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岩石薄片研究为地质人打开另外一扇窗 精选

已有 9177 次阅读 2017-6-27 23:30 |系统分类:科研笔记|关键词:地质现象研究

 热爱地质事业的人,都喜欢跑野外,在野外我们可以全方位地观察地质现象,能获得更多的地质信息。记得一位资深地质学者在给我们作报告时曾讲到这样一句话:野外是地质人的天堂!我在老师这句话的后面加了一句:岩石薄片研究为地质人打开另外一扇窗。

在野外条件下用肉眼或借助放大镜观察岩石,只能确定岩石中主要的矿物成分及最一般的岩石结构、构造特征,岩石的很多信息都因为其组分过于细小,而不能准确获得,使很多有价值的线索从研究者手中滑过。岩石薄片的显微镜下研究则弥补了这种缺陷。

     下面我简单介绍几个用岩石薄片解决地质问题的实例,带大家透过岩石薄片这扇“窗”走进岩石的微观世界。

 (1)油页岩中巨大的“结核”究竟是什么?

在陕西铜川地区野外工作期间,我们在延长组油页岩剖面中看到一些呈“飞碟”、“椭圆球状”、“球状”或“烟囱状”的奇怪“结核”,如果不加重视,仅凭经验将其解释为“钙质结核”也许就将其忽略了。出于好奇心,我们将部分奇怪的“结核”敲开,或采样磨制成岩石薄片,想知道结核在显微镜下究竟是怎样的?

1  采自陕西铜川霸王庄延长组长7油页岩的“飞碟状结核”,现陈列在长庆油田西安岩心库内  

2  采自陕西铜川霸王庄延长组长7油页岩中椭球状“结核”

3  这是我们第一次在陕西铜川地区延长组油页岩地层发现的“结核”,被采石场废弃在渣石碓,形似“烟囱”状,一端呈圆锥状,高约0.6m,最宽处0.5m,尖锥处宽约0.15m,表面具细密排列的纵向细纹。由于已脱离原始岩层,尚不清楚在地层中保存状态,该“结核”现已不知去向。

4  显微镜下照片(单偏光)

5  显微镜下照片(单偏光)

6  显微镜下照片(单偏光)

 

7  扫描电镜下可见岩石中分布圆形凹坑或球状化石

 经岩石薄片观察(照片4~6),“烟囱”状结核由呈放射状分布的纤维状物质构成的不规则“球粒”及呈晶粒镶嵌状充填于“球粒”间的方解石为主组成,放射状“球粒”外形不规则,与酸性火成岩中的球粒结构非常相似,大者直径约1mm,小者约500μm左右,部分“球粒”中心可见近圆形的核部。“球粒”中的纤状物质基本被方解石交代,“球粒”外形尚存,最外层的纤状、放射状结构明显。球粒间充填晶粒状方解石,方解石晶间及解理缝内可见大量有机质。据全岩Ⅹ衍射分析,结核中方解石含量97.4%,硅质含量2.6%。在薄片中看不到硅质,但那些细而密的纤维状物质很像长英质,也许硅质就来自那些纤维状物质。

更为有趣的是,在这种特殊的碳酸盐结核中,普遍出现一种直径仅5~20μm的球形微化石,据扫描电镜及能谱分析,球形微化石的矿物组分以CaO为主,MgO为次,可能为与湖底热液活动有关的嗜热微化石,我们暂时称其为球形钙镁质嗜热微化石(参见《鄂尔多斯盆地南缘地质剖面图集》)

8  这是照片1中展示的采自铜川霸王庄剖面延长组长7油页岩的“飞碟状结核

9 在岩石薄片下可见,结核由纤柱状碳酸盐矿物为主组成,碳酸盐具放射状球粒结构,球粒外形不规则、相互嵌合,其中也含有大量球形钙镁质嗜热微化石

10 显微镜下可见岩石中密集分布这种球形钙镁质嗜热微化石

11 放大至600倍时测得化石直径一般在20微米左右

12  在扫描电镜下,化石多呈圆球形

13 在电镜下大部分化石表面光滑

14 个别化石表面具不规则凹坑

对这类分布于延长组油页岩中独特的钙质结核的研究工作才刚起步,据现有资料分析,其特征可能与大西洋中脊Lost City低温热液场沉积类型相似,为湖底低温热液喷口所形成。

(2)岩石中极圆的“眼睛”是什么?

      在野外曾在岩石看到含有非常圆的组分,有时可同时出现两个,酷似两只睁开的“眼睛”,若不进行岩石切片很难确定是什么?

