工藝礦物學(xué)礦物的偏光顯微鏡鑒定

2礦物的偏光顯微鏡鑒定前言

自然界中3300多種礦物（不包括人造礦物）。

這些礦物有其自身的化學(xué)組成、晶體結(jié)構(gòu)、一定的形態(tài)和物理性質(zhì)。

2.1晶體光學(xué)基本性質(zhì)自然光與偏振光2.1.2光在均質(zhì)體與非均質(zhì)體中的傳播物質(zhì)中級晶族非晶質(zhì)礦物等軸晶系礦物均質(zhì)體低級晶族非均質(zhì)體光波在透明礦物中傳播特點：光波在透明礦物中傳播特點特定頻率的光波在均質(zhì)體中傳播基本上不改變?nèi)肷涔獠ǖ恼駝犹攸c和振動方向。特定頻率的光波在非均質(zhì)體中傳播時，其傳播速度隨光波在晶體中的振動方向而發(fā)生改變。

光波入射非均質(zhì)體，除特殊方向外，都要發(fā)生雙折射，分解形成振動方向不同，傳播速度不同、折射率不等的2個偏光，其之差為雙折射率。2.1.3

光率體

光波沿非均質(zhì)體的特殊方向入射時（如沿中級晶族晶體的Z軸方向），不發(fā)生雙折射，基本不改變?nèi)肷涔獠ǖ恼駝犹攸c和振動方向。這個特殊方向稱作光軸。中級晶族晶體只有1個光軸方向，稱為一軸晶。低級晶族晶體有2個光軸方向，稱為二軸晶。2.1.3

光率體

光率體：表示光波在晶體中傳播時，將光波振動方向與該方向折射率指聯(lián)系起來的一種空間圖形。(1)光率體是虛幻的，但卻是實實在在存在的。(2)晶體中有無數(shù)個光率體。(3)晶體的任何切面都必須通過光率體的中心。一光率體其具體作法是設(shè)想自晶體中心起，沿光波振動方向按比例截取相應(yīng)的折射率值，每一個振動方向都能作出一個線段，把各個線段的端點連接起來便構(gòu)成一個立體圖形，此即為光率體。1均質(zhì)體的光率體光波在均質(zhì)體中傳播時，向任何方向振動，其傳播速度不變，折射率值相等。因此，均質(zhì)體的光率體是一個圓球體。均質(zhì)體光率體任何方向的切面都是圓切面，圓切面半徑代表均質(zhì)體的折射率值（N）。

均質(zhì)體光率體的特點均質(zhì)體光率體為一個圓球體只有一個折射率值-N雙折射率值為零三一軸晶光率體一軸晶光率體是一個以Z晶軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)橢球體，而且有正負之分。這類礦物有最大和最小兩個主持射率值，分別以符號Ne和No表示正光性光率體負光性光率體一軸晶光率體的主要切面

一軸晶光率體為以Z軸為軸的旋轉(zhuǎn)橢球體只有一個與Z軸平行的光軸有兩個主折射率值，即Ne、NoNe始終平行Z軸，No垂直Z軸正光性Ne＞No，負光性Ne＜No最大雙折射率值為Ne-No一軸晶光率體的特點1．正光性光率體正光性光率體---為一個長形旋轉(zhuǎn)橢球體，旋轉(zhuǎn)軸為長軸，光波平行Z軸（光軸）振動時的折射率值總是大于垂直Z軸振動時的折射率，即Ne＞No。凡具這種特點的光率體稱為一軸晶正光性光率體，相應(yīng)的礦物稱一軸晶正光性礦物。如石英。2．負光性光率體

