Литохимический комплекс (Стандарт ЮК - График ЮК) | Lithology.Ru - Литология.РФ :

Литохимический комплекс (Стандарт ЮК - График ЮК)

Стандарт-ЮК (сокращение от Юдович - Кетрис) - алгоритм обработки данных полного силикатного анализа, созданный с целью унификации приемов компьютерной обработки этих данных. Использование стандарта позволяет произвести первичную обработку исходной таблицы силикатных анализов: построить некоторые графики («модульные диаграммы») и произвести свертку информации путем усреднения всех (или части) исходных данных. Обработанный в Стандарте-ЮК материал далее подлежит содержательной интерпретации геологом – автором материалов (для чего, разумеется, уже никаких стандартов не существует).

Впервые  Стандарт-ЮК  был кратко изложен в монографии  Я.Э.Юдовича и М.П.Кетрис «Основы литохимии» (2000) на стр. 141–142. Работа с ним подробно освещалась в рамках двух Всероссийских Школ по литохимии (1997 и 2006) и еще ряда практических занятий (Иркутск-2001,Томск-2003, Петрозаводск-2005, Казань-2011, Москва-2011). В связи с  широким применением литохимии в практикe литологов М.П.Кетрис и Я.Э.Юдович создали подробное изложение процедур компьютерной обработки данных по Стандарту-ЮК, которое приводится ниже.

Кроме того, в комплекс обработки литохимических данных включены следующие приложения:

Приложение 1. Электронная версия монографии «Основы литохимии», содержащая множество примеров интерпретации литохимических данных. Монография размещена в библиотеке сайта Lithology.ru: Файл в формате pdf (10.1 Мб)

Приложение 2. Таблица химической классификации, «Сиаллитовый стандарт» – подразделения сиаллитов и сиферлитов, градации хемотипов, не являющихся сиаллитами или сиферлитами  и формулы для расчета нормативных минералов. (файл tabl_klassif.rtf, 0.1 Мб)

Приложение 3. Файл MS Excel c формами заполнения данных и примерами графиков. (файл Tabl.xls, 0.1 Мб)

Приложение 4. График-ЮК, утилита  для упрощения создания и форматирования точечных графиков в MS Excel. (файл GrafikYK.xla, 0,1 Мб)
Возможности утилиты: a)автоматическое построение точечных диаграмм по выделенным данным (клавиша F6); b)упрощенное изменение: имен рядов, легенды, значков рядов, их цвета и заполненности, подписей осей, названия, привязки к ячейкам с исходными данными; c)форматирование всех нарисованных "от руки" линий на графике в один прием; d) преобразование графика, привязанного к данным, в рисунок; e)расстановка подписей точек из указанного диапазона данных.

Для использования достаточно открыть файл GrafikYK.xla (обязательно должно быть разрешено использование макросов в настройках безопасности Excel, в случае запроса при открытии нужно разрешить макросы), после чего в меню Сервис (если версия Excel не выше 2003) появится пунк меню "График ЮК- F6". Для версий Excel 2007 и 2010 удобнее не искать в лентах появившуяся кнопку, а сразу нажать F6 - если выделен диапазон с данными, на их основе будет создана точечная диаграмма, если выделена точечная диаграмма - появится окно для ее изменения. Утилиту можно встроить в Excel как постоянную надстройку, но так как она еще не прошла "полевые испытания", делать это пока не рекомендуется.

Разработчик утилиты будет благодарен отзывам и пожеланиям по ее совершенствованию, поскольку люди, которым она была отдана на тестирование, затаились и молчат.

Приложение 5XY Chart Labeller. В состав комплекса входит ссылка на утилиту для расстановки номеров точек на графике (XY Chart Labeller, разработчик - Rob Bovey). График-ЮК включает в себя основные возможности XY Chart Labeller. Но график-ЮК - утилита свежая и мало опробованная в деле, а XY Chart Labeller постоянно совершенствуется его автором уже более 10 лет, является стабильной утилитой и может быть без сомнений использован в работе.