 

15 这是在陕西黄龙—白水途中,在延长组长10浊沸石胶结的砂岩中见到的,如同岩石中长着的两只眼睛,所处围岩是延长组长10的浊沸石胶结的“麻斑”砂岩,而岩石中的两个“眼睛”的组分与砂岩明显不同,之前还真是不知道岩石中这极圆的组分是什么?

16  这是在何家坊剖面延长组长7暗色泥岩中看到的极圆的东西,具圈层构造,边部呈白色,其中分布不规则状深色针状物质,核部颜色偏暗

17  将照片16数码放大后,可以看到圆形组分具圈层构造,最外层分布一些针状物,圈层里面颜色较深,用沉积学理论很难解释是什么

18  随后,我们在野外露头发现了延长组的鱼粪化石,将鱼粪化石沿横向切开之后,在化石断面上看到的现象与岩石中非常相似!

 这粒鱼粪化石表面见明显的螺旋状纹(鱼粪化石所特有),可能受成岩作用期间压实作用的影响呈略扁的椭圆锥状,一头尖而细(照片右侧),为先便出部位。螺旋自先端开始,由右向左旋,旋距由窄变宽,共有六个旋,螺旋纹不但在表面能够看到,在化石横断面也很明显。内部见大量鱼骨化石碎片,应该是所吃小鱼的化石碎片

19  原来,那些岩石中奇怪的圆形物竟然是鱼粪化石!从这种鱼粪化石个体判断,该类鱼的个体很大,化石中的针状物则是没有完全消化掉的被大鱼吃掉的鱼骨残留


20  单偏光下,粪化石边缘花纹部位放大之后,可见沿暗色泥质条带边缘规则生长的自生方解石和玉髓组成,并见孔隙

21  正交偏光下,红色部分为方解石(染色片),纤维状玉髓呈扇状集合体

22  在鱼粪化石的岩石薄片中可疑看到大量未完全消化掉的食物残渣以及鱼骨碎片、胶磷质组分(单偏光)

23  未被消化的鱼骨碎片(单偏光)

24  未完全消化的鱼骨碎片(正交偏光)

23-25  为鱼粪化石中可见大量未完全消化的鱼骨残留(单偏光)

26  鱼粪化石中的胶磷质(单偏光)

       (3)油页岩中黑色的奇怪物质是什么?

27  这是在宜君县福地湖附近延长组长7油页岩露头看到的现象,在未进行薄片研究时很难判断油页岩中呈并排柱状分布的黑色奇怪物质是什么?(岩石表面呈白色粉末状矿物经X衍射分析为水绿矾)

28  为照片27的放大特征


29-30  为照片28岩石薄片照片,经岩石薄片观察,油页岩中的黑色柱状物具骨质结构,可能是一种体型较大的鱼骨化石碎片!照片均为单偏光下所拍,红色为胶磷质

   (4)砂岩层顶部的红色侵染物是什么?

31 在陕北佳县延长组长7灰绿色砂岩层顶部具不规则状分布的红色浸染物

32 红色“浸染状”物质在单偏光显微镜下呈不透明状麻点或不规则条带状分布,岩石中的绿色为绿泥石(单偏光)


33  红色“浸染状”物质在单偏光显微镜下呈不透明状麻点或不规则条带状分布(单偏光)

34  放大后,麻点主要由铁质所组成,麻点中央孔洞,孔洞已被由沿孔壁生长的自生晶粒状矿物及方解石所充填(单偏光)

35   在反射光下,麻点中的不透明矿物为铁质(反射光)

36  X衍射分析,红色浸染物中除含有伊/蒙层间粘土矿物、丝光沸石及斜发沸石


37  片沸石(单偏光)

38 片沸石(正交偏光)

  据岩石薄片观察,球粒中心自生矿物在单偏光下无色透明或呈淡黄褐色,具低的负突起,具片状及板状晶形,并含有少量铁质; 在正交偏光下具平行消光,经鉴定:孔洞中央沿孔壁生长的晶粒状自生矿物为片沸石。

39  为照片37的同视域反射光照片,照片中具红色反光的矿物为铁质

5)野外发现的是“冰雹痕”吗?

40  砂岩表面密集分布的“冰雹痕”

41 “冰雹痕”大小不一,分布不均匀,部分坑口具外翻的缘

42 “冰雹痕”大小不一,分布不均匀,部分坑口具外翻的缘

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 照片40-43是我们在宁夏石嘴山市沙巴台剖面羊虎沟组海相砂岩层面上看到的极似“冰雹痕”的现象,那些密集分布的圆形凹坑大小不一,分布不规则,且坑缘外翻,与想象中的冰雹痕非常很像,但令人感到疑惑的是分布面积太广,仅此处就有好几层,而且顺层追索,在几十米以外的山顶仍有分布。

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 照片44-46为中国地质大学(北京)吕晨航同学提供,他在准备磨制岩石薄片时,将“冰雹痕”从中间切开之后惊奇的发现:在凹坑里均有向下弯曲并逐渐消失的泥质充填物。原来,这些在野外被误认为的“冰雹痕”竟然是一种遗迹化石----生物潜穴!

