巖石化學(xué)計(jì)算法-01

顯微鏡巖石學(xué)巖石化學(xué)計(jì)算法,鄒海洋中南大學(xué)地學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,第一章巖漿巖的巖石化學(xué)計(jì)算法,巖石化學(xué)是巖石學(xué)的重要分支，是研究巖石化學(xué)成分特征的一門科學(xué)。化學(xué)成分是巖漿巖最重要的特征之一。對(duì)于巖漿巖的鑒定、對(duì)比，分析其成因、演化等來(lái)說(shuō)，若沒(méi)有巖石化學(xué)成分則是不全面或不可能的；特別是，對(duì)于結(jié)晶程度差、成分差異大、礦物多期晶出、有序度及光性變化大的火山巖來(lái)說(shuō)，除薄片研究外，必須有化學(xué)成分配合，才能得出較為符合實(shí)際和相對(duì)正確的結(jié)論。,一個(gè)巖石樣品化學(xué)成分常用氧化物的重量百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。在新鮮硅酸鹽巖石中一般分析十三項(xiàng)：即SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O、K2O、TiO2、P2O5、H2O+、H2O-。較詳盡的分析，還有ZrO2、Cr2O3、NiO、BaO、SrO、CO2等。H2O+代表結(jié)晶水及化合水；H2O-代表吸附水(加熱到110時(shí)，全部逸去)。巖漿巖中含H2O、CO2等較多者，多與巖石次生變化有關(guān)(碳酸巖例外)。,對(duì)于地質(zhì)、巖礦工作來(lái)說(shuō)，要進(jìn)行化學(xué)分析，首先要取樣。采集化學(xué)分析樣品，應(yīng)該注意：(1)應(yīng)在野外地質(zhì)及室內(nèi)薄片鑒定的基礎(chǔ)上進(jìn)行取樣，以避免取樣太多，盲目性太大；(2)應(yīng)選擇最新鮮的巖石(除研究風(fēng)化、蝕變者)，尤其是風(fēng)化、蝕變交代強(qiáng)的地區(qū)，應(yīng)在大量露頭及鉆孔中，盡量選擇新鮮的原巖；(3)應(yīng)在全面調(diào)查及觀察的基礎(chǔ)上，選擇有代表性的巖石進(jìn)行取樣；(4)應(yīng)同時(shí)采取巖石薄片樣品。有可能的話，應(yīng)配合重砂、單礦物、電子探針、稀土、微量元素、同位素等樣品。,特別是對(duì)噴出巖來(lái)說(shuō)，更應(yīng)注意其新鮮程度及代表性問(wèn)題。對(duì)含杏仁體、捕虜體、捕虜晶、沉積巖脈及含外來(lái)碎屑的噴出巖，不能作為化學(xué)分歷樣品。最好是末分異的以及每次噴出熔巖層中氧化不強(qiáng)的巖石。,此外，還應(yīng)注意化學(xué)分析的精度。化學(xué)分析出來(lái)的十三項(xiàng)氧化物總量應(yīng)近于100，分析數(shù)據(jù)精度一般為小數(shù)后第二位，總量最好在99.20100.50范國(guó)內(nèi)，誤差最多不應(yīng)超過(guò)1。總量90的也可能有些分析項(xiàng)目不全，分析結(jié)果可能有用，而總量101的則肯定分析有較大的誤差，一般不能使用。有一些實(shí)驗(yàn)室化學(xué)分析的精度不夠，分析結(jié)果誤差太大，此時(shí)則應(yīng)進(jìn)行外檢。,巖石化學(xué)成分的研究方法，有的用氧化物重量百分?jǐn)?shù)，有的則用氧化物分子數(shù)，有的則用原子數(shù)或陽(yáng)離子數(shù)。分子數(shù)是用氧化物重量百分?jǐn)?shù)，除以相應(yīng)氧化物的分子量；原子數(shù)多指氧化物中用離子數(shù)，是氧化物重量百分?jǐn)?shù)，除以分子量后，再乘以氧化物中的陽(yáng)離子數(shù)。為了使分子數(shù)及原子數(shù)成為整數(shù)，一般均乘以1000。,巖石化學(xué)分析結(jié)果由于氧化物項(xiàng)目較多，不易對(duì)比。因此，巖石化學(xué)研究的任務(wù)之一，是把它們合并為最少的對(duì)比單位，或選擇最關(guān)鍵的項(xiàng)目進(jìn)行對(duì)比。由于研究的目的不同，采用的方法也不同：有的直接用某些氧化物；有的算出各種指數(shù)；有的計(jì)算成標(biāo)準(zhǔn)礦物；有的換算成特征數(shù)值。另外表示數(shù)據(jù)的方法也不同：數(shù)字、圖解。若把氧化物按照結(jié)晶化學(xué)原理，系統(tǒng)計(jì)算該巖石標(biāo)準(zhǔn)礦物成特征數(shù)值者，通常稱為巖石化學(xué)計(jì)算。,巖漿巖巖石化學(xué)計(jì)算方法始于十九世紀(jì)六十年代。以后陸續(xù)提出了很多計(jì)算方法，還有不少人對(duì)前人方法進(jìn)行了修改和補(bǔ)充。計(jì)算方法視研究任務(wù)而定，不同的研究任務(wù)選擇不同的計(jì)算方法。這里僅介紹兩種常見(jiàn)的巖漿巖巖石化學(xué)計(jì)算法：CIPW的標(biāo)準(zhǔn)礦物法和扎瓦里茨基的特征數(shù)值法。