賴文，蔣璟鑫，邱檢生，于津海，胡修棉*

1.南京大學地球科學與工程學院，南京 210023

數(shù)據(jù)庫（集）基本信息簡介

數(shù)據(jù)庫（集）名稱 南京大學巖石教學樣品顯微圖像數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)作者 賴文，蔣璟鑫，邱檢生，于津海，胡修棉數(shù)據(jù)通信作者 胡修棉（huxm@nju.edu.cn）數(shù)據(jù)時間范圍 巖石樣品采集制作時間主要為1970s-2010s；巖石薄片偏光顯微照片拍攝于2014年和2019年。地理區(qū)域 樣品主要來自中國境內(nèi)。偏光顯微鏡分辨率 1280×1024 或 4908×3264像素數(shù)據(jù)量 4.94 GB數(shù)據(jù)格式 *.jpg，*.xls數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)址 http://dx.doi.org/10.11922/sciencedb.j00001.00097基金項目 國家重點研發(fā)計劃（2018YFE0204201）數(shù)據(jù)庫（集）組成數(shù)據(jù)集共包括6個數(shù)據(jù)文件，它們分別為：南京大學沉積巖教學薄片照片數(shù)據(jù)集.zip、南京大學火成巖教學薄片照片數(shù)據(jù)集.zip、南京大學變質(zhì)巖教學薄片照片數(shù)據(jù)集.zip，以及對應(yīng)的南京大學沉積巖教學薄片信息表.xls、南京大學火成巖教學薄片信息表.xls、南京大學變質(zhì)巖教學薄片信息表.xls。其中：(1) 3個薄片照片數(shù)據(jù)集包括2634張教學薄片偏光顯微照片（*.jpg）的圖片集，數(shù)據(jù)量共計4.94 GB；(2) 3類巖石的薄片信息表是巖石薄片的基本信息以及鑒定數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)量共計99.1 KB。

引 言

南京大學地球科學與工程學院巖石學專業(yè)最早可以追溯到 1921年秋竺可楨主持創(chuàng)建國立中央大學地學系時期，當時增設(shè)了地質(zhì)、氣象等新式課程，教授巖石學、礦物學等課程，并開始系統(tǒng)采集、購買各種巖石、礦物等標本[1]。1920s國立中央大學地學系就已經(jīng)建成巖石學實驗室和巖石薄片實驗室，擁有巖石顯微鏡、切片機等儀器，以及800種巖石標本、280種薄片[2]。1930年地質(zhì)學從國立中央大學地學系分出獨立建系，隨后地質(zhì)學系在學校資金和政策的大力支持下，通過野外采集、全球采購等方式匯集了10000余件各種標本，其中巖石標本2000多件，包括現(xiàn)存于南京大學地球科學與工程學院巖礦教研室采自歐洲、美國等地19世紀的巖石標本。這些產(chǎn)自德國、法國、美國、日本、中國等世界各地的巖石標本被制成巖石教學薄片300余種900余片[2]。經(jīng)歷了抗日戰(zhàn)爭高校西遷和文革等事件，很多巖石標本與薄片永遠消失在歷史長河里。教學過程中，由于薄片的易碎性，教學薄片也在不斷地損耗與減少。

經(jīng)過歷屆師生重新篩選國內(nèi)的典型巖石標本，完成了3大類巖石教學薄片的制作，并在后來教學和更新與改革教案過程中，通過不斷增減、更換等方式形成目前這批典型的、具有代表性的巖石教學薄片。為了不重復(fù)前述遺憾，也為了更好地保存這些教學薄片的信息，迫切需要對這些標準教學薄片進行電子信息化，并將這些顯微照片等數(shù)據(jù)儲存起來。

由于不同學校所用的薄片各不相同，地學同行之間又缺乏交流與分享。不同學校培養(yǎng)出來的地學專業(yè)人才在交流時，面對同一個概念（如長石石英砂巖[3]）時常出現(xiàn)分歧。因此，如果能夠?qū)崿F(xiàn)這些巖石薄片等教學素材的線上共享，將有利于消除這些概念分歧，促進地學同行之間充分交流與討論。此外，2020年新冠疫情之下，相關(guān)網(wǎng)絡(luò)線上教學被迅速推廣與流行，線上教學迫切需要這些基礎(chǔ)資料作為素材。這些巖石薄片的顯微圖片等材料的線上共享也便于學生開展線上自學。

