岩石化学计算方法之二 - 图文

岩石化学计算方法之二

——尼格里“数”法

（一）原理及数值计算

尼格里认为：绝大部分的岩石化学特征主要是由（Fe2O3+FeO+MgO+MnO）、Al2O3、CaO和（Na2O+K2O）及SiO2这五组氧化物的含量及其间的比例关系来体现的。由于在硅酸盐类岩石中SiO2的含量常较其它四组成分大得多，不便一起表示。因此他首先将前四组的含量做为说明岩石化学特征的四个主要指标，又因这些成分在岩石中彼此组合成造岩矿物是以分子数量（或原子数量）的关系配置的，故对其数量亦采用分子数，而非重量数。对SiO2的含量则另一数值qz表达。此外对其它次要组分及各组分之间的其它关系，则用另一些次要数值来表达。

综上所述，尼格里“数”法的主要指标及其计算公式如下：

Alal??100

?Al'—代表岩石中Al2O3的分子数；

Σ—代表Al'+Fm'+C+AlK'分子数的和（见下述）

Fm?fm??100

?Fm'=FeO'+MgO+MnO （分子数） FeO'=FeO+2×Fe2O3 （分子数）

式中Fe2O3 之所以乘2，是因为一个Fe2O3 分子近似等于2个FeO的分子数，其误差不超过10%，即Fe2O3=2FeO+O，以144克分子的FeO代替，166克分子的Fe2O3仅接近损失10%。

C?C??100

? C'=CaO的分子数。

Alk?alk??100

? AlK'=Na2O+K2O的分子数和。

计算中对各种微量组分，均按其通常类质同象代替关系处理如下： Cr2O3并入Al2O3中； NiO、CoO并入FeO中； BaO、SrO并入CaO中； LiO并入K2O+NaO中； 次要的补充数值有：

SiSi=?100（式中分子均为分子数，

?表示SiO2与Σ的百分比例。

ti?TiO2?100 ?表示TiO2与Σ的百分比例。

P?P2OS?100 ?表示P2OS与Σ的百分比例。

h?H2O?100 ?表示H2O与Σ的百分比例。

ZrO2Zr??100

?表示ZrO2与Σ的百分比例。

Mg?MgO

2Fe2O3?FeO?MnO?MgO用以说明镁在铁镁组分中的比例。

O?2Fe2O3

2Fe2O3?FeO?MnO?MgO用以说明Fe2O3在铁镁组分中的比例。

K?K2O

K2O?Na2O用以说明K2O在Al'K中的比例。

t?al?(alk?c)

用以说明氧化铝的饱和程度，即指在同全部的K、Na、Ca组成长石后，Al2O3剩余的情况。

由于在钾长石（KAlSi3O8）中，K2O：Al2O3=1：1，钠长石（NaAlSi3O8）中，Na2O：Al2O3=1：1，钙长石（CaAl2Si2O8）中，CaO：Al2O3=1：1，故参加到碱性长石和钙长石的Al2O3分子数等于K2O+Na2O+CaO的分子数的和。t值有正有负。当t为负值时，则表示铝不能供全部的K、Na、Ca组成长石，岩石属正常或硷过饱和类型。

用以说明岩石SiO2饱和特征的石英系数—qz的计算公式为： qZ=si-si'………………（1）

式中si为岩石中SiO2分子总数与Σ的百分比，即：

Si?SiO2?100 ?Si'—为清耗在各种硅酸盐矿物中的SiO2分子数。

（1）式表明岩石的石英数等于硅的总数减去同各种氧化物结合的最大硅数之差,qz的计算视t值的情况而定。即当t为负值时（al?alk?c），即在正常系列岩石中，qz值的计算公式为：

qz=Si-（100+4alk）????（2） 公式推导如下：

因为在正常系列的岩石中，全部的Al2O3都参加到碱性长石和钙碱长石中，且暗色矿物中有剩余的Ca。此时，同各种氧化物结合的最大的硅量为：

Si'=alkSi+Ca'Si+Ca\??????（3）

式中：alkSi—与K、Na化合的最大Si量。从KAlSi3O8及NaAlSi3O8中知：每一K2O或Na2O分子需要6个SiO2分子（分子式中原子比为1：3，而分子比则为1：6），故alkSi=6alk。

Ca'Si—指消耗于钙长石中的最大Si量。从CaAl2Si2O8中知：每一CaO分子需要2个SiO2满足，故Ca'Si在正常系列岩石中，由组成碱性长石后剩下的Al2O3分子数来定，Ca'=al-alk。

