三类已知铁帽样本的主成分分析

白鱼2023-05-01  18

三类已知铁帽样本共65个,其中菱铁矿矿床铁帽21个,硫化物矿床铁帽26个,氧化物矿床铁帽褐铁矿18个。每个样本做了26个元素的定量分析,结果列于表52、表53和表54。经相关分析和权重分析,略去了对分类贡献甚小的组分,选定12个组分如下:MnO、P2O5、S、Cu、Zn、Pb、Ni、Co、Ag、Ba、Sr和Cr。

65个铁帽样本的12个化学组分的平均值和标准偏差见表511。

表511 铁帽化学组分均值和标准偏差

注:①Ag的含量以10-6,其余均为%。

从表511数据可见,有的组分标准偏差很大,说明有的变量变化幅度很大,数据应该进行标准化。可按下述方法变换:

相态分析与地质找矿

式中:Xj——j个变量平均数;Sj——j个变量标准偏差;Xij——原始数据;Xij——经标准化后的数据。

经过变换后,每个变量的平均值为0,标准偏差为1。使每个变量处于同一量度。

权重计算表明,MnO、P2O5这两个组分对铁帽分类贡献最大,Cu、Sr次之,其余组分贡献较小。前五个主成分的贡献率如表512所示。

表512 前五个主成分贡献率

模式空间中样本在第一、第二特征向量构成的映射平面上的分布如图55,该映射平面与原始空间满足的变换关系是:

Y1=2915X1-1772X2-0107X3-0009X4+0021X5+0006X6-0045X7-0034X8+0298X9+0862X10-0026X11-0163X12

Y2=1291X1+2594X2-0161X3-0930X4-0227X5-0285X6-0224X7-0288X8+0075X9+0317X10-0331X11-0483X12

上述计算表明,第一主成分(Y1)主要决定于X1、X2及X10(系数的绝对值较大),而第二主成分(Y2)则主要决定于X2、X1及X4。

图55表明,65个铁帽褐铁矿样本中的绝大多数较好地区分为菱铁矿矿床铁帽(M)、硫化物矿床铁帽(S)和氧化物矿床铁帽褐铁矿(O)三类,分布成三叶“花瓣”型,只有少数样本没有落在各自的“花瓣”内,它们是S⁃16落在M区,S⁃20落在O区,S⁃22落在M区,O⁃14落在S区,O⁃17落在M区,O⁃18落在M区。

图55 评价铁帽的三叶花瓣模型(1,2两项主成分分析)

从这几个铁帽样本的含矿层位和矿物组合情况可见(参见表51),它们实际上并非单一成因的铁帽,而是混合型的。

从图55可见,越靠近“花瓣”中心,类型越难区分,越远离“花瓣”中心,其分类属性越明显,预报矿床属性的准确性越高。

图55的直线Z1和Z2可以将映照在平面上的样本点划为三类。在高维空间,Z1和Z2实际上是超平面。Z1和Z2是Y1和Y2的函数,因而可以算出超平面Z1和Z2的方程是:

Z1=-0917X1+3937X2-0079X3-0923X4-0242X5-0292X6-0189X70263X8-0150X9-0336X10-0312X11-0359X12+125;

Z2=2083X1+2113X2-0190X3-0933X4-0221X5-0283X6-0236X7-0297X8+0156X9+0551X10-0338X11-0527X12+19。

可计算各样本的Z1和Z2值。若Z1>0、Z2>0,则该样本属氧化物矿床铁帽。若Z1<0,Z2>0,则该样本属菱铁矿床铁帽。若Z2<0,则样本属硫化物矿床铁帽。

如用超平面拟合“花瓣”内样本的分布,其方程如下:

菱铁矿矿床铁帽 M:0001X1+3378X2-0114X3-0926X4-0236X5-0288X60204X7-0273X8-0056X9-0064X10-0320X11-0411X12+135=0;

硫化物矿床 S:-27861X1+20314X2+0909X3-0835X4-0433X5-0349X6+0237X7+0049X8-2903X9-8305X10-0074X11+1146X12-850=0;

氧化物矿床O:547X1+0054X2-0314X3-0944X4-0197X5-0276X6-0289X7-0338X8+0502X9+1553X10-0368X11-0716X12+215=0。

应用模式识别技术判别铁帽成因,也有其局限性。当算得第一主成分(Y1)和第二主成分(Y2),在三叶“花瓣”模型落生“花瓣”中心,或落在Z1、Z2超平面线上时,就很难判断铁帽的类型属性。这主要是由于建立模式的样本本身并非均为典型矿床的铁帽,其中少数是混合型的。再则,选定的12个组分的含量范围也有局限。例如,65个样本MnO的端值为398%~0014%,Sr的端值为00460%~00010%,如果评价对象含MnO大于398%,含Sr大于00460%,就超出了模式能容纳的范围。还有未知铁帽的成因很可能是多成因的,样本中的组分既可以是残积铁帽的,也可以有迁积的组分,建立模式的组分没有考虑元素的存在形式,例如 S 元素,PbSO4状态常是铁帽的原组分,而CaSO4状态的S很可能是外来的沉积成因的S,两者混在一起也会引起误判。

这道谜语的答案是数字八。

谜语中的“铁头”和“铁帽”是两个暗示,提示我们要注意铁的数字特征,即铁的原子序数为26。而“双保险”则暗示答案是两个数字的组合。

接下来,我们需要考虑数字的组合方式。由于谜语中没有明确的计算方式,我们可以尝试一些简单的数学运算。

考虑到“铁头”和“铁帽”都是“铁”字组成的,我们可以将铁的原子序数26拆分成2和6,然后进行加减运算。具体地,我们可以将2和6分别相加得到8,再将两个数字组合起来得到最终的答案8。

因此,铁头戴铁帽双保险打一数的答案是数字八。

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