应用地质统计学 (国外大学教授主讲)

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地质统计学简介及其应用

地质统计学简介及其应用

基本理论介绍:
变差函数分析实际是确定数据在方向和距离两方面的变化率


滞后距(Lag)
散 点 图
半变差函数
半变差函数图的构成
变差函数图中各部分的名称
基台
变程
跃迁
变差函数图 的构图机理
关 系
变差函数图
半变差函数
H-散点图
二 维 变 差 函 数 模 型
主轴变差图
附轴变差图
三 维 变 差 函 数 模 型
权系数的确定
普通克里金
普遍采用于成图的算法;
远离数据点的值是寻找范围内的数据点的平均值。
3、非稳态克里金 (Nostationary Kriging)
非稳态克里金
比较灵活的克里金算法,因为可以设置网格点的值; 网格点的平均值来自于大范围的数据,而成图区只是一部分。
4、内在趋势克里金
(Universal Kriging)
且统计数据要达到一定的数量。
主要优点是:考虑了数据场的方向性。 其核心是:寻找到相邻数据点对所求点的权。
二、克里金算法介绍
常 用 的 几 种 克 里 金 算 法
1、简单克里金
2、普通克里金 3、非稳态克里金 4、内在趋势克里金
(泛克里金)
(Simple Kriging)
(Ordinary Kriging) (Nostationary Kriging) (Universal Kriging)
组成变差函数模型的结构类型
ห้องสมุดไป่ตู้
球型
高斯
跃 迁
指数
幂函数
变差模型结构
半 变 差 函 数
滞后距
四、一个应用实例
---应用三维属性数据建立砂体模型

地质统计学

地质统计学

地统计(Geostatistics)又称地质统计,是在法国著名统计学家G. Matheron大量理论研究的基础上逐渐形成的一门新的统计学分支。

它是以区域化变量为基础,借助变异函数,研究既具有随机性又具有结构性,或空间相关性和依赖性的自然现象的一门科学。

凡是与空间数据的结构性和随机性,或空间相关性和依赖性,或空间格局与变异有关的研究,并对这些数据进行最优无偏内插估计,或模拟这些数据的离散性、波动性时,皆可应用地统计学的理论与方法。

地统计学与经典统计学的共同之处在于:它们都是在大量采样的基础上,通过对样本属性值的频率分布或均值、方差关系及其相应规则的分析,确定其空间分布格局与相关关系。

但地统计学区别于经典统计学的最大特点即是:地统计学既考虑到样本值的大小,又重视样本空间位置及样本间的距离,弥补了经典统计学忽略空间方位的缺陷。

地统计分析理论基础包括前提假设、区域化变量、变异分析和空间估值。

第一章品位与储量计算第一节概述投资一个矿床开采项目,首先必须估算其品位和储量。

一个矿床的矿量、品位及其空间分布是对矿床进行技术经济评价、可行性研究、矿山规划设计以及开采计划优化的基础,是矿山投资决策的重要依据。

因此,品位估算、矿体圈定和储量计算是一项影响深远的工作,其质量直接影响到投资决策的正确性和矿山规划及开采计划的优劣。

从一个市场经济条件下的矿业投资者的角度看,这一工作做不好可能导致两种对投资者不利的决策:(1)矿体圈定与品位、矿量估算结果比实际情况乐观,估计的矿床开采价值在较大程度上高于实际可能实现的最高价值,致使投资者投资于利润远低于期望值,甚至带来严重亏损的项目。

(2)与第一种情况相反,矿床的矿量与品位的估算值在较大程度上低于实际值,使投资者错误地认为在现有技术经济条件下,矿床的开采不能带来可以接受的最低利润,从而放弃了一个好的投资机会。

