MATLAB在碎屑沉积岩矿物含量计算中的应用

岩石学与地球化学研究中,岩石中矿物含量的确定是一项重要的基础工作,传统测定主要依赖偏光显微镜镜下观察统计或进行编程计算,效率较低。通过实例介绍了使用MATLAB工具箱中非负线性最小二乘法根据岩石化学与镜下观察到的矿物种类对碎屑沉积岩中矿物含量进行定量计算的应用。计算结果表明,使用这种计算方法对岩石矿物含量的计算结果明显比显微镜下统计的更准确、快速,值得推广应用。在使用同时,也要注意合适的矿物化学组成的正确选取,以保证计算的真实有效。     

黄长石的晶体形态研究

黄长石族矿物广泛分布在各种工艺岩石,尤其是高炉渣中,它在高炉渣中的分布量可与长石类矿物在天然岩石中的情况相比拟。黄长石有时也出现在富钙的碱性岩中,因此,黄长石的研究对岩石学和工艺岩石学,都具有一定的意义。     

花岗岩类自然矿物岩石化学换算法

本文吸收了一般岩石化学换算法的合理部分,根据稳定矿物组合与化学成分之间的规律性联系,确定了前者的岩石化学特征值.以简单联立方程解出某元素不同矿物中的配比.根据不同岩石化学条件确定成分多变矿物中元素组合和分配方式;并考虑了钾钠长石之间的常见类质同象范围,以确定符合自然实际的矿物组合和含量.计算结果投影于Qu-A-P1三角图,确定矿物成分的岩石命名.本文对各种常见的酸性深成-火山岩都建立了系统的自然矿物换算法和命名系统,其中深成岩系统包括各种含锂的云母类花岗岩、碱性花岗岩、堇青石花岗岩、萤石黑云母花岗岩、榍石角闪石黑云母花岗岩以及黑云母白云母花岗岩等.本换算法改进     

中酸性火成岩岩石化学计算若干问题的讨论及解决方案

对于中酸性火成岩,CIPW标准矿物与岩石实际矿物成分之间的差别是明显的。为了缩小这一差別,作者讨论了和岩石化学计算有关的若干问题,在此基研上提出了适用于中酸性火成岩的岩石化学计算方案。计算实例表明,本文方案能够弥补CIPW标准矿物分子法的某些不足。     

岩石内应力的X射线-中子散射测量方法

岩石内应力的储存和释放对深地资源和能源开发具有重要约束。矿物晶格间距的动态变化是揭示岩石内应力演化的重要指示。X射线衍射法是当前获取矿物晶体结构的主要手段,可以准确测定矿物的特征衍射峰。但是,对于具有复杂结构和矿物组成的岩石,X射线在穿透过程中携带的统计信息,难以反映矿物晶格间距的细节特征。中子射线的能量高、穿透深度大,且与原子核反应,因而能更准确地刻画矿物元素位置和结构细节,但中子的波长较长、校准困难,结果具有不确定性,导致中子射线在岩石内应力研究中未能发挥应有作用。在分析X射线、中子技术优势和固有局限的基础上,提出了岩石内应力的X射线-中子衍射测量方法,重点剖析了该方法的基本原理,提出了该方法的关键技术与研究前景。得出了如下结论:利用X射线在确定岩石矿物晶格参数的优势,结合加热处理等技术,可实现岩石矿物无应力条件下晶格间距的标定; 采用中子衍射技术可精确测量岩石矿物的衍射偏移峰,实现岩石内应力深度轮廓的精准刻画; 结合X射线与中子的优势,可实现岩石内应力绝对值的精确测量。提出的技术手段有利于揭示岩石内应力的微观储存和释放过程,以及长期存留的物质条件和物理力学机制,并有望为岩石矿物组成和微观结构研究提供一种新的技术方案。     

