本文目录一览:
- 1、地统计学软件GS+,输入数据那一栏X Y Z 分别输入什么呢?
- 2、基于地统计学的宁波市区地价空间分布特征研究
- 3、地质统计学理论在水文数值模拟中的应用
- 4、(三)地质统计学在我国的应用概况
- 5、(二)地质统计学在我国发展的3个阶段
地统计学软件GS+,输入数据那一栏X Y Z 分别输入什么呢?
X代表横坐标,Y代表纵坐标(你可以建立一个绝对的平面直角坐标系),Z为你的微量元素值。
你可以在Excel建立后拷贝到里面:
格式如下:
X Y Z
1 1 Z值1
1 2 Z值2
1 3 Z值3
1 4 Z值4
1 5 Z值5
1 6 Z值6
2 1 Z值7
2 2 Z值8
2 3 Z值9
2 4 Z值10
2 5 Z值11
2 6 Z值12
3 1 Z值13
3 2 Z值14
3 3 Z值15
3 4 Z值16
3 5 Z值17
3 6 Z值18
…… …… ……
6 1 Z值31
6 2 Z值32
6 3 Z值33
6 4 Z值34
6 5 Z值35
6 6 Z值36
然后就可以分析了
如果数据不好,可以采用FILTER数据过滤器,过滤掉不理想的数据,再进行分析
基于地统计学的宁波市区地价空间分布特征研究
楼立明1 冯秀丽2
(1.宁波市国土资源局镇海分局,宁波,3151202.宁波大学建工学院,宁波,315120)
摘要:城市地价是一个具有时空性质的多维概念,在空间分布上具有较强的关联性和特殊性。本文以宁波市中心城区为研究区域,以地价信息为研究对象,探讨了如何基于地统计学和 GIS 对地价的空间分布特征和规律进行研究的原理和方法。
关键词:城市地价;空间分析;地统计学;宁波市区
1 地统计学的基本概念
地统计学(Geostatistics)是由法国著名数学家G·Matheron教授在研究了南非地质工程师 D.G.Krike 等人工作的基础上,于1963年提出并创立的。地统计学是在地质分析和统计分析的基础上形成的一套分析空间相关变量的理论和方法,它以区域化变量理论为基础,以变差函数为主要工具,研究那些在空间分布上既有随机性又有结构性的自然现象的科学。地统计学能最大限度的利用野外调查所能提供的各种信息,例如样本位置、样本值和样本承载大小等;能利用稀疏的或无规律的空间数据。由于地统计学能够较准确地描述区域化变量的随机性和结构性变化,因而越来越受到重视,除成功应用于自然资源方面外,还广泛应用于环境科学、农林科学、水利科学和土地科学中。
在地价研究领域,地统计学的应用主要体现在三个方面:一是定量区域化变量的空间相关性,二是对调查数据进行空间插值,三是分析空间数据的时空规律性。相对来说,对空间插值应用较多,由于在通常的地价调查中,野外调查所得的数据不能完全覆盖所要求的区域范围,需要应用地统计学的方法进行插值,将离散的采样点数据内插为连续的数据表面。
应用地统计学的最大好处是它能够在空间相关分析的基础上,利用稀疏的、无规律的调查数据,最大限度的揭示这些数据所能提供的空间信息。但是,地统计学应用在地价研究中还刚刚开始,还存在着诸如空间与时间的协同分析、样点数目、取样位置、方向、大小的设计等等,这些都值得进一步完善和改进。
2 地统计学分析的基本函数
在地统计学上,用于空间相关分析的函数主要是半方差函数(Variograms Function)、协方差函数(Covariance Function)、相关函数(Correlation),其中半方差函数是地统计学最常用的工具。除此之外,还有一般相对方差函数、交叉变差函数、成对相对方差函数、对数方差函数、广义方差函数、特征化方差函数(或指示方差函数)及散点图等,但应用较少,一般不适合对地价进行空间分析。
半方差函数定义为:区域化变量z (xi)和z (xi +h)的增量平方的数学期望,即区域化变量增量的方差。半方差函数既是距离h的函数,又是方向α的函数。其计算公式如下:
土地信息技术的创新与土地科学技术发展:2006年中国土地学会学术年会论文集
式中,γ(h)为半方差函数值,半方差函数曲线图(Semivariogram)是半方差函数γ(h)对距离 h 的坐标图形。N (h)是被及分隔的数据对的数量,z (xi)和z (xi +h)分别是在点xi 和 xi + h处样本的测量值,h是两分隔样点的距离。
对于一个典型的空间聚集分布,半方差函数一般随着距离的增大而增大,亦即区域化变量的空间变异愈来愈大,空间相关性逐渐减小,但增加至某一值时,半方差函数不再增加而是保持稳定,这表示样点间已不存在空间相关关系。将半方差函数值不再增加时的距离称为空间依赖范围(Range of Spatial Dependence),简称变程或相关程(Range),用 a表示。此时的半方差函数值称为基台值(Sill),用C0 +C表示。半方差函数曲线在 Y 轴上的截距称为区域不连续值,亦称块金(Nugget)系数或者核方差,用 C0表示。C0的大小可以反映区域化变量的局部随机性大小。(基台一块金)/基台(即 C/(C0 +C))的大小可以反映空间变异在总变异中所占的比例,或用随机程度(块金/基台,即C0/(C0 +C))的大小反映研究范围内不是由地价的空间自相关引起的那部分变异在总变异中所占的比率,也就是地价随机性和结构性所占成分。
3 宁波市区地价的地统计学分析
3.1 宁波市区地价的地统计学分析范围及样点分布
