По этому методу химический состав горной породы пересчитывается на числовые характеристики. С этой целью химические элементы группируются по их значению в породообразующих минералах. Рассчитываются атомные количества (числа) элементов, а не молекулярные соотношения их окислов, так как в минералах молекулярные соотношения отсутствуют; их можно встретить лишь в эмпирических формулах. Минералы (кристаллические тела) построены атомами и образуют закономерные решетки.
При пересчете по методу А.Н. Заварицкого рассматриваются соотношения следующих элементов: Si : Al ; Fe : Mg : Ca : Na : К. При этом Mn присоединяется к Fe, а Ti — к Si, Кислород О отдельно не выделяется, так как его количество вытекает из общего количества катионов. Поскольку интенсивность окисления железа зависит от случайных факторов, то определение его истинного количества не представляется возможным. Предусмотреть количество водорода также не удается, так как количество воды в горных породах зависит от степени их изменения.
В результате пересчета выводится 4 основных и 7 дополнительных параметров. Сумма четырех основных параметров а, с (или с), b, s равняется 100. Их значения следующие: а — относительное число атомов щелочных металлов, входящих в алюмосиликаты и, следовательно, комбинирующихся в атомных решетках минералов с атомами Al; с — относительное число атомов кальция, которые могут войти в алюмосиликаты (в сочетании CaAl2). В некоторых породах известковый алюмосиликат отсутствует и вместо него может появиться ферросиликат натрия; b — относительное число всех остальных металлических атомов, за исключением Si (и Ti), не входящих в алюмосиликат и ферросиликаты натрия и принимающих участие главным образом в строении решеток простых силикатов, s — относительное число атомов кремния (4 титана);
Параметр с определяется условно тем же приемом, каким вычисляется полевошпатовая известь во всех числовых характеристиках, т. е. Al2O3 — (N2O + K2O); такой расчет но существу является лишь условным арифметическим приемом. Смотря по тому, какова будет величина этой разности (больше молекулярного количества CaO, меньше него, или представлять отрицательную величину), мы можем различать три ряда химических составов горных пород — пересыщенные глиноземом, нормальные и пересыщенные щелочами.
Дополнительные параметры a', f', m' и с' указывают на участие в фемических минералах соответственно Аl, Fe, и Ca; n, t и φ соответственно выражают содержание Na в щелочных алюмосиликатах, Ti в параметре s, окисла Fe в фемических минералах. Число Q указывает на степень насыщенности горной породы кремнекислотой (SiO2). Если Q положительное число, то горная порода насыщена атомами кремния, при отрицательном его значении она нсдонасыщена ими.
Порядок пересчета химического состава магматической породы следующий.
1. Химический состав магматической породы, даваемый в весовых процентах в виде окислов элементов, пересчитываем в молекулярные количества (для ускорения пересчета пользуются специальными таблицами).
2. Складываем молекулярные количества SiO2 и TiO2, обозначая сумму буквой S.
3. Суммируем молекулярные количества K2O и Na2O. Если эта сумма меньше, чем Al2O3 или равна этому количеству, то удваивая сумму K2O+Na2O, получим А.
За. Если K2O++Na2O > Al2O3 (состав породы пересыщен щелочами), то величину A получим, удваивая Al2O3; избыток Na2O' = K2O Na2O — AI2O3, умножив на два, обозначаем буквой С.
4. Берем разность Al2O3 — (K2O + Na2O). Если она меньше или, по крайнем мере, равна CaO1 то обозначаем ее С.
4а. В случае если Al2O3 > K2O + Na2O + CaO, величина С равна CaO, и в этом случае избыток Аl2O3 = Al2O3 — (К2О + Na2O + CaO), умножив на два, присоединяем к величине В (см. п. 7).
5. Удваивая количество Fe2O3 и складывая его с количеством FeO (+ MnO), получаем FeO. Если горные породы пересыщены щелочами, величину FeO' уменьшаем на величину С (п. 3а).
5a. В весьма редких случаях возможно С > FeO'; тогда обозначаем разность С — FeO' через Na', что представляет избыток натрия (Na2O), умноженного на 2, т. е. излишние атомы Na после обозначения С.
6. Определяем CaO' = CaO — С (п. 4).
7. Складываем FeO + MgO + CaO', получаем величину В, В нее входит, как сказано, удвоенный избыток Al2O3, когда он имеется (п. 4а) или в указанных выше, очень редких случаях, избыток Na' (тогда, очевидно, отсутствует FeO').
