Petrochem1.0岩石化学软件及其应用

丁卫平

中化地质矿山总局地质研究院，河北涿州，072754

0 引言

随着地质勘查的大面积展开，属于基础地质工作的岩石化学应用到各类岩浆岩和火山岩的研究显得很常见，这方面虽有类似的软件来解决，但都各有不足之处，比如某些功能的缺陷，作者利用既熟悉软件开发工作，又熟悉地质方面知识的优势，通过紧密结合中国地质调查局地质勘探行业标准开发了Petrochem1.0岩石化学软件，除了常用的功能外，还补充了地球化学中有关的部分，比如钛铁铜镍铬的成矿可能性方面。经过了近一年的黑白盒测试，已经完全能应用到有关岩石化学方面的数据处理中，为地质研究提供了很好的基础。

1 主要功能介绍

岩浆岩尤其是火山岩中的氧化物含量对岩石定名、成矿可能性、构造环境分析和火山岩系列划分等是很重要的基本数据，这些常用的氧化物通常为 SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O、K2O、H2O、TiO2、P2O5、CO2、MnO、NiO、ZrO2、Cr2O3。这里利用主界面进行功能介绍，以五个大类来进行分别说明。主界面及主要功能如图1所示，该图是为了显示所有主要功能而拼出显示，右键菜单只对选出的数据（背景变深）起作用，总计有15项大的功能，其中弹出式菜单中有14项功能，第15项是对表中的所有样品（不必选择样品）计算标准矿物和岩石化学指数（CIPW及指数），用按钮来弹出对话窗，这些大的功能根据情况可以有更详细的次级功能。

2 岩石化学计算方法

岩石化学研究包括全岩特征数值（扎氏法）、标准矿物和岩石化学指数计算等三方面，本软件中的全岩特征数值法采用的是常用的扎瓦里茨基特征数值法，而标准矿物计算则采用的是美国的CIPW标准矿物计算法，现分别说明：

2.1 扎瓦里茨基特征数值法【1】

该方法实际上是求出若干个特征数据来表示岩浆岩的化学特征，并用图解表示出来，选择该项菜单后，弹出扎瓦里茨基图，将所有选择的岩石序号显示在图2中，至于具体的特征数据可在“图信息”中弹出窗口来显示。

图 1 岩石氧化物数据及功能菜单分布情况图Fig.1 Oxid data and function menu dialog for rock analysis

图 2 扎瓦里茨基图解Fig.2 Zavaritskii diagrammatizing

该图解不能用于超基性岩的投图，对于该图如何理解特别设计了一项“读图法”按钮，点击即可弹出读图说明，所有图形可被保存用于放到需要的文件中，可以将图形显示部分硬拷贝输出成一个bmp格式图形文件，以供被选用（以后图形界面有此功能的话，不再介绍）。图2中的1号样为内蒙西乌旗的花岗斑岩样，17号样为玄武安山岩样，27号样为辉长岩样。

2.2 CIPW 标准矿物计算【1】

在图1中的下方选择“CIPW”按扭后，即可弹出图3所示的对话窗，显示的标准矿物如下：磷灰石(Ap)、钛铁矿(Ilm)、榍石(Tn)、钾长石(Or)、钠长石(Ab)、钙长石(An)、赤铁矿(Hm)、磁铁矿(Mt)、透辉石(Di)、硅灰石(Wo)、紫苏辉石(Hy)、石英(Q)、橄榄石(Ol)、碳酸钠(Ne)、白榴石(Lc)、刚玉(C)、铬铁矿(Cm)、霓石(Ac)、硅酸钠(Ns)，该窗口也有右键菜单来对标准矿物进行进一步的操作。

2.3 岩石化学指数【2】

岩石化学指数是判断岩性特征的重要参数，包括里特曼指数(σ)、长英指数(FL)、固结指数(SI)、分异指数(DI)、镁铁指数(MF)、拉森指数(LI)、结晶指数(CI)、风化指数(WI)、氧化度(OXD)、氧化率(OX)、镁铁比值(M/F)、镁铁比值(m/f)、碱度率(AR)、ALK、K2O/Na2O、A/CNK、戈蒂里指数、颜色指数、斜长石号码等。这些指数直接与标准矿物一同显示在同一窗口中。对这些指数可在图3所示对话框的“指数说明”按钮中弹出图4所示窗口，了解指数的具体含义。说明这些指数一般用在什么情况下，方便随时查询。

3 岩石的命名及相关图解

岩石的命名图解采用先大类命名，然后鼠标点按不同区域弹出不同窗口进行更详细的定名方法。

图 3 CIPW标准矿物及岩石化学参数图表Fig.3 CIPW standardize minerals and index dialog for petrochemistry

