博物館沉積物柱狀巖芯展示標(biāo)本的制作新方法

崔冠瑜

摘要天津自然博物館利用氰凝試劑對(duì)沉積物柱狀巖芯進(jìn)行定型和加固，這種方法具有一定的理論價(jià)值和實(shí)踐意義，取得了良好的展示效果，為今后此類標(biāo)本的制作提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞貝殼堤 巖芯 第四系沉積物 氰凝

引言

巖芯是指在地質(zhì)鉆探過(guò)程中用取芯工具從地下獲得的巖石樣品，它是了解和研究地下礦產(chǎn)資源的重要實(shí)物。巖芯的鉆取方式通?？煞譃殂@井取芯和井壁取芯兩種。其中，鉆井取芯的鉆機(jī)使用專門的取芯鉆頭，在鉆頭和鉆桿之間加接了一段儲(chǔ)存采樣的巖芯筒；井壁取芯則是在鉆井完鉆之后，根據(jù)電測(cè)曲線的解釋結(jié)果，有目的地沿井身選定位置，在井壁上取出巖芯樣品，以證實(shí)地層巖性、含油性和電性的關(guān)系。

天津自然博物館為配合展區(qū)更新改造，特意增加了沉積物柱狀巖芯標(biāo)本的展示，以便豐富關(guān)于渤海灣西岸海岸線變遷的展覽內(nèi)容，使觀眾深刻感受到天津地區(qū)滄海桑田的巨變。本文通過(guò)分析比對(duì)現(xiàn)有固結(jié)成巖巖芯樣本的保存方法，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有方法難以用于未固結(jié)成巖巖芯樣本的制作。在考慮展示效果的同時(shí)，我們兼顧展示成本，利用氰凝試劑對(duì)沉積物巖芯進(jìn)行定型和加固，對(duì)此類標(biāo)本的制作方法進(jìn)行了有益的嘗試。

1沉積物柱狀巖芯標(biāo)本的采集

本文選取的沉積物巖芯樣本通過(guò)鉆井取芯的方式獲得，采集時(shí)間為2013年12月13日，采集地點(diǎn)位于天津古海岸與濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的大港區(qū)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貝殼堤。天津貝殼堤是世界著名的三大古貝殼堤之一，主要由海生貝殼及其碎片和細(xì)砂、粉砂、泥炭、淤泥質(zhì)黏土薄層等組成，在海洋學(xué)、第四紀(jì)地質(zhì)、古氣候、古環(huán)境研究領(lǐng)域占有重要位置。

此次采集的沉積物巖芯樣本深度達(dá)25m，整體呈圓柱體狀，由兩片半圓形灰色硬塑料板固定，外部用保鮮膜包裹以保持水分。該沉積物巖芯樣本主要由黏土層、砂層、砂礫石層和卵石層組成，黏土層易吸水膨脹，而砂層、砂礫石層和卵石層則易坍塌、漏失。其屬于第四系未固結(jié)成巖的沉積物，是原巖風(fēng)化的產(chǎn)物，經(jīng)各種外力地質(zhì)作用而成，沉積歷史并不長(zhǎng)。

2沉積物柱狀巖芯標(biāo)本的制作

2.1制作方法

巖芯樣本作為地質(zhì)勘探的重要材料，大部分封存難度不大。常用的保存方法是將巖芯儲(chǔ)藏在倉(cāng)庫(kù)中的箱架上，對(duì)含有油氣或易于氧化潮解的巖芯樣本，則要裝在塑料袋或玻璃紙內(nèi)蠟封，或者直接冷凍起來(lái)。然而，這些方法只能快速有效地將巖芯保存起來(lái)，卻不適宜作為陳列展示的手段。如何確保巖芯不松散、不塌陷是此次制作沉積物柱狀巖芯標(biāo)本需要解決的一大難題。在時(shí)間緊、任務(wù)重的情況下，天津自然博物館的標(biāo)本制作團(tuán)隊(duì)結(jié)合巖芯實(shí)際情況，制定了一套切實(shí)可行的方案。

起初，我們比較了現(xiàn)有的巖芯標(biāo)本保存和展示方法，發(fā)現(xiàn)：（1）不加處理直接展示。這一方法僅適用于固結(jié)成巖的巖芯，不適用于未固結(jié)成巖的巖芯。（2）使用透明玻璃紙進(jìn)行蠟封。對(duì)于富含水分的沉積物而言，這一方法不能避免巖芯中的水分析出。水分一旦從巖芯中蒸發(fā)，便會(huì)在玻璃紙的表面凝結(jié)，不僅影響觀眾的參觀體驗(yàn)，而且導(dǎo)致巖芯因失水而出現(xiàn)干裂的現(xiàn)象。（3）使用液氮進(jìn)行冷凍。這一方法的成本過(guò)高，需要設(shè)備支持以及后續(xù)維護(hù)。在借鑒以往工作經(jīng)驗(yàn)，并聽(tīng)取相關(guān)專家意見(jiàn)的基礎(chǔ)上，我們最終決定使用新型化學(xué)材料——氰凝。這是一種單組分聚氨酯黏合劑，廣泛應(yīng)用于建筑工程中的防水堵漏、地基加固等。其不會(huì)破壞巖芯中的化學(xué)成分，而是利用氰凝的置換反應(yīng)，鎖住沉積物中的水分，并通過(guò)氰凝的凝固作用，穩(wěn)定沉積物的形態(tài)，防止板結(jié)干裂的出現(xiàn)。

