学习矿物学14.docx

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学习矿物学14

学习矿物学（14）—矿物的偏光显微镜下的鉴定

对肉眼难于坚定的矿物，最简便的办法是进行偏光显微镜下的鉴定。

要懂得矿物的偏光显微镜下的鉴定方法，需要学系和掌握晶体光学原理、偏光显微镜的使用方法和各种矿物的光学特征等知识和技术。

鉴于晶体光学原理较为复杂，须专门讲授，这里仅介绍后两部分。

1.偏光显微镜的构造

　　偏光显微镜是对具有双折射性的晶体进行研究的必备仪器。

用于分析岩矿，研究晶体，纤维的光学性质，广泛应用于地质、化工、纺织和医疗及教学部门。

1.1偏光显微镜的结构

∙

　　1、目镜，2、镜筒，3、勃氏镜，4、粗动手轮，5、微调手轮

　　6、镜臂，7、镜座，8、上偏光镜，9、试板孔，10、物镜

　　11、载物台，12、聚光镜，13、锁光圈，14、下偏光镜，15、反光镜反光镜

1.1.1机械部分

（1）镜座：

是显微镜的底座，用以支持整个镜体。

（2）镜柱：

是镜座上面直立的部分，用以连接镜座和镜臂。

（3）镜臂：

一端连于镜柱，一端连于镜筒，是取放显微镜时手握部位。

（4）镜筒：

连在镜臂的前上方，镜筒上端装有目镜，下端装有物镜转换器。

（5）物镜转换器（旋转器）：

接于棱镜壳的下方，可自由转动，盘上有3－4个圆孔，是安装物镜部位，转动转换器，可以调换不同倍数的物镜，当听到碰叩声时，方可进行观察，此时物镜光轴恰好对准通光孔中心，光路接通。

（6）镜台（载物台）：

在镜筒下方，形状有方、圆两种，用以放置玻片标本，中央有一通光孔，我们所用的显微镜其镜台上装有玻片标本推进器（推片器），推进器左侧有弹簧夹，用以夹持玻片标本，镜台下有推进器调节轮，可使玻片标本作左右、前后方向的移动。

（7）调节器：

是装在镜柱上的大小两种螺旋，调节时使镜台作上下方向的移动。

   ①粗调节器（粗螺旋）：

大螺旋称粗调节器，移动时可使镜台作快速和较大幅度的升降，所以能迅速调节物镜和标本之间的距离使物象呈现于视野中，通常在使用低倍镜时，先用粗调节器迅速找到物象。

   ②细调节器（细螺旋）：

小螺旋称细调节器，移动时可使镜台缓慢地升降，多在运用高倍镜时使用，从而得到更清晰的物象，并借以观察标本的不同层次和不同深度的结构。

1.1.2照明部分

装在镜台下方，包括反光镜,集光器。

（1）反光镜：

装在镜座上面，可向任意方向转动，它有平、凹两面，其作用是将光源光线反射到聚光器上，再经通光孔照明标本，凹面镜聚光作用强，适于光线较弱的时候使用，平面镜聚光作用弱，适于光线较强时使用。

（2）集光器（聚光器）位于镜台下方的集光器架上，由聚光镜和光圈组成，其作用是把光线集中到所要观察的标本上。

   ①聚光镜：

由一片或数片透镜组成，起汇聚光线的作用，加强对标本的照明，并使光线射入物镜内，镜柱旁有一调节螺旋，转动它可升降聚光器，以调节视野中光亮度的强弱。

     ②光圈（虹彩光圈）：

在聚光镜下方，由十几张金属薄片组成，其外侧伸出一柄，推动它可调节其开孔的大小，以调节光量。

1.1.3光学部分

（1）目镜：

装在镜筒的上端，通常备有2－3个，上面刻有5×、10×或15×符号以表示其放大倍数，一般装的是10×的目镜。

（2）物镜：

装在镜筒下端的旋转器上，一般有3－4个物镜，其中最短的刻有“10×”符号的为低倍镜，较长的刻有“40×”符号的为高倍镜，最长的刻有“100×”符号的为油镜，此外，在高倍镜和油镜上还常加有一圈不同颜色的线，以示区别。

