(qū)分背景與異常的過程中充分考慮元素組合的內(nèi)在相關(guān)性、數(shù)據(jù)的空間結(jié)構(gòu)性以及區(qū)域分布上的周期性特征，由于這種方法的構(gòu)造基礎(chǔ)是以非線性表達(dá)的，屬于非線性建模中的一種。大區(qū)域大樣本地球化學(xué)元素的組合信息較強(qiáng)于單元素提供的地球信息；地球化學(xué)異常識(shí)別方法不應(yīng)以固定值來考慮地球化學(xué)背景，而應(yīng)考慮為隨區(qū)域變化而確定為變化值，這樣才能保證在一個(gè)研究區(qū)內(nèi)可以同時(shí)考慮高背景的異常和低背景下有意義的弱小異常，即異常閾值也應(yīng)考慮成變值。非線性多元調(diào)和因子方法綜合考慮了元素組合內(nèi)在相關(guān)性，數(shù)據(jù)的空間結(jié)構(gòu)性及分布的周期性，較貼近于客觀實(shí)際，線性多元調(diào)和因子分析方法用于從區(qū)域變化的地球化學(xué)背景中識(shí)別地球化學(xué)異常。

具體地，步驟s1中，從地球化學(xué)數(shù)據(jù)集合中抽取n個(gè)樣品數(shù)據(jù)，變量組包括m個(gè)變量，原始矩陣為x＝(β1,β2,,βm)，m和n均為正整數(shù)。

具體地，步驟s2中，將原始矩陣構(gòu)造成典型變量組合u＝a1β1+a2β2+…+amβm，設(shè)第一系數(shù)a＝(a1,a2,…,am)，則u＝xa。

具體地，步驟s2中，設(shè)第i個(gè)樣品數(shù)據(jù)的坐標(biāo)(xi,yi)，i＝1,2,…,n，j＝1,2,…,m，設(shè)n個(gè)樣品數(shù)據(jù)的橫坐標(biāo)x＝(x1,x2,…,xn)和縱坐標(biāo)y＝(y1,y2,…,yn)，將n個(gè)樣品數(shù)據(jù)的坐標(biāo)的傅里葉有限項(xiàng)級(jí)數(shù)表達(dá)另一典型坐標(biāo)組合v：

將上式展開，得到將該公式中的各項(xiàng)表達(dá)成z1,z2,…,zp，n個(gè)樣品數(shù)據(jù)的坐標(biāo)調(diào)和多項(xiàng)式構(gòu)成矩陣z＝(z1,z2,…,zp)，將典型變量v轉(zhuǎn)化為典型坐標(biāo)組合設(shè)第二系數(shù)b＝(b1,b2,…,bp)，則υ＝zb；

其中，k為x方向上的調(diào)和階數(shù)，l為y方向上的調(diào)和階數(shù)，αkl為第k階、l階調(diào)和的余弦-余弦項(xiàng)系數(shù)，為bkl第k階、l階調(diào)和的正弦-余弦項(xiàng)系數(shù)，ckl為第k階、l階調(diào)和的余弦-正弦項(xiàng)系數(shù)，dkl為第k階、l階調(diào)和的正弦-正弦項(xiàng)系數(shù)，m為x方向上的最高調(diào)和階數(shù)，n為y方向上的最高調(diào)和階數(shù)，l為x方向上取樣長(zhǎng)度之半，h為y方向上取樣長(zhǎng)度之半，p為正整數(shù)。

應(yīng)理解，構(gòu)造典型坐標(biāo)組合，能更好的體現(xiàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)所具有的周期性特征。對(duì)于不同地質(zhì)背景下的地球化學(xué)空間分布狀態(tài)，更利于進(jìn)行地球化學(xué)信息的識(shí)別。

具體地，步驟s3中，當(dāng)u與υ滿足第一預(yù)設(shè)條件：u與υ的相關(guān)系數(shù)取最大值時(shí)，計(jì)算得到第一系數(shù)a與第二系數(shù)b之間的關(guān)系式，當(dāng)該關(guān)系式滿足第四預(yù)設(shè)條件時(shí)，計(jì)算得到第一系數(shù)a與第二系數(shù)b。