8. Приводим отношения А : С : В : S или А : С : В : S к 100 по следующим формулам:
где N = А + В + С + S, т. е. мы выражаем отношения а : с : b : s (или а : с : b : s) в процентах.
Так получается основная числовая характеристика химического состава горной породы a : b : с : s. Кроме нее, для характеристики состава горной породы могут служить следующие дополнительные коэффициенты или параметры:
В пересыщенных глиноземом горных породах вместо с получается, как мы видим,
В горных породах, пересыщенных щелочами, в написанном выше выражении для f' величина FeO' обозначает количество закиси железа, уменьшенное на величину С, В редких случаях, когда С > FeO', получается, как мы видим, избыток Na', и тогда мы имеем дополнительный параметр:
В этом случае f отсутствует.
Величина Q вычисляется следующим образом.
Таким образом, в зависимости от результатов пересчета получают четыре класса или ряда химических составов горных пород со следующими числовыми характеристиками:
1) нормальные составы: а : с : b : s; f' : m' : c'; n, t, φ;
2) пересыщенные глиноземом составы: а : с : b : s; a' : f' : m', n, t, φ;
3) пересыщение щелочами составы; а : с : b : s; j' : m' : с'; n, t, φ;
4) редко сильно пересыщенные щелочами составы: а : с :b : s; n' : m' : c'; n, t, φ.
А. Н. Заварицкий обращает внимание читателей на следующее важное обстоятельство. Параметры основной характеристики являются числами именованными (число атомов), а параметры дополнительной характеристики — числами отвлеченными (их отношения).
В табл. 3 приводится один из примеров расчета, числовых характеристик андезит-базальта, отвечающих нормальному классу состава горных пород.
Согласно приведенному выше правилу, химический состав, данный в весовых процентах, пересчитывается на молекулярные количества. Складывая SiO2 и TiO2, получаем число S (917), складывая Na2O + K2O, получаем молекулярное число R2O или R2O*Al2O3 (61), Для получения числа А следует 61*2 = 122. Из молекулярного количества Al2O3 вычитаем молекулярное количество щелочей (172—61 = 111), получим число С (молекулярное количество CaO, входящее в полевой шпат). Вычитая из всего молекулярного количества CaO число С, получим свободное молекулярное количество CaO (47), Fe2O3 перечисляем на закись FeO, для чего надо это количество умножить на 2. К полученному числу прибавляем FeO и MnO, что обозначим FeO'(112). Складывая FeO', MgO и CaO', получим В (300). Сумма А+C+B+S=N (1450).
Путем пересчета относительного количества А, С, В, S на проценты, получим а, с, b, s. Главные числовые характеристики химического состава рассматриваемой горной породы будут следующие:
Дополнительные числовые характеристики будут:
Графическое изображение числовых характеристик. А.Н. Заварицкий разработал диаграмму для изображения числовых характеристик химических составов магматических пород. С целью изображения основной числовой характеристики, представляющей отношение четырех чисел, он применил барицентрические координаты, в которых каждой из числовых характеристик отвечает одна определенная точка. При изображении четырех отношений чаще всего берется правильный тетраэдр проекции, хотя это вовсе не обязательно. Для более удобного построения фигуративных точек гораздо лучше взять промежуточный тетраэдр.
Основная числовая характеристика, состоящая из четырех параметров, изображается точкой в прямоугольном тетраэдре проекции, а дополнительные параметры — векторами. В вершинах тетраэдра проекции расположены а, с, b, s. Точки, изображающие теоретические составы породообразующих минералов (параметры основной характеристики для них приведены в табл. 4), расположатся в тетраэдре так, как это показано на рис. 15 слева.
Состав кварца изобразится точкой в вершине s (кварц имеет три нулевых параметра и параметр s, равный 100). Состав нефелина — точкой на ребре sa, посередине между вершинами (нефелин имеет два нулевых параметра и два параметра а и s но 50), a составы ортоклаза и лейцита на этом же ребре, но ближе к вершине, в соответствии с большими значениями параметра s. Состав анортита проектируется на ребре Sc, а состав биотита на плоскости sab (биотит имеет только один нулевой параметр).
Состав эгирина, имеющего параметр с вместо с, изобразится точкой вне тетраэдра на продолжении ребра Sc, причем точка, отвечающая составу а = 0, с = 100, b = 0, S = 0, будет удалена от вершины s на расстояние, равное ребру Sc. Поэтому точка эгирина в соответствии с его параметрами будет расположена симметрично с точкой анортита относительно вершины s.