  显微镜的放大倍数是物镜的放大倍数与目镜的放大倍数的乘积，如物镜为10×，目镜为10×，其放大倍数就为10×10=100。

1.2成像原理

   当把待观察物体放在物镜焦点外侧靠近焦点处时，在物镜后所成的实像恰在目镜焦点内侧靠近焦点处，经目镜再次放大成一虚像。

观察到的是经两次放大后的倒立虚像。

2.偏光显微镜下矿物鉴定：

鉴定之前，须将透明矿物磨制成厚度等于0.03毫米的薄片，用加拿大树胶黏于玻璃载物片上即成完整的矿物薄片，鉴定时即将矿物薄片放在显微镜载物台上，从目镜中对矿物簿片分为单偏光、正交偏光、聚敛光三个步骤进行观察和鉴定。

2.1单偏光镜下观察

2.1.1晶形

晶形对识别典型的表现有良好晶面的矿物很有用。

如石榴子石在薄片中常为自形的六边形，白榴石常呈八边形，磷灰石横断面常为六边形而纵断面为柱状，榍石常为菱形，白云石常为信封状，电气石横断面呈弧状三角形而纵断面为柱状，锆石常常呈四方柱状或两端为锥

形的长柱状。

需要注意的是，由于薄片切面的随机性，上述矿物的斜切面也可以表现为其他的形状，如石榴石和白榴石还可以出现正方形、长方形甚至三角形的晶形，磷灰石也可以表现为正方形或长方形晶形。

2.1.2解理和裂理

某些解理特征明显的矿物，能根据其解理很快确定，如云母具有一组细密、平直而不间断的解理，角闪石的两组解理以56度相交，辉石、红柱石、方柱石的两组解理近于正交。

但与解理斜交的切面上所表现的角度要比其最大交角要小。

具两组解理的矿物，在其纵断面上只表现一组解理，如角闪石、辉石在薄片中经常只出现一组解理。

由于切面的限制，具有三组以上解理的矿物在薄片上常常只显示一组或两组解理，甚至表现出没有解理。

如方解石和白云石有三组解理，但在薄片中一般只能看到两组。

裂理和解理很相似，但它们的成因不同，薄片中的特征也有所不同。

解理往往是沿着矿物晶体中面网间化学键力最弱的方向产生，而裂理面一般是沿双晶结合面或某种细微包裹体的夹层而产生；在形态上，裂理的宽度也明显比解理大，而且大多数情况也没有解理平直。

如橄榄石解理不发育，但裂理常见，是一个鉴定特征。

2.1.3颗粒形态和交生关系

某些矿物虽然没有完整的晶形，但其颗粒形态有某种特征，可以做为识别的一种标记。

如蛇纹石常为纤维状和网脉纤维状，蓝晶石和硅灰石常呈板片状，云母、绿泥石、滑石、粘土矿物也多呈板状或叶片状产出。

矿物的交生关系有利于快速鉴定交生在一起的矿物。

显微文象和蠕虫状交生分别是石英和钾长石以及石英和斜长石交生的信号。

2.1.4颜色和多色性、吸收性

薄片中矿物的颜色是矿物对透射光波选择吸收的结果。

许多在手标本上明显有色的矿物，在薄片中却是无色的或接近无色。

如透辉石、普通辉石、镁橄榄石和贵橄榄石、透闪石。

一些矿物有特征的颜色，如黑云母、普通角闪石、电气石、绿泥石、红帘石，可以做为鉴定的

标志之一；另一些矿物只显示较淡的颜色，如紫苏辉石、红柱石、绿帘石。

应该注意的是，某些矿物的浅色调并不是该矿物的固有颜色，而是切片中的无色矿物当其折射率明显低于加拿大树胶时，所表现的约具粉色的浅淡颜色，而折射率相对较高的矿物可以显示出灰或暗灰

黑色。

当转动载物台时，有的矿物的颜色发生改变，此称为多色性；颜色的深浅发生改变，称为吸收性。

这是由于非均质矿物（除垂直光轴以外的切面）的光学性质随方向而异，对各色光的选择吸收及吸收强度都随方向而异。

其中，一轴晶矿物有二个主要颜色，如黑电气石（绿-蓝），金红石（黄-暗红褐）；二轴晶矿物有三个主要颜色，如黑云母（暗褐-暗红褐-浅黄），普通角闪石（暗绿-绿-浅黄绿），蓝闪石（深天蓝-蓝-浅黄绿），紫苏辉石（淡绿-淡黄-淡红），十字石（金黄-淡黄-无色），矿物的多色性如果明显，是鉴定的重要依据。