,1.1CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)算法,CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物(Normativemineral)計(jì)算法，目前應(yīng)用仍比較廣泛：結(jié)晶差的熔巖中礦物成份，可計(jì)算大致求得；巖漿巖結(jié)晶實(shí)驗(yàn)的物理化學(xué)相圖的應(yīng)用，多是以CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物的重量百分比進(jìn)行投影的；對(duì)已知巖石進(jìn)行物化條件的成因分析時(shí)，須將化學(xué)分析結(jié)果換算成CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物再投到有關(guān)的相圖中；此外，一些巖石學(xué)中常用的參數(shù)，不少是通過(guò)CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物進(jìn)行換算的。所以這種方法應(yīng)熟練掌握。,其計(jì)算法思想，是將巖石化學(xué)分析中各主要氧化物按其化學(xué)性質(zhì)，結(jié)合成理想的標(biāo)準(zhǔn)礦物分子。這些理想的標(biāo)準(zhǔn)礦物分子，雖與巖石中實(shí)際礦物的種類及含量有差別，但可以作為統(tǒng)一的對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)礦物可分為三類：(1)SiO2不飽和礦物：似長(zhǎng)石、橄欖石。(2)SiO2過(guò)飽和礦物：石英。(3)SiO2飽和礦物：長(zhǎng)石、輝石等。飽和礦物和不飽和礦物的出現(xiàn)及其數(shù)量，主要取決于巖石中SiO2含量的飽和程度。巖石中SiO2過(guò)飽和時(shí)，形成石英+飽和礦物；SiO2飽和時(shí)，只出現(xiàn)飽和礦物;SiO2不飽和時(shí)，形成不飽和礦物(橄欖石、似長(zhǎng)石)+飽和礦物。,最常用的標(biāo)準(zhǔn)礦物類型、代號(hào)分子式及名稱如下：,1、硅鋁礦物（SAL）類QSiO2石英CAl2O3剛玉ZZrO2SiO2鋯石OrK2OAl2O36SiO2鉀長(zhǎng)石AbNa2OAl2O36SiO2鈉長(zhǎng)石AnCaOAl2O32SiO2鈣長(zhǎng)石LcK2OAl2O34SiO2白榴石NeNa2OAl2O32SiO2霞石KpK2OAl2O32SiO2鉀霞石HlNaCl石鹽,Q為SiO2過(guò)飽和礦物；Or、Ab、An為長(zhǎng)石類，屬SiO2飽和礦物，Lc、Ne、Kp為似長(zhǎng)石類，屬SiO2不飽和礦物。,ThNa2SO4無(wú)水芒硝NcNa2CO3碳酸鈉、鈉方解石,2、鐵鎂質(zhì)礦物（FEM）類,AcNa2OFe2O34SiO2錐輝石、霓石NsNa2OSiO2硅酸鈉KsK2OSiO2硅酸鉀DiCaO(Mg,Fe)O2SiO2透輝石WoCaOSiO2硅灰石Hy(Mg,Fe)OSiO2紫蘇輝石EnMgOSiO2頑火輝石FsFeOSiO2鐵輝石Ol2(Mg,Fe)OSiO2橄欖石Fo2MgOSiO2鎂橄欖石Fa2FeOSiO2鐵橄欖石,Cs2CaOSiO2硅酸鈣MtFeOFe2O3磁鐵礦CmFeOCr2O3鉻鐵礦HmFe2O3赤鐵礦IlmFeOTiO2鈦鐵礦TnCaOTiOSiO2榍石PfCaOTiO2鈣鈦礦RuTiO2金紅石Ap3(3CaOP2O5)CaF2磷灰石(未分析F時(shí)，用紅色部分表示）FCaF2螢石PyFeS2黃鐵礦CcCaOCO2方解石,其中：輝石類屬SiO2飽和礦物，橄欖石類(鎂橄欖石)屬SiO2不飽和礦物。,1.1計(jì)算程序,先將各氧化物重量百分?jǐn)?shù)換算成分子數(shù)(分子數(shù)=氧化物重量百分?jǐn)?shù)*1000/分子量)，然后把MnO和FeO分子數(shù)合并為FeO分子數(shù)，然后按下面程序進(jìn)行運(yùn)算。先計(jì)算副礦物，再計(jì)算主要礦物。1、將微量組分結(jié)合成副礦物：微量組分包括：TiO2、P2O5、Cr2O3等(1)XP2O5+3XCaO=XAp（見(jiàn)第32項(xiàng)）(2)XTiO2+XFeO=XIlm（見(jiàn)第28項(xiàng)）若TiO2FeO，則將剩余的結(jié)合成榍石（Tn）(3)XTiO2+XCaO+XSiO2=XTn（見(jiàn)第29項(xiàng)）(4)XCr2O3+XFeO=XCm（見(jiàn)第28項(xiàng)）,2、將主要組份結(jié)合成主要礦物,主要組份:SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO(FeO+MnO)、MgO、CaO、Na2O、K2O等。按三種巖石化學(xué)類型進(jìn)行計(jì)算：正常類型CaO+K2O+Na2OAl2O3K2O+Na2O(分子數(shù))XK2O+XAl2O3+6XSiO2=XOr(見(jiàn)第4項(xiàng))XNa2O+XAl2O3+6XSiO2=XAb(見(jiàn)第5項(xiàng))根據(jù)正常類型的特點(diǎn)Al2O3在與K2O、Na2O結(jié)合成鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石之后，剩余的Al2O3分子數(shù)為：Al2O3Al2O3-(K2O+Na2O)XAl2O3+XCaO+2XSiO2=XAn(見(jiàn)第6項(xiàng))則剩余的CaO的分子數(shù)為：CaOCa0-Al2O3-3Ap,XCaO+XSiO2=XWo(見(jiàn)第17項(xiàng))硅灰石(Wo)在巖漿巖中不能獨(dú)立存在，留待項(xiàng)計(jì)算完后，再與紫蘇輝石(Hy)結(jié)合成透輝石。