岩石矿物细胞元随机性参数赋值方法研究

数值计算中利用随机分布对各单元赋予不同的物理力学参数来考虑岩石的非均质性,赋值过程是纯随机的,并没有考虑岩石矿物组成的结构特征。故提出一种新的岩石非均质参数赋值方法--岩石矿物细胞元随机性参数赋值方法,基于岩石矿物种类及其含量定义细胞元类别判定区间,利用Monte Carlo方法对各个细胞元进行矿物类别判定,并进行相应的参数赋值,通过各矿物细胞元的随机混合体来描述岩石的非均质性。该方法既考虑了组成岩石的矿物种类及其含量（结构特征）,又考虑了组成矿物在岩石中的随机分布特征。针对矿物分布的随机特征,利用两矿物细胞元混合模型和三矿物细胞元混合模型进行数值试验,研究了矿物细胞元随机分布特征对岩石宏观力学参数的影响。研究结果表明,岩石矿物细胞元随机性参数赋值方法具有结构性和随机性的双重特性,其随机性不依赖于随机参数,岩石宏观力学参数受细胞元随机性特征的影响很小。     

计算页岩气储层矿物成分含量的新方法:黏土视骨架密度法——以涪陵页岩气田为例

常规测井计算方法难以满足页岩气田探明储量申报对储层矿物含量解释精度的要求。基于全岩X衍射和数字岩心构建实验对下志留统龙马溪组页岩气储层矿物成分的认识,建立了简化的岩石物理体积模型,把岩石骨架近似看作由硅质矿物、碳酸盐矿物和黏土矿物组成。引入"黏土视骨架密度"参数,建立了新的储层矿物含量计算公式。采用岩心全岩X衍射、岩心物性、有机碳含量数据,建立适合研究区的黏土视骨架密度法系列计算图版。基于常规测井数据计算出有机碳含量,通过图版可求得黏土视骨架密度,进一步可求得页岩中与简化模型相对应的三类矿物含量。与传统方法对比,"黏土视骨架密度法"解释精度相对较高,且费用低廉,易于在研究区推广。     

基于岩石元素含量确定岩石矿物组分的方法

岩石中矿物组分和含量对岩性划分、沉积环境判断及物源方向分析等方面均有非常重要的意义。岩石中各元素百分含量与矿物组成和演化有着密切的关系,通过确定元素含量与矿物含量之间的转换系数,依托转换系数这一桥梁,可以将元素含量转换成矿物含量。文章结合岩芯元素含量结果及全岩测试数据资料,通过对比"逐级分离"法计算结果与全岩计算结果,其结果表明:①转换系数具有一定的专一性;②该方法与多元回归方法相比,该方法可以依据较少的数据确定该地区的转换系数;③利用"逐级分离"法获得的计算结果,较符合该地区的转换系数,可以应用于岩性识别与分类。     

花岗岩类自然矿物岩石化学换算及程序设计

花岗岩类自然矿物岩石化学换算是由我国学者朱为方和唐春景设计的针对花岗岩类的标准矿物计算方法.该方法相对于CIPW标准矿物计算做了很大的改进,突出的表现在:(1)几乎能计算出花岗岩中所有的矿物,如各类云母、角闪石、堇青石、夕线石,使标准矿物与实际矿物的组成更加接近;(2)部分矿物的化学组成(如云母、角闪石)会随主岩的成分...     

岩石宏观流变性质的数值模拟

本文用有限元方法研究多矿物岩石的流变性质,即在一定温度压力范围内单矿物流变性质已知的情况下,采用随机网格划分和材料性质指定的方法,建立三维多矿物岩石的有限元模型,在计算机上计算该岩石模型在不同温度压力下的变形,根据这种数值模拟实验的结果,确定岩石整体的流变性质,而不必再进行真实多矿物岩石的高温高压实验.用有限元方法进行多矿物岩石流变性质的研究可以更为高效和节省,但其前提是多矿物间没有发生化学反应,变形机制仍与单矿物实验时的主导机制一样.本研究中进行了由锗橄榄石和锗尖晶石组成的双矿物岩石的流变实验,鉴于单个的随机生成的模型不一定居有代表性,因此对每一种矿物比例均随机生成了多个岩石模型,进行大量Monte Carlo实验和统计分析.计算结果表明,由两种矿物组成的双矿物岩石整体流变性质介于两者之间且按一定规律分布,与矿物比例有关;但即使同等矿物比例混合后的岩石会由于内部矿物分布结构的不同仍会出现一定差异,特别在试件尺度小时这种效应更为明显,因此多矿物岩石实验试件应该有足够大的尺度.     

