砂岩微观结构及成分组成研究

4.1.1　砂岩微观结构及成分组成研究

本次研究按全风化、中等风化、新鲜岩样分别在以下典型部位采样进行电镜扫描。

第2层砂岩为云冈石窟砂岩崖壁底部的砂岩。该层岩石主要为钙质胶结长石石英砂岩，但性质差异较大。图4.1～图4.3分别为该层微风化、强风化、全风化砂岩的电镜扫描（SEM）结果。新鲜样品结构比较致密，但颗粒间胶结不是很好，发育一定量的溶蚀空洞和片状黏土矿物。石英颗粒棱角发育，磨圆差（图4.1）。风化样品中有大量溶蚀，结构非常疏松，沉积有粒状矿物，主要为钙镁质（图4.2）。长石蚀变非常明显（图4.3）。

图4.1　第14窟东裸露微风化岩石（第2层YG12）

第3层砂岩是云冈石窟主要佛像开凿的地层。在西段采取的微风化砂岩（编号R16），从电镜扫描可以看出其颗粒主要成分为石英，含量占50%以上，其次为长石，含量为20%～30%。颗粒直径为0.2～1.0mm，为中—粗粒。胶结物以片状的黏土矿物和粒状或泥晶的钙镁质为主。石英颗粒棱角分明，磨圆差，石英颗粒表面有轻微溶蚀现象。长石蚀变比较明显，有的完全转变为高岭土。从磨圆度与分选状态看，第3层砂岩搬运距离较短，属于近源沉积物质。

图4.2　第9窟东侧第2象腿底部强风化样（第2层YG9）

图4.3　第10窟西壁起壳全风化样（第2层YG7）

从微观结构（放大10 000倍）看，胶结物之间存在一定的微孔隙，并有次生的针状、放射状的钙镁质矿物发育。

图4.4、图4.5为第3层微—中风化砂岩，从SEM结构可以看出，长石蚀变比较严重，顺颗粒晶体解理表面发育定向的溶蚀微孔隙。

图4.6为第3窟东壁表面的风化掉块样，风化程度为强风化。与图4.4、图4.5对比，可以明显看出其结构更为疏松，主要体现在：颗粒自身风化非常严重，长石颗粒表面出现大量溶蚀孔洞，并出现大量粒状、片状次生矿物；另外，粒间胶结物溶蚀、流失的现象非常明显，出现大量溶蚀空洞。

第5层、第7层同样为石窟开凿的主要地层，如第7层构成了第11窟顶板。

图4.7为第1窟东第5层中风化砂岩测试结果。图4.8～图4.12为第7层风化样品。

从第11窟顶板风化砂岩样的SEM结果可以看出，其结构非常疏松，长石蚀变非常严重，基本已全部转化为黏土矿物，且粒间胶结物基本已经被破坏殆尽。

图4.4　西端第3层微风化砂岩（R16）

图4.5　西端第3层中风化砂岩（R12）

图4.6　第3窟东壁片状强风化掉块，厚度约1.5cm（第3层YG14）

图4.7　第1窟东第5层中风化砂岩（R2）

图4.8　龙王沟西第7层表层风化样（YG27）

图4.9　第11窟顶板全风化样（第7层YG11－1）

图4.10　第11窟顶板全风化样（第7层YG11－4）

图4.11　龙王沟西第7层全风化砂岩（LW－3）

图4.12　龙王沟西第7层强风化砂岩（LW－4）