2.1.5贝克线、突起和糙面

薄片中两个折射率不同的物质的接触处，可以看到有一道暗边，称为矿物的边缘，在边缘附近还可以看到一条较明亮的细线，称为贝克线；各种不同的矿物表面显得高低不同，甚至有的矿物好象凹下去一样，此称为矿物的突起；有的矿物表面显得较为光滑，而有的矿物则表面粗糙如粗糙的皮革（鲨革），此称为矿物的糙面。

贝克线是由于相邻两物质折射率不同，光线在其接触面上发生折射、反射作用而产生的。

提升镜筒，贝克线向折射率大的物质移动；下降镜筒，贝克线向折射率小的物质移动。

有时贝克线不很明显，这时缩小光圈或使观察的矿物稍稍偏离焦点，会使贝克线较为清楚的显示出来，贝克线在具有锲形或透镜状的颗粒边缘表现最为清楚。

使用浸油法测矿物的折射率，根据的就是贝克线的原理。

突起与糙面都是由于矿物与覆盖于其上的加拿大树胶的折射率的不同而引起的。

矿物与加拿大树胶的差值越大，突起就显得越高，糙面也越明显，矿物的边缘也越粗。

所谓正突起与负突起，是指矿物的折射率大于加拿大树胶时为正，小于加拿大树胶时为负。

负突起的矿

物看起来象是凹下去，具体的测定需要借助贝克线，找到该矿物的颗粒与加拿大树胶的接触处，如果提升镜筒，贝克线向加拿大树胶移动，则该矿物是负突起。

负突起的矿物一般微带粉色调。

观察突起有时候需要部分关闭台下的光阑使光圈缩小使其更为清晰。

旋转物台，矿物的突起和糙面发生明显改变的现象称为闪突起，如碳酸盐矿物。

贝克线、突起、糙面、矿物的边缘，都是矿物折射率相对大小的反映。

由于折射率是矿物最主要的光学常数，因此这些光学特征是鉴定矿物的主要依据之一。

如榍石、锆石、金红石可以以其具有正极高突起与其他矿物区别开来，然后根据另外一二个光性特征就可以很快将其鉴定；萤石以负高突起区别于其他光性特征类似的矿物；帘石类矿物都为高正突起，是鉴定的主要依据之一。

2.2正交偏光下的观察

2.2.1消光

矿物在正交偏光下变黑暗的现象，称为消光。

均质矿物和非均质矿物垂直光轴的切面，无论怎么转动物台，在正交镜下总是消光的，称为全消光。

非均质矿物除垂直光轴外的其他切面，旋转物台一周，会有四次变暗，即有四次消光，这四个位置称为该矿物的消光位。

消光位是矿物的一个鉴定特征。

当矿物处在消光位时，如果其解理缝、双晶缝、晶形或晶面与目镜十字丝之一平行，称为平行消光；如果二者斜交，则称为斜消光，其交角为消光角；如果目镜十字丝为两组解理或两个晶面夹角的平分线，称为对称消光。

一轴晶矿物，大多数切面为平行消光和对称消光；二轴晶矿物中，斜方晶系矿物大部分切面是平行消光和对称消光，少数可见斜消光，而且消光角一般都较小；单斜晶系矿物，各种消光类型都有，但以斜消光常见；三斜晶系矿物，绝大多数则是斜消光。

矿物斜消光时，可以测其消光角，做为一个鉴定参考要素，一般选择干涉色最高的切面，此时切面平行于光轴面。

如辉石最高干涉色的切面，如果是平行消光，则为斜方辉石，如果是斜消光，则为单斜辉石。

单斜辉石和单斜角闪石，如果切面上只能见到一组解理，可以选择最大干涉色切面观察，角闪石消光角一般不超过30o，而辉石消光角一般在30o-45o，可以做为它们的一个鉴别特征。

2.2.2干涉色

非均质矿物除垂直光轴外的其他切面，不在消光位时，则发生干涉作用，显示的颜色称为干涉色。

来自下偏光镜的平面偏光被非均质矿物分解成两条振动方向相互垂直、速度不同的光线，它们进入上偏光镜后继续发生分解，在平行于上偏光方向上的分量就会发生干涉，从而产生干涉色。