В связи с тем что на практике пользоваться объемной фигурой неудобно, А.Н. Заварицкий числовые характеристики изображает на плоскостях развернутого тетраэдра. Тетраэдр разворачивается вдоль ребра Sb на две плоскости проекции sab и scb. В такой проекции составы, характеризующиеся тремя или двумя нулевыми параметрами, изобразятся одной точкой, а все остальные — двумя точками (рис. 15, справа).
Диаграмма строится следующим образом. От исходной точки s вниз по вертикали откладывается параметр b, вправо, по горизонтали — параметр а, влево — параметр с (рис. 16, вверху слева). От конца отложенных отрезков проводятся линии, параллельные ребрам тетраэдра, пересечение которых дает две точки. Одна точка расположена на плоскости scb, другая на плоскости sab. При наличии параметра с отрезок Sc откладывается в том же направлении, что и параметр а (рис. 16, вверху справа), т. е. вправо от s и, таким образом, обе точки, изображающие такой состав, будут находиться на одной плоскости sab.
Построение дополнительных параметров проводится в масштабе, в 10 раз меньшем, чем принятый для основной характеристики. Параметры f', m', с' или а', f', m изображаются на плоскости sab. В точке P1, изображающей параметр основной характеристики, помещается параметр и от этой точки как исходной откладывается вправо отрезок, соответствующий с' и вниз, от конца его, отрезок, соответствующий m'. Полученная точка соединяется с исходной прямой и снабжается на конце острием стрелки. Если в дополнительной характеристике участвует параметр а' вместо с, отрезок, отвечающий a', откладывается от исходной точки влево, вниз от него откладывается m'; вектор, полученный при таком построении, имеет левый наклон.
При характеристике горных пород, сильно пересыщенных щелочами, отсутствует параметр и вместо него рассчитывается параметр n'. В этом случае при построении вектора исходной точкой будет не f', а n' и в отличие от обычного случая вектор проводится пунктиром.
Параметр дополнительной характеристики n изображается на левой плоскости диаграммы scb. С этой целью от точки основной характеристики P2, находящейся на этой плоскости, как исходной в произвольном масштабе вниз откладывается величина n и влево 100 — n. Соединив полученную точку с исходной точкой, получим вектор, наклон которого показывает соотношение Na и К в составе щелочных алюмосиликатов. Длина вектора принимается равной стрелке, изображающей состав этой же горной породы на плоскости sab, что удобно, так как позволяет легко сопоставить оба вектора одной и той же горной породы.
Петрохимическая диаграмма позволяет получить представление о главных особенностях химического состава горных пород по расположению векторов на диаграмме, их длине и направлению.
Расположение векторов в нижней части диаграммы указывает на большое содержание в породе фемических составных частей, приближение их к вершине s — на повышение содержания кремнезема. Если векторы расположены близко к оси Sb, то в горной породе мало алюмосиликатов. Если вектор удален от оси sb вправо — в горной породе много щелочных алюмосиликатов (щелочных полевых шпатов), а если влево — много алюмосиликатов кальция (плагиоклазов). Расположение обоих векторов на одной плоскости sab (при наличии с) показывает на пересыщенность горной породы щелочами.
Вектор на плоскости sab имеет левый наклон в том случае, если горная порода пересыщена глиноземом; направление вектора вправо свидетельствует о принадлежности горной породы к нормальному классу. Крутой наклон этого вектора вправо показывает на большое содержание в составе фемических минералов магния, а пологое положение — на значительное содержание в них кальция.
Направление вектора, расположенного на плоскости scb, является показателем соотношения Na и К, содержащихся в щелочных алюмосиликатах. Крутой наклон вектора указывает па большое содержание в щелочных полевых шпатах натрия, пологий - на большое количество в них калия.
Длина вектора, расположенного на плоскости sab, отражает относительное количество и горной породе железа. Чем короче вектор, тем больше железа содержат фемические минералы. Вектор превратится в точку, если железо будет представлено единственным катионом в составе фемических минералов.
Таким образом, Л.Н. Заварицким составлена петрохимическая диаграмма средних составов главных типов магматических пород, вычисленных Р.О. Дэли, которая позволяет проследить закономерное изменение их химических составов.
- Химический состав (петрохимия) магматических пород
- Геологические условия образования различных тел магматических пород
- Морфология тел метаморфических и метасоматических пород
- Морфология тел магматических пород
- Методы исследования горных пород
- Основные сведения о магматических и метаморфических породах
- Магма
- Внутреннее строение Земли
- Ртутная провинция Южной Америки
- Ртутная провинция Северной Америки