图4 岩石化学指数说明窗Fig.4 Index-explaining dialog for petrochemistry

3.1 全碱-二氧化硅分类(TAS)图解【3】

该图解是中国地质调查局所确定的国家标准图解，弹出对话窗如图5，可以依据SiO2、K2O、Na2O投影到这个图中，看点落在什么区域就基本确定什么岩性名，再根据每个区域不同的功能菜单再继续分类，该图分上下两部分，对镁含量低者，用上部分定名，对高镁者，则用下部分命名。图5中，T区能右键弹出“过碱性粗面岩的分类”菜单，R区可弹出“过碱性流纹岩的分类”菜单，B区可弹出“玄武岩分类”菜单，S1+S2+S3区可弹出“粗面玄武安山岩分类”菜单。此外，B区中SiO2含量大于48%的区域和O1、O2、O3及R区都能弹出“高钾-中钾-低钾分类”菜单。下面一一介绍这些菜单弹出界面。

图 5 TAS分类图解Fig.5 TAS classification diagram

3.1.1 过碱性粗面岩的分类【3】T区菜单——该菜单弹出以下对话窗（图6）：图中1、2号样为内蒙古梅勒图组钠闪碱流质粗面岩投影图。

图6 粗面岩的分类图Fig.6 Trachyte Classification diagram

3.1.2 按钾质含量对玄武岩、安山岩、流纹岩等继续分类——高钾-中钾-低钾分类【3】弹出对话窗如下图7。

图7 高、中、低钾熔岩分类图Fig.7 High-middle-low potassium lava classification diagram

同样的岩石类型，从陆壳俯冲带到板块内部，K2O的含量是逐渐升高的，使用此图可以做辅助的判断。

3.1.3 流纹岩区“过碱性流纹岩”的进一步分类【3】同样是依据 Al2O3和全铁的含量进行划分，图 8是内蒙古西乌旗的火山岩数据（3号和6号样），说明这些岩石都属于钠闪碱流质流纹岩。

图8 Al2O3-FeO(全铁)图解Fig.8 Al2O3-（FeO+Fe2O3）(total Fe) diagram

3.1.4 粗面玄武安山岩的分类【3】弹出这菜单项，以便对玄武岩、玄武粗安岩、粗安岩等继续按Na2O、K2O含量进一步分类，显示的窗口如图9。

图 9 粗面玄武安山岩的分类命名Fig.9 Classification denomination for trachybasaltic andesite

看投影点落在什么格中就是什么类型的岩石，多个点落入同一格中的话就从左往右，从上往下排列。

3.1.5 玄武岩分类【3】在TAS图解中的B区，右键选择该菜单后依据计算的CIPW标准矿物，可以将该区玄武岩继续分类如图10，可以将玄武岩分出11种详细类型。B代表Basalt，即玄武岩。“帮助”按钮弹出对话窗说明各带括号的数学表示是什么类型玄武岩，如碧玄岩、橄榄玄武岩、苦橄岩等，图10中的17号样表示石英拉斑玄武岩，该样是内蒙古西乌旗一带的玄武岩数据。

图 10 玄武岩类岩石的CIPW标准矿物命名图(OQNH)图Fig.10 Standardize mineral denomination diagram for basalt(OQNH)

3.2 标准矿物的岩石分类定名

这是在计算出CIPW标准矿物的基础上对一些岩石进行详细定名。

3.2.1玄武岩类型【3】对选择的数据，首先进行过滤，根据SiO2含量去掉不是玄武岩的数据，然后利用CIPW标准矿物含量以及Al2O3的百分含量来确定进一步的玄武岩分类名字（图11），依据标准是中国地调局的岩石分类和命名方案——火成岩岩石分类和命名方案 GB/T 17412.1-1998。

图11 由CIPW标准矿物确定的玄武岩分类Fig.11 Basalt Classification from the CIPW standardize minerals

3.2.2 石英-钾长石-斜长石-副长石(QAPF)图解【3】依据计算的标准矿物，投影到下面的图中，如果是侵入岩见图12。

图12 侵入岩分类图解Fig.12 Classification diagram for Invasive rock

点击其中的“帮助”，可以得到各分区的侵入岩名称说明，注意该名称与实际可以不一样，只要差别不是太大都可以，大多是用在见不到具体矿物的火山岩相互之间的对比上。图所示野外定名为花岗斑岩，实际所在区域（4）为花岗闪长岩区。

