埃達克質巖漿與斑巖銅礦床的科學聯系獲揭示

中國科學院廣州地球化學研究所副研究員吳超在研究員陳華勇指導下，與中國地質大學（武漢）教授陳國雄團隊合作，在國家自然科學基金、科技部重點研發項目等項目的資助下，利用機器學習技術揭秘了埃達克質巖漿與斑巖銅礦床的科學聯系。相關成果近日發表于《化學地質》（Chemical Geology）。

埃達克質巖與斑巖銅礦形成機理示意圖。研究團隊供圖

埃達克巖，最初以阿留申島新生代中酸性巖漿巖命名，以其獨特的地球化學特征——高SiO₂、Al₂O₃、Sr含量和低Y、低重稀土元素以及高Sr/Y比值而聞名。顯生宙的埃達克質巖，泛指與原始埃達克巖具有一致地球化學特征的巖石，它們與太古宙的奧長花崗巖-英云閃長巖-花崗巖巖套相似，被認為是解開地殼起源之謎的關鍵。此外，作為全球銅金屬資源的主要來源，斑巖型銅礦中許多成礦斑巖體展現出埃達克巖特征，但其背后的形成機制尚未完全明晰。因此，研究埃達克質巖與大型斑巖銅礦床之間的聯系具有重要的科學意義。

該研究從已發表的文獻中匯編了約7000條顯生宙埃達克質巖和斑巖銅礦床成礦斑巖的全巖地球化學數據，利用主成分分析和t-分布隨機鄰域嵌入技術，研究揭示了成熟地殼和新生地殼中埃達克質巖的元素差異，以及它們與斑巖銅鉬礦床和斑巖銅金礦床的內在聯系。

此外，極端梯度提升和支持向量機分析被應用于原始數據集和主成分分析數據集，以區分不同地質背景下的埃達克質巖和與斑巖礦床相關的巖石。以上這些模型顯示出高效率和置信度。研究還應用了SHapley Additive exPlanations（SHAP）值來闡明不同構造模型背后的地質意義，包括不同的形成深度和地幔相互作用程度。同時，熱圖分類被用來構建具有顯著地質意義的三個分類模型，提供了全面的閾值和判別流程，用以判別埃達克質巖和成礦斑巖。

值得一提的是，該研究不僅證實了已有的傳統認識，即銅金斑巖與來自新生地殼的埃達克質巖相關，而銅鉬斑巖與來自成熟地殼的埃達克質巖相關，還進一步指出了銅金礦床的不同起源——銅金斑巖的形成受地殼成熟度和地幔部分熔融的雙重控制，并首次提出了精確地數值以定量約束不同區域、不同構造背景下的埃達克質巖和斑巖行銅礦。

該研究不僅為地質學界提供了新的研究工具和理論框架，也為礦產資源的勘探和開發提供了新的思路和方法。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2024.122521