本次宁波市区城镇土地定级范围包含了宁波的六个区,从土地利用方式和土地市场发育水平来看,都存在着较大的差异,特别是山区,土地交易现象极少,土地价格样点稀缺。从地统计学对样点的要求而言,虽然不要求地价样点规则取样,但是大面积内样点稀缺会对分析结果的可靠性造成很大影响,同时,考虑到宁波市区土地交易主要集中在以市三江片为核心的一个辐射圈内,因此,本次宁波市区地价的地统计学分析的范围定为宁波市三江片向外扩展的一个区域。分析范围及范围内地价样点情况如图1~图3 所示。
图1 分析范围内商业地价样点分布图
图2 分析范围内住宅地价样点分布图
图3 分析范围内工业地价样点分布图
3.2 地价在各向异性条件下的变异分析
地价作为一种区域化变量,在各个方向上都有变化。一个区域化变量如果在不同方向上都有变化,那么当变异函数r (h)在各个方向上的变化都相同时称为各向同性,反之称为各向异性。图4~图6为不同地价类型在0°,45°,90°和135°四个方向上的变异曲线图。
(1)工业地价没有表现出各向异性结构特征,在不同的方向上,不同距离的半方差函数值均不能用合适的模型来拟合出半方差曲线,这说明宁波市区工业用地的发展轴向不明确,同时工业用地价格的政策性因素也较大,造成地价规律性较差。
(2)住宅、商业两种地价均表现出一定的各向异性结构特征,在不同的方向上,块金值、基台值和变程均不相同,具有带状各向异性特征。在135°方向(西北—东南)上地价不同距离上的半方差函数值的拟合效果较好,说明近年来鄞州区中心区的建设对宁波城市商业和居住功能的分布格局产生了显著的影响。宁波市三江片西部和南部大量的居住区建设,形成了好又多、麦德龙等新的商业中心。
3.3 地价在各向同性条件下的变异分析
为了不同地价间的对比和地价扩散情况的分析,往往需要将各向异性结构通过线性变换和矩阵变换转化为各向同性结构。其原理是通过改变不同方向上的距离h,使 γ(h)在各个方向上具有相同的变化情况。地统计学软件 GS+提供了这种工具,使得具有各向异性的区域化变量可以转化为各向同性结构下进行研究。图7~图9 为不同地价类型在各向同性下的变异曲线图,图10~图12 为不同地价类经过kriging空间插值后的平面和相应的三维曲面图。表1 为不同地价类型各向同性下的变异曲线的模拟公式参数。
表1 不同地价类型各向同性下的变异曲线的模拟公式参数
图4 工业地价在0°,45°,90°,135°四个方向上的变异曲线图(指数模型)
图5 住宅地价在0°,45°,90°,135°四个方向上的变异曲线图(指数模型)
图6 工业地价在0°,45°,90°,135°四个方向上的变异曲线图(球状模型)
工业地价变异曲线模拟方程为:
土地信息技术的创新与土地科学技术发展:2006年中国土地学会学术年会论文集
图7 工业地价变异曲线图(球状模型)
住宅地价变异曲线模拟方程为:
土地信息技术的创新与土地科学技术发展:2006年中国土地学会学术年会论文集
商业地价变异曲线模拟方程为:
土地信息技术的创新与土地科学技术发展:2006年中国土地学会学术年会论文集
图8 住宅地价变异曲线图(球状模型)
图9 商业地价变异曲线图(球状模型)
图10 工业地价经过kriging 空间插值后的平面和相应的三维曲面图
图11 住宅地价经过kriging 空间插值后的平面和相应的三维曲面图
图12 商业地价经过kriging 空间插值后的平面和相应的三维曲面图
4 结论
(1)三种地价在空间一定范围内均存在着空间相关性,它们的空间相关距离为1810~3925 m。工业地价的空间相关距离最大,为3925 m;住宅次之,为2914 m;商业最小,为1810 m。说明土地价格空间变化的梯度是商业用地大于住宅用地,住宅用地大于工业用地。
(2)在三种地价空间变异的总方差中,均是结构方差(C)所占的比例要大于块金效应(C0)所占比例。这说明确定性因素(交通状况、基础设施、环境状况等)对地价的影响要大于随机因素引起的地价差异,地价的构成还是比较合理的。
(3)块金效应(C0),是住宅地价> 商业地价> 工业地价,这说明三种地价中住宅地价最容易受不确定性因素影响,价格变动最大,工业地价相对最稳定。这与宁波市房地产市场中住宅价格明显提高,近年来政府不时出台宏观调控政策的情况比较符合。
图13 宁波市区商业用地价格分布图
图14 宁波市区住宅用地价格分布图
(4)空间变异系数 C/C0 +C,商业地价达到 0.659,住宅为 0.807,工业为 0.874,这说明工业地价的空间变异性最强,受周围地价的影响最大。而商业地价和住宅地价受到宁波市近年来城市规划调整的影响,随着新规划的城市中心(如东部新城)、副中心(鄞州中心区)的建设,在空间上出现了不连续的、突变性特点。
(5)从通过空间插值得到的宁波市中心城区(三江片)的地价分布图,加入道路和河流等控制性基础因素(图13~图15),可以看出,宁波市商业地价的地域分异规律明显,不仅原来的中心城区老的城市建成区地价较高,而且整个城市往东发展和江北区往北发展,海曙区往西发展、鄞州区往西南发展带来的商业用地地价变化也很明显。宁波市区住宅用地价格和工业用地价格变化规律也得到了非常直观的反映。
图15 宁波市区工业用地价格分布图
参考文献
刘卫东等.宁波三江片城市土地价格调查.北京:科学出版社,2002
王政权.地统计学及在生态学中的应用.北京:科学出版社,1999
王瑞萍.GIS 空间分析技术应用研究.油气田地面工程,2003,22 (6)
陈浮,李满春等.城市地价空间分布因式的地统计学分析.南京大学学报(自然科学),1999,35 (6)
单卫东,包浩生.城市中空间扩散的各向异性研究.南京大学学报(自然科学),1996,32 (3)
许晓晖.上海市商品住宅价格空间分布特征分析.经济地理,1997,17 (3)
地质统计学理论在水文数值模拟中的应用