基于以上現(xiàn)狀與需求，本數(shù)據(jù)集將南京大學地球科學與工程學院巖礦教研室的沉積巖、變質(zhì)巖、火成巖的巖石教學薄片的顯微圖像數(shù)據(jù)和樣品信息系統(tǒng)進行整理，與感興趣的同行線上共享這批巖石教學薄片數(shù)據(jù)。

1 數(shù)據(jù)采集和處理方法

南京大學地球科學與工程學院巖礦教研室的巖石教學薄片是在一線科研工作者研究過的海量巖石樣本中篩選出來的，這些教學薄片在巖石成分、結(jié)構(gòu)等方面具有典型特征，在各類巖石中極具代表性。例如，1980s制作的花崗巖類的教學薄片就是由華南花崗巖綜合研究課題[4]的幾萬個巖石薄片鑒定資料中篩選出來的代表性樣品制成的。2000年以前早期的教學薄片是南京大學巖礦教研室的老師們親自磨制出來的，確保每個薄片都滿足0.03 mm標準薄片厚度；21世紀以來新補充的教學薄片則是送到專業(yè)巖石薄片公司制作的。

為了更好地全方位展示這些教學薄片，在選擇代表性視域后于 0°位置時分別拍攝巖石薄片透射單偏光照片和透射正交偏光照片，然后在透射正交偏光下，每旋轉(zhuǎn)15°拍攝一張照片，若遇到方解石等高級白干涉色的礦物則薄片在90°位置插入λ波程長度的石膏試板并拍攝1張顯微照片。每個教學薄片共拍攝1張透射單偏光照片和7或8張透射正交偏光照片（圖1）。其他的拍照原則統(tǒng)一采用《巖石顯微圖像專題》的拍照要求[5]，然后將沉積巖、火成巖、變質(zhì)巖等3大類巖石教學薄片各隨機選3盒進行統(tǒng)一的拍照。顯微照片命名方式按“薄片所在位置”+“巖石定名”+“薄片盒序號”+“-攝像視域的數(shù)字序號”，如“沉8長石石英砂巖2-5”代表沉積巖第8號教學薄片長石石英砂巖樣品2第5張顯微照片。

圖1 火15粗面巖1樣品不同旋轉(zhuǎn)角度下單偏光（-）和正交偏光（+）顯微照片

每個薄片的信息采集方法統(tǒng)一按《巖石顯微圖像專題》的標準執(zhí)行，在表格中系統(tǒng)描述了巖石薄片的成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等，并同時獲取了薄片有關(guān)的地理等信息。其中，沉積巖薄片的描述與定名參照《巖石顯微圖像專題》制定的標準[5]，碳酸鹽巖、蒸發(fā)巖、沉積礦產(chǎn)等內(nèi)源沉積巖均參考灰?guī)r的表頭進行填寫，火山碎屑巖和陸源碎屑巖參考碎屑巖表頭進行填寫。

鑒于變質(zhì)巖和火成巖薄片的圖像信息尚無標準的信息表頭，本研究參考《巖石顯微圖像專題》制定的碎屑巖和灰?guī)r圖像信息的標準表頭及其設(shè)計原則[5]，分別設(shè)計了表1和表2。

圖2 火成巖常見巖石類型

火成巖中的“巖類”劃分（表1）依據(jù)全巖SiO2含量和堿飽和程度等標準劃分為超基性巖、基性巖、中性巖、酸性巖、堿性巖等，火成巖中還有少量直接由碳酸巖漿冷凝結(jié)晶的碳酸巖等堿性巖相關(guān)的巖石[6]（圖2）。在進一步準確定名火成巖時，需要遵循以下規(guī)則[6]：（1）通過統(tǒng)計或化學成分計算得到的礦物含量進行QAPF分類（即按石英、堿性長石、斜長石、似長石4種礦物相對含量分類）圖解獲得火成巖的基本名。（2）進一步命名是通過含量≥5%次要礦物的名稱作為前綴構(gòu)成，如有多種次要礦物要參與命名，則含量越多者越靠近巖石的基本名稱。（3）對于淺成侵入巖，如具微晶或細粒結(jié)構(gòu)，則在相應(yīng)成分的淺成侵入巖名稱前加“微晶”作為前綴，如微晶閃長巖；如具斑狀結(jié)構(gòu)，則在對應(yīng)的淺成侵入巖之后加“斑巖”作詞尾，如花崗斑巖、二長斑巖等。（4）對外貌特征上與噴出巖相同的超淺成侵入巖，因它們大都具斑狀結(jié)構(gòu)，故可用“斑巖”冠以熔巖名稱來命名，如安山斑巖等，如果這種超淺成巖屬于次火山巖相，則在該名稱前加“次”字作前綴，如次流紋斑巖等。（5）對具斑狀結(jié)構(gòu)的深成巖或噴出巖，一般不將結(jié)構(gòu)放入命名中，以防與斑狀的淺成巖混淆。

