[发明专利]一种判别玄武岩起源于EMⅠ型或EMⅡ型地幔的方法

说明书

本发明公开了一种利用岩石主微量元素判别玄武岩起源于EMⅠ型或EMⅡ型地幔的方法，包括以下步骤：第一步：收集EMI型和EMII型地幔端元玄武岩数据；第二步：数据标准化处理；第三步：训练逻辑回归模型；第四步：确定EMI型和EMII型地幔端元元素判别指标；本发明降低了利用同位素判别EMI型和EMII型地幔端元的成本，解决了传统研究利用主微量元素无法区分EMI型和EMII型地幔端元的难题，提出了基于EMI型和EMII型地幔端元的主微量元素判别指标，实现了利用主微量元素对EM型地幔端元进行判别。

技术领域

本发明涉及岩石地球化学领域，尤其涉及的是，一种利用岩石主微量元素判别玄武岩起源于EMⅠ型或EMⅡ型地幔的方法。

背景技术

原始固体地球形成以后，其深部、浅部物质不断处于对流循环和热演化过程中，地幔内部物质组成存在高度不均一性，认识和识别地幔不均一性对于探讨地幔内部物质循环、揭示地球演化规律具有重要意义。目前，对地幔不均一性的认识主要依据同位素研究方法。从地幔部分熔融产生原始岩浆直接喷出地表形成幔源岩浆岩过程中，Sr-Nd-Pb同位素保持不变，通过对幔源岩浆岩进行同位素分析测试可以直接获得地幔的组成，以此划分地幔的不同端元。根据Sr-Nd-Pb同位素研究成果，大致可以划分出四种地幔端元，即EMI型地幔端元、EMII型地幔端元、HIMU型地幔端元和DMM型地幔端元。但是，利用幔源火山岩样品的同位素进行地幔端元划分成本较高，相比之下，幔源火山岩样品的主微量元素信息更加普遍。然而，与同位素相比，主微量元素的含量在地幔部分熔融过程中会发生较大的变化，幔源岩浆岩的元素含量无法直接代表地幔中相应元素的含量。因此，一直以来，人们很少利用幔源岩浆岩的元素含量来进行地幔端元的划分。前人对地幔端元玄武岩的元素地球化学特征进行了一系列的研究，但到目前为止，其地幔端元的主微量元素特征仍没有形成统一的标准，也没有建立利用幔源玄武岩主微量元素判断地幔端元的方法。尤其对于EM型地幔端元，多数学者研究认为EMI和EMII型地幔端元玄武岩在微量元素特征上没有显著的差别。实际上，火山岩主量元素和微量元素包含了复杂的高维信息，利用传统的地球化学数据处理方法可能会忽略掉数据之间隐含的深层次信息，同时还存在多解性。

因此，需要发展更为精确的数据处理方法来完成基于主微量元素的地幔端元划分，以此来实现对未知玄武岩地幔源区的判别。

发明内容

本发明提供一种利用岩石主微量元素判别玄武岩起源于EMⅠ型或EMⅡ型地幔的方法，针对目前地幔端元研究中的难点，以EM型地幔端元为研究对象，重点解决了以同位素划分地幔端元成本高、以主微量元素无法有效区分EMI型和EMII型地幔端元等难题，基于机器学习算法提出了针对EMI型和EMII型地幔端元的主微量元素判别指标，从而为综合利用幔源岩浆岩元素地球化学特征区分地幔端元提供参考。

本发明的技术方案如下：一种判别玄武岩起源于EMⅠ型或EMⅡ型地幔的方法，包括以下步骤：

第一步：收集EMI型和EMII型地幔端元玄武岩数据；

系统收集代表EMI型和EMII型地幔端元的洋岛、岛群玄武岩数据，并对数据进行清洗和整理；经过数据清洗和整理，每个样品都包含10个主量元素，即SiO₂、TiO₂、Al₂O₃、FeOT、CaO、MgO、MnO、K₂O、Na₂O、P₂O₅；和17个微量元素，即Sc、V、Cr、Ni、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Ba、La、Ce、Nd、Sm、Eu、Yb、Th；

第二步：数据标准化处理；

首先采用Box-Cox变换将元素含量分布转换为正态分布，其定义如下：

式(1)中，λ为变换参数，其值由最大似然法确定，x为元素含量；