應(yīng)理解，相關(guān)系數(shù)是用以反映變量之間相關(guān)關(guān)系密切程度的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。構(gòu)造地球化學(xué)數(shù)據(jù)變量與坐標(biāo)之間相關(guān)關(guān)系，充分體現(xiàn)數(shù)據(jù)的空間結(jié)構(gòu)性。

具體地，步驟s4中，將第一系數(shù)a和第二系數(shù)b代入q＝||u-(c+dυ)||²，當(dāng)q取最小值時(shí)，計(jì)算得到第一常數(shù)向量c與第二常數(shù)向量d的關(guān)系式c+dυ。

具體地，步驟s5中，將第一系數(shù)a、第二系數(shù)b和關(guān)系式c+dυ代入r＝u-(c+dυ)，得到組合異常信息r。

在實(shí)施例中，設(shè)在研究區(qū)內(nèi)共抽取n個(gè)樣品，對(duì)每個(gè)樣品均考察m個(gè)變量指標(biāo)，構(gòu)成原始矩陣x＝(βij)n×m＝(β1,β2,…,βm)，第i樣品坐標(biāo)為(xi,yi)，i＝1,2,…,n。

將m個(gè)變量構(gòu)造成典型變量組合：

u＝a1β1+a2β2+…+amβm(1)

可令a＝(a1,a2,…,am),則u＝xa。

(1)式用來代表主礦化因子，再用坐標(biāo)(x,y)的傅里葉有限項(xiàng)級(jí)數(shù)表達(dá)另一典型變量υ：

(2)式中，υ為關(guān)于坐標(biāo)調(diào)和趨勢(shì)的典型組合；k為x方向上的調(diào)和階數(shù)；l為y方向上的調(diào)和階數(shù)；αkl為第k階、l階調(diào)和的余弦-余弦項(xiàng)系數(shù)；bkl為第k階、l階調(diào)和的正弦-余弦項(xiàng)系數(shù)；ckl為第k階、l階調(diào)和的余弦-正弦項(xiàng)系數(shù)；dkl為第k階、l階調(diào)和的正弦-正弦項(xiàng)系數(shù)；m為x方向上的最高調(diào)和階數(shù)；n為y方向上的最高調(diào)和階數(shù)；l為x方向上取樣長(zhǎng)度之半，h為y方向上取樣長(zhǎng)度之半。其中，設(shè)：

k＝l＝0；k＝0,l＞0,或k＞0,l＝0；λkl＝1,k＞0,l＞0.

為方便起見，我們將(2)式υ中各項(xiàng)表達(dá)成z1,z2,…,zp。全部坐標(biāo)(xi,yi)調(diào)和多項(xiàng)式構(gòu)成矩陣z＝(z1,z2,…,zp)，則作典型坐標(biāo)組合

可令b＝(b1,b2,…,bm),則υ＝zb。

現(xiàn)考察u與υ之間滿足最大相關(guān)條件，即

依(4)式求取兩典型組合的典型系數(shù)，為此作增廣陣：

d＝[x,z]n×p(5)

其中，x＝(βij)n×m，z＝(zij)n×p，兩者均是標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)據(jù)。

依(5)式，則d的協(xié)方差陣是：

則要求則ρ(u,υ)最大相關(guān)轉(zhuǎn)化為如下拉格朗日條件極值問題，即對(duì)如下目標(biāo)函數(shù)求導(dǎo)并令其為0.