邢永强1 李金荣2 杨振放2
(1.河南省国土资源科学研究院,郑州 450016;2.郑州大学环境与水利学院,郑州 450001)
《安徽农业科学》,文章编号:0517-6611-(2007)-14-04101-02
摘要 在地下水资源评价中,用数值方法进行水流模拟时,需要给出每个节点上含水层底板标高值。将地质统计学应用于空间分析学科,已被越来越多的学者所利用。文中着重阐述了地质统计学的基本原理及它们在含水层底板标高估值中的应用,通过计算结果可以得出克立格方法是进行含水层底板标高估值的空间最优估计方法。
关键词 数值模拟 区域化变量 变差函数 克立格方法
人类的各种活动使地表水或地下水的水质和水量发生很大的变化,因此为保护水环境我们需要进行水资源评价。水流模拟是水资源评价的一个核心内容,往往采用有限元或有限差分法(李俊亭,1989)进行评价,但是由于实际条件的限制,我们掌握的节点数据往往是有限的,因此需要根据已知点的数据来求未知点的资料信息。传统的插值方法是根据已知测量值按人工线性插值查出其他节点上的变量值,其速度慢且精度低,况且没有考虑研究对象的空间变异性,而地质统计学中的克立格方法正好克服了这一缺点(孙洪泉,1990)。
克立格方法最初是由南非矿山地质工程师D.G.Krige(克立格)于1951年提出并以他的名字命名的方法,随后由法国学者完善并发展形成目前的地质统计学理论(孙洪泉,1990)。地质统计学最早应用于脉状矿山品位、储量研究;随着研究的深入,该方法广泛应用于矿产资源评价、钻探工作、采样工作;另外,还应用于化探、冶金、土壤(李恩羊等,1989)等研究领域。20世纪80年代之后,克立格方法在水文地质学领域得到了广泛应用(许多项,1993)。李金荣等(2003,2002)采用克立格法对含水层底板标高进行估值,得出克立格方法是对空间变量进行估值的一种较好的方法。
1 地质统计学的基本理论
1.1 区域化变量
区域化变量理论是地质统计学的理论基础。它的定义(孙洪泉,1990)是:以空间点x的3个直角坐标xu,xv,xw为自变量的随机场Z(xu,xv,xw)=Z(x)称为一个区域化变量。区域化变量在观测前,可以看做是随机场;观测后就得到Z(x)的一个实现,每一个实现Z(x)就是一个普通的三元实函数(或空间点函数)。它的显著特征是具有随机性、结构性。
含水层底板标高可以看成是区域化变量,它具有随机性和结构性。所谓随机性是指空间点x固定后,Z(x)为一随机变量,所谓结构性是指不同点x与x+h 处的 Z(x)与Z(x+h)之间具有空间相关性。
1.2 变差函数
变差函数是克立格方法计算的基础。它描述区域化变量的空间结构性,也描述其随机性。我们把区域化变量Z(x)在x和x+h两点处样本值之差的方差之半定义为Z(x)在x方向上的变差函数(又称变异函数),记为γ(x,h),即
环境·生态·水文·岩土:理论探讨与应用实践
实际工作中我们用实验变差函数γ*(h)的公式计算:
环境·生态·水文·岩土:理论探讨与应用实践
式(2)中N(h)为相对于空间向量h、区域化变量Z(x)变异的统计点对数。对于不同的h可计算出相应的γ*(h)值。
为了对区域化变量的未知值作出估计,还需要将实验变差函数拟合成相应的理论变差函数模型。拟合的模型有多种,其中常用的模型为球状模型(孙洪泉,1990):
环境·生态·水文·岩土:理论探讨与应用实践
式中:C0为块金常数,由微观结构变化和观测误差所决定的一种随机变化成分;C为拱高,Z(x)结构变化的最大值;C0+C为基台值,反映一定方向上Z(x)结构变化与随机变化的总的变化幅度;a为变程,反映Z(x)变化的影响范围或变异速度。
1.3 克立格方法
从数学上讲,克立格法是一种对空间变量分布数据求最优、线形、无偏内插估计量的方法。它是以反映变量空间结构特征的变异函数为基础,以取得估计方差最小为目标,在无偏性约束条件下求优的一种估计方法。无偏性消除了系统误差,估计方差最小则表明有较高的精度,所以称最优估计。从水文地质角度讲,它根据已知观测点上水文地质变量(本文中针对含水层底板标高)的实测数据,对水文地质变量进行结构性(变差函数的模型确定)分析之后,为了对待估点作出一种线形、无偏、最小方差的估计,而对周围已知点的测量值赋予一定的权系数,进行加权平均来估计待估点水文地质变量的方法。
令区域化变量底板标高为B,设位于x0点处含水层底板标高变量的待估值B*(x0)是周围全部已知的测量值B(xi)(i=1,2,…,n)的线形组合,则:
环境·生态·水文·岩土:理论探讨与应用实践
式中:λi为克立格权系数(i=1,2,…,n);n 为已知观测点总数。
式(4)中待定权系数λi(i=1,2,…,n)的确定应满足无偏性条件和最优性条件,才能保证估计量B*(xi)的线形、无偏、最优估计。
假定区域化变量底板标高B满足本征假设(孙洪泉,1990),即
环境·生态·水文·岩土:理论探讨与应用实践
(1)根据无偏性条件
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经推导可得
环境·生态·水文·岩土:理论探讨与应用实践
(2)根据最优性条件(即估计方差最小条件)
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欲使得式(8)估计方差
在满足无偏性条件下达到极小,就要利用求条件极值的拉格朗日乘数法,即要求:
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达到极小时的诸λi(i=1,2,…,n)和μ。式(9)中F是n个权系数λi(i=1,2,…,n)和μ的(n+1)个元函数;μ 是拉格朗日乘数。
