巖芯的地質(zhì)編錄與取樣

巖芯編錄、描述與取樣

（之一）楊子賡2007年10月前言本次講課分為兩個單元：（一）巖芯的地質(zhì)編錄與取樣（二）巖芯描述的地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)第一講巖芯的地質(zhì)編錄與取樣引言巖芯地質(zhì)編錄的目的巖心編錄、觀察、描述和取樣流程取樣封存巖芯

引言地質(zhì)觀察是基礎(chǔ)重申“地質(zhì)觀察是基礎(chǔ)”是基于：1.地質(zhì)科學(xué)的性質(zhì)決定了必須遵循觀察，描述，歸納，對比的科學(xué)邏輯；2.歷史上針對疏于地質(zhì)觀察,原始資料質(zhì)量下降,地質(zhì)主管部門多次強(qiáng)調(diào)了“地質(zhì)觀察是基礎(chǔ)”這一顛撲不破的真理；3.常規(guī)海洋地質(zhì)調(diào)查中，唯一可供直接觀察的地質(zhì)現(xiàn)象，只有海底表層樣品，柱狀樣和鉆孔巖芯；加上這些海底樣品取樣施工困難，耗資巨大，僅有的樣品是彌足珍貴的，所以必須珍惜，并進(jìn)行充分的觀察、描述和地質(zhì)編錄。一.巖心地質(zhì)編錄的目的：

巖心的地質(zhì)編錄，是將巖心所固有的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的、客觀的記錄和編排；使用規(guī)范化的地質(zhì)術(shù)語描述巖心的觀察結(jié)果；登記所有的樣品編號、采取位置、分析目的。這應(yīng)該是一份巖心處理過程最完整的原始科學(xué)記錄和數(shù)據(jù)，具體要求如下：

1.核對鉆探施工及現(xiàn)場描述記錄；2.確認(rèn)巖心的擾動程度以評價取樣的可靠性。巖芯擾動分為3級：第一級——輕微擾動的，第二級——嚴(yán)重擾動的，第三級——混雜的；3.為巖心描述和取樣做好準(zhǔn)備；最重要的步驟是修平巖芯；4.按規(guī)定格式記錄巖芯描述的全過程和觀察結(jié)果；記錄全部樣品的位置、數(shù)量、分析目的和要求；記錄樣品的取樣現(xiàn)場觀察描述。

為了規(guī)范鉆孔巖心的編錄與描述設(shè)計了兩種記錄表格：1.巖芯描述卡片;2鉆孔巖芯地質(zhì)綜合編錄表。鉆孔巖芯描述卡片cm03040105020標(biāo)尺分層編號素描圖存狀況巖芯保涂片編號孔號孔深巖芯管號AB管回次第管m至m

××鉆孔巖芯描述卡片年月日巖心描述：①…………②…………③…………及深度注：①②③為分層編號鉆孔巖芯地質(zhì)綜合編錄表××鉆孔巖芯地質(zhì)綜合編錄表

孔號位置孔深開孔日期終孔日期地層單元孔深m分層深度m分層序號回次編號回次深度m回次采取率分層采取率巖芯管編號巖性柱狀圖巖芯擾動狀態(tài)沉積構(gòu)造巖芯描述（此列寬度按實(shí)際需要加寬）（接下表）鉆孔巖芯地質(zhì)綜合編錄表（續(xù)）（接上表）涂片編號揭片編號X透射樣品取樣記錄古地磁樣品14C測年樣品ESR測年樣品其它測年樣品沉積物粒度分析碎屑礦物黏土礦物結(jié)核和礫石化學(xué)分析樣品微體古生物孢粉分析樣品軟體動物化石其它備注※取樣位置（××m－××m））我們記錄的樣品位置是該樣品在巖芯管中實(shí)際測到的位置,而不是換算后的深度。這樣做避免了在取樣過程中花時間做換算工作。多種樣品在取樣現(xiàn)場由不同的取樣人員各自換算既耽誤時間又容易出錯，而在以后統(tǒng)一換算可以減少錯誤。※取樣記錄的格式：劃一橫線，橫線上為樣品編號橫線下為取樣位置。式樣如下樣品編號二.巖芯地質(zhì)編錄、觀察、

