CIPW 標準鉱物計算
CIPW 標準鉱物計算モジュールは、全岩主量元素酸化物分析データを理想化された標準鉱物組合せに変換し、火成岩分類、岩石学比較、シリコン飽和度 / アルミナ飽和度判別に広く使用されます。
CIPW Norm（Cross-Iddings-Pirsson-Washington 標準鉱物）は、4 人の岩石学者によって 1902 年に提案されました。GeoChemistry Nexus は Excel 風テーブルインターフェースで完全な計算フローを実装し、一括計算、診断表示、CSV エクスポートをサポートしています。
モジュール機能
- 主量元素酸化物データ（wt%）を行ごとに受け取り
- 無水基準に酸化物を正規化
- 鉄の配分を処理（FeO / Fe₂O₃ / FeOT）
- 固定優先順序で酸化物を標準鉱物に配分
- シリコン飽和度、アルミナ飽和状態、質量バランス診断情報を出力
- 後続の作図や分析のため結果をエクスポート
インターフェース概要
CIPW ページは 3 つの領域に分かれます：
- 上部ツールバー — パラメータ設定と操作ボタン
- データテーブル — 酸化物入力、診断列、鉱物結果
- 下部診断パネル — 現在選択行の詳細計算情報
ツールバー操作
| ボタン | 説明 |
|---|---|
| 説明 | ソフトウェア内蔵のアルゴリズムフロー説明ウィンドウを開く |
| サンプル | 3 行のサンプルデータ（花崗岩、玄武岩、安山岩）を入力 |
| エクスポート | 現在のテーブルを CSV ファイルとしてエクスポート |
| クリア | すべての入力と計算結果をクリア |
| 計算実行 | 有効なデータを含むすべての行で CIPW 計算を実行 |
Fe³⁺/Fe 比
FeOT（全鉄、FeO 当量で表記）のみが提供される場合、ソフトウェアはユーザー設定の Fe³⁺/Fe 比に従って FeO と Fe₂O₃ に分割します。
- 有効範囲：
0–1 - デフォルト値：
0.15（Le Maitre, 2002）
FeO と Fe₂O₃ の実測値が同時に提供される場合、ソフトウェアは実測配分を直接使用し、FeOT を無視します。
入力データ要件
各行は 1 つの全岩試料を表し、入力列に酸化物の**重量パーセント（wt%）**を記入します。
サポートされる入力酸化物
| 酸化物 | 説明 |
|---|---|
SiO2, TiO2, Al2O3, MgO, CaO, Na2O, K2O, P2O5 | コア主量元素 |
Fe2O3, FeO, FeOT | 下記の鉄処理ルールを参照 |
MnO | モル比で FeO 当量に変換 |
ZrO2, Cr2O3 | 副鉱物 / 微量元素酸化物 |
CO2, S, F, Cl, SO3 | 揮発分組成 |
データ前処理モジュールで無水正規化、鉄価数推定などのステップを先に完了し、処理後のテーブルを CIPW モジュールに貼り付けて使用できます。
鉄入力ルール
| 入力状況 | 処理方法 |
|---|---|
FeO と Fe2O3 を同時提供 | 実測鉄配分を使用 |
FeO または Fe2O3 のいずれかのみ提供 | 欠損項目を 0 とみなし、警告を表示 |
FeOT のみ提供 | Fe³⁺/Fe 比で FeO / Fe₂O₃ に分割 |
FeOT と FeO または Fe2O3 を同時提供 | 入力不一致、FeOT を無視して警告 |
| 鉄データ未提供 | 0 とみなし、警告を表示 |
MnO は計算前に常に FeO 当量に変換されます。
推奨フロー
-
データ準備
酸化物ヘッダーが入力列と一致し、数値が非負の wt% であることを確認します。 -
データ入力
テーブルに貼り付けまたは入力します。1 行 1 試料、空行は自動スキップされます。 -
Fe³⁺/Fe 設定（FeOT 使用時）
データセットに異なる鉄酸化仮定が必要な場合、ツールバーでこの比を調整します。 -
「計算実行」をクリック
ソフトウェアがすべての有効行を処理し、結果を右側の列に書き込みます。 -
診断情報を確認
結果行を選択し、下部パネルでシリコン / アルミナ飽和度、鉄処理モード、主要鉱物組成、警告を確認します。 -
結果をエクスポート
完全なテーブル（入力 + 診断 + 鉱物）を CSV としてエクスポートし、保管または後続分析に使用します。
出力列の説明
計算結果は入力領域の右側に表示され、区切り列 │ で分離されます。
診断列
| 列名 | 説明 |
|---|---|
| シリコン飽和度 | 過飽和 / 飽和 / 不飽和 |
| アルミナ飽和状態 | 過アルカリ性 / 過アルミナ質 / 正常アルミナ質 |
| 質量バランス誤差 | 鉱物質量合計と 100% の偏差 |
標準鉱物列
鉱物略号は CIPW 慣例に従い、日本語インターフェースではヘッダーに日本語鉱物名が表示されます。一般的な鉱物：
| 略号 | 鉱物 |
|---|---|
Q | 石英 |
Or, Ab, An | 正長石、斜長石（ナトリウム長石）、斜長石（カルシウム長石） |