令
环境·生态·水文·岩土:理论探讨与应用实践
由此推导可得普通克立格方程组:
环境·生态·水文·岩土:理论探讨与应用实践
式(11)共包含了n+1个方程,可求解出n+1个未知的λi(i=1,2,…,n)和μ。
根据求出的λi(i=1,2,…,n)和μ,则可得到普通克立格方差表达式:
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值得注意的是,式(11)和式(12)均只取决于变差函数及信息点与待估点之间的相对几何特征,而与信息样品数据B(xi)(i=1,2,…,n)无直接关系,故它能够预测估计精度。
最后根据求出的λi(i=1,2,…,n)和μ,根据式(4)可计算出任一点的含水层底板标高值B,根据式(12)可得出任一点的估计方差。
2 应用
以陕西省咸阳某一水源地地下水资源评价为例。该研究区处于冲积平原上,评价的目的层为第四系含水层。用有限元法对该区地下水进行数值模拟,采用不规则三角形网格剖分,将全区剖分成674个单元,共382个节点,总面积为203km2(图1)。根据野外实测资料,取得含水层的底板标高系列数据n=68,作为含水层底板标高等值线图的绘制依据,利用前面所述的地质统计学方法理论,编制了相应的计算机程序,用该方法理论可计算出各节点的含水层底板标高估值和克立格估计方差,绘制了含水层底板标高等值线图(图2)。
图1 研究区单元剖分图
Fig.1 The unit analysis map of research area
从计算模拟结果(由于计算较多,这里不再一一列出)可以看出,用地质统计学方法计算出来的底板标高值与其实测值误差较小,最大达10.82m,最小为0.07m,平均为3.47m。用克立格方法计算的各实测点上的估计方差较小,最大达1.394 2,最小为0.003,平均为0.301 6。其绝对误差和相对误差值也很小。因此说克立格方法是一种较好的空间模拟方法。
图2 用克立格方法模拟的底板标高等值线图(单位:m)
Fig.2 The isoline map of lower bed level estimation simulated by Kriging method
3 结论
(1)区域化变量理论能够反映变量空间分布的随机性与结构性特征,变差函数是地质统计学的基本工具,是对变量空间分布特征估计最为有效的方法之一。从模拟计算的结果可以得出克立格法是一种最优、线性、无偏的模拟空间变量的方法。
(2)含水层底板标高这一变量具有明显的空间变异性。对这种变量的最优估计方法是以能反映含水层底板标高空间分布的随机性与结构性特征的克立格方法的基本理论为基础,在无偏性约束条件下寻求估计方差最小的一种克立格方法。
(3)由于克立格方法有不依赖于信息样品数据(含水层底板标高)的特征,在事先不知道待估点实际值的情况下,直接给出估计精度,且估计精度较高。
参考文献
李俊亭.1989.地下水数值模拟.北京:地质出版社.
孙洪泉.1990.地质统计学及其应用.北京:中国矿业大学出版社.
李恩羊,袁新.1989.作物需水量的最优估计.水利学报,(10):45~49.
许多项.1993.数学插值方法在水文地质学中的应用探讨.长春地质学院学报,(10):423~429.
李金荣,杨振放,李云峰,李金玲.2003.两种方法在地下水位估值中的应用.水文地质工程地质,(3):42~46.
李金荣,杨振放,郭建青.2002.变差函数在地下水位估值中的应用研究.西北水资源与水工程,13(4):6~9.
Utilization of Geostatistics in Hydrologic Numerical Simulation
Xing Yong-qiang1 Li Jin-rong2 Yang Zhen-fang2
(1.Sciencial Researchinstitute of land and resource of Henan Province,Zhengzhou 450016;2.College of Environment and Water Conservancy,Zhengzhou Univ.,Zhengzhou 450001)
Abstract:In many cases of water resource assessment.,When numerical method is oftenadopted in groundwater flow modeling,lower bed level value of aquifer on each node should be given.The geostatistics is used in spatial analysis,it has been advocated by more and more experts.The geostatistics method and their basic application in estimating lower bed level value of aquifer is expounded.Through the result,the author can draw an important conclusion:Kriging method is spatial optimal estimation one in estimating lower bed level of aquifer.
