2. Phương pháp tính chuyển thành phần khoáng vật

Có nhiều phương pháp tính chuyển từ thành phần hoá học các đá trầm tích sang thành phần khoáng vật. Ở đây chúng tôi trình bày một phương pháp nghiên cứu tổng thể các loại đá trầm tích có thành phần khác nhau: phương pháp tính thành phần định lượng - khoáng vật có sử dụng các phân tích rơnghen và nhiệt - phương pháp của Imbrie-Poldervaart

Phương pháp Imbrie-Poldervaart

Cơ sở phương pháp

Imbrie I. và Poldervaart A. (1959) đề nghị phương pháp tính toán thành phần định lượng - khoáng vật có sử dụng các phân tích rơnghen và nhiệt. Nghiên cứu bắt đầu từ nghiên cứu thạch học đá, kèm theo sử dụng các phương pháp chính xác để xác định thành phần khoáng vật của các phần nhỏ mịn. Sau đó tiến hành phân bố các oxid theo các khoáng vật phù hợp với thành phần lí tưởng của chúng.

Thứ tự tính toán

1) Chuyển khối lượng (%) các oxid thành số phân tử, bằng cách chia cho khối lượng phân tử của các oxid. Để đơn giản tính toán, một loạt số lượng phân tử được kí hiệu bằng các chữ cái;

2) Tính khối lượng của thạch cao (Gb), pyrit (Py), apatit (Ap), albit (Ab) bằng cách nhân số phân tử SO₃ (A), S (D), P₂O₅ (B), Na₂O (T) khối lượng của khoáng vật theo công thức: Gb= 172,18A; Py = 119,9D; Ap = 310,19B; Ab = 524,30T. Khối lượng của TiO₂ chuyển thành Ru (rutil);

3) Tính khối lượng của carbonat. Muốn vậy, từ số phân tử CO₂ tính số CaO còn lại sau khi thành tạo thạch cao và apatit (CaO–A–3B). Tiếp theo xác định đại lượng E là lượng CO₂ được tính thành Dol (dolomit) sau khi tạo Clc (calcit). Tiếp đến tính lượng Dol bằng cách lấy số lượng CaO còn lại sau khi tạo Clc hợp nhất với lượng tương đương MgO. Lượng dư thừa MgO được chỉ bằng chữ F và sẽ được sử dụng trong bước tiếp theo;

Nếu F < 0, thay cho Dol tính CaOFeO.2CO₂. Muốn vậy hàm lượng MgO (X) được tính toán từ đại lượng E. Đại lượng có được Y= (E – X) đem nhân với 215,95 để tạo ra fero-dolomit.

4) Tính đại lượng phụ trợ G (số Fe₂O₃ còn lại sau khi tạo Py), G = Fe₂O₃-D/2 và K (số Al₂O₃ còn lại sau khi tạo Ab) = Al₂O₃-T. Tiếp đến tính khối lượng của Illit (Ill): 2K₂O3MgO(Al₂O₃Fe₂O₃)₈. 24SiO₂12H₂O; Sericit (Srt): K₂O3Al₂O₃6SiO₂2H₂O; Hematit (Hm): Fe₂O₃; Chlorit (Chl): 4MgO.2Al₂O₃.2SiO₂.4H₂O, Montmorilonit (Mnt): (Al₂O₃,Fe₂O₃)₂.8SiO₂.2H₂O. Ở đây có thể có mấy trường hợp xảy ra.

5) Nếu 3K₂O/2F Ê 1, MgO và K₂O được tính thành Ill. Lượng MgO còn lại đem chia cho 3 tạo thành đại lượng phụ trợ L, lấy L nhân với 2840,46 để tạo thành Ill. Lượng K₂O còn lại được tính ra Srt. Từ đại lượng H (số phân tử K₂O) trừ di 2L, số còn lại đem nhân với 796.48 để tạo thành Srt (sericit)

5a. Nếu 8L–K > 0, tính illit và hematit. Hm = 159,70 (G–Q); Q = 8L–K.

5b. Nếu 8L–K < 0, tính montmorilonit Mnt (Al₂O₃, Fe₂O₃)₂8SiO₂₊2H₂O. Muốn thế phải tính các đại lượng phụ trợ V = G–L, đồng thời tính lượng Fe₂O₃ còn lại sau khi tạo ill và K = 3M–7L (là lượng Al₂O₃ còn lại sau khi tham gia vào ill). Tổng các đại lượng này là U và U/2 = Z. Mnt = 720,44Z + 115,48V/U.

6) Nếu (3H/2F) < 1 và G-D > 0, lượng MgO còn lại được tính dưới dạng chl : 4MgO2Al₂O₃2SiO₂4H₂O. Nhằm mục đích đó phải tính đại lượng N= K₂O/2. Lượng K₂O được tính chuyển ra ill. Số lượng chlorit bằng 2480,46 N hoặc 557,40 (1/4F – 0,75N).

Khi tính toán tiếp có hai trường hợp:

6a. Nếu 8N–K > 0, sẽ tính Ill và Hm. Muốn thế xác định đại lượng D= 8N–K. Số lượng illit được xác định theo công thức ill = D(8N´461,92+2782,72), số lượng hematit Hm = 159,70(G - D).

