岩心描述和取样

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岩心编录描述和取样（讲课提纲）

引言

长期以来，浅海地区都是利用表层取样和柱状取样进行海洋地质调查和研究，研究深度有限。20世纪80年代，我国开始在近海海域进行钻探取样，使海域第四纪研究深度大大增加。到目前为止，研究陆架区海洋第四纪沉积和地层的最深钻孔是渤海BC1孔（孔深240.5m），时间跨度最长的钻孔是南黄海QC2孔，达到古地磁Olduvai亚时顶界以下（约1.70Ma）。海域超过100个全取心的浅钻为研究我国陆架海域中更新世以来的沉积和地层奠定了基础。

不容讳言,海区的多数钻孔还不能在整个钻孔中采取未经扰动的岩心,加上岩心保管及地质编录和取样中仍然存在着不少问题,从而大降低了原始地质资料的可靠性。

作为课题人员，尚无力改变钻探取心的落后状态，但通过地质编录确认岩心的可靠度则是责无旁贷的。

地质观察是基础这是地质工作的至理名言。是以探索发现、解释自然为目标的地质科学的性质所决定的。它曾经是20世纪60年代，地质部门在“设计革命化”中提出的最重要的要求之一。它针对了当时出现的地质观察薄弱，原始资料质量降低而提出来的。对于海洋地质工作而言，“地质观察是基础”也是颠扑不破的真理。海洋地质学的发展历史说明，它的任何进展都是由于技术进步——人的手和眼的延长，使观察能够更加深入细致。发展新技术，

谋求长柱状样和合格的钻孔岩心一直是近年来我国海洋科学技术发展的重点项目。可惜至今未取得突破性进展。大多数海洋地质调查仍然袭用着旧的取样设备。

目前为止，海洋地质调查中最常规的可以直接观察到地质现象的只有各种取样器采取的样品——表层取样、柱状岩心、钻孔岩心。

浅海钻孔岩心，按现行的工程承包价，每进尺一米，获得的岩心靠港价格大概是10000-20000元/米（意味着用100元的人民币来裱糊岩心切面，可以裱糊15－30层）。国家每年耗费大量资金在浅海打钻，所获得的有限岩心是弥足珍贵的。

1 岩心地质编录

1.1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：

1.1.1核对钻探施工及现场描述记录；

在核对钻探记录与岩心保存状况无虞的情况下才能剖开岩心，核对钻探过程的重要原始数据，如扫孔记录及残留岩心。提取岩心次数，目的在于确认该回次岩心在钻孔中的位置。并评价岩心可能丢失部位。

当岩心剖开以后，必须重新丈量每个回次，每管岩心的实际长度，并记录在案。认真查看每回次岩心头尾是否是真岩心，以便决定取舍。确认一个回次多个岩心管中岩心是否连接。

1.1.2确认岩心的扰动程度，以评价取样的可靠性

对岩心进行地质编录，首先是鉴别岩心的扰动程度。当岩心修平之后，第一件事是确认岩心的扰动程度，我们将岩心扰动分为3级：第一级——轻微扰动的，沉积构造基本未遭破坏，岩心的边缘受钻具压力，呈现轻微的上凸弯曲，但岩心的中心部分保持了原状，未变形（完全未扰动的岩心，在当前钻探技术条件下，几乎不存在。）；第二级——严重扰动的，沉

积构造已遭受破坏，但层理构造中的细层还清晰可见，然而沿层理已产生拉伸和流动变形，但是尚未遭受穿越层理面的碎屑的混合。表示沉积物尚未混杂；第三级——混杂的，混杂岩心比较容易鉴定，它呈现出不同的土块，颜色、结构、构造混杂，非正常状态沉积；或有泥浆混入；或下部软弱层液化，沿压力薄弱处穿刺灌入，它常常处于岩心的中心位置，类似变形构造的“火焰构造”。岩心混杂可能由于孔壁坍塌或清孔不干净，或套管跟进不及时，或钻进压力过大等原因造成的。

从钻孔岩心获取资料，主要取自扰动程度为第一级的岩心；扰动程度第二级岩心只能作为参考，它仅允许应用于在有限的较薄层位中的混合样品采集；扰动程度第三级岩心——混杂岩心，绝对不能使用，禁止在其中采取任何样品。哪怕是稍做参考，也只会带来混乱和假象

1.1.3为岩心描述和取样做好准备

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，是不可忽略的重要步骤（图1）。修平使用的工具是刀刃锋利平整，极薄的优质钢刀，我们试验过多种刀具，最后采用了修鞋厂手工削皮子用的刀。