XFe2O3+XFeO=XMt這項(xiàng)計(jì)算時(shí)可據(jù)有三種情況：a.FeO在結(jié)合成副礦物時(shí)已全部用盡，則不能形成Mt，XFe2O3=XHmb.如Fe2O3FeO，則剩余Fe2O3=Fe2O3FeO，XFe2O3=XHmc.若Fe2O3FeO，則剩余FeO=FeOFe2O3,將第項(xiàng)計(jì)算得出的Wo再結(jié)合成Di(透輝石)，據(jù)第17項(xiàng)Di中的Wo:Hy=1:1；而Hy由En與Fs組成；所以Wo的分子數(shù)應(yīng)與(En+Fs)的分子數(shù)相等。由于En與Fs可呈類質(zhì)同象替代，進(jìn)入到Di中的En:Fs數(shù)量比應(yīng)等于巖石中MgO:FeO的數(shù)量比，這樣進(jìn)入到Di中的En與Fs的分子數(shù)，可由下列聯(lián)立方程求得：Fs+En=Wo(1)Fs:En=FeO:MgO(2)剩余的MgO=MgO-En剩余的FeO”=FeO-Fs(wo為第4)項(xiàng)計(jì)算結(jié)果)剩余的SiO2=SiO2-SiO2(前面計(jì)算中所消耗的),待項(xiàng)計(jì)算結(jié)束后，根據(jù)剩余的剩余的SiO2、MgO、FeO”分子數(shù)，可出現(xiàn)三種情況：a.SiO2MgO+FeO”屬SiO2過(guò)飽和。剩余的SiO2、MgO、FeO”除結(jié)合成飽和的鐵鎂硅酸鹽紫蘇輝石外，還有多余的SiO2組成石英。X1MgO+X1SiO2X1EnX2FeO”+X2SiO2X2FsX1En+X2Fs(X1+X2)Hy(見(jiàn)第18項(xiàng))SiO2-(MgO+FeO”)SiO2”Q(見(jiàn)第1項(xiàng)),b.MgO+FeO”SiO21/2(MgO+FeO”)屬SiO2不飽和情況。剩余的SiO2不能全部滿足MgO+FeO”形成紫蘇輝石的需要，但又比形成橄欖石需要的量要多，所以，必然一部分MgO、FeO”形成紫蘇輝石；而另一部分則形成橄欖石。這兩種礦物所形成的量由下列聯(lián)立方程求得；Hy+OlSiO2.(1)Hy+2OlMgO+FeO”(2)則Ol=（MgO+FeO”）-SiO2,設(shè)橄欖石中Fo為X1，F(xiàn)a為X2(X1、X2為分子數(shù))X1+X2Ol。X1:X2MgO/FeO”2X1MgO+X1SiO2X1Fo(見(jiàn)第22項(xiàng))2X2FeO+X2SiO2X2Fa(見(jiàn)第23項(xiàng))上二式形成橄欖石Ol剩余的:MgO”=MgO-2X1FeO”=FeO”-2X2XMgO”+XSiO2XEn(見(jiàn)第19項(xiàng))XFeO”+XSiO2XFs(見(jiàn)第20項(xiàng))上二式形成紫蘇輝石Hy,C.SiO21/2(MgO+FeO”)屬SiO2極度不飽和情況。剩余的SiO2很少甚至不能滿足MgO+FeO”形成橄欖石的需要，這時(shí)就需要將第項(xiàng)所計(jì)算得出的Ab(鈉長(zhǎng)石)，轉(zhuǎn)化為Ne(霞石)，將所釋放出來(lái)的SiO2，滿足形成橄欖石之需。設(shè)要求釋放出的SiO2分子數(shù)為X則:X1/2(MgO+FeO”)SiO2其中：Fo12MgO，F(xiàn)a12FeO”，因AbNe+4SiO2，則每個(gè)Ab分子可以釋放出4個(gè)SiO2分子，故需參加釋放的SiO2鈉長(zhǎng)石分子數(shù)為X/4。剩下的AbAbX/4，新產(chǎn)生的NeX/4。所以這種巖石類型將出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)礦物除項(xiàng)以前所能出現(xiàn)的礦物外，還有橄欖石Ol和霞石Ne。,在極少數(shù)情況下，要求釋放的SiO2很多，甚至所需的分子數(shù)X4Ab，即將全部Ab轉(zhuǎn)化為Ne，尚不能滿足需要。此時(shí)需將Or(鉀長(zhǎng)石)轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)c(白榴石)。因OrLc+2SiO2。即每一個(gè)Or轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)c時(shí)可以釋放出兩個(gè)SiO2分子，計(jì)算的方法與上所述相同。一般經(jīng)上述步驟后，所釋放的SiO2，可滿足MgO和FeO”形成橄欖石之需。,鋁過(guò)飽和類型：,Al2O3CaO+K2O+Na2O(分子數(shù))XK2O+XAl2O3+6XSiO2=XOr(見(jiàn)第4項(xiàng))XNa2O+XAl2O3+6XSiO2=XAb(見(jiàn)第5項(xiàng))XAl2O3+XCaO+2XSiO2=XAn(見(jiàn)第6項(xiàng))則剩余的Al2O3的分子數(shù)為：Al2O3Al2O3-(CaO+K2O+Na2O)XAl2O3=XC(剛玉)。其他各項(xiàng)計(jì)算方法與正常類型相同。,堿過(guò)飽和類型：,K2O+Na2OAl2O3(分子數(shù))XK2O+XAl2O3+6XSiO2=XOr(見(jiàn)第4項(xiàng))則剩余的Al2O3的分子數(shù)為：Al2O3Al2O3-K2OXAl2O3+XNa2O+6XSiO2=XAb(見(jiàn)第5項(xiàng))此時(shí)，Al2O3已全部耗盡，剩余的Na2ONa2O-Al2O3XNa2O+XFe2O3+4XSiO2=XAc(錐輝石見(jiàn)第6項(xiàng)),a.