R型聚类分析和因子分析在青海阿拉克湖

韩荣文　高洪生　马英　徐方

摘要：水系沉积物测量数据较大，测试元素种类繁多。通过开展阿拉克湖——冬给措纳湖地区区域化探扫面，总结测区元素浓集特征，通过元素聚类分析和因子分析，确定测区内元素相关性和元素组合特征，为地球化学找矿模型建立提供依据。

关键词：阿拉克湖——冬给措纳湖地区；水系沉积物地球化学；聚类分析；因子分析

引言

测区位于青海省中部，昆仑山山脉东段，行政区划隶属玉树藏族自治州曲麻莱县和海西蒙古族藏族自治州都兰县管辖，地理坐标东经96°00′～99°00′，北纬35°20′～36°00′，工作面积20016km2。在地质找矿工作中以水系沉积物测量方法在区域化探扫面占有重要位置，是找矿的重要手段之一[1]。前人对该地区的基础地质及物化探做了比较系统的工作，但地球化学测量工作中分析项目较少，对研究区的成矿预测相对薄弱。因此就该地区1∶25万水系沉积物地球化学数据，通过R型聚类分析和因子分析方法，总结该地区的地球化学元素组合的相关性及元素组合特征，为工作区建立地球化学找矿模型提供依据。

1. 区域地质概况

1.1 构造单元划分

1.2 地层

区内地层分布受构造控制特征明显，具有明显的分区性。地层分布跨越两个地层大区，以测区北部的秦祁昆造山系地层为主，出露面积大；南部出露少量西藏——三江造山系地层。北部秦祁昆造山系由北向南主要分布东昆仑弧盆系地层区的北昆仑岩浆弧地层小区、东昆仑南坡俯冲增生杂岩带、木孜塔格——布青山蛇绿混杂岩带、玛多——玛沁增生楔、賽什塘——兴海蛇绿混杂岩带地层小区；南部为巴颜喀拉地块地层区的可可西里——松潘前陆地层小区[2]。

古元古代地层主要有金水口群（Pt1J）、宁多群（Pt1-2N）、万保沟群（Pt2-3W）。金水口群（Pt1J）地层主要分布于测区北部的布尔汗布达山一带，分布较广，空间上受断层所割，呈断块体产于断裂带中。

区内早古生代地层仅出露中—上奥陶统纳赤台群（O2-3N）地层，大致零星分布在艾肯德勒斯特北—狠哪克—龙什更公玛，总体方向为北西向。

区内晚古生代地层大致出露于测区中部，呈北西向横贯整个测区，大致沿扎木特和拉—布青山—瓦勒洼一线分布。

中生代地层于区内分布范围广，主要分布在测区南部，北部分布零星。与地层的接触关系多以不整合或断层形式接触。

古近纪（E）—新近纪（N）—第四纪（Q）地层分布于区内中南部广大地区的山间盆地、沟谷、谷坡地带。出露岩组较多，有沱沱河组（Et）、雅西措组（E3N1y）、干柴沟组（E3N1g）、五道梁组（N1w）、曲果组（N2q）、狮子山组（N2s）、羌塘组（QP1qt）等。

1.3 岩浆岩

测区处于两大板块碰撞——俯冲——拆沉——会聚地带，威尔逊构造旋回发育完整，因此缝合带附近的大陆活动边缘地带岩浆侵入活动极为活跃，岩浆岩体区内出露主要分布在测区的北部地带。区内岩浆主要以侵入为主，喷发少见。空间上受构造控制明显，多产于断裂带或其两侧，侵入体产状多呈小岩株或脉状，为活动大陆边缘弧、碰撞、后碰撞、后造山地质环境。岩石类型主要有中—酸性岩及碱性岩，超基性岩、基性岩由于构造侵位不够，区内未见出露。它们分属加里东期、印支期、燕山期和喜山期。