将石英楔插入正交偏光镜间的试板孔内，慢慢推入，干涉色会出现有规律的变化，可以据此将干涉色划分为四到五个级序。

绝大多数矿物的干涉色都可以相应从中找到。

熟悉干涉色的级序，对于鉴定矿物有重要意义。

干涉色级序的高低，取决于矿物切面上的双折射率的大小。

只有在平行光轴面时，矿物的双折射率才最大，此时呈现的干涉色级序最高，对于矿物才有鉴定意义。

某些矿物，在正常的厚度薄片中显示出与同旧绸缎般的白色干涉色，且插入石膏或云母试板无变化，其干涉色称为高级白。

如方解石、白云石、榍石等。

有些矿物（双折射率低，干涉色接近一级灰）在某些切面的干涉色，在石英楔系列中找不到，称为异常干涉色。

如绿泥石、黝帘石、黄长石和符山石的某些变种，呈现一种深蓝色（柏林蓝或超蓝色），或者锈褐色的异常干涉色。

如果薄片中矿物本身的颜色较显著，可以遮蔽具低一级干涉色或高级浅色的干涉色，需要仔细分辨清楚。

精确测定薄片中矿物干涉色的级序，需要找出该矿物最高干涉色的颗粒，用石英楔或贝瑞克消色器来测试。

随着经验的积累，一般的观察者都可以直接区分一、二、三级干涉色。

2.2.3正延性和负延性

长条状矿物或解理发育完好的矿物，可以测试其是正延性还是负延性，做为鉴定的一个特征。

当矿物的延长方向与其光率体椭圆切面长半径平行或夹角小于45o时，称为正延性；而当延长方向与光率体椭圆切面短半径平行或夹角小于45o时，称为负延性。

测试的方法，将矿物从消光位转动物台45o，插入试板，观察矿物的干涉色是升高还是降低，确定矿物光率体椭圆半径名称，再根据矿物的延长方向是平行于长半径还是短半径，或消光角的性质，来判断其延性。

有的矿物延性既可显示为正也可显示为负，其消光角是在45o左右摇摆，或者是其延长方向于Nm半径平行。

当其他光学性质相似时，延性是鉴别矿物的一个有效特征。

如红柱石与斜方辉石尤其是紫苏辉石很相似，但红柱石是负延性，紫苏辉石是正延性；夕线石以其正延性可以区别于磷灰石和红柱石。

2.2.4双晶

有的矿物的双晶在单偏光下就可以观察到，但大部分矿物的双晶在正交偏光下才表现的明显，此时其相邻两个单体由于不同时消光，呈现一明一暗的现象，转动物台，这种此明彼暗的现象非常明显。

双晶对于鉴定某些矿物有重要意义。

如微斜长石（格子双晶）、斜长石（聚

片双晶）、正长石（卡式双晶）、堇青石（六连晶）、金红石（肘状双晶）、十字石（十字形双晶），而方解石和白云石可以根据其聚片双晶和菱形解理的相交关系进行区别。

当两种矿物其他光学特征相近时，有无双晶有时候可以快速鉴别它们，而双晶的形态对于鉴定长石类别有特别重要的作用。

2.3锥光镜下的观察

矿物晶体的轴性（一轴晶还是二轴晶）、光性符号（正光性负光性）、光轴角（二轴晶2V）、晶体切面方位，是其重要的光学性质，这些在单偏光和正交偏光下都无法鉴定。

既然使用直射光不行（单偏光和正交偏光下的入射光彼此近似平行），人们想到了使入射光倾斜来进行观察，锥光镜就是根据这种设想设计的。

在下偏光镜之上、载物台之上，加上一个聚光镜，使透出下偏光镜的平行偏光变成锥形偏光，换上高倍物镜，推入勃氏镜或去掉目镜，上偏光镜继续保留，这样构成一个完整的锥光系统。