描述和取樣流程

處理巖芯是最重要的地質(zhì)觀察研究過程，是整個研究工作的基礎(chǔ)。它包括剖樣、地質(zhì)編錄、取樣及封存等幾個大步驟。制定一個科學(xué)的工作流程，是組織好一個協(xié)調(diào)的團(tuán)隊的重要步驟，每個項目科學(xué)技術(shù)負(fù)責(zé)人必須親自完成這個步驟。巖芯編錄

描述和取樣流程圖

對流程圖關(guān)鍵步驟的說明

選擇以下步驟分別加以說明：

修平巖芯表面

涂片及現(xiàn)場鑒定

素描及描述

照相

揭片

X光透視照相X光透射分配樣品描述素描分層標(biāo)簽取樣磁化率與灰度掃描古地磁沉積粒度化學(xué)分析微古生物14C測年結(jié)核礫石碎屑礦物黏土礦物其他測年軟體動物孢粉其他真空封存修平巖芯A修平巖芯B巖芯剖樣涂片鑒定制分層標(biāo)簽真空封存分層標(biāo)簽照相揭片修平巖芯表面

修平巖心是一項必要的，然而是目前最被忽視的步驟。以自然斷面或僅僅是鋼絲拉平的表面作為巖心描述和照相的基面，都不足以全面細(xì)致地展現(xiàn)沉積構(gòu)造和沉積物的變化，因此看似簡單的修平巖心，卻能夠提供更加精確細(xì)致的沉積學(xué)信息，是不可忽略的重要步驟。

提供幾點(diǎn)我們?nèi)绾翁幚頃?jīng)遇到過的問題供大家參考：i）保持刀刃的鋒利和刀的正、背面清潔光滑，以免帶起表面的泥；ii）對于流塑狀態(tài)的巖芯，應(yīng)當(dāng)自然風(fēng)干至軟塑狀態(tài)時再予修平，iii）遇到貝殼、礫石、結(jié)核等大顆粒物質(zhì)時，必須避開，必要時先將表面大顆粒物取出，待巖芯修平后再置放于原位。iv）修平巖芯應(yīng)該沿層理方向修整，保持修整面清潔，禁止用粗毛刷清掃表面，不可在表面“抹稀泥”。修平的巖芯，顯示沉積層的若干細(xì)節(jié)修平了的QC2孔巖芯表面，顯示了從浪基面以上的淺海沉積漸變?yōu)槔嘶嬉韵聹\海沉積，展現(xiàn)了沉積層細(xì)微的沉積構(gòu)造變化。涂片及現(xiàn)場鑒定

是一種可以快速、簡單、經(jīng)濟(jì)地獲得很多地質(zhì)信息的手段。只需要取微量樣品（一小挖耳勺）制成涂片（在載玻片上用蒸餾水化開，攤開，在酒精燈下烤干形成薄膜）。在偏光顯微鏡下鑒定。玻片上薄膜的厚度以適合在顯微鏡下鑒定為準(zhǔn)，經(jīng)過多次試驗，就可以獲得合適的涂片。

涂片鑒定可以獲得如下信息：i）顆粒與基質(zhì)組分；ii）顆粒組分的比例關(guān)系；iii）顆粒結(jié)構(gòu)參數(shù)（可進(jìn)一步區(qū)分不同礦物組分中的礦物結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括顆粒大小、顆粒形態(tài)、顆粒表面特征等）；iv)顆粒的礦物組分及其目估含量。不僅有常見礦物，還應(yīng)確定常見重礦物；碳酸鹽礦物中的自形晶體、碎屑狀及泥晶狀等；確定自生礦物及有指相意義礦物的種類；v）生物組分。鉆孔巖芯涂片鑒定記錄卡片為了規(guī)范涂片鑒定內(nèi)容，設(shè)計了這個“卡片”。素描與描述

