博物館沉積物柱狀巖芯展示標本的制作新方法

崔冠瑜

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

關鍵詞貝殼堤 巖芯 第四系沉積物 氰凝

引言

巖芯是指在地質鉆探過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資源的重要實物。巖芯的鉆取方式通常可分為鉆井取芯和井壁取芯兩種。其中，鉆井取芯的鉆機使用專門的取芯鉆頭，在鉆頭和鉆桿之間加接了一段儲存采樣的巖芯筒；井壁取芯則是在鉆井完鉆之后，根據電測曲線的解釋結果，有目的地沿井身選定位置，在井壁上取出巖芯樣品，以證實地層巖性、含油性和電性的關系。

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

1沉積物柱狀巖芯標本的采集

本文選取的沉積物巖芯樣本通過鉆井取芯的方式獲得，采集時間為2013年12月13日，采集地點位于天津古海岸與濕地國家級自然保護區內的大港區子牙新河河堤（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砂、粉砂、泥炭、淤泥質黏土薄層等組成，在海洋學、第四紀地質、古氣候、古環境研究領域占有重要位置。

此次采集的沉積物巖芯樣本深度達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成巖的沉積物，是原巖風化的產物，經各種外力地質作用而成，沉積歷史并不長。

2沉積物柱狀巖芯標本的制作

2.1制作方法

巖芯樣本作為地質勘探的重要材料，大部分封存難度不大。常用的保存方法是將巖芯儲藏在倉庫中的箱架上，對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蠟封，或者直接冷凍起來。然而，這些方法只能快速有效地將巖芯保存起來，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本需要解決的一大難題。在時間緊、任務重的情況下，天津自然博物館的標本制作團隊結合巖芯實際情況，制定了一套切實可行的方案。

起初，我們比較了現有的巖芯標本保存和展示方法，發現：（1）不加處理直接展示。這一方法僅適用于固結成巖的巖芯，不適用于未固結成巖的巖芯。（2）使用透明玻璃紙進行蠟封。對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，便會在玻璃紙的表面凝結，不僅影響觀眾的參觀體驗，而且導致巖芯因失水而出現干裂的現象。（3）使用液氮進行冷凍。這一方法的成本過高，需要設備支持以及后續維護。在借鑒以往工作經驗，并聽取相關專家意見的基礎上，我們最終決定使用新型化學材料——氰凝。這是一種單組分聚氨酯黏合劑，廣泛應用于建筑工程中的防水堵漏、地基加固等。其不會破壞巖芯中的化學成分，而是利用氰凝的置換反應，鎖住沉積物中的水分，并通過氰凝的凝固作用，穩定沉積物的形態，防止板結干裂的出現。

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。為保護雙手不被割傷，可在鐵絲兩端捆綁木條或佩戴手套。

（2）呈現巖芯縱剖面

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

（3）去霉防霉處理

首先，用毛刷蘸取適量過氧化氫涂于巖芯縱剖面，并反復數次。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，并反復數次。最后，取其中一半作為展示標本待后續處理，另一半用保鮮膜包裹后入庫存放。

（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，需要對其進行定型和加固。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，固化時間約為3～4h，如需縮短固化時間，可添加固化劑（聚氨酯硫化劑）。乙酸乙酯的作用是調整氰凝黏度，其濃度通常不超過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準。

（5）制作有機玻璃板

由于巖芯標本采用豎立后傾的角度進行展示，為防止其從塑料外殼中傾倒，還需加裝一層有機玻璃板進行保護，以增加背托強度。同時，在巖芯出現斷層缺失的部位，用有機玻璃進行修補，并覆之以黃泥色涂層，使得標本的整體色調更加協調。

3沉積物柱狀巖芯標本的展示效果

地球進入氣候交替變化的第四紀時期，發生了8～10次冰期一間冰期的轉換；冰期時，全球平均氣溫比現在低4～5℃，海平面比現在低75～120m；間冰期時，氣溫、海平面與當前大致相同。在10000年前的末次冰期結束后，氣溫便逐漸回升，冰蓋融化成水注入大洋，導致海平面不斷上升，海水進侵到最遠處。從現代海岸線向西，海水曾有過多次停頓，在渤海灣西岸留下了貝殼堤古海岸線遺跡的整個過程。

此次制作完成的沉積物柱狀巖芯標本被放置于天津自然博物館“家園·生命”展區的“海貝拾趣”展廳，與貝殼展柜、貝殼堤模型毗鄰。如圖1所示，25m長的沉積物巖芯以m為單位被制成24根柱狀標本（除去1m的地表回填土），以時間軸為序直觀地展示了天津地區近萬年來的地質變遷。其中，第1至第3根巖芯為近2000年以來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年前末次冰期結束后氣溫轉暖時的河湖沉積。這組巖芯標本自展出以來取得了良好的展示效果，許多觀眾對展品表現出了濃厚的興趣，成為天津自然博物館新館改陳后的一大亮點。

4結語

在缺乏相關研究成果以及實踐經驗的情況下，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本的制作方法。該方法制作周期短、固化強度好、展示效果佳，首次將建筑工程中常用的化學試劑氰凝引入自然博物館的標本制作領域，具有一定的創新性。氰凝具有滲透性好、透明度佳的特點，非常適用于加固質地松散的沉積物巖芯。同時，氰凝也是一種很好的防水防腐材料，可以長時間保存標本，減緩其劣變進程。