中扬子区中生代含变质岩屑砂岩的显微图像集

岩石显微图像专题 I 区论文（评审中） • 版本 ZH3

A microscopic image dataset of Mesozoic metamorphic grains bearing sandstones from Mid-Yangtze, China

马千里，柴嵘，杨江海，杜远生，戴贤铎

Ma Qianli, Rong Chai, Jianghai Yang, Yuansheng Du, Xianduo Dai

DOI: 10.11922/csdata.2020.0053.zh
PID: 21.86101.1/csdata.2020.0053.zh
: 10.11922/sciencedb.j00001.00046

： 2020 - 06 - 30

： 2020 - 07 - 20

1551 21 0

摘要&关键词

摘要：本文收集和归纳了中扬子北缘三叠系至侏罗系砂岩的显微图像数据。样品主要为中粗粒砂岩。我们系统鉴定和部分统计了89件岩石样品的碎屑组分，识别出岩屑石英砂岩、石英岩屑砂岩和长石石英砂岩等8种不同类型的砂岩，拍摄了289张岩石显微图像照片。我们重点描述了含变质岩屑的砂岩显微图像特征，并对变质岩屑的变质等级和原岩类型进行了分类。本图集的建立丰富了中扬子区中生代沉积地质演化的基础研究，并可作为变质岩屑的识别与分类的案例，为追溯变质岩屑源区，重塑造山带剥露等研究提供一定的参考。

关键词：中生代；变质岩屑砂岩；中扬子区；显微图像

Abstract & Keywords

Abstract: This paper summarized the image dataset of Triassic-Jurassic clastic rocks in Mid-Yangtze. Our sample mainly demonstrates medium to coarse sandstone. We systematically identified and partially counted detrital components of 89 samples. Eight different types of sandstone including litho-quartzose, quartzo-lithic, feldspatho-quartzose and etc. were recognized after detrital modal analysis and 289 microscopic images of them were taken. We placed much emphasis on deciphering metamorphic grains and further classified their metamorphism rank as well as their prototypes. The establishment of this dataset enriched the skeleton research of Mesozoic sedimentary evolution in Mid-Yangtze. Generally, this dataset is a case of understanding the incorporation of metamorphic grains. It could also be reference to tracking their source region and reconstructing the exhumation process of orogenic belts.

Keywords: Mesozoic; metamorphic grains; Mid-Yangtze; microscopic image

数据库（集）基本信息简介

数据库（集）名称	中扬子区中生代含变质岩屑砂岩的显微图像集
数据作者	马千里，柴嵘，杨江海，杜远生，戴贤铎
数据通信作者	杜远生（duyuansheng126@126.com）
数据时间范围	岩石样品采集地层的时代为：三叠纪至侏罗纪；岩石样品采集的时间为2016–2018年；岩石薄片偏光显微照片拍摄于2019年。
地理区域	样品所在剖面，在行政区划上，位于中国湖北省西部宜昌–巴东地区；周缘构造单元：北部神农架地体与秦岭造山带，东部为江汉盆地，西部为四川盆地，南（东南）部为江南–雪峰造山带。GPS范围：110°18'1.4″E–111°46'9.48″′E；31°22'41.61″N–30°52'52.21″N。
偏光显微镜分辨率	1000×800–2600×1900像素
数据量	～789 MB
数据格式	.jpg; .xls
数据服务系统网址	http://www.dx.doi.org/10.11922/sciencedb.j00001.00046
基金项目	国家自然科学基金（41672106）
数据库（集）组成	本数据集解压后共包括2类数据文件，它们分别为：薄片照片文件夹（86个，数据量共计789 MB）和碎屑岩显微图像数据库信息表.xls（1个，数据量28.0 KB）。

Dataset Profile

Title	A microscopic image dataset of Mesozoic metamorphic grains bearing sandstones from Mid-Yangtze, China
Data corresponding author	Du Yuansheng (duyuansheng126@126.com)
Data authors	Ma Qianli, Chai Rong, Yang Jianghai, Du Yuansheng, Dai Xianduo
Time range	The stratigraphic age of samples ranged from Triassic to Jurassic. Samples were collected from 2016 to 2019. Microscopic images of above samples were taken on 2019.
Geographical scope	Administerially, the study region belongs to the Yichang-Badong City. For the peripheral tectonic units, they are concluded as follows. To the north: Shennongjia Terrane and Qinling Orogenic Belt; To the west: Sichuan Basin; To the east: Jianghan Basin; To the south and southeast: Jiangnan-Xuefeng Orogenic Belt. GPS: 110°18'1.4″E–111°46'9.48″′E; 31°22'41.61″N–30°52'52.21″N.
Spatial resolution	1000800–26001900 pixels
Data volume	~789 MB
Data format	.jpg; .xls
Data service system	<http://www.dx.doi.org/10.11922/sciencedb.j00001.00046>
Source of funding	National Natural Science Foundation of China (41672106)
Dataset composition	The dataset was compressed into a package sized 789 MB. Two types of subsets were included. They are 86 folders of images and 1sheet of microscopic image identification information respectively.

