石 嫻, 李猛猛, 姜兆元

(1. 桂林航天工業(yè)學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,廣西 桂林 541004 2. 遼寧省化工地質(zhì)勘查院有限責(zé)任公司,遼寧 錦州 121007)

0 引言

新太古代是全球巖漿活動(dòng)的井噴期,有大量的火山和侵入活動(dòng)產(chǎn)生,是全球最重要的大陸地殼生長(zhǎng)期,從而也形成了控制成礦作用最重要的成礦地質(zhì)體——綠巖層序。主要成礦作用是與鎂鐵質(zhì)火山作用有關(guān)的礦床,同時(shí)還形成了與碰撞造山作用有關(guān)的綠巖帶同構(gòu)造晚期金礦床[1]。遼寧省新太古代地質(zhì)體分布十分廣泛,巖性復(fù)雜,礦產(chǎn)豐富,主要分布于柴達(dá)木-華北板塊東部,表現(xiàn)為受到區(qū)域變質(zhì)作用而形成的變質(zhì)深成巖和變質(zhì)表殼巖。根據(jù)前人對(duì)太古代變質(zhì)巖的劃分結(jié)果,遼西地區(qū)為建平群,遼東地區(qū)為鞍山群。遼西地區(qū)的建平群主要由變質(zhì)深成巖組成,主要以正片麻巖為主,其次包括一些麻粒巖、變粒巖和淺粒巖等變質(zhì)表殼巖。形成時(shí)代為新太古代,變質(zhì)程度復(fù)雜而不同,麻粒巖相-角閃巖相-綠片巖相均有發(fā)育,且廣泛受到混合巖化作用。其原巖主要由鎂鐵質(zhì)基性-超基性巖漿巖、中-酸性巖漿巖、中-酸性火山碎屑巖等組成。在侵入建平群變質(zhì)巖中的花崗質(zhì)巖石中鋯石的U-Pb年齡為2.38～2.48 Ga。其中發(fā)育的正片麻巖巖性主要為黑云斜長(zhǎng)片麻巖(鋯石U-Pb年齡為2.58 Ga)和黑云角閃斜長(zhǎng)片麻巖(鋯石U-Pb年齡為2.48 Ga)[2]。發(fā)育于遼西地區(qū)新太古代建平群中的金礦主要受到變質(zhì)期后的熱液疊加而富集成礦,主要礦化類(lèi)型為石英脈型[3],現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的金礦礦床主要有凌海市趙泉溝金礦、阜新市新民金礦、阜新市排山樓金礦、北票市迷力營(yíng)子金礦、北票市上洞子溝金礦、北票市沙金溝金礦、北票市后梅林皋金礦、北票市蘇家窯金礦、朝陽(yáng)市萬(wàn)進(jìn)金礦和喀左中三家金礦等。

對(duì)于遼西地區(qū)新太古代片麻巖中金礦的成因類(lèi)型,至今還沒(méi)有明確定義,從區(qū)域角度考慮,發(fā)育于變質(zhì)巖中的金礦是由于成礦作用所引起的[4]。1997年楊占興[5]根據(jù)成礦物質(zhì)來(lái)源、成礦環(huán)境及成礦作用將遼西地區(qū)發(fā)育的金礦按成因類(lèi)型劃分為4種類(lèi)型,分別為巖漿熱液型、陸相火山巖型、同韌性剪切變質(zhì)熱液型和變質(zhì)-巖漿熱液疊加型;曲亞軍[3]在綜合研究以往前人成果的基礎(chǔ)上,于2006年以成礦地質(zhì)背景角度,根據(jù)所反映的成礦物質(zhì)來(lái)源和成礦條件,將遼西地區(qū)金礦劃分為6種成因類(lèi)型,主要包括同韌性剪切變質(zhì)熱液型、后變質(zhì)熱液疊加改造型、變質(zhì)熱液交代型、巖漿熱液疊加改造型、巖漿熱液型、次火山熱液型。馮建之等[6]在2009年通過(guò)對(duì)構(gòu)造-巖漿-成礦作用等系統(tǒng)的金礦成礦規(guī)律研究,提出了與拆離構(gòu)造有關(guān)的成礦觀點(diǎn)。對(duì)于以上眾多觀點(diǎn)可以推測(cè)出,在遼西地區(qū)開(kāi)展新太古代片麻巖金礦成礦過(guò)程研究,以此為突破口,能夠更準(zhǔn)確地為確定金礦成因類(lèi)型奠定基礎(chǔ)。

1964年蘇聯(lián)學(xué)者Vapink等提出了支持向量機(jī)(Support Vector Machine, SVM)算法,多用于處理科學(xué)中的時(shí)間序列分析問(wèn)題、分類(lèi)問(wèn)題和回歸問(wèn)題等。SVM的基礎(chǔ)是統(tǒng)計(jì)學(xué)原理,是一種人為監(jiān)督的非參數(shù)統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)方法,其樣本數(shù)據(jù)是一種基于小樣本事件下的機(jī)器學(xué)習(xí)方法。傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方法多利用經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)最小化原則,而SVM是基于結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化原則。因此,SVM在解決非線性及高維等問(wèn)題時(shí)就表現(xiàn)出了很多特有的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)對(duì)SVM的邊界敏感行為以及核特征映射研究有助于其在許多應(yīng)用中獲得優(yōu)異的性能,目前在生物學(xué)[7]、醫(yī)學(xué)[8]、生物信息學(xué)[9]、模式識(shí)別[10]、圖像分類(lèi)[11]、金融[12]等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。

在傳統(tǒng)的礦產(chǎn)勘查中,多以巖心樣、刻槽樣和撿塊樣為主,樣品數(shù)量有限,對(duì)于像蟻群或深度學(xué)習(xí)等算法均需要大量的樣品數(shù)據(jù),才能很好分析出金礦的成礦過(guò)程。因此針對(duì)小樣品事件下的SVM算法才能更準(zhǔn)確地反映出遼西地區(qū)新太古代片麻巖中金礦的成礦過(guò)程?；谝陨戏治?本文通過(guò)運(yùn)用SVM算法,以遼西地區(qū)新太古代片麻巖中典型金礦床及礦化點(diǎn)鉆探工程的樣品組合分析結(jié)果為測(cè)試數(shù)據(jù),綜合研究Au、Ag、Cu、Pb、Zn元素與S元素之間的關(guān)系,建立以S元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為主導(dǎo)的金礦成礦過(guò)程識(shí)別模型。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于遼寧省的西部,行政區(qū)劃主要包括葫蘆島市、朝陽(yáng)市、阜新市和錦州市,大地構(gòu)造位置位于西伯利亞板塊(I)南緣和柴達(dá)木-華北板塊(Ⅲ)北緣,其中遼西地區(qū)新太古代建平群片麻巖主要位于華北陸塊(Ⅲ-5)的北緣隆起帶(Ⅲ-5-3)(圖1)。根據(jù)1986年董申保等[13]在《中國(guó)變質(zhì)作用及其與地殼演化的關(guān)系》中變質(zhì)巖帶的劃分方案,結(jié)合遼寧省變質(zhì)巖特點(diǎn),遼寧省新太古代建平群片麻巖主要位于遼西新太古代變質(zhì)地帶的建平-寶國(guó)老-舊廟新太古代中高壓-高壓麻粒巖相變質(zhì)巖帶和錦州-哈爾套新太古代角閃巖相變質(zhì)巖帶,呈NEE向展布。

