地层化学元素共生组合-皖南新元古代中晚期岩相与古地理环境

为了查明地层中21种元素的相互关系，采用R型因子分析，以数学方法提取数目较少的、彼此相互独立的主因子变量，即地层中元素的基本共生组合，从而达到揭示地层化学元素的内在规律和反映沉积来源物质的地球化学特征。

（一）休宁组剖面R型因子分析

休宁组剖面121个样品的21种化学元素的含量数据，通过因子分析求得的相关矩阵列于表7-22（α＝0.05）。

由表可知，密切相关的元素组合可分为以下几类。即：

Ⅰ.Ba、Rb、Y、Zr、Nb、Cr、Sm、Th

Ⅱ.Cu、Ag、Bi

Ⅲ.Zn、Nb、Cr、Sc、V、Sb、Bi

Ⅳ.Pb、Sr、Bi、Th、U

Ⅴ.Ag、W、Bi、Au

表7-22　休宁组剖面21种元素相关矩阵

注：**代表元素相关性高；*代表元素相关性较高。

按照R型主因子特征值（λ）的大小顺序列表7-23。表7-23列出旋转后的正交因子权系数矩阵。由表可知，主因子F1～F5累积贡献率达66.92％。利用正交因子系数作元素组合直方图7-1，并对含量数据进行R型聚类分析（图7-2）。

表7-23　休宁组剖面R型主因子特征值（λ）

图7-1　休宁组剖面主因子直方图

图7-2　休宁组元素R型聚类分析图

根据主因子权系数（表7-24）得出以下元素共生组合。

F1：Ba、Rb、Y、Zr、Nb、Sm、Th、U

F2：Zn、Cr、Sc、V

F3：Pb、Ag、Au

F4：W、Au

F5：Cu

F6：Sr

（1）主因子F1的元素组合反映了砂岩、砂砾岩沉积，Rb、Y、Zr、Th等元素具有较显著的相关关系，代表了相似的沉积地球化学环境。

主因子F2的元素组合则代表了泥质岩的矿物化学成分，V为亲黏土元素，而Cr、Sc等元素在泥质岩中含量亦较高。

主因子F3、F4中Pb、Ag、Au、W为成矿相关元素，虽然权相关系数较低，但仍具有较为普遍的相关关系，且与主因子F5中Cu的权相关系数差异较大。暗示主因子F3、F4中成矿元素可能具同生沉积关系，而Cu为不同沉积环境所形成。

主因子F6中Sr应与钙质泥岩中的Ca元素具同生沉积关系。

（2）一定的化学元素组合代表着一定的沉积地球化学环境。主因子F1的元素组合与主因子F2的元素组合呈负相关关系，代表了不同的沉积地球化学环境，这也揭示了不同沉积阶段的成因特征，前者可能代表了砂岩和砂砾岩的沉积，后者则为泥质岩沉积。

（3）主因子F2所代表的泥质岩沉积，包括Zn等成矿元素，表明了Zn与泥质岩同生特点。主因子F3和F4中成矿相关元素具同生沉积的特点，但成矿元素组合却与上述两个主要的地球化学环境相斥，可能反映了成矿元素后生叠加的特点。

表7-24　休宁组剖面元素正交因子权系数矩阵

（二）南沱组剖面R型因子分析

休宁组剖面85个样品的21种化学元素的含量数据通过因子分析求得的相关矩阵列于表7-25（α＝0.05）。

由表可知，密切相关的元素组合可分为以下几类。即：

Ⅰ.Ba、Cr、Sc、Sm、Th

Ⅱ.Cu、Ag、Bi

Ⅲ.Zn、Rb、Ag、V、Au

Ⅳ.Pb、Rb、Zr、Nb、Ag、Bi

Ⅴ.Rb、Nb、W、Th

Ⅵ.Y、Zr、Nb、Sc、V、Sm、Mo

Ⅶ.Nb、Cr、Sc、V、Sm、Th

按照R型主因子特征值（λ）的大小顺序列表7-26。表7-26列出旋转后的正交因子权系数矩阵。由表可知，主因子F1～F5累积贡献率达61.75％。利用正交因子系数作元素组合直方图7-3，并对含量数据进行R型聚类分析（图7-4）。

