现代地质 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (03): 662-673.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2023.009
收稿日期:
2022-10-28
修回日期:
2023-03-09
出版日期:
2023-06-10
发布日期:
2023-07-20
通讯作者:
张德会,男,教授,博士生导师,1955年出生,地球化学专业,主要从事成矿作用地球化学研究。Email:1978011191@cugb.edu.cn。
作者简介:
李 柱,男,博士,高级工程师,1987年出生,矿物学、岩石学、矿床学专业,主要从事矿床地球化学研究。Email:867113514@qq.com。
基金资助:
LI Zhu1,2(), ZHANG Dehui1(
), YANG Fan3, LIU Xiangchong4
Received:
2022-10-28
Revised:
2023-03-09
Online:
2023-06-10
Published:
2023-07-20
摘要:
区域化探数据是典型的成分数据,等距对数比变换(ILR)可以有效构建化探数据的标准正交基,消除其闭合效应,解释数据的组成性质,但是解释ILR转换的变量仍然很困难。为使ILR转换更容易理解,本研究利用地质知识和数据驱动的方法构建可解释的ILR转换变量,并将该方法应用于从大兴安岭中南段水系沉积物地球化学数据中提取地质信息。基于地质知识和层次聚类分析,构建了Sn、W、Cr和Ni元素浓度之间的顺序二元划分(SBP),并经ILR转换后表示为变量b1、b2和b3。此外,还采用了由最小信息长度准则(MML)改进的期望最大化(EM)算法,研究上述变量的混合分布。ILR转换的变量具有镁铁质岩浆作用、Sn-W热液成矿和后期地质作用的信息,服从双正态分布或三正态分布。其中b1、b2和b3的高平均值分组对应于锡钨成矿的异常,综合圈定4个锡钨找矿潜力较高的预测区。本研究表明,ILR转换和MML-EM算法在从区域化探数据中提取地质信息和圈定异常方面是一种很有前途的方法。
中图分类号:
李柱, 张德会, 杨帆, 刘向冲. 等距对数比变换及混合分布在区域化探数据分析中的应用[J]. 现代地质, 2023, 37(03): 662-673.
LI Zhu, ZHANG Dehui, YANG Fan, LIU Xiangchong. Regional Geochemical Data Analysis Using Isometric Log-ratio Transformation and Mixture Distribution[J]. Geoscience, 2023, 37(03): 662-673.
图1 大兴安岭中南段大地构造位置(a)及区域地质简图(b)(底图据文献[17])
Fig.1 Tectonic map (a) and generalized regional geologic map (b) of the central and southern Da Hinggan Mountains (after reference [17])
图2 大兴安岭中南段代表性矿床的矿体、矿石及主要围岩岩性特征 (a)元古宙斜长片麻岩;(b)古生界林西组变质砂岩;(c)中生界白音高老组晶屑岩屑凝灰岩;(d)二叠纪辉长岩;(e)石炭纪二长花岗岩;(f)早白垩世黑云母二长花岗岩和细晶岩脉;(g)早白垩世石英斑岩;(h)拜仁达坝Zn-Pb-Cu-Ag多金属矿体;(i)维拉斯托角砾岩型锂多金属矿体;(j)维拉斯托石英脉型锡多金属矿体;(k)大井Cu-Sn矿石手标本;(l)白音查干斑岩型锡多金属矿石手标本;Apy.毒砂;Clp.黄铜矿;Cst.锡石;Fl.萤石;Gn.方铅矿;Lpd.锂云母;Po.磁黄铁矿;Py.黄铁矿;Qtz.石英;Sp.方铅矿
Fig.2 Photos showing the major wall rock and features of ore body and ore of representative deposits in the central and southern Da Hinggan Mountains
Ag | As | Au | Bi | Cr | Cu | F | Li | Mo | Nb | Ni | Pb | Sn | W | Zn | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Ag | 0.64 | 0.58 | 0.71 | 1.12 | 0.79 | 0.50 | 0.46 | 0.56 | 0.44 | 1.26 | 0.30 | 0.65 | 0.51 | 0.40 | |
As | -1.62 | 0.90 | 0.80 | 1.09 | 0.72 | 0.63 | 0.52 | 0.67 | 0.72 | 1.10 | 0.65 | 0.85 | 0.65 | 0.54 | |
Au | -5.05 | -3.44 | 1.01 | 0.86 | 0.80 | 0.44 | 0.45 | 0.63 | 0.35 | 1.04 | 0.48 | 0.87 | 0.67 | 0.54 | |
