形态相关系数及其在地球化学数据分析中的应用

地球化学数据元素间的相关分析具有重要意义。地球化学数据是一种不遵循正态分布的成分数据,其封闭特征存在挖掘和分析的困难和障碍,因此许多传统的统计方法不适合使用。主要通过元素值的趋势分析了地球化学元素之间的相关关系,并提出了形态相关系数的概念。该方法不需要数据服从正态分布,可以忽略闭包特征的影响。实验表明,该方法简单、稳定、准确,可以显示数据元素之间的关系。此外,方法计算过程消除了回溯,因此适用于大数据的实时和动态分析。     

地壳全元素探测——构建“化学地球”

地壳物质探测是地壳探测工程的重要组成部分。化学元素是地球物质组成的最基本单位,被称为地球的基因。矿产资源是由化学元素组成的,环境是受化学元素行为制约的,因此,对地壳中所有元素精确含量和分布的探测,对解决人类所面临的资源和环境问题具有重大意义。地壳全元素探测项目拟发展4种地球化学探测技术,包括地壳中所有天然元素的精确分析技术,中下地壳物质成分识别技术,穿透性地球化学探测技术,海量地球化学数据和图形显示技术。建立1个覆盖全国的地球化学基准网,系统采集代表性岩石样品10000件,疏松物样品6000件,按标准化的方法分析其主量元素和微量元素含量(包含78种元素),建立中国大陆地球化学基准值,为研究化学元素的分布、演化和成矿物质背景提供基准参考数据。进行总长度3300km的3条地球化学走廊带的实验与示范,采集各类代表性岩石样品5000件,进行元素和同位素测定,构建走廊带地壳地球化学模型、跨越不同大地构造单元的元素空间变化和大型矿集区成矿物质背景。为开展全国地壳探测工程奠定基础,并为最终建立"化学地球"进行技术准备和先导性实验。     

地壳全元素探测技术与实验示范

重点发展地壳全元素精确分析技术、地壳深部物质成分识别技术、盆地穿透性地球化学探测技术和化学地球构建技术.参照全球地球化学基准网,以1∶20万图幅为基准网格单元,建立一个覆盖全国的地球化学基准网,系统采集不同时代沉积岩、变质岩和火成岩样品以及疏松沉积物样品,获得中国大陆地壳76种元素基准值,研究化学元素在中国大陆的演化历...     

关于8个实验室对银元素分析的考核

国内8个实验室对川滇黔桂相同的76个泛滥平原沉积物样品的76种元素进行了分析测试,目的在于探索更有效的分析质量的评价方案,以便为编制相应的地球化学图优选不同元素的最佳分析方法,利用参考值,样本的统计学参数,相似性,密度分布函数,地球化学场的空间结构和地球化学异常的重合性对Ag元素的分析数据作了评价,不但要求分析数据在绝对值方面有一定的精度,还强调了化探数据的空间属性,要求分析数据的空间分布方面也尽量与理想的地球化学图之间具有一致性。     

川滇黔桂76种元素地球化学图编制中分析方法与分析质量研究(二) 关于8个实验室对银元素分析的考核

国内8个实验室对川滇黔桂相同的76个泛滥平原沉积物样品的76种元素进行了分析测试,目的在于探索更有效的分析质量的评价方案,以便为编制相应的地球化学图优选不同元素的最佳分析方法。利用参考值、样本的统计学参数、相似性、密度分布函数、地球化学场的空间结构和地球化学异常的重合性等对Ag元素的分析数据作了评价,不但要求分析数据在绝对值方面有一定的精度,还强调了化探数据的空间属性,要求分析数据的空间分布方面也尽量与理想的地球化学图之间具有一致性。     

