中扬子区中生代含变质岩屑砂岩的显微图像数据集

马千里 ，柴嵘 ，杨江海 ，杜远生 ，戴贤铎

1.中国地质大学（武汉）地球科学学院，武汉 430074

2.中国地质大学（武汉）生物地质与环境地质国家重点实验室，武汉 430078

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数据集数据作者 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2016-2019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 1.53 GB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）组成本数据集由1个压缩包组成，内含2个文件夹和1个表格文件，它们分别为：“中扬子区中生代含变质岩屑砂岩的显微图像集”，内含86个子文件夹和287个jpg格式文件，数据量共计784 MB；“中扬子区中生代含变质岩屑砂岩的显微图像集（未标记颗粒版）”，内含86个子文件夹和290个jpg格式文件，数据量共计826 MB；“碎屑岩显微图像数据库信息表.xls”，数据量27.9 KB。

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[2-4]。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分析（Detrital Modal Analysis）与构造背景联系到了一起。尽管后续的研究表明[6-9]，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超高压变质岩（UHP）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、压溶或是蚀变成高岭土、绢云母或其他帘石族矿物[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[17]。

本文的研究对象是中扬子北缘中生代碎屑岩。中生代，随着华南-华北大陆的汇聚、碰撞和秦岭造山带的隆升[18-20]，扬子板块北缘结束了自新元古代以来的漫长海相沉积历史，形成了包括四川-秭归-当阳等在内的周缘前陆盆地系统[21]，积累了巨厚的海相-陆相碎屑岩。这些碎屑岩忠实地记录了大陆碰撞、海陆转换和秦岭造山带隆升剥蚀的信息，在近年来被学者们持续关注[22-23]。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，我们以其中砂岩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

本数据集中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5-10 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

images/BZ_118_296_468_1262_543.pngimages/BZ_118_1286_468_2163_543.png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 研究区大地构造位置与区域地质图

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[17，24-25]，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[26]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》[27]作为参考（图3）。

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）5大类，并依据变质结构和层状硅酸盐种类进一步将每一类由低到高划分出5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）。

图3 砂岩分类命名划分细则（依据[8，27]）

表2 不同原岩种类和变质等级的岩屑划分

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《岩石显微图像专题》的标准[26]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。本图集共收录岩石薄片86张，照片287张，分辨率为1000×800像素至2600×1900像素并对碎屑矿物进行了标记。本图集还包括同一视域下，未标记矿物的干净显微图像版本，避免了矿物标记对未来计算机读取与学习的干扰。

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与岩性序列等信息（图2）。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。对于含变质岩屑较少的或是显微特征不典型的图像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）、变质等级极低至低的变基性岩屑（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[28]。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+

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。

图6 砂岩显微图像XW-11-1m3+与XW-11-1m4+

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0.05-0.1 mm，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。

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。

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。

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12 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0.03 mm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。此外，本图集包含了上述显微图像的未标记版本，可供后期计算机读取与大数据研究使用。