Bi | -5.52 | -3.91 | -0.47 | 1.57 | 1.13 | 0.87 | 0.80 | 0.88 | 0.84 | 1.74 | 0.67 | 0.71 | 0.67 | 0.82 | |
Cr | -1.41 | 0.21 | 3.64 | 4.11 | 0.45 | 0.71 | 0.83 | 1.09 | 0.84 | 0.29 | 1.03 | 1.41 | 1.29 | 0.72 | |
Cu | -1.83 | -0.21 | 3.23 | 3.70 | -0.42 | 0.57 | 0.66 | 0.83 | 0.72 | 0.41 | 0.77 | 1.10 | 0.99 | 0.42 | |
F | 1.51 | 3.13 | 6.56 | 7.03 | 2.92 | 3.34 | 0.26 | 0.46 | 0.27 | 0.78 | 0.41 | 0.74 | 0.48 | 0.31 | |
Li | -1.12 | 0.49 | 3.93 | 4.40 | 0.29 | 0.70 | -2.63 | 0.49 | 0.26 | 0.91 | 0.37 | 0.64 | 0.43 | 0.32 | |
Mo | -4.50 | -2.89 | 0.55 | 1.02 | -3.10 | -2.68 | -6.02 | -3.38 | 0.36 | 1.11 | 0.48 | 0.76 | 0.51 | 0.46 | |
Nb | -1.98 | -0.37 | 3.07 | 3.54 | -0.57 | -0.16 | -3.49 | -0.86 | 2.52 | 0.92 | 0.30 | 0.51 | 0.44 | 0.30 | |
Ni | -2.09 | -0.48 | 2.96 | 3.43 | -0.68 | -0.27 | -3.60 | -0.97 | 2.41 | -0.11 | 1.17 | 1.56 | 1.41 | 0.72 | |
Pb | -1.40 | 0.21 | 3.65 | 4.12 | 0.01 | 0.42 | -2.92 | -0.28 | 3.10 | 0.58 | 0.69 | 0.55 | 0.46 | 0.30 | |
Sn | -3.26 | -1.65 | 1.79 | 2.26 | -1.85 | -1.44 | -4.77 | -2.14 | 1.24 | -1.28 | -1.17 | -1.86 | 0.23 | 0.60 | |
W | -3.96 | -2.34 | 1.10 | 1.56 | -2.55 | -2.13 | -5.47 | -2.84 | 0.55 | -1.98 | -1.87 | -2.55 | -0.70 | 0.54 | |
Zn | -0.12 | 1.49 | 4.93 | 5.40 | 1.29 | 1.70 | -1.63 | 1.00 | 4.38 | 1.86 | 1.97 | 1.28 | 3.14 | 3.84 |
表1 变异矩阵(右上部)及ln(xi/xj)平均值(左下部)
Table 1 Variation matrix (upper right) and the mean of ln(xi/xj) (lower left)
Ag | As | Au | Bi | Cr | Cu | F | Li | Mo | Nb | Ni | Pb | Sn | W | Zn | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Ag | 0.64 | 0.58 | 0.71 | 1.12 | 0.79 | 0.50 | 0.46 | 0.56 | 0.44 | 1.26 | 0.30 | 0.65 | 0.51 | 0.40 | |
As | -1.62 | 0.90 | 0.80 | 1.09 | 0.72 | 0.63 | 0.52 | 0.67 | 0.72 | 1.10 | 0.65 | 0.85 | 0.65 | 0.54 | |
Au | -5.05 | -3.44 | 1.01 | 0.86 | 0.80 | 0.44 | 0.45 | 0.63 | 0.35 | 1.04 | 0.48 | 0.87 | 0.67 | 0.54 | |
Bi | -5.52 | -3.91 | -0.47 | 1.57 | 1.13 | 0.87 | 0.80 | 0.88 | 0.84 | 1.74 | 0.67 | 0.71 | 0.67 | 0.82 | |
Cr | -1.41 | 0.21 | 3.64 | 4.11 | 0.45 | 0.71 | 0.83 | 1.09 | 0.84 | 0.29 | 1.03 | 1.41 | 1.29 | 0.72 | |
Cu | -1.83 | -0.21 | 3.23 | 3.70 | -0.42 | 0.57 | 0.66 | 0.83 | 0.72 | 0.41 | 0.77 | 1.10 | 0.99 | 0.42 | |
F | 1.51 | 3.13 | 6.56 | 7.03 | 2.92 | 3.34 | 0.26 | 0.46 | 0.27 | 0.78 | 0.41 | 0.74 | 0.48 | 0.31 | |
Li | -1.12 | 0.49 | 3.93 | 4.40 | 0.29 | 0.70 | -2.63 | 0.49 | 0.26 | 0.91 | 0.37 | 0.64 | 0.43 | 0.32 | |
