藺強強

(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 天水 741020)

0 引言

在當(dāng)前的礦產(chǎn)勘查過程中，為了能更好地、全面的、完整的認識全區(qū)地球化學(xué)特征，對區(qū)內(nèi)多種元素進行采樣分析，盡可能多的收集區(qū)內(nèi)地球化學(xué)數(shù)據(jù)信息；為了準確的提煉出區(qū)內(nèi)主要成礦特征的地球化學(xué)元素組合，又能更多地反映原始數(shù)據(jù)的信息，有效地劃分成礦遠景區(qū)，我們通常需要找出能夠反映出各元素間有內(nèi)在聯(lián)系和起主導(dǎo)作用的少數(shù)因子，而因子分析和主成分分析的目的就是利用較少的因子解釋原始數(shù)據(jù)的大部分變異。

筆者利用IBM SPSS Statistics 22軟件中的因子分析模塊對甘肅省文縣地區(qū)1295 km2的1∶5萬水系沉積物測量數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，并對統(tǒng)計結(jié)果所反映的地球化學(xué)特征進行成因分析，以期對本區(qū)水系沉積物測量中元素組合的劃分提供參考依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

區(qū)域上位于西秦嶺南亞帶，構(gòu)造骨架主要由4個由北向南呈帶狀分布的弧形逆沖推覆構(gòu)造帶組成[1-3](圖1a)。

區(qū)域成礦帶屬于文縣-康縣金-錳-磷-重晶石成礦亞帶和碧口金-銅-鈷成礦亞帶，成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，成礦帶內(nèi)已發(fā)現(xiàn)陽山大型金礦、石雞壩中型金礦、東風(fēng)溝大型重晶石礦等，礦床類型以中低溫?zé)嵋盒徒鸬V為主。

2 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)以文康斷裂為界，北部屬于南秦嶺地層分區(qū)，南部屬于摩天嶺地層分區(qū)。區(qū)內(nèi)地層分布由老至新依次有青白口系、震旦系、寒武系、泥盆系、石炭系、三疊系、白堊系和第四系，整體自南向北依次呈帶狀展布，中間缺失奧陶系—二疊系、侏羅系、古近系及新近系[4-6](圖1b)。

文康斷裂以北為南秦嶺構(gòu)造帶的組成部分，以南為揚子板塊北緣構(gòu)造帶，近EW向帶狀展布的地層體之間多呈構(gòu)造接觸關(guān)系，變形作用表現(xiàn)強烈?？v觀全區(qū)，條塊鑲嵌的結(jié)構(gòu)特征、逆沖疊置的組成特點是區(qū)內(nèi)構(gòu)造格架的基本特征。

研究區(qū)內(nèi)巖漿活動較弱，無大規(guī)模的侵入巖發(fā)育，僅有一些小的酸性巖脈。這些酸性巖脈主要侵入于泥盆系橋頭巖組、屯寨巖組中，寬數(shù)米至十余米，長一般數(shù)十米，脈體展布方向與區(qū)域構(gòu)造線基本一致，為近EW向或NNE向，多沿片理分布，因此其產(chǎn)狀受圍巖產(chǎn)狀控制，常被擠壓成扁豆?fàn)?，或呈?gòu)造巖塊產(chǎn)出。

圖1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)(a)及地質(zhì)簡圖(b)

研究區(qū)礦產(chǎn)分布在空間上受特定的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境、特定的地層控制，顯現(xiàn)出較明顯的空間分布規(guī)律，區(qū)內(nèi)礦床分布具有北東成帶的格局。主要為北、中、南三條帶，展布方向與區(qū)內(nèi)地層、構(gòu)造線展布方向基本一致?，F(xiàn)分述如下：

1)北帶典型礦床以陽山金礦為代表，其成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，泥盆系橋頭組為主要容礦地層，安昌河—觀音壩斷裂帶是礦區(qū)最重要的導(dǎo)礦、容礦構(gòu)造；圍巖蝕變類型主要有硅化、絹云母化、黃鐵礦化、毒砂化、碳酸鹽化、及高嶺土化。良好的構(gòu)造環(huán)境是構(gòu)造蝕變巖型金礦成礦的有利條件[7]。

