岩芯的地质编录与取样精讲

岩芯编录 描述与取样 之一 杨子赓2007年10月 前言 本次讲课分为两个单元 一 岩芯的地质编录与取样 二 岩芯描述的地质学基础 第一讲岩芯的地质编录与取样 引言岩芯地质编录的目的岩心编录 观察 描述和取样流程取样封存岩芯 引言 地质观察是基础 重申 地质观察是基础 是基于 1 地质科学的性质决定了必须遵循观察 描述 归纳 对比的科学逻辑 2 历史上针对疏于地质观察 原始资料质量下降 地质主管部门多次强调了 地质观察是基础 这一颠扑不破的真理 3 常规海洋地质调查中 唯一可供直接观察的地质现象 只有海底表层样品 柱状样和钻孔岩芯 加上这些海底样品取样施工困难 耗资巨大 仅有的样品是弥足珍贵的 所以必须珍惜 并进行充分的观察 描述和地质编录 一 岩心地质编录的目的 岩心的地质编录 是将岩心所固有的原始数据进行科学的 客观的记录和编排 使用规范化的地质术语描述岩心的观察结果 登记所有的样品编号 采取位置 分析目的 这应该是一份岩心处理过程最完整的原始科学记录和数据 具体要求如下 1 核对钻探施工及现场描述记录 2 确认岩心的扰动程度以评价取样的可靠性 岩芯扰动分为3级 第一级 轻微扰动的 第二级 严重扰动的 第三级 混杂的 3 为岩心描述和取样做好准备 最重要的步骤是修平岩芯 4 按规定格式记录岩芯描述的全过程和观察结果 记录全部样品的位置 数量 分析目的和要求 记录样品的取样现场观察描述 为了规范钻孔岩心的编录与描述设计了两种记录表格 1 岩芯描述卡片 2钻孔岩芯地质综合编录表 钻孔岩芯描述卡片 cm0 30 40 10 50 20 标尺 分层编号 素描图 存状况岩芯保 涂片编号 钻孔岩芯描述卡片 年月日 岩心描述 及深度 注 为分层编号 钻孔岩芯地质综合编录表 钻孔岩芯地质综合编录表孔号位置孔深开孔日期终孔日期 接下表 钻孔岩芯地质综合编录表 续 接上表 取样位置 m m 我们记录的样品位置是该样品在岩芯管中实际测到的位置 而不是换算后的深度 这样做避免了在取样过程中花时间做换算工作 多种样品在取样现场由不同的取样人员各自换算既耽误时间又容易出错 而在以后统一换算可以减少错误 取样记录的格式 划一横线 横线上为样品编号横线下为取样位置 式样如下 样品编号 二 岩芯地质编录 观察 描述和取样流程 处理岩芯是最重要的地质观察研究过程 是整个研究工作的基础 它包括剖样 地质编录 取样及封存等几个大步骤 制定一个科学的工作流程 是组织好一个协调的团队的重要步骤 每个项目科学技术负责人必须亲自完成这个步骤 岩芯编录描述和取样流程图 对流程图关键步骤的说明选择以下步骤分别加以说明 修平岩芯表面涂片及现场鉴定素描及描述照相揭片X光透视照相 修平岩芯表面 修平岩心是一项必要的 然而是目前最被忽视的步骤 以自然断面或仅仅是钢丝拉平的表面作为岩心描述和照相的基面 都不足以全面细致地展现沉积构造和沉积物的变化 因此看似简单的修平岩心 却能够提供更加精确细致的沉积学信息 是不可忽略的重要步骤 提供几点我们如何处理曽经遇到过的问题供大家参考 i 保持刀刃的锋利和刀的正 背面清洁光滑 以免带起表面的泥 ii 对于流塑状态的岩芯 应当自然风干至软塑状态时再予修平 iii 遇到贝壳 砾石 结核等大颗粒物质时 必须避开 必要时先将表面大颗粒物取出 待岩芯修平后再置放于原位 iv 修平岩芯应该沿层理方向修整 