表7-25　南沱组剖面21种元素相关矩阵

注：**代表元素相关性高；*代表元素相关性较高。

表7-26　南沱组剖面R型主因子特征值（λ）

图7-3　南沱组剖面主因子直方图

图7-4　南沱组元素R型聚类分析图

根据主因子权系数（表7-27）得出以下元素共生组合。

F1：Y、Zr、Nb、Cr、Sc、Sm、Th

F2：Cu、Zn、Ag、V、Bi

F3：Rb、Sb、W

F4：Mo、W

F5：Zn、Au

F6：Pb

F7：Ba、Sr

F8：U(www.xing528.com)

（1）主因子F1的元素组合应是反映了粉砂岩、砂岩沉积，Y、Nb、Sc、Sm等元素具有较显著的相关关系，在F1主因子中起主要作用，代表了相似的沉积地球化学环境。

主因子F2的元素组合则代表了泥质岩的矿物化学成分，V为亲黏土元素，Cu、Zn、Ag等元素具有与泥质岩同生沉积的关系。

主因子F7中元素反映了钙质碳酸盐岩沉积，Ba、Sr与钙质碳酸盐岩具有同生关系。主因子F7的方差贡献率仅为5.76％，表明钙质碳酸盐岩沉积仅起次要作用。

主因子F3的元素组合Rb、Sb、W与主因子F1、F2、F7均不具显著相关关系，显示了其非同生沉积关系。主因子F5和F6中Au、Pb与主因子F1呈较明显的相斥性（权系数均为负值）而与主因子F2权系数分别为0.317与0.353，显示了Au、Pb主要在泥质岩中以次要成分存在。

（2）上述元素组合反映的沉积地球化学环境表明，粉砂岩、砂岩、泥质岩与钙质碳酸盐岩沉积为不同阶段生成。它们之间的权相关系数具有显著差异，呈明显的相互排斥的特点。代表了不同的沉积地球化学环境。

表7-27　休宁组剖面元素正交因子权系数矩阵

（3）主因子F2所代表的泥质岩沉积，包括了Cu、Zn、Ag等成矿元素，表明了Cu、Zn、Ag与泥质岩同生特点。而Cu、Pb、Ag等成矿元素与主因子F1所代表的粉砂、砂岩沉积呈明显的相斥性，说明砂质岩中不利于这些元素的富集成矿。而主因子F7所代表的钙质碳酸盐岩沉积中未见与成矿相关元素具显著相关关系。

（三）蓝田组剖面R型因子分析

休宁组剖面192个样品的21种化学元素的含量数据通过因子分析求得的相关矩阵列于表7-28（α＝0.05）。

由表可知，密切相关的元素组合可分为以下几类。即：

Ⅰ.Ba、Rb、Nb、Sc、V、Th

Ⅱ.Cu、Pb、Y、Nb、Cr、Sc、V、Mo、Sb、Sm、U

Ⅲ.Zn、Pb、Bi

Ⅳ.Rb、Y、Zr、Nb、Sc、Sm、Bi、Th

按照R型主因子特征值（λ）的大小顺序列表7-29。表7-29列出旋转后的正交因子权系数矩阵。由表可知，主因子F1～F6累积贡献率达67.73％。利用正交因子系数作元素组合直方图7-5，并对含量数据进行R型聚类分析（图7-6）。