負光性光率體---為一個偏形旋轉(zhuǎn)橢球體，其旋轉(zhuǎn)軸為短軸，光波平行Z軸振動時的折射率總是小于垂直Z軸振動時的折射率，即Ne＜No。凡具這種特征的光率體稱為一軸晶負光性光率體，相應(yīng)的礦物稱一軸晶負光性礦物。如方解石。3．一軸晶光率體的主要切面①垂直光軸的切面：為圓切面，其半徑等于No。光波垂直這種切面入射時（即沿光軸入射），不發(fā)生雙折射，也不改變?nèi)肷涔獠ǖ恼駝臃较?，相?yīng)的折射率等于No，雙折率等于零。一軸晶光率體只有一個這樣的圓切面。②平行光軸的切面：為橢圓切面，其長短半徑分別為No與Ne（正光性：長半徑為Ne，短半徑為No；負光性；長半徑為No，短半徑為Ne）。光波垂直這種切面入射時（即垂直光軸入射），發(fā)生雙折射分解形成兩種偏光。其振動方向必定分別平行橢圓切面的長短半徑，相應(yīng)的折射率必定分別等于橢圓切面的長短半徑Ne與No。雙折率必等于橢圓切面長短半徑Ne與No之差，是一軸晶礦物的最大雙折率。這種切面是一軸晶光率體的主切面。四

二軸晶光率體二軸晶礦物晶體的三個結(jié)晶軸單位不相等（a≠b≠c），表明它們?nèi)瓤臻g方向的不均一性。實驗證明，這類礦物都具有大、中、小三個主折射率值，它們分別與互相垂直的三個振動方向相當(dāng)，通常以符號Ng、Nm、Np代表大、中、小三個方折射率值。當(dāng)光波沿其它方向振動時，相應(yīng)的折射率值遞變于Ng、Nm、Np之間，一般以符號Ng′和Np′表示，它們與Ng、Np的相對大小關(guān)系是：Ng＞Ng′＞Nm＞Np′＞Np。二軸晶光率體是一個三軸不等的橢球體。即三軸橢球體。光學(xué)主軸光軸光軸面與光軸角光性二軸晶光率體的主要切面1光學(xué)主軸二軸晶光率體（三軸橢球體）中，三個互相垂直的軸代表二軸晶礦物的三個主要光學(xué)方向，稱光學(xué)主軸，簡稱主軸，即Ng軸、Nm軸和Np軸。其中Ng＞Nm＞Np。

Nm-NpNg-NpNg-Nm包括兩個主軸的切面，稱主軸面（主動面）。二軸晶光率體有三個互相垂直的主軸面，即NgNp面、NgNm面與NmNp面2光軸二軸晶光率體是一個三軸不等的橢球體，通過Nm軸在光率體的一側(cè)（Ng軸與Np軸之間），可以連續(xù)作一系列橢圓切面。這些切面的半徑之一始終是Nm軸，另一半徑遞變于Ng與Np之間。在它們中間總可找到一個半徑相當(dāng)于Nm的圓切面。在光率體的另一側(cè)，同樣可截出另一圓切面。光波垂直這兩個圓切面入射時，不發(fā)生雙折射，因而這兩個方向是光軸方向，以符號“OA”表示。通過光率體中心，只能截出兩個圓切面，即只有兩個光軸，故稱二軸晶。

