地质统计学简介

第一种方法地质统计学工作者已经 作了大量的工作;第二种方法属于稳健地 质统计学的范畴,稳健地质统计学是统计 学与地质统计学相结合的产物。稳健地 质统计学的稳健性体现在三个方面:①数 据稳健处理;②计算稳健的变异函数或协 方差函数;③采用稳健的克立格方法进行 估值。采用稳健地质统计学技术,不需对 原始数据分布进行任何假设甚至不必对 特异值进行处理,就可取得较好效果。
(1)矿产勘查方面。
赵鹏大等提出地质异常找矿及地质异常 矿体定位预测新理论。地质统计学对提取地 质异常、建立地质异常模型、评价地质异常 并进行地质异常矿体定位研究有非常重要的 作用。例如泛克里金法与传统的空间数据处 理技术相比更适合于地质异常的研究与应用;
稳健地质统计学可以对原始资料进行稳 健化处理,利用稳健的变异函数对区域化变量 进行结构分析,利用稳健的克里金技术提取地 质异常,建立地质异常模型,结合勘探资料圈 定“5P”地段。地质统计学继续在确定最优勘 探网度、评价矿石质量、圈定矿体边界、计 算矿体储量、设计矿石采选冶方案与设计矿 山生产规模及指导矿山开发生产等方面发挥 优势作用。
1. 5
应用实例
地质统计学在物探、化探、遥感数据等 地质数据处理方面、矿产储量计算方面、石 油及煤田工作方面、环境科学、水文工程地 质、农林科学及农田水利方面都有了比较多 的成功应用实例。
以矿产储量计算为例,德兴铜矿早在20 世纪80年代中期就开始应用地质统计学软件, 用于指导矿山设计、生产和规划；武警黄金 指挥部1993年用地质统计学方法计算了陕西 洛南驾鹿金矿区8801号矿体储量,并提交地质 勘探报告;有色总公司北京矿产地质研究所应 用地质统计学方法计算了煎茶岭金矿、云南 曼家寨锡、锌矿床、查干布拉根银铅锌矿等 多个矿床的储量。
地质统计学在其它的许多领域都得到了 广泛的应用，如核废料处理、酸雨的形成及 影响分析、水资源研究、地球化学异常评价、 各种工程安全防范和改造的风险决策、多目 标有时序投资方案的效益比较等，地质统计 学也在不断的应用中得到了发展。
1. 4
研制出一批理论水平高、实用性
强的软件系统
(1)法国巴黎高等矿院地质统计学研究中心研 制出ISATIS系统。ISATIS软件主要由数据库 与数据管理;数据变异性分析及各类统计(包 括变异函数及协方差函数的计算和拟合) ;各 类地质统计学方法计算;非条件模拟及条件模 拟方法;其他快速插值的方法和图形显示几部 分组成。
1.3 地质统计学的应用向广度和深度方 向发展
生产实践表明,地质统计学除了在异常 评价、找矿勘探、矿体圈定、储量计算、采 矿设计、矿山生产及地学科研等方面具有明 显的优越性外,它在石油地质、第四纪地质、 地层学、物学、生态学、岩石学、地球化学 、构造地质、地震地质、海洋地质、农业、 水文地质、工程地质、古气候、古地理、气 象学、遥感地质、环境、林业、医学等许多 方面都有成功应用的实例。
地质统计学简介
地质统计学是20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, 是随 着采矿业的发展而兴起的一门交叉学科。20 世纪50年代, 当发现传统的统计学方法不再 适用于评价识别矿藏时, 为了精确的估计矿 块的品位, 必须要考虑样品的尺寸以及相对 于该矿块的位置, 南非的采矿工程师克里格 (D.J.Krige) 和 一 个 统 计 学 家 西 舍 尔 (H.S.Sichel)开发了一种新的评价方法。
பைடு நூலகம்
(2)加拿大国际地质统计学软件系统开发公司 的GEOSTA 软件系统主要以普通克里金法为 主；加拿大矿产与能源中心开发的CAMET 软件则着重于地质勘查,储量计算及环境污染 的 研 究 ； 加 拿 大 IGC ( International Geosystems Cor2poration) 公 司 研 制 的 GLS (GEOLOG System)系统是一个标准地质编录 数据库系统。
针对研究域内区域化变量在时空分布上经常 呈周期性出现的现象,引进数学中的三角函数, 形成三角克里金法,可用三角克里金法来滤掉 区域化变量的周期性分量。在观测数据较少 的情况下,将地质信息与原始数据综合使用, 利用模糊集论来描述模糊信息,这种方法称为 模糊地质统计学法,它可以解决原始资料少的 缺陷,并可充分利用已知的定性的地质信息。
许多地质变量, 如储层参数(孔隙度、 渗透率、厚度、夹层数等 ) 在空间既存 在一定的空间分布规律结构性又存在局 部的变异性随机性, 这就是区域化变量, 因此可以用地质统计学方法来研究这些 变量。
地质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。但地质统计学区别于经典统计学 的最大特点即是：地质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。
(4)农业生产方面
