黏土礦物不僅對尋找黏土類礦物資源具有指示意義,而且對于區(qū)域古氣候、環(huán)境污染、石油勘探等研究都具有重要意義。但黏土礦物空間分布獲取較為困難,目前國內(nèi)積累了覆蓋大部分面積的中大比例尺地球化學(xué)數(shù)據(jù),具有分析元素多、精度高的特征,基于地球化學(xué)元素含量開展黏土礦物預(yù)測,可以為黏土礦物的空間分布研究提供新思路。如何建立地球化學(xué)元素含量和黏土礦物之間的復(fù)雜關(guān)系,是基于地球化學(xué)元素含量開展黏土礦物空間分布預(yù)測的關(guān)鍵之一。機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能算法的發(fā)展為建立地球化學(xué)元素與黏土礦物之間的非線性關(guān)系提供了可能,本研究基于河北平原多目標(biāo)1∶20萬地球化學(xué)數(shù)據(jù)和111個表層土壤黏土礦物分析數(shù)據(jù),利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立河北平原區(qū)地球化學(xué)元素含量與黏土礦物之間的預(yù)測模型,對河北平原區(qū)高嶺石、綠泥石、伊利石的空間分布進(jìn)行預(yù)測。研究發(fā)現(xiàn)河北平原區(qū)高嶺石、綠泥石、伊利石等的黏土礦物分布與研究區(qū)地貌特征、土壤類型以及人為因素等都有聯(lián)系,高嶺石、綠泥石、伊利石在整個冀東平原區(qū)以及北三縣平原區(qū)含量普遍偏低,在太行山山前平原區(qū)含量普遍偏高;黏土礦物在沖積扇平原、沖積平原含量偏高,在洪積平原含量較低;河北平原區(qū)的黏土礦物在保定和唐山等... 

【文章來源】：礦產(chǎn)與地質(zhì). 2020,34(01)

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

河北平原區(qū)地質(zhì)簡圖

通過驗證集檢驗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型的泛化程度，高嶺石、綠泥石和伊利石三種黏土礦物的真實值與預(yù)測值對比折線圖（圖3、圖4、圖5）顯示，三種黏土礦物驗證集的真實值與預(yù)測值在部分極高值和極低值處差異較大，極值處差異可能是由于模型受樣本數(shù)量限制導(dǎo)致，但整體數(shù)據(jù)趨勢基本一致，因此模型可用于河北平原區(qū)高嶺石、綠泥石以及伊利石的分布預(yù)測。圖4 綠泥石真實值與預(yù)測值對比折線圖

神經(jīng)元是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本單元，其功能相當(dāng)于1個處理單元，神經(jīng)元以多層結(jié)構(gòu)排列，使得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括1個輸入層、1個或多個隱藏層和1個輸出層。由于信息分布于網(wǎng)絡(luò)中的各個神經(jīng)元中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的魯棒性和容錯性，對數(shù)據(jù)分布要求不嚴(yán)格，具備處理數(shù)據(jù)遺漏或者錯誤的能力，能夠處理由于地球化學(xué)元素數(shù)據(jù)缺失或錯誤等引起的輕微擾動。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的信息綜合能力，可協(xié)調(diào)多種輸入信息關(guān)系，充分逼近很多復(fù)雜的非線性關(guān)系，以此可模擬黏土礦物與地球化學(xué)元素之間復(fù)雜的關(guān)系[33]。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可利用新樣本進(jìn)行自我訓(xùn)練，調(diào)整參數(shù)，得到新的預(yù)測模型，減少一些由于樣本數(shù)據(jù)量大引起的不必要開銷問題，這是傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式不具備的能力[34]。本研究采用單隱含層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立黏土礦物與地球化學(xué)元素之間關(guān)系的模型，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖2。其中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入為地球化學(xué)元素，輸出為黏土礦物含量預(yù)測值。預(yù)測模型決定預(yù)測結(jié)果準(zhǔn)確性，1個合適的模型能夠更充分表示數(shù)據(jù)的內(nèi)在數(shù)學(xué)關(guān)系，有利于對未知數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測�？梢酝ㄟ^建立1個驗證集對預(yù)測模型的泛化能力進(jìn)行評估[35-36]，本研究將收集到的111個黏土礦物數(shù)據(jù)樣本劃分為訓(xùn)練集和驗證集，分別用于模型的訓(xùn)練和評估。由于數(shù)據(jù)樣本的黏土礦物含量分布不均勻，采用留出法將數(shù)據(jù)集劃分為兩個互斥的集合可能會造成網(wǎng)絡(luò)性能偏向樣本較多的數(shù)據(jù)，并采取分層抽樣對數(shù)據(jù)集進(jìn)行劃分。統(tǒng)計每種黏土礦物各個含量范圍的樣本個數(shù)，分別提取70%的樣本作為訓(xùn)練集，用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練學(xué)習(xí)，其余樣本作為驗證集，用于評估訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。由于地球化學(xué)元素的數(shù)量級差別較大，神經(jīng)元的輸出通常都被限制在一定的范圍內(nèi)，因此需要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，將數(shù)據(jù)映射到[0,1]范圍內(nèi)處理，避免神經(jīng)元過飽和，提升模型的收斂速度和精度[37-38]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]一種時頻平滑的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)語音增強(qiáng)方法[J]. 袁文浩,梁春燕,婁迎曦,房超,王志強(qiáng).  西安電子科技大學(xué)學(xué)報. 2019(04)
[2]基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的水體葉綠素a濃度預(yù)測模型優(yōu)化研究[J]. 蔣定國,全秀峰,李飛,劉偉.  南水北調(diào)與水利科技. 2019(02)
[3]基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測輪古油田奧陶系碳酸鹽巖油藏洞穴充填程度[J]. 于聰靈,蔡忠賢,楊海軍,朱永峰,王慧.  新疆石油地質(zhì). 2018(05)
[4]基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)云四號遙感圖像云檢測算法[J]. 高軍,王愷,田曉宇,陳建.  紅外與毫米波學(xué)報. 2018(04)
[5]基于最大偏差相似性準(zhǔn)則的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)短期電力負(fù)荷預(yù)測算法[J]. 羅育輝,蔡延光,戚遠(yuǎn)航,黃何列.  計算機(jī)應(yīng)用研究. 2019(11)
[6]風(fēng)化成土過程中自生礦物的氣候指示意義[J]. 方謙,洪漢烈,趙璐璐,程峰,殷科,王朝文.  地球科學(xué). 2018(03)
[7]一種地質(zhì)生態(tài)環(huán)境評估系統(tǒng)[J]. 龍曉君,鄭健松,李小建,何政偉,劉嚴(yán)松.  測繪科學(xué). 2018(03)
[8]基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的溶洞規(guī)模預(yù)測及應(yīng)用[J]. 劉振華,范宏運,朱宇澤,柳尚.  中國巖溶. 2018(01)
[9]激光誘導(dǎo)擊穿光譜結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測定地質(zhì)標(biāo)樣中的鐵含量[J]. 胡楊,李子涵,呂濤.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2017(05)
[10]陜西鎮(zhèn)安二疊系碳酸鹽巖粘土礦物特征及其對古氣候的指示[J]. 曹婷麗,程成,李雙應(yīng),龐長興,魏星.  地質(zhì)論評. 2017(02)

碩士論文
[1]河北平原土壤礦物學(xué)特征及環(huán)境意義[D]. 陳文靜.河北地質(zhì)大學(xué) 2018
[2]河北平原區(qū)地貌地球化學(xué)特征研究[D]. 谷海峰.石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院 2011



本文編號：3421894