结构方程模型及其在地学数据建模中的回顾与展望

结构方程模型是一种建立、估计和检验因果关系的方法。它可以替代多重回归、路径分析、因子分析、协方差分析等方法,清晰分析单项指标对总体的作用和单项指标间的相互关系,是一种主要应用于验证性模型分析的多元统计建模技术。由于能够通过可观测变量来度量潜变量得分以及分析不同子模型下潜变量之间的协同效应等优点,结构方程模型被广泛应用在心理学、行为学、市场学等领域的数据建模分析研究中,提供了从提出概念—设计模型—获取数据—验证模型的成熟应用路径。地学数据的建模技术一直是地学研究的热点之一,其目的是在海量、多元、高维、多时态的地学数据中,提取出有价值的模型结构以及潜变量,研究不同地学变量以及潜变量之间的交互关系,从而支撑环境治理、灾害防治、资源勘察、生态评价等相关应用和研究。随着地学数据规模变化和建模工具的不断发展,地学数据建模的样本逐渐从抽样建模变为全样本建模,建模方式从有地学模型指导下的建模变为无约束/弱约束建模,建模依据从基于变量因果关系建模变为基于变量相关性的建模,模型复杂度从单模型/单过程建模变为多模型/多过程的综合建模。结构方程模型作为一种综合的建模方法,其可以同时包含因子分析、潜变量估计、路径分析等多种多元分析技术,这种多层次、多分支的建模方法融合了知识驱动建模和数据驱动建模的特点。结构方程模型在地学数据建模中主要面临以下三个方面的挑战,一是从主要面向验证性建模分析的方式向探索性建模分析的方式转变;二是从有完整地学模型约束的建模型方式向弱模型/无模型约束的地学数据建模方式转变;三是从无空间属性的统计变量建模向空间统计变量建模的转变。这对模型本身和数据建模的方法都提出了新的要求。针对以上三个问题,文章在回顾结构方程模型的概念和发展历程的基础上,介绍了三个结构方程模型在地学数据建模中的应用案例,一是利用湖泊沉积物地球化学数据在弱约束条件下提取地球化学金矿内生控矿因子的建模案例;二是利用结构方程模型的综合参数优化方法,通过计算后验概率与观察后验概率的匹配约束来弱化、校正证据权模型中证据独立性问题在计算金矿找矿后验概率中的影响;三是利用结构方程模型来研究墨西哥马格达莱纳流域森林保护策略,通过对不同区域的森林区块进行编号,将空间分布数据转变为传统的无空间属性的统计变量,并分析了不同环境策略对森林保护的影响。      

鄂西地层硒的分布、富硒岩石成因及硒的来源

鄂西地区硒元素主要富集在二叠系孤峰组与吴家坪组炭质硅质岩中,而其他地层"黑色岩系"中硒含量却很低。富硒炭质硅质岩微量元素中w(As)和w(Sb)分别是沉积岩丰度的1.65倍和4.22倍,U/Th平均值为7.9、Co/Ni平均值为0.042,稀土元素具有明显Ce的负异常特征,指示了富硒硅质岩以热水成因为主,而微量元素Mo、V含量较高,证明又受到生物因素的叠加影响。岩石La-Th-Sc以及Th-Sc-Zr/10图解表明"黑色岩系"形成于大陆岛弧的构造环境。富Se岩石的Cr元素含量也较高, Cr是典型的地幔元素,表明地幔物质参与了"黑色岩系"的成岩作用。孤峰组炭质硅质岩层间凝灰质黏土岩锆石U-Pb年龄约264 Ma,在时代上与峨眉山玄武岩起始喷发时间一致,表明孤峰组硒的来源与峨眉山玄武岩的持续喷发相关。吴家坪组炭质硅质岩层间凝灰质黏土岩的锆石U-Pb年龄为253～248 Ma,与西伯利亚大火成岩省火山喷发时间高度吻合,说明吴家坪组硒的来源可能与西伯利亚大火成岩省关系密切。     

