岩石显微图像专题 II 区论文(已发表) 版本 ZH5 Vol 5 (3) 2020
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拉萨地体中–北部白垩纪陆源碎屑岩显微图像数据集
Photomicrograph dataset of Cretaceous siliciclastic rocks from the central-northern Lhasa Terrane, Tibet
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: 2020 - 03 - 02
: 2020 - 08 - 20
: 2020 - 03 - 25
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摘要&关键词
摘要:在中国西藏自治区中部的拉萨地体的中–北部,广泛沉积了至少5套白垩纪碎屑岩,这些碎屑岩如实地记录了班怒洋的消亡、拉萨–羌塘陆陆碰撞、青藏高原早期隆升等一系列重要地质事件的信息。鉴于青藏地区基础地质研究不够多,至今可以公开查阅的基础岩石学数据十分缺乏,重复的岩石学工作在不断的进行。为了更好地共享这些基础地质数据,本数据集使用偏光显微镜,对采集自多尼组、多巴组、竟柱山组、达雄组、Kcv单元5套白垩纪碎屑岩地层共计402个岩石薄片进行了图像采集。这些沉积剖面中的岩石样品包括23块粉砂岩、235块砂岩、15块砾岩、98块砾石、2块混积岩、6块钙质结核、14块火山碎屑岩、6块火成岩和3块接触变质岩。同时,本数据集还详细记录了涉及的22条地层剖面信息,样品的采集位置、地层时代、岩石名称、岩石特征等信息。本数据集不仅可广泛用于基础地质学研究,也可应用于与人工智能等的合作研究中,还可以为矿产与油气勘探、教学与科普等社会生产实践提供基础资料服务。
关键词:岩石薄片;偏光显微图像;碎屑岩;中–北部拉萨地体;白垩纪;青藏高原
Abstract & Keywords
Abstract: At least 5 units of Cretaceous clastic rocks have been found to widely outcrop on the central-northern Lhasa Terrane, Tibet. These sedimentary rocks faithfully encoded information on a series of major geological events such as the demise of Bangong–Nujiang Ocean, the Lhasa-Qiangtang collision, and the early uplift of the Tibetan Plateau. As the Tibetan Plateau has been understudied in geological research, basic petrological data of the Plateau are scarce and not always publicly accesible, which has led to repetitive petrological work. To better share the geological data, we collected polarized light microscopes of 402 pieces of Cretaceous rocks from the five widely outcropping units, namely, Duoni Formation, Duba Formation, Jingzhushan Formation, Daxiong Formation, and Kcv Unit. The rock samples include 23 siltstone, 235 sandstone, 15 conglomerate, 98 gravel, 2 mixed siliciclastic and carbonate rock, 6 carbonate nodule, 14 volcanic clastic rock, 6 igneous rock, and 3 metamorphic rock from the 5 Cretaceous siliciclastic units. This dataset is supplemented by detailed information on the 22 stratigraphic sections, including sampling location, stratigraphic age, and rock characteristics. This dataset can be used in both basic geological research and interdisciplinary research, such as those associated with computer sciences. It also provides references for mineral, oil and gas prospecting, teaching or general popularization of sciences.