圖1 遼西地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)文獻(xiàn)[2]修改)

研究區(qū)變質(zhì)巖主要由遼寧省新太古代建平群片麻巖組成,主要變質(zhì)期屬新太古代的變質(zhì)巖系,是變質(zhì)巖和伴生花崗質(zhì)巖石的混合巖類(lèi)[14],同位素年齡數(shù)據(jù)說(shuō)明它們?cè)艿?770～2700 Ma和2600～2500 Ma強(qiáng)烈變質(zhì)作用,因而是始于新太古代早期區(qū)域變質(zhì)作用的變質(zhì)巖系[15-16]。此變質(zhì)巖系由變質(zhì)深成巖和變質(zhì)表殼巖組成,其中變質(zhì)表殼巖出露面積約占研究區(qū)變質(zhì)巖總面積的1%,為研究區(qū)內(nèi)最古老的高級(jí)變質(zhì)巖。由于強(qiáng)烈變質(zhì)變形與深熔作用的影響,變質(zhì)表殼巖中原始沉積結(jié)構(gòu)與構(gòu)造已被消失殆盡,原始層序多被破壞,造成層間不連續(xù)性和構(gòu)造缺失。變質(zhì)表殼巖組合經(jīng)歷了麻粒巖相變質(zhì)作用,并不同程度地遭受了角閃巖相、綠片巖相退變作用迭加改造。其巖性主要為麻粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖、變質(zhì)超基性巖、變粒巖、磁鐵石英巖和角閃石巖等,原巖主要為基性火山巖、硅鐵質(zhì)沉積巖、火山碎屑沉積巖和部分超基性巖。變質(zhì)深成巖出露面積占研究區(qū)變質(zhì)巖總面積的99%以上,發(fā)育多期變形作用形成的構(gòu)造片麻理或糜棱面理,其變質(zhì)程度為區(qū)域高壓麻粒巖相,屬于單相變質(zhì),受到后期的韌性剪切作用,由麻粒巖相退變?yōu)榻情W巖相和綠片巖相[17]。巖石化學(xué)成分相當(dāng)中生代侵入巖的鈣堿性系列,其巖石化學(xué)成分表現(xiàn)為中生代侵入巖中的鈣堿性系列。燕山期疊加動(dòng)力變質(zhì)作用,構(gòu)成卡拉房子-瓦子峪NE向韌性剪切帶,形成糜棱巖系[18]。原巖主要為T(mén)TG巖系,包括中性閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖、花崗巖和二長(zhǎng)花崗巖等組成。

本文所研究的片麻巖主要為變質(zhì)深成巖中的片麻巖類(lèi),硅、鋁含量高而鎂鐵含量低,是遼西變質(zhì)巖中產(chǎn)出最多的巖石類(lèi)型,多呈層狀產(chǎn)出,也見(jiàn)有巖基、巖脈等。根據(jù)礦物組成及含量的不同,出露的巖性主要包括角閃黑云斜長(zhǎng)片麻巖、黑云二長(zhǎng)片麻巖、石英奧長(zhǎng)片麻巖、石英二長(zhǎng)片麻巖、含云母斜長(zhǎng)片麻巖和含角閃石斜長(zhǎng)片麻巖等。淺色與暗色礦物條帶構(gòu)成了極好的條帶狀構(gòu)造,局部受到嚴(yán)重歪曲或壓扁拉長(zhǎng)。礦物特征是斜長(zhǎng)石含量較多,鉀長(zhǎng)石較少,石英含量分布不均,暗色礦物主要為角閃石和黑云母,原巖為T(mén)TG巖系,變質(zhì)程度為高級(jí)的花崗巖-綠巖區(qū)。

本文選取遼西地區(qū)新太古代片麻巖中的8個(gè)典型礦床及礦化點(diǎn)作為研究對(duì)象(圖1),其中富Au的部位多含有大量的黃鐵礦,以及黃銅礦、閃鋅礦和方鉛礦等。由于現(xiàn)存的金礦體及礦化帶為片麻巖、硫化物和Au演化完成后的最終狀態(tài),富Au部位大量硫化物的存在驗(yàn)證了Au與硫化物之間的演化關(guān)系,結(jié)合前人對(duì)于相關(guān)資料的綜合分析,確定了Au在成礦過(guò)程中與硫化物的相輔相成作用,因此,本文選用S元素作為突破口,并運(yùn)用SVM算法進(jìn)行金礦成礦過(guò)程的研究。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)采集自遼西地區(qū)新太古代片麻巖中的8個(gè)典型礦床,共采集樣本64個(gè),主要包括:①凌海市趙泉溝金礦-趙泉溝礦段I號(hào)礦體的巖心樣品中采集組合分析樣品20個(gè),其中11個(gè)樣品巖性為含金石英脈,9個(gè)樣品巖性為黑云斜長(zhǎng)片麻巖;②阜新市新民金礦-T1號(hào)礦體的巖心樣品中采集組合分析樣品1個(gè),樣品巖性為糜棱巖化黑云斜長(zhǎng)角閃片麻巖;③阜新市排山樓金礦-EW向礦帶T1號(hào)礦體的巖心樣品中采集組合分析樣品1個(gè),樣品巖性為蝕變黑云斜長(zhǎng)糜棱巖;④阜新市小洞金礦礦化點(diǎn)-金礦化帶的探槽中采集組合分析樣品6個(gè),樣品巖性為花崗質(zhì)片麻巖;⑤北票市迷力營(yíng)子金礦-Ⅰ號(hào)礦體的巖心樣品中采集組合分析樣品1個(gè),樣品巖性為含金石英脈;⑥北票市上洞子溝金礦-12號(hào)礦體的巖心樣品中采集組合分析樣品2個(gè),樣品巖性為含金石英脈;⑦朝陽(yáng)市萬(wàn)進(jìn)金礦-Ⅰ號(hào)礦體的巖心樣品中采集組合分析樣品2個(gè),樣品巖性為含金石英脈;⑧喀左中三家金礦-華子溝采區(qū)Ⅰ號(hào)礦體的巖心樣品中采集組合分析樣品31個(gè),其中22個(gè)樣品巖性為含金石英脈,9個(gè)樣品巖性為黑云斜長(zhǎng)角閃片麻巖。所采取的樣品圍巖均為新太古代深成變質(zhì)巖,組合分析項(xiàng)目為Au、Ag、Cu、Pb、Zn和S元素。