保持修整面清洁 禁止用粗毛刷清扫表面 不可在表面 抹稀泥 修平的岩芯 显示沉积层的若干细节 修平了的QC2孔岩芯表面 显示了从浪基面以上的浅海沉积渐变为浪基面以下浅海沉积 展现了沉积层细微的沉积构造变化 涂片及现场鉴定 是一种可以快速 简单 经济地获得很多地质信息的手段 只需要取微量样品 一小挖耳勺 制成涂片 在载玻片上用蒸馏水化开 摊开 在酒精灯下烤干形成薄膜 在偏光显微镜下鉴定 玻片上薄膜的厚度以适合在显微镜下鉴定为准 经过多次试验 就可以获得合适的涂片 涂片鉴定可以获得如下信息 i 颗粒与基质组分 ii 颗粒组分的比例关系 iii 颗粒结构参数 可进一步区分不同矿物组分中的矿物结构参数 包括颗粒大小 颗粒形态 颗粒表面特征等 iv 颗粒的矿物组分及其目估含量 不仅有常见矿物 还应确定常见重矿物 碳酸盐矿物中的自形晶体 碎屑状及泥晶状等 确定自生矿物及有指相意义矿物的种类 v 生物组分 钻孔岩芯涂片鉴定记录卡片 为了规范涂片鉴定内容 设计了这个 卡片 素描与描述 描述岩芯并进行素描是对岩芯进行宏观研究的最重要步骤 其质量好坏取决于研究者的地质素养和观察能力 在描述中应正确地使用地质术语 由于素描是一个对岩芯细致观察的过程 建议先素描 后描述 如实地作岩芯素描并与照片对照 素描图首先要求真实可靠 并应反映出观察者对地质体的认识水平 岩芯素描图举例 在素描时应避免两种倾向 一种是虽然真实 但缺乏对地质现象的明确认识 另一种倾向是只有对地质现象的主观概念化认识 而缺乏真实的形象 两者都是不可取的 岩芯描述 岩芯描述过程是综合应用现代沉积学 海洋地质学 及第四纪地质学知识观察 认识地质体并进行科学判断的过程 描述沉积物岩芯的基本要求是用准确的地质语言记录岩石学的基本属性 根据其属性的不同 划分自然层 层 bed 不同观察者对岩芯的描述常常是随意性较大 简繁不一 为了规范描述内容 现在重申对沉积物描述的一般要求 岩芯描述的内容 沉积物的颜色及其分布 沉积物岩性 定名及其变化 碎屑沉积物颗粒组分及其结构参数 沉积构造 化石 生物遗迹 有机组分及有机质脉 砾石 结核 泥砾 碎屑岩脉 间断面 层位错动 沉积物的颜色及其分布 对于沉积物颜色的鉴别 肉眼鉴定 因人因时而异 识别差别很大 土壤色标 配套瓶装 天然色 但携带不便需定期标定更换 印刷岩石色标 美国地质学会制 近似色 使用方便 推荐使用 反射光度计测量 精确 但费时费力 不能普遍应用 沉积物的灰度也是沉积物颜色的重要属性 在大洋沉积物中应用是很成功的 在浅海中还处于试验阶段 注意并描述沉积物的颜色变化 在一个层中 沉积物的颜色可以是均一的 陆架区的沉积物大多数颜色是不均一的 如斑杂色 条带状 渐变的等 它常常代表了沉积环境多变 颜色的突变也常代表沉积环境的突变 沉积物岩性 定名及其变化 建议采用Fork Andrews和Lewis 1970 提出的碎屑沉积物分类方案 描述岩芯时采用目测定名 该分类毋需三组分的精确含量 只要泥 砂和粉砂 黏土的比率即可定名 这最适合目测定名 应用十分方便 应用涂片鉴定和粒度分析结果校正 注意描述岩芯中沉积物纵向上的变化 要十分重视对韵律层 互层和夹层的描述 和对于沉积物粒序 层系的接触关系的描述 碎屑沉积物颗粒组分及其结构参数 肉眼观察 借助于 10的放大镜 可以大致确定碎屑颗粒的常见矿物组分 及其结构参数 