Необходимость экономического и инфраструктурного развития территорий Дальнего Востока России требует наращивания их ресурсного потенциала в отношении стратегического сырья благородных металлов. Исследованиями последних десятилетий обоснованы базовые закономерности размещения крупных и средних месторождений [1–3], их позиция вдоль планетарных дизъюнктивов и региональных сдвигов, а также вдоль границы стагнированного океанического слэба [4]. Поисковые и оценочные работы, проводимые в отношении небольших рудных объектов, являются источником данных об эволюции и сонахождении химических элементов в приповерхностной зоне земной коры, доступной для непосредственных наблюдений и изучения. Исследуемая территория Березовской перспективной площади располагается в пределах Кемской металлогенической зоны (Восточно-Сихотэ-Алинский магма-металлогенический пояс), совпадающей территориально с островодужным Кемским террейном Сихотэ-Алинского горно-складчатого пояса. Цель исследования – описать закономерности распределения химических элементов и формирование ими вторичных ореолов рассеяния, совместное поведение элементов в зоне выветривания и соответствие повышенных концентраций элементов структурно-вещественным комплексам Березовского участка. Для достижения этой цели необходимо решение следующих задач: статистическая обработка результатов поисковой геохимической съемки с помощью метода главных компонент (МГК, PCA); обоснование выбора оптимального количества главных компонент (ГК, PC) для описания совокупности данных; оценка собственных значений главных компонент и вкладов химических элементов в компоненты; графическое представление данных и интерпретация полученных результатов.
Материалы и методы исследования
Как уже указывалось выше, оригинальный исследовательский материал был получен в пределах Березовской перспективной площади, находящейся на территории Кемского террейна, несогласно перекрытого вулканическими породами Восточно Сихотэ-Алинского вулкано-плутонического пояса. Объект исследований граничит с месторождением Салют и, вероятно, обладает с ним историко-геологической общностью и парагенетической близостью [5]. В качестве источника данных выступили проанализированные с помощью электронного зондового микроанализатора JEOL JXA-8100 материалы поисковой геохимической съемки, выполненной в 2016 году полевыми работами Приморской горно-геологической экспедиции.
Данные включили результаты спектрального анализа 17,5 тысяч литогеохимических проб по вторичным ореолам, отобранных по сети 100x20 и 200x50 на площади около 70 км2. Площадь включила территорию, прилегающую к Березовскому вулкано-купольному поднятию (БВКП), находящемуся в ее центральной и западной частях, образованному вулканогенно-осадочными образованиями мелового, палеогенового и неогенового возраста и местами перекрытому современными аллювиальными отложениями (рис. 1).
Рис. 1. Геологическая карта Березовской перспективной площади (по материалам Приморской горно-геологической экспедиции, с изменениями)
Геологическое строение участка включает несколько генераций вулканических пород, а именно самаргинский комплекс и приморскую свиту верхнего мела (переслаивающиеся риолиты, риодациты и андезидациты), прорванные гранитами дальнегорского комплекса, богопольскую свиту (позднемаастрихстско-датского(?) возраста), содержащую лавы и туфы риолитов, кузнецовские эоценовые андезиты и андезибазальты и их туфы, кедровские эоценовые риолиты и риодациты, а также кизинские (нижне-среднемиоценовые) андезибазальты. Региональные исследования, включившие абсолютные датировки с помощью K-Ar метода, определили возраст вулканитов кузнецовской свиты как эоценовый (53,4–42,5 млн лет) [6].
На территории, непосредственно примыкающей к БВКП (центральная часть участка, рис. 1), породы интенсивно метасоматически изменены на участках, примыкающих к сети радиальных и концентрических разрывных нарушений. Метасоматические изменения сопровождаются появлением кварца, серицита и гидрослюд в качестве вторичных минералов. Присутствуют также вторичные хлорит, эпидот, лимонит и каолинит. Рудоконтролирующую роль играют области вторичных изменений, ассоциированные с зонами трещиноватости северо-восточного направления, соответствующего направлению тектонических зон Сихотэ-Алиня первого порядка. Наличие ореолов вторичных изменений, а также зон окварцевания и карбонатизации в меловых и эоценовых породах позволяет предположить возраст вторичных изменений и метасоматизации как послеэоценовый.
