一种沉积岩矿物成分的计算方法

摘要

本发明涉及一种沉积岩矿物成分的计算方法，涉及矿物成分技术领域。本发明将岩石化学成分分三个阶段分配给矿物。第一阶段分配次要矿物，第二阶段分配含氧化铝矿物成分。最后，将剩余元素分配硅酸盐、碳酸盐和氧化物矿物。算法中的所有计算都是根据氧化物分子量进行的，这些分子量最初是通过测量的每种氧化物的重量百分比除以其分子量得到的。算法的最后一步是将每种矿物的计算量乘以矿物的分子量，这就给出了矿物的重量百分比。本发明所述的计算方法从沉积岩矿物构成本质出发，从众多沉积岩中矿物成分的统计规律出发，建立基于统计规律的顺序算法，逐步确定沉积岩中各矿物相的含量，既符合客观规律，又具备实际操作性。

说明书

技术领域

本发明涉及矿物成分技术领域，尤其涉及一种沉积岩矿物成分的计算方法。

背景技术

矿物是由化学元素所构成，而岩石是由矿物组成的，化学成分-矿物-岩石三者具有内在的紧密联系，矿物的化学成分是组成矿物的物质基础，同时是从化学成分推测矿物成分的理论基础。沉积岩的主要矿物包括铝硅酸盐、碳酸盐和其他成分简单的矿物相，其中铝硅酸盐矿物是沉积岩中体积含量最高、最重要的矿物。铝硅酸盐矿物分为泥质矿物和长石质矿物，其主要化学成分为硅、铝、铁、钾、镁、钙等。组成碳酸盐矿物的主要化学成分为钙、镁、铁等。其他成分简单的矿物主要为石英、黄铁矿、石膏、石盐等。

直接从沉积岩的整体化学分析中估计其可能的矿物组成，前人已经尝试开发了多种相对有价值的方法。这些方法有一个共同的关键特征，它们认为，从整体化学分析中估算其矿物组成的过程本质上是一个数学问题。所要做的是确定相关岩石样品中每种矿物相的含量，以便所有矿物相中每种元素的总量等于给定化学分析中记录的元素量。上述问题可采用多种数学方法解决，但必须强调的是，不同数学方法通常会产生不同的结果，原因在于本质上是一个多解的数学问题。

另一种方法是采用真实地质样品建立化学成分与矿物之间的相关性，利用相关性模型进行推广应用。具体做法是对相同样品同时进行化学分析和矿物分析，建立主要元素与主要矿物之间的相关性方程。相关性方程在不同地区之间有所差异，在同一地区采用的样本量越大，建立的相关性方程越具有普适性。但在实际应用中，由于元素与矿物之间不是一一对应的关系，同一种元素可出现在多种矿物中，而岩石中的矿物种类非常多，导致该方法产生的误差较大(20％以上)，不能满足对精度的要求。上述这些方法忽略了沉积岩的本质特征，将其单纯视为一个数学问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种沉积岩矿物成分的计算方法。从沉积岩本质出发，从众多沉积岩中矿物成分的统计规律出发，建立一种基于统计规律的顺序算法，逐步确定沉积岩中各矿物相的含量，既符合客观规律，又具备实际操作性。

