R型聚類分析和因子分析在青海阿拉克湖

韓榮文　高洪生　馬英　徐方

摘要：水系沉積物測(cè)量數(shù)據(jù)較大，測(cè)試元素種類繁多。通過(guò)開(kāi)展阿拉克湖——冬給措納湖地區(qū)區(qū)域化探掃面，總結(jié)測(cè)區(qū)元素濃集特征，通過(guò)元素聚類分析和因子分析，確定測(cè)區(qū)內(nèi)元素相關(guān)性和元素組合特征，為地球化學(xué)找礦模型建立提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：阿拉克湖——冬給措納湖地區(qū)；水系沉積物地球化學(xué)；聚類分析；因子分析

引言

測(cè)區(qū)位于青海省中部，昆侖山山脈東段，行政區(qū)劃隸屬玉樹(shù)藏族自治州曲麻萊縣和海西蒙古族藏族自治州都蘭縣管轄，地理坐標(biāo)東經(jīng)96°00′～99°00′，北緯35°20′～36°00′，工作面積20016km2。在地質(zhì)找礦工作中以水系沉積物測(cè)量方法在區(qū)域化探掃面占有重要位置，是找礦的重要手段之一[1]。前人對(duì)該地區(qū)的基礎(chǔ)地質(zhì)及物化探做了比較系統(tǒng)的工作，但地球化學(xué)測(cè)量工作中分析項(xiàng)目較少，對(duì)研究區(qū)的成礦預(yù)測(cè)相對(duì)薄弱。因此就該地區(qū)1∶25萬(wàn)水系沉積物地球化學(xué)數(shù)據(jù)，通過(guò)R型聚類分析和因子分析方法，總結(jié)該地區(qū)的地球化學(xué)元素組合的相關(guān)性及元素組合特征，為工作區(qū)建立地球化學(xué)找礦模型提供依據(jù)。

1. 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/p>

1.2 地層

區(qū)內(nèi)地層分布受構(gòu)造控制特征明顯，具有明顯的分區(qū)性。地層分布跨越兩個(gè)地層大區(qū)，以測(cè)區(qū)北部的秦祁昆造山系地層為主，出露面積大；南部出露少量西藏——三江造山系地層。北部秦祁昆造山系由北向南主要分布東昆侖弧盆系地層區(qū)的北昆侖巖漿弧地層小區(qū)、東昆侖南坡俯沖增生雜巖帶、木孜塔格——布青山蛇綠混雜巖帶、瑪多——瑪沁增生楔、賽什塘——興海蛇綠混雜巖帶地層小區(qū)；南部為巴顏喀拉地塊地層區(qū)的可可西里——松潘前陸地層小區(qū)[2]。

古元古代地層主要有金水口群（Pt1J）、寧多群（Pt1-2N）、萬(wàn)保溝群（Pt2-3W）。金水口群（Pt1J）地層主要分布于測(cè)區(qū)北部的布爾汗布達(dá)山一帶，分布較廣，空間上受斷層所割，呈斷塊體產(chǎn)于斷裂帶中。

區(qū)內(nèi)早古生代地層僅出露中—上奧陶統(tǒng)納赤臺(tái)群（O2-3N）地層，大致零星分布在艾肯德勒斯特北—狠哪克—龍什更公瑪，總體方向?yàn)楸蔽飨颉?/p>

區(qū)內(nèi)晚古生代地層大致出露于測(cè)區(qū)中部，呈北西向橫貫整個(gè)測(cè)區(qū)，大致沿扎木特和拉—布青山—瓦勒洼一線分布。

中生代地層于區(qū)內(nèi)分布范圍廣，主要分布在測(cè)區(qū)南部，北部分布零星。與地層的接觸關(guān)系多以不整合或斷層形式接觸。

古近紀(jì)（E）—新近紀(jì)（N）—第四紀(jì)（Q）地層分布于區(qū)內(nèi)中南部廣大地區(qū)的山間盆地、溝谷、谷坡地帶。出露巖組較多，有沱沱河組（Et）、雅西措組（E3N1y）、干柴溝組（E3N1g）、五道梁組（N1w）、曲果組（N2q）、獅子山組（N2s）、羌塘組（QP1qt）等。