 

М.П.Кетрис, Я.Э.Юдович
Описание-алгоритм обработки данных силикатного анализа в «Стандарте ЮК»
с использованием электронных таблиц Microsoft Excel

 

1. Создание в EXCEL исходной таблицы (выборки силикатных анализов)

Вы можете обрабатывать всю выборку, или поделив ее на части, в зависимости от ее состава и задач. Если в выборку входят заведомо разные породы, лучше ее поделить. «Формы» советуем сохранить как копию и смело в ней работать.

Набиваем или копируем выборку в стандартную форму - приложение 3, Tabl.xls (см. Лист 1).

Эта таблица представляет cобой массив данных силикатных анализов, которые просто набиваются, при этом в последних столбцах происходит автоматический расчет общей суммы, суммы щелочей (важный параметр литохимии) и основных модулей. Поэтому старые данные следует удалять аккуратно, не запортив столбцов с формулами. (Предварительно изучите эти столбцы).

Посчитайте количество Ваших проб в выборке и добавьте недостающие ячейки в СЕРЕДИНУ таблицы, это важно для будущих графиков.  Заполните столбцы № п/п, № пробы, название породы (литотип), хемотип.

 

Примечание

Для того, чтобы дать название хемотипу, следует воспользоваться «Химической классификацией» (см. либо приложение 1, стр. 46 и 62, либо приложение 2. Заметим, что в приложении 2 имеются и другие полезные справочные материалы, дублирующие "Основы литохимии" – «сиаллитовый стандарт», дробная классификация хемотипов, а также формулы всех литохимических модулей.

Если у Вас больше компонентов, чем в форме- Tabl.xls, то добавляйте новые столбцы перед столбцом «ппп». Не делайте никаких перестановок и не убирайте столбцы (даже пустые) в интервале SiO2 – (Na2O+K2O), иначе модули будут считаться неправильно! Таковы свойства Excel, ничего не поделаешь.

Анализы введены в форму-Tabl.xls, суммы и модули автоматически посчитались. Если все сделано правильно, то на Листе 2 мы обнаружим готовые графики-заготовки (модульные диаграммы) для основных модулей. Теперь их следует откорректировать: дать надлежащие заголовки, правильно подписать оси Х и Y, указать размерность величин (например, Na2O+K2O, %) и т. п.

Примечание

В частности, в приводимой форме Tabl.xls на Листе 1 мы находим: исходный точечный график в координатах «(Na2O + K2O) – ГМ (гидролизатный модуль)», и два вспомогательных графика, которые использовались для кластеризации: «ЖМ (железный модуль) – НКМ (модуль нормированной щелочности» и «ГМ – ТМ (титановый модуль)». В итоге получен годный для опубликования чистовой график «(Na2O + K2O) – ГМ» с элементами графического дизайна.

 

2. Выбор модульных диаграмм

Теперь наступает момент творчества – из графиков-заготовок следует выбрать только один или два графика – для выделения кластеров.

Примечание

Может быть, понадобится самостоятельно построить какой-то дополнительный график (cм. в книге – там масса примеров для самых разных пород). Например, при обработке такого экзотического объекта, как зола углей, можно попробовать график , где по оси ординат – алюмокремниевый модуль АМ, а по оси абсцисс – нестандартный (в книге не описанный!) «модуль кластогенности» КЛМ в форме (SiO2 + Al2O3) / (FeO + CaO + MgO).

Не подойдет график с ХАОТИЧЕСКИМ рассеянием точек, не дающих никаких скоплений или трендов. Выбирайте такой, где видна какая-либо закономерность в расположении точек (тренд), либо они разбиваются на группы (будущие кластеры).

Но при этом все-таки желательно использовать «базовые» графики со щелочами (лишь в редких случаях от них приходится отказываться): (Na2O+K2O) – ГМ или же НКМ – ГМ.

Вообще же критерий выбора осей модульных диаграмм прост: Вы должны выбирать такие модули, которые имеют по возможности наибольшую дисперсию (изменчивость). Если же этого нет, например, железный модуль ЖМ везде незначительно изменяется в пределах 0.10–0.20, то точки на модульной диаграмме не будут растягиваться по графику, и кластеров выделить не удастся (в лучшем случае получится один-единственный кластер, что вряд ли устроит геолога, который ЗНАЕТ, что имеет дело с несколькими типами пород, а не с одним).