2)中帶以東風(fēng)溝重晶石礦為代表，含礦地層是以寒武系干溝組硅質(zhì)巖夾泥巖為主的一套缺氧沉積環(huán)境下熱水沉積地層，區(qū)內(nèi)有區(qū)域斷裂通過，成礦地質(zhì)條件良好，以熱水沉積成因的Ba、V礦產(chǎn)成礦潛力巨大；

3)南帶典型礦床以溝嶺子錳礦為代表，賦存于震旦系關(guān)家溝組與臨江組間的沉積間斷面及臨江組碎屑巖與碳酸鹽巖過渡層內(nèi)，區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)多處錳、鈷、金礦產(chǎn)，其中鈷、錳為沉積型氧化礦，金為后期構(gòu)造熱液改造型礦產(chǎn)，在礦區(qū)外圍均有較好找礦潛力。

3 基本方法

在地球化學(xué)異常圈定及異常解釋過程中，元素組合類型的確定尤為重要，因子分析的基本目的就是利用少數(shù)的元素組合類型去描述全區(qū)元素之間的關(guān)系，所以筆者利用R型因子分析方法，根據(jù)元素之間相關(guān)性的大小把元素分組，使得組內(nèi)的變量相關(guān)性較高，而不同組之間的變量相關(guān)性降低，提取出能反映區(qū)內(nèi)主要成礦特征的地球化學(xué)元素組合[8-16]。

3.1 因子分析前提條件

在做因子分析前，首先進行KMO檢驗和巴特利球體檢驗。KMO檢驗用于檢查各元素變量之間的相關(guān)性和偏相關(guān)性，取值在0～1之間。KMO統(tǒng)計量越接近于1，變量間的相關(guān)性越強，偏相關(guān)性越弱，因子分析的效果越好。在實際分析中，KMO統(tǒng)計量在0.7以上時效果比較好；當(dāng)KMO統(tǒng)計量在0.5以下，此時不適合應(yīng)用因子分析法，應(yīng)考慮重新設(shè)計變量結(jié)構(gòu)或者采用其他統(tǒng)計分析方法[17]。

如果變量間彼此獨立，則無法從中提取公因子，也就無法應(yīng)用因子分析法。Bartlett球形檢驗判斷如果相關(guān)陣是單位陣，則各變量獨立因子分析法無效。檢驗結(jié)果顯示Sig.<0.05(即P值<0.05)時，說明各變量間具有相關(guān)性，因子分析有效。

KMO統(tǒng)計量和Bartlett球形檢驗均可以通過SPSS軟件實現(xiàn)。

對本區(qū)19個元素，6226件樣品的分析數(shù)據(jù)進行了KMO統(tǒng)計量和Bartlett球形檢驗，由表1可知，KMO值為0.833，Bartlett球形檢驗統(tǒng)計量為78193.03，相應(yīng)的概率值接近0，因此，認為本區(qū)數(shù)據(jù)適合做因子分析[18]。

表1 KMO和巴特利特檢驗表Table 1 KMO and Bartlett test table

3.2 因子分析原理和方法

因子分析是一種通過具體指標(biāo)評測抽象因子的分析方法，基本目的是用少數(shù)幾個因子去描述多個變量之間的關(guān)系，被描述的變量是能實際觀測到的變量，而因子是不可直接觀測的潛在變量，基本思想是根據(jù)相關(guān)性的大小把變量分組，使得同組內(nèi)的變量相關(guān)性較高，而不同組之間的變量相關(guān)性降低，每組變量代表1個基本結(jié)構(gòu)，這些基本結(jié)構(gòu)成為公共因子[19-20]。