Keywords: thin section; polarized photomicrograph; siliciclastic rocks; central-northern Lhasa Terrane; cretaceous; Tibetan Plateau
数据库(集)基本信息简介
数据库(集)名称拉萨地体中–北部白垩纪陆源碎屑岩显微图像数据集
数据作者赖文,张艺秋,胡修棉,孙高远
数据通信作者胡修棉(huxm@nju.edu.cn)
数据时间范围岩石样品采集地层的时代为:白垩纪(约130–80 Ma);岩石样品采集的时间为2012–2017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,位于中国西藏自治区那曲地区和阿里地区;在地貌上,位于青藏高原腹地,班怒带以南、冈底斯山脉以北的狭长地区。GPS范围:84°35′20.0″E—90°8′54.42″′E;30°36′20.53″N—32°08′05.30″N。
偏光显微镜分辨率4908×3264像素
数据量3.03 GB
数据格式*.png,*.jpg,*.xls
数据服务系统网址https://dx.doi.org/10.11922/sciencedb.j00001.00013
基金项目国家杰出青年基金项目(41525007);国家重点研发计划(2018YFE0204201)。
数据库(集)组成本数据集共包括4个数据文件,它们分别为:薄片照片数据子集.zip、实测剖面柱状图数据子集.zip、剖面野外照片数据子集.zip和岩石薄片鉴定信息表.xls。其中:(1) 876张薄片照片是岩石薄片偏光显微照片(jpg格式)的图片集,数据量共计2.91 GB;(2) 8幅实测剖面柱状图(png格式)展示了22条实测剖面的地层岩性、厚度、时代及样品在剖面中的位置图,数据量5.68 MB;(3) 剖面野外照片数据子集文件(jpg格式)包括21张照片,展示了22条实测剖面的野外宏观特征,数据量115 MB;(4)岩石薄片鉴定信息表包含402份岩石薄片的基本信息以及鉴定结果等数据,数据量73.1 KB。
Dataset Profile
TitlePhotomicrograph dataset of Cretaceous siliciclastic rocks from central-northern Lhasa Terrane, Tibet
Data corresponding authorHu Xiumian (huxm@nju.edu.cn)
Data authorsLai Wen,Zhang Yiqiu,Hu Xiumian,Sun Gaoyuan
Time rangeThe rock samples were collected during 2012–2017 from the strata whose stratigraphic age was attributed to the Cretaceous (about 130 to 80 Ma). The polarized photomicrographs were taken in 2019.
Geographical scopeSpecific areas include central Tibetan Plateau, Nagqu and Ali areas in Tibet (longitude & latitude scope: 84°35′20.0″E–90°8′54.42″′E, 30°36′20.53″N–32°08′05.30″N)
Polarized microscope resolution4908*3264 pixels
Data volume3.03 GB
Data format*.png; *.jpg; *.xls
Data service system<https://dx.doi.org/10.11922/sciencedb.j00001.00013>
Source of fundingNational Science Fund for Distinguished Young Scholars (41525007); National Key Research and Development Program of China (2018YFE0204201).
Dataset compositionThe dataset includes 4 data files, namely, “Photomicrographs.zip”, “Field photos.zip”, “Stratigraphic columns.zip”, and “Information table of database.xls”. (1) “Photomicrographs.zip” stores 876 polarized photomicrographs (*.jpg) of rock thin sections, with a data volume of 2.91 GB; (2) “Stratigraphic columns.zip” consists of 8 pictures showing the rock types, stratigraphic thickness and age of the 22 measured sections, and all sampling locations in the stratigraphic columns, with a data volume of 5.68 MB; (3) “Field photos.zip” is a collection of 21 photos showing the field macro-characteristics of the 22 measured sections, with a data volume of 115 MB; (4) “Information table of database.xls” is a data sheet containing the identification information of the rock thin sections, with a data volume of 73.1 KB.