浙江大桥坞铀矿床深部流体作用的地质-地球化学证据

笔者通过流体包裹体的岩相学、显微测温学以及激光拉曼成分的对比研究,探明了大桥坞铀矿床成矿流体的基本性质（温度、盐度及成分）,结合该矿床的构造和地质-地球化学特征,对成矿流体的来源进行了探讨。研究结果表明,该矿床主成矿期成矿温度为200-250℃,属于中温热液矿床,其成矿流体为富含CO2、H2、CH4等气体组分的中高盐度流体,反映该矿床成矿过程以深部流体作用为主,成矿流体主要为来自地幔的流体。     

机器学习在岩矿地球化学研究中的应用——综述与思考

岩石与矿物的地球化学成分数据具有高维度特征。传统的岩矿地球化学成分研究主要采用二元/三元图解判别法,准确率不高,在数理统计方法上有欠缺。机器学习方法非常适用于对大样本高维度的岩矿成分数据进行数理统计处理。本文在介绍机器学习常见算法基本原理的基础上,总结近5年来国内外学者将机器学习方法应用于岩石矿物成分数据研究的实例,包括：① 根据矿物成分溯源其母岩（源岩）、判别矿床类型,② 新生代火山岩溯源,③ 判别变质岩原岩,④ 依据岩浆岩成分判别大地构造环境等。已有的研究实例显示,机器学习方法的准确度明显优于传统的低维度判别法。机器学习本质是分析大样本数据的高维度变量之间的相关、归类等多元统计问题。推广机器学习的应用需要建设开放获取（Open Access）的矿物、岩石成分数据库,同时全面实施开放研究（Open Research）的发表策略。     

Rock Maker: an MS Excel? spreadsheet for the calculation of rock compositions from proportional whole rock analyses, mineral compositions, and modal abundance

Rock Maker is a simple software tool that computes bulk rock compositions resulting from mixing or unmixing of rocks or minerals. The calculations describe the chemical expression of processes such as magma mixing, fractional crystallization, assimilation, residual melt extraction, or formation of solid solutions. Rock Maker can also be used for the elimination of thermodynamically inactive or unwanted chemical components from the whole rock composition, such as cores of porphyroblasts that are considered not to be in equilibrium with the matrix. The calculation of the resulting rock composition is essentially based on modal proportions and compositions of different components in rocks, which may include specific portions of the rock or individual mineral phases. Compositional data, obtained using XRF, ICPMS, EDS, or EPMA, may include major and trace element concentrations. Depending upon the nature of the problem to be solved, the concentrations of oxidic and elemental components can be added to, or subtracted from, each other, producing the calculated normalized whole rock composition after completion of the investigated process (mixing, unmixing, depletion, enrichment, etc.). Furthermore, the software allows the calculation of whole rock compositions from ideal mineral compositions, for which modal proportions can be chosen from pre-defined mineral compositions. The data set includes the most common rock forming minerals and allows the addition of further phases. This section can be used to calculate the approximate whole rock compositions from petrographic modal analysis. This part of Rock Maker is specifically suitable as a teaching tool that illustrates the interrelationship between mineral compositions, modes, and the corresponding whole rock compositions.     

Compositions, Proportions, and Equilibrium Temperature of Coexisting Two-feldspar in Crystalline Rocks

Compositions, proportions, and equilibrium temperature of coexisting two-feldspar in crystalline rocks are of great importance to classification in petrography and interpretation of petrogenesis. Crystalline rocks are usually composed of 4-6 minerals (phases), depending on their independent chemical components and the equilibrium temperature of crystallizations. In general, number of mineral phases can be determined by the “Phase Rule”. According to the mass balance principle, bulk composition of coexisting two-feldspar could be evaluated from the bulk chemistry of a rock, provided that the compositions of the coexisting mafic mineral phases containing calcium, sodium, and potassium oxides are determined, e.g., by microprobe analysis. The compositions, proportions, and temperature of two-feldspar in equilibrium can thus be simultaneously resolved numerically from bulk composition of the rock, by incorporating the activity/composition relations of the ternary feldspars with the mass balance constraints. Upon the numerical approximation method presented in this paper, better-quality, internally consistent data on feldspar group could usually be obtained, which would be expected more realistic and accurate in consideration of thermodynamic equilibria in the system of crystalline rocks, as well as bulk chemistry of a rock and the composing minerals.     