而Ca'Si=2（al-alk）

Ca\—指与组成长石后剩余的参加到暗色矿物中去的CaO分子相结合的SiO2分子数。从饱和矿物单斜辉石分子式Ca（Mg·Fe）Si2O4知：每一个CaO分子必须同一个SiO2分子相结合，单斜辉石Ca（Mg·Fe）Si2O4可写成CaO·SiO2+（Mg·Fe）O·SiO2，其中2个SiO2分子分别同CaO和（Mg·Fe）O各结合一个。

在正常系列中：Ca\（al-alk）

fmSi—与镁铁结合的最大硅酸，饱和的硅酸盐如：斜方辉石、单斜辉石每一个MgO、FeO分子需要一个SiO2分子来满足则：fmSi=fm

（3）式代入（1）式： qz=Si-Si'

qz=Si-（alkSi+Ca'Si+Ca\）

=Si-{6alk-2（al-alk）+[C-（al-alk）]+fm} =Si-[6alk+2al-2alk+C-al+alk+fm] =Si-（al+C+alk+fm+4alk） ∵al+C+alk+fm=100 故qz=Si-（100+4alk）

对于铝过饱和类型的岩石，Al2O3的分配和矿物组成有（1）al<50，（2）al>50这两种不同的情况，现分述如下： （一）当al<50时， ∵al+alk+C+fm=100

则在al<50时，alk+C+fm必>50 故al

在此情况下，Al的分配和岩石中矿物组成的情况是：

1、全部的K、Na都组成碱性长石，消耗的Al量为1：1，因为在碱性长石中Al2O3：K2O（或Na2O）=1：1。

2、全部的Ca都组成钙长石，消耗的Al量为1：1，因为在钙长石中Al2O3：CaO=1：1

3、在组成长石后剩余的Al同部分fm组成堇青石类矿物（因为al

4、组成堇青石后剩余的fm则组成不含铝的斜方辉石类矿物。 上述各类矿物所消耗的硅量分别为：

1、消耗在碱性长石的硅量为6alk。因为在碱性长石分子KAlSi3O8或NaAlSi3O8中，K2O或Na2O：SiO2=1：6。

2、消耗在钙长石中的硅量为2C。因为在钙长石分子CaAl2Si2O8中，CaO：SiO2=1：2。

3、消耗于堇青石中的硅量为2.5[al-（alk+C）]，因为铝在满足长石类矿物后剩下的铝量为al-（alk+C），而堇青石的的分子构成为MgAl3Si5AlO18，其中

Al2O3：SiO2=1：2.5，故参加堇青石的全部硅量为2.5×[al-（alk+C）]。

4、消耗于斜方辉石中的硅量为fm-[al-（alk+C）]。因为在组成堇青石后剩余的fm量为fm-[al-（alk+C）]。而在斜方辉石分子（Mg·Fe）SiO3中，（Mg·Fe）O：SiO2=1：1，故其消耗的全部硅量等于组成堇青石后剩余的全部fm量，即等于fm-[al-（alk+C）]。

综合上述，则在铝过饱和且al<50时，qE的计算公式如下： qz=Si-Si'

而Si'=6alk+2C+2.5×[al-（alk+C）]+fm-[al-（alk+C）] 则qz=Si-{6alk+2C+2.5×[al-（alk+C）]+fm-[al-（alk+C）]} =Si-[6alk+2C+2.5（al-alk-C）+fm-（al-alk-C） =Si-（6alk+2C+2.5al-2.5alk-2.5C+fm-al+alk+C） =Si-（4.5alk+0.5C+1.5al+fm）

=Si-[（alk+C+al+fm）+3.5alk-0.5C+0.5al] =Si-（100+4alk+0.5al-0.5alk-0.5C） =Si-[100+4alk+0.5（al-alk-C）] ∵al-alk-C=t

则：qz=Si-（100+4alk+0.5t） （二）当al>50时： ∵alk+C+al+fm=100 则：alk+C+fm必<50 故al>alk+C+fm

在此情况下，岩石中铝的分配及矿物组成的情况是：不仅全部的K、Na、Ca都组成长石，而且全部的fm也都同Al组成含Al的堇青石类矿物，最后Al仍有剩余。对剩余的Al则将与硅结合成硅线石型矿物。各类矿物所消耗的铝和硅的量如下：

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