包括兩個光軸的面稱光軸面（與主軸面NgNp面一致），以符號“Ap”表示。通過光率體中心而垂直光軸的方向稱光學(xué)法線（與主軸Nm軸一致）。兩個光軸之間所夾的銳角稱光軸角，以符號“2V”表示。3光軸面與光軸角4光性根據(jù)Ng、Nm、Np的相對大小確定二軸晶礦物的光性符號。最大雙折射率值為Ng-Np當(dāng)Ng-Nm＞Nm-Np時，為正光性。兩個光軸之間的銳角等分線（Bxa）必定是Ng軸,Ng=Bxa或Np=Bxo。二軸晶光率體的特點二軸晶光率體為以三軸不等的橢球體并有兩個光軸，其夾角為2V角有三個主折射率值，即Ng、Nm、NpNm值始終不變，并組成一個垂直光軸的圓切面正光性Ng-Nm＞Nm-Np，Ng=Bxa負光性Ng-Nm＜Nm-Np，Np=Bxa最大雙折射率值為Ng-Np4二軸晶光率體的主要切面①垂直光軸的切面---圓切面，其半徑等于Nm。光波垂直這種切面入射時（即沿光軸入射），不發(fā)生雙折射，也不改變?nèi)肷涔獠ǖ恼駝臃较?。其折射率等于Nm，雙折率等于零。②平行光軸面的切面---橢圓切面（相當(dāng)于主軸面NgNp面），其長短半徑分別等于Ng與Np。光波垂直這種切面入射（即沿Nm入射）時，發(fā)生雙折射，分解形成兩種偏光。其振動方向分別平行Ng軸與Np軸；折射率分別等于主折射率Ng與Np。雙折率等于Ng-Np，是二軸晶礦物的最大雙折率。③垂直Bxa的切面---橢圓切面。正光性晶體相當(dāng)于主軸面NmNp面；負光性晶體相當(dāng)于主軸面NgNm面。光波垂直這種切面入射時（即沿Bxa方向入射），發(fā)生雙折射，分解形成兩種偏光。其振動方向分別平行Nm軸與Np軸或Nm與Ng軸；折射率分別等于Nm與Np或Nm與Ng軸。雙折率等于Nm—Np或Ng—Nm，其大小介于零與最大值之間。④垂直Bxo的切面橢圓切面。正光性晶體相當(dāng)于主軸面NgNm面，負光性晶體相當(dāng)于主軸面NmNp面。光波垂直這種切面入射（即沿Bxo方向入射），發(fā)生雙折射，分解形成兩種偏光。其振動方向分別平行Nm與Ng軸或Nm與Np軸；折射率分別等于Ng與Nm或Np與Nm。雙折率等于Ng—Nm或Nm—Np，其大小介于零與最大值之間。但無論光性是正或是負，垂直Bxa切面的雙折率總是小于垂直Bxo切面的雙折率。⑤斜交切面：既不垂直主軸，也不垂直光軸的切面屬于斜交切面。這種切面有無數(shù)個，它們都是橢圓切面（非主軸面）。第六節(jié)光性方位光性方位：光率體主軸與晶體結(jié)晶軸之間的關(guān)系。中級晶簇光性方位：

c晶軸與Ne一致。低級晶簇光性方位：斜方晶系：三個主軸與三個結(jié)晶軸一致。如黃玉。單斜晶系：b晶軸與光率體三個主軸之一重合，其余斜交。如透閃石。三斜晶系：光率體三個主軸與三個結(jié)晶軸斜交。如斜長石。一軸晶（中級晶族）光性方位X二軸晶（低級晶族）光性方位第二章偏光顯微鏡第一節(jié)偏光顯微鏡的構(gòu)造第二節(jié)偏光顯微鏡的調(diào)節(jié)與校正一、裝卸鏡頭二、調(diào)節(jié)照明三、調(diào)節(jié)焦距四、校正中心五、視域直徑的測定六、目鏡十字絲的檢查七、偏光鏡的校正八、顯微鏡的維護與保養(yǎng)第三節(jié)巖石薄片磨制法簡介第一節(jié)偏光顯微鏡的構(gòu)造

偏光顯微鏡是研究透明礦物光學(xué)性質(zhì)的重要儀器。它具有兩個偏光鏡:

下偏光鏡(起偏鏡)，裝在載物臺之下；上偏光鏡(分析鏡)，裝在接物鏡之上的鏡筒中。從上下偏光鏡中透出的偏光，其振動面互相垂直。

圖2-1偏光顯微鏡的基本構(gòu)造示意圖1-目鏡；2-鏡筒；3-勃氏鏡；4-上偏光鏡；5-物鏡夾；6-試板孔；7-物鏡；8-薄片夾；9-載物臺；10-聚光鏡；11-鎖光圈；12-下偏光鏡；13-反光鏡；14-鏡座；15-載物臺固定螺旋；16-鏡臂；17-微動調(diào)焦螺旋；18-粗動調(diào)焦螺旋

