岩石薄片研究為地質人打開另外一扇窗

熱愛地質事業的人，都喜歡跑野外，在野外我們可以全方位地觀察地質現象，能獲得更多的地質信息。記得一位資深地質學者在給我們作報告時曾講到這樣一句話：野外是地質人的天堂！我在老師這句話的後面加了一句：岩石薄片研究為地質人打開另外一扇窗。

在野外條件下用肉眼或藉助放大鏡觀察岩石，只能確定岩石中主要的礦物成分及最一般的岩石結構、構造特徵，岩石的很多信息都因為其組分過於細小，而不能準確獲得，使很多有價值的線索從研究者手中滑過。岩石薄片的顯微鏡下研究則彌補了這種缺陷。

下面我簡單介紹幾個用岩石薄片解決地質問題的實例，帶大家透過岩石薄片這扇「窗」走進岩石的微觀世界。

（1）油頁岩中巨大的「結核」究竟是什麼？

在陝西銅川地區野外工作期間，我們在延長組油頁岩剖面中看到一些呈「飛碟」、「橢圓球狀」、「球狀」或「煙囪狀」的奇怪「結核」，如果不加重視，僅憑經驗將其解釋為「鈣質結核」也許就將其忽略了。出於好奇心，我們將部分奇怪的「結核」敲開，或採樣磨製成岩石薄片，想知道結核在顯微鏡下究竟是怎樣的？

1 采自陝西銅川霸王莊延長組長7油頁岩的「飛碟狀結核」，現陳列在長慶油田西安岩心庫內

2 采自陝西銅川霸王莊延長組長7油頁岩中橢球狀「結核」

3這是我們第一次在陝西銅川地區延長組油頁岩地層發現的「結核」，被採石場廢棄在渣石碓，形似「煙囪」狀，一端呈圓錐狀，高約0.6m，最寬處0.5m，尖錐處寬約0.15m，表面具細密排列的縱向細紋。由於已脫離原始岩層，尚不清楚在地層中保存狀態，該「結核」現已不知去向。

4 顯微鏡下照片（單偏光）

5 顯微鏡下照片（單偏光）

6 顯微鏡下照片（單偏光）

7 掃描電鏡下可見岩石中分布圓形凹坑或球狀化石

經岩石薄片觀察（照片4~6），「煙囪」狀結核由呈放射狀分布的纖維狀物質構成的不規則「球粒」及呈晶粒鑲嵌狀充填於「球粒」間的方解石為主組成，放射狀「球粒」外形不規則，與酸性火成岩中的球粒結構非常相似，大者直徑約1mm，小者約500μm左右，部分「球粒」中心可見近圓形的核部。「球粒」中的纖狀物質基本被方解石交代，「球粒」外形尚存，最外層的纖狀、放射狀結構明顯。球粒間充填晶粒狀方解石，方解石晶間及解理縫內可見大量有機質。據全岩Ⅹ衍射分析，結核中方解石含量97.4%，硅質含量2.6%。在薄片中看不到硅質，但那些細而密的纖維狀物質很像長英質，也許硅質就來自那些纖維狀物質。

更為有趣的是，在這種特殊的碳酸鹽結核中，普遍出現一種直徑僅5~20μm的球形微化石，據掃描電鏡及能譜分析，球形微化石的礦物組分以CaO為主，MgO為次，可能為與湖底熱液活動有關的嗜熱微化石，我們暫時稱其為球形鈣鎂質嗜熱微化石（參見《鄂爾多斯盆地南緣地質剖面圖集》）。

8 這是照片1中展示的采自銅川霸王莊剖面延長組長7油頁岩的「飛碟狀結核」

9在岩石薄片下可見，結核由纖柱狀碳酸鹽礦物為主組成，碳酸鹽具放射狀球粒結構，球粒外形不規則、相互嵌合，其中也含有大量球形鈣鎂質嗜熱微化石

10 顯微鏡下可見岩石中密集分布這種球形鈣鎂質嗜熱微化石

11 放大至600倍時測得化石直徑一般在20微米左右

12 在掃描電鏡下，化石多呈圓球形

13 在電鏡下大部分化石表面光滑

14 個別化石表面具不規則凹坑

對這類分布於延長組油頁岩中獨特的鈣質結核的研究工作才剛起步，據現有資料分析，其特徵可能與大西洋中脊Lost City低溫熱液場沉積類型相似，為湖底低溫熱液噴口所形成。

（2）岩石中極圓的「眼睛」是什麼？

在野外曾在岩石看到含有非常圓的組分，有時可同時出現兩個，酷似兩隻睜開的「眼睛」，若不進行岩石切片很難確定是什麼？

15這是在陝西黃龍―白水途中，在延長組長10濁沸石膠結的砂岩中見到的，如同岩石中長著的兩隻眼睛，所處圍岩是延長組長10的濁沸石膠結的「麻斑」砂岩，而岩石中的兩個「眼睛」的組分與砂岩明顯不同，之前還真是不知道岩石中這極圓的組分是什麼？