Key words:Numerical Simulation;regionalized variable;variogram;Kriging method
(三)地质统计学在我国的应用概况
1.在物探、化探、遥感及其他地质数据处理方面的应用
地质统计学的应用与地质数据处理先于其他领域,有较成功的经验。因为这些数据在大范围内具有方向性的趋势变化,所以常用的方法是克里格法。按时间顺序,其应用实例主要有:
1)地质统计学方法简介、计算程序及应用实例(於崇文、侯景儒、蒋跃凇,1978)。
2)地质矿产部在固体矿产普查进行的1:5万综合调查中,应用对数正态泛克里格法对土壤地球化学测量资料进行了处理(20世纪80年代),获得满意效果。
3)华南某地区化探分散流数据处理及异常评价,采用泛克里格法,根据处理结果,将华南某地区划分为4个异常区,并确定出4个异常区的工作顺序(侯景儒、杜百贵,1986)。
4)华北某区化探次生晕数据的泛克里格法研究及异常评价(侯景儒、张树泉、张廷勋等,1989)。
5)安徽铜陵地区1:5万化探数据处理的方法技术,根据数据处理结果,对Cu,Au,As,Pb,Zn,Mo,Sn,Ag8种元素编制了一套对数泛克里格法系列图件,进行成矿预测(宋平玖等,1990)。
6)福建某区化探数据的克里格法研究,验证了高品位区与高概率区相吻合(张树泉、侯景儒等,1992)。
7)新疆阿尔泰地区哈收呵幅金矿地球化学异常识别及分数评序方法研究,采用因子协克里格方法圈出Au异常远景区(余金生、蒋金荷、张效民,1993)。
2.在矿产储量计算中的应用
1)地质统计学方法在北京北某铁锌矿储量计算中的实际应用(侯景儒、於崇文、蒋跃凇,1978)。
2)运用线性地质统计学方法试算南京梅山铁矿、云南金顶铅锌矿北厂矿段某矿体的储量,并相应研制出地质统计学储量计算程序系统(谢锡林、高德秀等,1980~1984)。
3)金堆城全目矿最佳边界品位及其确定的研究(北京有色金属冶金设计研究总院采矿室,1981)。
4)应用地质统计学方法计算河北水厂铁矿北山矿体矿石储量的研究(黄竞先、侯景儒、郝欣、任兆平,1982)。
5)江西德兴铜矿可回采储量总体估计的地质统计学研究(侯景儒、黄竞先,1981)。
6)应用地质统计学计算湖北大冶铁矿尖山(尖林山)矿体的储量(黄竞先、侯景儒、古梅,1984)。
7)采用地质统计学方法,应用计算机绘图软件评价江苏南京梅山铁矿(冶金工业部鞍山黑色金属冶金矿山设计研究院,1986)。
8)使用克里格法对南非铁矿矿石品位与储量的估计(冶金工业部鞍山黑色金属冶金矿山设计研究院,1988)。
9)大冶铁矿矿石储量分级的地质统计学研究(侯景儒、古梅,1989)。
10)克里格法在盘古山钨矿储量计算中的应用(吴庭芳等,1989)。
11)加权中位数应用与金厂屿金矿的储量计算(向永生、侯景儒、吴雨沛,1991)。
12)用克里格法计算潼关金矿505脉金的储量(高维华,1990)。
13)山西支家地银矿储量的地质统计学估计(琚太宗、张树泉、林建阳、侯景儒等,1993)。
14)湖南桃江锰储量的地质统计学计算(侯景儒、王志民、潘汉军等,1993)。
15)湖南桃江锰矿最优勘探网度的地质统计学研究(张廷勋,1993)。
16)采用对数泛克里格法,运用“地质勘探系统软件”提交的陕驾鹿金矿地质勘探储量报告(武警黄金地质研究所、黄金第十四支队,1993)。
17)采用地质统计学方法编写并提交的山西省灵邱县刁泉银铜矿床勘探地质报告(冶金工业部第三地质勘查局三一二队,1995)。
18)地质统计学在薄脉状金矿床品位优化估计中的应用(张燕石、郭能霖、李维明、宋官祥、向永生、中国人民武装警察部队黄金地质研究所,1996年12月)。
19)西藏自治区谢通门县雄村铜矿勘探地质报告中的地质统计学储量估计(西藏天园矿业资源开发有限公司,2006年7月)。
20)内蒙古自治区苏尼特左旗巴颜哈尔敖包金矿勘探地质报告中的地质统计学储量估计(内蒙古舍中矿业有限公司,2007年11月)。
21)贵州锦丰大型卡林型金矿中心的地质统计学储量估计(澳华黄金矿业有限公司,2008年)。
22)西藏自治区墨竹工卡县甲玛矿区外围7—47线铜金属矿勘探报告(西藏华泰龙矿业开发有限公司)。
23)广东省佛山市富湾矿区30—51线银矿资源储量核实报告(中国明科矿业有限公司,2010年1月)
3.在石油及煤田工作中的应用
1)某煤田最优勘查网度的地质统计学研究。研究后提出的网度比原设计节省了9350m钻探工作量(陈明阳等,1987)。
2)牛庄油田物探数据的贝叶斯克里格法估计(王家华等,1987)。
3)地质统计学在彬长煤矿区详查中的应用(覃必成、许惠民、任秀娟,1987)。
4)我国北方某煤矿储量的地质统计学估计及其与传统储量计算方法的比较(陈伯茂,1989)。
5)克里格法绘图系统(KMS)在牛庄油田油藏描述技术中的应用(王家华等,1990)。
6)新疆塔里木盆地某石油探区地球化学数据的地质统计深分析(张树泉、侯景儒、李本超,1992)。
