Мульти-вертикальные взаимодействия геологических процессов при минерализации: каскад модель динамики и их моделирование


АВТОРЫ:Yao L. и Cheng Q.

Государственная лаборатория геологические процессы и минеральных ресурсов, Китайского университета наук о Земле, Ухань 430074, Китай
Отделения наук о Земле и космической науки и техники, Йоркский университет, Торонто, Онтарио M3J1P3, Канада
Поступила в редакцию: 3 января 2010 - редакция: 10 октября 2010 г. - Принято: 9 февраля 2011 - Опубликовано: 8 марта 2011

ПЕРЕВОД

Ориола Виктор Олушола

Отношения между минерализацией и некоторые геологических процессов устанавливаются основном геолога знание полевых наблюдений. Тем не менее, эти отношения в описательной и количественной модели, как определенные геологические процессы, укрепить или препятствовать минерализации не Понятно, что есть, механизм взаимодействия между минерализацией и геологические основы не были тщательно изучены.
Динамика за эти взаимодействия являются ключевыми в понимании фрактала или мультифрактального образованиями вызваны минерализации, среди которых особенности возникают из-за аномальной концентрации металлов в узком пространстве.
Со статистической точки зрения, мы считаем, что Каскад динамики играют важную роль в минерализации и их изучение может выявить природу различных взаимодействий на протяжении всего процесса. Мы построили модель мультипликативного каскада, чтобы имитировать эту динамику.
вероятности вхождения месторождений полезных ископаемых используются для представления непосредственных результатов минерализации.
Мультифрактальный моделирование вероятности минерально-сырьевого потенциала на основе нашей модели Примером может служить случай исследования, касающегося гидротермальных месторождений золота в южной провинции Новая Шотландия, Канада.
Степени воздействия определенных геологических процессов на золоторудной минерализации связан с масштабом каскадного процесса, Особенно в максимально птах номер подкласса каскада.
Наше исследование помогает понять, как происходит сингулярности при минерализации, которая остается без ответа до сих пор, и моделирование может дать более точное распределение месторождений полезных ископаемых случаи, которые могут быть использованы для улучшения Результаты веса доказательств модели в отображении запасах полезных ископаемых


1 Введение


Минерализация имеет комплексные соединения с различными геологическими процессами и геологов, можно вывести часть этих соединения от обнажения разведки. Например, если в некоторых месторождений всегда сосуществует с особым типом вторжений, можно считать, что это вторжение связано с минерализации в течение геологических периодов.
Обобщение таких отношений между минерализацией и определенных геологических процессов и их геологических характеристик приводит к металлогенической модели для различных генетических типов минеральных депозитов (Кокс и Сингер, 1986).
Металлогенической модели дают обширными знаниями в области благоприятных условий для минерализации, но они слишком недостаточно для захвата Механизм взаимодействия между минерализацией и геологические основы, потому что они по своей сути описательным. Такой механизм необходим, как мы удивляемся Поэтому общие фрактала или мультифрактального функций была образована всей минерализации.
Различные подходы уже были предложены для количественной оценки и интеграции отношений между минерализацией и определенных геологических процессов для оценки минеральных потенциал, но они так и не объяснили физических особенностей, характерных для этих отношений, такие как вес доказательств (Бонэм-Картер и др., 1988;. Ченг и Agterberg, 1999; Чжан и др., 2008), логистической регрессии (Sahoo и Pandalai, 1999), байесовские сети (Porwal и др., 2006), нейронные сети (Певец и Kouda, 1996;.. Porwal и др., 2003.NYK ? anen, 2008), доказательной функции убеждения (Карранса и соавт., 2005, 2008) и экспертно-руководствуются методами (Кассард и соавт., 2008). Большинство методов управляемых данными, то есть, Динамика между минерализацией и некоторые геологические процессы неустойчивы и только эмпирически установленных