表1 火成巖薄片鑒定信息表內(nèi)容

續(xù)表1

火成巖顯微薄片中可以觀察到造巖礦物類型及含量，偶爾能看到含量＜1%的副礦物（例如鋯石、尖晶石、磷灰石等）。本數(shù)據(jù)集表1中“造巖顯晶或斑晶礦物的含量”是指在代表視域下顯微照片中各類礦物的目估面積百分含量。火成巖的結(jié)構(gòu)指組成巖石物質(zhì)（礦物）的結(jié)晶程度、顆粒大小、形態(tài)以及它們之間的相互關(guān)系[6]。薄片信息這部分描述主要包括對礦物顆粒絕對大小、顆粒相對大小、顆粒形態(tài)、結(jié)晶程度、自形程度、顆粒間相互關(guān)系等6類（圖3）進行描述?；鸪蓭r的構(gòu)造是指組成巖石的各部分之間的相互排列、配置與充填方式關(guān)系[6]，這些構(gòu)造主要是宏觀可見；而顯微鏡下的薄片通常也能看到部分構(gòu)造，例如流紋構(gòu)造、斑雜構(gòu)造、珍珠構(gòu)造、氣孔構(gòu)造、杏仁構(gòu)造等（圖 3）。

火成巖的巖漿作用主要通過巖相學特征將其分為侵入作用和火山作用兩類；此外更深入的研究則需基于火成巖組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等資料進一步綜合判斷屬于結(jié)晶分異作用、同化混染作用、巖漿混合作用、還是巖漿液態(tài)不混熔作用[6]。

圖3 火成巖中常見結(jié)構(gòu)與構(gòu)造

變質(zhì)巖的巖類劃分主要依據(jù)變質(zhì)巖的組構(gòu)和礦物組成，變質(zhì)巖的基本類型包括板巖、千枚巖、片巖、片麻巖、混合巖、糜棱巖、角巖、變粒巖、斜長角閃巖、麻粒巖、榴輝巖、大理巖、石英巖、矽卡巖、碎裂巖、云英巖、蛇紋巖等近20種常見類型[7]（圖4）。

變質(zhì)巖準確定名時遵循以下規(guī)則[7]：（1）特征變質(zhì)礦物+普通變質(zhì)礦物+基本名稱，如矽線石二云母片巖。（2）多種礦物參與命名時，同類礦物含量少的排序在前，多的排在后面。（3）普通礦物≥5%時參加命名，特征變質(zhì)礦物無論含量多少都參加命名。（4）多種礦物參加命名時，通常取前兩字簡化礦物名詞，如十字石榴黑云片巖。（5）片麻巖命名時，在基本名稱前加長石類型，如角閃斜長片麻巖，石榴矽線鉀長片麻巖。（6）一些特征構(gòu)造加在名稱最前，如條帶狀混合巖，斑點角巖。（7）若為輕微變質(zhì)巖石，則以“變質(zhì)+原巖名稱”對其命名，如變質(zhì)輝綠巖、變質(zhì)粉砂巖等。（8）若為疊加變質(zhì)巖或熱液蝕變巖石，則以“XXX化+原巖名稱”對其命名，例如糜棱巖化斜長角閃巖、綠泥石化二云母片巖、角巖化粉砂巖。

