CIPW 표준 광물 계산
CIPW 표준 광물 계산 모듈은 전암 주량 원소 산화물 분석 데이터를 이상화된 표준 광물 조합으로 변환하며, 화성암 분류, 암석학적 비교 및 규 포화도 / 알루미늄 포화도 판별에 널리 사용됩니다.
CIPW Norm(Cross-Iddings-Pirsson-Washington 표준 광물)은 1902년 네 암석학자에 의해 제안되었습니다. GeoChemistry Nexus는 Excel 유사 테이블 인터페이스에서 전체 계산 워크플로를 구현하며, 일괄 계산, 진단 보기 및 CSV보내기를 지원합니다.
모듈 기능
- 행별로 주량 원소 산화물 데이터(wt%) 수신
- 무수 기준에 따른 산화물 정규화
- 철 배분 처리(FeO / Fe₂O₃ / FeOT)
- 고정 우선 순서에 따라 산화물을 표준 광물에 배분
- 규 포화도, 알루미늄 포화 상태 및 질량 균형 진단 정보 출력
- 후속 작도 또는 분석을 위한 결과보내기
인터페이스 개요
CIPW 페이지는 세 영역으로 나뉩니다:
- 상단 도구 모음 — 매개변수 설정 및 조작 버튼
- 데이터 테이블 — 산화물 입력, 진단 열 및 광물 결과
- 하단 진단 패널 — 현재 선택된 행의 상세 계산 정보
도구 모음 조작
| 버튼 | 설명 |
|---|---|
| 설명 | 소프트웨어 내장 알고리즘 워크플로 설명 창 열기 |
| 예시 | 세 행의 예시 데이터 채우기(화강암, 현무암, 안산암) |
| 보내기 | 현재 테이블을 CSV 파일로보내기 |
| 지우기 | 모든 입력 및 계산 결과 지우기 |
| 계산 실행 | 유효한 데이터가 있는 모든 행에 대해 CIPW 계산 실행 |
Fe³⁺/Fe 비율
FeOT(전철, FeO 당량으로 표시)만 제공되는 경우, 소프트웨어는 사용자가 설정한 Fe³⁺/Fe 비율에 따라 FeO와 Fe₂O₃로 분할합니다.
- 유효 범위:
0–1 - 기본값:
0.15(Le Maitre, 2002)
FeO와 Fe₂O₃의 실측값이 동시에 제공되면, 소프트웨어는 실측 배분을 직접 사용하고 FeOT를 무시합니다.
입력 데이터 요구 사항
각 행은 하나의 전암 시료를 나타내며, 입력 열에 산화물의 질량 백분율(wt%) 을 입력합니다.
지원되는 입력 산화물
| 산화물 | 설명 |
|---|---|
SiO2, TiO2, Al2O3, MgO, CaO, Na2O, K2O, P2O5 | 핵심 주량 원소 |
Fe2O3, FeO, FeOT | 아래 철 처리 규칙 참조 |
MnO | 몰 비율에 따라 FeO 당량으로 변환 |
ZrO2, Cr2O3 | 부광물 / 미량 원소 산화물 |
CO2, S, F, Cl, SO3 | 휘발분 조성 |
데이터 전처리 모듈에서 먼저 무수 정규화, 철 가역 추정 등 단계를 완료한 후, 처리된 테이블을 CIPW 모듈에 붙여넣어 사용할 수 있습니다.
철 입력 규칙
| 입력 상황 | 처리 방식 |
|---|---|
FeO와 Fe2O3 동시 제공 | 실측 철 배분 사용 |
FeO 또는 Fe2O3 중 하나만 제공 | 누락 항목을 0으로 간주하고 경고 표시 |
FeOT만 제공 | Fe³⁺/Fe 비율에 따라 FeO / Fe₂O₃로 분할 |
FeOT와 FeO 또는 Fe2O3 동시 제공 | 입력 불일치, FeOT 무시 및 경고 표시 |
| 철 데이터 미제공 | 0으로 간주하고 경고 표시 |
MnO는 계산 전 항상 FeO 당량으로 변환됩니다.
권장 워크플로
-
데이터 준비
산화물 헤더가 입력 열과 일치하고, 수치가 음수가 아닌 wt%인지 확인합니다. -
데이터 입력
테이블에 붙여넣거나 입력합니다. 행당 하나의 시료이며, 빈 행은 자동으로 건너뜁니다. -
Fe³⁺/Fe 설정(FeOT 사용 시)
데이터 세트에 다른 철 산화 가정이 필요하면 도구 모음에서 해당 비율을 조정합니다. -
「계산 실행」 클릭
소프트웨어가 모든 유효한 행을 처리하고 결과를 오른쪽 열에 기록합니다. -
진단 정보 확인
결과 행을 선택하고 하단 패널에서 규 / 알루미늄 포화도, 철 처리 모드, 주요 광물 조성 및 경고 정보를 확인합니다. -
결과보내기
전체 테이블(입력 + 진단 + 광물)을 CSV로보내어 보관 또는 후속 분석에 사용합니다.
출력 열 설명
계산 결과는 입력 영역 오른쪽에 나타나며, 구분 열 │로 구분됩니다.