如果Fe2O3Na2O，則形成錐輝石后，還有剩余的Na2O”Na2O”=Na2O-Fe2O3XNa2O”+XSiO2XNs(硅酸鈉，見(jiàn)第14項(xiàng))b.如果Na2OFe2O3，則形成錐輝石后，還有剩余的Fe2O3。Fe2O3=Fe2O3-Na2O則有：XFe2O3+XFeOxMt因Al2O3已全部用于形成鉀長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石，所以CaO不能形成An，只能形成Wo：xCaO+XSiO2XWo。其他各項(xiàng)計(jì)算方法與正常類型相同。,在計(jì)算出各種標(biāo)準(zhǔn)礦物的分子數(shù)之后，再將標(biāo)準(zhǔn)礦物分子數(shù)換算成為標(biāo)準(zhǔn)礦物重量百分?jǐn)?shù)(查附錄三)。標(biāo)準(zhǔn)礦物重量百分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)礦物分子數(shù)標(biāo)準(zhǔn)礦物分子量1000。不同類型中標(biāo)準(zhǔn)礦物主要組合見(jiàn)下表。,CIPW計(jì)算法礦物組合表,計(jì)算結(jié)果，應(yīng)進(jìn)行檢查，其主要內(nèi)容是：不同類型中標(biāo)準(zhǔn)礦物主要組合，應(yīng)符合表所列，多或少了都有錯(cuò)誤，必須返工。參與計(jì)算氧化物重量百分?jǐn)?shù)之和，與計(jì)算所得的標(biāo)準(zhǔn)礦物重量百分?jǐn)?shù)之和，相差應(yīng)0.1，若0.1，則說(shuō)明計(jì)算的誤差較大，應(yīng)重新檢查改正。,1.2CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)算實(shí)例,CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)算法敘述起來(lái)比較繁雜，但計(jì)算起來(lái)并不困難，通過(guò)計(jì)算實(shí)例，更便于掌握。正常類型：(一)以安徽凹山輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)玢巖為例：1、將各氧化物含量換算成分子數(shù)，把MnO和FeO分子數(shù)合并為FeO分子數(shù)。2、將微量組分結(jié)合成副礦物：(1)3P2O5+9CaO=3Ap（見(jiàn)第32項(xiàng)）(2)11TiO2+11FeO=11Ilm（見(jiàn)第28項(xiàng)）,3、將主要組份結(jié)合成主要礦物,先確定巖石類型：CaO+K2O+Na2O=209Al2O3=174K2O+Na2O=99CaO+K2O+Na2OAl2O3K2O+Na2O，為正常類型13K2O+13Al2O3+78SiO2=13Or(見(jiàn)第4項(xiàng))86Na2O+86Al2O3+516SiO2=86Ab(見(jiàn)第5項(xiàng))Al2O3Al2O3-(K2O+Na2O)=174-13-86=7575Al2O3+75CaO+150SiO2=75An(見(jiàn)第6項(xiàng))則剩余的CaO的分子數(shù)為：CaOCa0-Al2O3-3Ap=111-10-75=26,26CaO+26SiO2=26Wo(見(jiàn)第17項(xiàng))硅灰石(Wo)在巖漿巖中不能獨(dú)立存在，留待項(xiàng)計(jì)算完后，再與紫蘇輝石(Hy)結(jié)合成透輝石。24Fe2O3+24FeO=24Mt這項(xiàng)計(jì)算時(shí)可據(jù)有三種情況：a.FeO在結(jié)合成副礦物時(shí)已全部用盡，則不能形成Mt，b.如Fe2O3FeO，則剩余Fe2O3=Fe2O3FeO，c.若Fe2O3FeO，則剩余FeO=FeOFe2O3本實(shí)例剩余FeO=FeOFe2O3=70-11-24=35,將第項(xiàng)計(jì)算得出的Wo再結(jié)合成Di(透輝石)，據(jù)第17項(xiàng)Di中的Wo:Hy=1:1；而Hy由En與Fs組成；所以Wo的分子數(shù)應(yīng)與(En+Fs)的分子數(shù)相等。由于En與Fs可呈類質(zhì)同象替代，進(jìn)入到Di中的En:Fs數(shù)量比應(yīng)等于巖石中MgO:FeO的數(shù)量比，這樣進(jìn)入到Di中的En與Fs的分子數(shù)，可由下列聯(lián)立方程求得：Fs+En=27(1)Fs:En=35:86(2)解得：En=19，F(xiàn)s=8剩余的MgO=MgO-En=86-19=67剩余的FeO”=FeO-Fs=35-8=27剩余的SiO2=SiO2-SiO2(前面計(jì)算中所消耗的)=901-78-516-150-27-19-8=103,因?yàn)椋篠iO2=103MgO+FeO”=68+28屬SiO2過(guò)飽和.剩余的SiO2、MgO、FeO”除結(jié)合成飽和的鐵鎂硅酸鹽紫蘇輝石外，還有多余的SiO2組成石英。67MgO+67SiO267En27FeO”+27SiO227Fs67En+27Fs(67+27)Hy=94Hy(見(jiàn)第18項(xiàng))SiO2”SiO2-(MgO+FeO”)103-67-27=9=Q(見(jiàn)第1項(xiàng))在計(jì)算出各種標(biāo)準(zhǔn)礦物的分子數(shù)之后，再將標(biāo)準(zhǔn)礦物分子數(shù)換算成為標(biāo)準(zhǔn)礦物重量百分?jǐn)?shù)，標(biāo)準(zhǔn)礦物重量百分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)礦物分子數(shù)標(biāo)準(zhǔn)礦物分子量1000。