引言

砂岩作为母岩风化、破碎、搬运和沉积的产物，保存了源–汇系统的演化信息^[1]。针对砂岩的碎屑组分（岩相学）研究是解读这些信息的根本性手段^{[2,3,4 ]}。首先，砂岩的碎屑组成是砂岩定名和描述的基础，碎屑可以直观地反映母岩的部分矿物组成。其次，随着上世纪薄片岩相学的发展以及Dickinson构造判别图解的建立^[2,5]，中粗粒砂岩的碎屑组成模式（Detrital Modal Analysis）与构造背景联系到了一起。尽管后续的研究表明^{[6,7,8,9 ]}，砂岩的组成受到了母岩性质、风化强度、沉积分选、再选回程度、成岩作用和变质作用的综合约束，其碎屑组成与构造背景没有直接的对应关系，但砂岩的碎屑组分统计工作仍是探讨沉积物的源区、背景和沉积盆地性质等科学问题不可缺少的研究手段。

砂岩中的一些碎屑矿物或是变质岩屑可以指示特殊的源区。如在秭归–当阳盆地，中生代地层中丰富的变质泥岩岩屑被认为来自于南秦岭的志留系或是勉略带的复理石沉积^[10]；在毗邻大别造山带的江汉盆地中，下侏罗统砂岩中多硅白云母的出现指示了大别造山带的UHP岩石在早侏罗世开始剥露至地表^[11]。针对Dickinson图解，Garzanti^[12]建议增加蛇绿岩套还有碰撞变质带两种环境和更多的碎屑矿物端元，并用此图解探讨了各构造环境隆升剥蚀过程中矿物组分变化趋势。因此，砂岩中变质矿物或岩屑的出现往往可以示踪造山带的折返剥露，对于变质岩岩屑的追溯和变质等级的识别就显得尤为重要。

变质岩的原岩种类繁多，变质程度迥异，这也给变质岩屑的鉴定和统计带来了困难。目前，对于变质岩屑的统计标准仍然存在一定的争议，第一，对于变质岩屑的应以何种标准进行进一步的精细分类。本文推荐并使用的是Garzanti和Vezzoli^[13]的方案。第二，变质假杂基或是交代矿物是否需要按照变质岩屑统计。砂岩中的长石容易发生碳酸盐交代，钠长石化、压溶或是蚀变成如高岭土、绢云母或是其他帘石族矿物^[14-15]。此外，成岩蚀变同样会改造一些超基性-基性或是泥岩岩屑，形成假杂基。假杂基和交代矿物应按照原本矿物种类进行统计^[16]。对于蚀变严重的样品，不建议统计分析。

本文的研究对象是中扬子北缘中生代碎屑岩。这些碎屑岩忠实地记录了印支期大陆碰撞、海陆转换和秦岭造山带隆升剥蚀的信息。本着共享、开放、交流的科学精神和为后续研究提供基础素材的目的，我们以砂岩中的变质岩屑为切入点，系统整理了研究区三叠系–侏罗系砂岩的薄片显微图像，以便为相关研究方向的同仁提供借鉴，并由此抛砖引玉，进一步地充实本研究区的基础地质工作。

1 数据采集和处理方法

1.1 数据采集方法

本图集的显微图像均来自于中国中部鄂西地区的中三叠统至中侏罗统的7个剖面（表1），采样点如图1所示，研究区实测地层简明柱状图如图2。我们系统研究了这些地层，将采集的砂岩样品送至中国地质大学（武汉）东区磨片室制片。首先将新鲜–较新鲜的粗砂岩，中粗粒和中细粒砂岩样品，清除表面的风化层后，用切割机切出平行于层理面的切片，大小在30 mm×30 mm，厚度在5 mm–10 mm以内。依据标准和工艺要求，经粗磨、细磨、粗抛、粘片、磨片、粗抛和精抛制成厚度为0.03 mm的光学薄片。