圖2-2偏光顯微鏡及其構(gòu)成1、鏡座：支持顯微鏡的全部質(zhì)量2、鏡臂：下端連接鏡座，上端連接鏡筒，鏡筒的連接處，裝有粗動和微動調(diào)焦螺旋，可使鏡筒升降。3、反光鏡：為具平、凹兩面的小圓鏡，可任意轉(zhuǎn)動，以便對準光源，把光線反射到顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)中。4、下偏光鏡：由偏光片制成，位于光源之上，可把自然光變成振動面固定的偏光，可調(diào)節(jié)下偏光振動方向。其方向一般以PP表示。5、鎖光圈：位于下偏光鏡之上，可使鎖光圈自由開合，用以控制光線的通過量。6、聚光鏡：位于鎖光圈和載物臺之間，由一組透鏡組成，可把由下偏光鏡透出的平行偏光束高度會聚成錐形偏光束7、載物臺：一個可以水平轉(zhuǎn)動的圓形平臺，圓周邊緣有360度的刻度。8、鏡筒：其上端插目鏡，下端裝物鏡，中間裝有勃氏鏡、上偏光鏡及試板孔9、物鏡：每個物鏡上注有放大倍率及數(shù)值孔徑（N.A.)光孔角：通過物鏡前透鏡最邊緣光線與前焦點所構(gòu)成的夾角θ。數(shù)值孔徑：nsinθ,θ—光孔角；

n—物鏡與物體之間介質(zhì)的折射率10、上偏光鏡，振動方向與下偏光鏡振動方向垂直，一般以AA表示。11、勃氏鏡：位于目鏡和上偏光鏡之間，是一個小凸透鏡，主要起對圖像放大的作用。2.裝卸物鏡

因顯微鏡型號不同，物鏡的裝卸有下列幾種情況：

①彈簧夾型，將物鏡上的小釘，夾于鏡筒下端彈簧夾的凹陷處，即可卡住物鏡(圖2-4)。

②轉(zhuǎn)盤型，將物鏡安裝在鏡筒下端的物鏡旋轉(zhuǎn)盤上。再將需用的物鏡轉(zhuǎn)到鏡筒下方，轉(zhuǎn)至彈簧卡住為止(圖2-5)。轉(zhuǎn)過頭或未到應(yīng)有位置都會使物鏡過分偏離目鏡中軸而不能校正中心。

③螺絲口型，將選用的物鏡安裝在鏡筒下方的螺絲口上，擰緊為止。第二節(jié)偏光顯微鏡的調(diào)節(jié)與校正一、裝卸鏡頭1.裝目鏡

將選用的目鏡插入鏡筒(圖2-3)，并使目鏡十字絲位于東西、南北方向。雙目鏡筒還需調(diào)節(jié)兩個目鏡間的距離，使眼睛間距與雙筒視域一致。三、調(diào)節(jié)焦距（準焦）

1.完成裝卸鏡頭及調(diào)節(jié)照明之后，將欲測礦片置載物臺中心，并用載物臺上的一對彈簧夾把礦片夾緊。必須使薄片的蓋玻璃朝上，否則不能準焦，特別是使用高倍物鏡時。

2.從側(cè)面觀察，轉(zhuǎn)動粗動調(diào)焦螺旋，使鏡筒下降或使載物臺上升，至鏡筒下端的物鏡與載物臺上的薄片比較靠近為止(圖2-7)。

3.從目鏡中觀察，轉(zhuǎn)動粗動調(diào)焦螺旋，使鏡筒緩緩上升，或使載物臺緩緩下降，至視域內(nèi)物像基本清楚，再轉(zhuǎn)動微動調(diào)焦螺旋，直至視域內(nèi)物像完全清晰為止。注意：在調(diào)焦時，絕不能眼睛看著鏡筒內(nèi)而下降鏡筒或上升載物臺。二、調(diào)節(jié)照明（對光）裝上目鏡及中倍物鏡以后，輕輕推出上偏光鏡及勃氏鏡，打開鎖光圈，目視鏡筒內(nèi)，轉(zhuǎn)動反光鏡使對準光源，直至視域最明亮為止(圖2-6)。注意不能把反光鏡直接對準太陽光。四、校正中心1.

測量中倍或低倍物鏡的視域直徑，可以直接使用有刻度的透明尺測定。測定時將透明尺置載物臺中心部位，對準焦點后，觀察視域直徑的長度值，并做記錄。

2.