得結(jié)果見(jiàn)表。,若將適當(dāng)項(xiàng)合并，Di=5.87，Hy=10.39，斜長(zhǎng)石=An+Ab=65.95。該樣品薄片鑒定實(shí)測(cè)礦物含量：Ap微量，Mt=4%，斜長(zhǎng)石=82.2%（An53），透輝石+陽(yáng)起石為13.8%。上述計(jì)算結(jié)果與鑒定結(jié)果雖有較大差別，但仍可反映巖石中副礦物、暗色礦物、淺色礦物的比例，計(jì)算結(jié)果中出現(xiàn)的鉀長(zhǎng)石，經(jīng)研究是以固溶體存在于斜長(zhǎng)石中的。所以CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物大體上可反映巖石出現(xiàn)的礦物種類與含量，特別是，對(duì)噴出巖等非晶質(zhì)巖石，顯得非常重要。此外，還可根據(jù)Ab與An的分子數(shù)換算出斜長(zhǎng)石牌號(hào)，An/(An+Ab)100=75/(75+86)100=46；與實(shí)測(cè)的斜長(zhǎng)石成分平均53也比較接近。,(二)以江蘇六合方山玄武巖為例：1、將各氧化物含量換算成分子數(shù)，把MnO和FeO分子數(shù)合并為FeO分子數(shù)。2、將微量組分結(jié)合成副礦物：(1)3P2O5+9CaO=3Ap（見(jiàn)第32項(xiàng)）(2)25TiO2+25FeO=25Ilm（見(jiàn)第28項(xiàng)）2、將主要組份結(jié)合成主要礦物先確定巖石類型：CaO+K2O+Na2O=209；Al2O3=142；K2O+Na2O=72CaO+K2O+Na2OAl2O3K2O+Na2O，為正常類型,16K2O+16Al2O3+96SiO2=16Or(見(jiàn)第4項(xiàng))56Na2O+56Al2O3+336SiO2=56Ab(見(jiàn)第5項(xiàng))Al2O3Al2O3-(K2O+Na2O)=142-16-56=7070Al2O3+70CaO+140SiO2=75An(見(jiàn)第6項(xiàng))則剩余的CaO的分子數(shù)為：CaOCa0-Al2O3-3Ap=137-9-70=5858CaO+58SiO2=58Wo(見(jiàn)第17項(xiàng))30Fe2O3+30FeO=30Mt剩余FeO=FeOFe2O3=70-11-24=35,Fs+En=58(1)Fs:En=(88-25-30):304(2)解得：En=52，F(xiàn)s=6剩余的MgO=MgO-En=304-52=252剩余的FeO”=FeO-Fs=33-6=27剩余的SiO2=SiO2-SiO2(前面計(jì)算中所消耗的)=764-96-336-140-58-6-52=7676(252+27)/2SiO21/2(MgO+FeO”)屬SiO2極度不飽和情況,這時(shí)就需要將第項(xiàng)所計(jì)算得出的Ab(鈉長(zhǎng)石)，轉(zhuǎn)化為Ne(霞石)AbNe+4SiO2，將所釋放出來(lái)的SiO2，滿足形成橄欖石之需。設(shè)要求釋放出的SiO2分子數(shù)為X則:X1/2(MgO+FeO”)SiO2=(252+27)/2-76=63需要63/4，約16個(gè)Ab分子來(lái)釋放SiO2，從而產(chǎn)生16個(gè)Ne分子。形成Fo為：252MgO+126SiO2=126Fo；形成Fa為：27FeO”+13SiO2=13Fo；所以這種巖石類型將出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)礦物除項(xiàng)以前所能出現(xiàn)的礦物外，還有橄欖石Ol和霞石Ne。,堿過(guò)飽和類型：,以江蘇銅井黝方石響巖為例：先計(jì)算成分子數(shù)；Al2O3K2O+Na2O(分子數(shù))，為鋁過(guò)飽和型。計(jì)算副礦物：3P2O5+9CaO=3Ap（見(jiàn)第32項(xiàng)）52K2O+52Al2O3+312SiO2=52Or(見(jiàn)第4項(xiàng))Al2O3Al2O3-K2O=187-52=135135Na2O+135Al2O3+810SiO2=135Ab(見(jiàn)第5項(xiàng))剩余的Na2O=170-135=35高于Fe2O331Na2O+31Fe2O3+124SiO2=31Ac(錐輝石見(jiàn)第10項(xiàng)),則形成錐輝石后，還有剩余的Na2O”：Na2O”=Na2O-Fe2O3=35-31=44Na2O”+4SiO24Ns(硅酸鈉，見(jiàn)第11項(xiàng))因Al2O3已全部用于形成鉀長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石，所以CaO不能形成An，只能形成Wo：CaO=38-3=3535CaO+35SiO2=35Wo(見(jiàn)第17項(xiàng))由于FeO+MgO=14+12=2635，故FeO和MgO分別與SiO2結(jié)合形成Fs=14，En=12，它們與Wo結(jié)合形成Di。消耗的SiO2=312+810+124+4+35+12+14=1311由于巖石中只有979個(gè)SiO2分子，需要將Ab分解釋放SiO2分子，而生成Ne。,Ab轉(zhuǎn)化的數(shù)量X=(1311-979)/4=332/4=83所以新形成Ne=83剩余的Ab=136-83=52最后將標(biāo)準(zhǔn)礦物數(shù)換算成重量數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表。