7)辽河油田冷—东雷家地区沙三段油藏描述[中国石油大学(北京)地球科学系石油地质室,1993]。
目前,地质统计学在石油领域特异性数据处理方法上已占有一定的位置。
4.在环境科学、水文工程地质、农林科学及农田水利中的应用
克里格法在灌溉实验站网规划中的应用,选择多年日平均需水量为区域化变量,对灌溉实验站网的最优规划进行选择(张瑞娟,1989)。
从20世纪90年代至今,农业上对地质统计学的应用,主要在作物的需水量方面,如作物的需水量的空间变异性;作物需水量的最优估计及最优等值线图等。
概括来说,在应用的地质统计学方法、技术上,基本上是在线性地质统计学范围,其他方法涉及的还很少。在应用的领域方面,主要用于地质矿产资源范畴,如地质勘探、矿山开发、油藏描述等。在生产应用领域,与国外相比还有一定的差距。
(二)地质统计学在我国发展的3个阶段
自1977年地质统计学引入我国至今大体上经历了3个发展阶段。
第一阶段(1977年至1989年11月)。该阶段为起步阶段。宣传普及,学习研讨,发表论文,有关工业部门和个别矿山企业根据自己的需要,独立进行开发研究,构成了该阶段的主要活动内容。
在美国学者H.M.Parker博士将地质统计学的基本概念和内容系统地介绍给我国的数学地质及勘探、矿山设计人员之后,我国有关的学术专业团体的学术活动开展得非常活跃。1980年4月,中国金属学会冶金地质学会在广西桂林召开的第一届遥感地质数学地质学术会议上,有10个单位的代表宣读了他们的地质统计学研究论文。在这次会议上,正式成立了冶金地质系统的“地质统计学协作小组”。随后几年,在中国地质学会数学地质专业委员会,中国金属学会冶金地质学会数学地质、遥感地质及计算机专业委员会,中国核工业部所属学会和中国煤炭学会地质学会,以及矿山地质及采矿工程学会等举办的历届学术会议上,地质统计学的论文不断增多,其地位也日益显著起来。
与此同时,地质统计学的普及工作相继开展起来。地矿、冶金、石油、核工业和煤炭等行业,为普及这门学科,先后以不同的形式举办了学术讲座。地质矿产部于1980年还设立了地质统计学在储量计算中的应用科研项目,由地矿部储委、北京计算中心、云南地矿局和中国地质大学(武汉)参加,经过4年的研究,完成了专题科研报告,冶金工业部地质局也设立了地质统计学科研专题,进行地质统计学理论方法研究、程序设计及实际应用,并出现了有关地质统计学专著:《地质统计学及其在储量计算中的应用》(侯景儒、黄竞先,1982年,地质出版社),《矿业地质统计学》(侯景儒、黄竞先,1982年,冶金工业出版社)。江西德兴铜矿采用普通克里格法计算了铜矿石储量,并进行了采矿设计,在生产上作了尝试。
在此期间,国内外学术交流活动十分活跃,从1978年起,我国先后派出许多专家学者到国外学习深造地质统计学。如地质矿产部中国地质矿产信息研究院李裕伟教授级高级工程师、中国地质大学王仁泽教授、北京科技大学侯景儒教授、有色金属总公司南昌设计研究院吴庭芳高级工程师等都是这一时期先后派往美国、法国、德国学习的,如今都已成为本单位的这门学科的带头人和骨干。与此同时,国外的地质统计学专家也应邀来华讲学交流。这期间的学术交流有:1984年地质统计学家Rendu在安徽铜陵讲课;1985年美国亚利桑那大学Kim教授在西安冶金建筑学院作学术报告;1989年4月美国斯坦福大学应用地球科学系主任A.G.Journel教授在北京科技大学举办讲座等。
这期间国内出版的关于地质统计学的重要专著和论文有:《地质统计学》(地质部情报研究所编辑,1980),《地质统计学及其在矿产储量计算中的应用》(侯景儒、黄竞先,1982),《矿业地质统计学》(侯景儒、黄竞先译,1982),《线性地质统计学》(王仁铎、胡光道,1988),《数学地质的方法与应用》(於崇文,1980),《地质统计学及其在储量计算中的应用》(谢锡林、高德秀、谢温宏、胡光道,1988)。随着国内外学术活动的开展和有关部门及大专院校教学研究工作的进展,涌现出一批地质统计学的专家,他们活跃在各条战线上,为地质统计学在国内的深入发展和应用、为开拓我国的地质统计学事业,作出了不可磨灭的贡献,如侯景儒教授(北京科技大学)、张树泉教授(北京科技大学)、於崇文教授、蒋跃凇教授〔中国地质大学(北京)〕、李裕伟高级工程师、尹镇南教授级高级工程师(原地质矿产部)、余金生高级工程师(中国地质科学院)、谢锡林高级工程师(原地质矿产部)、王仁铎教授〔中国地质大学(北京)〕、胡光道教授〔中国地质大学(北京)〕、陈仁宽高级工程师(北京有色冶金设计研究总院)、唐昌骏教授(成都理工大学)、陈俾茂教授(成都理工大学)、黄竞先高级工程师(北京有色金属研究院)、薛禹选高级工程师(核工业总公司地质局)、王家华教授(西安石油学院)、李新兴教授(西安石油学院)、李行高高级工程师(中国有色金属工业总公司)、李维明高级工程师(武警黄金指挥部地质研究所)、吴庭芳高级工程师(江西有色金属设计研究院)、覃必成(陕西煤田地质勘探公司186队)及以后的黄勇教授(江西会迈克科技发展公司)、向永生博士(武警黄金指挥部)、孙玉建博士(国土资源部矿产资源储量评审中心)