表1 采样剖面和GPS经纬度

采样剖面(剖面编号)	GPS经纬度
湖北恩施巴东剖面（G209）	31°5'7.994"N，110°24'50.85"E
湖北襄阳小漳河剖面（XZH）	31°22'31.566"N，111°45'23.346"E
湖北宜昌秭归两河口剖面（LH）	30°54′09.23″N，110°35′09.10″E
湖北恩施巴东红旗煤矿剖面（J1X）	31°4′55.3008"N，110°26′17.51″E
湖北宜昌秭归郭家坝玄武洞剖面（XW）	30°54′59.5548″N，110°43′0.6996″E
湖北宜昌秭归郭家坝剖面（WH）	30°57′16.99″N，110°45′26.41″E
湖北宜昌兴山峡口剖面（DA/DB/DC）	31°8′54.6755″N，110°47′12.1128″E

图1 研究区大地构造图与区域地质图（图片送审中）

图2 研究区实测地层简明柱状图

1.2 数据预处理

1.2.1 砂岩的命名

依据显微镜下砂岩的骨架颗粒石英(Q)、长石(F)和岩屑(L)的含量对砂岩样品进行命名。其中，部分粗粒的碎屑在统计时依据Gazzi-Dickinson计数法^{[16,17,18 ]}，以便于尽量减小粒度在统计过程中造成的偏差。由于砂岩碎屑组分的复杂性，砂岩的命名方案应直观地反映砂岩的成分信息。因此我们依据《岩石显微图像专题》确定的标准^[19]对文本的样品进行命名。本文列举了国标GB/T 17412.2—1998《沉积岩岩石分类和命名方案》^[20]作为参考（图3）。

图3 砂岩分类命名划分细则（依据[8, 19]）

1.2.2 变质岩屑的分类

对于砂岩中的变质岩屑，Garzanti和Vezzoli^[13]首先根据原岩种类划分成变泥质岩（metapelite），变砂屑岩（metapsammite）或变长英质岩（metafelsite），变碳酸盐岩（metacarbonate）和变基性岩（metabasite）等五大类，并依据变质结构和层状硅酸盐种类进一步地对每一类都划分出由低到高的五个变质等级，并对常见的变质岩屑给定了参考图片。本图集依据此方案对变质岩屑进行分类（表2）。

表2 不同原岩种类和变质等级的岩屑划分

变质等级（Rank）	结构（Texture）	层状硅酸盐（Phyllosilicates）	Garzanti和Vezzoli^[13]
变质等级（Rank）	结构（Texture）	层状硅酸盐（Phyllosilicates）	变泥质岩	变砂屑岩/ 变长英质岩	变碳酸盐岩	变基性岩
未变质（None）	未定向（unoriented）	黏土矿物（clay mineral）	Lv, Ls
极低（Very Low）	弱劈理（rough cleavage）	伊利石（illite）、绿泥石（chlorite）	Lmp1	Lmf1	Lmc1	Lmb1
低（Low）	强劈理（strong cleavage）	绢云母（sericite）	Lmp2	Lmf2	Lmc2	Lmb2
中（Medium）	片理（schistosity）	细小云母（tiny micas）	Lmp3	Lmf3	Lmc3	Lmb3
高（High）	矿物晶体（crystal）＜62.5μm	白云母（muscovite）	Lmp4	Lmf4	Lmc4	Lmb4
极高（Very high）	矿物晶体（crystal）＞62.5μm	黑云母（biotite）	Rmp5	Rmf5	Rmc5	Rmb5

1.2.3 岩石显微图像的编录

标准薄片的拍照工作在中国地质大学（武汉）完成。首先利用100倍或200倍的徕卡偏光显微镜观察砂岩薄片，初步统计砂岩的主要碎屑种类、粒度、磨圆和杂基含量等信息，重点关注砂岩的岩屑种类以及显微结构和矿物组成，对变质岩屑依据本文1.2.2的方案进行分类和分级，随后选取合适的切面、角度拍照。图集编纂与照片信息统一按《岩石显微图像》专刊的标准执行。照片的编录按照“薄片编号”+“m”+“摄像视域的数字序号”+“正交光符号+或单偏光符号-”进行，同一薄片编号的不同视域下的照片置于一个文件夹内。本图像集共收录岩石薄片86张，照片289张，分辨率为1000×800像素至2600×1900像素。