然而,准确地估算出一个矿床的矿量、品位绝非易事。

大部分矿体被深深地埋于地下,即使有露头,也只能提供靠近地表的局部信息。

地质统计学

地质统计学

第一章绪论一、历史背景与产生地质统计学是二十世纪六七十年代发展起来的一门新兴的数学地质学科的分支。

它开始主要是为解决矿床从普查勘探、矿山设计到矿山开采整个过程中各种储量计算和误差估计问题而发展起来的。

它是由法国著名学者G. 马特隆教授于1962年创立的。

其核心即所谓的“克立格”。

它是一种无偏的最小误差的储量计算方法。

该方法按照样品与待估块段的相对空间位置和相关程度来计算块段品位及储量,并使估计误差为最小。

这是南非采矿工程师D. G. Krige 根据南非金矿的具体情况与1952年提出的,故命名为克立格法。

后来法国学者G. 马特隆(Matheron)对克立格提出的方法进行研究,认为克立格提出的方法是在考虑了空间分布特征的基础上,合理地改进了统计学,是一种传统方法与统计学方法结合起来的新方法。

同时为了解决具二重型(结构型与随机性)的地质变量的条件下使用统计方法的问题。

马特隆教授提出了区域化变量的概念(Regionalized Variable),从而创立了地质统计学。

根据地质统计学理论,地质特征可以用区域化变量的空间分布特征来表征。

而研究区域化变量的空间分布特征分布的主要数学工具是变差函数(Variogram)。

到七十年代中后期,马特隆的学生JOURENL等在研究其它地质变量的基础上,认为某些地质变量并不是一成不变的,而是有一定波动的,这样使用克立格法就不能很好再现地质变量的分布特征。

因此他们采样模拟的方法,将克立格估计的离散方差的波动性模拟出来,从而产生了随机模拟法。

因此,从二十世纪八十年代以来,地质统计学分为两派:一派以法国的马特隆教授等人为主,仍致力于克立格估计的研究;一派以美国JOURENL等人为主,主要致力于随机模拟方法的研究。

地质统计学的产生是在经典统计学的基础上发展起来的。

在此前,为了反映地质变量的空间变化性,一些地质学家曾经使用一些经典的概率统计方法来研究地质变量。

但由于地质变量并不是纯粹的随机变量,因此,直接用简单的统计方法解决复杂的地质问题,有一定的局限性。

地质统计学原理及其在矿床建模与储量估算中的应用

地质统计学原理及其在矿床建模与储量估算中的应用
整理课件
历史背景与产生
• 为解决矿床从普查勘探、矿山设计到矿山开发整 个过程中各种储量计算和误差估计问题发展起来 的。
• 地质统计学是数学地质的重要分支,它首先由 D·G·克立格(Krige)工程师在南非的金属矿产 储量计算中使用,后由法国马特隆 (G·Mathreon)教授领导的小组对此作了深入 的研究并系统地总结出地质统计学的理论和方法。

随机性

结构性
整理课件
区域化变量
从地质及矿业角度来看,区域化变量具有如下性质:
(1)空间局限性:即它被限制在一个特定的空间(如一个矿 体内);该空间称为区域化的几何域;区域化变量是按几何支 撑定义的。 (2)连续性:不同的区域化变量具有不同的连续性,这种连 续性是通过相邻样品之间的变差函数来描述的。 (3)异向性:当区域化变量在各个方向上具有相同的性质时 称各向同性,否则称各向异性。 (4)相关性:一定范围内、一定程度上的空间相关性,当超 出这一范围后相关性减弱以至消失。 (5)对于任一区域化变量而言,特殊的变异性是叠加在一般 规律之上。
确定搜索邻域
回顾:地理学第一定律及应用
• 地理学第一定律: 距离越近,两点的地理现象相似性越大
逐点移面内插:以待插点为中心, 确定一个邻域范围,用该邻域内 的采样点计算内插点的高程值。
反距离加权平均法
整理课件
内容介绍
• 地质统计学简介 • 区域化变量 • 变差函数建模 • 克里格插值算法 • 矿体储量估算应用
整理课件
内容介绍
• 地质统计学简介 • 区域化变量 • 变差函数建模 • 克里格插值算法 • 矿体储量估算应用
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变差函数建模
• 为表征一个矿床金属品位等特征量的变化,经 典统计学通常采用均值、方差等一类参数,这些 统计量只能概括该矿床中金属品位等特征量的全 貌,却无法反映局部范围和特定方向上地质特征 的变化。地质统计学引入变差函数这一工具,它 能够反映区域化变量的空间变化特征——相关性 和随机性,特别是透过随机性反映区域化变量的 结构性,故变差函数又称结构函数。