描述巖芯并進(jìn)行素描是對巖芯進(jìn)行宏觀研究的最重要步驟，其質(zhì)量好壞取決于研究者的地質(zhì)素養(yǎng)和觀察能力。在描述中應(yīng)正確地使用地質(zhì)術(shù)語。由于素描是一個對巖芯細(xì)致觀察的過程，建議先素描，后描述。如實(shí)地作巖芯素描并與照片對照。素描圖首先要求真實(shí)可靠，并應(yīng)反映出觀察者對地質(zhì)體的認(rèn)識水平。

巖芯素描圖舉例

在素描時應(yīng)避免兩種傾向：一種是雖然真實(shí)，但缺乏對地質(zhì)現(xiàn)象的明確認(rèn)識；另一種傾向是只有對地質(zhì)現(xiàn)象的主觀概念化認(rèn)識，而缺乏真實(shí)的形象。兩者都是不可取的。巖芯描述

巖芯描述過程是綜合應(yīng)用現(xiàn)代沉積學(xué)、海洋地質(zhì)學(xué)、及第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)知識觀察、認(rèn)識地質(zhì)體并進(jìn)行科學(xué)判斷的過程。

描述沉積物巖芯的基本要求是用準(zhǔn)確的地質(zhì)語言記錄巖石學(xué)的基本屬性，根據(jù)其屬性的不同，劃分自然層（“層”bed）。不同觀察者對巖芯的描述常常是隨意性較大，簡繁不一，為了規(guī)范描述內(nèi)容，現(xiàn)在重申對沉積物描述的一般要求。巖芯描述的內(nèi)容①沉積物的顏色及其分布②沉積物巖性，定名及其變化③碎屑沉積物顆粒組分及其結(jié)構(gòu)參數(shù)④沉積構(gòu)造⑤化石、生物遺跡、有機(jī)組分及有機(jī)質(zhì)脈⑥礫石、結(jié)核、泥礫、碎屑巖脈⑦間斷面⑧層位錯動沉積物的顏色及其分布

對于沉積物顏色的鑒別：肉眼鑒定—因人因時而異，識別差別很大。土壤色標(biāo)—配套瓶裝，天然色，但攜帶不便需定期標(biāo)定更換。印刷巖石色標(biāo)(美國地質(zhì)學(xué)會制)—近似色，使用方便。(推薦使用)反射光度計測量—精確，但費(fèi)時費(fèi)力，不能普遍應(yīng)用。沉積物的灰度也是沉積物顏色的重要屬性，在大洋沉積物中應(yīng)用是很成功的，在淺海中還處于試驗階段。注意并描述沉積物的顏色變化，在一個層中，沉積物的顏色可以是均一的，陸架區(qū)的沉積物大多數(shù)顏色是不均一的，如斑雜色、條帶狀、漸變的等，它常常代表了沉積環(huán)境多變；顏色的突變也常代表沉積環(huán)境的突變。沉積物巖性，定名及其變化

建議采用Fork、Andrews和Lewis(1970)提出的碎屑沉積物分類方案。描述巖芯時采用目測定名，該分類毋需三組分的精確含量，只要泥/砂和粉砂/黏土的比率即可定名，這最適合目測定名，應(yīng)用十分方便。應(yīng)用涂片鑒定和粒度分析結(jié)果校正。注意描述巖芯中沉積物縱向上的變化。要十分重視對韻律層、互層和夾層的描述，和對于沉積物粒序，層系的接觸關(guān)系的描述。碎屑沉積物顆粒組分及其結(jié)構(gòu)參數(shù)

