The Chemical Index of Alteration

Wedepohl(1969) 估计上地壳的矿物构成(体积分数)大约是：21%的石英，41%的斜长石和21%的钾长石。在上地壳遭受化学风化过程，长石矿物是最重要的母源矿物，Na、K、Ca等碱金属元素以离子形式随地表流体大量流失，同时形成粘土矿物(如蒙脱石、伊利石和高岭石等)。这个过程中，风化产物中主成分 Al₂O₃的摩尔分数将随化学风化的强度而变化。据此，Nesbitt 和 Young(1982) 在对The early Proterozoic Huronian Supergroup of the north shore of Lake Huron的碎屑岩研究时将CIA作为一个反映源区风化程度的指标提了出来。

$$\rm CIA=\frac{Al_2O_3}{Al_2O_3+CaO^*+Na_2O+K_2O}\times100$$

其中：主成分均指摩尔分数$\chi$，CaO^*仅为硅酸盐中的CaO，即全岩的CaO扣除掉化学沉积的CaO。

如果样品数据为质量分数$\omega$(M)，则

$$\rm CIA=\frac{\chi_1}{\chi_1+\chi_2+\chi_3+\chi_4}=\frac{n_1}{n_1+n_2+n_3+n_4}=\frac{\frac{n_1M_1}{总质量\times M_1}}{\frac{n_1M_1}{总质量\times M_1}+\frac{n_2M_2}{总质量\times M_2}+\frac{n_3M_3}{总质量\times M_3}+\frac{n_4M_4}{总质量\times M_4}}=\frac{\frac{\omega_1}{M_1}}{\frac{\omega_1}{M_1}+\frac{\omega_2}{M_2}+\frac{\omega_3}{M_3}+\frac{\omega_4}{M_4}}$$

CIA 计算公式中，各元素采用摩尔分数。其中CaO^*仅指硅质矿物中CaO的摩尔百分含量，需要校正碳酸盐矿物和磷酸盐矿物（磷灰石）中的Ca，这一般使用测试获取的CO₂和P₂O₅含量来校正，但是由于没有获取CO₂数据，因此使用 MeLennan et al.(1993)的方法来间接定量硅酸盐组分中CaO：从总CaO的摩尔分数中减去P₂O₅的摩尔分数对应的Ca（磷灰石中）。相减后，如果 CaO>Na₂O时，Cao^*=Na₂O；如果 CaO<Na₂O，CaO^*=CaO。

对于沉积岩
首先样品的岩性最好是细屑岩，这样可以排除分选作用对原岩成分的改造；其次，需要考虑去除成岩作用过程中加入的K₂O；再次，利用ICV（文末）这个化学指标来判断沉积再循环作用对沉积物成分的改造，ICV大于1意味着沉积再循环作用的影响很小，所以选取ICV大于1的细屑岩样品作为研究对象。

表示方法

CIA既可以用无量纲的数值来表示（如下表）；也可以用A-CN-K图解（三角坐标图）来表示，其中A指Al₂O₃，CN指CaO^*和Na₂O，K指K₂O。主要造岩矿物位置 如图a、b所示。A-CN-K图解能够判断钾交代作用，判断原岩成分，判断沉积环境，判断构造运动。

岩石和矿物	CIA值
平均上地壳	50
黄土	55~70
钠长石	50
钙长石	50
钾长石	50
白云母	75
伊利石	75~85
蒙脱石	75~85
贝德石	75~85
透辉石	0
高岭石	~100
绿泥石	~100
新鲜玄武岩	30~45
新鲜花岗岩/花岗闪长岩	45~55
平均页岩	70~75

a—含有较多粘土矿物的细屑岩的A-CN-K三角图;b—含有较多长石的细屑岩的A-CN-K三角图。
实心点表示未遭受钾交代的样品点, 空心点表示遭受钾交代的样品点。
Ka—高岭石;Gi—水铝石;Chl—绿泥石;Sm—蒙脱石;Il—伊利石;Mos—白云母;Pl—斜长石;Ksp—钾长石;T—英云闪长岩;Gd—花岗闪长岩;G—花岗岩。

钾交代校正

碎屑岩在成岩过程中的钾交代作用会改变掩岩石的原始成分，需要进行校正。钾交代作用的校正既可采用A-CN-K图解方法(Nesbitt et al.,1984,1989),亦可用校正计算公式(Panahi,2000)

$$\rm n(K_2O,初始)=n(K_2O,样品)-n(K_2O，加入)$$

其中：

$$\rm n(K_2O,加入)=\frac {m·n(Al_2O_3)+m·[n(CaO^*)+n(Na_2O)]}{1-m}$$

$$\rm m=\frac{n(K_2O)}{n(Al_2O_3)+n(CaO^*)+n(Na_2O)+n(K_2O)}$$

成分变异指数ICV

$$\rm ICV=\frac{n(Fe_2O_3)+n(K_2O^*)+n(Na_2O)+n(CaO^*)+n(MgO)+n(MnO)+n(TiO_2)}{n(Al_2O_3)}$$

其中：CaO^*仅代表硅酸盐中的CaO，K₂O^*为校正后的K₂O。

ICV被广泛用于估计细屑岩的原始成分变化，判断一个细屑岩的岩石序列是代表第一次沉积的沉积物还是源于再循环的沉积物。
由当细屑岩 ICV>1 时，表明该岩石含很少粘土矿物，代表构造活动带的首次沉积；当细屑岩 ICV<1 时则表明沉积物中有大量粘土矿物，代表可能是经历了再沉积或强化学风化条件下的首次沉积。因此，要尽可能的选取 ICV>1 的细屑岩作为研究对象。