賴文，蔣璟鑫，邱檢生，于津海，胡修棉*

1.南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)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(xué)巖石教學(xué)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(xué)沉積巖教學(xué)薄片照片數(shù)據(jù)集.zip、南京大學(xué)火成巖教學(xué)薄片照片數(shù)據(jù)集.zip、南京大學(xué)變質(zhì)巖教學(xué)薄片照片數(shù)據(jù)集.zip，以及對應(yīng)的南京大學(xué)沉積巖教學(xué)薄片信息表.xls、南京大學(xué)火成巖教學(xué)薄片信息表.xls、南京大學(xué)變質(zhì)巖教學(xué)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(xué)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(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院巖石學(xué)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(xué)地學(xué)系時期，當(dāng)時增設(shè)了地質(zhì)、氣象等新式課程，教授巖石學(xué)、礦物學(xué)等課程，并開始系統(tǒng)采集、購買各種巖石、礦物等標(biāo)本[1]。1920s國立中央大學(xué)地學(xué)系就已經(jīng)建成巖石學(xué)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(biāo)本、280種薄片[2]。1930年地質(zhì)學(xué)從國立中央大學(xué)地學(xué)系分出獨立建系，隨后地質(zhì)學(xué)系在學(xué)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(biāo)本，其中巖石標(biāo)本2000多件，包括現(xiàn)存于南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院巖礦教研室采自歐洲、美國等地19世紀(jì)的巖石標(biāo)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(biāo)本被制成巖石教學(xué)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(biāo)本與薄片永遠(yuǎn)消失在歷史長河里。教學(xué)過程中，由于薄片的易碎性，教學(xué)薄片也在不斷地?fù)p耗與減少。

經(jīng)過歷屆師生重新篩選國內(nèi)的典型巖石標(biāo)本，完成了3大類巖石教學(xué)薄片的制作，并在后來教學(xué)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(xué)薄片。為了不重復(fù)前述遺憾，也為了更好地保存這些教學(xué)薄片的信息，迫切需要對這些標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)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(xué)校所用的薄片各不相同，地學(xué)同行之間又缺乏交流與分享。不同學(xué)校培養(yǎng)出來的地學(xué)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(xué)素材的線上共享，將有利于消除這些概念分歧，促進地學(xué)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(xué)被迅速推廣與流行，線上教學(xué)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(xué)生開展線上自學(xué)。

基于以上現(xiàn)狀與需求，本數(shù)據(jù)集將南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院巖礦教研室的沉積巖、變質(zhì)巖、火成巖的巖石教學(xué)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(xué)薄片數(shù)據(jù)。

1 數(shù)據(jù)采集和處理方法

南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院巖礦教研室的巖石教學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)薄片是南京大學(xué)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(biāo)準(zhǔn)薄片厚度；21世紀(jì)以來新補充的教學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)[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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)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(xué)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(xì)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?；鸪蓭r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(xué)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(zhǔn)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(lán)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(lán)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(xué)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(xué)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(xué)沉積巖教學(xué)薄片照片數(shù)據(jù)集、南京大學(xué)火成巖教學(xué)薄片照片數(shù)據(jù)集、南京大學(xué)變質(zhì)巖教學(xué)薄片照片數(shù)據(jù)集，以及對應(yīng)的南京大學(xué)沉積巖教學(xué)薄片信息表、南京大學(xué)火成巖教學(xué)薄片信息表、南京大學(xué)變質(zhì)巖教學(xué)薄片信息表。

3大類巖石的教學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)沉積巖教學(xué)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(xué)沉積巖教學(xué)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(xué)薄片能在最大程度上滿足沉積巖相關(guān)課程的教學(xué)和科研、生產(chǎn)實踐的需求。

表4 南京大學(xué)沉積巖教學(xué)薄片情況統(tǒng)計表

2.2 火成巖教學(xué)薄片數(shù)據(jù)集

火成巖教學(xué)薄片鑒定信息表內(nèi)包含40種火成巖120個教學(xué)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(xué)火成巖教學(xué)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(xué)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(xué)火成巖教學(xué)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(xué)薄片數(shù)據(jù)集

南京大學(xué)變質(zhì)巖教學(xué)薄片鑒定信息表包括40種變質(zhì)巖（表6）120個教學(xué)薄片的基本信息和巖性特征等內(nèi)容，對應(yīng)的南京大學(xué)變質(zhì)巖教學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)變質(zhì)巖教學(xué)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(xué)薄片樣本由高質(zhì)量制作，符合國家與國際標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。

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(xué)現(xiàn)象與名詞，可以作為實物參考標(biāo)準(zhǔn)，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(xué)與大眾科普、學(xué)生網(wǎng)上自學(xué)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(xué)習(xí)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(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)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(xué)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(xué)的經(jīng)典薄片，為代表性樣品，可作為地學(xué)科普、專業(yè)教學(xué)、線上教學(xué)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(zhǔn)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(xué)相關(guān)的科學(xué)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。