R型因子分析和聚類分析在內蒙古伊山林場土壤地球化學測量中的應用

何其芬，尹維民，張秀文，孫波，邱愷毅

(山東省物化探勘查院，山東 濟南　250013)

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R型因子分析和聚類分析在內蒙古伊山林場土壤地球化學測量中的應用

何其芬，尹維民，張秀文，孫波，邱愷毅

(山東省物化探勘查院，山東 濟南250013)

土壤地球化學測量分析元素眾多，所成圖件數量龐大，因此往往不易判斷各元素之間的相關關系。筆者利用R型因子分析和聚類分析方法，對內蒙古伊山林場金礦普查區土壤樣品進行分析，研究其元素間的共生組合關系。結果顯示，R型因子分析和聚類分析二者對應性較好，有效地劃分了元素共生組合類型。

土壤地球化學測量；因子分析；聚類分析；伊山林場；內蒙古

引文格式：何其芬，尹維民，張秀文，等.R型因子分析和聚類分析在內蒙古伊山林場土壤地球化學測量中的應用[J].山東國土資源，2015,31(8)：61-64.HE Qifen ，YIN Weimin，ZHANG Xiuwen,etc. Application of R Type Factor Analysis and Cluster Analysis in Soil Geochemical Survey at Inner Mongolia of Yishan Forest Farm[J].Shandong Land and Resources, 2015,31(8):61-64.

伊山林場金礦普查區位于內蒙古自治區東北部原始森林區，由于普查區植被覆蓋嚴重，基巖出露極少，多年來開展了大量的找礦工作都沒有取得明顯突破，覆蓋區找礦已經成為礦產勘查界公認的難題。我國近年來一些找礦實踐表明[1-4]，土壤地球化學方法能有效縮小找礦靶區，圈定異常基本形態和規模，查明異常源，對異常的成礦遠景作出初步評價，為后續礦產勘查工作提供可靠的地球化學依據。然而土壤測量分析元素多，所成圖件數量龐大，往往不易判斷各元素之間的相關關系，從而給后續的異常圈定造成困難。筆者通過R型因子分析和聚類分析方法，對普查區的元素共生組合類型進行劃分，取得了良好的效果。

1　地質概況與土壤測量方法

普查區地層以中生代早白堊世梅勒圖組為主，分布面積占60%以上，其次為中生代晚侏羅世滿克頭鄂博組和新生代第四紀全新世地層；出露巖漿巖為中生代侏羅紀中粒二長花崗巖，僅在普查區南北兩端有少量分布。由于普查區地表覆蓋嚴重，未見明顯斷裂構造，僅在普查區北端有兩條物探推斷斷裂(圖1)①。

在普查區20km2范圍內，按100m×40m網度進行采樣，共采集樣品4628件，樣品主要采自25cm以下的“B”層(坡積層和殘積層)，部分采自“C”層(母質層)，樣品的組成成分由褐色或黃褐色粘土、巖石碎屑組成。樣品充分曬干后進行加工過篩，篩取-5～+40目樣品，過篩后樣品重量大于160g。樣品分析Au，Ag，Cu，Pb，Zn，Mo，As，Sb，W，Bi 10個元素。

2　分析方法及結果

由于各元素間有著千絲萬縷的聯系，如何有效地劃分元素共生組合類型，是圈定異常的關鍵。該文利用R型因子分析和聚類分析來判別它們的相關關系，從而確定元素共生組合類型。

2.1R型因子分析

R型因子分析是研究元素共生組合的有效手段和方法[4-7],其中每一個因子所包含主要元素,不僅僅表示它們的一種組合關系,而且反映了一種內在的成因聯系[8]。筆者采用R型因子分析對原有10個元素(變量)進行濃縮，提取有代表性的公共因子，根據因子負載矩陣中所反映的不同元素組合來確定各元素的相關關系，進而劃分元素共生組合類型[9]。

1—現代沖積層:砂、礫；2—梅勒圖組；3—滿克頭鄂博組；4—侏羅紀變粒二長花崗巖；5—地質界線；6—不整合接觸界線；7—推斷斷層；8—普查區范圍圖1　普查區地質概況

2.1.1因子分析的前提條件

因子分析的主要任務之一是對原有變量進行濃縮，即將工作區10個元素中的信息重疊部分進行提取并綜合成因子，進而達到減少變量個數的目的，因此要求原有變量之間應存在較強的相關關系，否則，如果原有變量之間相互獨立，不存在信息重疊，也就無法從中綜合出能夠反映某些變量共同特性的幾個較少的公共因子[10]。該文利用巴特利特球度檢驗和KMO檢驗對所選數據進行相關關系檢驗，概率P小于給定的顯著性水平a時，認為原有變量適合做因子分析；KMO值越接近于1，意味著變量間的相關性越強[11]。工作區KMO值為0.779，概率P值為0，適合做因子分析。