表7-28　蓝田组剖面21种元素相关矩阵

注：**代表元素相关性高；*代表元素相关性较高。

表7-29　南沱组剖面R型主因子特征值（λ）

图7-5　蓝田组剖面主因子直方图

图7-6　蓝田组元素R型聚类分析

根据主因子权系数（表7-30）得出以下元素共生组合。

F1：Rb、Y、Zr、Nb、Sc、Sm、Th

F2：Cu、V、Mo、Sb、U

F3：Zn、Pb、Bi

F4：Ag、V

F5：Au

（1）主因子F1的元素组合反映了碳酸盐岩沉积，主因子F1方差贡献值为24.426％，起主要作用，对应于蓝田组中灰岩和白云岩沉积。

主因子F2所代表的泥质岩沉积，包括了Mo、U等成矿元素，表明了Mo、U与泥质岩同生沉积特点，其中U元素权系数为0.808，显示其在泥质岩中以主要成分存在。

主因子F3中Zn、Pb元素组合具有硫化物成分特征。主因子F4中Ag与V元素为同生沉积，V为亲黏土元素，而Ag与主因子F2的相关系数为0.396，表明泥质岩在Ag元素的沉积中起主要作用。主因子F5的Au元素与主因子F1和F2均不具显著相关关系，说明Au的非同生沉积特点，可能为交代生成。

（2）上述元素组合反映的沉积地球化学环境表明，泥质岩与钙质碳酸盐岩沉积虽然为不同阶段生成，但它们之间的权相关系数基本呈正相关关系，表明两者的沉积环境具相似之处。而Sr元素未表现出与任何主因子的较显著的相关关系，反映了Sr元素在蓝田组沉积中的次要作用。

表7-30　蓝田组剖面元素正交因子权系数矩阵

（四）皮园村组剖面R型因子分析

休宁组剖面55个样品的21种化学元素的含量数据通过因子分析求得的相关矩阵列于表7-31（α＝0.05）。

由表可知，密切相关的元素组合可分为以下几类。即：

Ⅰ.Ba、Rb、Sr、Zr、Nb、Sc、Sm、Th

Ⅱ.Cu、Zn、Rb、Sr、Zr、Nb、Ag、Cr、Sc、Sb、Sm、Th、U

Ⅲ.Zn、Rb、Y、Zr、Nb、Cr、Sc、Sm、Th

Ⅳ.Pb、Y、Zr、Nb、Ag、Cr、Sc、V、Sm、Bi、Th、U

Ⅴ.Au、Zr、Ag、Cr、Sc、Sb、Sm、Th

按照R型主因子特征值（λ）的大小顺序列表7-32。表7-32列出旋转后的正交因子权系数矩阵。由表可知，主因子F1～F5累积贡献率达75.523％。利用正交因子系数作元素组合直方图7-7，并对含量数据进行R型聚类分析（图7-8）。

表7-31　皮园村组剖面21种元素相关矩阵

注：**代表元素相关性高；*代表元素相关性较高。

表7-32　皮园村组剖面R型主因子特征值（λ）

图7-7　皮园村组剖面主因子直方图

图7-8　皮园村组元素R型聚类分析

根据主因子权系数（表7-33）得出以下元素共生组合。

F1：Ba、Cu、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Ag、Cr、Sc、Sm、Th

F2：Pb、Y、V、U

皮园村组为硅质岩，岩石的硅化对于微量元素的含量及分布的改变起到了明显的作用。这一点从主因子权系数表中就可以看出：岩石由硅质沉积形成，仅表现出F1、F2两种元素共生组合。

（1）主因子F1的元素组合反映了硅质碳酸盐岩沉积，主因子F1方差贡献值为35.485％，起主要作用。主因子F1中元素组合明显较休宁组、南沱组、蓝田组集中，表明硅质沉积作用对于元素分布的改造。Cu、Ag两种成矿元素表现出与硅质碳酸盐岩具同生沉积关系。主因子F2的元素组合则代表了硅质页岩、泥岩的矿物化学成分，Pb、U等成矿元素表现出与泥质岩同生沉积的关系。

表7-33　皮园村组剖面元素正交因子权系数矩阵

在休宁组、南沱组、蓝田组的元素共生组合中，Pb、Ag、U、Cu等成矿元素不与主因子F1、F2表现出同生沉积关系；而在皮园村组中，这些成矿元素与主因子F1、F2具共生关系。这显然与硅化作用有直接关系。

（2）上述元素组合反映的沉积地球化学环境表明，硅质页岩、泥岩与硅质碳酸盐岩沉积虽然为不同阶段生成，但它们经历了相似的硅化作用，使得两者的形成环境具相似之处，而它们的权相关系数基本呈正相关关系也说明了这一点。