如果选择的是火山岩数据则读下面的图13。

图13 火山岩分类图解Fig.13 Classification diagram for Volcanic rock

点按其中的“帮助”按钮，可以得到各分区的火山岩名称说明。在图13的分区9、10中，玄武岩与安山岩都落在该区，如何进一步划分，依据该区右键菜单“玄武安山岩分类”【5】，弹出以下对话窗（图 14），从而把二者区分开来，通过下图说明实际上是安山岩，而实际样品定名为玄武岩。

图14 玄武岩和安山岩的进一步分类图Fig.14 Classification diagram for Volcanic rock

3.2.3 辉长岩分类图解【3】如果选择的是辉长岩样，可以利用图15将辉长岩进行继续详细定名。点按其中“帮助”按钮，可以了解各分区辉长岩的详细定名以及三角顶点名（辉石、斜长石和橄榄石）。

图15 辉长岩分类图解Fig. 15 Classification diagram for Gabbro

图中的18、19号样镜下鉴定为辉长岩，实际投影区域（2）也为辉长岩

4 岩石形成环境分析

形成环境包括大地构造环境，也包括岩浆形成深度是地壳还是地幔，岩浆是地壳重熔的还是地幔融化的等等。

4.1 里特曼-戈蒂里图【4】

主要是对火山熔岩进行分析，确定熔岩的产生环境特点。利用 SiO2、K2O、Na2O的百分含量，计算里特曼指数σ=(K2O+Na2O)2/(SiO2-43)；利用 Al2O3、Na2O、TiO2计算戈蒂里指数 τ =（Al2O3-Na2O）/TiO2；将计算结果都取常用对数，将取对数后的值投影到图16中，图中的数据是内蒙古西乌旗一带的火山熔岩数据，它们投影点落在造山带区域，与实际大地构造环境是吻合的。

图16 里特曼-戈蒂里图Fig.16 Rittmann- Cottine diagram

对其中的 A、B、C的分区说明等在帮助按钮弹出的窗口中有说明，如其中的B区表造山带，A区表非造山带，C区表A、B区派生的碱性岩

4.2 F1-F2-F3 判别图【4】

分析SiO2、TiO2、Al2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O、K2O的含量，并利用它们计算 F1、F2、F3【4】（具体见邱家骧等《岩石化学》），并投影到图17，此图只适合于判断玄武岩的构造环境。

4.3 板块移动速度【4】

由于火山岩主要分布在板块的扩张边缘（如洋中脊）及闭合边缘（如消减带）；板块扩张闭合速度与火山岩中K2O含量反相关，利用K2O含量可以确定闭合或者扩张速度(图18)。

图 17 F1-F2-F3与玄武岩关系图Fig.17 The relation diagram of F1-F2-F3 and Basalt

图 18 火山岩中K2O与板块移动速度关系图Fig.18 The relation diagram of K2O and Plate moving velocity in Volcanic rock

图 18中的点是内蒙西乌旗的某流纹岩的数据，结合前面分析该区是造山带环境，表明这里的封闭速度是2.44cm/a。

4.4 花岗岩构造环境分析R1-R2图【4】

图 19 中 R1=4Si-11(Na+K)-2(Fe+Ti)；R2=6Ca+2Mg+Al(为原子数)，它们是判断花岗岩构造环境的常用方法。对其中的参数和分区代号所显示的构造环境，可按“帮助”在其信息窗中显示。

图19 花岗岩构造环境分析图Fig.19 Tectonic environment analysis diagram for Granite

4.5 大洋与大陆岩浆岩判别图解

这是赵崇贺1989年提出的一种判断大洋、大陆裂谷和岛弧造山带岩浆岩的图解，比较通用，既可用于侵入岩也可用于喷出岩，图20的21、23号样品分别为内蒙古西乌旗一带的玄武岩和粗玄岩，由图可知，玄武岩和粗玄岩样产在岛弧造山带岩浆岩区中，符合该地的大地构造条件。

4.6 基中性火山岩构造环境分析图【4】

显然图21只适合中性到基性的火山岩分析，分区标志等见“帮助”按钮。图中所标21、22 、23号样为内蒙西乌旗一带的玄武岩数据，3区是造山带，与以其他参数确定的构造环境吻合。

4.7 花岗岩岩浆结晶与交代类型分析【4】

花岗岩有岩浆结晶者，也有交代（花岗岩化）者，如何区分可以采用图22，对氧化物进行分析，得出其中的K、Na、Ca原子量相对百分含量投影到图22中，如果点落在中间的深色区域就是岩浆结晶花岗岩，否则就是交代花岗岩。

图20 大洋与大陆岩浆岩的判别图解(赵崇贺，1989）Fig.20 Distinguished diagram of magma rock for ocean and continent