2.2制作步驟

（1）切割巖芯樣本

選取10#（3.25mm）或12#（2.6mm）鐵絲作為切割巖芯所用的鋸條，在其上均勻切出間距3～5mm的切口。為保護(hù)雙手不被割傷，可在鐵絲兩端捆綁木條或佩戴手套。

（2）呈現(xiàn)巖芯縱剖面

去除巖芯表面的保鮮膜，使用硬塑料外殼固定巖芯。在鋸條進(jìn)鋸后，按住巖芯兩端，沿縱剖面最寬處一分為二剖開(kāi)，呈現(xiàn)出展示面，并用鋒利的鋼刀修平。

（3）去霉防霉處理

首先，用毛刷蘸取適量過(guò)氧化氫涂于巖芯縱剖面，并反復(fù)數(shù)次。然后，蘸取適量1227殺菌劑（十二烷基二甲基芐基氯化銨）涂于巖芯表面，并反復(fù)數(shù)次。最后，取其中一半作為展示標(biāo)本待后續(xù)處理，另一半用保鮮膜包裹后入庫(kù)存放。

（4）定型和加固

為了使巖芯保持原狀，減少外界溫濕度的影響，需要對(duì)其進(jìn)行定型和加固。本文選用天津市天大華盛化工材料有限公司生產(chǎn)的固凝劑氰凝和稀釋劑乙酸乙酯作為加固試劑。氰凝可自行固化，固化時(shí)間約為3～4h，如需縮短固化時(shí)間，可添加固化劑（聚氨酯硫化劑）。乙酸乙酯的作用是調(diào)整氰凝黏度，其濃度通常不超過(guò)20%。將配制好的加固試劑用水舀沿巖芯邊緣慢慢注入，以浸濕巖芯表面為足量標(biāo)準(zhǔn)。

（5）制作有機(jī)玻璃板

由于巖芯標(biāo)本采用豎立后傾的角度進(jìn)行展示，為防止其從塑料外殼中傾倒，還需加裝一層有機(jī)玻璃板進(jìn)行保護(hù)，以增加背托強(qiáng)度。同時(shí)，在巖芯出現(xiàn)斷層缺失的部位，用有機(jī)玻璃進(jìn)行修補(bǔ)，并覆之以黃泥色涂層，使得標(biāo)本的整體色調(diào)更加協(xié)調(diào)。

3沉積物柱狀巖芯標(biāo)本的展示效果

地球進(jìn)入氣候交替變化的第四紀(jì)時(shí)期，發(fā)生了8～10次冰期一間冰期的轉(zhuǎn)換；冰期時(shí)，全球平均氣溫比現(xiàn)在低4～5℃，海平面比現(xiàn)在低75～120m；間冰期時(shí)，氣溫、海平面與當(dāng)前大致相同。在10000年前的末次冰期結(jié)束后，氣溫便逐漸回升，冰蓋融化成水注入大洋，導(dǎo)致海平面不斷上升，海水進(jìn)侵到最遠(yuǎn)處。從現(xiàn)代海岸線向西，海水曾有過(guò)多次停頓，在渤海灣西岸留下了貝殼堤古海岸線遺跡的整個(gè)過(guò)程。

此次制作完成的沉積物柱狀巖芯標(biāo)本被放置于天津自然博物館“家園·生命”展區(qū)的“海貝拾趣”展廳，與貝殼展柜、貝殼堤模型毗鄰。如圖1所示，25m長(zhǎng)的沉積物巖芯以m為單位被制成24根柱狀標(biāo)本（除去1m的地表回填土），以時(shí)間軸為序直觀地展示了天津地區(qū)近萬(wàn)年來(lái)的地質(zhì)變遷。其中，第1至第3根巖芯為近2000年以來(lái)的沿海低地鹽沼沉積，第4至第5根巖芯為距今2000～3000年間的潮間帶沉積，第6至第14根為距今3000～7000年問(wèn)的淺海沉積，第14至第17根為距今約8000年前沿海植被死亡后被覆蓋形成的泥炭沉積，第20至第24根為距今約10000年前末次冰期結(jié)束后氣溫轉(zhuǎn)暖時(shí)的河湖沉積。這組巖芯標(biāo)本自展出以來(lái)取得了良好的展示效果，許多觀眾對(duì)展品表現(xiàn)出了濃厚的興趣，成為天津自然博物館新館改陳后的一大亮點(diǎn)。

4結(jié)語(yǔ)

在缺乏相關(guān)研究成果以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的情況下，天津自然博物館探索出了一種較為有效的沉積物柱狀巖芯標(biāo)本的制作方法。該方法制作周期短、固化強(qiáng)度好、展示效果佳，首次將建筑工程中常用的化學(xué)試劑氰凝引入自然博物館的標(biāo)本制作領(lǐng)域，具有一定的創(chuàng)新性。氰凝具有滲透性好、透明度佳的特點(diǎn)，非常適用于加固質(zhì)地松散的沉積物巖芯。同時(shí)，氰凝也是一種很好的防水防腐材料，可以長(zhǎng)時(shí)間保存標(biāo)本，減緩其劣變進(jìn)程。