包括颗粒形态 颗粒大小 分选性和颗粒表面特征 至于杂基和胶结物的结构一般情况下肉眼观察比较难于确定 需要借助于涂片及松散沉积物胶结片的显微镜下观察 沉积构造 沉积构造包括层理构造 层面构造 变形构造 正确鉴别沉积构造和沉积构造组合 对于认识沉积环境和划分沉积相 至关重要 将在第二讲 岩心描述的基础知识 中讲述 化石 生物遗迹 有机组分及有机质脉 化石指肉眼能见的大化石 在可能情况下尽量鉴定出化石种类 必要时送交古生物人员鉴定 生物遗迹 包括生物潜穴和植物根孔及根管 有机组分主要是泥炭 碳化植物碎屑 含碳质沉积物 以及生物潜穴周壁的碳质薄膜等有机质脉是切穿层理的碳质细脉 是沿细小裂隙含碳泥质沉积物挤入 也可能也是生物活动的遗迹 含碳的泥质层呈压扁层理或脉状层理 属于沉积构造 与有机质脉成因不同 不应混同 化石 生物遗迹举例 软体动物化石 压扁层理 生物潜穴 有机质脉与压扁层理的比较 炭质细脉 含炭泥质沉积 呈压扁层理 透镜状层理 砾石 结核 泥砾 碎屑岩脉 这是概念完全不同的几种沉积体或沉积构造独立的砾石孤立地存在于细粒沉积物之中 尾部常伴有拖曳的痕迹 它见于潮间带或三角洲前缘高能环境 结核是常见的化学成因的构造 它有同生结核 成岩结核和后生结核之分 但在海洋沉积物中它常成为砾石搬运 特别是多孔的钙质结核 容重较轻 更易于搬运 结核也可构成滞留沉积的组成部分 因此要认真鉴别它的沉积状态是结核还是砾石 泥砾是泥裂的进一步演变的产物 未固结的沉积物露出水面 在烈日暴晒下形成泥裂 泥裂进一步发展 干裂片边缘翘起 呈片状剥离 再经水浸泡 棱角圆化 形成扁平砾石 其表面常见一圈氧化晕 在原地或经过短距离搬运再沉积 常见于海滨 澙湖 湖沼滨岸 这是沉积物露出水面 并遭受短期侵蚀的标志 碎屑岩脉 饱和水的细砂和粉砂具有很大的活动性 在差异压力作用下沿上覆沉积层的裂隙穿刺灌入 形成碎屑岩脉 一般规模为数厘米 它是一种特殊的变形构造 它是下部层位的沉积物 在这个部位取样 不代表该层沉积物 应该避免 QC1孔105m侵蚀面上细砂层中的独立砾石 独立砾石 侵蚀面 细砂 粉砂质黏土 南黄海8424站位的钙质砂岩砾石 由末次冰期的淡水钙质砂岩破碎溶蚀形成 柳珊瑚 溶蚀孔 QC1孔105 105 8m岩芯沼泽沉积中的泥砾层 泥裂干燥翘边后圆化形成泥砾 表面风化具氧化边缘 形成新的沉积层后 又处于氧化带 全层锈黄色 破碎的泥块形成角砾状泥砾表面轻微氧化 形成新的沉积层后 处于还原带 全层橄榄灰色 间断面 沉积间断面普遍存在于沉积层中 一套 连续 的沉积层中 连续 只是相对的 而不连续 即间断 则是绝对的 在描述岩芯时需要特别关注层序或体系域的缺失 沉积环境改变造成无沉积及相序的中断 或上部强动力条件对下部沉积层的侵蚀切割 这些间断面是区域性的 具有地层学或沉积环境划分意义 常常是层序地层的层序边界 体系域边界或准层序边界 或者是沉积环境在垂向序列上的突变 钻孔中常见的沉积间断面举例 钻孔中常见的沉积间断面有 侵蚀切割 氧化及锈染 沉积相序不连续 需要在一段较长的岩芯中经过系统观察 描述和综合分析才能确定 贝壳碎片 泥砾 结核 风化带 结核富集 具平行层理的中粗砂层 结核 具槽状层理的中粗砂层 生物潜穴 具水平层理和脉状层理的粉砂质黏土 结核 沉积间断面实例 A 侵蚀间断面 B 氧化锈染层 A B 层位错动 钻孔中较难遇到沉积层错动现象 