適當(dāng)項(xiàng)合并：堿性長(zhǎng)石=28.94+27.26=56.20似長(zhǎng)石=0.49+23.58=24.07霓輝石=14.32+4.06+1.20+1.84=21.42,a.如果Fe2O3Na2O，則形成錐輝石后，還有剩余的Na2O”Na2O”=Na2O-Fe2O3XNa2O”+XSiO2XNs(硅酸鈉，見(jiàn)第14項(xiàng))b.如果Na2OFe2O3，則形成錐輝石后，還有剩余的Fe2O3。Fe2O3=Fe2O3-Na2O則有：XFe2O3+XFeOxMt因Al2O3已全部用于形成鉀長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石，所以CaO不能形成An，只能形成Wo：xCaO+XSiO2XWo。其他各項(xiàng)計(jì)算方法與正常類型相同。,鋁過(guò)飽和類型：,以個(gè)舊花崗巖為例：先計(jì)算成分子數(shù)；Al2O3CaO+K2O+Na2O(分子數(shù))，為鋁過(guò)飽和型。計(jì)算副礦物：1P2O5+3CaO=1Ap（見(jiàn)第32項(xiàng)）55K2O+55Al2O3+330SiO2=55Or(見(jiàn)第4項(xiàng))55Na2O+55Al2O3+330SiO2=55Ab(見(jiàn)第5項(xiàng))24Al2O3+24CaO+48SiO2=24An(見(jiàn)第6項(xiàng))則剩余的Al2O3的分子數(shù)為：Al2O3Al2O3-(CaO+K2O+Na2O)=139-55-55-24=5XAl2O3=XC(剛玉)。其他各項(xiàng)計(jì)算方法與正常類型相同。,堿過(guò)飽和類型：,K2O+Na2OAl2O3(分子數(shù))XK2O+XAl2O3+6XSiO2=XOr(見(jiàn)第4項(xiàng))則剩余的Al2O3的分子數(shù)為：Al2O3Al2O3-K2OXAl2O3+XNa2O+6XSiO2=XAb(見(jiàn)第5項(xiàng))此時(shí)，Al2O3已全部耗盡，剩余的Na2ONa2O-Al2O3XNa2O+XFe2O3+4XSiO2=XAc(錐輝石見(jiàn)第6項(xiàng)),將大量的巖石化學(xué)分析資料經(jīng)過(guò)扎氏化學(xué)計(jì)算，投影在扎氏圖解上之后，就能一目了然地看出其化學(xué)成分的共同特點(diǎn)、變化規(guī)律、相互聯(lián)系、自然組合等。這在我國(guó)及蘇聯(lián)等曾一度廣泛應(yīng)用。扎氏化學(xué)計(jì)算法的出發(fā)點(diǎn)：是將巖漿巖中主要礦物有關(guān)的原子(陽(yáng)離子)進(jìn)行合并，用若干特征數(shù)值來(lái)反映巖漿巖的化學(xué)成分。氧不予計(jì)算；Ti與Mn作為類質(zhì)同像混入物分別與Si、Fe合并。用Si、Al、Fe(Fe2+Fe3+)、Mg、Ca、K、Na等七個(gè)元素，巖漿巖化學(xué)計(jì)算的基本成分。,1.2扎瓦里茨基特征數(shù)值計(jì)算法,巖漿巖礦物和化學(xué)成分，反映巖石的基本特征：(1)硅鋁礦物與鐵鎂(暗色)礦物的比例，反映巖石的色率及基性程度；(2)石英、橄欖石、似長(zhǎng)石的出現(xiàn)，反映巖石中SiO2的飽和程度；(3)堿鋁硅酸鹽與鈣鋁硅酸鹽的比例，反映巖石中堿性長(zhǎng)石與鈣長(zhǎng)石的含量；(4)堿鋁硅酸鹽中鉀、鈉的含量，反映堿性長(zhǎng)石中鉀長(zhǎng)石與鈉長(zhǎng)石的量；(5)鐵鎂礦物中Fe、Mg、Ca、的百分含量，反映巖石中暗色礦物的成分特征。,根據(jù)巖漿巖中K2O、Na2O、CaO、Al2O3分子數(shù)的關(guān)系，可把巖石分為以下三種類型：(1)正常成分類型：CaO+K2O+Na2OAl2O3K2O+Na2O(2)鋁過(guò)飽和類型：Al2O3CaO+K2O+Na2O(3)堿過(guò)飽和類型：K2O+Na2OAl2O3(4)堿強(qiáng)烈過(guò)飽和類型：K2O+Na2OAl2O3+FeO+Fe2O3大部分巖漿名屬于前兩種類型，而后兩種少見(jiàn)，特別是，第四種更為少見(jiàn)。,主要特征數(shù)值和補(bǔ)充特征數(shù)值為了反映上述巖石的基本特征，扎氏采用了a、c、b、s四個(gè)主要特征數(shù)值：a：代表與鋁結(jié)合(KAl式或NaAl式)組成堿鋁硅酸鹽(堿性長(zhǎng)石)的堿金屬原子相對(duì)含量；A為組成堿鋁硅酸鹽的堿金屬原子數(shù)。c：代表與鋁結(jié)合(CaAl2式)組成鈣鋁硅酸鹽(鈣長(zhǎng)石)的鈣原子相對(duì)含量；C為組成鈣鋁硅酸鹽的鈣原子數(shù)。在第三類型巖石中由于K2O+Na2OAl2O3，因此鋁不能用于組成鈣鋁硅酸鹽，這時(shí)巖石無(wú)c值，但有，它代表與鐵結(jié)合成鈉鐵硅酸鹽的鈉原子相對(duì)數(shù)；代表鈉鐵硅酸鹽中鈉原子數(shù)。s：代表硅(及鈦)原子的相對(duì)含量，S為硅(及鈦)原于數(shù)。b：代表除硅及鈦以外的組成鐵鎂礦物的所有其它金屬原子相對(duì)含量，B則代表鐵鎂礦物中這些金屬的原子數(shù)。a+c+b+s100，或a+b+s100。,扎氏還計(jì)算了下列補(bǔ)充特征數(shù)值：Q：代表巖石中硅原子的過(guò)?；虿蛔?。正值表示SiO2過(guò)飽和，不飽和，可能出現(xiàn)橄欖石及似長(zhǎng)石。