射入矿片的锥光束，除中央一条光波垂直入射外，其余光波都是倾斜射入，而且越

往外倾斜角度越大，不同方向的入射光同时通过矿片，到达上偏光镜后发生的消光和干涉应不相同，在镜下呈现特殊的干涉图，根据这种干涉图可以测出矿物的一些有用的光学性质。

2.3.1一轴晶矿物的干涉图

一轴晶矿物的任何切面都会产生某一种干涉图，可以分为垂直光轴、斜交光轴、平行光轴三种类型。

其中以垂直或接近垂直光轴的切面的干涉图易于观察。

垂直光轴的切面，在正交偏光下无论怎么旋转物台都呈黑色或接近黑色，在锥光镜下，其干涉图由一个黑十字与同心圆干涉色色圈组成，黑十字的臂与上下偏光振动方向平行，插入试板，根据四个扇面（象限）中干涉色的升降变化，就能确定Ne（Ne'）与No的相对大

小，从而确定矿物的光性符号。

在斜交光轴的切面中，黑十字的中心不在视域中心，旋转物台，黑十字及干涉图围绕视域中心旋转，当黑十字偏离中心过多，视域中只见到黑十字的一条臂，但是黑十字的中心仍然可以通过观察臂的移动推断。

知道了黑十字中心的位置，根据四个象限里试板插入以后干涉色的升降，就可以同样测出矿物的光性符号。

平行光轴的切面，当光轴与上下偏光振动方向之一平行时，为一粗大模糊的黑十字，稍稍转动物台，黑十字从中心分裂，并沿光轴方向迅速退出视域。

光轴即为Ne方向，插入试板即可测出光性符号。

根据一轴晶干涉图的特点，亦可以反过来判断其轴性和切面方向。

2.3.2二轴晶矿物的干涉图

二轴晶矿物的干涉图比一轴晶要复杂得多，可有五种类型的干涉图，即垂直锐角等分线切面、垂直一个光轴切面、斜交光轴（与锐角等分线也斜交）、垂直钝角等分线切面、平行光轴面切面的干涉图。

其中，以垂直锐角等分线切面干涉图最有代表性，垂直一个光轴的干涉图对于测定矿物光性也很简捷，而以斜交光轴同时斜交锐角等分线的干涉图最为常见，下面只介绍这三种类型的干涉图，以及如何运用它们测定二轴晶矿物的光性符号。

垂直锐角等分线的切面，处于消光位时（光轴面与上下偏光振动方向之一平行），干涉图由一个黑十字及8字形干涉色色圈组成，黑十字位于视阈中心，8字形干涉色色圈以两个光轴出露点为中心，其干涉色级序向外逐渐升高。

转动物台，黑十字从中心分成两个弯曲的黑带，当转动物台45o时，两个弯曲黑带顶点之间的距离最远，它们代表两个光轴的出露点，其距离与光轴角大小成正比。

在弯曲黑带顶点内外，，与光轴面迹线一致的光率体椭圆切面的长短半径正好相反，此时插入试板，如果两个弯曲黑带顶点之间干涉色升高，而弯曲黑带凹方干涉色降低，则为正光性矿物；如果情况相反，则为负光性矿物。

垂直一个光轴切面的干涉图相当于垂直锐角等分线干涉图的一半，当光轴面与上下偏光振动方向成45°夹角时，插入试板，根据弯曲黑带凹凸方向干涉色升高和降低的情况，按照垂直锐角等分线切面同样的方法，可以测定其光性符号。

斜交光轴和锐角等分线的切面最为常见，其干涉图相当于垂直锐角等分线干涉图的一部分，按照切面与光轴面垂直还是斜交可以有两种类型，当光轴面与上下偏光振动方向之一平行时，前者其黑带在视阈中心，后者黑带偏在视阈一侧，转动物台45°，插入试板，根据黑带凹凸两边干涉色升降的情况，按照垂直锐角等分线同样的方法，即可测定其光性符号。

根据干涉图的特点就可以反过来判断矿物的轴性和切面方向。

二轴晶平行光轴面的切面的干涉图与一轴晶平行光轴切面的干涉图相似，这种切面不能判断轴性。

一般也不用这种切面测光性符号。

2.3.3二轴晶矿物光轴角的估算

二轴晶矿物的光轴角2V是一个重要的光学常数，利用其垂直一个光轴的切面的干涉图可以粗约地估算出其光轴角。

在光轴面与上下偏光振动方向成45°夹角时，可以根据黑带的弯曲程度估量光轴角的大小。

注意这只适用于平均折射率为1.60的矿物，要较为精确地测定光轴角，需要用垂直锐角等分线的切面进行（马拉尔法、托比法、逸出角法）。