基于SPSS的因子分析在多目标地球化学分区中的应用
摘要：多目标地球化学调查测试分析指标多，在进行地球化学分区中，为了全面完整地把握地球化学特征，需要尽可能多的收集测试指标，基于SPSS的因子分析以最少的信息丢失为前提，将众多的原有变量综合成较少的几个综合指标，不仅减少计算工作量，因子的命名解释也有助于对因子分析结果的解释评价。
关键词：多目标地球化学；SPSS；因子分析；地球化学分区；龙门县
中图分类号：P591 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）33-0071-03
多目标地球化学调查是针对第四纪覆盖区开展的基础性调查工作，主要包括基础地质、资源潜力与生态环境等三大方面。测试结果包括54项元素的地球化学特征，具有信息量大，数据多的特点。如何处理大量数据，获取不同区域地球化学特征是一项艰巨的任务。本文以广东省惠州市龙门县多目标地球化学调查成果为例，介绍了基于SPSS统计软件的因子分析在地球化学分区中的应用。
一、多目标地球化学分区依据
1．地球化学分区依据在于：一是要基于介质的地球化学性质，二是要能够反映表壳岩系的主要差异，三是要具备区域性的、连续性的分区特征。
2．地球化学分区应为环境、农业和资源等应用领域提供基础地球化学依据。
3．陆域表层和深层土壤地球化学特征显著，都对地质背景的地球化学性质继承明显，但表层土壤的样品密度是深层的4倍，因此，采用表层土壤（原始数据）进行地球化学分区。
4．鉴于表层土壤经受了一定程度的生物作用和人为输入作用，虽然作用不显著，基本没有掩盖土壤的自然演变规律，但在利用元素地球化学数据进行分区时，不考虑TC、Corg、N、S、Br、Cl、Hg、Cd、I、B等10项指标（进行各分区统计量计算时，仍计算这些元素和指标）。
5．利用多目标地球化学调查其余的44项元素地球化学指标采用数学方法进行分区计算，尽量不进行人为干扰。
二、多目标地球化学分区方法
1．用因子分析的方法进行变量降维和指标组合，从指标组合特征寻求分区信息。
2．进行样品聚类分析和判别分析，对样品进行空间分类。
3．根据以上计算结果，结合其最拟合的背景因素（地质背景、土壤类型等）进行分区和综合。
4．进行各区命名、地球化学特征归纳及不同应用领域的适宜性讨论。
三、多目标地球化学分区过程
1．利用表层土壤44项元素和指标进行因子分析，按特征值大于1的限定共提取9个因子。其中，因子F1的元素组合为Th、U、Rb、Ga、Al2O3、Ti、Be、Tl、Cr、Nb、SiO2、Ce、Y、Ge、F、Sn、Na2O，方差解释量达32%。由样品因子得分图（图1）可知样品得分值分为三部分，高值区（约大于0.27）与龙门县西部早白垩世花岗岩分布区相吻合，低值区（约小于-0.28）与龙门县第四系、泥盆纪及石炭纪等的沉积岩相吻合，中值区（0.27～-0.28）与其他古生界地层、中生代火山岩、花岗岩、碱性侵入岩和变质岩等相吻合。可见，因子分析结果反映了龙门县的元素地球化学分布总体特征，为地球化学分区提供了基础框架。
2．以上计算表明，龙门县表层土壤对地质背景的反映灵敏，根据表层土壤地球化学特征进行地球化学分区切实可行。据此，进行三个地球化学区划分，即“地派－南昆山地球化学区”——为龙门西部火山岩分布区，“蓝田－左潭－路溪地球化学区”——即古生界地层、中生代火山岩、花岗岩、碱性侵入岩和变质岩地区化学区，“平陵－龙华－麻榨地球化学区”——即龙门东南部至西南部第四系、泥盆纪及石炭纪等的沉积岩分布区。各地球化学区主要以地质界线划分，同时省去各区内其他零星的地质背景区（图1，图2）。
四、地球化学分区结论
表层土壤中54项元素和指标在不同地球化学区和亚区中的原始含量水平及分布特征各有不同，结合地形地貌等因素，不同地球化学区和亚区的农业、环境和资源的适宜性也各不相同。
（一）地派―南昆山地球化学区