岩芯剖开后，在岩芯管上岩芯起始位置刻一个零点标志，以便成为今后观测岩芯的标志点。

做好固定标尺。在丈量岩芯、描述素描岩芯和取样都要使用同一标尺，因此每剖开一管岩芯都必须安放固定标尺，从一开始到这管岩芯封存，都要避免移动标尺。

另外还需要准备多种带有各种颜色标记的牙签，以备取样时使用。

图1 修平的QC2孔岩芯表面，展现了沉积层的细微特征

1.1.4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；记录样品的现场观察描述。

我们在岩心的地质编录过程中自定了几种记录格式来规自己的编录过程。曾经使用过以下两种编录表格（图2、3）：

①岩芯描述卡片钻孔岩芯描述卡片，是为了记录最原始的岩芯地质资料而设计的。它

除了记录岩芯保存状况，地质描述和素描之外，只记录与观察岩芯直接相关的位置和涂片编号等数据，不记录其它取样数据（图2）

××钻孔岩芯描述卡片

标

尺

年 月 日

图2 岩心描述卡片 ①②③为分层编号

② 岩心地质综合编录表

以下是钻孔岩芯地质综合编录表的格式（图3）。由主要钻探参数，地质描述记录和取样记录三部分组成。

××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

cm

30

40

10

50

素描图

存状况

岩芯保

涂片编号

岩心描述：

① ………………………………………………………………………… ② ………………………………………………………………………… ③ …………………………………………………………………………

及深度

分层编号

20

（接下表）（接上表）

图3 岩心地质综合编录表

※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

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。

对于根据现场样品特征确定的某些样品分析的特殊要求或目的，应在备注栏予以注明，例如作为浊积层或韵律层的一组粒度分析样品，氧化间断面、古土壤、淋溶层、淀积层等要求做某些盐类分析的样品等等。以备在送样单上注明，并作为后期整理资料的依据。

1.2岩心编录、观察、描述和取样流程

1.2.1岩心编录、观察、描述和取样流程图

处理岩心是最重要的地质观察和研究过程，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。现将1985年以来我们曾经采用过的岩心编录、观察、描述和取样流程略加修改（图4），介绍如下，以供参考：

图4 岩芯编录、观察、描述和取样流程图

（椐子赓：《浅海及平原区第四纪地质钻孔原始资料可靠性的评价》。

海洋地质动态,1985年7期,3-6页修改。）

在这个流程中，还应该制定出详细的操作规程，以保证岩心处理的质量。其中有些关键性的步骤，对提高整个钻孔原始资料的质量至关重要。这些步骤是（见1·2·2）：

1.2.2对流程图关键步骤的解释

摘出流程图中若干关键步骤进行适当的说明：

修平在（1·1·3）节中已经强调了修平岩芯的必要性和重要性。现在，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”。

涂片及现场鉴定这是一种可以快速、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。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。

涂片法可以在处理岩心过程中广泛应用，并可以及时将所获得成果反馈到岩芯描述的容中去。涂片法获得的成果和数据，还可以用统计法和作图法加以归纳。

涂片鉴定的记录格式，原来我们是每个样品一卡片，记录比较自由，后来根据整理资料和统计要求，认为做个表格规一下要求还是必要的。推荐一个参考表格如下（图5）：涂片鉴定的最后步骤是封片保存。将已鉴定的涂片加上盖玻片，用加拿大树脂封片，用玻璃刀刻上编号，保存在玻片盒中。

××钻孔岩芯涂片鉴定记录卡片

图5 岩芯涂片鉴定记录卡片

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。在素描时，容易出现两种倾向，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（图6）。

图6 岩芯素描图举例－QC2孔第40层岩芯素描图

素描之后进行岩芯描述。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。任何一种忽视直接观察描述片面依赖实验分析结果的做法都是错误的。

描述沉积物岩芯的基本要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。不同观察者对岩芯的描述常常是随意性较大，简繁不一，为了规描述容，现在重申对沉积物描述的一般要求。对于每个“层”（bed）应描述的容是：

①沉积物的颜色及其分布目前描述沉积物的颜色全凭个人感觉，差别很大；甚至同一人对同一标本在不同时间，可能描述为不同颜色。因此急待规。20世纪60年代土壤研究所曾经制定了一套色标，采用不同颜色土壤粉末标定后装瓶作为对比色标，其优点是与天然沉

积物颜色一致，但携带使用都不方便，而且要不断更新。未能在地学界推广。我们曾经使用过一套美国地质学会制定的色标，每个颜色都有代码，方便适应。许多国家都使用这个色标，也便于对比。建议我们也使用这个色标。20世纪50年代末丁国瑜曾经用反射光谱光度计研究华北第四纪沉积物的颜色，获得了不同沉积物对不同波长的可见光光谱反射率、色调、亮度和饱和度等颜色参数。为数学处理沉积物的颜色变化进行了有益的尝试。这是一个在浅海沉积物研究中值得深入的方向。

沉积物的灰度也是沉积物颜色的重要属性，在大洋中应用是很成功的，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。

②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，由于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。对于沉积物在纵横两个方向上的变化，在钻孔和柱状岩芯中只能描述纵向上的变化。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，细层的接触关系的描述。

③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。

④沉积构造包括层理构造、层面构造、变形构造。正确鉴别沉积构造对于认识沉积环境和沉积相的划分，至关重要。将在第2节《岩心描述的基础知识》中简述之。

⑤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。但在描述时要注意生物遗迹，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。碳质沉积不仅具有指相意义，而且一定量的碳质沉积，是极佳的14C测试材料。