진단 열
| 열명 | 설명 |
|---|---|
| 규 포화도 | 과포화 / 포화 / 불포화 |
| 알루미늄 포화 상태 | 과염기성 / 과알루미늄 / 정상 알루미늄 |
| 질량 균형 오차 | 광물 질량 합계와 100%의 편차 |
표준 광물 열
광물 약어는 CIPW 관례를 따르며, 한국어 인터페이스에서는 헤더에 한국어 광물명이 표시됩니다. 일반적인 광물은 다음과 같습니다:
| 약어 | 광물 |
|---|---|
Q | 석영 |
Or, Ab, An | 정장석, 남장석, 사장석 |
Le, Ne, Kp | 백류석, 하석, 가백류석 |
Di, Hd, Wo | 투휘석, 헤덴베르가이트, 규회석 |
En, Fs, Fo, Fa | 강주석, 철강주석, 포스터라이트, 파얼라이트 |
Mt, Hm, Ilm | 자철광, 적철광, 일메나이트 |
Cc, Ap, Z | 방해석, 인회석, 지르콘 |
각 행에는 함량이 표시 임계값을 초과하는 광물만 표시됩니다.
진단 패널
계산 완료 후 임의의 결과 행을 클릭하면 상세 진단을 확인할 수 있습니다:
- 규 포화도 — 불포화 시 강조 표시
- 알루미늄 포화도 — 과염기성 시 강조 표시
- 철 처리 모드 — 철 데이터가 실측, 추정 또는 누락인지 표시
- 질량 균형 오차 — 편차가 클 때 강조 표시
- 주요 광물 조성 — 함량 내림차순 정렬
- 경고 정보 — 철 데이터 누락, FeOT 입력 불일치 등
상태 표시줄 오른쪽 버튼으로 진단 패널을 펼치거나, 접거나, 최대화할 수 있습니다.
계산 알고리즘
계산은 고전 CIPW 표준 광물 워크플로를 따릅니다:
1. 데이터 전처리 및 정규화
- 입력된 주량 원소 산화물 데이터를 무수 정규화(100%로 정규화)
- 철 배분 처리: 사용자가 설정한 Fe³⁺/Fe 비율에 따라 FeOT를 FeO와 Fe₂O₃로 분할
- MnO를 몰 비율에 따라 FeO에 병합
- 산화물 질량 백분율을 몰수로 변환
2. 휘발분 광물 형성
우선 순서에 따라 휘발분 조성 소모:
- 방해석(Cc): CO₂ + CaO
- 형석(Fl): F + CaO
- 황철광(Py): S + FeO
- 염석(Hl): Cl + Na₂O
- 유황산나트륨(Th): SO₃ + Na₂O
3. 부광물 형성
- 지르콘(Z): ZrO₂ + SiO₂
- 인회석(Ap): P₂O₅ + CaO
- 크롬철광(Cm): Cr₂O₃ + FeO
- 일메나이트(Ilm): TiO₂ + FeO
- 티탄석(Tn): TiO₂ + CaO + SiO₂
- 루틸(Ru): 잔여 TiO₂
4. 알루미늄 포화 상태 판단
- 과염기성(Peralkaline): Na₂O + K₂O > Al₂O₃
- 정상 알루미늄(Metaluminous): Al₂O₃ ≤ CaO + Na₂O + K₂O
- 과알루미늄(Peraluminous): Al₂O₃ > CaO + Na₂O + K₂O
5. 장석 및 알칼리 금속 규산염 형성
- 정장석(Or): K₂O + Al₂O₃ + 6SiO₂
- 남장석(Ab): Na₂O + Al₂O₃ + 6SiO₂
- 사장석(An): CaO + Al₂O₃ + 2SiO₂
- 강옥(Cor): 잔여 Al₂O₃(과알루미늄 경우)
- 아크마이트(Ac): Na₂O + Fe₂O₃ + 4SiO₂(과염기성 경우)
- 잔여 알칼리 금속 규산염(ns, ks)
6. 철 산화물 형성
- 자철광(Mt): Fe₂O₃ + FeO
- 적철광(Hm): 잔여 Fe₂O₃
7. 어두운 규산염 광물 형성
- 투휘석(Di): CaO + MgO + 2SiO₂(Mg-rich end-member)
- 헤덴베르가이트(Hd): CaO + FeO + 2SiO₂(Fe-rich end-member)
- 강주석(En): MgO + SiO₂
- 철강주석(Fs): FeO + SiO₂
- 규회석(Wo): 잔여 CaO + SiO₂
8. 규 포화도 보정
- 과포화(SiO₂ 잔여): 석영(Q) 형성
- 포화(SiO₂ 정확히 소진): 석영 없음, 유사장석 없음
- 불포화(SiO₂ 부족): 우선 순서에 따라 광물 전환 —
- 단사휘석(En + Fs) → 감람석(Fo + Fa)
- 정장석(Or) → 백류석(Le)
- 백류석(Le) → 가백류석(Kp)
- 남장석(Ab) → 하석(Ne)
9. 결과 출력
- 각 광물의 몰수에 몰 질량을 곱하여 표준 광물의 질량 산출
- 질량 백분율(wt%)로 정규화하여 출력
- 규 포화도, 알루미늄 포화 상태 및 질량 균형 오차 등 진단 정보 보고
도구 모음의 설명 버튼을 클릭하면 소프트웨어 내에서 동일한 알고리즘 워크플로 설명을 확인할 수 있습니다.
참고 문헌
- 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.