引 言
沿东西方向横贯于青藏高原中部的拉萨地体作为班怒洋与新特提斯洋消亡的共同经历者,也作为青藏高原不可分割的重要组成部分,沉积了大量侏罗纪以来的巨厚沉积[1-2](图1)。随着拉萨地体晚中生代以来地层中古水流、沉积相、物源等研究成果的积累,白垩纪期间北部拉萨地体上的源–汇体系、古水系、岩相古地理等地质过程日益清晰。


图1   拉萨地体及周边地区侏罗纪-古近纪岩层对比图
D代表当雄砾岩,Kcv单元由Kapp等[12]命名的非正式地层单元
北部沉积区白垩纪地层系统研究发现,白垩纪中期(136–94 Ma),在郎山组海相灰岩出现后,北部拉萨地体上的碎屑岩沉积出现了南北差异性的物源演化,即南侧的多尼组[3-4]接受中部拉萨地体剥蚀高地的碎屑供给,更南部的冈底斯弧的物质尚未报道有参与到多尼组的物质供给,而北侧多巴组(或唐杂组)则接受班怒带和羌塘地体的物质[3,5,6,7 ]。晚白垩世Turonian期(92–88 Ma),随着北拉萨高原在拉萨地体中–北部的隆起,拉萨地体上的源–汇体系也随之调整。晚白垩世达雄组直接堆积在中部拉萨地体南部的则弄群或者古生代地层之上[8-9]。与此同时,北部拉萨地体北缘的白垩纪中期出现的Kcv单元、多巴组、唐杂组等被晚白垩世竟柱山组陆相沉积所替代。其中,北部拉萨地体沉积区的主控物源在白垩纪92 Ma以后发生180°的大转变,由原来的北部物源区转变为南侧的中–北部拉萨地体提供。
这些研究成果表明,北部拉萨地体上白垩纪盆地中记录了大量关于大洋消亡、陆陆碰撞以及青藏高原早期隆升的关键信息,因此,拉萨地体中北部地区白垩纪沉积是青藏高原形成过程以及隆升历史一系列重大地质事件的绝佳研究对象之一。同时,拉萨地体位于重要的全球特提斯域巨型油气构造域以及冈底斯成矿带、班公湖–怒江成矿带[10-11]上,基础沉积地质研究获得的成果还将为成矿背景与国民经济等提供重要的地质背景资料。
鉴于以上所提及的科研和生产的重要研究意义,北部拉萨地体白垩纪沉积日益受到大家的关注,越来越多的学者参与到白垩纪盆地与沉积的研究中来。但是至今为止,北拉萨地体的基础岩相学研究资料及相关的显微图像数据仍然非常缺乏,目前发表的相关文章也仅仅展示出了少量与论文讨论相关的典型的岩石薄片照片,其中部分学术论文有展示出测量剖面的名称与采样层位[3-5,7-9,12,13,14 ]。由于其所展示的薄片等基本信息仅为研究过程中产生的少部分数据,这使得数据之间共享比例非常低,也导致地学其他方向的相关研究中也需要花费大量的人力与物力去重复进行这部分基础性的研究工作,甚至相同地区或相同剖面上的重复研究很普遍,这对地学届的科研来说是一种不必要的浪费。
基于上述的现状与存在问题,笔者对北拉萨地体白垩纪5套碎屑沉积为主的地层单元22条实测地质剖面,共计402个碎屑岩为主的岩石薄片样品的显微图像数据进行整理,与对这些地区与样品感兴趣的同仁共享这些系统研究过的剖面以及样品的基础信息和研究过程中产生的大量未公开发表数据。本数据集采集岩石薄片的22条地质剖面具体的GPS坐标、地层单元、各个剖面所含的岩石薄片等基本信息见表1,各个剖面具体的地理位置见图2。
表1   北拉萨地体白垩纪实测剖面信息表
时代群/组名图中剖面代号剖面名称坐标纬度坐标经度薄片数量
晚白垩世达雄组S22措勤县–措勤西剖面31°08′09.5″N84°48′48.8″E24
S21措勤县–达雄剖面31°11′33.5″N84°50′37.3″E5
S20措勤县–达瓦错剖面31°10′59.0″N84°52′15.8″E2
S19班戈县–纳木错北剖面30°36′20.53″N90°11′26.12″E15
S18尼玛–达果乡面剖30°56′48.34″N86°38′57.15″E15
竟柱山组S17尼玛–齐日乡剖面32°08′05.30″N85°26′57.40″E8
S16尼玛县–恰规错北剖面31°50′6.46″N88°10′13.92″E17