野外采集的新鮮巖心樣品由遼寧省化工地質(zhì)礦山第三實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)試,所有的樣品使用鄂式碎石機(jī)破碎至-10目,而后使用碳化鎢環(huán)磨至-150目。樣品采用四酸過(guò)程進(jìn)行分解,測(cè)試儀器是Perkin-Elmer電感耦合等離子儀,進(jìn)行Au、Ag、Cu、Pb、Zn和S元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定,分析方法檢出限均為0.02。分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 巖心樣品分析數(shù)據(jù)

3 SVM預(yù)測(cè)算法模型

3.1 方法原理

SVM算法是一種廣泛應(yīng)用于分類(lèi)及回歸問(wèn)題的機(jī)器學(xué)習(xí)方法,該算法是由統(tǒng)計(jì)學(xué)理論、Vapnik-Chervonenkis Dimension (VC維)理論和結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化原理的基礎(chǔ)上建立而成的,多用于處理科學(xué)中的時(shí)間序列分析問(wèn)題、分類(lèi)問(wèn)題和判別分析問(wèn)題等,進(jìn)而可以推廣到遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)和綜合分析等領(lǐng)域[19]。根據(jù)有限樣本數(shù)據(jù),建立預(yù)測(cè)模型,探尋非線性和復(fù)雜性問(wèn)題的最佳解決方案,以致于SVM具有最好的泛化性能。針對(duì)非線性不可分問(wèn)題,則通過(guò)核函數(shù)將數(shù)據(jù)由低維空間映射到高維空間,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高維可分[20]。

SVM的理論基礎(chǔ)是有限樣本數(shù)據(jù)在線性可分條件下尋找最優(yōu)分離超平面(圖2),以便能夠最大限度地尋找平面和最近點(diǎn)之間的距離。該解決方案有幾個(gè)重要的統(tǒng)計(jì)特性,使其成為有效解決問(wèn)題的方式方法。最優(yōu)解的主要統(tǒng)計(jì)特性之一是其性能不依賴(lài)于分離發(fā)生的空間維數(shù)[21]。通過(guò)這種方式,可以在非常高維的空間中工作,例如由核引起的空間,而無(wú)需過(guò)度擬合。SVM的計(jì)算主要分為以下幾個(gè)步驟。

圖2 SVM算法的基本思想

3.1.1 尋找最優(yōu)分離超平面

尋找最優(yōu)分離超平面是SVM需要解決的核心問(wèn)題,也是SVM理論的中心思想。對(duì)于線性可分樣品數(shù)據(jù),首先將樣品數(shù)據(jù)通過(guò)樣本集的形式表達(dá)出來(lái),公式為S={(xi,yi);i=1,…,n,x∈Rd,y∈{+1,-1},其中xi∈X=Rd是輸入指標(biāo),xi為樣本原始數(shù)據(jù);yi∈Y={+1,-1}是輸出指標(biāo),yi為數(shù)據(jù)所屬的類(lèi)別,d為維數(shù);其中i=1,…,n,由這n個(gè)樣本點(diǎn)組成的集合稱(chēng)為訓(xùn)練集。

如圖2所示,很容易用一條直線H把該訓(xùn)練集正確地分開(kāi),這類(lèi)問(wèn)題稱(chēng)為線性可分問(wèn)題。筆者選用最大間隔法來(lái)計(jì)算以哪條直線進(jìn)行分類(lèi)更優(yōu)。

假定劃分直線的法線方向ω已經(jīng)給出(圖2),由圖2可見(jiàn),直線H0就是一條以ω為法線方向且能夠正確劃分兩類(lèi)點(diǎn)的直線,顯然這樣的直線并不是唯一的,還可以將直線H0平行地向左下方或右上方平行移動(dòng),直到直線H0觸碰到某類(lèi)訓(xùn)練點(diǎn),這樣就可以得到H0平移到最大限度的直線,分別為直線H1和直線H2(圖2)。雖然在直線H1和直線H2之間平行H0的直線有很多,且均能正確劃分這兩類(lèi)點(diǎn)。由圖2可見(jiàn),在這些可劃分兩類(lèi)點(diǎn)的直線中,以直線H1和直線H2中間的那條直線H為最佳劃分直線。通過(guò)以上分析,給出了在已知法線方向ω的情況下尋找劃分兩類(lèi)點(diǎn)間直線的方法,這樣就把尋找最優(yōu)分離超平面的問(wèn)題歸結(jié)為尋求法向量ω的問(wèn)題。

用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述這一解決方法,顯然,在給定適當(dāng)?shù)姆ㄏ蛄喀睾?這兩條直線可以分別表示為(ω·x)+b=k1和(ω·x)+b=k2,如果調(diào)整b可以把這兩條直線分別表示為(ω·x)+b=k和(ω·x)+b= -k。顯然,應(yīng)該選取直線H1和直線H2中間的直線H作為劃分直線,則與此相應(yīng)的劃分直線的表達(dá)式為(ω·x)+b= 0。通過(guò)計(jì)算可以得出,此時(shí)直線H1和直線H2的距離為 Margin=2/‖ω‖。為了求解 2/‖ω‖ 的最大值,可以構(gòu)造出求解變量ω和b的最優(yōu)化問(wèn)題:yi(ω·x)+b≥1,i=1,…,n; min1/2‖ω‖2(圖2)。

3.1.2 非線性劃分

yi(ω·x)+b≥1-ξi;

(1)

通過(guò)以上分析,可以通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)膽土P因子C(C>0),進(jìn)而構(gòu)造求解變量ω、b和ξi(ξ1,…,ξn)T[22]。

考慮對(duì)偶問(wèn)題,通過(guò)求拉格朗日理論數(shù)的極值點(diǎn)得到原始問(wèn)題的最優(yōu)解。拉格朗日原始理論是為了計(jì)算沒(méi)有不等式約束時(shí)最優(yōu)化問(wèn)題的解,主要是尋找拉格朗日乘子和確定拉格朗日函數(shù)。由于直接求解不等式約束時(shí)的最優(yōu)化問(wèn)題是十分困難的,于是將原始問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)偶問(wèn)題計(jì)算,這樣求解最優(yōu)化問(wèn)題就變得相對(duì)簡(jiǎn)單一些。通過(guò)引用拉格朗日乘子,將上述原始問(wèn)題轉(zhuǎn)化為對(duì)偶形式[23],表示為

(2)

