盲源分离技术在化探数据处理中的思考与探索.pdf

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1、第37卷第2期物探化探计算技术VoI．37NO．22015年3月COMPUTINGTECHNIQUESFORGEOPHYSICALANDGEOCHEMICALEXPLORATIONMar．2015文章编号：1001—1749(2015)02—0258—05盲源分离技术在化探数据处理中的思考与探索魏友华h，郭科h，柳炳利h，董跃华h(1．成都理工大学a．数学地质四川省重点实验室，b．地球物理学院，C．管理科学学院，成都610059)摘要：化探数据处理是矿产预测中的重要环节，传统处理方法基于单因素分析，而且假设化探数据是正态分布或对数

2、正态分布。实际上化探数据由于地质成因与地质过程具有高度复杂性和非线性性，综合性指示才能有效反映出矿体的存在。盲源分离技术可以从多维信号中分解出若干独立成分，因此可以利用盲源分离技术探索从化探数据中提取最易致矿的元素组合来指导矿产勘探。通过对目标区域水系沉积物测量数据和矿体数据的应用分析，可以看出盲源分离技术对区域地球化学数据分析和原生晕地球化学分析具有良好的应用效果，能够反映矿点的分布，可以用于矿体的深部预测。关键词：盲源分离技术；快速独立分量分析；化探数据处理；矿产预测中图分类号：P628文献标志码：ADOI：10．3969／j

3、．issn．1001—1749．2015．02．21重要标志，而单一的指示元素异常存在着较大的不0引言确定性，由多元素组合构成的综合指示才能有效反映矿体的存在_3]。如果将某个单元素地球化学数从若干个信号的混合信号中恢复出某个感兴趣据看成为一道观测信号则影响元素组合的各种因的原始信号的方法，就是盲源分离技术。盲源分离素可以看成一个混合矩阵。在影响因素难以确定的技术是二十世纪八十年代迅速发展起来的信号处理前提下，利用盲源分离技术从混合信号中分离出各方法，是人工神经网络、统计信号处理和信息理论相独立分量，将其中能量最大的分量作为致矿的

4、元素结合的产物，现已成为众多领域中研究与发展的重组合。要课题uj。地球化学异常一直是进行矿产预测的重要依1盲源分离技术据，而地球化学异常下限是地球化学异常的解释与评价的基础。传统的异常下限确定方法，是基于地盲源分离技术基本思路是按照统计独立的原则球化学元素分布是正态分布或对数正态分布的假设建立目标函数，通过优化算法将多维观察信号分解下，并且通常都是对单元素进行分析，即使考虑到了为若干独立成分，从而实现信号的增强和分析_6]。多元素也只是简单的进行单元素分析结果机械迭加独立分量分析是一种盲源分离方法，法国学者对比]。但是成矿具有多期

5、性，成矿元素具有多源Herault等于1986年4月首次提出。其后又有性，矿床的成矿元素及伴生元素是指示矿床存在的P．Common等I8众多学者给出了独立分量分析算收稿日期2O14一O4—29改回日期：2O14—12—23基金项目国土资源部公益性行业科研专项(201011002—08)；国家自然科学基金(41272363)；中国地质调查局地质调查项目(122011120212，12120113086700，2012000200430019)；数学地质四川省重点实验室开放基金项目(scsxdz2011011)；四川省教育厅资助科研项

6、目(13ZB0063)作者简介魏友华(1976一)，男，副教授，主要从事数学地质、应用数学的研究工作，E—mail：weiyouhua@cdut．cn。2期魏友华等：盲源分离技术在化探数据处理中的思考与探索259法的理论体系和算法，并由Hyvarinen等在1997的负熵，必须要先估计其概率密度函数，计算比较复年提出了现在最为瞩目的快速独立分量分析(Fas—杂，一般可以采用负熵的近似表达式：tiCA)算法。N()≈∑志{E[G()]一E[o()]}(2)1．1独立分量分析数学模型z一1独立分量分析是由目标函数和优化算法两方面式(2

7、)中：志是常量，是>0；是标准高斯分布的随内容组成的，不同的目标函数和优化算法组合就产机变量；G是函数，常用的有生了不同的独立分量分析算法。(G1()一Y。设X一(，lz，⋯，z)为N维观测信号，XJ1G2一anh‘nY(3)是由N个独立的未知源信号S一(s，5，⋯，SN)混G3()一yexp(-口2Y／2)合生成的。观测信号x与源信号s均值应该要求lG()一y为零，但在实际数据处理中不一定满足这一要求，所其中口、n∈[1，2]。以还需要通过预处理来实现观测信号的均值为零。选择合适的函数G，基于式(2)建立目标函数线性ICA数学模

8、型为：minN()，应用Newton优化算法就建立了著名的NFastICA算法。X—AS一ais，i一1，2，⋯，N(1)i=1式(1)中：Si表示独立的源信号；矩阵A一(以，口，2研究区概况⋯，口)∈R表示混合信号矩阵，A满足det(A)：≠0。