2.1.2元素組合類型的確定

用全區4628件樣品10元素的分析數據做R型因子分析，前5個因子特征根代表的方差已占總方差的80%以上(表1)，因此視這5個因子為主要因子。由于正交旋轉因子負載矩陣比初始因子負載矩陣所反映的元素組合更具合理性和可解釋性[12]，因此該文采用了正交旋轉因子載荷矩陣(表2)來劃分元素組合，可以認為這5個因子分別代表了工作區的5種元素組合類型，以因子載荷絕值γ>0.4的元素為該因子主要載荷元素，得出因子結構式(表3)，即確定了5種元素組合類型：F1-As，Sb，Mo；F2-Pb，Ag，Bi；F3-Zn，Cu；F4-W；F5-Au。

2.2R型聚類分析

因子分析提取了各元素對區內地球化學變差的貢獻，但各元素間的親疏關系不明，利用原始數據做聚類分析反映各元素間的親疏關系，研究各因子分配情況(圖2)。R型聚類分析在γ=0.34的相似水平上，可分為5大聚類：Ⅰ簇-Cu，Zn；Ⅱ簇-Pb，Bi，Ag；Ⅲ簇-W；Ⅳ簇-Mo，As，Sb；Ⅴ簇-Au。

表1　因子解釋原有變量總方差情況

表2　正交因子載荷矩陣

表3　因子結構式

圖2　R型聚類分析圖

2.3元素組合特征分析

聚類分析中的Ⅰ簇元素組合為Cu，Zn，對應因子分析中的變量F3；Ⅱ簇元素組合為Pb，Bi，Ag，與F2相對應，兩種元素組合為區內主要多金屬礦化元素，說明普查區內存在較強的熱液活動。區域上已發現多處銅、鉛、鋅礦點，主要為中溫熱液型礦床。從礦床地質特征看，該類型礦床主要分布在中酸性巖體與地層接觸帶附近。普查區發育侏羅紀變粒二長花崗巖，該巖體與晚白堊世梅勒圖組、晚侏羅世滿克頭鄂博組的接觸帶和土壤地球化學異常是尋找該類型礦床的標志。

Ⅲ簇元素組合僅為W元素，對應變量F4。由表2看出，W元素在其他變量中的載荷要遠遠小于F4，充分說明W元素在該區的富集具有較大的獨立性。

Ⅳ簇元素組合為Mo，As，Sb，對應變量F1，該組合主要反映區內的巖漿作用，但不排除獨立成礦的可能性。

Ⅴ簇元素組合為Au元素，對應變量F5，充分說明Au元素本身離散的特性，但區內金多處高值點，也有可能在局部富集成礦。

3　應用效果

筆者用樣品化驗數據，繪制了F1-As，Sb，Mo；F2-Pb，Ag，Bi；F3-Zn，Cu 3張組合異常圖，結果顯示，異常明顯，元素套合程度高，有效的圈定了組合異常，為下一步的異常查證工作指明了方向，這也充分證明了R型因子分析和聚類分析劃分元素共生組合類型的有效性。

4　結論

(1)R型因子分析和聚類分析是劃分元素共生組合的有效方法，二者對應性較強，通過對比，大大增強了劃分元素共生組合類型的準確性。

(2)由R型因子分析和聚類分析得知，普查區10種元素可劃分為5種元素共生組合類型：As，Sb，Mo；Pb，Ag，Bi；Zn，Cu；W；Au，為圈定組合異常類型提供了依據。

(3)Cu，Zn，Pb，Bi，Ag為區內主要的多金屬礦化元素，中酸性巖體與地層接觸帶附近為成礦有利部位，建議對接觸帶上的該類異常區進行重點查證。

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Application of R Type Factor Analysis and Cluster Analysis in Soil Geochemical Survey at Inner Mongolia of Yishan Forest Farm

HE Qifen，YIN Weimin,ZHANG Xiuwen,SUN Bo,QIU Kaiyi

(Shandong Geophysical and Geochemical Exploration Institute，Shandong Jinan 250013，China)

Soil geochemical surve analysis numerous elements and The resulting maps are huge, it is often difficult to determine the relationship between elements. The soil samples in the yi shan forest gold census area of Inner Mongolia were analyzed by using R Type Factor Analyses and Cluster Analysis,the writer tries to study the association relationship between the elements. Results show that the R Type Factor Analyses and Cluster Analysis has good correspondence between them,To divide the element assemblage.

Soil geochemical surve Factor Analyses Cluster Analysis

2014-08-11；

2014-08-30；編輯：曹麗麗

何其芬(1986—)，女(土家族)，貴州銅仁人，助理工程師，主要從事地質礦產勘查工作；E-mail：heqifen1987@163.com

P208

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①內蒙古第六地質礦產勘查開發有限責任公司，內蒙古自治區鄂倫春自治旗伊山林場金礦普查，2012年。