1.3 巖漿巖

測(cè)區(qū)處于兩大板塊碰撞——俯沖——拆沉——會(huì)聚地帶，威爾遜構(gòu)造旋回發(fā)育完整，因此縫合帶附近的大陸活動(dòng)邊緣地帶巖漿侵入活動(dòng)極為活躍，巖漿巖體區(qū)內(nèi)出露主要分布在測(cè)區(qū)的北部地帶。區(qū)內(nèi)巖漿主要以侵入為主，噴發(fā)少見(jiàn)。空間上受構(gòu)造控制明顯，多產(chǎn)于斷裂帶或其兩側(cè)，侵入體產(chǎn)狀多呈小巖株或脈狀，為活動(dòng)大陸邊緣弧、碰撞、后碰撞、后造山地質(zhì)環(huán)境。巖石類型主要有中—酸性巖及堿性巖，超基性巖、基性巖由于構(gòu)造侵位不夠，區(qū)內(nèi)未見(jiàn)出露。它們分屬加里東期、印支期、燕山期和喜山期。

2. 水系沉積物異常特征

2.1 樣品采集和數(shù)據(jù)處理

測(cè)區(qū)以昆侖山脊為界南部處于高寒湖泊丘陵區(qū)，北部地區(qū)為高寒山區(qū)景觀，區(qū)內(nèi)基巖大面積出露，水系發(fā)育。本次區(qū)域化探工作采用平均采用密度1.8個(gè)點(diǎn)/4km2，-10目～+60目截取粒級(jí)，能真實(shí)客觀地反映本區(qū)元素地球化學(xué)分布特征[3-6]。

測(cè)試項(xiàng)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項(xiàng)。本次研究根據(jù)需要選擇了Ag、Au、As、Co、Cu、Mn、Mo、Ni、Pb、Sb、Sn、W、Zn進(jìn)行分析研究。將全區(qū)40種元素或氧化物的平均值作為豐度，與全省和東昆侖地區(qū)豐度作比較分析測(cè)區(qū)元素的富集特征。與東昆侖地區(qū)相比As、Sb、W、Sn、Mo、Bi、Pb、Zn、La、Ti、B、Zr元素豐度略低；而Ag、Ba、Cd、Sr、Th、CaO、MgO、K2O、Na2O豐度明顯偏高；與全省相比As、B、Sb、Ti、W、Zr豐度比全省略低；而Ag、Ba、Cd、Sr、CaO豐度明顯偏高，其余元素豐度與全省相當(dāng)；As、Sb、W、Sn、Mo、Bi、Pb、Zn、La、Ti、B等元素在測(cè)區(qū)均呈現(xiàn)低背景局部強(qiáng)烈富集的特征（表2-1）。

2.2 元素聚類分析

對(duì)本區(qū)元素采用R型聚類分析法對(duì)全區(qū)水系沉積物測(cè)量中元素進(jìn)行研究（圖1）。從譜系圖上可以明顯的將40種元素分為八個(gè)大的族群，在相關(guān)系數(shù)大于0.268的基礎(chǔ)上將元素組合近一步劃分提取更科學(xué)合理的地質(zhì)意義。第Ⅰ簇為單元素Ag，表征的地質(zhì)意義可解釋為反映昆南斷裂以北火山沉積疊加后期熱液改造，某種程度上反映了該地區(qū)火山巖地層中硫化物礦床的成礦地質(zhì)作用。第Ⅱ簇元素以黑色金屬元素為主。Cr、Ni、Co、Cu、V、Ti、Fe2O3、Mn、MgO、P是一組典型的反應(yīng)基性火山巖或基性——超基性侵入巖的元素組合，B、Li在特定條件下與鐵鎂硅酸鹽關(guān)系緊密，As、Sb為中低溫?zé)嵋涸亍?/p>

第Ⅱ簇元素為與基性火山巖、基性——超基性巖有關(guān)及中低溫?zé)嵋涸亟M合。第Ⅲ簇元素組合為W、Mo，元素組合代表了該地區(qū)老變質(zhì)基底地層經(jīng)后期熱液疊加改造的地球化學(xué)特征。第Ⅳ簇元素為單元素Bi，Bi與W、Sn、Mo地球化學(xué)行為十分相似，第Ⅳ簇和第Ⅲ簇距離較近，因此可以認(rèn)為Bi與W、Mo代表了相同的地質(zhì)意義。第Ⅴ簇元素為造巖氧化物、高溫?zé)嵋涸丶跋∮邢⊥练稚⒃亟M合，是典型的中酸性巖漿巖組合。第Ⅵ簇單元素Au，代表了測(cè)區(qū)主要的金成礦作用。第Ⅶ簇元素為Hg，在昆中斷裂、昆南斷裂及布青山南緣斷裂帶Hg呈現(xiàn)明顯富集特征。第Ⅷ簇元素為Sr、CaO、Cd，代表測(cè)區(qū)淺海陸棚相、濱湖相碎屑巖沉積建造和中酸性巖漿活動(dòng)（Sr）。

