地球化学元素序结构技术方法简介

1 基本原理

基于系统论观点，认为任何物质都是一个系统，都是以系统的形式存在与发展的。由此，不同的地质体可以看作是不同的地球化学系统，不同的地球化学系统对于不同的地质（成矿）作用就会产生不同的地球化学响应，这种响应的结果就体现在元素集合中元素含量值的大小和它们之间的不同相关性（即不同的组合关系）。系统论观点认为系统都是存在有序结构的，由此可以推断，地球化学系统中的元素不仅存在元素组合关系，而且元素之间具有排列关系，即存在有序性（逻辑秩序），能够排列成元素序列，生成元素序列曲线（相当于蚀变矿物（岩石）的光谱曲线），我们把最佳排序得到的元素序列曲线称为元素序列标谱曲线（即元素基因谱曲线）。

基于上述原理，认为不同的地层岩性、岩体、成矿区（带）、构造带，以及地球化学异常（或背景）等各种地质（成矿）单元均具有自身的地球化学元素基因谱曲线。

由此，基于元素基因谱曲线的“谱”特征和“基因”特征，及其元素基因谱曲线的序结构特征研究，可以开展地球化学地质填图、勘查地球化学应用、矿床地球化学研究、区域地球化学应用、构造环境地球化学研究和岩石地球化学应用等多个方面的地质研究。

2 技术构架

地球化学元素序结构分析技术主要是针对地球化学水系沉积物（又称分散流）、土壤次生晕、岩石原生晕等测量数据。整个数据处理分析过程主要包括地球化学数据预处理，地球化学数据分类，地球化学元素最佳排序，地球化学元素序结构分析等。主要关键方法技术：

2.1  元素数据预处理术

数据规格化，增强“弱元素”信息，提高元素之间的可比度，统一数据的量纲；数据自然对数或广义幂转换，实现数据的正态分布（高斯分布）。

2.2 智能化模式识别分类技术

通过对非监督分类的动态集群分类进行了改进与优化，嵌入智能化技术和算法，实现了聚类核最佳逼近，使分类算法自动估计出最佳分类数目和初始类别中心，让分类结果达到了全局最佳，使模式识别分类达到智能化与最优化。

地球化学数据预处理后，采用最佳模式识别分类技术对其进行地球化学单元划分（即地球化学填图），实现基于地球化学数据的地质（成矿）单元分区。

2.3 元素最佳排序与生成元素基因谱曲线技术

只有地球化学元素最佳排序后得到的元素序列曲线（即元素基因谱曲线）才能最好地揭示地球化学元素之间的相互关联关系，示踪地球化学元素行为，呈现更多的地球化学和地质成矿信息。

基于元素物理化学性质（内因）的元素地球化学分类；基于地球化学作用的迁移和分异驱动（外因）元素组合分类；基于数理统计分析（内因+外因）的元素集合分类。现实元素最佳排序，生成元素基因谱曲线。

2.4 地球化学元素序结构分析技术

a、基于元素序列的序结构分析；

b、基于统计参数序列的序结构分析；

c、基于广义时间序列模型进行地球化学系统辨识；

d、元素基因谱曲线的傅立叶波形分析。

3 实用价值

地球化学元素序结构分析技术方法已经在国内多个地区开展了地质找矿应用，取得比较好的效果。

该技术方法能够处理各种测量的地球化学测量数据，包括分散流（水系沉积物）、土壤次生晕（土壤剖面测量）、岩石原生晕等测量数据。

地球化学元素序结构分析理念及方法技术可以应用于①地球化学地质填图；②勘查地球化学应用；③矿床地球化学研究；④构造环境地球化学研究；⑤区域地球化学应用；⑥岩石地球化学应用等多个方面的研究。

                            （供稿：张远飞）