碳酸盐岩类岩石薄片的最佳定厚标准探讨

郑杨，牛焕友，张树淮，武育宁，明星

（中国地质调查局武汉地质调查中心，武汉 430205）

在岩石矿物学分类中，碳酸盐岩与其它类别岩石截然不同。因其属于内源沉积，往往含有丰富的生物碎屑、包粒等结构物（本文中出现的生物碎屑、包粒等结构物均是指最大直径2 mm以下的结构物）。它们的存在、种类及含量直接影响着岩矿鉴定的准确性，如岩石成因和命名等。不仅如此，生物碎屑及包粒自身的存在就有着细微性、随机性和复杂性，在岩矿切片工作中凭肉眼难看见、难分辨或不可见，造成大部分可见机会都是在薄片制作后期干涉色定厚中的观察。

传统的薄片磨制方法，多数是以正交偏光镜下石英干涉色显现一级灰白，方解石呈现高级白干涉色，即为薄片厚度达到0.030 mm左右（本文石英干涉色的判定均是以45°位置的最高干涉色为标准）的定厚衡量标准[1]。然而，在实际工作中发现，如果将碳酸盐岩类岩性标本按照传统方法磨制，特别是在磨制定厚方法不当时，将对碳酸盐岩粒屑结构中包含的生物碎屑和包粒等造成判断及鉴定的不良影响。例如直接受到影响的就有碳酸盐岩的分类和命名，薄片异化颗粒中的内碎屑、鲕粒、生物碎屑、完整生物化石的不同体积含量就有着不同分类命名。比如鲕粒占10%～25%，称含鲕粒××岩，鲕粒占25%～50%，则叫鲕粒××岩，鲕粒＞50%，叫××鲕粒岩[2]。并且含有鲕粒、生物碎屑、完整生物化石的碳酸盐岩还会因具体种类的不同，相互之间按照不同的体积含量比例，细分下去。如果我们要让每块岩石标本能够提供出真实可靠的鉴定信息，就不能打破原始的体积比例关系。然而以传统的厚度磨制却打破了真实的比例关系，因为厚度过薄，鲕粒、生物化石、生物碎屑都会磨损，使体积比例不断下降。同时也造成了不同种类的鲕粒、生物化石、生物碎屑自身区分、命名的准确性及具体种类之间的体积比例关系的失真。最终薄片的鉴定结果，其分类命名的准确性不高，命名顺序混乱不可靠，充分可见传统方法无法满足碳酸盐岩鉴定所需要求。而且定厚工作处于薄片磨制工作的后期，造成不良影响便无法纠正。此类问题的解决途径，不能生搬硬套传统薄片定厚标准。笔者在长期薄片磨制过程中，提出了新的碳酸盐岩岩石的定厚标准，并结合矿物干涉色对厚度的要求等因素，综合出较实用的碳酸盐岩薄片厚度控制体系。

1 实验原理及其正确性判定

0.030 mm是透明矿物晶体光学的标准磨片厚度，所有透明矿物鉴定的标准干涉色，都是以此厚度所显示干涉色为标准归纳总结的，即是晶体光学创建基础[3-4]。本文理论是否成立，核心在于石英干涉色是否能准确反应薄片厚度及具体厚度的数值区间。实验所采用的石英脉是石英砂岩提取完整石英颗粒并注胶后，重新组合而成。要避免采用变质岩和压碎石英脉，因其属于二轴晶系，涉及光轴角的计算，会增大误差值。高温型六方晶系α-石英和低温型三方晶系β-石英不同的最大双折射率均考虑在计算范围之内，如图1。

以低温型三方晶系β-石英为例，石英的最大双折射率Ne-No=0.009，进行减薄工艺时，正交偏光镜下，石英干涉色，会从高级序逐渐降到第一级序中的紫红→橙→浅黄→白，当浅黄刚刚降至亮白色时，光程差R/nm=300，导用光程差公式R=d（Ne-No），既得薄片厚度d=0.033 mm，这说明了石英干涉色的颜色及变化可以准确判定薄片厚度和数值区间，也因其最大双折射率的特殊性，使其是透明矿物晶体光学衡量厚度的标杆。