S15尼玛县–达则错III剖面31°41′43.30″N87°32′32.38″E2
S14尼玛县–达则错II剖面31°42′31.75″N87°31′53.24″E37
S13申扎县–门唐村剖面31°37′9.61″N88°6′27.08″E20
S12班戈县–竟柱山剖面31°26′00.6″N89°42′34.6″E33
Kcv 单元S11尼玛县–达则错I剖面31°42′40.57″N87°32′6.40″E7
早白垩世多尼组S10措勤县–郭龙剖面31°26′23.6″N85°24′46.6″E21
S9措勤县–夏龙剖面31°47′55.7″N84°39′24.5″E8
S8措勤县–祝康剖面31°55′53.3″N84°35′20.0″E38
S7班戈县–保吉乡剖面31°3′44.23″N90°8′54.42″E11
S6班戈县–保吉二村剖面30°57′43.94″N90°18′39.06″E10
S5班戈县–申错剖面31°0′56.98″N90°23′2.68″E29
多巴组S4申扎县–俄沙而补剖面31°18′14.42″N88°10′54.37″E55
S3班戈县–知荣村剖面31°22′58.91″N89°31′58.54″E13
S2班戈县–郎山南翼剖面31°24′54.88″N89°32′41.11″E17
S1班戈县–郎山北翼剖面31°24′24.83″N89°42′1.25″E16


图2   拉萨地体地质简图(改自[1])
BNSZ,班公湖–怒江缝合带;SNMZ,狮泉河–纳木错混杂岩带;LMZ,洛巴堆–米拉山断裂;IYZSZ,雅鲁藏布江缝合带; SGAT, 狮泉河–改则–安多冲断带; GST, 改则色林错冲断带; ET, 俄美拉冲断带; GLT, 古古拉冲断带; GJT, 格仁错–嘉黎冲断带。
1   数据采集和处理方法
基于科学问题,围绕着科学假设,通过文献调研和野外踏勘后,选定具有代表性的地层剖面进行实测与描述,然后系统采集岩石样品,实测剖面有关的原始数据与信息通过野外观测获得。
将野外采集的岩石样品送往河北省廊坊诚信地质服务有限公司进行标准薄片磨制,获得0.03 mm的光学岩石薄片。薄片拍照和信息采集方法统一按《岩石显微图像专题》的标准执行,系统采集了岩石显微图像,同时记录了薄片有关的信息,其中薄片的描述与沉积岩定名均依据该标准[15]
2   数据样本描述
本数据集中主要由4部分组成,分别为实测剖面柱状图文件夹、剖面野外宏观照片文件夹、薄片照片文件夹和薄片鉴定信息表,这些数据子集之间通过实测剖面及其代号(表1)或样品号可以相互连接成为一个数据库整体。
2.1   薄片照片数据子集
薄片照片数据子集由402个岩石薄片的876张偏光显微照片组成。每一片岩石薄片都包含具有相同视域的薄片正交偏光显微照片和单偏光显微照片至少各一张。显微照片中颜色与偏光显微镜下的肉眼观察一致,并在右下角放置白底红色线段比例尺。然后按“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-”规则对显微图像进行统一编号[15]。如编号为13MD06的岩石薄片拍摄的单偏光照片和正交光照片分别标记为13MD06m1-,13MD06m1+(图3)。本数据集中的显微照片的分辨率统一为4908×3264像素,以JPG格式保存。

(a)


(b)

图3   13MD06岩屑石英砂岩单偏光和正交光显微镜下的图像
2.2   实测剖面柱状图数据子集
实测剖面柱状图数据子集中所有图片为PNG格式,展示了测量剖面的地层厚度、层位名称、岩性特征、采样间距和样品在剖面地层中的位置等信息(图4),其中部分剖面还包括了碎屑锆石最年轻年龄等沉积年龄信息(如图4中左侧标DZ处)。


图4   达雄组S18与S19剖面实测岩性柱状图
2.3   剖面野外照片数据子集
