黄土中主要元素主成分和聚类分析

孙忠戈

（沈阳农业大学辽宁沈阳110866）

黄土中主要元素主成分和聚类分析

孙忠戈

（沈阳农业大学辽宁沈阳110866）

本文就是通过主因子分析方法在黄土常量和微量元素中，找出几个对土壤性质起着决定性作用的因子。分析出在不同发生层化学组不同，因子作用也会有差异，因此算出因子在各发生层的得分，可以作为反应沉积环境和物源的科学指标。

黄土；主要元素；主成分；聚类分析

1　黄土中主量元素主因子分析

本文对黄土中主量元素氧化物和微量元素的含量进行了主因子分析，选取特征值大于1的主因子，并且剔除了绝对值小于0.3的数值。从方差极大正交旋转后的因子载荷矩阵中提取出3个主因子，累计方差贡献为87.79%，基本上能够代表整个剖面的的数据变化。

主因子F1的方差贡献率为49.97%，明显高于其他因子，是影响黄土沉积物地球化学组成的主要因素。因为正载荷元素较多，为了方便对比本文选择正载荷较大的（>0.7）元素。正载荷的大于0.7的元素有Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、MnO2、P2O5、Co、Ni，其中主要包含了在表生环境下相对活跃的常量元素和微量元素，F1因子正载荷元素中MnO2、Fe2O3、Co、Ni都属于铁族元素，四者具有亲疏性，且在沉积过程中经常共生在风化产物中富集。氧化物Fe2O3和MnO2对沉积环境的氧化还原条件非常敏感。CaO、MgO、Al2O3和P2O5等都是相对活泼的氧化物，风化作用下极易淋漓并迁移，并极易受细粒粘土吸附或生物作用富集。该因子中的负载荷元素是Na2O是容易受到化学风化作用影响的氧化物，而SiO2是黄土沉积物最主要的地球化学氧化物，SiO2含量的多少直接影响到其他元素的含量，所以SiO2与其他常量氧化物均呈不同程度负相关，即SiO2的“稀释剂”作用。因此推测F1反映了风化程度和沉积过程中的古气候变化。

第二主成分F2的方差贡献为27.42%。载荷绝对值大于0.7的元素有，K2O、V、Cr、Ba、Zn，这其中包含表生环境下地球化学性质相对稳定，且这些元素在火山灰层中都表现出了含量的异常性，如Cr、V和Zn；以及化学性质活跃的K2O。因此第二主成分F2反映了外来沉积的影响，其中活性成分反映了环境中物理、化学生物作用的变化。

第三主成分F3因子的方差贡献为10.40%，元素载荷较大的有MnO2、Pb、V、Ba、Zn、Cu，该组元素大部分都属于陆源物质特征的标志，说明该组分受陆源碎屑物质沉积作用影响较大，反应来源是广泛的上部陆壳。

2　地球化学元素聚类分析

聚类分析是反映事物的相关性并把相关程度大的事物归为一类的数理统计方法。这种做法能够大大缩小以往全凭主观的判断所造成的误差，使数据分析的结果更具客观性。本文应用R-型聚类分析方法，将黄土元素进行分析。

图1　黄土元素聚类谱系图

如图1所示，表现为黄土元素更可能是有相同的迁移和积累过程；Ⅰ组中的TiO2和Zr是不易移动、难于风化相对稳定的元素，在沉积物的源区多存在于相对较粗的风化物中，是典型的亲碎屑元素。TiO2和Zr两者相关性较好，可能与土壤的沉积母质中金红石、锆石矿物有关。Co、TFe2O3、MnO2、Ni、是具有亲铁性的元素，相关性较好，可以认为在剖面的形成过程中铁质矿物具有较为稳定的表生行为。据此可以判断这组元素可能受沉积母质影响较大的元素组合。第Ⅱ组元素中，V是周期表第五副族的第一个元素具有较强亲氧性。Ba为易淋溶元素，Ba的含量和沉积风化过程中元素淋失程度有关。第Ⅲ组只有FeO一种元素，FeO受土壤中的氧化还原条件影响较大。因此可以判断Ⅱ、Ⅲ元素组合是受氧化还原条件影响较大的元素组合。

3　结语

通过上述分析，可以得出黄土沉积物化学组成主要受气候因子和外来沉积物物源因子控制，在不同发生层化学组不同，因子作用也会有差异，因此算出因子在各发生层的得分，可以作为反应沉积环境和物源的科学指标。

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