青州市表层土壤元素地球化学组合特征研究

青州市表层土壤元素地球化学组合特征研究

收稿日期:20171229;修订日期:20180122;

编辑:陶卫卫基金项目:山东省潍坊市专项资金项目,潍坊市土地质量地球化学调查与评价(Z F C G 2016587

)作者简介:姜冰(1984 ),男,山东昌邑人,工程师,主要从事区域地质调查及矿产勘查工作;E m a i l :j b i n g

08@163.c o m 姜冰,刘阳,颜丙鹏

(山东省第四地质矿产勘查院,山东潍坊 261021

)摘要:聚类分析和因子分析可以获得土壤元素地球化学组合特征及其差异性㊂对青州市表层土壤样品数据进行分析研究,通过聚类分析,绘制表层土壤元素聚类谱系图,将23种元素或指标分为5个元素组合簇群及2个单元素簇,研究各元素间的组合特征,探讨其相关性㊁聚集性及其指示意义;通过因子分析,找出有代表性的因子,用其代表变量,绘制典型因子得分等值线图,并从中分析不同元素组合的区域分布基于何种因素,用11个代表性因子的分布特征就基本可以代表青州市表层土壤23项原始变量的分布特征,并对F 1,F 2,F 3主因子进行了地质解释㊂聚类分析与因子分析相结合,利于表层土壤中元素的共生组合特征及其差异性研究,利于对研究区表层土壤异常进行归纳总结㊂

关键词:聚类分析;因子分析;土壤元素;青州市中图分类号:X 142 文献标识码:B

引文格式:姜冰,刘阳,颜丙鹏.青州市表层土壤元素地球化学组合特征研究[J ].山东国土资源,2018,34(9):4954.

J I A N GB i n g ,L I U Y a n g ,Y A NB i n g p e n g .S t u d y o nG e o c h e m i c a lA s s e m b l a g

eC h a r a c t e r i s t i c s o f S u r f a c e S o i l E l e m e n t s i nQ i n g z h o uC i t y [J ].S h a n d o n g L

a n da n dR e s o u r c e s ,2018,34(9):4954. 2017年,潍坊市土地质量地球化学调查与评价工作中,对测定的青州市8132件表层土壤样品数据,通过聚类分析和因子分析,进行了元素地球化学组合特征研究㊂

1 概述

青州市位于潍坊市西约60k m 处,

属潍坊市辖区的县级市㊂区内总的地势是西南高,东北低;冲沟较多,河流纵横,以近南北向河流为主,少量近东西向,水系源头多在西南部的中低山区;气候属北温带亚湿润大陆性季风气候,多年平均气温12.7ħ,多年平均年降水量为664mm ,多年平均无霜期191.7

天,多年平均积温为4331.7ħ㊂

区内地层分区为华北地层区之华北平原地层分区与鲁西地层分区,地层可分为古生代寒武系㊁奥陶系及新生代新近系㊁第四系㊂岩浆岩仅零星见有中生代闪长玢岩㊁新生代辉绿玢岩㊂火山岩少量分布在谭坊镇,是新生代火山活动的产物㊂区内由2个

构造单元组成,以NW 方向益都断裂为界,西南为

断块隆起区,东北为断块凹陷区㊂构造形式以断裂构造为主,构造方位多N E 向,NW 向次之㊂矿产资源丰富,主要有铁矿㊁水泥用灰岩㊁建筑石料用灰岩㊁

玄武岩等㊂

2 样品采集及分析

2.1 样品采集

土壤表层样采样点布设在1ʒ5万土地利用类型

图上㊂采样点以网格状布设,按1k m 2为单位,采样密度平均为5件/k m 2㊂样点分布在网格内主要土壤类型和土地利用类型的代表性地块内,并兼顾空间分布均匀性㊂在布设的采样点上,以G P S 定位点为中心,向四周辐射20~50m 确定分样点,等份组合成一个混合样㊂采样深度为0~20c m ,由2~6个子样等量混合组成1件样品㊂采集的各分样点土壤掰碎,挑出杂物,充分混合后,四分法留取1~1.5

k g 装入样品袋㊂自然风干过1

0目尼龙筛后样品重㊃

94㊃第34卷第9期 山东国土资源 2018年9月

量不少于500g㊂

2.2样品分析

分析测试有机质,N,P,K,B,M o,M n,S e,I,F, G e,C o,V,P b,Z n,A s,C d,C r,C u,H g,N i,p H,全盐量等23项指标㊂