剖面野外宏观照片数据子集包括了22条实测剖面的野外宏观照片(JPG格式),共计21张照片,以“剖面代号 地层单元名称 剖面名称”的规则对野外照片进行统一命名,以协助对剖面整体情况的了解,也便于依据野外照片进一步精确找到剖面位置。示例如图5。


图5   多尼组S9措勤县–夏龙剖面野外宏观照片
2.4   薄片鉴定信息表
薄片鉴定信息表由1个碎屑岩(含非碳酸盐岩的其他岩类)鉴定表格和1个碳酸盐岩(含混积岩类)鉴定表格共同组成,鉴定表格内主要包含了以上所述的22条测量剖面中的粉砂岩、砂岩、细砾岩、砾岩中的各种砾石、混积岩、钙质结核、火山碎屑岩夹层、火成岩、以及接触热变质岩等岩石薄片的基本信息和岩性特征信息、分类命名等内容[15]
薄片鉴定结果显示(表2):23个粉砂岩中以复成分粉砂岩为主,兼有部分钙质粉砂岩和石英粉砂岩;235个砂岩样品中以石英岩屑砂岩、岩屑石英砂岩、长石岩屑砂岩等为主,兼有石英砂岩、岩屑砂岩、长石石英砂岩等,以及3个杂砂岩样品;15个细砾岩包括复成分砾岩、灰质砾岩以及火山质砾岩;98块砾石涵盖了灰岩、砂岩、凝灰岩、粉砂岩、变质岩、中酸性火山岩、花岗岩类等;此外,中–北部拉萨地体上的白垩纪碎屑岩剖面中也发现了相对少见的混积岩至少2处、钙质结核至少6处;白垩纪拉萨地体上岩浆活动频繁,因而在这些碎屑岩剖面上也发现了至少14层火山碎屑岩,包括凝灰岩、火山灰、沉火山碎屑岩等,此外还出现至少5处的晶屑流纹岩夹层以及1处花岗岩脉;这些剖面中和火成岩夹层或岩脉的接触附近出现了热变质现象,因而本数据集至少采集了3处的热液接触变质岩石。
表2   数据集包含岩石类型及其岩性信息汇总表
岩类数量岩石类型及数量
粉砂岩23钙质粉砂岩2、石英粉砂岩4、复成分粉砂岩17
砂岩235石英砂岩5、石英岩屑砂岩122、石英岩屑杂砂岩2、石英长石杂砂岩1、岩屑砂岩12、岩屑石英砂岩65、长石石英砂岩7、长石岩屑砂岩21
砾岩15复成分砾岩6、灰质砾岩3、火山质砾岩6
砾石98灰岩类65、凝灰岩4、岩屑石英砂岩5、石英岩屑砂岩1、石英砂岩9、粉砂岩3、变质粉砂岩1、大理岩1、粗面岩1、花岗岩类2、安山岩5、流纹岩1
混积岩2含砂灰岩2
钙质结核6含脉微晶灰岩6
火山碎屑岩14凝灰岩8,流纹质火山灰3,沉火山碎屑岩3
火成岩6晶屑流纹岩5、钠长花岗岩脉1
变质岩3热液变质砂岩2,变质辉长岩1
砂岩作为沉积学物源分析最重要的载体之一,也是沉积相关的最常见的研究对象,然而目前对砂岩的细分类型统计结果的报道极少。这些陆地、海陆过渡或浅海环境下形成的白垩纪岩石中250块砂岩(含砂岩砾石)成分鉴定的统计结果表明(图6),拉萨地体中–北部白垩纪碎屑岩地层中出现了6种净砂岩和2种杂砂岩。其中,以岩屑石英砂岩和石英岩屑砂岩为主,分别占所有砂岩比例的28%和49%;而石英长石杂砂岩和石英岩屑杂砂岩和长石石英砂岩等3类砂岩的比例均在3%以下。鉴于本数据集包含的砂岩样本量不多,目前统计学上的规律性不是很明显,有待更多砂岩相关的样本以及数据库的出现后作进一步的研究。


图6   砂岩的类型及比例
3   数据质量控制和评估
虽然本数据集提供了剖面测量点的坐标,但是由于岩石薄片取样密度大,所以单个岩石薄片样品的具体坐标位置并没有记录,仅记录了剖面的起点坐标。但是本数据集提供了剖面野外照片、样品采集层位和样品在地层柱状图的位置,可结合野外地层单元之间的明显差异、地层厚度和重要标志层,在野外找到各个样品的采样位置。
岩石薄片样本符合国家与国际标准的厚度。在本次显微照片拍摄和薄片鉴定过程中,同一批次的岩石薄片中观察到石英颗粒的干涉色均为一级干涉色,说明薄片的厚度符合0.03 mm的国家标准。
显微照片高清且无色差。在显微镜拍摄过程中,采用自动曝光和自动白平衡,使得肉眼观察和系统照片颜色尽量保持一致;且显微照片的分辨率统一采用拍照系统的最高值,分辨率为4908×3264像素,图片统一保存为jpg格式;故而显微照片的质量与清晰度是可靠的。