综上所述,该阶段有3个明显的特点:
1)大专院校和有关工业部门的研究设计单位是活动的主体,宣传、学术交流和研究应用活动主要在这个范围内进行。地质、物探、数学和数学地质等专业的一些专家、教授和高级专业技术人员成为地质统计学专业的主力军,侯景儒、黄竞先多次为冶金工业部等生产部门有关单位举办地质统计学学习班。
2)在地质统计学理论方法研究方面,以普通克里格法为主,泛克里格法、对数正态克里格法、因子克里格法也有研究。线性地质统计学是该阶段的主旋律。非线性地质统计学、非参数地质统计学和多元地质统计学等理论领域,涉及的还很少。
3)在应用方面,主要是在学习的基础上,各有关单位和有关专业人员结合本职工作,做零星的研究应用。基本属于探索性的开发应用,随意性较大,目的性不强,缺少系统的安排。在地质工作领域里,多应用于物探、化探、遥感数据处理及找矿预测等方面。其他领域涉及的较少。
1989年11月召开全国第一届地质统计学学术讨论会,这标志着地质统计学发展第二个阶段的到来。
第二阶段(1989年11月至1995年10月)。该阶段开始从开发研究与学术交流活动转向生产实践,与地质勘探和矿山生产相结合。在这一时期,出现了推进地质统计学与生产实践相结合的若干有影响的重要事件。
1)1990年10月,西安石油学院与油田结合,研制成功克里格绘图系统,对牛庄油田数据进行了处理,绘出一批地质图件。
2)1990年12月,武警黄金指挥部(以下称“指挥部”)黄金地质研究所完成了国家“七五”项目——地质勘查指挥系统软件应用及开发研究。于1991年1月由原国家计委主审通过了项目鉴定。该软件(GEOLOG)是加拿大国际地质技术公司(IGC)研制开发的,指挥部于1986年购置该软件英文软件后,由武警黄金地质研究所进行了全面的汉化开发。经鉴定后的中文版CGLS,CGES软件和原GEOLOG英文软件都已由中国软件登记中心审定核发了软件著作权证书。该系统软件中的储量计算系统,提供了地质统计学普通克里格法和泛克里格法以及距离反比法。武警黄金地质研究所采用克里格储量计算方法对河北省平泉县洼子店岩金矿、山东省招远市夏甸岩金矿、山东省栖霞县后岩金矿、山东省烟台市辛安河下游砂金矿和外夹河砂金矿等3个岩金矿和两个砂金矿进行了储量计算,取得了满意的结果,在此过程中,还举办了3期克里格法和CGES软件培训班,培养软件使用人员60余人。
3)1991年8月,由地质矿产部固体矿产勘查评价自动化系统项目(该项目为我国与联合国开发计划署合作项目)领导小组,为普及地质统计学在固体矿产勘查评价工作中的应用,在北京举办了“地质统计学环境评价软件(GE-OEAS,美国斯坦福大学研制)学习班”。由美国地质统计学家B..LGibbs女士讲授地质统计学原理和GEO—EAS软件的使用。同期,国家矿产储量管理局(全国矿产资源委员会前身)又在北京举办了地质统计学短训班,由美国亚利桑那大学D.E.Myers教授讲授地质统计学原理和GEO—EAS软件。参加上述两次培训班的有27个省(自治区、直辖市)地矿厅(局)和18个省(自治区、直辖市)储委的技术业务骨干。
GEO—EAS软件由数据文件管理,数据变量的转换,单变量的统计量计算,变差函数分析,交叉验证,克里格法计算,绘制等值线图、样品分布图、线性回归及散点图等几个相互独立的程序组成。用来进行(二维的普通克里格法)环境评价。
4)1991年10月,国家矿产储量管理局在武汉举办“提高矿产地质勘探报告质量研讨班”。在研讨班上,由国家矿产储量管理局尹镇南教授级高级工程师普及讲授了地质统计学及储量计算。学员来自地质、储委、冶金、化工、武警黄金指挥部、煤炭、核工业、建材等工业系统20多个省(自治区、直辖市)的基层地质单位。绝大多数地质技术人员来自野外第一线。
5)1992年1月,国家矿产储量管理局向各省(自治区、直辖市)矿产储量管理局、矿产储量管理办公室、矿产储量委员会办公室、全国储委油气专委办公室等单位下发了“关于积极支持在矿产和地下水储量报告中应用计算机技术的通知”〔国储(1992)7号文〕。“通知”中明确肯定了在矿产和地下水储量报告中可以采用新的储量计算理论、方法和计算机技术。实际上,这是对采用地质统计学方法计算矿产储量提交地质勘探报告的肯定,在当时起到了积极推进地质统计学储量计算方法的作用。
6)1993年1月13日,由国家矿产储量管理局牵头成立了有31个工业管理部门、研究单位、大专院校参加的“地质统计学应用协调组”,并通过了地质统计学应用协调组组织简则和1993年度工作计划。
7)1993年4月,在陕西省西安市,在全国矿产储量委员会的支持下,由陕西省矿产储量管理局组织审查,并通过了由国家武警黄金指挥部黄金第十四支队提交的陕西省洛南县驾鹿金矿地质勘探储量报告。该报告是全国第一份采用地质统计学储量计算方法及软件系统提交的储量报告,是第一份将地质统计学储量计算方法直接用于地质勘探生产的开创性成果。
