Quantitative Clay Mineralogical Analyses from the Bulk Chemistry of Sedimentary Rocks

Abstract

A technique suitable for computer application has been developed whereby whole rock major element analyses are corrected for X-ray detectable nonclay minerals and used to set up simultaneous equations which are solved to give clay mineral abundances. A theoretical evaluation of the approach by graphical methods enables the intrinsic errors to be very clearly assessed. Errors are minimized when SiO₂, A1₂O₃, and K₂O are used as variables but only slightly increased if total Fe₂O₃ + MgO is substituted for SiO₂. Quartz and CO₂ content are the only data normally required which cannot be determined by X-ray fluorescence.

Results compare favorably with estimates obtained by XRD and other methods, being more accurate than XRD and equally precise provided the rock does not contain clay minerals other than the kaolin group, the mica group, and chlorite. Errors are large when the clay mineral phases comprise more than 35% chlorite and as yet undetermined when smectite exceeds 10%.

The method is ideally suited to the analysis of large numbers of mudstones of fairly similar mineralogy especially where XRF equipment with direct output to a computer is available.

Абстракция

Разработан удобный для использования компьютера метод,с помощью которого корректируется анализ всех главных элементов пород за влияние неглинистых минералов, обнаруживаемых рентгеноскопическим методом,и одновременно выводятся уравнения, решение которых дает относительное содержание глинистых минералов. Теоретическая оценка этого подхода графическими способами показывает, что он позволяет очень хорошо выявлять существенные ошибки. Ошибки уменьшаются, если SO2, Al2O3 и К2O использУются как переменные, но только немного увеличиваются, если Fe2О3+ MgO полностью замещает SiO2. Содержание кварца и CO2 являются обычно единственными необходимыми данными, которые не могут быть определены методом флюоресценции рентгеновских лучей.

Сравнение результатов с оценками, полученными с помощью ДРЛ и другими методами, показ ало, что предлагаемый метод является более точным, чем ДРЛ и в такой же мере воспроизводим при условии, что порода не содержит глинистых минералов кроме каолиновой группы, группы слюд и хлорита. Ошибки велики, когда глинистые минеральные фазы включают более 35% хлорита, и неопределенны, когда содержание смектита превосходит 10%.

Метод идеально подходит для анализа большого числа аргиллитов с примерно одинаковым минералогическим составом особенно, когда в наличии имеется оборудование ФРЛ с прямым выходом на компьютер.

Zusammenfassung

Eine passende Methode für Computer-Anwendung wurde entwickelt indem Hauptelementanalysen für mit Röntgenstrahlen auffindbare Nicht-Tonmin eralien korrigiert wurde und dazu benutzt wurden, Gleichungen mit drei Unbekannten aufzustzen, welche für Häufigkeiten der Tonmineralien gelöst wurden. Eine theoretische Auswertung der graphischen Bestimmungsmethoden macht es möglich, die wesentlichen Fehler klar zu sehen. Fehler sind auf ein Minimum reduziert, wenn SiO₂ Al₂O₃ und K₂O als Variable benutzt werden, aber werden leicht erhöht, wenn Fe₂O₃ und MgO zusammen für SiO₂ substituiert werden. Die Quartz-und Kohlendioxydgehalte sind normalerweise die einzigen notwendigen Daten, die nicht durch Röntgenfluoreszenz bestimmt werden können. Resultate schneiden im Vergleich mit Bestimmungen, die durch XRD und andere Methoden erhalten wurden, günstig ab, weil sie exakter als XRD sind und genau so präzise vorausgesetzt, keine sonstigen Mineralien als die zu den Kaolin- und Glimmergruppen gehörigen und Chlorit anwesend sind. Grosse Fehler erscheinen, wenn die Tonphasen mehr als 35% Chlorit enthalten und sind noch nicht bestimmt worden, wenn mehr als 10% Smektit vorhanden ist. Die Methode ist ide al für die Analyse einer großen Anzahl von Schluffsteinen mit ziemlich ähnlichen mineralogischen Eigenschaften, besonders wenn ein Röntgenfluoreszenz-apparat mit direktem Ausgang in einen Computer erhältlich ist.

Résumé

Une technique a été développée qui peut être adaptée à des applications à l’ordinateur. Dans celle-ci, les analyses d’élément principal de roche entière sont corrigées pour les minéraux non-argileux détectables aux rayons-X et utilisées pour établir des équations simultanées qui sont résolues pour donner les abondances des minéraux argileux. Une évaluation théorique de l’approche par méthode graphique permet l’assessement clair des erreurs intrinsèques. Les erreurs sont les moindres lorsque SiO₂, Al₂O₃, et K₂O sont utilisés comme variables, et seulement légèrement plus importantes lorsque tout le Fe₂O₃+ MgO est substitué pour du SiO₂.Les contenus de quartz et de CO₂ sont les seules données normalement requises qui ne peuvent pas être déterminées par la fluorescence aux rayons-X.

Les résultats peuvent être favorablement comparés à des estimations obtenues par diffraction aux rayons-X (X.R.D) et par d’autres méthodes, étant plus exacts que la diffraction aux rayons-X et tout aussi précis que celle-ci, àcondition que la roche ne comprenne pas de minéraux argileux autres que ceux du groupe kaolin, ou des groupes des micas et des chlorites. Les erreurs sont grandes quand les phases de minéral argileux comprennent plus de 35% de chlorite, et l’importance de ces erreurs est jusqu’à présent indéterminée lorsque le contenu de smectite dépasse 10%.

Cette méthode s’ adapte idéalement à l’analyse de grands nombres d’argi-lites de minéralogie relativement semblable, particulièrement dans les cas où l’équipement de fluorescence aux rayons-X (X.R.F) directement relié à l’ordinateur est disponible.