R型因子分析和聚类分析在内蒙古伊山林场土壤地球化学测量中的应用

何其芬，尹维民，张秀文，孙波，邱恺毅

(山东省物化探勘查院，山东 济南　250013)



R型因子分析和聚类分析在内蒙古伊山林场土壤地球化学测量中的应用

何其芬，尹维民，张秀文，孙波，邱恺毅

(山东省物化探勘查院，山东 济南250013)

土壤地球化学测量分析元素众多，所成图件数量庞大，因此往往不易判断各元素之间的相关关系。笔者利用R型因子分析和聚类分析方法，对内蒙古伊山林场金矿普查区土壤样品进行分析，研究其元素间的共生组合关系。结果显示，R型因子分析和聚类分析二者对应性较好，有效地划分了元素共生组合类型。

土壤地球化学测量；因子分析；聚类分析；伊山林场；内蒙古

引文格式：何其芬，尹维民，张秀文，等.R型因子分析和聚类分析在内蒙古伊山林场土壤地球化学测量中的应用[J].山东国土资源，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.

伊山林场金矿普查区位于内蒙古自治区东北部原始森林区，由于普查区植被覆盖严重，基岩出露极少，多年来开展了大量的找矿工作都没有取得明显突破，覆盖区找矿已经成为矿产勘查界公认的难题。我国近年来一些找矿实践表明[1-4]，土壤地球化学方法能有效缩小找矿靶区，圈定异常基本形态和规模，查明异常源，对异常的成矿远景作出初步评价，为后续矿产勘查工作提供可靠的地球化学依据。然而土壤测量分析元素多，所成图件数量庞大，往往不易判断各元素之间的相关关系，从而给后续的异常圈定造成困难。笔者通过R型因子分析和聚类分析方法，对普查区的元素共生组合类型进行划分，取得了良好的效果。

1　地质概况与土壤测量方法

普查区地层以中生代早白垩世梅勒图组为主，分布面积占60%以上，其次为中生代晚侏罗世满克头鄂博组和新生代第四纪全新世地层；出露岩浆岩为中生代侏罗纪中粒二长花岗岩，仅在普查区南北两端有少量分布。由于普查区地表覆盖严重，未见明显断裂构造，仅在普查区北端有两条物探推断断裂(图1)①。

在普查区20km2范围内，按100m×40m网度进行采样，共采集样品4628件，样品主要采自25cm以下的“B”层(坡积层和残积层)，部分采自“C”层(母质层)，样品的组成成分由褐色或黄褐色粘土、岩石碎屑组成。样品充分晒干后进行加工过筛，筛取-5～+40目样品，过筛后样品重量大于160g。样品分析Au，Ag，Cu，Pb，Zn，Mo，As，Sb，W，Bi 10个元素。

2　分析方法及结果

由于各元素间有着千丝万缕的联系，如何有效地划分元素共生组合类型，是圈定异常的关键。该文利用R型因子分析和聚类分析来判别它们的相关关系，从而确定元素共生组合类型。

2.1R型因子分析

R型因子分析是研究元素共生组合的有效手段和方法[4-7],其中每一个因子所包含主要元素,不仅仅表示它们的一种组合关系,而且反映了一种内在的成因联系[8]。笔者采用R型因子分析对原有10个元素(变量)进行浓缩，提取有代表性的公共因子，根据因子负载矩阵中所反映的不同元素组合来确定各元素的相关关系，进而划分元素共生组合类型[9]。

1—现代冲积层:砂、砾；2—梅勒图组；3—满克头鄂博组；4—侏罗纪变粒二长花岗岩；5—地质界线；6—不整合接触界线；7—推断断层；8—普查区范围图1　普查区地质概况

2.1.1因子分析的前提条件

因子分析的主要任务之一是对原有变量进行浓缩，即将工作区10个元素中的信息重叠部分进行提取并综合成因子，进而达到减少变量个数的目的，因此要求原有变量之间应存在较强的相关关系，否则，如果原有变量之间相互独立，不存在信息重叠，也就无法从中综合出能够反映某些变量共同特性的几个较少的公共因子[10]。该文利用巴特利特球度检验和KMO检验对所选数据进行相关关系检验，概率P小于给定的显著性水平a时，认为原有变量适合做因子分析；KMO值越接近于1，意味着变量间的相关性越强[11]。工作区KMO值为0.779，概率P值为0，适合做因子分析。