 

3. Черновая графическая кластеризация выборки на модульной диаграмме

Вы распечатали выбранные графики. Возле каждой точки поставьте ее порядковый номер в исходной таблице-1.

Примечание.

Вручную это делать необязательно, можно использовать утилиту График-ЮК или XY Chart Labeller. Впрочем, если Ваша исходная выборка невелика (первые десятки точек) номера точек нетрудно расставить на распечатанном графике вручную.

Теперь создайте черновые кластеры: скопления точек на графике просто обведите овалами – это и будут контуры кластеров. Не бойтесь, если кластеры получатся небольшими, в составе всего 2–3 точек (очевидно, что меньше двух точек в кластере быть не может). Дайте номера этим овалам-кластерам.

Перепишите себе с дисплея на бумагу номера проб, попавших в кластеры; например, Кластер 1 – (перечислили входящие в первый овал номера), Кластер 2 – и т. д. Какие-то пробы в кластеры не попали, их номера записываем отдельно – «Вне кластеров».

 

4. Создание таблиц черновых кластеров

Открываем снова Лист 1 (форму-Таблицу-1). Под исходной таблицей размещается Таблица 2 – это рабочие формы кластерных таблиц, которые представляют из себя выборки из общей таблицы (с числом анализов не менее двух), с автоматическим расчетом (внизу, под таблицей) числа проб, среднего арифметического и стандартного отклонения (квадратный корень из дисперсии).

Заполняются формы кластерных таблиц следующим образом. Берем первую такую форму-таблицу. Ничего не уничтожаем. Копируем шапку из исходной общей таблицы-1 в эту. Смотрим, сколько у нас проб в Кластере 1. Добавляем (или убираем) необходимое количество строк в СЕРЕДИНУ таблицы. Теперь из общей исходной таблицы-1 копируем по строкам пробы Кластера 1 в эту подготовленную таблицу. Всё там автоматически подсчитается, в том числе (внизу) статистики: средние и стандарты для оксидов и для модулей.

Дописываем внизу слева в соответствующей ячейке номер кластера, общее название литотипа и общую аттестацию хемотипа – т.е. полученного усредненного состава. (Например: Алевролиты (усредненный литотип). Миосилиты (хемотип, отвечающий полученному среднему составу).

Далее эту таблицу просто размножаем (копируем вниз на свободное место) и заполняем пробами следующего Кластера 2. И т. д. – для всех кластеров (число которых в больших сложных выборках может достигать десятка или даже больше).

 

5. Проверка (корректирование) черновых таблиц кластеров

Внимательно просматриваем созданные таблицы, проверяя – не выпадает ли какая-либо проба из данного кластера по тому или иному параметру. Это – самая ответственная процедура кластеризации, и начинающие литохимики чаще всего ошибаются именно здесь, «заталкивая» в один кластер пробы, сильно различающиеся по составу.

Примечание.

Например, на графике «Щелочи – ГМ» точка была вполне благонадежна (располагалась рядом с остальными пробами этого кластера), но в кластерной таблице сразу же выяснилось, что в ней слишком много СаО и п.п.п. (потерь при прокаливании). Это значит, что проба обладает повышенной карбонатностью, и ее нельзя объединять в один кластер с прочими. Такую пробу придется изъять и поместить в таблицу «Вне кластеров» или в соседний кластер.

Или, например, на графике «Щелочи – ГМ» точка была вполне благонадежна (располагалась рядом с остальными пробами этого кластера), а на графике «ГМ – ТМ» резко отскочила вследствие аномального значения титанового модуля ТМ. Это также сигнал о том, что данную пробу из этого кластера следует изъять.

Вносим соответствующие исправления – либо переносим пробу в другой кластер, либо выносим ее в табличку «Вне кластеров», либо, наконец, из нескольких изъятых, но соседних (на графике) проб формируем новые кластеры. Это уже целиком – Ваше творчество.

Примечание.