秦岭山阳-柞水矿集区150~140Ma斑岩-矽卡岩型CuMoFe(Au)矿床成矿作用研究

秦岭造山带内的山阳-柞水古生代弧前盆地中出露有池沟、小河口、冷水沟、园子街、下官坊及双元沟等CuMo、CuFe(Au)矿床,与这些矿床具有成因联系的岩体为形成于150~140Ma的高钾钙碱性和钾玄岩系列花岗岩,为华北和扬子大陆碰撞后伸展阶段壳、幔混合岩浆的产物。矿化主要发生在岩体与泥盆、石炭纪地层中碳酸盐岩的接触带附近,主要类型为矽卡岩型,少量为斑岩型,部分矿床具有统一的矽卡岩-斑岩型成矿系统,矿化组合主要为CuMo、CuFe(Au)和Cu矿化。外接触带主要发育有矽卡岩和角岩化蚀变,内接触带主要为岩体内部的硅化、钾化、绢云母化、绿泥石化及粘土化,内矽卡岩不发育。矽卡岩矿物主要有石榴石、透辉石、绿帘石、透闪石,阳起石等,其中石榴子石主要为钙铁榴石和钙铝榴石,透辉石是辉石的主体,早期形成的石榴石和透辉石等无水矿物组合常被后期的绿帘石、透闪石和阳起石等含水矿物及石英、方解石等所交代。金属矿物比较简单,最主要的含铜矿物为黄铜矿和斑铜矿,铁矿化主要为磁铁矿和镜铁矿。尽管这些矿床以矽卡岩型矿化为主,但部分矿床中已发现有斑岩型矿化和蚀变特征,这可能暗示了该区可能具有统一的矽卡岩-斑岩型成矿系统,进而表明山阳-柞水矿集区深部具有寻找斑岩型矿床的巨大潜力。     

秦岭山阳-柞水地区燕山期中酸性侵入岩地球化学特征、锆石U-Pb年龄及Lu-Hf同位素组成

秦岭山阳-柞水地区广泛出露燕山期中酸性花岗(斑)岩体,并有大量与其相关的斑岩-矽卡岩型Cu-Mo-Fe、Cu-AuFe矿化。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果表明,与矿化密切相关的斑岩体形成于144.6~141.5Ma。岩石地球化学分析结果表明,这些花岗(斑)岩体SiO2含量为55.73%~67.80%,K2O含量为2.52%~6.40%,Na2O含量为1.94%~5.19%,Al2O3含量为14.61%~16.10%,FeOT含量为2.1%~9.0%,MgO含量为1.32%~5.52%,主体显高钾钙碱性准铝质特征。A/CNK1.1,P2O5与SiO2负相关,Mg#平均为49,含有角闪石、黑云母、榍石、磁铁矿等矿物,属I型花岗岩类;稀土元素分异明显,无明显Eu异常;富集K、Rb、Sr、Ba等大离子亲石元素,Nb、Ta、Ti、P和Hf等高场强元素亏损,属后碰撞型花岗岩。岩体的锆石εHf(t)为-4.5~+1.78,平均为-0.87,表明其岩浆源区为地壳物质的熔融岩浆与幔源岩浆的混合,且以地壳熔融成份为主;Hf同位素二阶段模式年龄(t DM2)为1479~1084Ma,表明其壳源源区物质可能形成于中晚元古代(1.4~1.0Ga)。     

东北非与中国胶东造山型金矿对比及对非洲找矿勘查的启示

东北非是一个快速兴起的世界级金矿省,发育大量造山型金矿床.选择东北非努比亚地盾代表性造山型矿床进行总结梳理,认为区内金矿成矿可能受控于努比亚地盾地块拼帖后挤压/压扭向张扭剪切转换的过程,绿片岩相-角闪岩相变质基性火山岩是主要赋矿围岩,剪切带(断层)为主要控矿构造.通过对比,发现努比亚地盾矿集区与胶东矿集区类似,在大规模...     

鄂西地层硒的分布、富硒岩石成因及硒的来源

鄂西地区硒元素主要富集在二叠系孤峰组与吴家坪组炭质硅质岩中,而其他地层“黑色岩系”中硒含量却很低.富硒炭质硅质岩微量元素中 w(As)和 w(Sb)分别是沉积岩丰度的１．６５倍和４．２２倍,U/Th平均值为７．９、Co/Ni平均值为０．０４２,稀土元素具有明显 Ce的负异常特征,指示了富硒硅质岩以热水成因为主,而微量元素Mo、V 含量较高,证明又受到生物因素的叠加影响.岩石 La－Th－Sc以及 Th－Sc－Zr/１０图解表明“黑色岩系”形成于大陆岛弧的构造环境.富Se岩石的 Cr元素含量也较高,Cr是典型的地幔元素,表明地幔物质参与了“黑色岩系”的成岩作用.孤峰组炭质硅质岩层间凝灰质黏土岩锆石 UＧPb年龄约２６４ Ma,在时代上与峨眉山玄武岩起始喷发时间一致,表明孤峰组硒的来源与峨眉山玄武岩的持续喷发相关.吴家坪组炭质硅质岩层间凝灰质黏土岩的锆石 UＧPb年龄为２５３~２４８ Ma,与西伯利亚大火成岩省火山喷发时间高度吻合,说明吴家坪组硒的来源可能与西伯利亚大火成岩省关系密切.      