2. 水系沉积物异常特征

2.1 样品采集和数据处理

测区以昆仑山脊为界南部处于高寒湖泊丘陵区，北部地区为高寒山区景观，区内基岩大面积出露，水系发育。本次区域化探工作采用平均采用密度1.8个点/4km2，-10目～+60目截取粒级，能真实客观地反映本区元素地球化学分布特征[3-6]。

测试项目：Ag、Au、As、B、Ba、Be、Bi、Cd、Co、Cr、Cu、F、Hg、La、Li、Mn、Mo、Nb、Ni、P、Pb、Rb、Sb、Sn、Sr、Th、Ti、U、V、W、Y、Zn、Zr、SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O、CaO、MgO，共40项。本次研究根据需要选择了Ag、Au、As、Co、Cu、Mn、Mo、Ni、Pb、Sb、Sn、W、Zn进行分析研究。将全区40种元素或氧化物的平均值作为丰度，与全省和东昆仑地区丰度作比较分析测区元素的富集特征。与东昆仑地区相比As、Sb、W、Sn、Mo、Bi、Pb、Zn、La、Ti、B、Zr元素丰度略低；而Ag、Ba、Cd、Sr、Th、CaO、MgO、K2O、Na2O丰度明显偏高；与全省相比As、B、Sb、Ti、W、Zr丰度比全省略低；而Ag、Ba、Cd、Sr、CaO丰度明显偏高，其余元素丰度与全省相当；As、Sb、W、Sn、Mo、Bi、Pb、Zn、La、Ti、B等元素在测区均呈现低背景局部强烈富集的特征（表2-1）。

2.2 元素聚类分析

对本区元素采用R型聚类分析法对全区水系沉积物测量中元素进行研究（图1）。从谱系图上可以明显的将40种元素分为八个大的族群，在相关系数大于0.268的基础上将元素组合近一步划分提取更科学合理的地质意义。第Ⅰ簇为单元素Ag，表征的地质意义可解释为反映昆南断裂以北火山沉积叠加后期热液改造，某种程度上反映了该地区火山岩地层中硫化物矿床的成矿地质作用。第Ⅱ簇元素以黑色金属元素为主。Cr、Ni、Co、Cu、V、Ti、Fe2O3、Mn、MgO、P是一组典型的反应基性火山岩或基性——超基性侵入岩的元素组合，B、Li在特定条件下与铁镁硅酸盐关系紧密，As、Sb为中低温热液元素。

第Ⅱ簇元素为与基性火山岩、基性——超基性岩有关及中低温热液元素组合。第Ⅲ簇元素组合为W、Mo，元素组合代表了该地区老变质基底地层经后期热液叠加改造的地球化学特征。第Ⅳ簇元素为单元素Bi，Bi与W、Sn、Mo地球化学行为十分相似，第Ⅳ簇和第Ⅲ簇距离较近，因此可以认为Bi与W、Mo代表了相同的地质意义。第Ⅴ簇元素为造岩氧化物、高温热液元素及稀有稀土分散元素组合，是典型的中酸性岩浆岩组合。第Ⅵ簇单元素Au，代表了测区主要的金成矿作用。第Ⅶ簇元素为Hg，在昆中断裂、昆南断裂及布青山南缘断裂带Hg呈现明显富集特征。第Ⅷ簇元素为Sr、CaO、Cd，代表测区浅海陆棚相、滨湖相碎屑岩沉积建造和中酸性岩浆活动（Sr）。

2.3 元素因子分析

因子分析实际上是一种降维分析，降维后使标本具有更明确的意义[7]。在40元素（化合物）相关矩阵的基础上进行因子分析，截取各因子特征根较大、累计贡献率达85%的前12个因子作为主要因子，对其作方差极大正交旋转，得到旋转后因子模型（表2-2）。

2.4 综合解释

（1）第Ⅰ簇和F5因子载荷均为单元素Ag，从聚类分析谱系图上可看出第Ⅰ簇与第Ⅱ簇距离较近。因此F5因子表征的地质意义可解释为反映昆南断裂以北火山沉积叠加后期热液改造，某种程度上反映了该地区火山岩地层中硫化物矿床的成矿地质作用。