6b. Nếu 8N – K < 0 lượng K₂O và Al₂O₃ còn lại được phân bố để tạo Mnt, tương tự như chúng ta đã làm ở điểm 5b. Tính lượng Al₂O₃ còn lại sau khi thành tạo Ab, Ill, Chl: Al₂O₃ – T – 7N – 2P, và lượng Fe₂O₃ còn lại sau khi tạo Py, Ill: V = Fe₂O₃ –D/2 – N. Tổng các đại lượng này là U và U/2 = R.

Số lượng montmorilonit (Mnt) = R(115,48V/U + 720,44).

7) Nếu 3H/2F < 1 và G - D > 0 phải tính sericit, Fe-sericit, montmorilonit và chlorit: Srt = 796,48(H – G), Srt_Fe = 854/22G, Mnt = 720,44[K–2G–3(H–G) –2P]/2 và Chl = 557,40F/4.

8) Lượng SiO₂ dư thừa được tính dưới dạng thạch anh tự do. Công thức tính toán phụ thuộc vào khoáng vật nào đã được tính trước. Tương ứng với các tính chuyển mô tả ở trên chia ra 3 trường hợp:

với trường hợp 5: Q = 60,06(W –6T – 24L – 6M – 8Z);

với trường hợp 6: Q = 60,06(W – 6T –24N –2P – 8R);

với trường hợp 7: Q = 60,06{W-6G-6(H-G)-2F/4-8[K-2G-3(H-G)-2P]/2}

9) Lượng H₂O⁺ trong phân tích hoá được phân bổ giữa các khoáng vật:

với trường hợp 5: H₂O⁺ = 18,02(L+Z);

với trường hợp 6: H₂O⁺ = 18,02(N+R);

với trường hợp 7: H₂O⁺ =18,02{[2A+2G+2(H-G)+2F/4]+4[K-2G-3(H-G)-2]}/2

Ví dụ tính toán. Trên cơ sở thành phần hoá học của đá chúng ta xác định hàm lượng theo khối lượng, số phân tử và kí hiệu (Bảng 3.1).

Kết quả nghiên cứu thạch học, phân tích nhiệt và rơnghen cấu trúc trong đá bao gồm những khoáng vât: apatit, calcit, thạch anh, hematit, pyrit, ankerit, albit, dolomit, illit, montmorilonit, sericit, chlorit, kaolinit.

Phần trăm khối lượng của Gb = 0,0009 ´ 172,18 = 0,15%; Py = 0,007 ´ 119,97 = 0,84%; Ap = 0,0001 ´ 310,19 = 0,03%; Ab = 0,008 ´ 524,30 = 4,39%; Ru = 0,81%.

Bảng 3.1

	Hàm lượng, %	Số lượng phân tử	Kí hiệu
SiO2	41,91	0,698	W
TiO2	0,81	-	-
Al2O3	11,10	0,109	-
Fe2O3	2,99	0,019	-
MgO	1,52	0,037	X
CaO	18,41	0,328	-
Na2O	0,52	0,008	T
K2O	1,85	0,019	H
CO2	14,70	0,334	-
SO3	0,07	0,0009	A
S	0,45	0,007	D
P2O5	0,01	0,0001	B

Để tính carbonat, ta tìm đại lượng E = CO₂-(CaO-A-3B) = 0,334-(0,328 - 0,0009 – 0,0003) = 0,007.

Hàm lượng của Clc = 100,09(CaO-A-3B-E) = 32,07%; hàm lượng Dol = 184,42E = 1,26.

Chúng ta tìm đại lượng F = X–E, lượng MgO còn lại sau khi tạo Dol, F = 0,037 – 0,007 = 0,03.

Tìm đại lượng 3H/2F = 0,95. Vì đại lượng này nhỏ hơn 1, tính toán tiếp theo điểm 6: N = K₂O/2 = 0,0095

Hàm lượng: Ill = N2840,46 = 26,98; Chl = F/4–0,75N = 0,000375+57,40 = 0,21. F/4 – 0,75N = P.

Vì 8N–K = 0,076 – 0,101 = -0,025 < 0, tính lượng Mnt. Muốn thế tìm đại lượng V và U. Giá trị G = Fe₂O₃–D/2 = 0,019 – 0,0035 = 0,0155; K –7N – 2P = 0,034125; V = G–1N = 0,0155 – 0,0095 = 0,0060; U = 0,006 + 0,0034 = 0,04; U/2 = R = 0,02.

Hàm lượng montmorilonit:

Mnt = 0,02 ´ 115,48 ´ 0,006/0,04 + 720,44 = 14,75.

Tính lượng thạch anh: Q= 60,06(W–6T–24N–2P–8R) = 15,68

Như vậy thành phần khoáng vật của đá phiến sét như sau (%): gibsit: 0,15; pyrit: 0,84; apatit: 0,03; albit: 4,39; rutil: 0,81; calcit: 32,07; dolomit: 1,26; illit: 26,98; chlorit: 0,21; montmorilonit: 14,75; thạch anh: 15,68.