本发明涉地球化学元素分析领域，特别是涉及一种地球化学元素各向异性空间定量化分析方法。
背景技术：
奇异性指数(singularity)是通过分形和多重分形的方法用于空间定量化，度量物质在相对狭小的时间或空间间隔内产生的巨量的物质堆积或能量的释放。
如图1所示，传统奇异性指数的估算方法是通过正方形窗口方法得到的。其估算流程如下：
以地球化学水系沉积物采样点数据为例：
选取任意采样点，以该点为几何中心定义一系列正方形窗口，窗口大小分别为：ε1×ε1、ε2×ε2、……、εi×εi。
各个窗口的平均元素浓度为各εi×εi窗口内所有采样点测试所得浓度的平均值c[a(εi×εi)]。
将各个窗口大小和其对应的元素平均浓度投影到双对数图(logc[a(εi×εi)]-log(εi×εi))之上，窗口大小和其对应浓度存在对数线性关系。该线性关系可由拟合的斜率，k，表示，k＞0代表以该采样点为中心，元素浓度表现为衰减，指示浓度从该采样点向外扩散。k＜0代表以该采样点为中心，元素浓度表现为增加，指示元素浓度向该采样点聚集。
奇异性指数α在当前的二维条件下可由2-k得到。若α＜2，表示元素浓度聚集，指示有利成矿。若α＞2，表示元素浓度衰减，不利于成矿。若α＝2，表示元素浓度均匀分布，不存在地质活动影响。
对各个采样点重复以上4步，即可得到奇异性指数在空间上的各个点的奇异性指数值。
通过插值即可获得整个研究区在空间上的奇异性指数分布，并以此描述地球化学元素的空间变化规律，进而获得地球化学行为的空间定量化认识。
元素浓度的空间分布受到多期多次地质活动的影响存在各向异性，即在不同方向上表现为不同的分布模式。而以上方法建立在认为地球化学浓度在局部临近范围内是各向同性的，因此传统上常用的基于正方形窗口的奇异性指数，由于其估算过程采用了正方形的窗口进行估算，在一定程度上忽略了各向异性的局部特征。
技术实现要素：
针对以上现有技术的不足，本发明提供地球化学元素空间定量化分析方法，本发明的技术方案如下：
一种地球化学元素各向异性空间定量化分析方法：
第一步：在研究区域内选取任一采样点，以该点为几何中心定义一初始正方形窗口ε1×ε1；
第二步：沿方位角零度方向，延长初始正方形窗口的边长定义另一矩形窗口ε1×ε2；
第三步：继续延长初始正方形窗口的边长，以最终形成一系列窗口大小分别为：ε1×ε1、ε1×ε2、……、ε1×εi其中i≥1的矩形窗口组，ε1为矩形窗口的固定宽，εi为矩形窗口不断增加的边长；
第四步：计算得到矩形窗口组中，矩形窗口不断增加的边长和其窗口内元素平均浓度的双对数投影拟合直线的斜率k；
第五步：重复第一至四步，得到多个不同方向的矩形窗口组及其对应的斜率k，比较不同方向上，各窗口组斜率k的绝对值，选取绝对值最大的方向为所述采样点奇异性指数的估算方向，并根据该方向的斜率k估算所述采样点的奇异性指数α；
第六步：重复第一至五步，获得研究区域内各采样点的奇异性指数并根据各采样点的奇异性指数在研究区域空间进行插值运算，标注各采样点对应的窗口延展方向，根据插值运算及标注方向后的结果空间定量化图示元素富集规律的各向异性。
进一步地，作为上述技术方案的细化，所述斜率k通过最小二乘法拟合的得到。
进一步地，作为上述技术方案的细化，奇异性指数估算模型的算法为：c(ε1×εi)∝εiα-1，其中c代表ε1×εi面积的窗口内元素的平均浓度，εi代表矩形窗口不断增加的边长，奇异性指数α＝k+1。
进一步地，作为上述技术方案的细化，根据插值运算后的结果进行地质填图具体包括如下步骤：根据各采样点的奇异性指数定义其对应的图元属性。
进一步地，作为上述技术方案的细化，根据插值运算及标注方向后的结果空间定量化图示元素富集规律的各向异性，具体包括如下步骤：若α＜1，表示元素浓度聚集，定义在估算方向上指向该采样点的第一箭头；若α＞1，表示元素浓度亏损，定义在估算方向上自该采样点指向与第一箭头相反方向的第二箭头。
本发明所提出的一种地球化学元素各向异性空间定量化分析方法：通过在研究区域不同方向定义多个矩形窗口组，并选取斜率绝最值最大的方向为奇异性指数估算方向，体现了元素浓度的空间分布受到多期多次地质活动的影响存在的各向异性，即在不同方向上表现为不同的分布模式。与现有技术相比，更能真实体现元素浓度的空间分布所受到地质活动的影响，展示效果具有较好的指示意义。