肉眼觀察（借助于×10的放大鏡）可以大致確定碎屑顆粒的常見礦物組分，及其結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括顆粒形態(tài)、顆粒大小、分選性和顆粒表面特征。至于雜基和膠結(jié)物的結(jié)構(gòu)一般情況下肉眼觀察比較難于確定。需要借助于涂片及松散沉積物膠結(jié)片的顯微鏡下觀察。沉積構(gòu)造

沉積構(gòu)造包括層理構(gòu)造、層面構(gòu)造、變形構(gòu)造。正確鑒別沉積構(gòu)造和沉積構(gòu)造組合，對于認(rèn)識沉積環(huán)境和劃分沉積相，至關(guān)重要。將在第二講《巖心描述的基礎(chǔ)知識》中講述。

化石、生物遺跡、有機(jī)組分及有機(jī)質(zhì)脈

化石指肉眼能見的大化石，在可能情況下盡量鑒定出化石種類，必要時送交古生物人員鑒定。生物遺跡，包括生物潛穴和植物根孔及根管。有機(jī)組分主要是泥炭、碳化植物碎屑、含碳質(zhì)沉積物，以及生物潛穴周壁的碳質(zhì)薄膜等有機(jī)質(zhì)脈是切穿層理的碳質(zhì)細(xì)脈，是沿細(xì)小裂隙含碳泥質(zhì)沉積物擠入，也可能也是生物活動的遺跡。含碳的泥質(zhì)層呈壓扁層理或脈狀層理，屬于沉積構(gòu)造，與有機(jī)質(zhì)脈成因不同，不應(yīng)混同。

化石、生物遺跡舉例軟體動物化石壓扁層理生物潛穴有機(jī)質(zhì)脈與壓扁層理的比較炭質(zhì)細(xì)脈含炭泥質(zhì)沉積，呈壓扁層理（透鏡狀層理）礫石、結(jié)核、泥礫、碎屑巖脈

這是概念完全不同的幾種沉積體或沉積構(gòu)造獨(dú)立的礫石孤立地存在于細(xì)粒沉積物之中，尾部常伴有拖曳的痕跡。它見于潮間帶或三角洲前緣高能環(huán)境。結(jié)核是常見的化學(xué)成因的構(gòu)造，它有同生結(jié)核、成巖結(jié)核和后生結(jié)核之分，但在海洋沉積物中它常成為礫石搬運(yùn)，特別是多孔的鈣質(zhì)結(jié)核，容重較輕，更易于搬運(yùn)。結(jié)核也可構(gòu)成滯留沉積的組成部分。因此要認(rèn)真鑒別它的沉積狀態(tài)是結(jié)核還是礫石。泥礫是泥裂的進(jìn)一步演變的產(chǎn)物，未固結(jié)的沉積物露出水面，在烈日暴曬下形成泥裂，泥裂進(jìn)一步發(fā)展，干裂片邊緣翹起，呈片狀剝離，再經(jīng)水浸泡，棱角圓化，形成扁平礫石，其表面常見一圈氧化暈，在原地或經(jīng)過短距離搬運(yùn)再沉積。常見于海濱、澙湖、湖沼濱岸，這是沉積物露出水面，并遭受短期侵蝕的標(biāo)志。

碎屑巖脈：飽和水的細(xì)砂和粉砂具有很大的活動性，在差異壓力作用下沿上覆沉積層的裂隙穿刺灌入，形成碎屑巖脈。一般規(guī)模為數(shù)厘米。它是一種特殊的變形構(gòu)造。它是下部層位的沉積物，在這個部位取樣，不代表該層沉積物，應(yīng)該避免。

QC1孔105m侵蝕面上細(xì)砂層中的獨(dú)立礫石獨(dú)立礫石侵蝕面細(xì)砂粉砂質(zhì)黏土南黃海8424站位的鈣質(zhì)砂巖礫石

由末次冰期的淡水鈣質(zhì)砂巖破碎溶蝕形成柳珊瑚溶蝕孔QC1孔105—105.8m巖芯沼澤沉積中的泥礫層泥裂干燥翹邊后圓化形成泥礫，表面風(fēng)化具氧化邊緣；形成新的沉積層后，又處于氧化帶，全層銹黃色。破碎的泥塊形成角礫狀泥礫表面輕微氧化，形成新的沉積層后，處于還原帶，全層橄欖灰色。間斷面

