博物馆沉积物柱状岩芯展示标本的制作新方法

崔冠瑜

摘要天津自然博物馆利用氰凝试剂对沉积物柱状岩芯进行定型和加固，这种方法具有一定的理论价值和实践意义，取得了良好的展示效果，为今后此类标本的制作提供了宝贵的经验。

关键词贝壳堤 岩芯 第四系沉积物 氰凝

引言

岩芯是指在地质钻探过程中用取芯工具从地下获得的岩石样品，它是了解和研究地下矿产资源的重要实物。岩芯的钻取方式通常可分为钻井取芯和井壁取芯两种。其中，钻井取芯的钻机使用专门的取芯钻头，在钻头和钻杆之间加接了一段储存采样的岩芯筒；井壁取芯则是在钻井完钻之后，根据电测曲线的解释结果，有目的地沿井身选定位置，在井壁上取出岩芯样品，以证实地层岩性、含油性和电性的关系。

天津自然博物馆为配合展区更新改造，特意增加了沉积物柱状岩芯标本的展示，以便丰富关于渤海湾西岸海岸线变迁的展览内容，使观众深刻感受到天津地区沧海桑田的巨变。本文通过分析比对现有固结成岩岩芯样本的保存方法，发现现有方法难以用于未固结成岩岩芯样本的制作。在考虑展示效果的同时，我们兼顾展示成本，利用氰凝试剂对沉积物岩芯进行定型和加固，对此类标本的制作方法进行了有益的尝试。

1沉积物柱状岩芯标本的采集

本文选取的沉积物岩芯样本通过钻井取芯的方式获得，采集时间为2013年12月13日，采集地点位于天津古海岸与湿地国家级自然保护区内的大港区子牙新河河堤（38°39'18.65”N，117°28'20.85"E）。子牙新河河堤屬于天津贝壳堤。天津贝壳堤是世界著名的三大古贝壳堤之一，主要由海生贝壳及其碎片和细砂、粉砂、泥炭、淤泥质黏土薄层等组成，在海洋学、第四纪地质、古气候、古环境研究领域占有重要位置。

此次采集的沉积物岩芯样本深度达25m，整体呈圆柱体状，由两片半圆形灰色硬塑料板固定，外部用保鲜膜包裹以保持水分。该沉积物岩芯样本主要由黏土层、砂层、砂砾石层和卵石层组成，黏土层易吸水膨胀，而砂层、砂砾石层和卵石层则易坍塌、漏失。其属于第四系未固结成岩的沉积物，是原岩风化的产物，经各种外力地质作用而成，沉积历史并不长。

2沉积物柱状岩芯标本的制作

2.1制作方法

岩芯样本作为地质勘探的重要材料，大部分封存难度不大。常用的保存方法是将岩芯储藏在仓库中的箱架上，对含有油气或易于氧化潮解的岩芯样本，则要装在塑料袋或玻璃纸内蜡封，或者直接冷冻起来。然而，这些方法只能快速有效地将岩芯保存起来，却不适宜作为陈列展示的手段。如何确保岩芯不松散、不塌陷是此次制作沉积物柱状岩芯标本需要解决的一大难题。在时间紧、任务重的情况下，天津自然博物馆的标本制作团队结合岩芯实际情况，制定了一套切实可行的方案。

起初，我们比较了现有的岩芯标本保存和展示方法，发现：（1）不加处理直接展示。这一方法仅适用于固结成岩的岩芯，不适用于未固结成岩的岩芯。（2）使用透明玻璃纸进行蜡封。对于富含水分的沉积物而言，这一方法不能避免岩芯中的水分析出。水分一旦从岩芯中蒸发，便会在玻璃纸的表面凝结，不仅影响观众的参观体验，而且导致岩芯因失水而出现干裂的现象。（3）使用液氮进行冷冻。这一方法的成本过高，需要设备支持以及后续维护。在借鉴以往工作经验，并听取相关专家意见的基础上，我们最终决定使用新型化学材料——氰凝。这是一种单组分聚氨酯黏合剂，广泛应用于建筑工程中的防水堵漏、地基加固等。其不会破坏岩芯中的化学成分，而是利用氰凝的置换反应，锁住沉积物中的水分，并通过氰凝的凝固作用，稳定沉积物的形态，防止板结干裂的出现。