測量高倍物鏡的視域直徑，可以使用物臺微尺測定。物臺微尺是嵌在玻璃片中心的一個小微尺，總長度為1~2mm，其中刻有100~200個小格，每小格為0.01mm。測量時，將物臺微尺置載物臺中心，對準焦點，觀察視域直徑相當(dāng)于物臺微尺的多少小格。若為20格，則視域直徑為20×0.01=0.2mm。五、視域直徑的測定

先將具有直邊的礦物顆粒置視域中心，使礦物的直邊與目鏡十字絲的橫絲平行，記錄載物臺讀數(shù)；轉(zhuǎn)動載物臺90o，觀察礦物直邊是否與目鏡十字絲的縱絲平行。若平行，說明十字絲是正交的；若不平行，說明目鏡十字絲不正交，需作專門修理。

六、目鏡十字絲的檢查

在偏光顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)中，下、上偏光鏡的振動方向應(yīng)當(dāng)正交，并為東西、南北方向，且分別與目鏡十字絲平行。其校正方法如下：

(一)確定及校正下偏光鏡的振動方向

1、用中倍物鏡準焦后，在巖石薄片中找一個具完全解理縫的黑云母置視域中心。轉(zhuǎn)動載物臺，使黑云母的顏色變得最深為止(圖2-8)。此時，黑云母解理縫方向代表下偏光鏡振動方向（因為光波沿黑云母解理縫方向振動時，吸收最強，顏色最深）。

2、若黑云母解理縫方向與目鏡十字絲的橫絲（東西方向）平行，則不需要校正。3、若不平行(圖2-8)，轉(zhuǎn)動載物臺，使黑云母解理縫方向與目鏡十字絲的橫絲平行，旋轉(zhuǎn)下偏光鏡，至黑云母的顏色變得最深為止。此時下偏光鏡振動方向位于東西方向(圖2-8)。七、偏光鏡的校正

圖2-7下偏光鏡振動方向的校正(二)檢查上、下偏光鏡振動方向是否正交

使用中倍物鏡，調(diào)節(jié)照明使視域最亮。推入上偏光鏡，如果視域黑暗，證明上、下偏光鏡振動方向正交。若視域不黑暗，說明上、下偏光鏡振動方向不正交。如果下偏光鏡振動方向已經(jīng)校正至東西方向，則需要校正上偏光鏡振動方向。轉(zhuǎn)動上偏光鏡至視域黑暗為止（相對黑暗）。如果顯微鏡中的上偏光鏡不能轉(zhuǎn)動，則需要作專門修理(三)檢查目鏡十字絲是否嚴格與上、下偏光鏡振動方向一致

在巖石薄片中選一個具極完全解理縫的黑云母，置視域中心，轉(zhuǎn)動載物臺，使黑云母解理縫與目鏡十字絲之一平行。推入上偏光鏡，若黑云母變黑暗（消光），證明目鏡十字絲分別與上、下偏光鏡振動方向一致。若黑云母不全黑暗（未達消光位），轉(zhuǎn)動載物臺，使黑云母變黑暗（達消光位）。推出上偏光鏡，旋轉(zhuǎn)目鏡，使十字絲之一與黑云母解理縫平行。此時目鏡十字絲與上、下偏光鏡振動方向一致。1．搬動或放置顯微鏡時，必須輕拿輕放，防止震動。從鏡箱里取顯微鏡時，必須一手握鏡臂，另一手托住鏡座，切勿用手提住微動螺絲以上的任何部分。