地质统计学及其应用介绍PPT

地质统计学及其应用介绍PPT
1.参数估计 地质统计学的基本原理就是应用线性加权的方法对地质变量进行局部的最优化估计。 如与油气有关的储层厚度、孔隙度、渗透率、饱和度等参数。大量的研究实践已经证明 了地质统计学的估计结果明显优于传统方法。 2.储层非均质性研究 随着油田开发进入高含水期,层间、层内矛盾日益突出,如何更好地描述层间及层内 非均质性是油藏描述的关键,地质统计学为此提供了各种随机建模技术,可以较好地解 决这一问题。 3.各种资料的综合应用 油藏描述资料复杂、信息量大、多解性十分明显。只有靠多信息的综合才能获得可靠 的油藏地质模型。为此,地质统计学提供了许多信息联合的方法,如协克里格等,增加 了综合使用各种资料的能力。 4.不确定性描述 过去人们所选用的模型,不管静态还是动态,基本上都是单一的确定性模型,但实际 情况极为复杂,确定性的模型已不能精确的反映地下油藏的真实变化,只有通过不确定 性描述,从地质统计学的观点概括和综合地质模型,才能真实的反映复杂的油藏模式。
第二节 地质统计学的研究现状及优点
一、研究现状
(1)线性平稳地质统计学
(2)线性非平稳地质统计学 (3)条件模拟 (4)平稳非线性地质统计学 (5)储量参数确定
1.初步形成了一直完整的理论体系
基本概念:区域化变量 基本工具:变差函数 基本假设:二阶平稳假设和本征假设 基本公式:估计方差,离散方差 基本方法:克里格法
问题2:品位空间变化问题:矿化的空间结构。如:走向上变化小 ,倾向变化大,权值不一样。
问题3:矿化强度的空间变化问题:离散度。这与问题2相关联,离 散度是衡量经济开采可行度的重要因素。
问题4:缺乏估计精度的方1:不考虑样品的空间分布
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地 质 统 计 学

地质统计学 张树泉(课件)

地质统计学 张树泉(课件)

正态分布的误差图示
μ = x ± zα 2σx
μ - 2.58σx μ -1.65 σx
σx
μ
μ +1.65σx μ + 2.58x
x
μ -1.96 σx
μ +1.96σx
90%的概率 95% 的概率 99% 的概率

泛克立格法(Universal Kriging)
• 指示克立格法(Indicator Kriging)
• 指示克立格法(Indicator Kriging)
•协同克里格法(Co-Kriging)
• 协同克里格法(Co-Kriging)
•协同克里格法(Co-Kriging)
•协同克里格法(Co-Kri,地质统计学的发展突飞猛进。在此期间, 从理论突破的频度、论文发表的篇数、以及世界各地对地 质统计学所表现的极大关心程度,都说明地质统计学达到 了前所未有的发展阶段。目前条件模拟技术广泛应用于石 油、采矿、水文、和环境保护等领域中。研制出一批高水 平的地质统计学方法计算程序软件。在地质统计学的理论 及方法基础上开发了许多成熟的应用软件。如美国开发的 矿床建模软件包(Deposit Modeling System),功能上 可覆盖矿山地质设计的全过程;而MICL(英国矿业计算 机有限公司)开发的DATMINE软件包,则集地、测、采 于一体;法国巴黎高等矿院地质统计学研究中心研制出两 种大型软件系统:ISATIS系统及HERESIM系统;澳大利亚 的MICROMINE软件,SURPAC软件,加拿大的GEOSTAT 软件,CAMET软件和GLS软件系统等。
到上世纪60年代,才认识到需要把样品值之间的相似 性作为样品间距离的函数来加以模拟,并且得出了半变异 函数。法国概率统计学家马特隆(Matheron)创立了一个 理论框架,为克立格作出的经验论点提供了精确而简明的 数学阐释。马特隆创造了一个新名词“克立格法” (Kriging),藉以表彰克立格在矿床的地质统计学评价工 作中所起到的先驱作用。即1962年,马特隆在克立格和西 奇尔研究的基础上,将他们的成果理论化、系统化,并首 先提出了区域化变量(Regionalized variable)的概念, 为了更好地研究具有随机性及结构性的自然现象,提出了 地质统计学(Geostatistics)一词,发表了《应用地质统 计学》,该著作的出版标志着地质统计学作为一门新兴边 缘学科而诞生。地质统计学开始进入了学术界。在法国枫 丹白露成立了地质统计学中心(Centre de Geostatistiques),培养了一大批学员,不仅为地质统计 学的研究而且为它的传播起到了巨大的作用。