業(yè)已證明，上述典型變量的典型系數(shù)a與b可通過求取如下矩陣的特征值與特征向量來完成。具體為：令

則(8)式中u與υ中的典型系數(shù)滿足如下關(guān)系：

根據(jù)問題的需要，a與b的選擇有一維與多維之分，不妨確定為r維，做法是在全部特征值λ序列中選前r個(gè)特征值之算術(shù)根：

λ1≥λ2≥…≥λr＞0(10)

根據(jù)(8)(9)式，可得u1,u2,…,ur，及υ1,υ2,…,υm,對(duì)于其中uk，若

akj＝max[akl]1≤l≤m(11)

將uk作為以元素xj為主的礦化因子。依具體的實(shí)際需要，這一步可適當(dāng)?shù)膽?yīng)用正規(guī)方差極大旋轉(zhuǎn)處理。

考慮異常信息識(shí)別過程，由于υk是n維向量(υ'k1,υ'k2,…,υ'kn)作變換：

w＝c+dυ(12)

(12)式中c、d為常數(shù)向量，則在

q＝||u-w||²→min(13)

在(13)式條件下可求得c、d。

主礦化因子可表為：

u＝f(x,y)+r＝(c+dυ)+r(14)

其中，r即為組合異常。

對(duì)每個(gè)uk重復(fù)上述計(jì)算，可作k個(gè)剩余系列，k即是礦化因子的個(gè)數(shù)，重復(fù)上述過程可獲取實(shí)際需要的若干主礦化因子異常信息。

應(yīng)理解，由于地球化學(xué)行為過程是隨地理氣候及地貌特征變化而變化的，則元素空間分布必然呈現(xiàn)周期性特征；因此，元素地球化學(xué)背景在區(qū)域上呈現(xiàn)起伏振蕩形態(tài)，這意味著不應(yīng)以固定值來考慮地球化學(xué)背景的確定，而應(yīng)考慮為隨區(qū)域變化而確定為變化值，這樣才能保證在一個(gè)研究區(qū)內(nèi)可以同時(shí)考慮高背景的異常和低背景下有意義的弱小異常，即異常閾值也應(yīng)考慮成變值。將地球化學(xué)背景看成一個(gè)連續(xù)起伏變化的自然空間曲面，即每一樣品數(shù)據(jù)的地球化學(xué)背景值和異常閾值均為變化值，充分體現(xiàn)數(shù)據(jù)區(qū)域分布上的周期性特征。u代表區(qū)域地球化學(xué)樣品所反映出的實(shí)際空間分布情況，v代表的是區(qū)域上模擬的分布趨勢(shì)情況，是一種波動(dòng)的趨勢(shì)。u與v之間的差異就是剩余的異常信息，即實(shí)際區(qū)域?qū)傩孕畔⑷コ▌?dòng)趨勢(shì)信息后的差異信息。

如圖2所示，一種地球化學(xué)數(shù)據(jù)異常信息的提取系統(tǒng)，包括：

定義模塊1，用于從地球化學(xué)數(shù)據(jù)集合中抽取多個(gè)樣品數(shù)據(jù)，每個(gè)樣品數(shù)據(jù)均具有相同的變量組，變量組包含多個(gè)變量，將變量組設(shè)置為原始矩陣；

構(gòu)造模塊2，用于將原始矩陣構(gòu)造成反映地球化學(xué)數(shù)據(jù)集合中數(shù)據(jù)的實(shí)際空間分布信息的典型變量組合，將多個(gè)樣品數(shù)據(jù)的坐標(biāo)構(gòu)造成反映地球化學(xué)數(shù)據(jù)集合中數(shù)據(jù)的模擬空間分布信息的典型坐標(biāo)組合；

第一計(jì)算模塊3，用于當(dāng)?shù)湫妥兞拷M合與典型坐標(biāo)組合滿足第一預(yù)設(shè)條件時(shí)，計(jì)算得到典型變量組合的第一系數(shù)與典型坐標(biāo)組合的第二系數(shù)；

第二計(jì)算模塊4，用于基于第一系數(shù)和第二系數(shù)，當(dāng)?shù)湫妥兞拷M合與典型坐標(biāo)組合滿足第二預(yù)設(shè)條件時(shí)，計(jì)算得到第一常數(shù)向量和第二常數(shù)向量；

綜合模塊5，用于基于第一系數(shù)、第二系數(shù)、第一常數(shù)向量和第二常數(shù)向量，當(dāng)?shù)湫妥兞拷M合與典型坐標(biāo)組合滿足第三預(yù)設(shè)條件時(shí)，得到地球化學(xué)數(shù)據(jù)集合的組合異常信息。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。