2．鏡頭必須保持清潔，若有灰塵需用擦鏡頭的專用軟紙擦，切不可用手指或其它紙擦，以防損壞鏡頭。

3．顯微鏡的任何部件，應(yīng)嚴防墜地或跌落，用畢放回原處，嚴禁亂放或夾在書中帶走。

4．尚未學(xué)習(xí)使用的部分（包括附件）切勿亂動，更不準隨便拆卸。

5．薄片置于載物臺上，蓋玻璃必須朝上，且用彈簧夾緊。

6．操作使用各部件，動作要輕柔，發(fā)現(xiàn)難于轉(zhuǎn)動之部件，切忌用力，以防損壞，并要及時報告教師。

7．下降鏡筒時，首先要用眼睛從側(cè)面注視，切勿使物鏡與薄片相撞而損壞鏡頭和薄片。

8．注意保持顯微鏡清潔干燥，切忌曬到太陽或距熱源太近，以防損壞光學(xué)部件。

八、偏光顯微鏡的維護與保養(yǎng)9．試板插入試板孔，若孔大不緊，不得松開手；若孔小費力，則應(yīng)一手握牢鏡臂，另一手緩緩插入或抽出試板。

10．放置顯微鏡，不要靠近桌邊；使用時鏡臂傾斜不要過大，離開座位時要豎直鏡臂。附件盒要放于實驗桌面中央較安全方便之處。

11．顯微鏡用完后：（1）卸去薄片，放入薄片盒。（2）卸去物鏡裝入物鏡盒，再將鏡筒下降至最低位，扶直鏡筒。（3）將上偏光鏡和勃氏鏡推入鏡筒內(nèi)，有鏡筒蓋者，可將目鏡卸去，放入目鏡盒，并將目鏡蓋蓋在鏡筒上；無鏡筒蓋者則不卸目鏡；有罩者置好罩布，再將顯微鏡及鏡頭、附件等輕輕放回箱內(nèi)原位鎖好。

12．實驗者和顯微鏡均須固定位置，不得隨意串座和搬動顯微鏡。使用顯微鏡前需仔細檢查，發(fā)現(xiàn)缺損問題立即報實驗教師核準記錄，然后備用。凡屬實驗之中因不遵守操作規(guī)程而出現(xiàn)問題者，均由當(dāng)次實驗者負責(zé)。巖石薄片是由薄的礦片、載玻璃片與蓋玻璃片組成。1.切片用切片機從巖石標本上切下一小塊（定向或不定向）。磨片在磨片機上把該巖塊的一面磨平。用加拿大樹膠把這一平面粘在載玻璃片中部（其大小為25mm×80mm，厚約1mm）。再磨另一面，磨至厚度0.03mm為止。粘結(jié)用加拿大樹膠把蓋玻璃粘在巖石薄片上（蓋玻璃大小為15mm×15mm至20mm×20mm，厚度0.1~0.2mm）。礦片第三節(jié)巖石薄片磨制法簡介

圖2-3裝目鏡

圖2-4裝物鏡

圖2-5裝物鏡

圖2-6調(diào)節(jié)照明示意圖

圖2-7調(diào)節(jié)焦距示意圖2.3透明礦物在單偏光鏡下的光學(xué)性質(zhì)1礦物晶體的形態(tài)2.3透明礦物在單偏光鏡下的光學(xué)性質(zhì)根據(jù)晶面的發(fā)育程度，可確定晶體的結(jié)晶程度，大致可分為3類：（1）自形晶晶形完整，晶體發(fā)育完整的晶面包圍。（2）半自形晶晶形較完整。（3）他形晶晶形不完整，晶體全由發(fā)育不完整的晶面組成。2.3.2解理及其夾角的測定解理縫（概念）（1）極完全解理

解理縫細密而長，貫穿整個礦物晶粒（2）完全解理

解理縫較稀、粗，且不完全連貫（3）不完全解理

解理縫斷斷續(xù)續(xù)，有時只能看到大致的方向。2.3.2解理及其夾角的測定解理夾角測定（1）選擇垂直于2組解理面的切面。（2）旋轉(zhuǎn)載物臺，使一組解理縫平行十字絲豎絲如圖a所示，記下載物臺讀數(shù)a。（3）旋轉(zhuǎn)載物臺，使另一組解理縫平行目鏡豎絲如圖b所示，記下載物臺讀數(shù)b。二者之差為解離夾角。2.3.3顏色和多色性、吸收性2.3.4薄片中礦物的邊緣、貝克線、糙面及突起（1）礦物的邊緣與貝克線在2種折射率不同的物質(zhì)接觸處，可以看到比較黑暗的邊緣，稱礦物的邊緣。在邊緣的附