因子分析法在地球化學(xué)測量樣品分析中的應用

　　因子分析法其基本目的在于用較少的因子，描述或解釋整個(gè)事件中變量的關(guān)系，以下是小編搜集整理的一篇探究因子分析法在地球化學(xué)測量樣品分析應用的論文范文，供大家閱讀查看。

　　摘 要：在地球化學(xué)沉積物取樣調查過(guò)程中，采取的樣品的數量極其龐大，潛在控制變量較多，如何快捷有效地提取關(guān)鍵信息，分析數據變化找出異常區域，是樣品數據分析的核心問(wèn)題。利用因子分析方法處理復雜的元素數據，通過(guò)計算將龐大的數據劃分成少數重要因子，結合區域前期的勘察結果，對因子所代表的古環(huán)境進(jìn)行探討分析并統計成表、繪制成圖，在減少工作量的同時(shí)使得數據變得更為直觀(guān)可靠。為區域地質(zhì)調查提供了有價(jià)值的參考依據，并在后續的勘探過(guò)程中得到了驗證。

　　關(guān)鍵詞：因子分析;地球化學(xué)測量;水系沉積物;R型因子

　　1 因子分析的不同方式及其適用范圍

　　因子分析法，其基本目的在于用較少的因子，描述或解釋整個(gè)事件中變量的關(guān)系，不同于主要成分分析，它是通過(guò)降維的思想，將原始的研究數據通過(guò)矩陣(或協(xié)方差矩陣)的形式，以其內部變量關(guān)系相互關(guān)系為出發(fā)點(diǎn)，將錯綜復雜的變量用少數變量因子來(lái)表示的多元統計分析法。

　　因子分析可根據其出發(fā)點(diǎn)不同分為：R型因子分析、Q型因子分析，以及Q-R型因子分析：

　　R型因子分析，是針對變量所做的因子的分析，其基本思路為通過(guò)對變量的相關(guān)系數矩陣結構組合的研究，找出能夠表現所有變量的少數幾個(gè)隨機變量來(lái)描述大多數隨機變量之間的相關(guān)關(guān)系。再根據其相關(guān)性的大小對變量進(jìn)行分組，使同組內的變量之間的相關(guān)性較高，而非同組變量之間的相關(guān)性較低。

　　Q型因子分析，是針對樣品所做的因子分析。它與R因子的出發(fā)點(diǎn)不同，但核心的思路是相同的。它的計算是從樣品的相似系數矩陣出發(fā)，而R型因子分析的計算是從樣品的相關(guān)系數矩陣出發(fā)的。換而言之就是考慮指標的重要程度，決定保留哪些去掉哪些;Q型聚類(lèi)分析考慮的是指標之間的相關(guān)性，哪幾類(lèi)指標可以合并組成一個(gè)類(lèi)，使得組內距離而小組間距離大(組內距離、組間距離根據具體問(wèn)題進(jìn)行具體的調整分析)。

　　Q-R型因子分析巧妙的運用了R型因子與Q型因子的對偶關(guān)系，將變量與樣品特性投影在一個(gè)因子空間內，使得樣品類(lèi)型特征可以以空間內其他變量點(diǎn)來(lái)解釋。

　　水系沉積物樣品分析中，核心問(wèn)題是研究元素共生組合關(guān)系，因此R型因子分析被視為樣品分析的有效手段和方法，就像原子內部規律組合的結構，R型因子將其所代表的多項變量因子進(jìn)行整合，實(shí)現降維，不僅能體現出元素在含量上的相互關(guān)系，更可以反應元素內部成因關(guān)系。換而言之，R型因子分析結果可以用來(lái)進(jìn)一步的分析元素的賦存狀態(tài)和形成方式。在地質(zhì)事件過(guò)程中，經(jīng)常會(huì )伴隨物質(zhì)成分的活化和轉移，從而形成新的元素關(guān)系網(wǎng)，并在因子分析過(guò)程中得到體現。

　　Q型因子在計算過(guò)程中會(huì )對指標進(jìn)行縮減，將保留的重要指標用以代表整體變量，排除分析的過(guò)程中因為更大的誤差和異常的數值而造成不必要的干擾，并減少了計算量。但在樣品分析的過(guò)程中，異常值往往是特殊構造、特殊解釋的突破口，為了保證實(shí)驗分析的準確性，往往不采用Q型因子分析法。

　　Q-R型因子分析的主要應用于研究變量和樣品之間的關(guān)系，由常用的R型因子分析，可以輕易的轉化成Q-R型因子分析，但Q-R型因子分析較少被提及應用不廣泛。