Le, Ne, Kp | 白榴石、霞石、カルシライト |
Di, Hd, Wo | 透輝石、ヘデンバーガイト、珪灰石 |
En, Fs, Fo, Fa | エンスタタイト、フェロシリット、フォスタライト、ファイアライト |
Mt, Hm, Ilm | 磁鉄鉱、赤鉄鉱、チタン鉄鉱 |
Cc, Ap, Z | 方解石、燐灰石、ジルコン |
各行には表示閾値を超える含量の鉱物のみ表示されます。
診断パネル
計算完了後、任意の結果行をクリックして詳細診断を確認できます：
- シリコン飽和度 — 不飽和時にハイライト表示
- アルミナ飽和度 — 過アルカリ性時にハイライト表示
- 鉄処理モード — 鉄データが実測、推定、欠損のいずれかを表示
- 質量バランス誤差 — 偏差が大きい時にハイライト表示
- 主要鉱物組成 — 含量の降順で並べ替え
- 警告情報 — 鉄データ欠損、FeOT 入力不一致など
ステータスバー右側のボタンで診断パネルを展開、折りたたみ、最大化できます。
計算アルゴリズム
計算は古典的な CIPW 標準鉱物フローに従います：
1. データ前処理と正規化
- 入力主量元素酸化物データの無水正規化（100% に正規化）
- 鉄配分の処理：ユーザー設定の Fe³⁺/Fe 比に従い FeOT を FeO と Fe₂O₃ に分割
- MnO をモル比で FeO に統合
- 酸化物重量パーセントをモル数に変換
2. 揮発分鉱物の形成
優先順序で揮発分組成を消費：
- 方解石（Cc）：CO₂ + CaO
- 蛍石（Fl）：F + CaO
- 黄鉄鉱（Py）：S + FeO
- 岩塩（Hl）：Cl + Na₂O
- 芒硝（Th）：SO₃ + Na₂O
3. 副鉱物の形成
- ジルコン（Z）：ZrO₂ + SiO₂
- 燐灰石（Ap）：P₂O₅ + CaO
- クロム鉄鉱（Cm）：Cr₂O₃ + FeO
- チタン鉄鉱（Ilm）：TiO₂ + FeO
- チタン石（Tn）：TiO₂ + CaO + SiO₂
- ルチル（Ru）：残余 TiO₂
4. アルミナ飽和状態の判定
- 過アルカリ性（Peralkaline）：Na₂O + K₂O > Al₂O₃
- 正常アルミナ質（Metaluminous）：Al₂O₃ ≤ CaO + Na₂O + K₂O
- 過アルミナ質（Peraluminous）：Al₂O₃ > CaO + Na₂O + K₂O
5. 長石とアルカリ金属ケイ酸塩の形成
- 正長石（Or）：K₂O + Al₂O₃ + 6SiO₂
- 斜長石ナトリウム長石（Ab）：Na₂O + Al₂O₃ + 6SiO₂
- 斜長石カルシウム長石（An）：CaO + Al₂O₃ + 2SiO₂
- コランダム（Cor）：残余 Al₂O₃（過アルミナ質の場合）
- アクミタイト（Ac）：Na₂O + Fe₂O₃ + 4SiO₂（過アルカリ性の場合）
- 残余アルカリ金属ケイ酸塩（ns, ks）
6. 鉄酸化物の形成
- 磁鉄鉱（Mt）：Fe₂O₃ + FeO
- 赤鉄鉱（Hm）：残余 Fe₂O₃
7. 鉄鎂質ケイ酸塩鉱物の形成
- 透輝石（Di）：CaO + MgO + 2SiO₂（マグネシウム端員）
- ヘデンバーガイト（Hd）：CaO + FeO + 2SiO₂（鉄端員）
- エンスタタイト（En）：MgO + SiO₂
- フェロシリット（Fs）：FeO + SiO₂
- 珪灰石（Wo）：残余 CaO + SiO₂
8. シリコン飽和度補正
- 過飽和（SiO₂ 残余）：石英（Q）を形成
- 飽和（SiO₂ ちょうど使い切り）：石英なし、似長石なし
- 不飽和（SiO₂ 不足）：優先順序で鉱物を変換 —
- 紫蘇輝石（En + Fs）→ カンラン石（Fo + Fa）
- 正長石（Or）→ 白榴石（Le）
- 白榴石（Le）→ カルシライト（Kp）
- 斜長石ナトリウム長石（Ab）→ 霞石（Ne）
9. 結果出力
- 各鉱物のモル数にモル質量を乗じて標準鉱物質量を算出
- 重量パーセント（wt%）に正規化して出力
- シリコン飽和度、アルミナ飽和状態、質量バランス誤差などの診断情報を報告
ツールバーの 説明 ボタンをクリックすると、ソフトウェア内で同じアルゴリズムフロー説明を確認できます。
参考文献
- Cross, W., Iddings, J.P., Pirsson, L.V., Washington, H.S. (1902). A Quantitative Chemico-Mineralogical Classification and Nomenclature of Igneous Rocks.
- Le Maitre, R.W. (2002). Igneous Rocks: A Classification and Glossary of Terms. Cambridge University Press.
- Kelsey, C.H. (1965). Calculation of the CIPW norm. Mineralogical Magazine, 34, 276–282.