地球物理参数回归分析应用实例.pdf

物性回归分析在地球物理勘查中，岩矿石的物性特征是地球物理场与地质现场之间的桥梁，也是设计物探工作的前提条件和推断解释的依据。物性与岩矿石的组分、形成环境及其演化有着密切联系，其影响因素较多，仅仅依靠单一物性参数简单解决较为复杂的地质问题是非常困难的，因此采用统计分析来研究更多物性参量之间的相互关系来降低多解性是非常必要的。对物性数据进行统计分析的方法较多，一般常用的方法有两种：一种是作同类岩性的物性参量聚类分析，找出异类，从分布规律来推断引起的可能原因，类似的方法还有多组判别分析、趋势面分析；另一种方法是研究已知目标地质体的物性参量与岩矿组分之间的变化关系，分析物探找矿标志，常用方法有回归分析、相关分析等（杨辟元等，1994）。由于磁化率、密度、电阻率、极化率具有不同的量纲和数量级，需要对原始数据进行标准化处理。因不同的标准化方法，对评价结果会产生不同的影响，因此本文采用 min-max 标准化（min-maxnormalization）和 log 函数转换两种方法进行了对比分析。以新疆某地 1:50 000 区域物性调查数据为例，样本量 280 个，该地区沉积岩、酸性岩、基性岩以及超基性岩均有分布（图 1图 4）。通过归一化回归分析，使用 log 函数处理后，密度与磁化率可获得正斜率指数相关函数直线，相关系数为 0.29，极化率与电阻率可获得正斜率乘幂相关函数直线，相地质论评 2023 年 69 卷 增刊 1376关系数为 0.45；使用 min-max 函数处理后，密度与磁化率，极化率与电阻率之间均可获得正斜率线性直线，相关系数分别为 0.22、0.41。两种不同的归一化方法均反映出密度与磁化率，极化率与电阻率之间整体呈低度相关性。一般情况下，基性超基性岩应表现出高磁高密度高正相关性，而本地区基性超基性岩未显示出这一特征，可能与地表风化、空隙发育或者其中磁性暗色矿物含量较少有关。另外密度表现出两个集中分布段：幅值 2.52.7103kg/m3之间，主要是酸性侵入岩，幅值 2.83.0103kg/m3，主要是基性超基性岩。本区岩矿石主要以低极化低阻的物性组合特征为主，低阻高极化主要与基性超基性岩中矿化蚀变有关，高阻高极化主要与酸性岩体中矿化蚀变有关（郭友钊等，2017）。2布格重力异常与高程在剖面性重力工作中，为了研究布格重力异常和高程的关系时，常常用回归分析来研究高程对重力异常的影响。以某地重力调查数据为例，样本量 25809 个，通过最小二乘法计算出斜率 a=-0.0876，截距 b=-109.90，相 关 系 数 R=-0.63，则 回 归 拟 合 直 线 方 程 为y=-0.0876x-109.9,表明布格重力异常与高程之间以负相关为主，相关性较为显著；偏差平方和、平均标准偏差、回归平方和较大，表明拟合程度得不是很好，波动较大，高程与布格重力异常之间并不是简单的线性关系（图 5）。在面积性重力工作中，其地形的起伏变化往往使得测点周围的物质不能处于同一水准面内，例如隆起或者凹陷，特别是深切高山区，将对实测重力异常产生造成严重的干扰，其结果对定性定量解释都会带来不利影响，甚至是完全相反的结果。另外通过回归分析还发现，地形平坦处，相关性较低，地形切割区，相关性较高，当布格重力异常与地形起伏同像时，有正相关性，并随着地形起伏减弱，地形起伏达到一定数值时，正相关变成负相关，地形起伏越大，负相关越明显。3磁异常与高程选取新疆某地六幅 15 万区域地面磁测调查数据为例，数据样本量 46330 个，通过回归分析计算出斜率 a=-0.12，截距 b=76.13，相关系数 R=-0.08，趋近于 0，其回归拟合直线方程为 y=-0.12x+76.13,表明磁异常与高程之间也是负相关，但其相关性不显著，在该地区高程的变化对磁异常的影响非常弱（图 6）。磁异常与地形间的相关性表现出与布格重力异常完全不同的特征，似乎地形的起伏变化对磁异常的幅值强弱影响不大，磁异常的展布也与地形走向关系不密切，相关系数 R 数据也证实了这一点：|R|0.3 占比 36.87%，0.3|R|0.5 占比 21.87%，0.5|R|0.8 占比 26.67%，0.8|R|占比 14.59%。磁异图 4 极化率与电阻率 min-max 归一化回归分析图 5 布格重力异常与高程回归分析图 6 磁异常与高程回归分析地质论评 2023 年 69 卷 增刊 1377常主要与磁性地质体有关，特别是浅部强磁性体的影响较大，但这仅仅说明磁异常与地形间并不是简单的相关，并不代表数据处理时就可以不进行“曲化平”，尤其是对精度要求比较高时。4结论物性参数的相关分析还需要考虑采样数量、分布、代表性以及物性参数测量误差是否控制合理等因素。布格重力异常、磁异常与高程之间并不是简单的线性关系。引起布格重力异常变化的因素除了高程以外，还与地层密度、中间层、地下地质体等多种因素作用相关，而地形的起伏变化对磁异常的幅值影响相对较小。重力剖面工作中，近区地形改正并不能完全消除对布格重力异常的影响，这可能跟改正公式选择不合理，改正不完全或者改正过渡等有关，有条件下也要进行中远区地形改正。应用回归分析能够客观反映出地球物理物性参数之间的相互关系，有利于在定性解释中衡量或者评价最佳物性组合特征以及地形起伏对地球物理异常的影响，地形改正是否完全，地形改正算法是否选择合理，是否完善等。参考文献/References郭友钊,张振海,张杰,李磊.2017.北山成矿带黑山铜镍硫化物矿区物性特征及其找矿意义.物探与化探,41(4):662666.向东进,李宏伟,刘小雅.2005.实用多元统计分析.武汉：中国地质大学出版社.杨辟元等著.1994.物性工作方法.北京：地质出版社.张立军,任英华编著.2009.多元统计分析实验.北京：中国统计出版社.LIAOAtuo：Application examples of geophysical parameterregression analysisKeywords：geophysics；regressive analysis;application