16 這是在何家坊剖面延長組長7暗色泥岩中看到的極圓的東西，具圈層構造，邊部呈白色，其中分布不規則狀深色針狀物質，核部顏色偏暗

17 將照片16數碼放大後，可以看到圓形組分具圈層構造，最外層分布一些針狀物，圈層裡面顏色較深，用沉積學理論很難解釋是什麼

18 隨後，我們在野外露頭髮現了延長組的魚糞化石，將魚糞化石沿橫向切開之後，在化石斷面上看到的現象與岩石中非常相似！

這粒魚糞化石表面見明顯的螺旋狀紋（魚糞化石所特有），可能受成岩作用期間壓實作用的影響呈略扁的橢圓錐狀，一頭尖而細（照片右側），為先便出部位。螺旋自先端開始，由右向左旋，旋距由窄變寬，共有六個旋，螺旋紋不但在表面能夠看到，在化石橫斷面也很明顯。內部見大量魚骨化石碎片，應該是所吃小魚的化石碎片

19 原來，那些岩石中奇怪的圓形物竟然是魚糞化石！從這種魚糞化石個體判斷，該類魚的個體很大，化石中的針狀物則是沒有完全消化掉的被大魚吃掉的魚骨殘留

20 單偏光下，糞化石邊緣花紋部位放大之後，可見沿暗色泥質條帶邊緣規則生長的自生方解石和玉髓組成，並見孔隙

21 正交偏光下，紅色部分為方解石（染色片），纖維狀玉髓呈扇狀集合體

22在魚糞化石的岩石薄片中可疑看到大量未完全消化掉的食物殘渣以及魚骨碎片、膠磷質組分（單偏光）

23 未被消化的魚骨碎片（單偏光）

24 未完全消化的魚骨碎片（正交偏光）

23-25 為魚糞化石中可見大量未完全消化的魚骨殘留（單偏光）

26 魚糞化石中的膠磷質（單偏光）

（3）油頁岩中黑色的奇怪物質是什麼？

27 這是在宜君縣福地湖附近延長組長7油頁岩露頭看到的現象，在未進行薄片研究時很難判斷油頁岩中呈並排柱狀分布的黑色奇怪物質是什麼？（岩石表面呈白色粉末狀礦物經X衍射分析為水綠礬）

28 為照片27的放大特徵

29-30 為照片28岩石薄片照片，經岩石薄片觀察，油頁岩中的黑色柱狀物具骨質結構，可能是一種體型較大的魚骨化石碎片！照片均為單偏光下所拍，紅色為膠磷質

（4）砂岩層頂部的紅色侵染物是什麼？

31 在陝北佳縣延長組長7灰綠色砂岩層頂部具不規則狀分布的紅色浸染物

32紅色「浸染狀」物質在單偏光顯微鏡下呈不透明狀麻點或不規則條帶狀分布，岩石中的綠色為綠泥石（單偏光）

33 紅色「浸染狀」物質在單偏光顯微鏡下呈不透明狀麻點或不規則條帶狀分布（單偏光）

34放大後，麻點主要由鐵質所組成，麻點中央孔洞，孔洞已被由沿孔壁生長的自生晶粒狀礦物及方解石所充填（單偏光）

35 在反射光下，麻點中的不透明礦物為鐵質（反射光）

36經X衍射分析，紅色浸染物中除含有伊/蒙層間粘土礦物、絲光沸石及斜發沸石

37 片沸石（單偏光）

38 片沸石（正交偏光）

據岩石薄片觀察，球粒中心自生礦物在單偏光下無色透明或呈淡黃褐色，具低的負突起，具片狀及板狀晶形，並含有少量鐵質； 在正交偏光下具平行消光，經鑒定：孔洞中央沿孔壁生長的晶粒狀自生礦物為片沸石。

39 為照片37的同視域反射光照片，照片中具紅色反光的礦物為鐵質

（5）野外發現的是「冰雹痕」嗎？

40 砂岩表面密集分布的「冰雹痕」

41 「冰雹痕」大小不一，分布不均勻，部分坑口具外翻的緣

42「冰雹痕」大小不一，分布不均勻，部分坑口具外翻的緣

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照片40-43是我們在寧夏石嘴山市沙巴台剖面羊虎溝組海相砂岩層面上看到的極似「冰雹痕」的現象，那些密集分布的圓形凹坑大小不一，分布不規則，且坑緣外翻，與想像中的冰雹痕非常很像，但令人感到疑惑的是分布面積太廣，僅此處就有好幾層，而且順層追索，在幾十米以外的山頂仍有分布。

