Химических элементов по геохимической выборке

Для обоснованного суждения об особенностях распределения химических элементов в тех или иных природных условиях необходимо знать статистический закон распределения и оценки статистических параметров распределения параметров элемента, характеризующие меру его рассеяния и позволяющие вычислить вероятность появления в данной геохимической совокупности любых содержаний элемента, больших или меньших заданного.

Геохимическая совокупность – совокупность значений содержания элемента, отражающая статистические закономерности его распределения в конкретном типе природных образований и объединённых общим признаком качественного или количественного характера (неограниченное число членов).

Геохимическая выборка – частный случай совокупности (при ограниченном числе членов), характеризующая результаты геохимического опробования того или иного типа природных образований.

Математическая обработка результатов опробования производится на основе представлений о статистическом законе распределения величин содержаний того или иного элемента в пробах, представляющих совокупность.

Первый этап статистического анализа – установление закона (вида функции) распределения содержаний элемента, определённых путём анализа проб.

Распределению содержаний придаёт большую наглядность графическое выражение его. Строится кривая распределения рассматриваемой совокупности. Аналитическое выражение, задающее кривую в выбранной системе координат, называется функцией распределения или законом распределения величины Х.

Каждый из статических законов распределения характеризуется специфическим типом вариационной кривой и определёнными параметрами, позволяющими всесторонне описать совокупность, распределённую в соответствии с данным законом.

Из большого разнообразия вариационных кривых в практике геохимических исследований наиболее часто встречаются кривые первых двух типов.

Симметричная кривая первого типа (гауссова кривая) характеризует нормальный закон распределения вероятностей, замечательной особенностью которого является равная вероятность положительных и отрицательных отклонений от среднего (мода) значения.

Параметрами нормального распределения являются среднее арифметическое, среднее квадратическое отклонение и дисперсия.

;

(для совокупности); (для выборки);

(для совокупности); (для выборки);

Одним из важнейших свойств нормального распределения является математическая закономерность, позволяющая определить число членов статистической совокупности, расположенных в интервале:

; ,

где: х_ср - среднее значение любой нормально распределённой величины;

σ_х – её стандартное отклонение;

z – коэффициент, выбираемый в зависимости от нужной достоверности.

Например: интервал значений при z = 1 охватывает 68,3% членов статистической совокупности,

при z = 2 охватывает 95,4% членов статистической совокупности,

при z = 3 охватывает 99,73% членов статистической совокупности.

На этом свойстве нормального распределения основано одно из важных положений математической статистики – правило трёх сигм: размах колебаний любой нормально распределённой величины х не должен превышать с вероятностью р=0,9973 (99,73%) утроенного среднего квадратичного (стандартное) отклонения этой величины (; ).

Любая величина статистической совокупности, отклонение которой от среднего не превышает утроенного стандартного отклонения, считается практически вероятной.

Характеристики, определяемые по выборкам, являются случайными величинами. Следовательно, не­обходимо указать их оценки и соответствующие этим оценкам до­верительные интервалы. Доверительным интервалом (а-ε, а+ε) для параметра а называется такой интервал, в пределах которого не­известное значение параметра находится с вероятностью γ, не меньшей заданной. Величина γ называется доверительной вероятностью (уровнем доверия) и обычно полагается рав­ной 0,9; 0,95; 0,99. Величину a=1-g называют уровнем значимости.

Для математического ожидания доверительный интервал имеет вид:

,

В реальных вычислениях доверительный интервал определяется с вероятностью 0,95 (или 5% уровень значимости, коэффициент z=1,96).

Среди статистических кривых асимметричного вида в геохимии наиболее распространены кривые II типа, отличающиеся левосторонней асимметрией. Характерное их свойство – изменение формы кривой на симметричную при замене содержаний на их логарифмы. В результате, возможно, использовать вышеприведённые закономерности (это логнормальный закон распределения).

Разноска данных по интервалам.

Первым этапом обработки выборки является разноска данных по интервалам, т.е. необходимо составить ряд распределений. На практике наиболее рациональным считается число интервалов содержаний около 10-15 (минимальное число 5). Для логнормального распределения рекомендуется формула для оценки величины интервала:

Для характеристики относительного рассеивания содержаний в практике широко применяется коэффициент вариации, который показывает, насколько велико рассеивание по сравнению со средним значением.

, в процентах.

Дано: Выборка распределения концентрации химэлемента в пробах.

Требуется:

1. Определить закон распределения величины (тип вариационной кривой) с составлением ряда распределения;

Для этого весь диапазон измеренных значений разбить на пять равных интервалов, и определить число значений измеряемой величины в каждом из них. По этим частостям построить гистограмму (вариационную кривую) и определить ее тип.

2. Просчитать основные статистические характеристики.

3. Определить интервал вероятных значений параметра и доверительный интервал оценки среднего содержания с 5% уровнем значимости;

4. Определить наличие значений, подлежащих выбраковке;

5. Определить коэффициент вариации;

6. Если имелись значения, подлежащие выбраковке, требуется провести перерасчет основных статистических характеристик.