3.1.3 核函數(shù)的引用

在以上計(jì)算過(guò)程中,內(nèi)積 (xi·xj) 是二維的,當(dāng)內(nèi)積 (xi·xj) 是多維時(shí),整個(gè)計(jì)算過(guò)程會(huì)增加很多計(jì)算量。通過(guò)引進(jìn)核函數(shù)K(xi,xj)=(xi·xj),就可以將求解的最優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

(3)

3.1.4 核函數(shù)的選取

在進(jìn)行SVM的計(jì)算過(guò)程中,需要選取最為適合的核函數(shù)K(xi,xj),或者說(shuō)需要選擇一個(gè)映射φ(x),就樣就可以把x所在的輸入空間(X)映射到另一個(gè)空間(H)中,這個(gè)空間(H)既可以是有限的,也可以是無(wú)窮的。一般來(lái)說(shuō),它是一個(gè)Hillbert空間,也稱(chēng)之為特征空間。

通過(guò)以上分析可以看出,筆者研究的是從輸入空間X=Rn到另一個(gè)空間H=Rn的過(guò)程,選擇不同的核函數(shù)K(xi,xj),相當(dāng)于是選擇不同的內(nèi)積,同時(shí)也意味著是對(duì)相似性或是相似程度不同標(biāo)準(zhǔn)的選取,在核函數(shù)選定之后,可以通過(guò)構(gòu)造內(nèi)積轉(zhuǎn)變成構(gòu)造出核函數(shù)K(xi,xj),從而進(jìn)行SVM的計(jì)算。

對(duì)于非線性條件下的分類(lèi)問(wèn)題,SVM的基本思想是運(yùn)用核函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)從低維向高維的映射,將原始非線性問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)樵诟呔S特征空間中的線性問(wèn)題,進(jìn)而在高維特征空間中運(yùn)用SVM進(jìn)行線性分類(lèi)。SVM解決非線性的問(wèn)題,主要是通過(guò)核函數(shù)的運(yùn)用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在運(yùn)用SVM進(jìn)行計(jì)算時(shí),核函數(shù)K(xi,xj) 在SVM的計(jì)算過(guò)程中起著簡(jiǎn)化的作用。通過(guò)適合的核函數(shù)K(xi,xj)的選取,甚至都不需要知道具體的映射是什么,就能夠?qū)?wèn)題求解出來(lái)。特征空間的不同會(huì)導(dǎo)致不同的核函數(shù)K(xi,xj) 的不同[25]。常用的核函數(shù)K(xi,xj)有徑向基核函數(shù)(RBF)、多項(xiàng)式核函數(shù)及Sigmoid核函數(shù)等[26]。對(duì)于核函數(shù)的選擇,樣本數(shù)據(jù)在進(jìn)行回歸估計(jì)時(shí)都有相應(yīng)效果最好的核,但在缺少先驗(yàn)知識(shí)過(guò)程時(shí),多項(xiàng)式核函數(shù)無(wú)法進(jìn)行前期的正交化過(guò)程,并且Sigmoid核函數(shù)樣本數(shù)據(jù)需滿足半正定條件。而RBF主要是通過(guò)分析訓(xùn)練樣本距原點(diǎn)距離的實(shí)值函數(shù)[27],故本文選擇RBF作為SVM分析的核函數(shù),其表達(dá)示為

(4)

其中,?為間隔,也是唯一的參數(shù),σ為置信范圍[27],a是輸入數(shù)據(jù)中的一個(gè)調(diào)節(jié)幅度的參數(shù),?是一個(gè)控制映射閾值的位移參數(shù),根據(jù)前人的研究成果,通常在a>0和?<0時(shí)是最為合適的選擇[28]。

將預(yù)測(cè)樣本數(shù)據(jù)以樣本集的形式,通過(guò)Matlab軟件應(yīng)用SVM算法進(jìn)行數(shù)值模擬,以Au、Ag、Cu、Pb、Zn元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為輸入值(自變量),以S元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)(因變量)作為輸出值進(jìn)行擬合實(shí)驗(yàn)(圖3),探索它們之間的近似解析函數(shù)關(guān)系和曲線方程。

圖3 SVM算法網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

步驟如下:

步驟1:將預(yù)測(cè)樣本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)闃颖炯男问?以Au、Ag、Cu、Pb、Zn元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為輸入值(自變量x),以S元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)(因變量y)作為輸出值,將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)闃颖炯男问?并按照S元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)從小到大排列(表1);

步驟2:將樣本集代入式(1)和式(2),對(duì)樣本集進(jìn)行線性、非線性判別。經(jīng)判別,樣本集整體呈非線性關(guān)系;

步驟3:將樣本集代入式(3),由非線性原樣本集轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性樣本集;

步驟4:將經(jīng)過(guò)核函數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性的樣本集代入式(4),以S元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為原值,以Au、Ag、Cu、Pb、Zn元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)經(jīng)SVM計(jì)算出的值作為預(yù)測(cè)值,進(jìn)行擬合分析。

3.2 識(shí)別模型

將樣本數(shù)據(jù)以樣本集的形式,通過(guò)Matlab軟件應(yīng)用SVM算法進(jìn)行數(shù)值模擬,以Au、Ag、Cu、Pb、Zn元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為輸入值(自變量),以S元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)(因變量)作為輸出值,按照步驟1～4的順序,將核函數(shù)K(xi,xj) 選取為徑向基核函數(shù),其中C=1×104、?=1進(jìn)行擬合實(shí)驗(yàn)。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2,基于SVM的S元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算值和S元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)原值的偏差曲線擬合效果見(jiàn)圖4。

表2 數(shù)值偏差

圖4 全部樣本集偏差曲線擬合圖

首先對(duì)全部樣本集進(jìn)行SVM擬合分析。全部樣本集樣品數(shù)量為64個(gè),方差大于7.86×10-6。根據(jù)預(yù)測(cè)值和S元素原值的偏差曲線(圖4)可以看出,所有樣本進(jìn)行統(tǒng)一擬合效果很好,說(shuō)明Au、Ag、Cu、Pb、Zn元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)與S元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體上具備一定的相關(guān)性。

根據(jù)圖4的擬合效果和數(shù)值偏差表中的計(jì)算結(jié)果,可以看出擬合效果很好,擬合曲線整體呈正態(tài)分布。說(shuō)明Au、Ag、Cu、Pb、Zn元素與S元素在富集過(guò)程中與S元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的多少有著不可或缺的關(guān)系,通過(guò)S元素的富集規(guī)律可以作為研究Au元素富集規(guī)律的突破口,并進(jìn)行金礦成礦過(guò)程研究。

由圖4可見(jiàn),S元素的富集過(guò)程可以劃分為三個(gè)階段:Ⅰ—平緩增長(zhǎng)階段、Ⅱ—過(guò)渡階段和Ⅲ—快速增長(zhǎng)階段。受到樣品數(shù)量的限制,暫不通過(guò)S元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的大小作為階段的劃分標(biāo)準(zhǔn)。