但有时也能发现 它们产生于泥质层中 大多数与断裂构造无关 可能是沉积物差异压实的产物 岩芯中发现的沉积层错动现象 揭片 揭片又称漆膜揭片是20世纪80年初代由荷兰传入的一种保存原状样品的有效方法 至今仍在荷兰使用 传入我国后在海洋地质单位曾广泛应用 并加以改进 将硝酸纤维原漆改变成聚醋酸乙烯乳液 白乳胶 效果相同 不仅降低了成本 而且避免了硝酸纤维原漆对人体的毒害和运输储存过程中的易燃易爆问题 只是制作完成之后需要一定时间 约24小时 使其彻底风干 做好的揭片 顺序保存在专门定做的木箱中 岩芯揭片及揭片箱 保存于海洋地质研究所岩芯库的QC1 QC5孔的岩芯揭片及揭片箱 岩芯照相 拍摄岩芯照片有些步骤仍然是不可忽略的 做好标尺 不要使用钢尺 建议自制木尺 用白色无光油漆为底色 背面垫高 使之与岩芯表面取平 做好标准色标 色标采用红 黄 绿三原色 照相时置于岩芯侧 以便后期制作时作为颜色标准 固定拍摄距离 相机垂直对准所拍岩芯段中心点 固定光源 采用色温接近日光的光源 固定亮度和照明距离 事先用测光计测量所排范围内亮度是否均匀 不要在阳光下拍摄 一则日光多变 二则岩芯不宜暴晒 岩芯照片两端需各保留1 4的重叠部分 以备接图 所有这些都可以设计在一个固定架上完成 保持光源和相机不动 岩芯水平滑动 海洋地质研究所岩芯库购置了一台岩芯图片高分辨率采取仪 其功能就是进行岩芯扫描照相 其优点是采用线阵CCD300dpi 图象数字录入 使用一个步进电机 使线阵采集图象数据与岩芯滑动同步 保证图象不会产生边缘变形 岩芯照相标尺与色标 岩芯照相标尺岩芯照相色标 X光透射照相 X光透射照相是研究沉积构造的有效手段 它能发现肉眼不易察觉的沉积构造 以及在二维平面上难以辨别的沉积构造 如生物遗迹构造 至今仍是沉积学研究的主要手段 建议恢复这项技术 传统的方法是用透明矩形塑料盒取样 建议采用取样盒规格为60mm 8mm 200mm 口边为刀刃状 四角有排气小眼 便于压入岩芯 将取样盒连续压入岩芯表面取样 加盖后用透明胶带封闭并用记号笔编号 箭头标明向上方向 贴好铅字编号后就可以进行X光透射照相了 X光发射管的能量选择需通过试验确定 照相后样品可长期保存 也可以用于今后的微量取样 近年国外有采用比较先进的技术进行X光透射照相 即采用X光断层扫描透射照相技术 CT技术 可以不破坏岩芯直接进行扫描照相 国内有些单位 近年引进了岩芯扫描X荧光光谱仪 可以快速对岩芯扫描照相 但分辨率较低 三 取样 样品的分析方法日益增多 种类纷繁 但是任何一项有价值的研究工作都不是靠样品分析堆砌出来的 规范或流程图列出的取样项目多达十余种 此外还可能列出更多的取样分析项目 但是这并不是目的 重要的是按照调查和研究的目的选出最经济 最必要的分析项目 使样品的分析成果发挥更大的效益 为此必须熟悉各种分析样品的适用范围 能解决的问题 对样品的要求和样品的可靠性 还应了解样品的预处理要求等 分配样品 确定取样位置 分配样品 确定取样位置要坚持的原则 目的明确 统筹兼顾 位置可靠 目的明确 应包括 获得基本数据 这是地质调查的目的决定的 譬如在岩性变化不大的厚层沉积层中保证一定间距及精度要求的样品 按地质研究目标要求的样品 在岩性变化段 及分层界面上下加密的样品 必须服从样品统计要求的一定数量的样品 统筹兼顾 统筹分配样品 是对有限的岩芯进行统一分配 要确立