на основе наблюдений. Минерализация была мысль как процесс самоорганизации, с диссипативными структурами, и, Таким образом, нелинейные особенности и сложности возникли (Ю. и соавт., 1988), а динамическая модель процесса является слишком чувствительным для параметров, которые трудно охарактеризовать.
Роман понимание минерализация ее интерпретации как единичное событие (Cheng, 2007b,), которая всегда приводит к мультифрактального продукции. Кроме минерализации, типичной единичных событий включают стихийным бедствиям, таким, как землетрясения, оползни, извержения вулканов, наводнения и ураганы, потому что они являются результатом в аномальных количествах выделения энергии или массового скопления приурочены к узким интервалом в пространстве или времени (Cheng, 2007b, а).
Тем не менее, механизм минерализации единичное событие остается загадкой.
Вообще говоря, динамика взаимодействия между минерализацией и геологические основы по-прежнему не хватает в систематических исследований.
Ответ на поставленный выше вопрос помогло бы понять, почему возникает сингулярность и мульти-масштаба природы из минерализаций.
В данной работе мы построить каскадную модель для моделирования взаимодействий между минерализации и соответствующих геологических процессов.
Затем, тематического исследования гидротермальных золотых месторождений полезных ископаемых в южной провинции Новая Шотландия, Канада описан для мультифрактального моделирования, в котором мы используем некоторые статистические данные из Ченг (2008).
Благодаря нашим исследованиям, мы думаем, что минерализация может быть сопровождается разнообразных геологических процессов, которые оказывают их последствий в лавинообразному образом и их последствия связанные с минерализацией в разных масштабах.

2 Мультифрактальный и сингулярность

Так как фрактальная концепция была предложена (Мандельброт, 1977, 1983), фрактала или мультифрактального методы стали мощными инструментами для идентификации геологических особенностей, связанных с минерализацией.
Фрактальная или мультифрактального моделирования играют важную роль В количественном месторождений полезных ископаемых (Теркотт, 1996), характеризующих пространственное распределение месторождений полезных ископаемых (Carlson, 1991; Agterberg и др., 1996;. Рейнс, 2008).
и отображение минеральной потенциал (Cheng и др., 1996; Форд и Бленкинсоп, 2008). Новые методы, основанные на теории мультифрактального, таких как концентрация-зона (CA) метод (Cheng и соавт., 1994), Спектр-зона (SA) метод (Cheng и соавт., 2000) и Техника особенность отображения (Cheng, 2007a), были разработаны для выявления геохимических аномалий и карта минерально-сырьевого потенциала (Cheng, 2007b; Ченг и Agterberg, 2009; Цзо и соавт., 2009a).
Хотя многие математические геологи знакомы с мультифрактального е спектра (?) в модели Evertsz andMandelbrot (1992); Schertzer и Лавджой (1991), они разработали другое в геофизике на основе коразмерности функции C (?), где ? и ? представляют Н ° старше экспоненты и порядок полей, соответственно.
Ченг (1996) по сравнению этих двух моделей.
Здесь введем элементарные обозначения и формулы, основанные на F (?) модели.

Предположим, геометрические поддержки с линейными размерами был де- определяется как А(),? [A()] представляет собой своего рода мера на (?), Т.е. наиболее распространенные меры такого рода, связанных с минерализация может быть средняя геохимические концентрации на области в различных масштабах, то следующие соотношения powerlaw существовать в условиях мультифрактального:

µ[A()]
α
(1)
Nα ()
?f (α)
(>0) (2)
где αозначает "пропорционально", α является особенностью индекса,
Nα() Nα () Есть число клеток, обладающих α особости в то время как стремится к нулю и F (α) является мультифрактального спектра. Уравнение (1) является масштабно-инвариантной, потому особости ? остается постоянной при любых rescalings линейного размера. Если размер изменяется с? П-1 к? П при некотором масштабе ?, что есть? п = ? п-1, и мера изменяется от ? (П-1) к ? [(? п)], соответственно, то следующий может быть получена Из формулы. (1): ? [( п)] / ? ( П-1) = ? α (3) На самом деле фрактала или мультифрактального описывает scaleinvariant отношения рода меры на другой вид измерения. Таким образом, приведенные выше формулы можно распространить на Мера Лебега пространстве, а поддержка может быть даже фрактальной сам (Falconer, 2003). В этом исследовании, апостериорные вероятности месторождений полезных ископаемых вхождения на определенных геологических условий и вероятности появления соответствующих геологических вхождения меры Лебега, так что их отношения могут быть только в том случае мультифрактального нелинейные взаимодействия существовать между ними. Если (?) Является объем в D-мерном пространстве, фрактальной Плотность (Cheng, 2008) может быть выведено из уравнения. (1), как: ? [()] α? [()]/ ()α α-D (4) где ? плотность фрактальной аналогична плотности в физическом смысле, но это изменение плотности с масштабом и может приближаться бесконечность; индекс (?-D) и соответствует концепции коразмерности смысл различия между измерениями пространства и фрактальной (Schertzer и Лавджой, 1987).