2.2制作步骤

（1）切割岩芯样本

选取10#（3.25mm）或12#（2.6mm）铁丝作为切割岩芯所用的锯条，在其上均匀切出间距3～5mm的切口。为保护双手不被割伤，可在铁丝两端捆绑木条或佩戴手套。

（2）呈现岩芯纵剖面

去除岩芯表面的保鲜膜，使用硬塑料外壳固定岩芯。在锯条进锯后，按住岩芯两端，沿纵剖面最宽处一分为二剖开，呈现出展示面，并用锋利的钢刀修平。

（3）去霉防霉处理

首先，用毛刷蘸取适量过氧化氢涂于岩芯纵剖面，并反复数次。然后，蘸取适量1227杀菌剂（十二烷基二甲基苄基氯化铵）涂于岩芯表面，并反复数次。最后，取其中一半作为展示标本待后续处理，另一半用保鲜膜包裹后入库存放。

（4）定型和加固

为了使岩芯保持原状，减少外界温湿度的影响，需要对其进行定型和加固。本文选用天津市天大华盛化工材料有限公司生产的固凝剂氰凝和稀释剂乙酸乙酯作为加固试剂。氰凝可自行固化，固化时间约为3～4h，如需缩短固化时间，可添加固化剂（聚氨酯硫化剂）。乙酸乙酯的作用是调整氰凝黏度，其浓度通常不超过20%。将配制好的加固试剂用水舀沿岩芯边缘慢慢注入，以浸湿岩芯表面为足量标准。

（5）制作有机玻璃板

由于岩芯标本采用竖立后倾的角度进行展示，为防止其从塑料外壳中倾倒，还需加装一层有机玻璃板进行保护，以增加背托强度。同时，在岩芯出现断层缺失的部位，用有机玻璃进行修补，并覆之以黄泥色涂层，使得标本的整体色调更加协调。

3沉积物柱状岩芯标本的展示效果

地球进入气候交替变化的第四纪时期，发生了8～10次冰期一间冰期的转换；冰期时，全球平均气温比现在低4～5℃，海平面比现在低75～120m；间冰期时，气温、海平面与当前大致相同。在10000年前的末次冰期结束后，气温便逐渐回升，冰盖融化成水注入大洋，导致海平面不断上升，海水进侵到最远处。从现代海岸线向西，海水曾有过多次停顿，在渤海湾西岸留下了贝壳堤古海岸线遗迹的整个过程。

此次制作完成的沉积物柱状岩芯标本被放置于天津自然博物馆“家园·生命”展区的“海贝拾趣”展厅，与贝壳展柜、贝壳堤模型毗邻。如图1所示，25m长的沉积物岩芯以m为单位被制成24根柱状标本（除去1m的地表回填土），以时间轴为序直观地展示了天津地区近万年来的地质变迁。其中，第1至第3根岩芯为近2000年以来的沿海低地盐沼沉积，第4至第5根岩芯为距今2000～3000年间的潮间带沉积，第6至第14根为距今3000～7000年问的浅海沉积，第14至第17根为距今约8000年前沿海植被死亡后被覆盖形成的泥炭沉积，第20至第24根为距今约10000年前末次冰期结束后气温转暖时的河湖沉积。这组岩芯标本自展出以来取得了良好的展示效果，许多观众对展品表现出了浓厚的兴趣，成为天津自然博物馆新馆改陈后的一大亮点。

4结语

在缺乏相关研究成果以及实践经验的情况下，天津自然博物馆探索出了一种较为有效的沉积物柱状岩芯标本的制作方法。该方法制作周期短、固化强度好、展示效果佳，首次将建筑工程中常用的化学试剂氰凝引入自然博物馆的标本制作领域，具有一定的创新性。氰凝具有渗透性好、透明度佳的特点，非常适用于加固质地松散的沉积物岩芯。同时，氰凝也是一种很好的防水防腐材料，可以长时间保存标本，减缓其劣变进程。