В качестве средства для обработки геохимических данных выступила библиотека Python scikit-learn, являющаяся эффективным средством для анализа данных и машинного обучения [7]. Расчеты и построение графики выполнялись в среде Jupyter. Таблица результатов анализа геохимических проб была очищена от неполных записей; для масштабирования разнопорядковых значений содержаний элементов применялся метод стандартизации, который необходимо задействовать перед применением МГК [8]. Результат вывода заголовка и первых пяти строк таблицы стандартизованных данных показан (таблица), выполнено округление до трех символов слева от запятой.
Стандартизованные результаты спектрального анализа геохимических проб Березовской площади (объект scaled_features программы, первые 5 строк из 17507)
|
Au |
Ag |
Sn |
Pb |
Zn |
Cu |
Ni |
Mn |
Co |
Mo |
Ba |
|
|
0 |
-0.087 |
-0.062 |
0.815 |
-0.285 |
-0.416 |
-0.174 |
0.578 |
0.018 |
-0.275 |
0.154 |
0.791 |
|
1 |
-0.087 |
-0.375 |
0.815 |
-0.344 |
-0.416 |
-0.174 |
-0.295 |
-0.620 |
-0.881 |
-0.328 |
-0.275 |
|
2 |
-0.087 |
-0.375 |
-0.482 |
-0.344 |
-0.780 |
-0.174 |
-0.513 |
-0.620 |
-0.881 |
-0.328 |
0.081 |
|
3 |
-0.087 |
-0.312 |
-0.482 |
-0.344 |
-0.780 |
-0.174 |
-0.295 |
-0.701 |
-0.881 |
-0.328 |
-0.275 |
|
4 |
-0.087 |
-0.312 |
0.815 |
-0.344 |
-0.780 |
-0.174 |
-0.513 |
-0.620 |
-0.881 |
-0.328 |
-0.275 |
Для определения количества главных компонент оценивалась соответствующая им накопленная объясненная совокупная дисперсия (pca.explained_variance_ratio_). С помощью оценки дисперсии, описанной определенным количеством компонент [9], было найдено 8 компонент, соответствующих 95 % дисперсии совокупности данных (рис. 2а). Создание модели МГК для необходимого количества главных компонент осуществлялось так, как показано на рис. 2б.
Рис. 2. Нахождение числа главных компонент (а), создание и обучение модели PCA (б) в Jupyter
Вклад отдельных элементов в ГК оценивался с помощью векторной тепловой карты, построенной с помощью библиотеки Python seaborn (рис. 3), визуализирующей векторные нагрузки компонент и их собственные значения (eigenvalues, EV). Векторные нагрузки демонстрируют вклад элемента в ГК, тогда как собственные значения показывают его долю компоненты в дисперсии данных. Векторные нагрузки элементов, показанные цветом, позволяют оценить группировку элементов в отдельных компонентах.
Рис. 3. Векторные нагрузки – вклад элементов в главные компоненты (ГК), а также их собственные значения (СЗ, в %)
На основании векторных нагрузок элементов нами были выделены ГК 1, 2, 4, 7. ГК1, обладающий наибольшим вкладом (24 %) в дисперсию, включил халькофильные элементы Pb, Zn, Cu, а также сидерофильные Mn, Ni, Co. ГК2 (19 %) описывает распределение Ag, Sn, Pb и Zn. ГК4 (10 %) включает повышенную векторную нагрузку Au и незначительную Mo, тогда как ГК7 (8 %) – нагрузку Ag с незначительным превышением сидерофилов Ni и Co.