⑥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（图7）。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。

图7 南黄海84 站位抓泥斗样品中的砾石（A ）和 QC1孔105.01—105.52m 岩芯中泥砾沉积构造及砾石（B ）。

⑦ 间断面 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的是指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。

钻孔中描述间断面举例：侵蚀切割，沉积相序不连续，氧化及锈染（图8）

图8 钻孔中的沉积间断面举例：A－氧化及锈染，B－侵蚀切割。

⑧层位错动钻孔中较难遇到沉积层的错动现象，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（图9）。

图9 岩芯中发现的沉积层中的层位错动

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、、的海洋地质单位曾广泛应用。并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（图10）。

图10 钻孔揭片及揭片箱

照相使用数码相机拍摄岩芯，比之以往，方便很多。但是有些步骤仍然是不可忽略的：

①做好标尺，不要图省事而用钢卷尺。钢尺反光，而且刻度太细，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；

②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；

③固定拍摄距离，相机垂直对准所拍岩芯段的中心点；

④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围亮度是否均匀（不要在下拍摄，一则日光多变，二则岩芯不宜暴晒）。

⑤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，岩心芯水平滑动。

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。

X 光透射照相X 光透射照相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。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。取样盒规格60mm×8mm×200mm，口边为刀刃状，四角有排气小眼，便于压入岩芯。原来我们采用一种规格较小的取样盒，现在的规格是1995年在国处理岩芯时所采用，X光照片便于印刷成册，比较实用。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），可以不取样直接将整管岩芯进行扫描照相。

2岩心描述的基础知识

2.1沉积学基础

关于描述岩芯的沉积学基础，建议参考何起祥研究员等编著的《中国海洋沉积地质学——中国海洋地质丛书之二》第一篇—总论。虽然在此书前言中作者自谦地写道：“本书的第一篇……主要的对象是年轻的海洋沉积学家和攻读海洋沉积学的学生们。”我认为即使是工作多年的沉积地质学者，在描述岩芯之前，重温本书的相关容，也会大有裨益。本节容多摘自何起祥等的《中国海洋沉积地质学》（2006）并参考宝珺何曾允孚的《岩相古地理基础和工作方法》（1985）

在陆架浅海，我们更多接触到的是陆源碎屑沉积物，在前述1.2.2 “对流程图关键步骤的解释”一节的“素描与描述”中对沉积物的颜色及其分布等8个问题做了初步阐述，现根据需要就碎屑沉积物的结构和构造两项容撷其要者简述之：

2.1.1陆源碎屑沉积物的结构

沉积物的结构是非常重要的成因标志。描述陆源碎屑沉积物的结构，主要容是：颗粒大

小、颗粒形态、颗粒表面特征、杂基和胶结物的结构。

颗粒大小肉眼鉴定碎屑沉积物的颗粒大小和分布，依靠手感，并借助于10—20倍的放大镜。熟练的地质人员可以成功地分辨出砂中的粗砂、中砂、细砂，砂质沉积物和泥及泥质沉积物，但凭肉眼鉴别出粉砂质或黏土质的可靠度甚低。只有黏土（按Folk）塑性极强，在潮湿状态时可搓成1mm直径的细条，并饶手指一圈而不出现裂纹。现场的涂片鉴定可以弥补肉眼鉴定之不足。至于沉积物的粒度参数，有赖于粒度分析。建议在整理资料时应用概率累计曲线。并再次提醒大家小于4—6Φ的颗粒大多属于悬浮组分，有些甚至呈胶体状态搬运，它的运动学和动力学机制绝对不同于粗粉砂以上粒级的推移搬运机制；颗粒在水体中的沉降也远远滞后于粗于4—6Φ的颗粒。水愈深这个现象就愈明显。因此一个样品中粗、细组分常常是不同时期的。将粗于4—6Φ的颗粒的分析解释方法简单地用于细颗粒的动力学分析是非常危险的。将粒度曲线中细颗粒的的峰值，与粗组分的峰质一并称为“双峰”或“多峰”也是错误的。

颗粒形态通常观察描述碎屑颗粒形态是指颗粒的圆度、球度、和形状。肉眼观察描述时球度只在细砾以上级别的颗粒和片状矿物中描述。圆度应用Ressel和Taylor的碎屑颗粒标准圆度分级，分为5级，即：棱角状、次棱角状、次圆状、圆状和极圆状5级，可以根据

颗粒角、棱、面的磨蚀程度肉眼判断颗粒的圆度（图11）

肉眼判断颗粒的圆度的标准

圆度分级圆度特征投影

角棱面

棱角状颗粒无磨蚀，形态明显无磨蚀，形态明显无磨蚀，形态明显

次棱角状颗粒开始磨蚀无磨蚀，形态明显无磨蚀，形态明显

次圆状颗粒消失圆化开始磨蚀无磨蚀，形态明显

圆状颗粒消失圆化消失圆化开始磨蚀

极圆状颗粒消失圆化消失圆化消失圆化

图11 Ressel和Taylor的碎屑颗粒标准圆度分级