本发明的目的是提供一种沉积岩矿物成分的计算方法，包括以下步骤，

S1、获取沉积岩化学成分分析数据；

S2、将沉积岩化学成分分析数据转换为化学成分分子数量；

S3、第一分配阶段，确定次要矿物成分；所述次要矿物为磷灰石、黄铁矿、金红石、石膏、萤石和石盐中的一种或多种；

S4、计算沉积岩含铁系数和含铝系数，确定绿泥石成分；所述绿泥石由MgO、FeO、Al

S5、第二分配阶段，确定含氧化铝矿物成分；所述氧化铝为钙长石、钠长石、正长石、伊利石、蒙脱石、高岭石、绿泥石和三水铝石中的多种；

S6、第三分配阶段，确定硅酸盐、碳酸盐和氧化物矿物成分；所述氧化物包括K

S7、将S3-S6分配或者计算得到的矿物分子数量转换为矿物含量；

S8、矿物含量归一化处理得到沉积岩矿物成分。

在本发明的一个实施例中，在S1中，所述沉积岩各化学成分含量以质量百分比计，包括以下化学成分：SiO

在本发明的一个实施例中，在S2中，化学成分分子数量的计算公式为：化学成分分子数量＝化学成分含量(wt.％)×10000/分子量。

在本发明的一个实施例中，在S3中，所述第一分配阶段的分配规则如下：

根据P

根据S分子数量计算标准黄铁矿含量；

根据SO

根据F分子数量计算标准萤石的含量；

根据Cl分子数量计算标准石盐的含量；

根据TiO

在本发明的一个实施例中，在S4中，所述系数由铁含量或铝含量决定。标准矿物表中绿泥石成分公式是根据已发现绿泥石的岩石成分得到的广义公式，表示为k

在本发明的一个实施例中，所述铁含量用含铁系数F衡量，F＝(FeO+0.9Fe

在本发明的一个实施例中，广义公式中的权重系数k

表1

在本发明的一个实施例中，在S5中，所述第二分配阶段的分配规则选自(A)-(E)中的任一种：

(A)正长石+钠长石±钙长石；所含氧化物为K

(B)正长石+钠长石+钙长石+伊利石；所含氧化物为K

(C)正长石+钠长石+钙长石+伊利石+绿泥石；所含氧化物为K

(D)钠长石+钙长石+伊利石+绿泥石+蒙脱石；所含氧化物为K

(E)钠长石+钙长石+伊利石+绿泥石+蒙脱石+高岭石±三水铝石；所含氧化物为K

在本发明的一个实施例中，“±”表示可能含有这种矿物。

在本发明的一个实施例中，(A)正长石、钠长石、钙长石；所含氧化物为K

在本发明的一个实施例中，(B)正长石、钠长石、钙长石、伊利石；所含氧化物为K

在本发明的一个实施例中，(C)正长石、钠长石、钙长石、伊利石、绿泥石；所含氧化物为K

在本发明的一个实施例中，(D)钠长石、钙长石、伊利石、绿泥石、蒙脱石；所含氧化物为K

在本发明的一个实施例中，(E)钠长石、钙长石、伊利石、绿泥石、蒙脱石、高岭石、三水铝石；所含氧化物为K

在本发明的一个实施例中，Al

在本发明的一个实施例中，在S6中，所述第三分配阶段是将第二分配阶段之后剩余的氧化物进行分配，所述第三分配阶段的分配规则如下：将CaO分配给含MgO标准白云石的优先级最高，将CaO分配给含FeO标准铁白云石的优先级次之，将CaO分配给标准方解石的优先级最低。

当CaO>(FeO+MgO)时，存在白云石、铁白云石和方解石，石英和菱锰矿随后伴生。

当(FeO+MgO)>CaO>(MgO+250)时，存在白云石、铁白云石和菱铁矿，石英和菱锰矿随后伴生。

当(FeO+MgO)>(MgO+250)>CaO>MgO时，除白云石和铁白云石之外，还会出现针铁矿和软锰矿氧化物矿物，石英伴生。

当MgO>CaO且SiO

当MgO>CaO且(2*(MgO-CaO)/3)>(1.5*SiO

当MgO>CaO且SiO

在本发明的一个实施例中，在S7中，所述矿物含量的计算公式为：矿物含量wt.％＝矿物分子数量×矿物分子量/10000，wt.％表示计算得到的矿物含量。

在本发明的一个实施例中，在S8中，所述矿物含量归一化的方法为：归一化的矿物含量＝100*(wt.％)/Σ，Σ表示S7计算的矿物含量总和。

本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明所述的计算方法是一种顺序结构的算法，将岩石化学成分分三个阶段分配给矿物。第一阶段处理次要矿物，包括磷灰石、黄铁矿、石膏、萤石和石盐。第二阶段处理含铝矿物，即铝硅酸盐矿物和三水铝石。最后，将剩余元素分配给硅酸盐矿物、氧化物矿物和碳酸盐矿物。算法中的所有计算都是根据氧化物分子量进行的，这些分子量最初是通过测量的每种氧化物的重量百分比除以其分子量得到的。算法的最后一步是将每种矿物的计算量乘以矿物的分子量，这就给出了矿物的重量百分比。

(2)本发明所述的计算方法从沉积岩矿物构成本质出发，从众多沉积岩中矿物成分的统计规律出发，建立基于统计规律的顺序算法，逐步确定沉积岩中各矿物相的含量，既符合客观规律，又具备实际操作性。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明沉积岩矿物成分的计算方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

标准矿物清单(表2)是根据岩石化学分析中的氧化物推测的虚拟清单。沉积岩中的标准矿物包括铝硅酸盐，以及碳酸盐和其他成分简单的矿物相，其中铝硅酸盐矿物是沉积岩中体积含量最高、最重要的矿物，是四组沉积岩(石英高岭石、杂砂岩、石英岩屑岩和长石砂岩)中的主要矿物。铝硅酸盐矿物分为泥质矿物(绿泥石、伊利石、蒙脱石和高岭石)和长石质矿物(钠长石、钙长石和正长石)两种类型。碳酸盐矿物包括方解石、白云石等6种。其他成分简单的矿物主要为石英、黄铁矿等。表2详细统计了沉积岩中标准矿物种类及分子量。

表2沉积岩矿物含量算法的标准矿物清单

实施例

参照图1所示，一种沉积岩矿物成分的计算方法，具体包括以下步骤：

S1、获取沉积岩化学成分分析数据

采用电感耦合等离子质谱仪测量岩石中的主量元素，其氧化物主要包含SiO

其化学成分含量如表3所示：

表3

S2、将沉积岩化学成分分析数据转换为化学成分分子数量；

将每种化学成分除以其分子量，得到的表4所示的分子数量。

表4

S3、第一分配阶段，确定次要矿物成分。从表5中数据可知，样品次要矿物含有磷灰石、黄铁矿和金红石。根据P

表5

S4、计算沉积岩含铁系数和含铝系数，确定绿泥石成分。权重系数由岩石的铁含量和铝含量决定。铁含量用含铁系数F衡量，F＝(FeO+0.9Fe

表6

S5、第二分配阶段，确定含氧化铝矿物成分；Al

表7

S6、第三分配阶段，在第二分配阶段之后，MgO分子数量剩余119.85，SiO

表8

S7、将S3-S6分配或者计算得到的矿物分子数量转换为矿物含量；矿物分子数量转换为含量的公式为：(wt.％)＝分子数量×分子量/10000，(wt.％)表示计算得到的矿物含量。

S8、矿物含量归一化处理得到沉积岩矿物成分。

归一化方法为：wt.％＝100*(wt.％)/Σ，wt.％表示归一化后的矿物含量，Σ表示上一步计算的矿物含量总和。

结果如表9所示：

表9

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。