沉積間斷面普遍存在于沉積層中，一套“連續(xù)”的沉積層中“連續(xù)”只是相對的，而不連續(xù)（即間斷）則是絕對的。在描述巖芯時需要特別關(guān)注層序或體系域的缺失；沉積環(huán)境改變造成無沉積及相序的中斷；或上部強(qiáng)動力條件對下部沉積層的侵蝕切割。這些間斷面是區(qū)域性的，具有地層學(xué)或沉積環(huán)境劃分意義，常常是層序地層的層序邊界、體系域邊界或準(zhǔn)層序邊界；或者是沉積環(huán)境在垂向序列上的突變。鉆孔中常見的沉積間斷面舉例：

鉆孔中常見的沉積間斷面有：侵蝕切割；氧化及銹染。沉積相序不連續(xù)，需要在一段較長的巖芯中經(jīng)過系統(tǒng)觀察、描述和綜合分析才能確定。貝殼碎片、泥礫、結(jié)核54.66m侵蝕間斷面具平行層理、交錯層理和透鏡狀層理的粉、細(xì)砂與黏土質(zhì)粉砂互層炭質(zhì)脈具水平層理的粉砂質(zhì)黏土結(jié)核具水平層理粉砂質(zhì)黏土生物潛穴鐵質(zhì)銹染層槽狀侵蝕面風(fēng)化帶，結(jié)核富集具平行層理的中粗砂層結(jié)核具槽狀層理的中粗砂層生物潛穴具水平層理和脈狀層理的粉砂質(zhì)黏土結(jié)核沉積間斷面實(shí)例：A.侵蝕間斷面；B.氧化銹染層A.B.層位錯動

鉆孔中較難遇到沉積層錯動現(xiàn)象，但有時也能發(fā)現(xiàn)，它們產(chǎn)生于泥質(zhì)層中，大多數(shù)與斷裂構(gòu)造無關(guān)，可能是沉積物差異壓實(shí)的產(chǎn)物。

巖芯中發(fā)現(xiàn)的沉積層錯動現(xiàn)象揭片

揭片又稱漆膜揭片是20世紀(jì)80年初代由荷蘭傳入的一種保存原狀樣品的有效方法，至今仍在荷蘭使用。傳入我國后在海洋地質(zhì)單位曾廣泛應(yīng)用。并加以改進(jìn)，將硝酸纖維原漆改變成聚醋酸乙烯乳液（白乳膠），效果相同，不僅降低了成本，而且避免了硝酸纖維原漆對人體的毒害和運(yùn)輸儲存過程中的易燃易爆問題，只是制作完成之后需要一定時間（約24小時）使其徹底風(fēng)干。做好的揭片，順序保存在專門定做的木箱中。巖芯揭片及揭片箱保存于海洋地質(zhì)研究所巖芯庫的QC1—QC5孔的巖芯揭片及揭片箱巖芯照相

拍攝巖芯照片有些步驟仍然是不可忽略的：①做好標(biāo)尺，不要使用鋼尺。建議自制木尺，用白色無光油漆為底色，背面墊高，使之與巖芯表面取平；②做好標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)，色標(biāo)采用紅、黃、綠三原色，照相時置于巖芯側(cè)，以便后期制作時作為顏色標(biāo)準(zhǔn)；③