图21 基中性火山岩构造环境分析图Fig.21 Tectonic Environment Analysis diagram for the basite-mesite

图22 岩浆花岗岩投影点分布区（据R.D.Raju等，1972）Fig.22 Projective dot distribution zone for Granite

岩浆结晶花岗岩可以继续分类为S型和I型花岗岩，在深色区域，可以选择右键菜单“I/S类型花岗岩分类”，弹出对话窗，见图23，确定是I或者S型，也可以将类型定为IS混合型或者SI混合型，IS混合型说明是以I型为主的混合型，SI说明是以S型为主的混合型。

图23 I与S型花岗岩在化学成分上的不同Fig.23 Chemical ingredient characters of the I and S type granite

在确定混合型时，以参数满足S型化学成分特征多的就定义成SI型，否则就定义成IS型。有关I型和S型的定义点击“帮助”能显示出作为I与S类型确定的参考。

上述方法确定可以避免其他方法把花岗岩岩石截然分为I和S类型的局限。

4.8 I/S 花岗岩分类【4】

该分类是利用Na、K、Ca原子的含量特点来分类（图 24），与前面的分类方法不一样，前面的分类有点人为因素，这里直接分类出来，但这种分类没法确定混合类型，过于死板。

图24 花岗岩I/S自动分类图Fig.24 Automatic classification diagram for granite

4.9 花岗岩的分类图【4】

此种分类是从产出的构造环境上来分的，所以它从另一种途径来分析岩石的形成环境（图25）。

图25 花岗岩分类图Fig.25 Classification diagram for granite

4.10 玄武岩结晶温度分析

4.10.1 计算法【4】在选择数据后，在右键菜单“计算法”中弹出以下对话窗（图 26），即可利用《岩浆岩岩石学》中提出的方法计算出玄武岩中橄榄石和斜长石的结晶温度。

图26 玄武岩结晶温度对话窗Fig.26 Crystal temperature dialog for Basalt

4.10.2 图解法【4】选择数据后，在右键菜单“图解法”中弹出对话窗（图27），即可以估计矿物结晶温度。对于图中的分区及线的颜色等意义，可见“帮助”按钮的弹出窗口。红实线表橄榄石结晶温度，蓝虚线表斜长石结晶温度，如图27中的27号玄武岩样，表明斜长石结晶温度为1100℃，橄榄石结晶温度为1070℃左右。说明橄榄石结晶不绝对会比斜长石要早，在特定的环境和成分比例情况下，斜长石可以比橄榄石结晶早。

图27 玄武岩中MgO、Al2O3含量与橄榄石、斜长石结晶温度及玄武岩类型关系图Fig.27 Relation diagram among Olivine and plagioclase crystal temperature、 basaly type and MgO、Al2O3 Contents

5 岩浆碱性程度等分析

5.1 中酸性岩浆的碱度分析【4】

利用碱度率和 SiO2可以把岩浆岩划分为钙碱性、碱性和过碱性三级，它主要适合于中酸性岩石，过于酸性的岩石或过于基性的岩石不要使用此图来判断，要用其他方法，图28为内蒙古西乌旗的火山岩数据，1为花英岗斑岩，9为石英闪长岩，说明是钙碱性的，与本区大兴安岭发育的火山岩碱性特征吻合。

图28 AR-SiO2与碱度关系图Fig.28 Relation diagram of AR-SiO2 relation diagram

5.2 花岗岩碱度分析【4】

弹出图29对话窗，分为碱性、亚碱性和钙碱性三个类型，这一般只适合于中酸性岩石，其他岩石类型不合适。

图29 花岗岩碱度分析图Fig.29 Alkalinity analysis for granite

5.3 火山岩碱性和亚碱性系列的划分

在选择了火山岩数据后，上述菜单项有两个子菜单，说明有两种分类方法。

5.3.1 硅-碱图法【4】弹出图29对话窗即把岩石样分成了碱性和亚碱性系列，在亚碱性系列（S区）又可右键弹出菜单“亚碱性进一步分类”，而弹出图30的AFM对话窗，其中的A=K2O+Na2O，F=FeO+0.9Fe2O3，M=MgO，均百分含量。

图30 硅-碱图Fig.30 Silicon-Alkalinity diagram

图31 A-F-M图Fig.31 A-F-M diagram

利用图31，可以将亚碱性系列划分为拉斑玄武岩系列和钙碱性系列。上述样品是内蒙西乌旗数据，可见最终确定为钙碱性系列，与通过其他方法确定的本区火山岩特征吻合。

5.3.2 Ol’-Ne’-Q’图解法【5】图 32 是比较可靠的碱性和亚碱性系列划分方法，但一般只适合于中基性岩投影，类似地在亚碱性系列（S区）又可右键弹出菜单“亚碱性系列分类”，而弹出图33对话窗，把亚碱性系列划分为拉斑玄武岩系列和钙碱性系列。