基于MAPGIS的含量-面积分形法确定元素异常下限及圈定异常区:以湖南阳明山地区为例

地球化学元素的异常下限值确定是地球化学中重要的问题之一,目前还没有一个完善的具有科学依据的计算方法。传统的化探异常下限值计算是以元素含量或元素含量的对数值呈正态分布这一假设为基础的,而事实上地球化学元素含量的空间分布是极其复杂的。研究表明,地球化学景观可能是一个具有低维吸引子的混沌系统,元素的地球化学背景值和异常具有各自独立的幂指数关系,由此导致了一种多重分形分布,可以利用元素的分形分布求出其异常下限。对湖南省阳明山地区的化探水系采样分析数据采用分区的处理方法,根据每个区内数据的分布特征采用分形和传统方法混合应用来确定异常下限,勾绘出Sn元素异常图,与单独采用传统方法相对比收到了良好的异常圈定效果。根据新方法确定的元素异常下限所圈定的异常区与已知矿点高度拟合。     

表生地球化学动力学与中国西南土壤中化学元素分布模式的驱动机制

地球表层是由山水林田湖草等要素构成的互动和互馈的复杂系统,这些要素中化学元素的互动和互馈过程均可驱动化学元素分布模式的变化。本文以系统的1∶25万土地质量地球化学调查数据为基础,讨论了中国西南地区土壤中常量元素、亲生物元素、卤族元素、重金属元素分布模式的驱动机制和互动过程。结果发现成土母质决定了土地资源中化学元素的自然状况,表生地球化学动力学过程重塑了表层土壤中元素分布模式,生物地球化学过程驱动了土地质量的演化趋势,强烈的人类活动(如矿业活动)破坏了元素分布的自然演化规律。表生地球化学动力学理论的提出将引领山水林田湖草生命共同体知识体系构建和土地资源地球化学综合调查技术的革新。     

吉林省东部山区地球化学元素分布的再研究

通过因子分析对吉林省东部山区的地质体、地球化学元素的分布特征进行了再次研究;进一步明确了地质体的地球化学元素专属性和槽、台界限,完善了以往的元素分区。重点揭示了同生、叠生地球化学场的地球化学意义。     

鄂尔多斯盆地北缘地球化学大数据样本优选分析

众所周知,地球化学数据携带有众多地质噪音,这些噪音严重影响地球化学数据信息的客观性与可靠性;对于地球化学大数据融合分析而言,确定样品的有效性及变量优选是滤除地质噪音、建立最优样本集合的必要性工作,因而在地球化学大数据处理分析前需首先进行大样本优选,从而更加客观、真实的揭示地球化学大数据信息及相关地质意义。本文以鄂尔多斯盆地北缘1∶20万地球化学土壤测量数据为例,考虑元素之间的地球化学亲和力与组合匹配关系,建立非线性大样本优选模型。具体做法是基于优选后的样品矩阵,将39个元素变量分解成若干独立因子向量,将最优独立因子向量作为元素组合,其向量各分量作为元素变量的权重,依权重大小进行变量优选;优选后的样本集合可以作为该区地球化学数据分析与信息识别的有效地学信息集合,运用这种集合可以有效开展鄂尔多斯盆地外围铀地球化学分析,并为盆地铀资源预测奠定基础。     

多重分形与地质统计学方法 用于勘查地球化学异常空间结构和奇异性分析

勘查地球化学和地球物理场的局部空间结构变化性应包括空间自相关性以及奇异性 .前者可通过地质统计学中常用的变异函数来实现 ;后者可用多重分形模型进行刻划 .具有自相似性或统计自相似性的多重分形分布 (multifractaldistributions)的奇异性 (α)可以反映地球化学元素在岩石等介质中的局部富集和贫化规律 .而多重分形插值和估计方法可以同时度量以上两种局部结构性质 (空间自相关性以及奇异性 ) ,因而 ,它不仅能够进行空间数据插值 ,同时还能保持和增强数据的局部结构信息 ,这对于地球化学和地球物理异常分析和识别是有益的 .应用该方法处理加拿大NovaScotia省西南部湖泊沉积物地球化学砷等元素数据表明 ,地球化学数据的局部奇异性在该区能够反映局部金和钨 -锡 -铀矿化蚀变带或岩相变化以及构造交汇等局部成矿有利部位 .     