薄片鉴定报告由成都理工大学的马安林博士进行独立的检查与核对。马安林博士一直从事碎屑岩的鉴定与大地构造沉积的研究。经过独立核对后,进一步确保了鉴定结果的可靠性。
4   数据价值
本数据集显微图像包含的碎屑岩石包括从陆表残留海的浅海大陆架沉积到(扇)三角洲的连续演化序列,再到陆相河流沉积,再到近源头的山前冲积扇–辫状河沉积序列;多样的沉积环境、变化的物源区是这批样品的重要特征之一。此外,这批数据背后包含了拉萨–羌塘碰撞[3]、班怒洋消亡[4,7]、缝合带抬升剥露[3]以及北拉萨古高原初始隆升[8-9]等诸多重要的地质过程,这些样品显微图像里仍然具有很多潜在规律与科学价值。
本显微照片数据集除了可用于基础地质学研究外,还能运用于社会生产,例如协助寻找合适的建筑石材、就近筛选修路石料、矿产勘探等社会生产实践。其中,薄片照片中显示的典型的浅海相–海陆过渡相–陆相的沉积显微特征,还可以应用于专业教学与大众科普等。
最后,这批高清显微图像集与人工智能结合,还可以作为机器学习的样本,图像验证或图形密码设计的素材等,以及未来开展岩石薄片人工智能鉴定合作研究的数据等。个别独特且具有欣赏价值的显微图像也能提供艺术欣赏或广告宣传的素材。
5   数据使用方法和建议
本数据集数据形式简单,在使用时注意以下几点:
(1)数据集中出现的所有薄片,都集中统一保存在南京大学胡修棉教授课题组。如果以上数据集中提供的显微照片不能满足进一步的研究需要,可以联系本文作者申请进一步使用这些薄片。
(2)基于本数据集薄片鉴定结果而进行的沉积地质学研究与相关解释已经发表了一系列学术论文,可以阅读相关文献进一步了解更多详情。
(3)如果单纯使用图像集,可以直接从数据库下载使用。但是,若需要进一步解决地学相关的科学问题,需结合数据信息表中提供的地理位置,以及岩石形成所处的地质时代与构造背景来展开分析。
致 谢
感谢马安林博士对薄片鉴定报告的审核;感谢王建刚、韩中、马安林等在野外剖面实测和样品采集中的贡献。
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数据引用格式
赖文, 张艺秋, 胡修棉, 等. 拉萨地体中–北部白垩纪陆源碎屑岩显微图像数据集[DB/OL]. Science Data Bank, 2020. (2020-03-23). DOI: 10.11922/sciencedb.j00001.00013.
稿件与作者信息
论文引用格式
赖文, 张艺秋, 胡修棉, 等. 拉萨地体中–北部白垩纪陆源碎屑岩显微图像数据集[J/OL]. 中国科学数据, 2020, 5(3). (2020-04-05). DOI: 10.11922/csdata.2020.0009.zh.
赖文
Lai Wen
主要承担工作:野外剖面实测、样品采集、薄片鉴定、论文撰写。
(1992—),男,江西省赣州市人,博士,助理研究员,研究方向为大地构造沉积学。
张艺秋
Zhang Yiqiu
主要承担工作:薄片拍照、薄片鉴定、数据整理。
(1998—),女,湖南省怀化市人,本科生,研究方向为沉积地质学。
胡修棉
Hu Xiumian
主要承担工作:野外计划设计、数据集的设计、论文撰写。
huxm@nju.edu.cn
(1974—),男,江西省南昌市人,博士,教授,研究方向为沉积学。
孙高远
Sun Gaoyuan
主要承担工作:部分野外剖面实测与采样研究,论文修改。
(1988—),男,江苏省淮安市人,博士,副教授,研究方向为大地构造沉积学。
出版历史
I区发布时间:2020年3月25日 ( 版本ZH2
II区出版时间:2020年8月28日 ( 版本ZH3
最近更新时间:2020年8月28日 ( 版本ZH5
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