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照片44-46為中國地質大學（北京）呂晨航同學提供，他在準備磨製岩石薄片時，將「冰雹痕」從中間切開之後驚奇的發現：在凹坑裡均有向下彎曲並逐漸消失的泥質充填物。原來，這些在野外被誤認為的「冰雹痕」竟然是一種遺迹化石----生物潛穴！

47 為具生物潛穴砂岩正交偏光鏡下特徵，砂岩碎屑組分以石英為主，含部分岩屑，石英加大普遍×40（正交偏光）

48 為沙巴台剖面羊虎溝組海相砂岩正交偏光鏡下特徵，碎屑組分以石英為主，石英加大普遍，少量高嶺石充填孔隙 ×100（正交偏光）

（6）尖坪溝延長組油頁岩中的孤立狀「岩塊」是什麼？

49 在銅川尖坪溝延長組剖面長7油頁岩中發現大致順層分布的孤立狀「岩塊」（地質錘處）

50 樹榦化石具木質結構，局部被褐鐵礦交代（單偏光）

51 經岩石薄片觀察，「岩塊」具規則的生物結構，是石化了的樹榦化石（單偏光）

（7）岩心中的小麻點是什麼？

52 在榆67井2361.0m岩心中見大量暗色不規則火山球粒

經岩石薄片鑒定，該段岩心的岩石類型為：流紋質晶屑熔結凝灰岩，熔結凝灰岩中碎屑壓扁拉長的方向即假流紋面大體平行岩心中「2361.0m」文字的走向（據天涯博主洗眼看雪山在文後評論）。

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照片53-56為榆67井2361.0m岩心岩石薄片在單偏光鏡下的特徵，據長期從事陸相火山岩區固體礦產勘查的天涯博客洗眼看雪山老師在我新浪博客（地質靜）博文後的評論中指出：照片中「沒光性」的褶邊狀大團塊，其實是一堆聚合在一起的火山球粒，球粒是高溫環境和岩石原始堆積時處於熔結狀態的證據，而火山球粒團的邊緣又有剛硬的石英晶屑頂入，說明球粒是在火山岩還處於韌性狀態下形成的，即火山堆積冷卻早期形成的。照片中可見火山球粒邊緣在石英晶屑擠壓下有凹入的現象，這個柔性變形表現很好，應當是在濕環境下形成並侵位, 故有程度不等的柔性變形，推測是岩漿蒸汽爆發作用下的基底涌流堆積。由於薄片中多見稜角狀的晶屑碎屑，所以這是流紋質晶屑熔結凝灰岩，而不是也可以生成球粒的流紋岩類熔岩。

（8）博友寄來「蟲化玉」中的蟲究竟是什麼？

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照片57-58由新浪網博主談天提供

一位新浪網的博友給我寄來一塊被他稱為是「蟲化玉」的標本，讓我幫他看看上面的「蟲」是什麼？據這位博友介紹，化石采自小興安嶺一帶農民的黑土地里。儘管對常見的古生物化石也能認識一些，但這位博友寄來的化石還是第一次見。化石直徑大約為1mm，長約0.5~3cm左右，多呈略彎曲、兩端變細、表面光滑的纖細空腔管狀，在岩石中密集分布，長短不一，彼此大致平行排列。經過反覆觀察，初步判斷可能是某種藻類或海綿類化石。

59 古杯化石特徵（單偏光）

60 古杯化石特徵（單偏光）

61 正交偏光下，岩石組分以隱晶狀硅質為主組成，含少量鐵質（正交偏光）

62 古杯化石特徵（單偏光）

63 古杯化石特徵（單偏光）

64 古杯化石特徵（單偏光）

65 反射光下岩石中及化石內部均含有鈦鐵質（發黃白色反光）

照片59-65為顯微鏡下化石的特徵。岩石薄片出來之後，在顯微鏡下發現，化石的橫切面呈圓形或橢圓形，部分變形強烈，呈不規則狀的多邊形等；化石直徑大小不一，一般0.4~1mm不等。化石由幾部分組成，以直徑1mm的化石橫切面為例，其最外層有一層極薄的殼，向內為厚約0.3mm規則狀分布的黑色小點，在斜切面上，這些黑色點狀物呈斷續狀彼此平行的細線；核部為空腔，部分被球粒狀玉髓所充填，部分則可見規則分布的圓形生物結構。為了搞明白這是一種什麼「藻」類化石，我翻遍了家裡所有有關藻類化石的書籍及圖版均未找到答案。只好找人尋求幫助，後將化石標本及岩石薄片、照片寄給南京大學研究藻類化石的邊立曾和楊愛華老師，在兩位老師的幫助下最終認為這是一種西伯利亞類型的古杯化石。

類似的實例還有很多。多年來，我們通過野外觀察與岩石薄片研究相結合，解決了很多重要地質問題，發現了很多有價值的地質線索。深刻體會到將宏觀地質觀察與微觀研究相結合的重要性，岩石薄片研究為我們打開了另外一扇窗。

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