吴超, 陈华勇等-CG：机器学习揭秘埃达克质岩浆与斑岩铜矿床的科学联系

日期： 2024-12-12

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来源：中国科学院广州地球化学研究所

埃达克岩，最初以阿留申岛新生代中酸性岩浆岩命名，以其独特的地球化学特征——高SiO2、Al2O3、Sr含量和低Y、低重稀土元素以及高Sr/Y比值而闻名。显生宙的埃达克质岩，泛指与原始埃达克岩具有一致地球化学特征的岩石，它们与太古宙的奥长花岗岩-英云闪长岩-花岗岩（TTG）岩套相似，被认为是解开地壳起源之谜的关键。此外，作为全球铜金属资源的主要来源，斑岩型铜矿中许多成矿斑岩体展现出埃达克岩特征，但其背后的形成机制尚未完全明晰。因此，研究埃达克质岩与大型斑岩铜矿床之间的联系具有重要的科学意义。

广州地球化学研究所吴超副研究员在陈华勇研究员指导下，与中国地质大学（武汉）的陈国雄教授合作，从已发表的文献中汇编了约7000条显生宙埃达克质岩和斑岩铜矿床成矿斑岩的全岩地球化学数据。利用主成分分析（PCA）和t-分布随机邻域嵌入（t-SNE）技术，研究揭示了成熟地壳和新生地壳中埃达克质岩的元素差异，以及它们与斑岩铜钼矿床和斑岩铜金矿床的内在联系。此外，极端梯度提升（XGBoost）和支持向量机（SVM）分析被应用于原始数据集和PCA数据集，以区分不同地质背景下的埃达克质岩和与斑岩矿床相关的岩石。以上这些模型显示出高效率和置信度。研究还应用了SHapley Additive exPlanations（SHAP）值来阐明不同构造模型背后的地质意义，包括不同的形成深度和地幔相互作用程度。同时，热图分类（HTC）被用来构建具有显著地质意义的三个分类模型，提供了全面的阈值和判别流程，用以判别埃达克质岩和成矿斑岩。这项研究不仅为地质学界提供了新的研究工具和理论框架，也为矿产资源的勘探和开发提供了新的思路和方法。

研究取得的具体认识包括以下方面：

1）PCA将多维成分数据简化为低维主成分，其中轻稀土和重稀土、FeO、Fe2O3、Th、Rb、V等在新生和成熟地壳中的埃达克质岩中表现出显著差异，这可能是由于下地壳不同部分熔融程度所致。不同地质背景下的埃达克质岩和成矿斑岩在主成分的二元图中展现出不同的分布趋势；

2）研究不仅证实了已有的传统认识，即铜金斑岩与来自新生地壳的埃达克质岩相关，而铜钼斑岩与来自成熟地壳的埃达克质岩相关，还进一步指出了铜金矿床的不同起源——铜金斑岩的形成受地壳成熟度和地幔部分熔融的双重控制，并首次提出了精确地数值以定量约束不同区域、不同构造背景下的埃达克质岩和斑岩行铜矿；

3）成矿斑岩的主要演化分异深度平均值明显浅于埃达克质岩，而且可能存在一些地质过程（例如，堆晶中含铜硫化物的重熔或挥发分气泡携带铜硫化物上升）能够使成矿斑岩的母岩浆比传统地质过程形成的岩浆更富集成矿物质。

项目成果近期发表于国际地学权威期刊《Chemical Geology》，该项研究成果获得了国家自然科学基金(42230810，42472097)、科技部重点研发项目（2022YFC2903301）和广东省重点实验室项目(2023B1212060048)的资助。

论文信息：Wu, C.（吴超）, Chen, Guoxiong（陈国雄）, Chen, H.Y.*（陈华勇） Unraveling the link between worldwide adakite-like rocks and porphyry Cu deposits. Chemical Geology (2024). https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2024.122521

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009254124006016#s0080

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