Ⅰ—平緩增長(zhǎng)階段:該階段樣品數(shù)量約占總數(shù)的90%,除個(gè)別點(diǎn)存在突增和速減的情況外,整體曲線較為平滑。說(shuō)明該階段S元素處于一個(gè)緩慢增長(zhǎng)(或緩慢減少的過(guò)程),Au元素與S元素的關(guān)系較為密切。

Ⅱ—過(guò)渡階段:該階段樣品數(shù)量約占總數(shù)的5%,曲線呈下凹狀態(tài),較光滑,擬合程度很高。說(shuō)明該階段S元素處于一種不穩(wěn)定狀態(tài),S元素的含量呈指數(shù)增加(或減少)的過(guò)程,Au元素與S元素的關(guān)系十分密切。

Ⅲ—快速增長(zhǎng)階段:該階段樣品數(shù)量約占總數(shù)的5%,曲線呈斜率較大的近直立狀態(tài),曲線十分光滑(可能受到數(shù)量的制約),擬合程度很高。說(shuō)明該階段S元素處于快速富集(或消散)的過(guò)程,可能存在極值點(diǎn),Au元素與S元素的關(guān)系十分密切。

基于S元素的SVM金礦成礦過(guò)程識(shí)別模型說(shuō)明了金礦的成礦過(guò)程大致分為三個(gè)階段,并與S元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的多少有著密切的關(guān)系,說(shuō)明Au、Ag、Cu、Pb、Zn和S元素在金成礦過(guò)程中是共存及相輔相成的,只有在液態(tài)環(huán)境下才能滿足元素間的相互作用,進(jìn)一步說(shuō)明Au元素來(lái)源于巖漿。

3.3 模型驗(yàn)證

眾所周知,礦石中微量元素的含量在一定程度上反映礦石的形成條件,對(duì)礦床成因具有一定的指示意義[29]。根據(jù)前人的分析結(jié)果,為了研究佐證礦床成因,本次研究在典型礦床中的凌海市趙泉溝金礦礦床中選取了8件樣品進(jìn)行微量元素分析,為了更好地分析金礦的來(lái)源,所選取的樣品包括2件不含礦片麻巖樣品、2件不含礦石英團(tuán)塊樣品、2件含礦片麻巖樣品及2件含礦石英團(tuán)塊樣品,樣品主要采集于礦區(qū)中具代表性的鉆孔樣品,所采樣每件質(zhì)量約kg。所采樣品均由化工地質(zhì)礦山第三實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行加工和測(cè)試,元素分析采用LA-ICPMS方法完成,各類(lèi)樣品微量元素特征見(jiàn)表3。

表3 趙泉溝金礦中含礦樣品與不含礦樣品微量元素含量特征

前人研究認(rèn)為Co/Ni比值越大,礦物在形成時(shí)的環(huán)境溫度越高[30]。從表3可知,研究區(qū)各類(lèi)巖石中Co/Ni比值變化范圍在0.72～1.25之間,由此說(shuō)明研究區(qū)金礦成礦溫度較高,應(yīng)為中高溫礦床。Y和Ho元素具有相同的離子半徑和價(jià)態(tài),它們之間具有相似的地球化學(xué)性質(zhì),在許多地質(zhì)作用的發(fā)生和演化過(guò)程中,Y/Ho的比值并不發(fā)生改變。據(jù)統(tǒng)計(jì),地球中發(fā)育的大多數(shù)巖漿巖中球粒隕石的Y/Ho比值為28±[31]。由表3可見(jiàn),本區(qū)各類(lèi)樣品中的Y/Ho比值變化范圍為21.00～26.88,比值變化不大,由此可以表明本區(qū)金礦成礦熱液流體的來(lái)源與圍巖關(guān)系密切。根據(jù)以上分析結(jié)果進(jìn)而佐證了發(fā)育于遼西地區(qū)新太古代建平群片麻巖中的金礦含礦巖石為片麻巖,在形成片麻巖之前的中高溫環(huán)境也能推測(cè)出原巖為巖漿巖。周紅英等[32]在2007年通過(guò)對(duì)遼東地區(qū)太古代閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖的研究,確定鋯石是巖漿成因,并受到了地幔的添加作用及殼幔再循環(huán)。

與此同時(shí),為了驗(yàn)證新太古代片麻巖的原巖為巖漿巖,本次研究在典型礦床中的凌海市趙泉溝金礦礦床中選取了8件樣品進(jìn)行全分析,所選取的樣品均為8件含礦糜棱巖化黑云斜長(zhǎng)片麻巖樣品,樣品全分析結(jié)果見(jiàn)表4。經(jīng)過(guò)原巖恢復(fù)(圖5),樣品的原巖均投在火成巖中,借此驗(yàn)證了新太古代片麻巖的原巖為巖漿巖。

表4 趙泉溝金礦中含礦糜棱巖化黑云斜長(zhǎng)片麻巖全分析結(jié)果

圖5 新太古代片麻巖原巖恢復(fù)圖

通過(guò)以上分析,證明了遼西地區(qū)新太古代片麻巖中金礦來(lái)源于片麻巖,片麻巖的原巖為巖漿巖,進(jìn)而驗(yàn)證了遼西地區(qū)新太古代片麻巖金礦中基于RBF的SVM金礦成礦過(guò)程識(shí)別模型的可靠性。

4 討論

4.1 金礦物質(zhì)來(lái)源

近年來(lái)由于各種測(cè)試技術(shù)方法的不斷改進(jìn)和完善,使礦床地球化學(xué)的研究得到了很大的發(fā)展。通過(guò)各種測(cè)試數(shù)據(jù)的大量積累和規(guī)律性的研究,全面闡明了礦床地球化學(xué)的發(fā)育特征,深入揭示了成礦作用的各種基本問(wèn)題,如Au的來(lái)源、Au的運(yùn)移及Au的成礦等。

盡管地球演化過(guò)程是由不同時(shí)間段構(gòu)成的,但是在地球不同的演化階段其金屬元素總含量是不變的。一般來(lái)講,除U或Th可衰變成Pb外,其他金屬元素在地球中均已生存了約46億年之久[33]。盡管這些金屬元素隨著不同時(shí)期、不同地質(zhì)事件的發(fā)生之后大都經(jīng)歷過(guò)多次的重新分配和搬運(yùn)過(guò)程,但是在以地球?yàn)槌休d體中,它們本身的含量和性質(zhì)方面并沒(méi)有發(fā)生改變,只是在地球不同階段的演化過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的分散和富集。