图32 Ol’-Ne’-Q’图Fig.32 Ol’-Ne’-Q’ diagram

图33中的21和23号样为某一玄武岩样，说明为钙碱性系列，符合其他方法确定的西乌旗一带钙碱性火山岩总特征。

图33 Al2O3-“An”图Fig.33 Al2O3-“An” diagram

6 岩浆成矿可能性分析

6.1 铁铜矿床分析【4】

选择岩浆岩进行铁铜矿床分析，判断是钾质类型还是钠质类型，这能判断如果产矿的话将会是什么类型的矿（图 34），因钠质类型与铁矿有关，而钾质类型与铜矿有关，但并不能说明一定会有矿，必须依据其他条件一起分析。

图34 岩浆岩与铁铜矿床的关系Fig.34 Relation dialog for Magma rock and Iron-Copper mineral deposit

6.2 基性岩含矿性分析【4】

利用钙、硅的原子百分数来确定是铜镍矿还是钛铁矿，但只是可能，图35中的23号样为玄武安山岩样，说明可能产钛铁矿，具体是否有矿要综合其他资料分析。

图 35 基性岩含矿可能性分析图Fig.35 Mineral-bearing possibility analysis diagram for basite

6.3 金伯利岩的含矿性分析【5】

金伯利岩是种碱性的超基性岩，它与煌斑岩是两种可能产金刚石的火成岩，据研究，大约只有10%的金伯利岩才产金刚石，池际尚教授提出T.A.值来判断金伯利岩是否可能产金刚石，其中T.A=Al2O3+K2O+Na2O+TiO2+P2O5。这里都是百分含量，该值4.0～6.5者富矿，6.5～9.5者次富矿-贫矿，大于9.5者基本不含矿。计算以后以图36所示的窗口表示如下：

图36 金伯利岩含金刚石分析对话窗Fig.36 Diamond-bearing analysis dialog for Kimberlite

6.4 超基性-基性岩与矿产的关系【4】

这是利用吴利仁的研究，初步判断超基性-基性岩的m/f与矿产的关系，图37说明了可能的成矿类型，但并不是肯定有矿，但若有矿很可能是这种矿产。选择“帮助”按钮，可以得到m/f的指数说明窗口。

图37 超基性-基性岩与矿产关系图Fig.37 Relation dialog for the ultrabasite-basite and mineral type

6.5 钛铁铜镍铬的岩浆成矿分析【5】

经过国内已知的百余个铬、铜镍和铁矿床的含矿岩相研究，发现m/f对M/S（含义见图形说明）与其成矿类型有如下的分区规律，利用该图可以分析可能的成矿类型，但具体是否有矿还得其他方法补充，图38的20号样表明可能产钛磁铁矿。

图38 含矿岩体的m/f对M/S投影图Fig.38 Projective diagram of m/f and M/S for mineral-bearing rock

7 结语

本软件在开发过程中得到过中化地质矿山总局地质研究院李响在花岗岩形成构造环境分析方面的资料协助，另得到过栾俊霞、潘林林、刘勇等在图版方面的协助，在这里对他们的帮助表示衷心感谢，由于岩石化学涉及内容极其广泛，图版更是多种多样，这里不可能全部涉及到，有待以后来补充。该软件是用 Qt平台开发的【6】，所以既可用在Window操作系统中，也可用在Unix操作系统中，是跨平台的。由于学识水平有限，可能还存在一些不足之处，请大家谅解。对于本软件有需要者请联系中化地质矿山总局地质研究院办公室或者直接联系软件开发者本人丁卫平（电邮见首页）。

1 邱家骧. 岩浆岩岩石学[M]. 北京：地质出版社，1985

2 Hugh R.Rollison著. 岩石地球化学[M]. 杨学明、杨晓勇、陈双喜，译. 合肥：中国科学技术大学出版社，2000

3 中华人民共和国国标标准. 岩石分类和命名方案火成岩岩石分类和命名方案 GB/T 17412.1-1998[S]

4 邱家骧、林景仟. 岩石化学[M]，北京：地质出版社，1991

5 戚长谋，李鹤年，邹祖荣. 地球化学通论[M]，北京：地质出版社，1984

6 Jasmin Blanchette，Mark Summerfield著..,C++ GUI Qt3 编程[M]. 齐亮，译. 北京：北京航空航天大学出版社，2006