2 数据样本描述

本数据集中主要由3部分组成，分别为剖面柱状图、薄片照片数据集和数据库信息表。剖面柱状图展示了岩石地层单位、岩性序列与采样层位等信息。薄片照片数据集包含9块粉砂岩、74块砂岩和3块砾岩的不同视域下的单偏光/正交光照片。数据库信息表收录了薄片描述与样品信息。

本数据集侧重于含变质岩屑的砂岩显微图像信息，以下描述的是典型的、不同分类的变质岩屑显微图像。对于含变质岩屑少的砂岩仅收录于薄片照片数据集和数据库信息表，变质岩屑统一标注“Lm”，在此不作详细介绍。

2.1 含变质岩屑砂岩显微图像

2.1.1 中三叠统砂岩

样品XZH-18-2采自于湖北省襄阳市小漳河剖面巴东组一段中细粒砂岩（图4）。碎屑分选中等，多呈棱角状，单偏光镜下碎屑石英与长石等矿物呈无色至褐黄色，不透明的赤铁矿以及少量岩屑为暗红色。碎屑石英含量最高，长石次之，杂基含量＜15%，故命名长石石英砂岩。碎屑石英表面洁净，正交偏光镜下显示I级灰干涉色，斜长石发生了一定程度的碳酸盐岩化或蚀变，隐约见聚片双晶纹。岩屑种类包括以板片状为主的火山岩屑，以碳酸盐岩碎屑为主的沉积岩屑以及种类丰富的变质岩屑。根据原岩种类，劈理发育程度，层状硅酸盐类型等几种判别指标，将变质岩屑细分为变质等级极低的变长英质岩屑（Lmf1）、变质等级中等的变泥质岩岩屑（Lmp3）、变质等级低至中的变基性岩屑（Lmb1、2）和变质等级中等的变碳酸盐岩屑（Lmc3）。

图4 砂岩显微图像XZH-18-2m4-与XZH-18-2m4+

2.1.2 上三叠统砂岩

样品XZH-77-6采自于湖北省襄阳市小漳河剖面巴东组三段细粒砂岩（图5），地层时代隶属于晚三叠世^[21]。碎屑分选偏差。单偏光镜下碎屑矿物多呈无色至褐黄色，基质中赤铁矿含量较高，呈深红色。碎屑石英含量最高，岩屑次之，杂基含量＜15%，故命名岩屑石英砂岩。碎屑石英多呈粒状或是棱角状，表面洁净，干涉色I级灰白；少量的长石与岩屑多呈长条状，发生了程度不等的蚀变。变质岩岩屑包括Lmc1，Lmc2，Lmf2和Lmb3。其中中级变质的变基性岩屑的长石斑晶和云母类矿物碎屑以及片理是其主要的鉴定特征。

图5 砂岩显微图像XZH-77-6m1-与XZH-77-6m1+

图6 砂岩显微图像XW-11-1m3+与XW-11-1m4+

样品XW-11-1采自于湖北省宜昌市秭归县郭家坝镇玄武洞剖面九里岗组粗粒砂岩（图6）。砂岩分选较好，呈次棱角状至次圆状。含有大量的单晶石英（Qm），少量的斜长石与多晶石英。岩屑以变质等级极低的变泥岩岩屑Lmp1和变质等级低的长英质岩屑Lmf2为主。其中后者的石英颗粒清晰可见，与层间生成的绢云母排列形成强劈理。该样品定名岩屑石英砂岩。

2.1.3 下侏罗统砂岩

样品XW-67-1采自于湖北省宜昌市秭归县郭家坝镇玄武洞剖面九里岗组中细粒砂岩（图7）。碎屑颗粒粒径平均在0.05–0.1mm，杂基含量大于15%，依据QFL的含量定名为岩屑石英杂砂岩。岩屑种类包括火山岩屑，沉积岩屑和变质岩屑。其中沉积岩屑可进一步划分为碎屑岩岩屑Ld，碳酸盐岩岩屑Lc。变质岩屑则可以细分为Lmf2和Lmp2，两者的区别在于前者有较为明显的石英颗粒，而后者则以细密不可识别的黏土矿物为主。

图7 砂岩显微图像XW-67-1m1-与XW-67-1m1+

2.1.4 中侏罗统砂岩

样品DA-27-6采自于湖北省宜昌市兴山县峡口剖面中侏罗统千佛崖组粗粒砂岩（图8）。碎屑平均粒径在0.2mm以上，单偏光镜下呈现无色至土褐色，长石是碎屑组分最高的矿物，多呈长条状，部分钠长石化或是被碳酸盐岩交代。新鲜的微斜长石格子双晶明显。石英含量相对最低，多呈粒状。杂基含量小于15%，样品定名岩屑长石砂岩。变质岩屑种类包括Lmf1，Lmb1和Lmb3。其中Lmb3以包裹的绿帘石族矿物，长石斑晶和细小片状的云母族矿物为鲜明特征。