n：代表堿鋁硅酸鹽中鈉原子的百分比(a的補(bǔ)充數(shù)值)；f：代表鐵鎂礦物中鐵原子的百分比(b的補(bǔ)充數(shù)值)；m：代表鐵鎂礦物中鎂原子的百分比(b的補(bǔ)充數(shù)值)；c：代表鐵鎂礦物中鈣原子的百分比(b的補(bǔ)充數(shù)值)；a：代表鐵鎂礦物中鋁原子的百分比。在鋁過(guò)飽和類型的巖石中，鐵鎂礦物中無(wú)鈣而含鋁，補(bǔ)充數(shù)值中無(wú)c有a。n：代表鐵鎂礦物中鈉原子的百分比。在堿強(qiáng)烈過(guò)飽和類型中，巖石中的鐵全用于形成鈉鐵硅酸鹽，而鈉還有富余，因此全部加入鐵鎂礦物中這部分鈉用n代表。t：代表s值中鈦原子的百分比。：代表鐵鎂礦物中Fe3+的百分比。,綜上所述，四種巖石類型的主要及補(bǔ)充特征數(shù)值有：正常成分：a、c、b、s；Q、n、f、m、c、t、。鋁過(guò)飽和：a、c、b、s；Q、n、f、m、a、t、。堿過(guò)飽和：a、b、s；Q、n、f、m、c、t、。堿強(qiáng)烈過(guò)飽和：a、b、s；Q、n、n、f、m、c、t。,1.2.1計(jì)算程序,首先將氧化物重量百分?jǐn)?shù)換算成分子數(shù)，判別巖石成分屬于哪種類型，結(jié)合巖石類型計(jì)算各特征值：1、計(jì)算S：S=SiO2+TiO2(分子數(shù))2、計(jì)算A：正常成分及鋁過(guò)飽和類型：A=（Na2O+K2O）2(得原子數(shù))堿過(guò)飽和及堿強(qiáng)烈過(guò)飽和類型：A=Al2O32(與Al2O3等量的堿金屬原子組成硅酸鹽),3、計(jì)算C：正常成分：C=Al2O3-（Na2O+K2O）（組成鈣鋁硅酸鹽需要的鈣原子數(shù)與組成堿鋁硅酸鹽后剩余的Al2O3分子數(shù)相等）鋁過(guò)飽和：C=CaO堿過(guò)飽和：=（Na2O+K2O-Al2O3）2堿強(qiáng)烈過(guò)飽和：(Na2O+K2O-Al2O3)2FeOC=FeO(FeO=FeO+2Fe2O3+MnO),4、計(jì)算B：正常成分：FeO+2Fe2O3+MnO=FeOCaO-C=CaOB=FeO+CaO+MgO鋁過(guò)飽和：Al2O3-(CaO+Na2O+K2O)2=Al2O3B=FeO+Al2O3+MgO堿過(guò)飽和：鐵與鈉結(jié)合形成鈉鐵硅酸鹽后FeO”=FeO-；B=FeO”+CaO+MgO堿強(qiáng)烈過(guò)飽和：加入到鐵鎂礦物中的納原子數(shù)Na2O”=(Na2O+K2O-Al2O3)2-B=CaO+MgO+Na2O”,5、將S、A、B、C（）換算成s、b、a、c（）S+A+B+C()=Ns=100S/N;a=100A/N;b=100B/N;c=100C/N;=100/N,6、B值補(bǔ)充特征值的計(jì)算：正常成分：f=100FeO/B;m=100MgO/B；c=100CaO/B;鋁過(guò)飽和：f=100FeO/B;m=100MgO/B；a=100Al2O3/B;堿過(guò)飽和：f=100FeO/B;m=100MgO/B；c=100CaO/B;堿強(qiáng)烈過(guò)飽和：n=100Na2O/B;m=100MgO/B；c=100CaO/B;,7、A值補(bǔ)充特征值的計(jì)算：正常成分與鋁過(guò)飽和類型：n=1002Na2O/A堿過(guò)飽和與堿強(qiáng)烈過(guò)飽和類型：n=100(A-2K2O)/A8、Q值的計(jì)算：正常成分與鋁過(guò)飽和類型：Q=s-(3a+2c+b)堿過(guò)飽和與堿強(qiáng)烈過(guò)飽和類型：Q=s-(3a+2+b)其中：3a表示形成堿鋁硅酸鹽所需的Si原子數(shù)；2b表示形成鈣鋁硅酸鹽所需的Si原子數(shù)；c表示形成鐵鎂礦物所需的Si原子數(shù)。Q值為正，表示Si原子過(guò)剩；反之表示不足。,1.2.2計(jì)算實(shí)例,正常成分巖石：CaO+K2O+Na2OAl2O3K2O+Na2O(分子數(shù))見(jiàn)表河北漢諾壩玄武巖。計(jì)算出的結(jié)果能反映巖石的一些基本特征：硅鋁礦物與鐵鎂礦物的比例，a+c=16.00，b=28.30，二者比例顯示鐵鎂礦物較多，巖石色率較深，基性程度較高；b值5者為酸性巖，5-25者為中性巖，25-40者為基性巖，40者為超基性巖a:c反映堿性長(zhǎng)石組分與鈣長(zhǎng)石組分之比；n反映堿性長(zhǎng)石中鈉長(zhǎng)石的百分?jǐn)?shù)；斜長(zhǎng)石的牌號(hào)為100*c/(c+a*n)=44.6約45號(hào)；Q值反映巖石中SiO2過(guò)剩與不足，該例子中為負(fù)值，說(shuō)明其不足，應(yīng)該出現(xiàn)不飽和礦物。,再如堿過(guò)飽和巖石：K2O+Na2OAl2O3見(jiàn)表鋁過(guò)飽和的巖石：Al2O3CaO+K2O+Na2O見(jiàn)表其Q為+27，說(shuō)明SiO2過(guò)剩，有石英出現(xiàn)。,1.2.3圖解法,圖解法：是扎氏法的最大優(yōu)點(diǎn)。利用簡(jiǎn)單的投影，就能把大量的巖石化學(xué)資料明顯地表現(xiàn)出來(lái)。為了表現(xiàn)a、c、b、s這四個(gè)特征值，須用一直角四面體，其頂端a、c、b、s為百分之百，這樣巖石成分的投影點(diǎn)，則位于四面體內(nèi)。但這種空間作圖法很困難，扎氏以sb為軸，把四面體展開(kāi)，可得2個(gè)以一條直角邊相接的asb及csb兩個(gè)面，前者稱堿性面，后者稱鈣堿性面。