Au是地球上最稀有的金屬之一,其原始地幔豐度僅為0.90×10-6[34],密度為19.30 g/cm3,熔點(diǎn)為1063℃,沸點(diǎn)為2600℃[35],需要103倍的富集才能形成具有經(jīng)濟(jì)吸引力的礦石。這種情況如何發(fā)生對(duì)Au來(lái)說(shuō)尤其令人困惑,因?yàn)檫@種異常惰性的金屬在殼幔分異過(guò)程中似乎并不相容。原始地?；蜓笾屑剐鋷r中Au的豐度為1.20×10-6,大陸地殼中金的豐度為1.50×10-6[36]。

林寶欽等在1997年進(jìn)行了遼西建平群片麻巖中5個(gè)金礦床O和H同位素組成的測(cè)定,其中金礦床成礦熱液的O同位素組成范圍是2.052‰～9.346‰,平均值為5.6‰;H同位素組成范圍為 -46.683‰～-101.96‰,平均值為 -81.4%[37]。與一般巖漿相比較,表明研究區(qū)成礦熱液為巖漿熱液[38]。根據(jù)Sr同位素的測(cè)定結(jié)果(87Sr/86Sr = 0.708 27～0.712 17),研究區(qū)原巖劃定為S型但靠近I型,為同熔型巖體,也表明原巖巖漿具有地幔和地殼雙重來(lái)源但以地幔為主的特征[39],進(jìn)而可推測(cè)遼西地區(qū)新太古代片麻巖金礦中Au的主要來(lái)源為幔源巖漿。由于地幔軟流圈溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Au的沸點(diǎn),此時(shí)的Au呈紫色氣體混合于地幔軟流圈的巖漿中。

4.2 金礦成礦過(guò)程

華北板塊在新太古代發(fā)生過(guò)強(qiáng)烈的構(gòu)造-巖漿事件,其演化以廣泛發(fā)育的巖漿事件為特點(diǎn),主要由TTG巖系組成,是地殼物質(zhì)的部分熔融和地幔鎂鐵質(zhì)巖漿的混入所形成[40-43]。其構(gòu)造環(huán)境至今仍沒(méi)有統(tǒng)一結(jié)論,一種觀點(diǎn)認(rèn)為,在2500 Ma由于碰撞作用形成的華北克拉通[44-45];另一種觀點(diǎn)認(rèn)為,在2560 Ma由于俯沖作用形成的華北克拉通[46]。近些年由于對(duì)TTG巖系的研究增多,大多學(xué)者認(rèn)為T(mén)TG巖系形成于俯沖作用的構(gòu)造環(huán)境[47-50]。TTG巖類(lèi)的形成溫度為800℃～640℃,形成時(shí)的壓力為(7000～6000)×105Pa[51]。僅遼西地區(qū)新太古代片麻巖分布的出露狀態(tài)來(lái)看,似乎更趨向于碰撞作用,但從全國(guó)乃至全球分布的出露狀態(tài)、原巖巖漿巖中混有地幔物質(zhì)以及中生代巖漿巖的指示作用來(lái)看,俯沖作用更符合實(shí)際情況。

Martin在1999年根據(jù)地球化學(xué)特征提出的TTG巖系的成因模式主要分為三個(gè)階段:①固態(tài)地幔的部分熔融產(chǎn)生了大量的鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖漿,形成的鎂鐵質(zhì)巖漿主要表現(xiàn)為輕稀土富集;②隨著固態(tài)地幔的部分熔融,巖漿中局部的溫度和壓力將會(huì)迅速降低,形成了石榴角閃巖或角閃榴輝巖帶,在進(jìn)一步的巖漿作用中,石榴角閃巖或角閃榴輝巖帶發(fā)生碎裂,最開(kāi)始形成的巖石將以礦物的形成存在于巖漿中,導(dǎo)致角閃石和斜長(zhǎng)石大量存在于巖漿中。TTG巖系中的相關(guān)組成礦物就是在這一階段獲得的;③隨著長(zhǎng)英質(zhì)巖石圈的部分熔融,導(dǎo)致巖漿由基性-超基性向中-酸性轉(zhuǎn)變。在巖漿作用的結(jié)束過(guò)程中,高黏度的長(zhǎng)英質(zhì)巖漿阻礙了大規(guī)模的礦物結(jié)晶分離[52]。對(duì)于TTG的來(lái)源主要有3種假設(shè):一是洋底高原的熔融;二是起始于擴(kuò)張中心的俯沖洋殼的熔融;三是洋殼底部玄武巖的熔融[53-54]。

2013年翟明國(guó)在“華北前寒武紀(jì)成礦系統(tǒng)與重大地質(zhì)事件的聯(lián)系”一文中將華北板塊地質(zhì)演化分為6個(gè)比較重要的階段,主要包括:①新太古代陸殼生長(zhǎng)階段;②古元古代氧化階段;③古元古代裂谷-俯沖-碰撞階段;④古元古代末-新元古代持續(xù)多期裂谷階段;⑤古生代邊緣造山階段;⑥中生代克拉通階段[55]。在新太古代大陸巨量生長(zhǎng)和克拉通化事件的時(shí)間段是全球巖漿活動(dòng)的井噴期,有大量的火山和侵入活動(dòng)產(chǎn)生,是地球大陸生長(zhǎng)的重要階段,也是華北板塊區(qū)大陸生長(zhǎng)最重要的時(shí)期。在此時(shí)期內(nèi),與洋殼俯沖有關(guān)的弧侵入巖及島弧火山巖構(gòu)成了華北板塊區(qū)各陸塊的主體。同時(shí)與洋、陸轉(zhuǎn)換有關(guān)的成礦規(guī)模增大,礦種增多,不僅有BIF型鐵礦,還有Au、Cu-Zn等礦床[56]。

根據(jù)建立的SVM預(yù)測(cè)模型的分析結(jié)果,其形成的TTG母巖漿及在新太古帶成巖成礦過(guò)程是反映金礦成礦過(guò)程律的關(guān)鍵因素。通過(guò)對(duì)TTG巖漿的起源、演化規(guī)律的研究,可以進(jìn)一步明確Au元素的成礦過(guò)程研究。

遼西地區(qū)在新太古代時(shí)期經(jīng)歷了多期次的巖漿活動(dòng),地幔中的Au元素在殼?；旌献饔孟掠煞稚顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫植烤奂?。根?jù)SVM預(yù)測(cè)模型的分析結(jié)果,S元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的多少主導(dǎo)著Au元素的富集程度。因此通過(guò)判斷S元素在地殼深部的賦存狀態(tài)可以間接進(jìn)行Au元素成礦過(guò)程的研究。