蛇绿岩生成构造环境的Ba-Th-Nb-La判别图

Pearce的Ti-Zr-Y图不能很好区分洋脊和岛弧玄武岩,Ti对岩浆分离结晶作用很敏感,因此用这个图判别蛇绿岩生成构造环境效果不好,本文利用分配系数相近的Ba,Th,Nb,La四个非常不相容元素的(Ba/Nb)-Ba,(Nb/Th)-Nb,(La/Nb)-La和(Ba/Nb)-(Th/Nb)图解很好区分了洋脊、岛弧、洋岛玄武岩。弧后盆玄武岩同时具有洋脊和岛弧玄武岩的特征。这些元素在海水蚀变中较稳定,它们的比值在分离结晶过程中保持不变,因此这些图解有利于判别蛇绿岩(包括熔岩和均质辉长岩)生成的构造环境。     

滇西北金沙江结合带各磨茸中酸性岩体多元地球化学示踪

应用常量元素、微量元素对岩浆岩进行构造环境、成因及岩源示踪时 ,首先必须在宏观区域地质、地球化学调查基础上 ,结合当时所形成的各类地质体岩石类型组合来恢复 ,它是宏观构造环境判别的基础 .其次 ,由于构造环境时空复杂性 ,需采用“两结合”的研究方法 ,一是多元地球化学信息示踪 ;二是不同岩类的时空配套 .第三 ,在选择判别图解时 ,需弄清前人图解的应用前提、适用范围和条件 ,以正确投点 .在此思想指导下 ,侧重对滇西北金沙江结合带各磨茸中酸性岩体进行了常量、微量元素的多元地球化学示踪 ,获得了较好的效果     

锆石微量元素的理论基础及其应用研究进展

锆石是地质学研究中最重要的副矿物,其分布广泛、物理、化学性质稳定,记录了结晶时的年龄、温度、氧逸度以及O-Hf-Si-Zr-Li等多元同位素和微量元素信息,被广泛运用于地球科学的研究中。近年来,随着分析技术的发展,研究者在获取锆石年龄的同时也获取了大量锆石微量元素数据,这些数据的积累推动着研究者对锆石微量元素理论研究的不断深入,并取得了一系列重要进展,如发现锆石微量元素组成受锆石本身的晶格特点主导,符合晶格应变模型和类质同象替代机制;发现锆石微量元素组成受到熔体成分演化影响,锆石结晶时的熔体微量元素组成往往不等同于全岩;发现锆石内部的微量元素不均一特征(矿物包裹体、热点、蜕晶化作用等)可能会严重影响锆石的微量元素组成,继而建立了"干净锆石"的判别指标和筛选机制。此外,锆石微量元素的应用研究也取得了长足进展,研究者们不断尝试通过各类锆石微量元素指标、图解、分配系数,识别母岩浆物理化学性质、反演母岩浆组成,大大推动了锆石微量元素在示踪岩浆源区和岩浆过程中的应用。然而,由于锆石微量元素组成受控于多种因素,使得锆石微量元素在实际应用当中常常面临着多解性问题、重叠问题和分配系数的选择问题,在一定程度上影响了锆石微量元素应用研究的可靠性。未来的锆石微量元素研究将不满足于使用传统的低维指标和图解以及分配系数,而将在充分吸收传统方法精华的基础上,从海量数据与更高的维度中寻找元素之间相关性,基于热力学定律揭示新原理,基于更高空间分辨率揭示动力学因素的影响,从数据驱动和理论驱动的全新视角下深入揭示隐藏在锆石微量元素中的信息。     

An Intelligent Method for Geochemical Discrimination of Tectonic Settings of Basalt Based on Olivine Composition: GWO-SVM Method and its VerificationEI北大核心CSCD