Результаты исследования и их обсуждение
Полученные в результате применения методов главных компонент таблицы значений выбранных ГК 1, 2, 4 и 7 были использованы для построения карты распределения геохимических аномалий вторичных ореолов рассеяния на площади исследуемого перспективного Березовского участка.
Для интерполяции и визуализации были использованы библиотеки Python scipy (функция griddata) и matplotlib. Нахождение промежуточных значений ГК на площади осуществлялось с помощью метода «ближайшего соседства» (nearest neighborhood). На полученные карты распределения ГК выносились контуры территории геохимического опробования с целью дальнейшего сопоставления карт значений с геологической картой и картой фактического материала (рис. 4).
Рис. 4. Результаты интерполяции значений ГК для территории Березовской перспективной площади. Синей окружностью обведены площадные аномалии ГК1 и 2. Красные кружки на ГК4 и 7 показывают их небольшие аномалии, вынесены вне масштаба
В качестве критерия для выделения геохимических аномалий использовалось «правило трех сигм», в соответствии с которым значения, отличающиеся от математического ожидания более чем на три величины стандартного отклонения, рассматриваются как аномальные [10]. В соответствии с этим правилом в центральной части Березовской площади выделены площадные аномалии ГК1 и 2, в пространственном отношении совпадающие с зоной вторичных изменений и кварц-карбонат прожилковыми зонами, непосредственно примыкающими к руслу р. Кузнецова среди вулканогенных образований самаргинской и богопольской свит, и располагающиеся к северо-западу от БВКП.
Как следует из рис. 4, ГК 4 и 7 на территории образуют контрастные, мелкие, не площадные аномалии, разделенные между собой полями значений, близких к фоновым, препятствующих объединению аномальных значений в одном контуре (рис. 4).
Для ГК4, отражающем распределение Au, характерно сгущение аномалий к юго-западу от БВКП, преимущественно в зоне распространения кварцевых жил и кварц-карбонат прожилковых зон среди мел-палеогеновых самаргинских и кузнецовских вулканогенно-осадочных пород. Аномалии ГК7 сгруппированы на юге территории и, незначительно, на северо-востоке, совмещенно с площадной аномалией ГК2, в котором значимую роль также играет серебро.
Так как опробование проводилось по вторичным ореолам рассеяния, необходимо учитывать возможное гравитационное смещение установленных аномалий вниз по склону относительно коренных источников вместе с чехлом элювиально-делювиальных образований.
Выводы
В результате анализа геохимических данных территории Березовской перспективной площади произведена группировка химических элементов в главные компоненты, вероятно, отражающие их совместное поведение и накопление в процессе рудообразования. Установленные ассоциации элементов демонстрируют различное пространственное распределение на территории, что косвенно свидетельствует о, возможно, различном времени формирования рудных минералов и источниках вещества для их отложения. Подтверждение этих предположений данными минераграфии сможет служить основанием для постановки более детальных работ с целью выяснения этапности формирования Березовской вулканической структуры, необходимости дальнейшего расширения коллекций обнаруженных на ее площади рудных минералов, а также установления степени, с которой эволюция Березовского вулкано-купольного поднятия отражает особенности регионального историко-геологического развития и минерагении Восточно-Сихотэ-Алинского магма-металлогенического пояса.
Библиографическая ссылка
Шевырев С.Л., Горобейко Е.В. АНАЛИЗ ГЕОХИМИЧЕСКИХ ДАННЫХ И АССОЦИАЦИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ПЕРСПЕКТИВНОЙ БЕРЕЗОВСКОЙ ПЛОЩАДИ МЕТОДОМ ГЛАВНЫХ КОМПОНЕНТ (КЕМСКИЙ ТЕРРЕЙН, СИХОТЭ-АЛИНСКИЙ СКЛАДЧАТЫЙ ПОЯС) // Успехи современного естествознания. – 2021. – № 11. – С. 151-156;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37727 (дата обращения: 24.04.2024).