地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)在微量元素化學(xué)分析中的應(yīng)用研究①

摘 要：本文介紹了地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)在微量元素化學(xué)分析中的基本應(yīng)用方法，結(jié)合具體的礦山巖石數(shù)據(jù)，用R型聚類方法對樣品進(jìn)行分類，對幾種礦物的成礦規(guī)律進(jìn)行了討論和解釋。通過研究，認(rèn)為地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法在地球化學(xué)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)分析結(jié)果對礦產(chǎn)勘探、礦山設(shè)計(jì)和開采都具有實(shí)際的參考價值。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué) 微量元素化學(xué)分析 應(yīng)用研究

中圖分類號：P628.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（c）-0098-01

微量元素地球化學(xué)是半個世紀(jì)以來迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的地球化學(xué)分支。由于同位素稀釋質(zhì)譜法、中子活化分析、Ber thelot-Nernst分配定律等方法的成功應(yīng)用，在多種地質(zhì)過程中微量元素分配演化的定量模型得以實(shí)現(xiàn)，也使得微量元素化學(xué)分析被系統(tǒng)地應(yīng)用于解決各類地質(zhì)問題，成為指示巖石成因的典型標(biāo)志。20世紀(jì)70年代以后，微量元素地球化學(xué)的討論從定性認(rèn)識上升成為定量分析，發(fā)展方向也變成微觀、宏觀同時發(fā)展，經(jīng)常需要對地球化學(xué)中的主量元素、稀土配分、微量元素等進(jìn)行定量化學(xué)研究和數(shù)據(jù)分析，此時，一些相關(guān)的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)方法就變得非常重要和實(shí)用。在微量元素化學(xué)分析中，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的各類統(tǒng)計(jì)方法作為對地質(zhì)客觀現(xiàn)象相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析的重要工具，提供了諸多有效的數(shù)據(jù)分析途徑。應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)對微量元素化學(xué)分析進(jìn)行處理，能為研究工作取得客觀成果提供科學(xué)的定量依據(jù)。

1 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)與微量元素化學(xué)分析相關(guān)理論知識簡述

1.1 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)是20世紀(jì)60年代興起的一門數(shù)學(xué)地質(zhì)學(xué)科分支，它的出現(xiàn)始于解決礦產(chǎn)普查勘探、礦山開發(fā)設(shè)計(jì)以及礦山開采整個過程中各種儲量計(jì)算和生產(chǎn)誤差估計(jì)問題。后來，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)逐漸在油氣勘探開發(fā)、采礦、水文以及環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。近年來，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)作為一門新興的科學(xué)，在地質(zhì)領(lǐng)域的發(fā)展非常迅速，其應(yīng)用前景的廣泛性和模型計(jì)算的實(shí)用性受到地質(zhì)學(xué)家的高度重視。

1.2 微量元素化學(xué)分析

微量元素化學(xué)分析是地球化學(xué)的分支學(xué)科，主要研究自然物質(zhì)和自然體系中微量元素的分布規(guī)律、存在形式、活動特點(diǎn)、控制因素及其地球化學(xué)意義。一般意義上講，微量元素是指除了O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti這九種組成99%的地殼和地幔質(zhì)量之外的80余種元素。當(dāng)然，這里所指的微量元素是相對而言的，在一個體系中它可能是微量元素，但在另一個體系中卻可能是常量元素。

1.3 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)在地球化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

近幾十年年來，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)對地球化學(xué)的相關(guān)研究中起到了極大的輔助和推進(jìn)作用。應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)統(tǒng)計(jì)方法能夠?qū)⒋笠?guī)模原始地球化學(xué)數(shù)據(jù)群體中隱藏的重要信息提煉和挖掘出來，進(jìn)行分類和解釋，繼而被廣泛地應(yīng)用在地質(zhì)找礦、科學(xué)研究等各個領(lǐng)域。在地球化學(xué)中主量元素、微量元素、稀土配分化學(xué)分析等領(lǐng)域的研究中，豐富的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對圈定和評價地球化學(xué)異常、提取地球化學(xué)找礦信息常常起到?jīng)Q定性的作用。本文則主要研究地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)在微量元素化學(xué)分析中的應(yīng)用研究。

