Original paper

A statistical method for studying element mobility revised

[Revision einer statistischen Methode zur Untersuchung von Elementmobilität]

Himmelheber, Wendelin; Sheraton, John W.

Zeitschrift der Deutschen Geologischen Gesellschaft Band 155 Heft 1 (2004), p. 35 - 48

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published: Aug 1, 2004

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ArtNo. ESP171015501003, Price: 29.00 €

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Abstract

Conventional methods of calculating inter-element correlation coefficients using percentage data can lead to erroneous results because the constant-sum constraint forces correlations upon the data. This problem can be avoided by the use of logarithms of element ratios, this method being due to J. Aitchison. The new method was applied to analyses of granulite-facies Archaean gneisses from northwest Scotland and their retrograde amphibolite-facies equivalents (both undeformed and sheared), and compared to the results obtained by application of standard statistics, taken from the literature, in order to study the chemical changes associated with retrogression. The results from the two methods are similar in some respects, but there are many important differences, notably the much reduced correlations of Si with other elements when log-ratios are used, and widely differing results as concerns correlations with minor and trace elements. The new method also appears to give more easily interpretable results. Most of the main features of the log-ratio correlation coefficient matrix for the granulite-facies gneisses can be explained in terms of igneous processes, whereas many of the changes of element correlations in the retrograde gneisses can be explained by metamorphism in the presence of hydrous fluids, with formation of a relatively simple mineralogy (biotite–hornblende–quartz–plagioclase).

Kurzfassung

Wenn man konventionelle Methoden der Berechnung des Korrelationskoeffizienten zwischen Elementgehalten chemischer Analysen anwendet, kann man fehlerhafte Resultate erzielen, da die Normierung auf 100 %, die solchen Daten inhärent ist, Korrelation zwischen den Elementen erzwingt. Dieses Problem wird in der Log-Ratio-Methode nach J. Aitchison vermieden. Diese verhältnismäßig neue Methode wird hier auf einen Datensatz von Gesteinsanalysen von Gneisen aus Nordwestschottland angewandt. Es handelt sich um Gesteine des Archaikums, die zum Teil in Granulitfazies vorliegen, zum Teil retrograd in der Amphibolitfazies überprägt sind (undeformiert und auch geschert). Die Methode erlaubt es, die mit der Retrogression verbundenen chemischen Veränderungen zu untersuchen. Die Resultate werden mit publizierten Ergebnissen der statistischen Standardmethode verglichen. Beide Methoden ergeben zum Teil ähnliche Resultate, aber es gibt auch viele bedeutsame Unterschiede, insbesondere die viel geringere Korrelation zwischen Si und den anderen Elementen bei der Log-Ratio-Methode, sowie stark abweichende Ergebnisse in Bezug auf Korrelationen mit Neben- und Spurenelementen. Anscheinend sind die Ergebnisse der neuen Methode besser zu interpretieren. Die meisten Merkmale der Log-Ratio-Korrelationsmatritzen der granulitfaziellen Gneise können durch magmatische Prozesse erklärt werden, wohingegen sich viele der Änderungen bei den retrograden Gneisen durch Metamorphose in Gegenwart wässriger Fluide und die Bildung einer vergleichsweise einfachen Mineralzusammensetzung (Biotit–Hornblende–Quarz–Plagioklas) erklären lassen.

Keywords

element mobilitymetamorphismretrogressionstatistical methodslog-ratiocompositional datageochemistryScotlandLewisian