对 降雨和农业灌溉用水系列的联合随机 模型研究为灌区确定水库规模、灌溉系统的 可靠性、水库的控制应用及供水系统扩建等 提供了可靠的技术资料；通过对作物需水量 空间变异性进行了研究,根据作物需水量空间 结构信息及时空变异规律研究,为较大灌区内 部配水、跨流域跨地区的灌溉水资源引取和 调配提供了依据。
(3)发展了许多计算变异函数(或协方差函 数)的方法。 变异函数是区域化变量增量的方差 : 2γ(h)=Var{Z(u + h) - Z(u)}。它是一种 空间变异性的测度方法 , 是地质统计学研 究的基本工具。计算变异函数或协方差 函数的方法很多 , 但不同的方法受不同的 应用条件限制或者有不同的用途。
(3)稳健统计学与地质统计学的结合更加 密切。 特异值、混合总体、数据稀疏且可 能分布不均以及分布假设无法检验等现 象的存在使得传统地质统计学的应用受 到一定的限制,统计结果的正确性受到怀 疑。地质统计学家采取了许多有效的措 施来进行校正: ①根据数据的分布特点 进行变换,使数据的分布满足方法的要求; ②修改方法以适应已有的数据。
(1)地质统计学与数学的结合更加紧密。 把数学形态学中的布尔随机函数引入地 质统计学,有助于解决地质统计学中的支撑 (或观测尺度)改变的难题。在利用指示克里 金法对研究对象(如矿体)进行几何建模时,数 学形态学可综合研究对象的几何形态信息,有 助于求得指示数据的变异函数或协方差。当 区域化变量属于分类变量时,用传统的多元地 质统计学技术来研究就有点欠妥,于是发展了 概率克里金技术及条件概率分布估计法。
(3)环境质量评价方面。
利用地质统计学技术对某三个地区的氡 ( 222Rn)进行空间结构及其与各种癌病的相 关性分析。结果表明,氡含量高的地区癌病的 发生率也高,同时也查明氡含量主要与地质作 用有关。美国密歇根州肺学会和美国环保局 对密歇根州东南部住宅空气中的氡浓度及相 关变量进行评价,利用地质统计学方法查明了 影响氡含量的最主要因素是渗透因子,即氡渗 透的各种通道。
(7)已有的地质统计学方法相互融合。如 指示克里金法与协同克里金法相结合形 成指示协同克里金法;指示克里金法与因 子克里金法相结合形成主分量指示克里 金法;协同克里金法与其它不同的线性地 质统计技术相结合形成各种协同克里金 技术等。
1. 2 多学科相互渗透,拓宽地质统计学理 论体系 地质统计学结合实际需要 , 多学科相 互渗透,形成了一系列实用有效的新方法, 地质统计学的理论体系得到了不断的完 善和发展。这种多学科的交叉中 , 地质统 计学的理论主要有如下特点:
(2)非线性科学思想向地质统计学渗透。 在20世纪80年代末至90年代初,地质统计 学工作者将分形理论与地质统计学相结合,形 成了分形地质统计学 。分形地质统计学不只 用于对几何形态特征的分形研究,还可用于对 地质体或地质过程的分形研究。随着地质统 计学解决复杂问题的能力不断增强,地质统计 学与其它的非线性科学(如混饨理论、耗散结 构理论、非线性动力学、协同论、突变论等) 的联系也越来越紧密。
1 地质统计学研究进展
1. 1地质统计学理论与方法研究有了很大提高 (1) 地质统计学的研究范围从低维向高维发展。 从初期二维平面分析到三维立体空间的静态估 计 , 发展到今天在时空域内对研究对象进行四 维乃至更高维空间的动态估计和模拟。
(2)地质统计学基本理论研究更加深入。 在单变量区域化变量理论的基础上, 提出了适合多变量的协同区域化理论。 进而研究多个区域化变量在时空域中的 相互影响及时空结构关系,并提出了时空 域中的协同区域化理论,研究那些作用于 时空域、既具统计相关又具时空位置相 关且反映多元信息时空结构的现象 。
地质统计学经过 40 多年的发展 , 已 成为能表征和估计各种自然资源的工程 学科 , 并由法国、南非及一些法语国家 推广到几乎全世界。作为一门年轻的边 缘学科 , 仍正处于蓬勃发展的阶段 , 已初 步形成了一套较完整的理论体系和基本 工作方法 , 编制了一整套实用有效的程 序 , 并在理论研究和应用中得到不断发 展。
以A. G. Journel (A. G. 儒尔奈耳)为首 的 “非参数地质统计学派”,发展了无须对 数据分布做任何假设的指示克里金法和 概率克里金法以及快速条件模拟等一套 方法,同时考虑如何使用软数据的问题,两 个学派都在研究地质统计学中的稳健性 问题。
(6)条件模拟技术得到飞速发展。 由于时空多元地质统计学的研究得到重 视,早期空间域静态建模技术的研究逐渐过渡 到研究时空域多元动态条件模拟,各种模拟方 法得到了发展。时空域中的协同克里金技术在 条件模拟中起了很大作用,在向量条件模拟的 基础上发展时空多元动态条件模拟。
(2)油藏描述方面。
地质统计学能够为储层信息综合分析提 供概率的框架和工具;可以对储层的关键参数 空间分布的不确定性进行模拟,并把这种不确 定性直接用于有风险的油藏管理;可以产生忠 实于已有信息的多个等概率、不光滑的储层 非均质随机模型。综合应用多元统计技术、 地质统计学和适当的地质推理,改善油藏描述 水平,才能改善整个建模过程和油田开发决策。