Введение
Нормативная минералогия - это расчет состава образца породы, который оценивает идеализированную минералогию породы на основе количественного химического анализа в соответствии с принципами геохимии. Нормативные минеральные расчеты могут быть выполнены либо с помощью нормы CIPW, либо с помощью нормы Барта Ниггли (также известной как катионная норма). Нормативные расчеты используются для получения идеализированной минералогии кристаллизованного пласта. Сначала камень химически анализируют, чтобы определить элементарные составляющие. Результаты химического анализа традиционно выражаются в окислях (например, процент массы Mg выражается в процентах массы MgO). Нормативная минералогия породы затем рассчитывается на основе предположений о порядке образования минералов и известных фазовых связях пород и минералов и с использованием упрощенных минеральных формул. Расчетная минералогия может быть использована для оценки таких понятий, как насыщенность кремнезема расплавленными материалами. Поскольку нормативный расчет по сути является вычислением, он может быть выполнен с помощью компьютерных программ.
Normative mineralogy is a calculation of the composition of a rock sample that estimates the idealised mineralogy of a rock based on a quantitative chemical analysis according to the principles of geochemistry. Normative mineral calculations can be achieved via either the CIPW Norm or the Barth Niggli Norm (also known as the Cation Norm). Normative calculations are used to produce an idealised mineralogy of a crystallized melt. First, a rock is chemically analysed to determine the elemental constituents. Results of the chemical analysis traditionally are expressed as oxides (e. g., weight percent Mg is expressed as weight percent MgO). The normative mineralogy of the rock then is calculated, based upon assumptions about the order of mineral formation and known phase relationships of rocks and minerals, and using simplified mineral formulas. The calculated mineralogy can be used to assess concepts such as silica saturation of melts. Because the normative calculation is essentially a computation, it can be achieved via computer programs.
Норма CIPW
Норма CIPW была разработана в начале 1900-х годов и названа в честь ее создателей, петрологов Чарльза Кросса, Джозефа Иддингса, Луиса Пирссона и геохимика Генри Вашингтона. Нормативный минералогический расчет CIPW основан на типичных минералах, которые могут быть осаждены из безводного плавления при низком давлении, и упрощает типичную магматическую геохимию, наблюдаемую в природе, с помощью следующих четырех ограничений: Магма кристаллизуется в безводных условиях, поэтому не образуются водные минералы (горнбленда, биотит). Предполагается, что ферромагнезиевые минералы не содержат Al2O3. Считается, что соотношение Fe/Mg для всех ферромагнезиевых минералов одинаково. Предполагается, что несколько минералов несовместимы, поэтому нефлин и/или оливин никогда не появляются с кварцем в норме. Это искусственный набор ограничений, и поэтому результаты нормы CIPW не отражают истинный ход магматической дифференциации в природе. Основным преимуществом расчета нормы CIPW является определение идеальной минералогии афанитной или порфиритной магматической породы. Во-вторых, степень насыщения кремнезема расплавленной породы может быть оценена при отсутствии диагностических видов фельдспатоидов. Насыщенность кремнезема в породе варьируется не только содержанием кремнезема, но и долей различных щелочных и металлических видов в расплаве. Эвтектическая плоскость насыщения кремниевой кислотой различна для различных семейств пород и не может быть легко оценена, отсюда требование рассчитать, насыщенная ли эта порода кремниевой кислотой или нет. Это достигается путем присвоения катионов основных элементов в породе к анионам кремния в модальной пропорции, чтобы сформировать минералы твердого раствора в идеализированной минеральной сборке, начиная с фосфора для апатита, хлора и натрия для галита, серы и FeO в пирит, FeO и Cr2O3 выделяется для хрома, FeO и равное молярное количество TiO2 для илменита, CaO и CO2 для кальцита, чтобы завершить наиболее распространенные несиликатные минералы. Из оставшихся химических составляющих выделяют Al2O3 и K2O, а также кремний диоксид для ортоклазы; натрий, алюминий и калий для альбита и так далее до тех пор, пока не останется ни одного кремния диоксида (в этом случае рассчитываются фельдспатоиды) или избыток, в этом случае порода содержит нормативный кварц.