地质统计学在地质及矿业中的应用及发展

地质统计学在地质及矿业中的应用及发展

地质统计学在地质及矿业中的应用及发展地质统计学是一门研究地质现象的数量特征和统计规律的学科,它通过对地质数据的收集、处理和分析,为地质学和矿业提供了重要的理论和方法支持,为地质资源勘探和开发提供了科学依据,并在环境保护和灾害预测等领域中发挥了重要作用。

本文将从地质统计学在地质学中的应用、在矿业中的应用以及地质统计学的发展趋势等方面进行论述。

首先,在地质学中,地质统计学可以帮助我们从海量地质数据中提取有用的信息,揭示地质现象的数量特征和规律。

通过地质统计学方法,可以对地球物理数据、地质测井数据、地球化学数据等进行处理和分析,进一步了解地质现象的分布、变化和演化过程,如地层的空间分布、矿床的成因机制、断层的活动性等。

此外,地质统计学还可以对地质现象进行模拟和预测,通过建立地质统计模型,对地质现象进行精确的模拟和预测,为地质灾害的预防和遥感地质学的应用提供技术支持。

其次,在矿业中,地质统计学的应用尤为广泛。

矿业勘探和开发过程中需要大量的地质数据支持,而地质统计学可以为矿产资源的评价、矿床勘探和资源管理提供有效的方法和手段。

通过对矿床地质数据的统计和分析,可以揭示矿床的大小、分布、品质和成因等特征,为矿床的合理开发和利用提供科学依据。

此外,地质统计学在矿山计划和设计、矿井通风和安全管理等方面也发挥了重要作用。

通过对矿井的地质特征和矿石品位的统计分析,可以优化矿山的布局和开采方法,提高资源利用率和经济效益。

同时,地质统计学还可以对矿井废弃物和尾矿进行处理和预测,评估矿山环境的影响和风险。

地质统计学的发展也不断推动了地质学和矿业领域的进步。

首先,随着地质数据的数字化和地理信息系统(GIS)技术的发展,地质统计学的数据处理和分析工具得到了广泛应用。

通过利用计算机和统计软件,可以对大规模的地质数据进行高效的处理和分析,加快了地质学和矿业的研究进程。

其次,地质统计学和机器学习等人工智能技术的结合也为地质学和矿业的发展带来了新的机遇。

第一讲+序言

第一讲+序言
中国石油大学(北京)研究生课程
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地质统计学 Geostatistics
研究生课程 学时 32 学分 2
主讲教师 尹志军 副研究员 李宇鹏 讲师
办公室 地质楼 824-B 地质楼810
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第一章 绪论
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一、地质统计学的概念
地质统计学(Geostatistics)
Geostatistics is concerned with the study of phenomena that fluctuate in space and/or time
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What is Geostatistics
Geostatistics deals with spatially distributed and spatially correlated phenomena.
Geostatistics allows quantification of spatial correlation and uses this to infer geological quantities from reservoir data at locations where there are no well data (through interpolation and extrapolation).
These techniques are known as estimation or interpolation methods, they produce smooth models.
2.To create heterogeneous (reservoir) models with typical spatial correlation Such models should give a better prediction of reservoir performance.These techniques are known as (stochastic) simulation methods and produce models with a realistic amount of statistical ”noise”.
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p
Yin
X in
p
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2
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RASTER
-Data Postings => symbol maps -Contour Maps •Moving Windows => “heteroscedasticity” •Spatial Continuity h-scatterplots
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Definitions
Variograms: What are they?
Covariance C (h) cov( Z (s), Z (s h)) Autocorrelation (h) C (h) / C (0) Variogram 2 (h) var( Z (s) Z (s h))
•Correlogram = p(h) = the relationship of the correlation coefficient of an h-scatterplot and h (the spatial lag) •Covariance = C(h) = the relationship of the coefficient of variation of an h-scatterplot and h •Semivariogram = variogram = (h) = moment of inertia moment of inertia =
When first proposed (O’Neill 1988) proved incorrect, Li & Reynolds (1993) alternative Based upon the product of two (2) probabilities
1 n 2n i 1
x y
i i
2
OR: half the average sum difference between the x and y pair of the h-scatterplot
OR: for a h(0,0) all points fall on a line x=y
Spatial Description