3.3 因子分析的基本步驟

因子分析的核心問題有兩個：一是如何構(gòu)造因子變量，二是如何對因子變量解釋。本文因子分析的基本步驟：

1)確定原始數(shù)據(jù)所有元素是否適合做因子分析。

2)求解原始數(shù)據(jù)的相關(guān)矩陣、特征值、特征向量、方差貢獻率及累計方差貢獻率。

3)確定因子個數(shù)，利用旋轉(zhuǎn)方法使因子變量更具可解釋性。

4)計算因子得分。

5)制作因子得分空間分布圖。

4 因子分析

4.1 因子分析結(jié)果

在地殼中某一特定條件下，一些元素傾向于密切伴生，共同產(chǎn)出，甚至在一系列地質(zhì)條件不相同的情況下始終保持密切共生，而因子分析可在許多變量中找出隱藏的具有代表性的因子，將相同本質(zhì)的變量歸入1個因子，找出元素間的內(nèi)在關(guān)系，用因子代替原始變量。它往往指示出某種地質(zhì)上的共生組合和成因聯(lián)系，該方法不僅對原始變量的相關(guān)信息損失較少，而且能深層次反映出地質(zhì)現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系[21-25]。

對工作區(qū)所采集的6226件樣品分析了Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、W、Mo、Bi、Mn、V、Cr、Co、Ni、Hg、Ba、Cd、Sn等19種元素，筆者采用基于主成分分析模型的R型因子分析方法，求解相關(guān)系數(shù)矩陣的特征根，利用特征根(≥1)和累計方差貢獻率確定因子數(shù)[26]。

首先可以確定因子分析初始解，由表2可見，在提取因子時，除Ag信息損失較大外，絕大多數(shù)因子提取后均在0.6以上，說明因子分析提取后變量信息丟失較少，因子提取成果較好。

表2 因子分析初始解Table 2 Initial solution of factor analysis

采用Kaiser 標(biāo)準化最大方差法正交旋轉(zhuǎn)載荷矩陣(表3)劃分元素組合類型，研究區(qū)可劃分為4個因子組合。4個因子可解釋原有19個變量累積方差的64%，且旋轉(zhuǎn)前后總的累計貢獻率沒有發(fā)生變化，即總的信息量沒有發(fā)生變化，表明因子分析效果較好。

研究區(qū)占主要地位的F1因子方差貢獻率(表4)為35.5%，元素組合為Mo、Ba、Cr、Cu、Ni、V、Zn、Hg、Cd，其中Mo、V、Pb、Zn、Cd是與黑色巖系地層有關(guān)的沉積礦床成礦元素組合，Mo為高溫元素，Cu、Zn為親硫元素，Hg是熔點很低的金屬元素，具有很強的遷移能力，擴散面積較大，多與構(gòu)造活動有關(guān)。

表3 研究區(qū)因子分析旋轉(zhuǎn)成分矩陣Table 3 Rotational component matrix of factor analysis in the survey area

表4 因子解釋初始變量總方差Table 4 The total variance of initial variable for factor explanation

綜上，F(xiàn)1因子主要為后期構(gòu)造改造的海底熱水噴流沉積地層元素組合；F2因子為Au、As、Sb、W元素組合，其方差貢獻率為12.3%，其中Au、As、Sb為低溫元素，W為高溫元素，側(cè)面顯示與F2因子有關(guān)的成礦地質(zhì)條件較為復(fù)雜；F3因子組合為Sn、Pb、Bi，三種元素均為親硫元素，推測與硫化物礦床有關(guān)；F4因子方差貢獻率為7.0%，元素組合是Co、Mn，在區(qū)域上為一套位于海灣地帶，與長期風(fēng)化作用相關(guān)的沉積型Co、Mn礦產(chǎn)。采用回歸法估計因子在每個樣本上的得分，制作出4個因子得分異常圖(圖2)，由圖2可以清晰地看出各因子元素組合在工作區(qū)的分布位置，從而反映出區(qū)內(nèi)地層、構(gòu)造展布方向與元素組合之間的關(guān)系。

4.2 因子得分異常圖的認識及成礦遠景區(qū)的劃分

F1因子變量的元素為Mo-Ba-Cr-Cu-Ni-V-Zn-Hg-Cd組合，結(jié)合因子得分異常圖(圖2)和工作區(qū)地質(zhì)背景分析，這是一組與生物—熱水沉積成礦有關(guān)的元素組合類型，與寒武系干溝組硅質(zhì)巖夾炭質(zhì)泥巖—富磷結(jié)核過渡層—炭質(zhì)頁巖的關(guān)系非常密切；與區(qū)內(nèi)NE向斷裂構(gòu)造帶展布方向一致，其中在異常區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)有大型東風(fēng)溝重晶石礦床分布，并已發(fā)現(xiàn)多處Cu、V、Zn金屬礦化點，且分布位置均位于異常高值區(qū)，因此認為該帶為尋找海底熱水沉積成因的V、Ba、Mo、Zn等礦床的找礦遠景區(qū)。