　　因子分析法在樣品分析中已經(jīng)有了實(shí)質(zhì)性的應用，尤其針對土壤、水系地球化學(xué)測量過(guò)程中分析元素種類(lèi)龐大，圖件數量龐大，單憑人力很難快速準確地進(jìn)行數據處理分析。相對于其他方式的普查，水系沉積物、土壤沉積物地球化學(xué)勘探有著(zhù)取樣簡(jiǎn)單、成本低、適用范圍廣等優(yōu)勢。而水系沉積物的成分、含量特征與物源巖性存在著(zhù)復雜的關(guān)系，數據處理是整個(gè)地球化學(xué)勘探的核心部分，有效的分析方法不僅可以提高樣品分析的速度，更可以提高沉積物樣品的準確度，對地球化學(xué)測量有著(zhù)重要的意義。

　　2 因子分析法在實(shí)際中的應用

　　在某長(cháng)江中下游地區的1：20萬(wàn)普查勘探過(guò)程中，針對3025個(gè)水系沉積物樣品進(jìn)行了28種化學(xué)元素的分析。并利用R型因子對元素進(jìn)行降維，提取有效的公共因子，根據少數公因子提供的變量，來(lái)反映不同元素之間的組合關(guān)系，進(jìn)而劃分元素共生組合類(lèi)型。在該地區的水系沉積物樣品分析過(guò)程中，將28種元素中信息的重疊部分進(jìn)行組合，提取成為公共因子，以這少數變量綜合表現多個(gè)變量(此劃分基礎建立在原樣品中具有較多的共同特征)。在實(shí)際使用過(guò)程中使用了Bartlett球度檢驗以及KMO檢驗，在準備過(guò)程中對樣品進(jìn)行了相關(guān)性檢驗，對樣品相關(guān)KMO值進(jìn)行分析，對實(shí)驗所得KMO數值進(jìn)行劃分：KMO>0.9非常合適;0.8　　對區域內28種元素進(jìn)行分析后，利用正交旋轉因子在和矩陣對元素進(jìn)行整合，將計算結果特征值進(jìn)行綜合對比，最終選取前五個(gè)公共因子為重要因子(其特征根數值分別為R1-2.354、R2-1.521、R3-1.358、R4-1.186累計特征根百分比為75%)。這五種重要因子代表工作區內五中元素組合：(1)As，Sb，Mo;(2)Pb，Ag，Bi;(1)ZN，Cu;(4)W;(5)Au。上述五種聚類(lèi)結合實(shí)際數據可以對各種元素之間的親疏關(guān)系進(jìn)行識別。

　　聚類(lèi)分析中所得到的R1組合對應Mo、As、Sb因子組合，代表了高溫熱液活動(dòng)的特征。R2組合對應Pb、Ag、Bi因子組合，R3組合對應As、Sb、Mo因子組合，對應為多金屬礦化的物質(zhì)屬性，說(shuō)明上游地區有較為活躍的熱液活動(dòng)。而通過(guò)實(shí)際勘探已經(jīng)發(fā)現上游地區多為溫熱型礦床，基本與實(shí)驗數據相符。R4組合對應KMO計算結果中的W因子，通過(guò)兩方面證明了W元素具有較強的獨立性。R5組合對應Au因子，充分說(shuō)明Au元素獨立的元素特征。

　　3 結束語(yǔ)

　　利用因子分析所得出的結論，將區域內28種元素減少為5個(gè)公共因子，極大的減少了工作量，使得原本無(wú)從下手的大數據處理簡(jiǎn)化成了5個(gè)因子的組合，進(jìn)而轉化為較為直觀(guān)的數據表。將數據加以解釋處理按照其分布梯度繪制成圖，即可將原數據70%多的信息簡(jiǎn)單的呈現在了眼前。在實(shí)際應用中，圖件的辨識度極高，異常明顯，元素共生伴生關(guān)系便于解釋?zhuān)瑸橄乱徊降墓ぷ鞔蛳铝肆己玫幕�礎。

　　參考文獻

　　[1]董毅，范麗琨，段煥春，等.青海大坂山地區水系沉積物測量元素組合分區[J].地質(zhì)與勘探，2009，45(1)：70-74.

　　[2]董毅.因子分析在水系沉積物測量地球化學(xué)分區中的應用探討――以青海都蘭地區為例[J].礦產(chǎn)與地質(zhì)，2008，22(1)：78-82.

　　[3]于林松，邱成貴，劉偉.青海省北部綠草山地區化探元素組合分類(lèi)信息探討[J].山東國土資源，2014，30(20)：54-57.

　　[4]趙博.幾種統計分析方法在化探數據處理中的應用[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)，2010.