Spatial lag = h = (0,1) = same x, y+1
h=(0,0)
h=(0,3)
h=(0,5) * (0,0)
tj
hij=tj-ti * Xi,Yi
ti
correlation coefficient
(i.e the correlogram, relationship of p with h
Introduction to Geostatistics
D
Z(s)
• D is the spatial domain or area of
interest
• s contains the spatial coordinates • Z is a value located at the spatial
coordinates
{Z(s): s D} Geostatistics: Z random; D fixed, infinite, continuous Lattice Models: Z random; D fixed, finite, (ir)regular grid Point Patterns: Z 1; D random, finite
5
1
11
4 Spatial Lag = h = distance
Lag bins
1 2 3 4
Values at locations that are near to each other are more similar than values at locations that are farther apart. = Autocorrelation
•Spatial Description
Univariate
•One Variable •Frequency (table) •Histogram (graph) •Do the same thing (i.e count of observations in intervals or classes •Cumulative Frequency (total “below” cutoffs)
GeoStatistics
-A way of describing the spatial continuity as an essential feature of natural phenomena. - The science of uncertainty which attempts to model order in disorder. - Recognized to have emerged in the early 1980’s as a hybrid of mathematics, statistics, and mining engineering. - Now extended to spatial pattern description •Univariate •Bivariate
IQR
Q Q
3
1
CS
3 1 n xi n i 1

2
CV
Bivariate
Scatterplots
p
Yin
Correlation
1 n
p
p
y x
n i 1 i x i y
X in
Linear Regression
Area Metrics Patch Density, Size and Variability Edge Metrics Shape Metrics Core Area Metrics Nearest-Neighbor Metrics Diversity Metrics Contagion and Interspersion Metrics
Configuration = The physical distribution in space and
spatial character of elements.
Isolation, placement, adjacency ** some metrics do both **
Types of Metics
- Data Postings = symbol maps (if only 2 classes = indicator map - Contour Maps - Moving Windows => “heteroscedasticity” (values in some region are more variable than in others) - Spatial Continuity (h-scatterplots * Xj,Yj



Double log fractal dimension (DLFD) Mean patch fractal (MPFD) Area-weighted mean patch fractal dimension (AWMPFD)
Contagion, Interspersion and Juxtaposition
Applied Geostatistics
Miles Logsdon mlog@
Mimi D’Iorio mimid@
•"An Introduction to Applied Geostatistics" by Edward H. Isaaks and R. Mohan Srivastava, Oxford University Press, 1989.
•"Spatial Data Analysis: Theroy and Practice" by Robert Haining, Cambridge University Press, 1993. •"Statistics for Spatial data" by Noel a. c. Cressie, Wiley & Sons, Inc. 1991.
Physiognomy / Pattern / structure
Composition = The presence and amount of each
element type without spatially explicit measures.
Proportion, richness, evenness, diversity
Fractal Dimension (D), or (FRACT)
log P = 1/2D*log A; P = perimeter, A = area P = sq.rt. A raised to D, and D = 1 (a line) as polygons move to complexity P = A, and D -> 2 A few fractal metrics
variance standard deviation interquartile range
1 / n xi
2
n
2
st . d . Measurements of shape (symmetry
& length
coefficient of skewness coefficient of variation
Shape Metrics
perimeter-area relationships
Shape Index (SHAPE) -- complexity of patch compared to standard shape
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