2.3 元素因子分析

因子分析實(shí)際上是一種降維分析，降維后使標(biāo)本具有更明確的意義[7]。在40元素（化合物）相關(guān)矩陣的基礎(chǔ)上進(jìn)行因子分析，截取各因子特征根較大、累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)85%的前12個(gè)因子作為主要因子，對(duì)其作方差極大正交旋轉(zhuǎn)，得到旋轉(zhuǎn)后因子模型（表2-2）。

2.4 綜合解釋

（1）第Ⅰ簇和F5因子載荷均為單元素Ag，從聚類分析譜系圖上可看出第Ⅰ簇與第Ⅱ簇距離較近。因此F5因子表征的地質(zhì)意義可解釋為反映昆南斷裂以北火山沉積疊加后期熱液改造，某種程度上反映了該地區(qū)火山巖地層中硫化物礦床的成礦地質(zhì)作用。

（2）第Ⅱ簇元素與F1因子正載荷元素、F6因子負(fù)載荷元素、F12因子正載荷元素、F13因子正載荷元素一致，元素以黑色金屬元素為主。Cr、Ni、Co、Cu、V、Ti、Fe2O3、Mn、MgO、P是一組典型的反應(yīng)基性火山巖或基性——超基性侵入巖的元素組合，B、Li在特定條件下與鐵鎂硅酸鹽關(guān)系緊密，As、Sb為中低溫?zé)嵋涸亍Ｒ虼说冖虼卦貫榕c基性火山巖、基性——超基性巖有關(guān)及中低溫?zé)嵋涸亟M合。

（3）第Ⅲ簇元素組合為W、Mo，F(xiàn)11因子載荷元素為Mo，二者表征了相同的地質(zhì)意義，二者均為偏酸性的元素，與中酸性侵入巖關(guān)系密切。反映出載荷元素在古元古金水口和中元古小廟組地層區(qū)呈現(xiàn)高強(qiáng)富集趨勢(shì)，Mo、W元素組合代表了該地區(qū)老變質(zhì)基底地層經(jīng)后期熱液疊加改造的地球化學(xué)特征。

（4）第Ⅳ簇元素和F9因子載荷元素均為單元素Bi，Bi與W、Sn、Mo地球化學(xué)行為十分相似，聚類分析譜系圖上可以看出第Ⅳ簇和第Ⅲ簇距離較近，因此可以認(rèn)為Bi與W、Mo代表了相同的地質(zhì)意義。

（5）第Ⅴ簇元素和F2因子負(fù)載荷元素、F3和F4因子正載荷元素為造巖氧化物、高溫?zé)嵋涸丶跋∮邢⊥练稚⒃亟M合，是典型的中酸性巖漿巖組合。

（6）第Ⅵ簇和F8因子載荷元素僅有單元素Au，代表了測(cè)區(qū)主要的金成礦作用。

（7）第Ⅶ簇和F10因子載荷元素為Hg，Hg是對(duì)構(gòu)造活動(dòng)反應(yīng)最為靈敏的元素，因此在昆中斷裂、昆南斷裂及布青山南緣斷裂帶Hg呈現(xiàn)明顯富集的特征。

（8）第Ⅷ簇元素為Sr、CaO、Cd，分別為F7因子正載荷元素和F4因子負(fù)載荷元素，Sr除具有F7因子相同的地質(zhì)意義外，一定程度上代表了昆中巖漿弧帶的中酸性巖漿活動(dòng)。因此Sr、CaO、Cd三種元素（氧化物）代表測(cè)區(qū)淺海陸棚相、濱湖相碎屑巖沉積建造和中酸性巖漿活動(dòng)（Sr）。

3. 結(jié)論

（1）依據(jù)R型聚類分析，工作區(qū)40種元素或化合物可分為8族組合類型。

（2）依據(jù)因子分析，工作區(qū)40種元素或化合物可總結(jié)出13個(gè)主因子。

（3）因子分析和聚類分析結(jié)果對(duì)應(yīng)較好，有效確定了測(cè)區(qū)內(nèi)元素共生組合類型，為組合異常圈定提供依據(jù)，且按照該元素組合類型圈定的組合異常，異常套合程度高，異常明顯。

（4）因子分析和聚類分析是劃分元素相關(guān)性的有效方法，兩者在地球化學(xué)測(cè)量中普遍共同應(yīng)用，相互對(duì)比和驗(yàn)證，提高了元素組合類型劃分的準(zhǔn)確性。

（5）對(duì)于通過(guò)因子分析與聚類分析劃分出來(lái)與成礦作用相關(guān)的元素組合，可確定后期測(cè)區(qū)地球化學(xué)找礦模型類型。

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