Geochemical discrimination of tectonic settings of basalts has been an important research direction of geochemistry for decades. Olivine is one of the earliest crystallized minerals of basaltic magma, which records a lot of hidden information of the formation and evolution of the magma. Therefore, basic elements in olivine are used to discriminate three tectonic settings, including the mid-ocean ridge basalt (MORB), ocean island basalt (OIB) and island arc basalt (IAB). However, it is still difficult to accurately discriminate the tectonic settings by using these diagrams. The machine learning algorithm is introduced to solve the aforementioned problem. The classification performance of the machine learning discrimination method largely depends on the rationality of parameter determination. To this end, the paper proposes a coupling intelligent method for geochemical discrimination of tectonic settings using olivine composition of the basalts based on the grey wolf optimizer (GWO)-optimized support vector machine (SVM), or GWO-SVM for short. GWO is used to seek the optimal parameter combination of SVM to form the optimal mapping relationship between basic elements in olivine and basalt tectonic settings, so as to realize the accurate discrimination of MORB, OIB and IAB. In addition, according to the published geochemical data of basalt samples, the discrimination performance of GWO-SVM is evaluated by means of the simulation experiment, hold-out validation and k-fold cross-validation. The evaluation results are represented by the confusion matrix and its derived evaluation indicators. The results show that GWO-SVM can discriminate the tectonic settings of the basalts based on olivine compositions with overall classification accuracy of up to 85%. Thus, in comparison with the traditional discrimination diagram method, the machine learning discrimination method based on multi-algorithm fusion can significantly improve the discrimination accuracy of basalt tectonic settings. © 2020, Science Press. All right reserved.     

Application of a new computer program for tectonic discrimination of Cambrian to Holocene clastic sediments

TecSand is a new Java software that is used for deciphering the tectonic setting of clastic sediments and sedimentary rocks through two new multidimensional discrimination diagrams. For each sample, TecSand calculates four complex discriminant functions: DF1_m1 and DF2_m1 for the high-silica diagram and DF1_m2 and DF2_m2 for the low-silica diagram, each representing linear combinations of log-ratios of all major elements. These functions determine the position of each sample within island or continental arc, continental rift, and collision/convergent settings. The program also calculates the probability values for the three tectonic fields. TecSand provides a “ready for publication” report for each locality, including the adjusted major elements, log-transformed variables, DF1 and DF2 results, and probability values for individual samples. Validations from samples of known tectonic settings, evaluation of chemical changes, and applications to Precambrian clastic sediments have previously been demonstrated in the literature. Therefore, we illustrate the use of TecSand in 10 case studies covering ages from the Early Cambrian to the Holocene. The results obtained from these two diagrams were not only mutually consistent but also with other geological constraints. As an innovation, TecSand provides an overall synthesis of the two diagrams as total percent probability values. Comparison of the results of this study with the previously published tectonic discrimination diagrams reveals that two recent multidimensional discrimination diagrams are more efficient in discriminating tectonic settings. Although TecSand does provide graphics, which can be imported and modified in commercial software, plotting of the sample diagram is no longer required.     

大地构造相在东昆仑造山带地质填图中的应用

不同的造山带是由不同的大地构造相单元组合而成, 大地构造相的划分揭示了造山带的基本框架和形成演化的规律.在对东昆仑造山带1∶2 5万冬给措纳湖幅地质填图中, 以时间演化和大地构造背景为主线, 根据不同演化阶段、不同部位出现的构造古地理单元、盆地类型和物质建造类型, 对填图区大地构造相进行了较精细深入划分, 共划分出七大相类、2 1种相, 如扩张洋脊相、分支(扩张) 海槽相、碳酸盐岩海山相、碳酸盐岩台地相、深海平原相、大陆碎块相、前陆盆地相和磨拉石盆地相等, 编制了1∶2 5万冬给措纳湖幅大地构造相图和造山作用过程与大地构造相演变图.大地构造相在地质填图中的应用进一步深化了造山带填图中的地层单元空间配置关系和盆地沉积充填序列的研究, 较全面细致地揭示了东昆仑造山带东段造山带形成、物质组成及演化过程      

Different-scale tendencies of the evolution of the composition of volcanogenic pyrite deposit ores

The changing contents and ratios of certain primary and secondary elements in the composition of volcanogenic pyrite deposit ores reveal two tendencies that have different scales of their manifestation in geological time and space. The first one is expressed in terms of the evolution of geochemical differences of deposit ores during relatively short periods of pyrite formation in some ore provinces. It is determined by the changing stages of tectonic development and corresponding alterations of magma composition within the provinces. The other tendency is global; it is expressed in terms of century-old changes of ore geochemical characteristics in the deposits that have developed in different pyrite formation epochs over the last 3.5 billion years, probably as a result of the differentiation of Earth material, a gradual temperature drop in the upper mantle, and the associated development of tectonic conditions and magma-formation mechanisms.     