附图说明
图1为现有的奇异性指数估算方法的正方形窗口示意图；
图2为本发明实施例的流程图；
图3为本发明实施例定义矩形窗口组的过程示意图；
图4为本发明实施例矩形窗口组各个窗口的大小和其窗口内元素平均浓度的关系的双对数图；
图5为本发明实施例在多个方向定义矩形窗口组的示意图；
图6为本发明实施例根据元素的聚集和亏损状态定义箭头的示意图；
图7a为以正方形窗口估算方法制作的钨元素奇异性指数分布图；
图7b为以本发明实施例矩形窗口估算方法制作的钨元素奇异性指数分布图；
图8为以本发明实施例矩形窗口估算方法制作的钨元素迁移图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
一种地球化学元素各向异性空间定量化分析方法：
如图2、3所示：第一步：在研究区域内选取任一采样点，以该点为几何中心定义一初始正方形窗口ε1×ε1；
第二步：沿方位角零度方向，延长初始正方形窗口的边长定义另一矩形窗口ε1×ε2；
第三步：继续延长初始正方形窗口的边长，以最终形成一系列窗口大小分别为：ε1×ε1、ε1×ε2、……、ε1×εi，其中i≥1的矩形窗口组，ε1为矩形窗口的固定宽，εi为矩形窗口不断增加的边长；如图3所示：即沿零度角方向，εi的长度从ε1开始不断延长，最终形成一系列具有固定宽，且边长长度向零度角方向不断增加的矩形窗口组。
第四步：计算得到矩形窗口组中，各个窗口不断增加的边长和其窗口内元素平均浓度的双对数投影拟合直线的斜率k；如图4所示：即将各个窗口大小和其对应的元素平均浓度投影到双对数图(logc[a(ε1×εi)]-log(εi))之上，窗口大小和其对应浓度存在对数线性关系；该线性关系由拟合的斜率k表示，k＞0代表以该采样点为中心，元素浓度沿矩形窗口组延展方向表现为衰减，指示浓度从该采样点向外扩散。k＜0代表以该采样点为中心，元素浓度沿矩形窗口组延展方向表现为增加，指示元素浓度向该采样点聚集。
第五步：重复第一至四步，如图5所示，得到多个不同方向的矩形窗口组及其对应的斜率k，比较不同方向上，各窗口组斜率k的绝对值，斜率k的绝对值越大则元素浓度变化速率越大，因此选取绝对值最大的方向为所述采样点奇异性指数的估算方向，并根据该方向的斜率k估算所述采样点的奇异性指数α；
第六步：重复第一至五步，获得研究区域内各采样点的奇异性指数并根据各采样点的奇异性指数在研究区域空间进行插值运算，标注各采样点对应的窗口延展方向，根据插值运算及标注方向后的结果空间定量化图示元素富集规律的各向异性。
优选地，作为上述技术方案的细化，所述斜率k通过最小二乘法拟合的得到。
优选地，作为上述技术方案的细化，奇异性指数估算模型的算法为：c(ε1×εi)∝εiα-1，其中c代表ε1×εi面积的窗口内元素的平均浓度，εi代表矩形窗口不断增加的边长，奇异性指数α＝k+1。
优选地，作为上述技术方案的细化，根据插值运算及标注方向后的结果空间定量化图示元素富集规律的各向异性，具体包括如下步骤：根据各采样点的奇异性指数定义其对应的图元属性。
优选地，作为上述技术方案的细化，如图6所示，根据插值运算及标注方向后的结果空间定量化图示元素富集规律的各向异性，具体包括如下步骤：若α＜1，表示元素浓度聚集，定义在估算方向上指向该采样点的第一箭头；若α＞1，表示元素浓度亏损，定义在估算方向上自该采样点指向与第一箭头相反方向的第二箭头。
图7a为以正方形窗口估算方法制作的钨元素奇异性指数分布图；图7b为以本发明实施例矩形窗口估算方法制作的钨元素奇异性指数分布图；通过对比可知：本发明所获得的地球化学元素各向异性特征能更加真实反映元素浓度分布的渐变规律，异常分布更加连续且模式性更强；而正方形估算方法获得的异常由于未考虑局部各向异性，异常连续性和模式性较低。
图8为以本发明实施例矩形窗口估算奇异性指数制作的钨元素迁移图，如图8所示：采用本发明实施例所提出的一种地球化学元素各向异性空间定量化分析方法，根据采样点的奇异性指数定义了指示元素富集情况的第一箭头和第二箭头，可以较好地反映所研究元素的迁移情况。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。