Наконец, в компьютерной сети размещены блоки карт, снимков и иных геоизображений, входящих в географические информационные системы (ГИС). С ними можно манипулировать: сопоставлять между собой, накладывать друг на друга, определять по ним взаимосвязи явлений, использовать для оценки и районирования территории и решения других научно-практических или учебных задач.

3 Мультипликативные каскадных моделей и их мультифрактального эффект

Мультипликативные cascademodels providemathematical очертания количественно турбулентной перемежаемости и других крайне неравномерно сложностей (Schertzer и Лавджой, 1987). Каскад динамики являются фундаментальными в геологических и геофизических процессов. Типичные геофизических полей, как полагают, в результате каскадных процессов (Лавджой и др., 2001;. Лавджой и Schertzer, 2007).Модель De Wijs, была предложена проанализировать обогащение руд (De Wijs, 1951) ипозже он был принят в качестве биномиальной модели для имитации каскада мультифрактального (Мандельброт, 1989). Различные модели каскада были использованы для имитации дожди, облака и геохимические концентрации (Deidda, 1999; Лавджой и Schertzer, 2006; Agterberg, 2001). Перераспределяет каскадного процесса сосредоточена на поддержка на мелкие кусочки через ряд повторных шагов, приводит к масштабно-инвариантной результаты. Принимая Де Wijs модель геохимического распределения, например, если исходный концентрации ? и поддержка 1, то в следующей итерации, поддержка разделены на две равные блоки из 1 / 2 с концентрацией (1 + г) и ? (1-г) ?, здесь г является Коэффициент дисперсии и не зависит от размера блока; Процедура повторяется на разделить блоки (рис. 1). Вообще учитывая мера, определенная на поддержку, Основной шаг каскад включает в себя два переплетения процедуры: раздел процедура деления текущей поддержки на более мелкие части в то время как масштабы падает на постоянное отношение, и Процедура распределения придавая различные веса разделенных частей на основе распределения вероятностей. Размер в конечном итоге разделить поддерживает будет стремиться к нулю, в то время Каскад шаг повторяется до бесконечности. Однако, иногда Каскад шаги всей каскадного процесса ограничены и, таким образом, окончательный размер разделить части из оригинального поддержки определяется разделен раз, что мы обозначать максимальный птах номер подкласса каскад здесь. Меры выделяется на разделенных частей в каждом подразделении в зависимости от веса образца для перераспределения значений из предыдущих результатов. Максимальное разделение каскад Число птах имеет смысл геологических процессов, поскольку на самом деле соответствует масштаб определенных геологических процесса. Например, движение континентальных или океан пластины приводит в глобальном масштабе изменения геологических условиях, еще миграции геохимических элементов в металлогенических провинции может быть только на региональном уровне. Для представления реальности, многие виды модификаций базовой модели имеют были расследованы. Например, Agterberg (2001) ввел незначительные нарушения в каскадных процессов для моделирования геохимическая карта моделей и предложил случайных сократить вариант Модель DeWijs (Agterberg, 2007a), Чен (2005) применяется каскадной модели с переменным процессы раздела, Schertzer и Лавджой (1987) разработали модель непрерывного каскада в масштабе. Результаты каскад динамика мультифрактального. мультифрактального, порожденная этим каскадного процесса есть много локальных максимумов и минимумов с различными особенностями (Cheng, 2008). В 1-D мультипликативного каскадный процесс, минимальное αmin особенности и максимальный ?max особенности и их Разница 1αможет быть рассчитана как: ?min = 1-журнал 2 (1 + r) ?max = 1 + журнал 2 (1 + г) 1α = αmax-αmin = журнал 2 1 + D 1-D (5) где D является коэффициент дисперсии.