图8 砂岩显微图像DA-27-6m1-与DA-27-6m1+

样品DA-33-1采自于湖北省宜昌市兴山县峡口剖面中侏罗统千佛崖组粗粒砂岩（图9）。样品中呈现颗粒支撑，杂基含量小于15%，碎屑组分以石英和岩屑为主，定名岩屑石英砂岩。岩屑主要包括燧石Cht和一定量的低级变质长英质岩屑Lmf2。

图9 砂岩显微图像DA-33-1m2-与DA-33-1m2+

样品DB-42-2采自于湖北省宜昌市兴山县峡口剖面中侏罗统千佛崖组中粗粒砂岩（图10）。样品在单偏光下呈无色至灰褐色，分选中等偏差，石英颗粒多呈次棱角状，长石及变质岩屑多呈长条状。钾长石表面蚀变为高岭土。该样品含有较多种类的变质岩屑，包括Lmc1，Lmp1和Lmf4。其中Lmf4代表了高级变质的长英质岩屑。岩屑经过重结晶作用生成了白云母。

图10 砂岩显微图像DB-42-2m1-与DB-42-2m1+

样品DC-50-1与DC-61-1-2（图11）均采自于湖北省宜昌市兴山县峡口剖面中侏罗统沙溪庙组中粗粒砂岩。DC-50-1为长石石英砂岩，DC-61-1-2为岩屑石英砂岩。两者含有相似的岩屑种类，如燧石（Cht），板片状的火山碎屑（Lv）和变质岩屑。变质岩屑可细分为低变质等级的变泥质岩屑（Lmp2），低-中变质等级的长英质岩屑（Lmf2、Lmf3），低-中变质等级的变基性岩岩屑（Lmb2、Lmb3）。在DC-61-1-2中，Lmb3含有大量的黝帘石。

图11 砂岩显微图像DC-50-1m11+与DC-61-1-2m1+

2.2 碎屑岩显微图像数据库信息表

薄片鉴定信息表由86个含火山岩屑砂岩岩石薄片鉴定表格组成，薄片鉴定结果显示：86个砂岩薄片样品主要由岩屑石英砂岩、石英岩屑砂岩和长石石英砂岩等8种组成，具体所占比例如图12所示。

图1 2 碎屑岩种类与所占比例

3 数据质量控制和评估

本图像集所涉及样品均采自于鄂西地区中三叠统–中侏罗统，采样剖面地名和GPS坐标被准确地收录。采样地点被标注在本文图1中，图2记录了实测剖面岩性组合。由此保证了取样的真实性和可重复性。岩石薄片依据国家和国际标准磨制。在镜下观察与拍照的过程中，同一批次的岩石薄片中观察到的石英均为I级灰白干涉色，未出现薄片厚度不符而导致的泛黄现象。因此薄片的厚度符合0.03mm的国家标准。

显微图像的拍摄在中国地质大学（武汉）完成，在拍摄过程中采用自动曝光和自动白平衡，避免色差使得肉眼观察和系统照片颜色尽量保持一致。图片统一保存为jpg格式，分辨率随碎屑粒度与放大倍数波动，其中位数为1805×811像素，故而显微照片的质量与清晰度是可靠的。

4 数据价值

本图像集系统收录了中扬子北缘中三叠统-中侏罗统的陆源碎屑岩显微图像，以变质岩屑的分类和观察为切入点，重点讨论了含变质岩屑的砂岩在镜下的显微特征，具备一定的通用价值。这套连续的、完整的记录了中扬子中生代海陆演替与沉积地质演化的显微岩相学数据对该地区基础地质工作将是很好的补充。

致谢

感谢《岩石显微图像专刊》特邀编委胡修棉和侯明才教授的邀请。感谢宋德邻和赵春蕾同学在野外采样过程中的辛勤付出和欧阳光、于永顺同学在显微照相过程中给予的便利。邵辉和徐畅两位老师在薄片鉴定上的指导使得本文增色良多，在此一并致谢。

[1]

GARZANTI E. Petrographic classification of sand and sandstone[J]. Earth-science reviews, 2019, 192: 545-563.