投影時(shí)均以s為起點(diǎn)，在sb軸上選定適當(dāng)?shù)谋壤呷值，同樣在sa軸上取a值，sc軸取c值，三個(gè)數(shù)值可得出兩個(gè)投影點(diǎn)：Pl、P2,堿過(guò)飽和的巖石中在直角四面體中位于c的相反方向，經(jīng)平面展開(kāi)后，s軸與sa軸重合，作圖時(shí)以s為起點(diǎn)沿sa取值。這樣堿過(guò)飽和的巖石投影點(diǎn)P1、P2均落于堿性面內(nèi)。,圖1.主要扎氏特征值作圖法左側(cè)：直角四面體右側(cè)：直角四面體展示圖,b值補(bǔ)充特征數(shù)值投影時(shí)，考慮到f+m+c=100，因此取m與c兩個(gè)值就夠了。以P1為起點(diǎn)，比例尺取主要特征數(shù)值的1/10。向右取c，向下取m，平此行二線段作長(zhǎng)方形，從P1點(diǎn)作長(zhǎng)方形對(duì)角線，得一向右傾斜的向量，以箭頭表示。箭頭的長(zhǎng)短、傾斜，可反映f、m、c的相對(duì)大小。如箭頭長(zhǎng)，代表m、c大，則f值??；若箭頭短，代表m、c值小，則f值大。而箭頭陡，反映m值較大，箭頭緩，反映c值較大。若b值補(bǔ)充數(shù)值中無(wú)c而有a時(shí)，亦以P1為起點(diǎn)向左取a，向下取m，與上法相同，在P1點(diǎn)之左，得一向左傾的箭頭。,若b值補(bǔ)充特征中有n而無(wú)f時(shí)，其作圖法與第一種情況同，仍為一向右傾斜的箭頭。但箭頭長(zhǎng)短反映n值的大小，箭頭短，表示n值大，反之，則m值小。而且此箭頭用虛線表示，以便與正常成分類型區(qū)別。a值補(bǔ)充特征數(shù)值投影時(shí)，亦按主要特征數(shù)值的1/10的比例尺，從P2點(diǎn)向下取n值，向左取(100-n)值(即鉀值)，平行兩線段作一長(zhǎng)方形，自P2點(diǎn)作長(zhǎng)方形對(duì)角線，得一向左傾斜的向量，此向量只表示兩個(gè)特征數(shù)值，線段長(zhǎng)短無(wú)意義。為了使圖面整齊，規(guī)定把P2點(diǎn)的箭頭端點(diǎn)，與P1箭頭端點(diǎn)看齊，截在同一水平面上。,圖2.扎氏補(bǔ)充特征值作圖法,1.2.4讀圖,1、不同類型巖石在圖解中的特征正常成分：兩個(gè)向量分別在兩個(gè)平面內(nèi)，堿性面內(nèi)箭頭向右傾(點(diǎn)1)。鋁過(guò)飽和：兩個(gè)向量分別落在兩個(gè)平面內(nèi)，堿性面內(nèi)箭頭向左傾(點(diǎn)2)。堿過(guò)飽和：兩個(gè)向量均落于堿性面內(nèi)，Pl箭頭向右傾斜(點(diǎn)3)。堿強(qiáng)烈過(guò)飽和：兩個(gè)向量均落于堿性面內(nèi)，但Pl箭頭是虛線(點(diǎn)4)。,2、投影點(diǎn)P1、P2位置靠上，表示巖石中暗色礦物少(b小)；投影點(diǎn)位置靠下，表示巖石中暗色礦物多。投影點(diǎn)從上向移動(dòng)下，反映巖石向基性偏移；反之，酸度增大。3、P1靠近sb軸(鐵鎂軸)，表示巖石中堿性長(zhǎng)石含量少；P2靠近sb軸，表示鈣長(zhǎng)石含量少。P1、P2均靠近sb軸，巖石中長(zhǎng)石很少或沒(méi)有，近于超基性巖。P2位于堿性面時(shí)，表示巖石中無(wú)鈣長(zhǎng)石，而有堿性暗色礦物。,4、Pl的箭頭向右，表示鐵鎂礦物(b)含鈣(c)；向左，表示含鋁(a)，箭頭愈陡，表示含鎂(m)愈高；向右愈緩，表示含鈣愈高；而向左愈緩，表示含鋁愈高。箭頭越長(zhǎng)表示含鐵越久，愈短則含鐵越多。箭頭為虛線時(shí)，越長(zhǎng)，表示含鈉愈少；越短，表示含鈉越多。5、P2箭頭陡表示：堿性長(zhǎng)石中鈉的含量高，反之，表示堿性長(zhǎng)石中鉀的含量高。,在表達(dá)超基性巖巖石化學(xué)的特點(diǎn)時(shí)，A.H.扎瓦里茨基方法往往不能滿足要求，表現(xiàn)在：1.超基性巖的主要特征值a和c值接近于0；2.純橄欖質(zhì)巖石的s與b值分別接近33和66；3.補(bǔ)充特征值中c值很小，而m值則較大，sb軸右側(cè)的向量常近于直立，且延伸過(guò)長(zhǎng)，彼此重疊，其左側(cè)的向量也類似。巖石圖形點(diǎn)和向量密集分布，彼此干擾，不易辨認(rèn)分析。,1.3超基性巖巖石化學(xué)計(jì)算法,為此，巖石學(xué)家提出了不少修改?，F(xiàn)介紹吳利仁同志提出的計(jì)算方法，主要補(bǔ)充了：鎂鐵比值m/f和巖石氧化程度h:,x代表組成單斜金屬原子相對(duì)數(shù)。y代表組成斜方輝石的金屬原子相對(duì)數(shù)。z代表組成橄欖石的金屬原子相對(duì)數(shù)。x、y、z中均包括Si，且x+y+z=100。1正常成分為了計(jì)算方便，設(shè)X、Y、Z分別代表組成單斜輝石、斜方輝石、橄欖石的金屬原子數(shù)(除Si以外的金屬原子數(shù)、即Mg、Fe、Ca等)。組成鎂鐵暗色礦物的金屬原子總數(shù)B中，將組成鉻尖晶石的Cr及Fe(Mg)除去后，剩下的金屬原子數(shù)B都參加到輝石、橄欖石中。,因此，B=B-(Cr+Cr/2)(B值中包括Cr，但Cr不參于上述三礦物中，故應(yīng)去除。另外，還應(yīng)去掉組成鉻尖晶石(MgFe)Cr2O4)的(MgFe)量，它等于Cr/2。從硅原子總數(shù)中減去組成長(zhǎng)石的硅原子之后，剩下的硅原子S=S-(3A+2C)都參加到橄欖石、輝石中。因此：X+Y+Z=BX+Y+Z/2=S(橄欖石中(MgFe):Si為1:1/2)。X=2Ca(單斜輝石中除Si以外的金屬原子數(shù)為Ca的2倍)。根據(jù)上列聯(lián)立方程