黃土中主要元素主成分和聚類分析

孫忠戈

（沈陽農業大學遼寧沈陽110866）

黃土中主要元素主成分和聚類分析

孫忠戈

（沈陽農業大學遼寧沈陽110866）

本文就是通過主因子分析方法在黃土常量和微量元素中，找出幾個對土壤性質起著決定性作用的因子。分析出在不同發生層化學組不同，因子作用也會有差異，因此算出因子在各發生層的得分，可以作為反應沉積環境和物源的科學指標。

黃土；主要元素；主成分；聚類分析

1　黃土中主量元素主因子分析

本文對黃土中主量元素氧化物和微量元素的含量進行了主因子分析，選取特征值大于1的主因子，并且剔除了絕對值小于0.3的數值。從方差極大正交旋轉后的因子載荷矩陣中提取出3個主因子，累計方差貢獻為87.79%，基本上能夠代表整個剖面的的數據變化。

主因子F1的方差貢獻率為49.97%，明顯高于其他因子，是影響黃土沉積物地球化學組成的主要因素。因為正載荷元素較多，為了方便對比本文選擇正載荷較大的（>0.7）元素。正載荷的大于0.7的元素有Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、MnO2、P2O5、Co、Ni，其中主要包含了在表生環境下相對活躍的常量元素和微量元素，F1因子正載荷元素中MnO2、Fe2O3、Co、Ni都屬于鐵族元素，四者具有親疏性，且在沉積過程中經常共生在風化產物中富集。氧化物Fe2O3和MnO2對沉積環境的氧化還原條件非常敏感。CaO、MgO、Al2O3和P2O5等都是相對活潑的氧化物，風化作用下極易淋漓并遷移，并極易受細粒粘土吸附或生物作用富集。該因子中的負載荷元素是Na2O是容易受到化學風化作用影響的氧化物，而SiO2是黃土沉積物最主要的地球化學氧化物，SiO2含量的多少直接影響到其他元素的含量，所以SiO2與其他常量氧化物均呈不同程度負相關，即SiO2的“稀釋劑”作用。因此推測F1反映了風化程度和沉積過程中的古氣候變化。

第二主成分F2的方差貢獻為27.42%。載荷絕對值大于0.7的元素有，K2O、V、Cr、Ba、Zn，這其中包含表生環境下地球化學性質相對穩定，且這些元素在火山灰層中都表現出了含量的異常性，如Cr、V和Zn；以及化學性質活躍的K2O。因此第二主成分F2反映了外來沉積的影響，其中活性成分反映了環境中物理、化學生物作用的變化。

第三主成分F3因子的方差貢獻為10.40%，元素載荷較大的有MnO2、Pb、V、Ba、Zn、Cu，該組元素大部分都屬于陸源物質特征的標志，說明該組分受陸源碎屑物質沉積作用影響較大，反應來源是廣泛的上部陸殼。

2　地球化學元素聚類分析

聚類分析是反映事物的相關性并把相關程度大的事物歸為一類的數理統計方法。這種做法能夠大大縮小以往全憑主觀的判斷所造成的誤差，使數據分析的結果更具客觀性。本文應用R-型聚類分析方法，將黃土元素進行分析。

圖1　黃土元素聚類譜系圖

如圖1所示，表現為黃土元素更可能是有相同的遷移和積累過程；Ⅰ組中的TiO2和Zr是不易移動、難于風化相對穩定的元素，在沉積物的源區多存在于相對較粗的風化物中，是典型的親碎屑元素。TiO2和Zr兩者相關性較好，可能與土壤的沉積母質中金紅石、鋯石礦物有關。Co、TFe2O3、MnO2、Ni、是具有親鐵性的元素，相關性較好，可以認為在剖面的形成過程中鐵質礦物具有較為穩定的表生行為。據此可以判斷這組元素可能受沉積母質影響較大的元素組合。第Ⅱ組元素中，V是周期表第五副族的第一個元素具有較強親氧性。Ba為易淋溶元素，Ba的含量和沉積風化過程中元素淋失程度有關。第Ⅲ組只有FeO一種元素，FeO受土壤中的氧化還原條件影響較大。因此可以判斷Ⅱ、Ⅲ元素組合是受氧化還原條件影響較大的元素組合。

3　結語

通過上述分析，可以得出黃土沉積物化學組成主要受氣候因子和外來沉積物物源因子控制，在不同發生層化學組不同，因子作用也會有差異，因此算出因子在各發生層的得分，可以作為反應沉積環境和物源的科學指標。

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