The magma crystallizes under anhydrous conditions so that no hydrous minerals (hornblende, biotite) are formed. The ferromagnesian minerals are assumed to be free of Al2O3. The Fe/Mg ratio for all ferromagnesian minerals is assumed to be the same. Several minerals are assumed to be incompatible, thus nepheline and/or olivine never appear with quartz in the norm. This is an artificial set of constraints, and therefore the results of the CIPW norm do not reflect the true course of igneous differentiation in nature. The primary benefit of calculating a CIPW norm is determining what the ideal mineralogy of an aphanitic or porphyritic igneous rock is. Secondly, the degree of silica saturation of the melt that formed the rock can be assessed in the absence of diagnostic feldspathoid species. The silica saturation of a rock varies not only with silica content but the proportion of the various alkalis and metal species within the melt. The silica saturation eutectic plane is thus different for various families of rocks and cannot be easily estimated, hence the requirement to calculate whether the rock is silica saturated or not. This is achieved by assigning cations of the major elements within the rock to silica anions in modal proportion, to form solid solution minerals in the idealised mineral assemblage starting with phosphorus for apatite, chlorine and sodium for halite, sulfur and FeO into pyrite, FeO and Cr2O3 is allocated for chromite, FeO and equal molar amount of TiO2 for ilmenite, CaO and CO2 for calcite, to complete the most common non silicate minerals. From the remaining chemical constituents, Al2O3 and K2O are allocated with silica for orthoclase; sodium, aluminium and potassium for albite, and so on until either there is no silica left (in which case feldspathoids are calculated) or excess, in which case the rock contains normative quartz.
Нормативная и модальная минералогия
Нормативная минералогия - это оценка минералогии породы. Он обычно отличается от визуально наблюдаемой минералогии, по крайней мере, столько же, сколько и типы минеральных видов, особенно среди ферромагнезиевых минералов и фельдспаров, где возможно иметь много последовательностей минералов в твердом растворе или минералов с аналогичными соотношениями Fe и Mg, заменяющих, особенно с водой (например, амфибол и биотит, заменяющие пироксен). Однако в афанитах или породах с фенокристами, явно не в равновесии с грунтовой массой, нормативный минеральный расчет часто является лучшим способом понять эволюцию породы и ее связь с другими магматическими породами в регионе.
Предупреждения
Норма CIPW или катионная норма является полезным инструментом для оценки насыщенности или перенасыщенности кремниевой кислотой; оценки минералов в математической модели основаны на многих допущениях, и результаты должны быть сбалансированы с наблюдаемой минералогией. Следующие области создают наибольшее количество ошибок в расчетах; Кумулятивные породы. Хотя нормативный минеральный расчет не обязательно не подходит для использования на кумулятивных породах, полученная информация имеет сомнительную ценность, потому что кумулятивная порода не представляет собой расплав, из которого она была извлечена. Однако, если грунтовую массу кумулята можно проанализировать, то для получения информации о родительском расплаве можно использовать нормативный расчет. Окислительное состояние. Поскольку нормативный расчет разделяет Fe между оксидными фазами и доступностью для силикатных фаз, основанных на оценках соотношения Fe2 + / Fe3 +, ошибочный расчет соотношения для рассматриваемой породы может привести к ошибочным количествам магнетита или гематита или изменению силикатной минералогии. Если отношение Fe2+/Fe3+ известно для образца, полученный расчет должен более точно соответствовать наблюдаемой минералогии. Давление и температура. Поскольку норма CIPW основана на безводных расплавах и кристаллизации при довольно низком давлении, полученная нормативная минералогия не отражает наблюдаемую минералогию для всех типов пород, особенно тех, которые образуются в мантии. Нормативная минералогия не полностью точно отражает минералогию пород, образованных при высоком давлении, где, например, флогопит может заменить амфибол, амфибол оливином и так далее. Были разработаны измененные нормативные расчеты, которые более точно отражают особые режимы давления глубокой коры и мантии. Углекислый газ. Влияние CO2 на большинство расплавленных силикатов довольно незначительно, но в некоторых случаях, особенно в карбонатитах, а также в некоторых породах лампрофирового типа, кимберлите и лампроите, присутствие углекислого газа и кальцита в расплавленной или вспомогательных фазах приводит к ошибочной нормативной минералогии. Это связано с тем, что если углерод не