2 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)在微量元素化學(xué)分析中的應(yīng)用研究

2.1 方法討論

聚類分析是通過某種距離的測算將數(shù)據(jù)對象的集合分為類似的對象組所形成的若干個類，其中運(yùn)用到了降維思想，在對樣品和指標(biāo)進(jìn)行分類，采用物以類聚的原理進(jìn)行的一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法。在地質(zhì)找礦領(lǐng)域，聚類分析是研究元素在成礦活動中地球化學(xué)行為相似程度的一種有效方法，一般從數(shù)字分類角度進(jìn)行分析。對于這種方法的運(yùn)用，我們可以借鑒現(xiàn)有的成果和理論進(jìn)行分析和應(yīng)用。R型聚類分析是聚類分析方法的一種，原理是以變量之間的相似程度為基礎(chǔ)，將變量分成不同級別的類。R型聚類分析是研究成礦活動中地球化學(xué)微量元素行為相似度的一種有效方法。通過對某些礦石或巖樣的微量元素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行R型聚類分析，可以得出元素組合特征并將其分類，對元素之間的親疏關(guān)系進(jìn)行判定，進(jìn)一步為劃分礦化階段、成礦元素遷移和富集的判斷以及礦床成因等問題的研究提供判斷依據(jù)。

2.2 案例研究

通過對高松山礦區(qū)內(nèi)巖礦石樣品的微量元素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行R型聚類分析后，可以得到圖1中顯示的分類的結(jié)果，即，在相似水平的相關(guān)系數(shù)等于15時，可以把微量元素分成7個類別，分別是：（1）W、Cu；（2）Sn；（3）Au、Ag、As、Sb、Pb、Mo；（4）Bi；（5）Hg；（6）Co、Ni、Mn；（7）Zn。這7個類別之間沒有顯著的相關(guān)性，說明礦床成礦具有多期次性和復(fù)雜性。從圖中還可以看出，Au不僅和Ag有著強(qiáng)相關(guān)關(guān)系，而且還和As、Sb、Pb相關(guān)。而Au元素與Ag之間有非常密切的關(guān)系，當(dāng)γ=2.5時它們聚成了一類，相關(guān)性比較強(qiáng)，同時Sb、As、Pb和它們之間都存在相關(guān)性，說明Au、Ag、As、Sb、Pb、Mo之間具有親緣關(guān)系，預(yù)示著伴隨著多金屬硫化物的形成Au 成礦并且富集。因此，我們可以以Sb、Pb、Ag、As作為礦區(qū)找金的近程指示元素。

3 結(jié)論

本文采用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)中一類常用方法，R型聚類方法對高松山礦區(qū)的銅多金屬礦進(jìn)行了微量元素組合上的分析研究。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果使我們對高松山金礦床巖礦石微量元素的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)有了清楚的認(rèn)識。各元素組合具有疊加出現(xiàn)的特征，表明礦床成礦具有多期多階段或成礦物質(zhì)多來源的特征。分析結(jié)果表明Au與Ag、As、Sb、Pb等中低溫元素相關(guān)非常大，但是和W、Co、Sn、Mn、Ni、Zn等中高溫元素之間的相關(guān)性較差。

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)在地球化學(xué)其它領(lǐng)域，比如常量元素分析、稀土元素分析中也有廣泛的應(yīng)用，筆者認(rèn)為，采用類似的統(tǒng)計(jì)方法對不同類數(shù)據(jù)的分析是進(jìn)一步拓展地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)在地質(zhì)科學(xué)中應(yīng)用性的前進(jìn)方向。

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