图1 石英干涉色色谱图Fig.1 Interference color chromatogram of quartz

碳酸盐岩是由双折射率很大的方解石、白云石、菱镁矿、菱铁矿、菱锰矿等组成，其双折射率为No-Ne=0.172～0.242。这使得即使很小的厚度变化，也会造成很大的干涉色变化。当薄片厚度d=0.030 mm时，是泛出晕彩的高级白干涉色，d=0.033 mm时，呈高级白干涉色，虽不会出现明显晕彩，但基本不影响矿物鉴定，却提升了极小颗粒物，如粒径0.10 mm以下藻团粒、放射虫等出现的机率。此厚度是石英干涉色由浅黄降至亮白的转变区，也为厚度控制带来了方便。不过该厚度对于较好的观察较大粒径的结构物还是不够的。故把此厚度设为碳酸盐岩薄片厚度的下限。d=0.040 mm时，色彩会由高级白转至灰色混浊，d=0.050 mm时，色彩非常混浊，有些矿物转至半透明或不透明，造成鉴定的不良影响。然而d=0.045 mm时，大多数矿物的透明度还是良好的，在正交偏光镜下，虽然颜色混浊，但不会出现完全不透明的情况。并且也是石英干涉色由橙色降至浅黄的转变区，把此厚度设为碳酸盐岩薄片厚度的上限，虽是矿物鉴定要求的底线，不过最大限度的照顾了结构物外形、呈现数量等所有因素的完整性。

2 磨制定厚对比研究实验

2.1 实验方法

利用石英干涉色判定薄片厚度。因碳酸盐岩与石英的硬度及比重不相同。为要求薄片能方便的进行厚度控制，使薄片厚度较均匀，数据较可靠[5]，分别将三根石英脉插入到含有生物碎屑、包粒等结构物的碳酸盐岩标本的两侧和中间位置（图2）。

图2 薄片平面示意图Fig.2 Schematic plan of the thin section of Carbonate rocks

然后以传统定厚标准，即石英干涉色为一级灰白，其厚度0.030 mm左右的薄片与石英干涉色均在一级浅黄及橙色，其厚度0.033～0.045 mm的薄片进行各方面因素的对比观察，得出结论。

2.2 样品（试样）的制备

样品均为同一块已经确定含有生物碎屑及鲕粒的碳酸盐岩标本，以两种定厚方法分别制作出编号为SY-1和SY-2的薄片。其SY-1为传统厚度0.030 mm左右的薄片（图3左），SY-2厚度为0.033～0.045 mm的薄片（图3右）。

2.3 两种厚度薄片镜下对比

在正交偏光镜下对传统磨制方法的SY-1薄片进行鉴定观察（图3左）。根据石英和方解石干涉色分别出现一级灰白和高级白可判断厚度在0.030 mm，为标准制片厚度[6]。观察发现碳酸盐岩的构造及所含矿物成分清晰可见，特别是碳酸盐岩中具有明显珍珠彩晕的方解石质胶结物。在薄片中可见岩石中含有生物碎屑、鲕粒等结构物，然而这些结构物中的外壳已磨损，纹饰不清。对判断结构物的粒径大小，具体种类，造成严重影响。还可以观察到有一些生物碎屑完全被磨损，只显现存留过的印迹。大部分生物碎屑只剩下方解石结晶的碎屑内部结构，通过干涉色的色彩很容易分辨。如果在试验中继续对薄片厚度进行减薄，鲕粒、生物碎屑等结构物的核心逐渐消失，只剩下因为薄片底部穿孔而造成的黑色空隙。

在正交偏光镜下对改进磨片方法的SY-2薄片进行鉴定观察（如图3右）。SY-2的磨制针对SY-1岩片制作过程中存在的问题，进行定厚标准改进和调试。最终石英干涉色控制在一级浅黄内。判断其厚度在0.033～0.045 mm。对薄片粒屑结构进行观察发现，鲕粒、生物碎屑的外壳纹饰很清晰，并且在偏光镜下的立体感很强，肉眼观察感觉非常饱满。对于鲕粒的粒径，生物碎屑大小、长度、具体种类都可以得到准确判断[7]。此岩片颗粒成分主要为隐藻团粒，无核心，粒径为0.10～0.15 mm，少数达到了0.40 mm，磨圆极好，鲕粒呈圆形，为薄皮的放射鲕，粒径为0.10～0.20 mm。生物碎屑都较完整的保留下来，其种类有瓣鳃类、腕足类、海百合茎、有孔虫等碎片[8]。薄片胶结物的亮晶方解石的高级干涉色呈现情况比传统厚度要单一，没有明显色彩的珍珠彩晕，但是其亮白色略带色彩，可以满足观察和判断是否为方解石质或区分其它矿物，特别是薄片制作后期茜素红染色剂的染色处理，使其更进一步得到区分验证，最后根据岩石的结构、构造特征及胶结物成分可以推测岩石为浅海环境，为温暖的潮汐浅滩环境，因而生物碎屑、藻团粒、鲕粒等颗粒成分经受到强烈的滚动磨圆作用。