анализируется, то возникает избыток кальция, вызывая нормативную ненасыщенность кремния и увеличивая бюджет кальциевого силиката. Аналогичным образом, если присутствует графит (как в случае с некоторыми кимберлитами), это может привести к избытку С, и, следовательно, исказить расчет в сторону избытка карбоната. Избыток элементарного С также в природе приводит к снижению скорости утечки кислорода и изменяет соотношение Fe2 + / Fe3 +. Халиды. Наличие некоторых галоидов и неметаллических элементов в расплаве изменяет полученную химию. Например, бор образует турмалин; избыток хлора может образовывать скаполит вместо фельдспара. Это, как правило, редко, за исключением некоторых гранитов типа А и связанных с ними пород. Минеральное дисбаланс. Подобно кумулятивным породам, порода может содержать посторонние минералы, унаследованные от более ранних плавлений, или даже может содержать ксенолиты или рестит. Например, неуместно рассчитывать нормативную минералогию на магматической бреччи. По этой причине не рекомендуется использовать норму CIPW для кимберлитов, лампроитов, лампрофиров и некоторых магматических пород с недостаточным содержанием кремния. В случае карбонатита нецелесообразно применять норму CIPW к расплаву, богатой карбонатом. Норму CIPW можно применять к метаморфизированным магматическим породам. Действительность метода действительна для метаморфизированных магматических пород, как и для любой магматической породы, и в этом случае он полезен для получения предполагаемой минералогии из породы, в которой может не остаться остатков протолитной минералогии.
Cumulate rocks. While a normative mineral calculation isn't necessarily improper for use on cumulate rocks, the information gleaned is of doubtful value because a cumulate rock does not represent the melt from which it was extracted. However, if the groundmass of a cumulate can be analysed, it is valid to use a normative calculation to gain information about the parental melt. Oxidation state. Because the normative calculation divides Fe between oxide phases and availability for silicate phases, based on estimates of the ratio of Fe2+/Fe3+, miscalculating the ratio for the rock in question may produce erroneous amounts of magnetite or hematite, or alter the silicate mineralogy. If the Fe2+/Fe3+ ratio is known for the sample, the resulting calculation should match the observed mineralogy more closely. Pressure and temperature. Because the CIPW Norm is based on anhydrous melts and crystallisation at fairly low pressures, the resultant normative mineralogy does not reflect observed mineralogy for all rock types, especially those formed within the mantle. The normative mineralogy is not entirely accurate at reflecting the mineralogy of rocks formed at high pressures where, for instance, phlogopite may substitute for amphibole, amphibole for olivine and so forth. Altered normative calculations have been developed that more correctly reflect the particular pressure regimes of the deep crust and mantle. Carbon dioxide. The influence of CO2 on most silicate melts is fairly minor but in some cases, especially carbonatite, but also certain lamprophyre type rocks, kimberlite and lamproite, the presence of carbon dioxide and calcite in the melt or accessory phases derives erroneous normative mineralogy. This is because if carbon is not analyzed, there is excess calcium, causing normative silica undersaturation, and increasing the calcium silicate mineral budget. Similarly, if graphite is present (as is the case with some kimberlites) this can produce excess C, and hence skew the calculation toward excess carbonate. Excess elemental C also, in nature, results in reduced oxygen fugacity and alters Fe2+/Fe3+ ratios. Halides. The presence of some halides and non metallic elements in the melt alter the resulting chemistry. For instance, boron forms tourmaline; excess chlorine may form scapolite instead of feldspar. This is generally rare, except in some A type granites and related rocks. Mineral disequilibrium. Similar to cumulate rocks, a rock may contain extraneous minerals inherited from earlier melts, or may even contain xenoliths or restite. It is improper to calculate normative mineralogy on an igneous breccia, for instance. For this reason it is not advised to utilise a CIPW norm on kimberlites, lamproites, lamprophyres and some silica undersaturated igneous rocks. In the case of carbonatite, it is improper to use a CIPW norm upon a melt rich in carbonate. It is possible to apply the CIPW norm to metamorphosed igneous rocks. The validity of the method holds as true for metamorphosed igneous rocks as any igneous rock, and in this case it is useful in deriving an assumed mineralogy from a rock that may have no remnant protolith mineralogy remaining.