洋殼俯沖作用提供了遼西地區(qū)在新太古代時(shí)巖石圈活動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源,導(dǎo)致巖石圈破碎成大小不一的塊體,在巖石圈中進(jìn)而形成了大大小小規(guī)模不等的裂隙,這些裂隙的出現(xiàn)將殼?；旌线吔绲膲毫M(jìn)行釋放。在洋殼俯沖作用下的軟流圈也變得活躍起來(lái),破碎的巖石圈發(fā)生拆沉作用,一些巖石圈碎塊沉入軟流圈的基性、超基性巖漿中。隨著構(gòu)造活動(dòng)的加劇,局部巖石圈(酸性巖)發(fā)生熔融作用,導(dǎo)致大量的酸性物質(zhì)混入軟流圈中。巖漿由基性、超基性轉(zhuǎn)變?yōu)橹行院退嵝?由于酸性巖漿的密度最低,大量的酸性巖漿置于殼幔混合邊界處。

破碎的巖石圈中大量裂隙的存在,成為了巖漿釋放壓力的通道,此時(shí)巖漿侵入作用作為主導(dǎo)作用開(kāi)始巖漿的運(yùn)移。洋殼的俯沖作用不是一蹴而就的,是個(gè)緩慢的過(guò)程,這就導(dǎo)致巖漿侵入作用的多期次性。最上層的酸性巖漿最先侵入上地殼,并在巖漿通道中運(yùn)移,在平緩的空間匯集。中性巖漿雖說(shuō)密度大于酸性巖漿,但黏稠度小于酸性巖漿,同時(shí)又處于酸性巖漿的下部,溫度、壓力均大于酸性巖漿,導(dǎo)致中性巖漿在侵入過(guò)程中多以團(tuán)塊狀、條帶狀及水滴狀存在于酸性巖漿中。但在巖漿侵入作用發(fā)生后,隨著侵入作用的持續(xù),溫度、壓力等會(huì)迅速降低,進(jìn)而導(dǎo)致存在于酸性巖漿中的中性巖漿不能過(guò)長(zhǎng)距離的運(yùn)移。此時(shí)的中性巖漿中有的富集Au、Ag、Cu和S元素,有的含量較少。含量多的曾位于中性巖漿的下部,磁鐵礦還沒(méi)有或是很少起到作用。從溫度、壓力的釋放角度上也符合以上原理,就像火山噴發(fā)一樣,溢流相位于爆發(fā)相的外部。

元素親和性引導(dǎo)和制約著Au元素運(yùn)移和富集,富Fe的巖漿作為Au元素來(lái)源的母巖漿,其中Fe元素對(duì)于Au元素的存在有著至關(guān)重要的作用。以至于這種至關(guān)重要的作用一直持續(xù)到殼幔混合作用發(fā)生過(guò)程中。因地殼物質(zhì)的大量加入,S元素在高溫高壓環(huán)境中變得十分活躍,巖漿中的活性金屬元素就像魚(yú)兒見(jiàn)到了水,大量的向S元素含量高的位置匯集,這其中就包含著大量的Fe、Au和Cu元素。酸性巖漿中由于含有大量的Na、K等低價(jià)態(tài)、低熔點(diǎn)、超活躍金屬元素的存在,而且在高O元素的酸性巖漿中元素親和性以親O性為主,限制了Au、Ag、Cu、Pb、Zn和S元素的發(fā)展。

從金礦的圍巖中不難發(fā)現(xiàn),Au元素含量高的位置多為黃鐵礦聚集的石英團(tuán)塊、石英條帶和構(gòu)造破碎帶中,其圍巖多為偏中基性。由此可見(jiàn),大量的酸性巖漿不是Au元素聚集的場(chǎng)所,而是在酸性巖漿之下,因殼幔混合作用而形成的中-基性巖漿才是Au元素的富集地帶。

4.3 金礦成礦的構(gòu)造-巖漿演化

對(duì)于新太古代洋殼的俯沖作用研究因?yàn)榻?jīng)歷了幾十億年的地質(zhì)作用,在新太古代建平群片麻巖中很難進(jìn)行反演和預(yù)測(cè),筆者通過(guò)結(jié)合中生代構(gòu)造-巖漿演化規(guī)律,相互對(duì)比,進(jìn)而開(kāi)展新太古代構(gòu)造-巖漿演化規(guī)律的研究。洋殼的俯沖作用促使殼幔作用十分活躍[57]。在洋殼的俯沖作用下,下地殼從原有的位置脫離,并下沉到地幔中,引起原始巖石圈減薄和軟流圈的上涌,從而引起后期基性巖漿和酸性巖漿的上侵[58]。遼西地區(qū)大面積的新太古代建平群片麻巖的出露可以顯示出在新太古代發(fā)生了大規(guī)模的地質(zhì)作用,其中洋殼的俯沖作用提供了巨大的構(gòu)造成巖成礦空間,尤其沿是NE向、NNE向展布的范圍,直接引導(dǎo)成巖成礦的發(fā)育方向和規(guī)模。其中金礦所在的巖石多呈團(tuán)塊狀、條帶狀等呈包體形態(tài)分布于片麻巖的原巖(巖漿巖)中。遼西地區(qū)新太古代片麻巖中金礦原巖的構(gòu)造-巖漿演化作用主要分為四個(gè)階段(圖6):

圖6 遼西地區(qū)新太古代片麻巖中金礦成礦過(guò)程識(shí)別模型

(1)結(jié)合中生代花崗巖的構(gòu)造-巖漿演化規(guī)律和Au元素來(lái)源-運(yùn)移-成礦過(guò)程的研究,巖漿巖(片麻巖的原巖)和富礦巖石包體來(lái)源于不同的源區(qū)。其中富礦巖石包體中的Au元素主要來(lái)源于地幔,并均勻地分布在地幔中。此時(shí)的地幔和地殼按照由下到上的順序大致分別為液態(tài)基性-超基性巖漿帶、固態(tài)中性巖漿巖帶、液態(tài)酸性巖漿帶和固態(tài)巖石圈[59](圖6a)。

(2)根據(jù)2009年李健[60]基于新太古代片麻巖鉿同位素地質(zhì)年代學(xué)和地球化學(xué)特征的分析結(jié)果顯示,形成時(shí)代為2500 Ma的下地殼部分熔融是新太古代花崗質(zhì)巖石的主要成因。根據(jù)巖相學(xué)、地球化學(xué)和年代學(xué)證據(jù)推測(cè)TTG巖系形成于洋殼板塊的俯沖作用,太古宙時(shí)期洋殼具有十分高的地?zé)崽荻取Ｓ衫咝鋷r組成的洋殼板塊俯沖由西向東進(jìn)入下地殼和地幔[61-62],此時(shí)的地幔為古太古代-中太古代時(shí)形成的玄武質(zhì)(基性-超基性)巖漿,巖石圈地殼為始太古代-中太古代形成的含大量角閃石的花崗質(zhì)巖石[63]。富含Au元素的地幔源區(qū)受到陸殼物質(zhì)的混染作用,在100～240 Ma時(shí)間段內(nèi)轉(zhuǎn)化成英云閃長(zhǎng)質(zhì)巖漿,英云閃長(zhǎng)質(zhì)巖漿在經(jīng)歷不同程度的巖漿演化后,轉(zhuǎn)化為T(mén)TG巖漿[64-65]。與此同時(shí),在高熱流的作用下使俯沖洋殼直接熔融產(chǎn)生TTG巖漿[66-67]。在俯沖作用下巖石圈與地幔軟流圈的平衡態(tài)被打破,巖石圈局部破碎。伸展作用促使高熱狀態(tài)的軟流圈局部減壓上涌,以底侵的方式就位于下地殼底部,并將巨大的熱量和幔源物質(zhì)滲透到下地殼,促使破碎的下地殼發(fā)生拆沉和部分熔融,并造成大規(guī)模的巖漿活動(dòng)[68]。其中大陸地殼的Eu負(fù)異?；部梢宰鳛榕袛嘞碌貧ぐl(fā)生拆沉作用的地球化學(xué)標(biāo)志[69-70]。