Mo | -4.50 | -2.89 | 0.55 | 1.02 | -3.10 | -2.68 | -6.02 | -3.38 | 0.36 | 1.11 | 0.48 | 0.76 | 0.51 | 0.46 | |
Nb | -1.98 | -0.37 | 3.07 | 3.54 | -0.57 | -0.16 | -3.49 | -0.86 | 2.52 | 0.92 | 0.30 | 0.51 | 0.44 | 0.30 | |
Ni | -2.09 | -0.48 | 2.96 | 3.43 | -0.68 | -0.27 | -3.60 | -0.97 | 2.41 | -0.11 | 1.17 | 1.56 | 1.41 | 0.72 | |
Pb | -1.40 | 0.21 | 3.65 | 4.12 | 0.01 | 0.42 | -2.92 | -0.28 | 3.10 | 0.58 | 0.69 | 0.55 | 0.46 | 0.30 | |
Sn | -3.26 | -1.65 | 1.79 | 2.26 | -1.85 | -1.44 | -4.77 | -2.14 | 1.24 | -1.28 | -1.17 | -1.86 | 0.23 | 0.60 | |
W | -3.96 | -2.34 | 1.10 | 1.56 | -2.55 | -2.13 | -5.47 | -2.84 | 0.55 | -1.98 | -1.87 | -2.55 | -0.70 | 0.54 | |
Zn | -0.12 | 1.49 | 4.93 | 5.40 | 1.29 | 1.70 | -1.63 | 1.00 | 4.38 | 1.86 | 1.97 | 1.28 | 3.14 | 3.84 |
Sn | Cr | W | Ni | |
---|---|---|---|---|
b1 | + | + | - | - |
b2 | + | - | ||
b3 | + | - |
表2 大兴安岭中南段4种元素顺序二元划分
Table 2 Sequential binary partitions of the four elements in the central and southern Da HingganMountains
Sn | Cr | W | Ni | |
---|---|---|---|---|
b1 | + | + | - | - |
b2 | + | - | ||
b3 | + | - |
变量 | 子分布 | 权重 | 均值 | 方差 |
---|---|---|---|---|
b1 | 1 | 0.25 | 0.81 | 0.57 |
2 | 0.75 | 0.65 | 0.12 | |
b2 | 1 | 0.47 | -1.24 | 0.20 |
2 | 0.25 | -2.28 | 0.37 | |
3 | 0.28 | -0.60 | 0.52 | |
b3 | 1 | 0.11 | -0.17 | 0.30 |
2 | 0.13 | -2.63 | 0.85 | |
3 | 0.76 | -1.26 | 0.25 |
表3 大兴安岭中南段变量b1、b2和b3拟合的混合分布结果
Table 3 Results of fitting the mixture distributions of b1, b2 and b3 variables in the central and southern Da Hinggan Mountains
变量 | 子分布 | 权重 | 均值 | 方差 |
---|---|---|---|---|
b1 | 1 | 0.25 | 0.81 | 0.57 |
2 | 0.75 | 0.65 | 0.12 | |
b2 | 1 | 0.47 | -1.24 | 0.20 |
2 | 0.25 | -2.28 | 0.37 | |
3 | 0.28 | -0.60 | 0.52 | |
b3 | 1 | 0.11 | -0.17 | 0.30 |
2 | 0.13 | -2.63 | 0.85 | |
3 | 0.76 | -1.26 | 0.25 |
图7 大兴安岭中南段变量b1三个分组的空间分布
Fig.7 Map showing the spatial distribution of the three subpopulations of b1 variable in the central and southern Da Hinggan Mountains
图9 大兴安岭中南段变量b2三个分组的空间分布
Fig.9 Map showing the spatial distribution of the three subpopulations of b2 variable in the central and southern Da Hinggan Mountains
图11 大兴安岭中南段变量b3三个分组的空间分布
Fig.11 Map showing the spatial distribution of the three subpopulations of b3 variable in the central and southern Da Hinggan Mountains
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