样品测试由山东省第四地质矿产勘查院实验测试中心承担,采用等离子体质谱法㊁X射线荧光光谱法为主要检测方法,辅以原子荧光光谱法㊁粉末发射光谱法㊁离子电极法㊁容量法和分光光度法等方法的多元素分析配套方法㊂样品测试质量由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所进行监控,通过密码样㊁监控样㊁标准样多种监控手段,保证了样品分析质量的可靠性㊂样品分析结果均合格㊂

3元素组合特征

3.1聚类分析

在长期的自然营力和人类活动影响下,土壤元素发生了迁移㊁分散和富集作用,一些地球化学元素呈有规律的组合,呈现良好的共同消长关系和较好的相关性㊁聚集性[14]㊂

对研究区表层土壤中元素聚类分析表明(图1),不同类型元素往往聚集在同一簇类中[5]㊂按置信度20,可将23种元素或指标分为5个元素组合簇群及2个单元素簇㊂

图1研究区表层土壤元素聚类谱系图

第一簇群为有机质,N,S e,I,C d,A s,M o,P b, Z n组合;第二簇群为N i,C o,C r,V,M n,C u组合;第三簇群为P,全盐量组合;第四簇群为K,G e组合;第五簇群为B,F组合;其余H g,p H与其他元素相关性差,各自形成单元素簇㊂

由聚类分析结果发现,研究区表层土壤中铁族元素(C o,N i,C r,V,M n)㊁亲铜元素(C u,P b,Z n, A s,H g)㊁腐泥质元素(有机质,N,P)具有明显的组合特征㊂

(1)铁族元素(C o,N i,C r,V,M n)㊂C o,N i,C r, V,M n等铁族元素地球化学性质相近,都具有亲铁㊁亲硫和亲氧三重性[6]㊂从聚类谱系图可以看出,表层土壤中铁族元素亲和性强,C o N i C r V M n 构成一个阶梯状簇团,表现出铁族元素间的地球化学组合保持良好的稳定性㊂

(2)亲铜元素(C u,P b,Z n,A s,H g)㊂这类元素也被称为成矿元素,在区域上常形成与矿床或含矿地层岩石相联系的地球化学异常[7]㊂表层土壤除P b Z n构成一个阶梯状簇团外,反映成矿信息的其他元素的聚合性不强㊂

(3)卤族元素(I,F)㊂影响土壤中I元素含量的因素包括母岩㊁离海距离的远近㊁土壤质地以及土壤耕作状况㊂影响土壤中F元素含量的因素包括母岩㊁成土过程以及人类活动㊂从聚类谱系图来看,表层土壤I,F元素间没有相关性㊂

(4)腐泥质元素(有机质,N,P)㊂有机质,N,P 是自然界广泛存在的元素,也是亲生物元素和土壤营养元素的重要组成部分㊂在表层土壤中有机质, N表现出良好的相关性,该元素组合的高含量区主要分布在植被茂密地带,以及农业发达的丘陵区,反映了生物作用(动植物残体分解)和人类活动如施肥㊁农药㊁居民生活影响下元素间的高度相关性,另外有机质,N等元素一同聚类还与相互吸附性有关㊂3.2因子分析

因子分析是将多个错综复杂的因子归结为数量较少的几个综合因子,即通过对大批观察计算数据,用有代表性的因子来说明由多个变量所反应的信息[89]㊂通过因子分析将原来在高维空间中分析的问题转变为在较低维空间中分析,使问题简化,即降维㊂因子分析往往指示出某种成因联系和共生组合关系㊂用代表性因子代替原有变量[10],不仅原有变量的相关信息没有丢失,而且更能反映出地质现象的内在联系[8]㊂

因子分析是对所选数据利用B a r t l e t t球度检验和KMO检验进行相关性检验㊂B a r t l e t t球度和

㊃05㊃