隨著S元素的大量加入,這些成礦元素將會(huì)與S結(jié)合,進(jìn)而形成硫化物,并且發(fā)生沉淀與富集作用。熔融地殼物質(zhì)的巖漿最終形成富含Au元素硫化物的TTG巖漿(圖6b)。在遼北地區(qū)塊狀硫化物礦床的產(chǎn)出以及玄武巖和中酸性巖漿巖中頻繁交替出現(xiàn)的富含硫化物巖石的薄層帶可以作為殼?；旌献饔玫淖糇C[71]。此階段為基于SVM遼西新太古代片麻巖中金礦成礦識(shí)別模型中的第一階段(平緩增長(zhǎng)階段)。

(3)在洋殼的俯沖作用后,巖石圈局部破碎狀態(tài)開(kāi)始減緩,富含金元素硫化物的TTG巖漿大量侵入巖石圈破碎帶,在巖漿侵入作用下,酸性巖石圈進(jìn)一步破碎熔融,這些酸性巖石圈碎塊被捕獲到軟流圈中,與TTG巖漿和地幔巖漿不斷反應(yīng),其中主要受到同化混染和同交代置換作用,造成殼幔物質(zhì)的再循環(huán)。在NE向構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響下,TTG巖漿主體呈NE向侵入地殼淺部[72]。

因含Au鎂鐵質(zhì)巖漿溫度的降低和長(zhǎng)英質(zhì)物質(zhì)的混入,冷凝結(jié)晶形成富礦巖石團(tuán)塊,呈包體狀態(tài)混入TTG巖漿中。受到混染作用而形成的富礦巖石包體在成巖前因黏稠度的不同,在巖漿侵入作用和進(jìn)入地殼淺層的快速減溫釋壓下,主要分布在巖石圈與巖漿的接解帶附近和巖石圈裂隙的枝部冷凝成巖;在成巖后的富礦巖石包體因處于固液混合狀態(tài),在巖漿的裹挾作用下分布在略遠(yuǎn)于巖石圈與巖漿的接觸帶附近[59](圖6c)。TTG巖系的大規(guī)模產(chǎn)出是大陸殼從硅鎂質(zhì)向硅鋁質(zhì)轉(zhuǎn)化的標(biāo)志[73]。此階段為基于SVM遼西新太古代片麻巖中金礦成礦識(shí)別模型中的第二階段(過(guò)渡階段)。

(4)隨著巖漿侵入作用的不斷持續(xù)作用,破碎的巖石圈一部分被推離構(gòu)造帶及附近的區(qū)域,區(qū)域內(nèi)殘存的巖石圈碎塊均被高溫的巖漿熔融,其中就包括一部分位于深部的已經(jīng)固結(jié)成巖的富礦巖石包體再一次被熔融成液態(tài),其中的Au元素被分散到TTG巖漿中。隨著洋殼俯沖作用和巖漿侵入作用的結(jié)束,TTG巖漿均已固結(jié)成巖,富礦巖石包體多因巖漿混染和熔融作用而失去了原有的狀態(tài)。

TTG巖漿和富礦巖石包體在成巖后,在后期經(jīng)歷的區(qū)域變質(zhì)作用、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和氧化作用的過(guò)程中,二氧化硅等低熔點(diǎn)酸性物質(zhì)在和地表大量氧和水的混入下,熔融并重結(jié)晶成為石英條帶或團(tuán)塊,Au元素故此分布于石英裂隙和硫化物中成礦。在以上構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和殼幔巖漿共同作用下最終使巖石圈達(dá)到穩(wěn)態(tài)[74](圖6d)。此階段為基于SVM遼西新太古代片麻巖中金礦成礦識(shí)別模型中的第三階段(快速增長(zhǎng)階段)。

5 結(jié)論

(1)利用SVM算法模型對(duì)遼西地區(qū)新太古代片麻巖中8個(gè)金礦床中的組合分析數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合試驗(yàn),建立了基于硫元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的遼西地區(qū)新太古代片麻巖中金礦的成礦過(guò)程識(shí)別模型。同時(shí)通過(guò)微量元素和全分析數(shù)據(jù)的驗(yàn)證分析,驗(yàn)證了模型的可靠性。

(2)根據(jù)SVM成礦過(guò)程的擬合分析結(jié)果,將金礦床的成礦過(guò)程劃分為三個(gè)階段:Ⅰ—平緩增長(zhǎng)階段,該階段處于殼?；旌蠣顟B(tài),基性、超基性巖漿中的金元素開(kāi)始活躍。在地殼中混入的硫元素與巖漿發(fā)生混合作用,導(dǎo)致硫元素濃度的增加和分布不均。Ⅱ—過(guò)渡階段,該階段主要為侵入作用為主,隨著侵入作用的持續(xù)進(jìn)行,溫度、壓力開(kāi)始下降,以親硫性為主的金元素在硫的作用下,局部在與圍巖距離較近的位置富集。Ⅲ—快速增長(zhǎng)階段,隨著巖漿侵入作用的不斷持續(xù),溫度相對(duì)較低的地殼表層巖漿逐漸固結(jié)成巖成礦。TTG巖漿和富礦巖石包體在成巖的過(guò)程后,酸性物質(zhì)在變質(zhì)作用、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和地表大量氧和水的混入下,結(jié)晶或重結(jié)晶成為石英條帶或團(tuán)塊,金元素故此分布于石英裂隙和硫化物中成礦。

(3)以硫元素作為突破口,并運(yùn)用SVM算法建立的金礦成礦過(guò)程識(shí)別模型能夠很好的與前人的理論研究成果相結(jié)合,說(shuō)明了加深新太古代片麻巖和硫化物的研究是指導(dǎo)后期找礦工作的重要研究方向,為下一步找礦工作提供了相關(guān)依據(jù),指導(dǎo)隱覆礦床的發(fā)現(xiàn)。