47 为具生物潜穴砂岩正交偏光镜下特征,砂岩碎屑组分以石英为主,含部分岩屑,石英加大普遍 ×40(正交偏光)

48  为沙巴台剖面羊虎沟组海相砂岩正交偏光镜下特征,碎屑组分以石英为主,石英加大普遍,少量高岭石充填孔隙  ×100(正交偏光)

   (6)尖坪沟延长组油页岩中的孤立状“岩块”是什么?

49  在铜川尖坪沟延长组剖面长7油页岩中发现大致顺层分布的孤立状“岩块”(地质锤处)

50  树干化石具木质结构,局部被褐铁矿交代(单偏光)

51  经岩石薄片观察,“岩块”具规则的生物结构,是石化了的树干化石(单偏光)

  (7)岩心中的小麻点是什么?

52  在672361.0m岩心中见大量暗色不规则火山球粒

  经岩石薄片鉴定,该段岩心的岩石类型为:流纹质晶屑熔结凝灰岩,熔结凝灰岩中碎屑压扁拉长的方向即假流纹面大体平行岩心中“2361.0m”文字的走向(据天涯博主洗眼看雪山在文后评论)。

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     照片53-56为672361.0m岩心岩石薄片在单偏光镜下的特征,据长期从事陆相火山岩区固体矿产勘查的天涯博客洗眼看雪山老师在我新浪博客(地质静)博文后的评论中指出:照片中“没光性”的褶边状大团块,其实是一堆聚合在一起的火山球粒,球粒是高温环境和岩石原始堆积时处于熔结状态的证据,而火山球粒团的边缘又有刚硬的石英晶屑顶入,说明球粒是在火山岩还处于韧性状态下形成的,即火山堆积冷却早期形成的。照片中可见火山球粒边缘在石英晶屑挤压下有凹入的现象,这个柔性变形表现很好,应当是在湿环境下形成并侵位, 故有程度不等的柔性变形,推测是岩浆蒸汽爆发作用下的基底涌流堆积。由于薄片中多见棱角状的晶屑碎屑,所以这是流纹质晶屑熔结凝灰岩,而不是也可以生成球粒的流纹岩类熔岩。

     (8)博友寄来“虫化玉”中的虫究竟是什么?

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照片57-58由新浪网博主谈天提供

 一位新浪网的博友给我寄来一块被他称为是“虫化玉”的标本,让我帮他看看上面的“虫”是什么?据这位博友介绍,化石采自小兴安岭一带农民的黑土地里。尽管对常见的古生物化石也能认识一些,但这位博友寄来的化石还是第一次见。化石直径大约为1mm,长约0.5~3cm左右,多呈略弯曲、两端变细、表面光滑的纤细空腔管状,在岩石中密集分布,长短不一,彼此大致平行排列。经过反复观察,初步判断可能是某种藻类或海绵类化石。

59  古杯化石特征(单偏光)

60  古杯化石特征(单偏光)

61 正交偏光下,岩石组分以隐晶状硅质为主组成,含少量铁质(正交偏光)

62  古杯化石特征(单偏光)

63  古杯化石特征(单偏光)

64   古杯化石特征(单偏光)

65  反射光下岩石中及化石内部均含有钛铁质(发黄白色反光)

      照片59-65为显微镜下化石的特征。岩石薄片出来之后,在显微镜下发现,化石的横切面呈圆形或椭圆形,部分变形强烈,呈不规则状的多边形等;化石直径大小不一,一般0.4~1mm不等。化石由几部分组成,以直径1mm的化石横切面为例,其最外层有一层极薄的壳,向内为厚约0.3mm规则状分布的黑色小点,在斜切面上,这些黑色点状物呈断续状彼此平行的细线;核部为空腔,部分被球粒状玉髓所充填,部分则可见规则分布的圆形生物结构。为了搞明白这是一种什么“藻”类化石,我翻遍了家里所有有关藻类化石的书籍及图版均未找到答案。只好找人寻求帮助,后将化石标本及岩石薄片、照片寄给南京大学研究藻类化石的边立曾和杨爱华老师,在两位老师的帮助下最终认为这是一种西伯利亚类型的古杯化石。

      类似的实例还有很多。多年来,我们通过野外观察与岩石薄片研究相结合,解决了很多重要地质问题,发现了很多有价值的地质线索。深刻体会到将宏观地质观察与微观研究相结合的重要性,岩石薄片研究为我们打开了另外一扇窗。





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