赣东北地区瑶里花岗岩年代学、地球化学及其岩石成因

瑶里花岗岩位于钦杭结合带赣东北地区,侵位于双桥山岩群和溪口岩群中,主要由石英、钾长石、斜长石、黑云母和少量白云母组成。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果显示,该岩体形成年龄为132.0±1.9 Ma,获得的捕获锆石年龄表明该区在141.7±2.6 Ma发生过岩浆活动事件。岩体地球化学特征表现出具较高的SiO2含量和K2O/Na2O值,低的Al2O3、MgO、CaO和TiO2含量,铝饱和指数(A/CNK)为0.92~1.17,大部分大于1.1,属于高钾钙碱性过铝质花岗岩。岩石富集大离子亲石元素,亏损Nb和Ti元素,具有明显的轻稀土元素富集特征,δEu值为0.30~0.86。通过与相邻岩体的对比,发现瑶里岩体与同时期的鹅湖和卧龙谷岩体的地球化学特征相似,均可能由地壳深处变质泥质岩发生部分熔融形成。但是,瑶里岩体与中侏罗世德兴铜厂花岗闪长斑岩岩石学特征和地球化学性质不同,表明中侏罗世至早白垩世,花岗岩的形成温度和压力降低,深度变浅,指示钦杭结合带赣东北地区中侏罗世至早白垩世为碰撞后的伸展环境。     

基于ArcGIS建模器的数据处理模型在摩洛哥地球化学填图中的应用

〗随着我国一带一路战略部署的推进，我国在一带一路相关国家承担的地质调查任务也在逐步增加。地球化学填图由于其可靠性高、精度好、进度可控等原因，往往是国外地质调查工作的重要一环。地球化学调查工作主要环节包括野外样本采集、样本分析、数据处理及成图等。由于数据处理及成图决定了地球化学填图工作中地球化学异常的圈定及地球化学分布的判定，其模型和方法的研究越来越受到地质科学家的重视，并成为地球化学填图工作中的重要一环。设计了基于ArcGIS建模器的数据处理模型，并将其用于地球化学数据处理。该模型不仅实现了从地球化学采样数据分析到地球化学成图的自动化，而且模型可以在科研人员和生产人员之间共享。模型实现了地球化学填图工作中的以下主要功能:①地球化学各元素含量数据的批量插值；②元素的分类及异常提取；③用栅格数据表示的元素含量数据转换为矢量的等值线/面并平滑。该模型已成功应用于中国商务部援摩洛哥东阿特拉斯山地区1∶10万低密度地球化学填图项目，应用于包含3个工作区45种元素共7 974个地球化学样品的数据处理。成功地解决了项目有效工期短、数据分析任务重、输出图件质量要求高等问题，充分显示了模型的高效实用性，可望在未来地质调查工作中发挥巨大作用。      

埃塞俄比亚西部布雷地区类埃达克岩年代学、地球化学及对区域构造演化的指示

长期以来,关于埃塞俄比亚西部布雷地区的岩浆活动及构造演化的研究相对较少.本文选择埃塞俄比亚西部布雷地区的花岗岩,通过开展锆石U-Pb定年、全岩地球化学等工作,结果显示:布雷花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为733.8±8.1 Ma,属新元古代岩浆作用的产物.布雷花岗岩具有高的SiO2(72.26％～72.78％)和Al2O3(14.91％～15.82％)、低MgO和相对低的Na2O/K2O比值(1.13～1.38),高Sr(310×10-6～401×10-6)、Sr/Y(64.9～113.6)、La/Yb(25.7～51.6)和低的HREE、Y(2.71×10-6～4.78×10-6)和Yb(0.20×10-6～0.31×10-6)和(La/Yb)N(18.4～37.0;<50),具有类埃达克岩的特征,推测其可能为加厚下地壳部分熔融形成.这主要是由于埃塞俄比亚西部布雷地区在750～710 Ma处于东非造山运动的主碰撞阶段,弧陆(陆陆)碰撞使得下地壳厚度不断增加,进而发生部分熔融形成.