固定拍攝距離，相機(jī)垂直對準(zhǔn)所拍巖芯段中心點(diǎn)；④固定光源，采用色溫接近日光的光源，固定亮度和照明距離，事先用測光計測量所排范圍內(nèi)亮度是否均勻（不要在陽光下拍攝，一則日光多變，二則巖芯不宜暴曬）。⑤巖芯照片兩端需各保留1/4的重疊部分，以備接圖。所有這些都可以設(shè)計在一個固定架上完成，保持光源和相機(jī)不動，巖芯水平滑動。海洋地質(zhì)研究所巖芯庫購置了一臺巖芯圖片高分辨率采取儀，其功能就是進(jìn)行巖芯掃描照相。其優(yōu)點(diǎn)是采用線陣CCD300dpi；圖象數(shù)字錄入；使用一個步進(jìn)電機(jī)，使線陣采集圖象數(shù)據(jù)與巖芯滑動同步。保證圖象不會產(chǎn)生邊緣變形。巖芯照相標(biāo)尺與色標(biāo)巖芯照相標(biāo)尺巖芯照相色標(biāo)X

光透射照相

X光透射照相是研究沉積構(gòu)造的有效手段，它能發(fā)現(xiàn)肉眼不易察覺的沉積構(gòu)造，以及在二維平面上難以辨別的沉積構(gòu)造，如生物遺跡構(gòu)造。至今仍是沉積學(xué)研究的主要手段。建議恢復(fù)這項技術(shù)。

傳統(tǒng)的方法是用透明矩形塑料盒取樣。建議采用取樣盒規(guī)格為60mm×8mm×200mm，口邊為刀刃狀，四角有排氣小眼，便于壓入巖芯。將取樣盒連續(xù)壓入巖芯表面取樣，加蓋后用透明膠帶封閉并用記號筆編號。箭頭標(biāo)明向上方向。貼好鉛字編號后就可以進(jìn)行X光透射照相了。

X光發(fā)射管的能量選擇需通過試驗確定。照相后樣品可長期保存，也可以用于今后的微量取樣。

近年國外有采用比較先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行X光透射照相，即采用X光斷層掃描透射照相技術(shù)（CT技術(shù)），可以不破壞巖芯直接進(jìn)行掃描照相；國內(nèi)有些單位，近年引進(jìn)了巖芯掃描X熒光光譜儀，可以快速對巖芯掃描照相，但分辨率較低。三.取樣

樣品的分析方法日益增多，種類紛繁，但是任何一項有價值的研究工作都不是靠樣品分析堆砌出來的。規(guī)范或流程圖列出的取樣項目多達(dá)十余種，此外還可能列出更多的取樣分析項目。但是這并不是目的。重要的是按照調(diào)查和研究的目的選出最經(jīng)濟(jì)、最必要的分析項目，使樣品的分析成果發(fā)揮更大的效益。為此必須熟悉各種分析樣品的適用范圍，能解決的問題，對樣品的要求和樣品的可靠性。還應(yīng)了解樣品的預(yù)處理要求等。分配樣品—確定取樣位置

分配樣品—確定取樣位置要堅持的原則：目的明確，統(tǒng)籌兼顧，位置可靠。目的明確應(yīng)包括：①獲得基本數(shù)據(jù)，這是地質(zhì)調(diào)查的目的決定的，譬如在巖性變化不大的厚層沉積層中保證一定間距及精度要求的樣品；②按地質(zhì)研究目標(biāo)要求的樣品；③在巖性變化段，及分層界面上下加密的樣品；④必須服從樣品統(tǒng)計要求的一定數(shù)量的樣品。統(tǒng)籌兼顧

統(tǒng)籌分配樣品，是對有限的巖芯進(jìn)行統(tǒng)一分配。要確立“優(yōu)先原則”，即稀缺沉積物中的特殊樣品優(yōu)先；原狀樣優(yōu)先；要盡量做到樣品綜合利用；要透徹了解各項分析手段對樣品的要求，避免盲目取樣；要事先考慮到分析數(shù)據(jù)綜合整理的要求，系統(tǒng)采樣。統(tǒng)籌分配樣品的最簡單方法是準(zhǔn)備各種顏色（有多少種樣品，就