4 Количественное нелинейных динамических взаимодействий всей минерализации
4.1 Статистическая модель минерализации веса доказательств

Именно характеризующих взаимодействие всей минерализации практически невозможно из-за ограничения сбора данных. В отличие от других непрерывных измерений от некоторых в режиме реального времени инструменты, которые часто используются в метеорологических и геофизических обсерваторий, данные, связанные с минерализацией и некоторые геологические процессы могут быть приобретены только когда-то от настоящего, так как эти процессы развивались на миллионы лет, и нет никакого способа, на сегодняшний день их обратно. Непрерывные измерения невозможны, а также бессмысленные в разведку полезных ископаемых, поскольку временные масштабы слишком велики Для нас найти какие-либо изменения наблюдения.Реальный способ количественного взаимодействия между минерализацией и связанных

геологические процессы, происходит от статистического анализа данных различных исследований. Исследования данные включают в себя наблюдения из месторождений полезных ископаемых, геологической структуры, геохимические концентрации, петрологические или стратиграфических образованиях и так далее. Специфический вид исследования данных на самом деле представляет продукцию определенных геологических процессов и месторождений полезных ископаемых можно рассматривать как результат минерализации. Поэтому, анализируя отношения между минерализацией и другие виды исследования данных обеспечивает приближение к количественно динамических взаимодействий между ними. Есть Модели уже использовать и интегрировать эти отношения в Для оценки минерально-сырьевого потенциала, как мы уже упоминали в предыдущем разделе. Мы выбираем веса доказательств (WofE), который очень популярен для отображения минерального потенциал, статистически количественного отношения между минерализации и определенных геологических процессов, потому что это разумным и понятным. Модель WofE рассматривает каждый вид исследования данных, как отдельный слой доказательной, а затем интегрирует доказательной слои для поддержки принятия окончательного решения. Каждый вид разведки данных соответствует результате определенных геологических событий. В частности, случаи месторождения полезных ископаемых являются продуктами минерализации. Геологических событий, имеющих положительную корреляции с вхождения месторождений полезных ископаемых, называют благоприятных событий в отображении запасах полезных ископаемых. Доказательный слои, как правило, растровой сетки сделаны из отдельных сегментов для облегчения обработки ГИС программного обеспечения на практике (Бонэм-Картер, 1994). Каждая ячейка в доказательной слой распадается на две различные группы в зависимости от положительной или отрицательной корреляции с вхождения месторождений полезных ископаемых. Сетка клетки, имеющие положительную корреляцию с вхождения месторождений полезных ископаемых составляют благоприятных районах, а остальные ячейки сетки составляют неблагоприятных районах. Затем отношения между минерализацией и некоторых геологических событий может быть обсужден апостериорные вероятности вхождения месторождений полезных ископаемых на условии, что эти события происходили. Для простоты мы будем использовать некоторые специальные символы для представления образований различных геологических событий. Мы предполагаем, минерализации событие, как D и, как результат, априорная вероятность возникновения минеральных депозитов известен как P (D); благоприятные события минерализации обозначается как, а затем соответствующего слоя доказательной является двоичных чисел с Или ~ Представляющие благоприятные события или нет, и, соответственно, их вероятности вхождения можно записать в виде P (A) и P ( ~). Таким образом, D будут разделены на DA и D ~ и апостериорные вероятности может быть представлена P (D | и P (D | ~) Соответственно. С байесовский правило, апостериорные вероятности может быть рассчитана как P (D |) = P (D) Р (| Г) P (A) P D | ~ ? = P (D) Р ( ~ | D) Р ( ~) (6). Если доказательная модели представляют благоприятные геологические события минерализации расположены так, как A1, A2 ,...,, в то время наоборот дополняет обозначаются как ~ A1, ~ A2 ,..., ~, То более полное соотношение может быть получено как P D | A1A2 ... = P (D) Р (A1 | D) p (А2 | D) ... P (| Г) Р (A1) P (A2) ... P () P D | ~ A1 ~ A2 ... ~ = P (D) P ~ A1 | D P ~ А2 | D П. .. ~ | D P ~ A1 P ~ A2 П. .. ~ . (7) Обратите внимание на формулы. (7) требуют условного предположения независимости, которая может быть записана как P A1A2 ... | D = Р А1 | D P А2 /D П. .. | D P ~ A1 ~ A2 ... ~ /D = Р ~ A1 /D P ~ А2 /D П. .. ~ | D (8). Веса W + и W- Затем определяется следующим образом (Agterberg и др., 1990.): W0 = журнал электронной н P (D) / P ( ~ D) о W + Журнал = электронной н Р (α) / P (A | ~ D) о W - Журнал = электронной H P ~ | D / P ~ | ~ D О (9). При преобразовании задней вероятностей логит функции, логит-анализ задней вероятности вхождения месторождений полезных ископаемых связан с несколькими слоями доказательств могут быть получены из уравнений. (9) при условии, что условная независимость условий: L (D/A1A2 ...) = W0 + W + A1 + W + A2 +...+ W + (10) где L представляет функцию логит-и L(D | A1A2 ...) средства логит P(D/ A1A2 ...). Аналогичные формулы можно быть получены в соответствии с другими комбинациями доказательной слоев. Логит-функция важна для логистической регрессии и логит число р от 0 до 1 дается формулой: L (р) = журнал р 1-р (11). Таким образом, апостериорные вероятности вхождения месторождения полезных ископаемых могут быть легко рассчитывается путем инверсии логит-анализа. Тем не менее, большую часть времени условного независимости доказательной слои не выполняется, так что оценка апостериорные вероятности может быть предвзятым. Разумные меры для апостериорные вероятности может улучшить эту ситуацию, но это нуждается в более точном знании распределения. Мы будем позже обсудить возможности применения наших исследований для решения с этой проблемой.