2.1.2元素组合类型的确定

用全区4628件样品10元素的分析数据做R型因子分析，前5个因子特征根代表的方差已占总方差的80%以上(表1)，因此视这5个因子为主要因子。由于正交旋转因子负载矩阵比初始因子负载矩阵所反映的元素组合更具合理性和可解释性[12]，因此该文采用了正交旋转因子载荷矩阵(表2)来划分元素组合，可以认为这5个因子分别代表了工作区的5种元素组合类型，以因子载荷绝值γ>0.4的元素为该因子主要载荷元素，得出因子结构式(表3)，即确定了5种元素组合类型：F1-As，Sb，Mo；F2-Pb，Ag，Bi；F3-Zn，Cu；F4-W；F5-Au。

2.2R型聚类分析

因子分析提取了各元素对区内地球化学变差的贡献，但各元素间的亲疏关系不明，利用原始数据做聚类分析反映各元素间的亲疏关系，研究各因子分配情况(图2)。R型聚类分析在γ=0.34的相似水平上，可分为5大聚类：Ⅰ簇-Cu，Zn；Ⅱ簇-Pb，Bi，Ag；Ⅲ簇-W；Ⅳ簇-Mo，As，Sb；Ⅴ簇-Au。

表1　因子解释原有变量总方差情况

表2　正交因子载荷矩阵

表3　因子结构式

图2　R型聚类分析图

2.3元素组合特征分析

聚类分析中的Ⅰ簇元素组合为Cu，Zn，对应因子分析中的变量F3；Ⅱ簇元素组合为Pb，Bi，Ag，与F2相对应，两种元素组合为区内主要多金属矿化元素，说明普查区内存在较强的热液活动。区域上已发现多处铜、铅、锌矿点，主要为中温热液型矿床。从矿床地质特征看，该类型矿床主要分布在中酸性岩体与地层接触带附近。普查区发育侏罗纪变粒二长花岗岩，该岩体与晚白垩世梅勒图组、晚侏罗世满克头鄂博组的接触带和土壤地球化学异常是寻找该类型矿床的标志。

Ⅲ簇元素组合仅为W元素，对应变量F4。由表2看出，W元素在其他变量中的载荷要远远小于F4，充分说明W元素在该区的富集具有较大的独立性。

Ⅳ簇元素组合为Mo，As，Sb，对应变量F1，该组合主要反映区内的岩浆作用，但不排除独立成矿的可能性。

Ⅴ簇元素组合为Au元素，对应变量F5，充分说明Au元素本身离散的特性，但区内金多处高值点，也有可能在局部富集成矿。

3　应用效果

笔者用样品化验数据，绘制了F1-As，Sb，Mo；F2-Pb，Ag，Bi；F3-Zn，Cu 3张组合异常图，结果显示，异常明显，元素套合程度高，有效的圈定了组合异常，为下一步的异常查证工作指明了方向，这也充分证明了R型因子分析和聚类分析划分元素共生组合类型的有效性。

4　结论

(1)R型因子分析和聚类分析是划分元素共生组合的有效方法，二者对应性较强，通过对比，大大增强了划分元素共生组合类型的准确性。

(2)由R型因子分析和聚类分析得知，普查区10种元素可划分为5种元素共生组合类型：As，Sb，Mo；Pb，Ag，Bi；Zn，Cu；W；Au，为圈定组合异常类型提供了依据。

(3)Cu，Zn，Pb，Bi，Ag为区内主要的多金属矿化元素，中酸性岩体与地层接触带附近为成矿有利部位，建议对接触带上的该类异常区进行重点查证。

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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；编辑：曹丽丽

何其芬(1986—)，女(土家族)，贵州铜仁人，助理工程师，主要从事地质矿产勘查工作；E-mail：heqifen1987@163.com

P208

B

①内蒙古第六地质矿产勘查开发有限责任公司，内蒙古自治区鄂伦春自治旗伊山林场金矿普查，2012年。