2.4 对比结果分析

经过实验过程的对比研究发现生物碎屑、鲕粒等损耗及消失的具体情况均受到结构粒度大小及距离薄片底部（粘贴面）位置等因素影响。当薄片厚度减至一定数值时，先由粒径较大的鲕粒开始损耗，并且损耗过程由外至内，这也说明了SY-1岩片不良影响原因。不过SY-1岩片使透明矿物干涉色的呈现非常标准，对矿物成分的判定具有重要意义。可是碳酸盐岩具有特殊性，为了顾全薄片鉴定需要的所有因素，提出的经改进的SY-2岩片虽在干涉色色彩方面不如SY-1清晰易分辨，不过保全了碳酸盐岩独特的粒屑结构，更能佐证世代关系、生成环境。

但岩片厚度过厚，因干涉色级序的急剧变化，使部分矿物干涉色由混浊至不透明，即不能对矿物成分进行观察判定。因此我们要控制其厚度的上限和下限，让矿物成分可以判断，并且粒屑结构最大程度不受影响。这也正是SY-2改进方法存在的意义。

3 实际操作中碳酸盐岩的制片方法

3.1 碳酸盐薄片制作要点

岩片制作和传统方法相比需要注意以下两点:

1、对于岩石标本的底部（粘贴面）处理有特殊要求，即粘贴面最后要用1200#金刚砂在平整的玻璃板上推平。意义在于使粘贴面的岩石颗粒平整、光滑，最大程度减少底部不同位置分布的极小颗粒间隙对薄片厚度的影响。从而会使薄片制作后期正交偏光镜下观察干涉色时，方解石独特的高级白干涉色呈现的比传统磨底方法早，允许存在一定范围内较厚区间，为判定矿物成分带来诸多方便。而且使薄片不同位置的矿物干涉色更一致，更均匀，减少了薄片中间厚四周薄的情况。薄片的透光性也得到了提高，使得碳酸盐岩的粒屑结构更清晰[9-10]。

2、在薄片最后的定厚工作中，应该利用1200#金刚砂或者更细的磨料，使得磨料自身粗细对结构物的损伤减少，同时也提高了厚度的可控性，降低了减薄失误和磨片失败的几率。在减薄工作中应该边磨边观察，注意较大结构物自身磨损和体积比例情况，并配合矿物鉴定对干涉色的要求等因素，达到最佳鉴定效果时就停下来，不要单纯为了厚度标准而强行减薄。

3.2 量化厚度

在薄片制作的实验中发现，粒屑结构、生物化石的大小与薄片厚度成正比关系，如果粒径越大，薄片厚度则应稍厚。因粒屑结构物和生物化石的大小、外形、表面纹饰等特征，以偏光镜下观察的清晰程度为条件，并结合矿物干涉色对厚度的要求等因素，综合出较实用的碳酸盐岩厚度控制体系（如表1）。

表1 碳酸盐岩厚度控制参考表Table 1 Reference thickness of the thin section of carbonate rocks

表1可以方便于全自动数控磨片设备对碳酸盐岩厚度的数值设定。当全手工磨片时，往往是灵活多变的，只要不破坏较大结构物和较小结构物自身形态和正常原始的体积比例关系，并结合好透明矿物干涉色的鉴定需求，就可以磨制出质量较高的碳酸盐岩薄片。

武汉地质调查中心杨振强研究员对本文实验薄片进行了鉴定，谨致谢忱。

[1]李钟模.化石片子磨制知识[M].贵州:贵州人民出版社,1981.

[2]刘宝珺.沉积岩石学[M].北京:地质出版社,1980:192－199.

[3]周乐光.工艺矿物学[M].北京:冶金工业出版社,2007:40－41.

[4]王德滋.光性矿物学[M].北京:科学出版社,2008:53-56.

[5]牛焕友，常海亮，汪雄武.花岗岩中熔融包裹体恢复均匀化后探针片的磨制工艺[J].岩矿测试,2004,23（2）:157－158.

[6]杨遵仪.古生物学教程[M].北京:地质出版社,1957.

[7]于长富.岩石制片工艺[M].北京:地质出版社,1980:1－45.

[8]周鹏,李志宏,魏运许,等.峡东寒武纪三叶虫化石新材料[J].华南地质与矿产,2010,26（4）:72－76.

[9]牛焕友,明星.岩矿制片中的干砂减薄新工艺[J].华南地质与矿产,2009,25（3）:69－71.

[10]崔云昊，袁焕章，孟庆江.矿物岩石制片技术及理论基础[M].武汉:中国地质大学出版社，1992,116p.