圖4 變質(zhì)巖常見巖石類型

變質(zhì)巖中礦物包括普通礦物和變質(zhì)礦物兩類（表2），需分別在表2中系統(tǒng)描述礦物類型以及估算顯微照片中面積百分含量。變質(zhì)巖中普通礦物是指在沉積巖和火成巖中也常見的礦物類型，例如石英、白云母、黑云母、斜長石、鉀長石（或者堿性長石）、方解石、白云石、角閃石等。變質(zhì)礦物則包括不同變質(zhì)條件下的絹云母、蛇紋石、石榴子石、夕線石、藍晶石、硬玉等數(shù)十種礦物（表3）。

表2 變質(zhì)巖薄片鑒定信息表頭

續(xù)表2

注：橙色部分表頭為必填；藍色部分為可根據(jù)鑒定者的實際需求選填。

變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)主要通過光學薄片在顯微鏡下觀察，主要包括變晶結(jié)構(gòu)、變余結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)、碎裂與變形結(jié)構(gòu)等4類（表2），薄片下常見的結(jié)構(gòu)40余種（圖5）。宏觀肉眼可見的變質(zhì)巖構(gòu)造雖大多是非滲透性的，但板狀構(gòu)造、千枚狀構(gòu)造、片狀構(gòu)造、片麻狀構(gòu)造、混合構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、眼球狀構(gòu)造等（圖5）也可以在光學薄片中觀察到。

表3 不同成分、不同環(huán)境下的變質(zhì)礦物表（據(jù)[7]修改）

變質(zhì)巖的變質(zhì)作用類型同樣需要綜合薄片中成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等，以及溫壓條件、地質(zhì)背景等其他信息進行綜合判斷，主要包括區(qū)域變質(zhì)作用、動力變質(zhì)作用、接觸變質(zhì)作用、氣液變質(zhì)作用、埋深變質(zhì)作用、洋底變質(zhì)作用、混合巖化作用等[7]。

圖5 變質(zhì)巖中常見結(jié)構(gòu)與構(gòu)造

2 數(shù)據(jù)樣本描述

本數(shù)據(jù)集中主要由6部分組成，分別為南京大學沉積巖教學薄片照片數(shù)據(jù)集、南京大學火成巖教學薄片照片數(shù)據(jù)集、南京大學變質(zhì)巖教學薄片照片數(shù)據(jù)集，以及對應(yīng)的南京大學沉積巖教學薄片信息表、南京大學火成巖教學薄片信息表、南京大學變質(zhì)巖教學薄片信息表。

3大類巖石的教學薄片照片數(shù)據(jù)集由108種巖石324個巖石薄片的偏光顯微照片組成，每一片巖石薄片都包含具有相同中心視域的透射偏光顯微照片各8或9張，而且顯微照片顏色與偏光顯微鏡下的肉眼觀察一致，顯微圖像中的成分與鑒定報告中的描述也一致。顯微照片的分辨率為1280×1024或4908×3264像素，保存格式為JPG。

2.1 沉積巖教學薄片照片數(shù)據(jù)集

沉積巖薄片鑒定報告由1個碎屑巖鑒定表格和1個其他沉積巖鑒定表格共同組成，鑒定表格內(nèi)包含28種沉積巖的84個教學薄片的基本信息和巖性特征信息、分類命名等內(nèi)容。與之對應(yīng)的南京大學沉積巖教學薄片顯微照片數(shù)據(jù)集由699張JPG格式的圖片組成。

南京大學沉積巖教學薄片包括火山碎屑巖、砂巖、泥頁巖和粉砂巖、灰?guī)r、白云巖、硅質(zhì)巖、蒸發(fā)巖等常見的巖石類型（表4）。其中以碎屑巖、火山碎屑巖、灰?guī)r、泥頁巖以及沉積礦產(chǎn)等最為豐富，這些教學薄片能在最大程度上滿足沉積巖相關(guān)課程的教學和科研、生產(chǎn)實踐的需求。

表4 南京大學沉積巖教學薄片情況統(tǒng)計表

2.2 火成巖教學薄片數(shù)據(jù)集

火成巖教學薄片鑒定信息表內(nèi)包含40種火成巖120個教學薄片的基本信息和巖性特征信息等，與之對應(yīng)的南京大學火成巖教學薄片顯微照片數(shù)據(jù)集由963張JPG格式的圖片組成。這些薄片涵蓋了5類火成巖深成巖、淺成巖、噴出巖的各種類型，90%以上的常見火成巖類型（圖2、表5）都能在這批教學薄片中找到。此外，火成巖的常見造巖礦物類型、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造（圖3）也基本上都能在這些巖石薄片中觀察到。