（2）第Ⅱ簇元素与F1因子正载荷元素、F6因子负载荷元素、F12因子正载荷元素、F13因子正载荷元素一致，元素以黑色金属元素为主。Cr、Ni、Co、Cu、V、Ti、Fe2O3、Mn、MgO、P是一组典型的反应基性火山岩或基性——超基性侵入岩的元素组合，B、Li在特定条件下与铁镁硅酸盐关系紧密，As、Sb为中低温热液元素。因此第Ⅱ簇元素为与基性火山岩、基性——超基性岩有关及中低温热液元素组合。

（3）第Ⅲ簇元素组合为W、Mo，F11因子载荷元素为Mo，二者表征了相同的地质意义，二者均为偏酸性的元素，与中酸性侵入岩关系密切。反映出载荷元素在古元古金水口和中元古小庙组地层区呈现高强富集趋势，Mo、W元素组合代表了该地区老变质基底地层经后期热液叠加改造的地球化学特征。

（4）第Ⅳ簇元素和F9因子载荷元素均为单元素Bi，Bi与W、Sn、Mo地球化学行为十分相似，聚类分析谱系图上可以看出第Ⅳ簇和第Ⅲ簇距离较近，因此可以认为Bi与W、Mo代表了相同的地质意义。

（5）第Ⅴ簇元素和F2因子负载荷元素、F3和F4因子正载荷元素为造岩氧化物、高温热液元素及稀有稀土分散元素组合，是典型的中酸性岩浆岩组合。

（6）第Ⅵ簇和F8因子载荷元素仅有单元素Au，代表了测区主要的金成矿作用。

（7）第Ⅶ簇和F10因子载荷元素为Hg，Hg是对构造活动反应最为灵敏的元素，因此在昆中断裂、昆南断裂及布青山南缘断裂带Hg呈现明显富集的特征。

（8）第Ⅷ簇元素为Sr、CaO、Cd，分别为F7因子正载荷元素和F4因子负载荷元素，Sr除具有F7因子相同的地质意义外，一定程度上代表了昆中岩浆弧带的中酸性岩浆活动。因此Sr、CaO、Cd三种元素（氧化物）代表测区浅海陆棚相、滨湖相碎屑岩沉积建造和中酸性岩浆活动（Sr）。

3. 结论

（1）依据R型聚类分析，工作区40种元素或化合物可分为8族组合类型。

（2）依据因子分析，工作区40种元素或化合物可总结出13个主因子。

（3）因子分析和聚类分析结果对应较好，有效确定了测区内元素共生组合类型，为组合异常圈定提供依据，且按照该元素组合类型圈定的组合异常，异常套合程度高，异常明显。

（4）因子分析和聚类分析是划分元素相关性的有效方法，两者在地球化学测量中普遍共同应用，相互对比和验证，提高了元素组合类型划分的准确性。

（5）对于通过因子分析与聚类分析划分出来与成矿作用相关的元素组合，可确定后期测区地球化学找矿模型类型。

参考文献：

[1] 高延光等.青海北祁连中南沟水系沉积物地球化学特征[J].物探与 化探，2006，30（5）：382-386.

[2] 张雪亭、杨生德等.青海省1∶100万大地构造图说明书[D]. 2007年 10月，北京地质出版社

[3] 马英等.青海阿拉克湖—冬给措纳湖地区1∶25万水系沉积物地球 化学说明书[D].青海省第五地质矿产勘查院. 2015年3月

[4] 张华等.青海省可可西里高寒荒漠化草原区区域化探扫面方法研 究，河北廊坊物化探索.2002年10月

[5] 青海不冻泉——卡巴纽尔多地区1∶25万区域化探地球化学说明 书，青海省第五地质矿产勘查院.

[6] 姬丙艳.青海东昆仑开荒——错尼地区23幅水系沉积物测量及地 面磁法测量，青海省地质调查院.

[7] 姚玉增等.R型因子分析在处理混杂原生晕样品中的应用——以 河北丰宁银矿为例[J].地质与勘探，2005，4（2）：51-55.