全球新生代安山岩构造环境有关问题探讨

20世纪70～80年代,以Pearce为代表的一批科学家先后提出了玄武岩和花岗岩的构造环境判别图,将构造环境与岩石地球化学特征有机地结合起来,为岩浆岩大地构造环境研究开辟了新途径。但学术界对全球广布的安山岩构造环境及相关地球化学特征问题的讨论则相对不足。本文利用GEOROC 和PetDB 两个数据库对全球新生代安山岩进行数据挖掘,讨论了它们的地球化学特征及形成环境。初步将全球新生代安山岩归属为12个形成构造环境,其中67.71%产出于岛弧、陆缘弧等汇聚板块边缘环境,其余安山岩则形成于大陆板内、大陆溢流、洋岛、大陆裂谷、洋中脊等构造环境。研究表明,常用的玄武岩微量元素判别图以及LILE/HFSE 玄武岩判别图均在一定程度上可用于安山岩成因及环境判别, 暗示安山岩地球化学成分也可用于构造环境的判定。采用大数据思维,探索洋岛安山岩（OIA）和岛弧安山岩（IAA）中地球化学元素的关联关系,从获得的近20 000 个OIA-IAA 判别图中选出lg（Cs/Ta）-lg（Cu/Ta）、lg（CaO/Nb）-lg（Cs/Zr）和lg（Cu/Ta）-lg（Co/Nb）等6个图解,能有效限定它们的构造环境,为安山岩成因及形成环境研究提供了新的思路。这些初步成果说明科学大数据的研究方法可成为岩浆岩构造环境及地球化学研究中的重要有效手段。     

云南龙脖河铜矿区变火山岩地球化学再研究

龙脖河铜矿床位于滇中地区红河成矿带南段,矿区火山岩发育、与铜矿化时空密切共生。区内火山岩遭受了不同程度的蚀变或区域变质作用,根据矿物组合可分为变安山岩、变次火山岩和变基性火山岩。三类变火山岩均相对富Na,在地球化学分类图解上样品主要位于碱性玄武岩区域。除个别微量元素外,三类岩石的微量元素含量相近,与各种构造环境玄武岩相比,本区变火山岩富集HFSE(Th、Nb等)、亏损LILE(Sr、Ba等),微量元素配分模式出现明显Th、Nb正异常和Sr、Ba负异常。三类岩石的REE含量范围相互重叠,除Eu异常外,其REE配分模式均为相似的LREE富集型。各种地球化学证据表明,本区三类变火山岩为同源岩浆不同演化阶段的产物,其原始岩浆为大陆板内拉张构造环境交代富集地幔部分熔融的产物,结晶分异作用在岩浆演化过程中具有重要地位。     

碳酸岩与铂族元素地球化学

碳酸岩（carbonatite）被视为一种研究大陆地幔地球化学的“探针岩石”,通过对这类岩石的研究,在探讨地幔组成与演化、地幔交代作用与不均一性以及岩浆形成的动力学背景、岩浆来源及演化和有关矿产的成矿作用等方面,具有重要的理论意义和实际价值。铂族元素（Platinum—group elements,简称PGE）在研究核-幔分异、地幔组成与演化以及幔源岩石（主要为基性-超基性岩）形成的大地构造背景、岩浆起源及演化,以及探讨K／T界线与陨石撞击事件等方面具有重要意义。本文在概述国内外碳酸岩和PGE地球化学研究现状的基础上,结合地质事实和地球化学研究成果,认为碳酸岩熔体具有一定携带PGE的能力,可利用PGE地球化学来探讨碳酸岩的源区特征和岩浆形成与演化过程;同时指出,碳酸岩PGE地球化学研究过程中还存在许多悬而未决的科学问题。