Это очень важный момент! НИКТО не может указать Вам, можно или не стоит включать данную пробу в данный кластер! Это Вы решаете САМИ, это НЕ автоматический процесс, здесь геолог думает своей головой, потому что он смотрит на свои данные и кое-что знает о своих породах! Например, Вы видите, что эта проба несколько подозрительная по своей титанистости (ТМ) и железистости (ЖМ), и не худо бы ее изъять из данного кластера, но Вам не хочется плодить число проб «вне кластеров» (поскольку каждую из них Вам придется как-то отдельно интерпретировать!) и Вы находитесь в сомнении... Но тут выясняется (полезно использовать при построении графиков разные условные значки, соответствующие Вашим петро-(лито)типам), – что подозрительная проба – это биотитовый гнейс с гранатом, тогда как прочие пробы в кластере отвечают тоже биотитовым гнейсам – но без граната! Вы получили ценную подсказку – и теперь уже без колебаний выкидываете данную пробу из данного кластера. Более того, теперь Вы уже взяли себе на заметку, что гранатсодержащие породы имеют, оказывается, вот такие незначительные отличия от безгранатовых. Это позволит Вам делать ЭВРИСТИЧЕСКИЕ заключения: «В этой пробе такие-то ТМ и ЖМ: а не проморгал(а) ли я в ней гранат?» И Вы еще раз смотрите шлиф или делаете дополнительный шлиф и с торжеством находите в породе гранат!

 

6. Создание таблицы индивидуальных анализов, не подлежащих усреднению – «Вне кластеров».

Из вышесказанного следует, что анализы в эту таблицу поступают на этапах 3 (когда кластеры предварительно выделялись на графике) и 5 (когда корректировались кластерные таблицы). Очевидно, что на этапе 5 анализы могут не только добавляться в эту таблицу, но и изыматься из неё, если Вы передумали – и решили включить их в предварительные или во вновь созданные кластеры.

 

7. Создание итоговых документов: чистовой таблицы и чистового графика, пригодных для опубликования

Они размещены на Листе 3.

Чистовая итоговая таблица 3 включает в себя: а) вычисленные средние составы кластеров; б) составы проб вне кластеров. Кроме того, здесь же дополнительно может быть дана и табличка нормативного минерального состава кластеров (и, при желании, также и пород вне кластеров). Очевидно, что для кластеров – это средний нормативный состав.

Чистовой график – это модульная диаграмма, полученная после процедуры корректировки кластеров.

Примечание

Рекомендуется сделать соответствующий дизайн чистового графика, облегчающий его восприятие читателем: дать красивую штриховку для кластеров, несущую смысловую нагрузку (например, кластеры силицитов не штриховать вовсе, аргиллитов – заштриховать тонкими горизонтальными линиями, песчаников – показать точечками-песком, гидролизатов – толстыми черно-белыми полосами-«зеброй» и т. д. Подходящие примеры условных обозначений для кластеров и точек вне кластеров можно найти в книге-2000.

 

8. Интерпретация документов п. 7.

Итак, с помощью некоторых стандартных процедур литохимической обработки данных Вы свернули исходные данные – получили несколько средних составов (кластеров) и несколько индивидуальных составов («вне кластеров»), которые усреднить не удалось. Впрочем, в особо благоприятных случаях последних не окажется, и исходная совокупность будет полностью кластеризована. Геологическая интерпретация полученных документов – это целиком Ваше научное творчество, и никакой компьютер помочь Вам не сможет. Но в книге-2000 имеется много примеров интерпретации, которые, быть может, Вам пригодятся.

 

9. Нормативный пересчет составов итоговой таблицы.

Для таких пересчетов придумано много разных программ, но надежнее делать это «вручную» (хотя и на компьютере!). Здесь нами также выработаны определенные таблицы-формы (см. листы 4 и 5 в эксельном файле Tabl.xls). После введения в таблицу данных силикатного анализа, расчет молекулярных количеств производится автоматически. Для удобства пользователя, приложена также небольшая справочная табличка химического состава тех минералов, с которыми чаще всего приходится иметь дело литологу (см. приложение 2, формулы для расчета).

Разумеется, при желании можно использовать для нормативного пересчета не теоретические, а реальные составы Ваших минералов (опрелеленные химическим анализом монофракций, как это практиковалось раньше, или на микрозонде, как это чаще всего делают теперь). Однако все это уже далеко выходит за рамки Стандарта-ЮК, и различные «тонкости» нормативного пересчета (которых на самом деле имеется немало) мы здесь не рассматриваем.