8)1993年8月,中法合作项目:“地质统计学在中国矿产资源储量评价中的应用”,经地质矿产部批准立项研究。项目组织单位是全国矿产储量委员会(原国家矿产储量管理局)办公室,项目专家组组长由尹镇南教授级高级工程师担任,项目参加单位有德兴铜矿、武警黄金指挥部及北京科技大学等单位。
9)1995年4月,由全国矿产储量委员会办公室组织审查,并通过了全国第二份采用地质统计学储量计算方法提交的山西省灵邱县刁泉银铜矿床勘探地质报告(提交单位是冶金工业部第三地质勘查局三一二队),同时推出了北京科技大学地质系提供的“三维普通克里格法程序系统”。该“程序系统”包括数据库、储量计算及成图三部分内容。
10)国家自然科学基金委员会在发展我国地质统计学方面也作出了贡献。由侯景儒教授负责的科研项目“多元及非参数地质统计学理论分析及在金属矿床的应用”(1990~1992)得到国家自然科学基金的资助。该项目在地质统计学理论及应用方面达到了国内领先地位,并通过冶金工业部鉴定。1993年,由侯景儒教授负责的另一课题“空间域及时一空域中多元地质信息的地质统计学理论分析及其应用”(1993~1995)也得到国家自然科学基金的资助。这两项科研成果均汇集于他们的专著——《矿床统计预测与地质统计学的理论与应用》(冶金工业出版社,1994)之中。根据地质统计学发展的现状及地质统计学研究内容的不断扩大,侯景儒教授建议将“地质统计学”扩展为“空间信息统计学”(Statistics of Spatial Information),而且在北京科技大学为本科生、研究生开设了“空间信息统计学”课程。此外,侯景儒教授将若干地质统计学理论成功地应用于冶金工业部重点科研项目“扬子地台周边及其邻域优质锰矿成矿规律及资源评价”之中,该项目于1997年获冶金工业部科技进步特等奖。
11)1995年10月,全国矿产储量委员会办公室向各省(自治区、直辖市)矿产储量委员会办公室(矿产储量管理局)、全国储委油气专委办、各省(自治区、直辖市)地矿局(厅)、冶金工业部地质局、中国核工业总公司地质局、化学工业部地质局、武警黄金指挥部、中国有色金属工业总公司地勘总局地质局、国家建材局地质勘查中心等部门单位,公布了关于“运用地质统计学方法提交地质勘探报告的编写提纲和审查提纲”的试行意见。这个“试行意见”是审查地质勘探储量报告的主管部门关于应用地质统计学方法技术的一个技术性法规文件。它标志着地质统计学这一先进的理论、技术在我国业已成熟,得到了国家的承认,在实用的技术方法中有了自己的地位,在应用领域有了自己的位置。这预示着地质统计学发展的第三阶段已经到来。
第三阶段(1995年10月至今)。该阶段以全国矿产储量委员会办公室颁发的关于应用“地质统计学方法提交地质勘探报告的编写提纲和审查提纲”的试行意见作为开始,确立了地质统计学的技术法规地位,进入以矿产资源政府管理部门为指导的矿业市场生存竞争的深入发展阶段。
该阶段的特点是:
1)地质统计学的技术法规的产生,确立了地质统计学技术方法在我国矿业领域中的技术地位。
2)为适应生产实践的需要,地质统计学理论的研究更加深入,涉及的方法原理更加广泛,整体理论水平与国际水平接近。除了研究最为深入的普通克里格法外,非平稳线性地质统计学、非参数地质统计学、多元地质统计学,以及近几年作为地质统计学科前沿的时空域多元信息地质统计学等,都有了较深入的研究。
3)在应用方面有了实质性的突破。采用地质统计学方法提交地质勘探成果和开发矿山,已经为生产部门所接受,开始成为地质勘探、油田和矿山开发的实际应用方法,与生产实践结合得越来越紧密。
4)为适应生产的需要,相继开发研制并推出了适于国内生产需要的软件系统。地质统计学的理论研究与相应的软件开发同时并举,把地质统计学的应用推向深入。如德兴铜矿的克里格技术矿山开发系统,西安石油学院的克里格绘图系统KMS,武警黄金地质研究所的地质勘探系统软件,北京科技大学地质系的三维普通克里格法程序系统(3DOK)、三维协同克里格法程序系统(3DCOK)及指示克里格法程序系统(92DIK),地质矿产部的KPX2.0软件系统。以及2004年后,国内矿业私营企业发展迅速,实力雄厚的私企为矿山企业发展的需要,开始研制自己的地质统计学软件,如金诚信矿业工程公司的DIMINE软件和紫金矿业公司的软件。地质统计学软件系统的研发和应用,促进了地质统计学在实践中的应用。
5)地质统计学的技术方法已为广大的地质勘探和矿山企业所了解和接受,在矿业市场受到广泛的关注和了解。
6)国外地质统计学软件系统进入中国矿业市场,并得到中华人民共和国国土资源部储量司的认可。在我国矿业市场上有了自己的地位,开始发挥着越来越大的作用。与此同时,国外知名的地质统计学软件公司(如Surpac,Dat-amine,Gemcom,Micromine等公司)开始在中国设立分公司或办事处,相互竞争,根据不完全统计,其软件产品在中国矿业市场的销售量已达500~1000套,占据了中国矿业市场的绝对份额。
7)随着国外地质统计学软件公司进入我国,和对地质统计学软件应用的不断增多,在矿业领域中的应用范围不断扩大。如在矿库建模、勘探网度确定、矿山开发设计、矿石品位优化控制、储量计算、矿产资源储量价值评估、矿产资源预测等方面。