表5 南京大學火成巖教學薄片情況統(tǒng)計表

巖類 種類 具體巖石名巖、花崗斑巖、流紋巖、球粒流紋巖、珍珠巖、英安巖堿性巖及相關(guān)巖石 8 方鈉霓輝正長巖、霞石正長巖、黝方石響巖、霞石巖、假白榴石響巖、閃斜煌巖、云煌巖、方解石碳酸巖

2.3 變質(zhì)巖教學薄片數(shù)據(jù)集

南京大學變質(zhì)巖教學薄片鑒定信息表包括40種變質(zhì)巖（表6）120個教學薄片的基本信息和巖性特征等內(nèi)容，對應(yīng)的南京大學變質(zhì)巖教學薄片顯微照片數(shù)據(jù)集由972張JPG格式的圖片組成。這批教學薄片可歸為17種變質(zhì)巖基本類別（圖4），絕大多數(shù)常見的變質(zhì)結(jié)構(gòu)與構(gòu)造（圖5）均在這批薄片中出現(xiàn)。此外，這批變質(zhì)巖教學薄片還可以觀察到堇青石、紅柱石、硅灰石、蛇紋石、綠輝石等20余種特征變質(zhì)礦物。

表6 南京大學變質(zhì)巖教學薄片情況統(tǒng)計表

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評估

這些巖石教學薄片樣本由高質(zhì)量制作，符合國家與國際標準的厚度。在本次顯微照片拍攝和薄片鑒定過程中，同一批次的巖石薄片中觀察到石英顆粒的干涉色均為一級干涉色，說明薄片的厚度符合0.03 mm的國家標準。

在顯微鏡拍攝過程中，采用自動曝光和自動白平衡，使得肉眼觀察和系統(tǒng)照片顏色盡量保持一致；且顯微照片的分辨率統(tǒng)一采用尼康顯微鏡拍照系統(tǒng)的分辨率為 1280×1024像素或 4908×3264像素，圖片統(tǒng)一保存為JPG格式，確保了顯微照片的質(zhì)量與清晰度。

4 數(shù)據(jù)價值

本數(shù)據(jù)集顯微圖像包含的各種地質(zhì)學現(xiàn)象與名詞，可以作為實物參考標準，對有分歧的、不好闡述的專業(yè)概念與名詞，這些照片可以進行有效的補充說明。

本顯微照片數(shù)據(jù)集屬于專業(yè)的高質(zhì)量專業(yè)資料，可以作為專業(yè)教學與大眾科普、學生網(wǎng)上自學進修資料，線上博物館建設(shè)等素材。

這批高清顯微圖像集也可作為計算機機器學習的樣本，實現(xiàn)巖石薄片人工智能鑒定的合作研究的素材等。此外，個別獨特且具有欣賞價值的顯微圖像也能作為藝術(shù)欣賞或廣告宣傳的素材、日用品的設(shè)計花樣等。

5 數(shù)據(jù)使用方法和建議

本數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)形式簡單，在使用時需注意以下幾點：

(1) 數(shù)據(jù)集中所有出現(xiàn)的薄片，都集中統(tǒng)一保存在南京大學地球科學與工程學院巖礦教研室。如果以上數(shù)據(jù)集中提供的顯微照片不能滿足進一步的研究需求，可以聯(lián)系本文作者或南京大學巖礦教研室申請進一步使用這些薄片。

(2) 本數(shù)據(jù)集包含的樣品屬于巖石教學的經(jīng)典薄片，為代表性樣品，可作為地學科普、專業(yè)教學、線上教學等的重要參考之一。

(3) 少部分照片存在亮度和色率上的偏差，屬于儀器的系統(tǒng)偏差，人工識別與鑒定不會受影響，但計算機讀取可能會產(chǎn)生誤判，建議進行統(tǒng)一的預(yù)處理后進行使用。

(4) 涉及的礦物含量是依據(jù)顯微圖像的面積比例估算值，非準確值，能一定程度上反映各礦物的相對含量大小。

(5) 如果單純使用圖像集，可以直接從數(shù)據(jù)庫下載使用，若需要進一步解決地學相關(guān)的科學問題，需結(jié)合數(shù)據(jù)信息表中提供的地理位置、巖石背后的成巖背景等信息進行綜合分析。