F2因子變量元素為Au-As-Sb-W組合，從元素組合地球化學(xué)性質(zhì)分析，該元素組合為一套中低溫?zé)嵋撼傻V元素組合[27]，結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)背景分析，該元素組合在區(qū)內(nèi)細分為陽山金礦帶和口頭壩金礦帶，因子異常圖顯示與區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的金礦床位置極其吻合，與區(qū)內(nèi)構(gòu)造帶方向基本一致，這一特征反映了區(qū)內(nèi)地層特征和元素組合的分布特征一致，其中北部陽山金礦帶主要異常集中于泥盆系橋頭組中，受泥盆系橋頭組花崗斑巖控制[28]，南部口頭壩金礦帶則主要青白口系秧田壩組構(gòu)造疊片巖內(nèi)部石英脈控制，因此該元素組合異常帶為尋找低溫?zé)嵋盒徒鸬V床的找礦遠景區(qū)。

F3因子為Sn-Pb-Bi元素組合，因子得分異常區(qū)主要分布于湯卜溝-觀音壩逆沖韌性剪切帶北部泥盆系橋頭組中，走向近NE向，推測可能與地層沉積環(huán)境有關(guān)。

F4因子為Co-Mn元素組合，與震旦系關(guān)家溝組、臨江組區(qū)密切相關(guān)，在異常區(qū)已發(fā)現(xiàn)以溝嶺子鈷錳礦為代表的多處Co、Mn礦化點，根據(jù)區(qū)域成礦資料分析，這是一組與關(guān)家溝末期沉積間斷和古陸長期化學(xué)風(fēng)化作用有關(guān)的沉積型礦產(chǎn)元素組合。該元素組合分布區(qū)域在震旦紀臨江早期是一個海灣帶，在長期的化學(xué)風(fēng)化作用下，古陸地上的含錳巖石和分散地表的錳元素得以充分的搬運和集中。地層的沉積間斷和寧靜的海灣相結(jié)合，使得該區(qū)域成為沉積型鈷錳礦的有利地段，因此該元素組合異常帶為尋找沉積型鈷錳礦的找礦遠景區(qū)。

圖2 工作區(qū)因子得分異常圖

5 應(yīng)用效果

根據(jù)因子得分異常圖，對工作區(qū)內(nèi)多處因子得分異常進行了野外檢查，結(jié)果在因子得分最高的F1因子異常區(qū)內(nèi)，在寒武系干溝組內(nèi)發(fā)現(xiàn)鄧家山釩礦化點一處，槐樹村銅礦化線索1處，蒿子店鋅礦化線索一處；在F2因子異常區(qū)發(fā)現(xiàn)鞏家山金礦化線索一處；在F4因子異常區(qū)內(nèi)在震旦系關(guān)家溝組中發(fā)現(xiàn)1處渭溝鈷礦化線索1處(表5)。

表5 因子分析異常檢查成果Table 5 Anomaly examination result of factor analysis

6 結(jié)論

1)因子分析方法能快速有效的揭示不同元素之間的相關(guān)性；

2)利用因子分析劃分的元素組合類型，反映出各元素間的共生組合關(guān)系，結(jié)合區(qū)內(nèi)已知礦床的分布位置、成因及因子組合得分異常分布區(qū)域和地質(zhì)特征，可以為進一步的工作指明方向；

3)區(qū)內(nèi)已知礦點與F1、F2、F4因子異常區(qū)較好的吻合，部分異常區(qū)僅發(fā)現(xiàn)小型礦化點及礦化線索，但結(jié)合成礦地質(zhì)條件分析，在區(qū)內(nèi)有V、Ba、Au、Co、Mn等找礦潛力。