1．该区S、Cl、Fe2O3、Zn、I、Mo、Se、F、Br、La、Ge、Sn、Ga、Tl、Be、Th、U、Ce、Zr、Y、Nb、Rb、Al2O3、W含量为全区最高，CaO、P、MgO、SiO2、Co、V、Pb、Sr、Ba、Ti、Sc含量为全区最低。
2．在农业生产方面，本区为中低山和丘陵地貌，地形起伏大，不利于连片种植和灌溉，因此农业生产条件较差，可发展林地和园地等管理粗放型农业，土壤主要为花岗岩风化土，土壤较其他地球化学区作物营养元素N、P、S、Corg和有益元素Mn、Br、I等含量均较少，因此，土壤肥力不好，应广施复合肥等。值得注意的是该地区富含Se元素，应进一步追踪Se元素的分布特征，发展富硒特色农作物的种植。
3．在环境方面，重金属元素除了Zn以外含量均少，潜在放射性元素U、Th含量较高，标准差又很大，因此局部地区存在放射性污染环境质量安全威胁。
4．在资源方面，稀土元素La、Ce及Zn、W、Sn、Mo等元素含量最高，元素组合特征明显，因此，形成火山岩型及其次生作用类型的贵金属或有色金属矿产可能性大。其次，Al2O3的含量为各地球化学区最高，标准差也最大，加上土壤在热带条件下强烈而又持久的脱硅富铝作用，有可能在局部形成铝土矿床。
（二）蓝田－左潭－路溪地球化学区
1．该区K2O、Na2O、MgO、Mn、Co、Bi、Sr、Ba、Sc的含量为全区最高，TC、Corg、N、S 、Fe2O3、Cu、Se、Cr、Ni、Cd、Sb、Hg、As、Li、Zr、Ag、Au、B的含量为全区最低（表1）。
2．在农业生产方面，本区为山地地貌，主要为花岗岩风化土，土壤粘度极低，透水性好，不易保水保肥，因此农业生产条件较差；土壤中作物营养元素、有益元素等含量最低，土壤肥力差，应广施各类肥料，确保农业丰收；上述元素的含量分布标准差大小不一，这就意味着元素含量空间分布的均匀性不确定，可能存在局部富集地区，因此要加强土地特别是农业用地利用规划，为农业高产高效和安全生产提供科学决策。
3．在环境方面，重金属元素及放射性元素含量少，因此在该区应大力发展绿色无公害农产品。
4．在资源方面，Mn元素含量最高，元素组合特征不明显，因此，形成火山岩型及其次生作用类型的贵金属或有色金属矿产可能性不大。
（三）平陵－龙华－麻榨地球化学区
1．该区TC、Corg、N、CaO、P、SiO2、Cu、Cr、V、Ni、Cd、Sb、Hg、Pb、As、Li、Ti、Ag、Au、B的含量为全区最高，K2O、Cl、Na2O、Zn、Mn、I、Mo、F、Br、La、Ge、Sn、Ga、Bi、Tl、Be、Th、U、Ce、Y、Nb、Rb 、Al2O3、W的含量为全区最低（表1）。
2．在农业生产方面，本区为台地地貌类型，地形起伏不明显，水资源较丰富，土壤高粘性，透水性差，易于蓄积水源用于灌溉，因此农业生产条件较好，农业经济发达；土壤较其他地球化学区具最高含量的作物营养元素N、P、Corg和有益元素Cu、B等，同时K2O、Na2O等的含量最低，因此，土壤肥力最好，但应广施钾肥。
3．在环境方面，Cr、Cu、Hg、Ni、As、Cd等重金属元素含量相对最高，标准差又很大，因此局部地区存在上列重金属元素环境质量安全威胁。这些有毒有害重金属元素主要与工业三废的排放、农业生产施肥及农药有关，这就为如何科学合理开发利用土地资源提出了新的问题，应开展深入的土壤环境地球化学研究，倡导合理的农业生产。
4．在资源方面，Au、Ag、Cu、Pb、As元素含量最高，元素组合特征明显，因此，形成火山裂隙充填型及其次生作用类型的贵金属或有色金属矿产可能性较大。
参考文献
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作者简介：陈华强（1985-），男，供职于广东省有色金属地质勘查局九三五队，硕士，研究方向：地球化学和环境地质。
（责任编辑：赵秀娟）