4.2 Обобщенные каскадный процесс всей минерализация и особенности

Сходство между WofE метод и мультипликативный каскадных моделей обсуждается в Ченг (2008), и ofWofE вариант основан на сингулярность была предложена в качестве нового подход к интеграции информации. Апостериорные вероятности вхождения месторождения полезных ископаемых будут обновлены как новые доказательной модели помещаются в (рис. 2). Каждый шаблон доказательной представляет собой произведение определенных геологических процессов и обновленный апостериорные вероятности представляет его влияние оказывали по минерализации. Предполагая, минерализация, как особая события, воздействия, вызванного участием определенных геологических процессов должны накапливаться нелинейно, так что особенности возникновения. Обновление каждый доказательной шаблон и соответствующие апостериорные вероятности, очень похожи друг на шаг каскада и, следовательно, мы последовательно участвует новых доказательных моделей как обобщенный каскад процесса. Нелинейная динамика взаимодействия по всему минерализация может быть построена обобщенная модель каскада. Для произвольного слоя доказательной, предположим, или ~ Средствами Наличие или отсутствие, соответственно. Если мы имеем п доказательной слоев, то общая площадь может быть разделена на 2 н подобласти наконец, отмеченный различными комбинациями доказательств. На каждой итерации добавив доказательств слой, апостериорная вероятность каждой комбинации доказательной будет распространяться в два раздела. Так что этот процесс можно рассматривать как двоичные каскадного процесса и сравнения приведены на рис. 3. Как видно из рисунка, особенности вызваны доказательств слой Легко выводится из формулы. (3), как: ? (А) = logP (А / Г) / logP (А) (12) Особенность картины А может быть определен из того же процедур, как: ? ~ = LogP ~ | D / LogP ? ~ ? (13). Уравнения (12) и (13), важные формулы для характеристики особенностей динамических взаимодействий между минерализацией и определенных геологических процессов. Формул основаны на предположении, минерализации, как единичное событие, а более подробные описания можно увидеть в Cheng (2008).

ЛИТЕРАТУРА

1. Agterberg, F.: New applications of the model of deWijs in regional geochemistry, Math. Geol., 39, 1–25, doi:10.1007/s11004-006- 9063-7, 2007a

2. Bonham-Carter, G.: Geographic Information Systems for Geoscientists: Modeling with GIS, Pergamon, Oxford, 1994.

3. Carranza, E., Woldai, T., and Chikambwe, E.: Application of datadriven evidential belief functions to prospectivity mapping for aquamarine-bearing Pegmatites, Lundazi District, Zambia, Natural Resources Research, 14, 47–63, doi:10.1007/s11053-005- 4678-9, 2005.

4. Carlson, C. A.: Spatial distribution of ore deposits, Geology, 19, 111–114, 1991.

Agterberg, F. P.: Multifractal simulation of geochemical map patterns, J. China. Univ. Geosci., 12, 31–39, 2001.

6. Davis D.E. GIS for Everyone. ESRI Press, 1999. 157 p.

* * *