Determination of geological provenance by cathodoluminescence spectroscopy of apatites and carbonates

Abstract

Tato práce představuje novou metodu pro určování geologické provenience pomocí statistické analýzy katodoluminiscenčních spekter mramorů a karbonátových hornin z různých lokalit Českého masivu. Analýza je založena na kombinaci dat ze sedmi různých způsobů určování podobnosti spekter a poskytuje robustnější výsledky než přístup založený pouze na jedné metodě. Tyto výsledky je možné dále vylepšit pomocí metaanalýzy, která vyhodnocuje chování spekter v průběhu jednotlivých kroků analýzy. Analýza byla provedena jak na původních katodoluminiscenčních spektrech, tak na reziduálních spektrech u kterých byla zvýšena relativní variabilita odstraněním Gaussovského trendu přítomného ve všech spektrech karbonátů. Kombinací výsledků analýz a metaanalýz originálních i reziduálních spekter bylo možné téměř jednoznačně určit provenienci vzorků ze všech studovaných lokalit. Jako doplňková metoda pro klasifikaci spekter bylo použito aglomerativní hierarchické shlukování. Ze 72 různých způsobů výpočtu shlukování byl na základě počtu správně klasifikovaných spekter vybrán nejvhodnější způsob pro originální i reziduální data. Druhá část této práce představuje analýzu katodoluminiscenčních spekter apatitů z různých hornin zahrnujících granit, gabro, durbachit, ryolit, pararulu, kvarcit a granulit. Další analyzované...

This work presents new method for determination of geological provenance based on the statistical analysis of cathodoluminescence spectra of marbles and carbonate rocks from various localities in the Bohemian Massif. Analysis is based on the combination of data from seven different measures of spectral similarity and provides results that are more robust than those obtained by approach based only on a single measure of similarity. These results may be further improved by employing meta-analysis that evaluates behaviour of spectra during the individual steps of analysis. Analysis was performed on the original cathodoluminescence spectra, as well as on the residual spectra in which relative variability was amplified by the subtraction of Gaussian trend present in all spectra of carbonates. By combining results from analysis and meta-analysis of both original and residual spectra it was possible to almost unambiguously determine provenance of samples from all studied localities. Agglomerative hierarchical clustering was employed as a supplementary method for classification of spectra. Out of 72 different methods for clustering, one was selected for both original and residual data based on the number of correctly classified spectra. Second part of this work presents analysis of cathodoluminescence...