基于CT图像的花岗岩矿物组分与细观结构分析

获取准确的岩石矿物组分与细观结构特征,对从细观层面认识岩石宏观力学性质具有重要意义。CT扫描技术是研究岩石矿物细观结构的有力工具。本文采用高分辨率三维CT扫描系统,获得了花岗岩CT扫描图像;采用阈值分割的方法,综合X射线衍射试验结果确定合理的分割阈值,实现了对花岗岩CT灰度图像的三值化分析;最终获得了花岗岩的主要矿物含量与细观结构特征。研究结果表明:选择合理的分割阈值,可实现花岗岩主要矿物石英、长石、云母的自动识别和定量分析;基于三维重构模型,可获得不同矿物的形状、粒径和空间分布特征。本文方法对定量测试岩石矿物组分和认识其细观结构具有一定的参考意义和价值。     

火成岩定量矿物分类刍议(续)(附岩石化学分类及岩浆类型的标准矿物图解)

主要由副长石、长石組成的(碱性) 火成岩的四面体空間投影分类图解含副长石及长石和仅含副长石的火成岩称为碱性岩。碱性岩的产出虽少,其分布面积不超过全部火成岩的1％;但由于矿物组分复杂,岩性变化较大,特定的岩石名称竟占全部岩石名词的35％左右。因此,碱性岩的分类及命名问题,从来就是一个麻烦的事情。     

广东曲仁两套红层的重矿物组合特征与地层对比

本研究以广东曲仁煤田两套红色地层为对象。工作中各选择了中侏罗统和上白垩统一个完整的地层剖面,进行碎屑重矿物组合、标志特征,重矿物成因和演变,韵律特征和矿物或熟度等研究,初步查明了它们的蚀源母岩类型;揭示了重矿物组合和区域岩石类型变化的原因;指出以重矿物为标志的韵律性和标志层的存在;探讨了矿物成熟度在重矿物研究中的意义;进而提出了划分、对比两套红层的重矿物标志。     

利用岩石化学成分计算花岗岩类实际矿物的新方法

介绍一种在三氏算法(戎嘉树等人于20世纪70年代初提出的一种用岩石化学成分计算花岗岩类实际矿物含量的方法)的基础上经长期实践并不断创新而发展起来的一种新的实际矿物含量的计算方法。该方法针对准铝质花岗岩类、铝过饱和、铝强过饱和花岗岩类分别设计了相应的计算方法,同时也兼顾了碱交代花岗岩及碱长花岗岩,不仅适用于新鲜岩石,也适用于部分蚀变的岩石。该方法在处理岩石化学分析数据的归纳和组合上尽量与实际存在的矿物相结合,力求计算结果与岩石中实际存在的矿物相符。计算过程中提出了长石的修正系数χ,用其修正岩石中钾长石和斜长石的含量,从而确保计算结果与实际相符。计算得到主要造岩矿物(Q、Or、Pl、Bi、Ms、Hb)的含量和反映岩石化学特征的两类参数(Ot、AnPl、K-Na、a、b、Mg)及相关图解。该方法不仅可以计算出岩石中主要造岩矿物的含量,同时还可以反映岩石化学特征、演化过程及其成矿专属性等。     

吐哈盆地大河沿地区塔尔朗组细粒沉积岩特征

通过野外露头详细观察、薄片鉴定、X射线衍射分析、微量元素分析等技术,对大河沿地区塔尔朗组细粒沉积岩矿物成分、沉积构造、岩性岩相类型及沉积环境进行研究。结果表明:塔尔朗组细粒沉积岩矿物成分以石英和方解石为主,含少量长石及黏土矿物;沉积构造类型包括较强水动力下的粒序层理、小型交错层理、脉状层理以及静水环境下的纹层状构造;以颜色、矿物成分、沉积构造等因素为依据将细粒沉积岩划分为5种岩相,包括灰黑色薄层状混合细粒岩相、深黑色页状黏土岩相、灰黑色纹层状混合细粒岩相、灰色薄层状粉砂岩相、灰白色页状灰岩相;岩石类型包括碳酸盐岩类、细粒长英沉积岩类、细粒混合沉积岩类3种岩石类型。塔尔朗组细粒沉积岩沉积期温暖湿润,整体上属于还原的半咸水-咸水湖盆的产物。