-《透明礦物薄片鑒定手冊(cè)》

作者:常麗華等

可以被自然光透射的礦物稱透明礦物，包括造巖礦物、部分稀有稀土礦物。它們是光性礦物學(xué)的主要研究對(duì)象。將欲研究的透明礦物或其巖石磨制成厚度約為0.03mm的薄片(標(biāo)準(zhǔn)厚度是0.03mm)，在偏光顯微鏡的透射光下觀察、研究礦物的光學(xué)性質(zhì)和測(cè)定光學(xué)常數(shù)，從而準(zhǔn)確識(shí)別礦物并為巖石正確命名提供依據(jù)。

眾所周知，巖石主要是由透明礦物所組成，無論對(duì)巖石進(jìn)行一般觀察還是進(jìn)一步探討其成因及演化歷史，均離不開最基礎(chǔ)的透明礦物的偏光顯微鏡下鑒定。因?yàn)橹挥袦?zhǔn)確識(shí)別組成巖石的各種礦物，才有可能進(jìn)一步觀察和研究這些礦物間的交生關(guān)系及其變化等。進(jìn)而為鑒別巖石類型、研究巖石的成因等問題打下良好的基礎(chǔ)。

一、偏光顯微鏡下透明礦物光性的鑒別
在偏光顯微鏡下鑒定透明礦物的光學(xué)性質(zhì)主要通過單偏光、正交偏光、錐光三個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行。在單偏光鏡下主要觀察礦物的突起、晶形、顏色、多色性、吸收性及解理等；正交偏光鏡間則主要觀察礦物的最高干涉色、消光類型、消光角、延性符號(hào)、雙晶等，它們是鑒定非均質(zhì)體礦物的另一些光性特征；錐光鏡下主要是確定非均質(zhì)體礦物的軸性、光性、光軸角和光軸色散等，它們對(duì)區(qū)別某些礦物具有重要意義。上述透明礦物光學(xué)性質(zhì)和常數(shù)是我們對(duì)每個(gè)礦物進(jìn)行描述的主要內(nèi)容，也是編制透明礦物鑒定檢索表的基本數(shù)據(jù)。

(一)單偏光系統(tǒng)下觀察的主要內(nèi)容
1.礦物的突起

* 長(zhǎng)期以來國(guó)內(nèi)外有關(guān)書籍中引用的突起等級(jí)，均以N樹=1.54劃分，該欄所列即為公認(rèn)的等級(jí)。考慮到近年來我國(guó)一些單位磨制薄片所用樹膠折射率偏高(1.56～1.57)的特點(diǎn)，表中最后一欄列出了其相對(duì)應(yīng)的突起參考等級(jí)。

折射率是透明礦物最基本也是最主要的光學(xué)常數(shù)，但在薄片中無法直接測(cè)出每個(gè)礦物的折射率值，而只能借助于直觀的突起初步鑒定。礦物的突起決定于礦物本身的折射率和樹膠折射率之差(加拿大樹膠折射率為1.54)。長(zhǎng)期以來人們習(xí)慣將突起分為6～7 個(gè)等級(jí)，以方便鑒定，表1-1列出了本書所采用的突起等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。表中的負(fù)突起指N 礦＜N 樹；正突起指N 礦＞N 樹(N 礦為礦物折射率，N 樹為樹膠折射率)。表中的低、中、高等則表示N 礦與N 樹間的差值由小至大。

2.礦物的晶形、解理和裂理
(1)礦物的晶形

薄片中所見到的礦物形態(tài)，并不是其完整的晶形，而是礦物某一切面的輪廓；因此要想判斷某礦物的晶形，必須觀察該礦物的各個(gè)切面，綜合考慮。如角閃石常見到長(zhǎng)方形輪廓，同時(shí)也能見到近六邊形或菱形輪廓，綜合后可認(rèn)為角閃石為長(zhǎng)柱狀；又如長(zhǎng)石常見的是近方形和長(zhǎng)方形輪廓，可判斷其為板狀。

在巖石薄片中一般常見的礦物形態(tài)如表1-2所示，供參考。

(2)礦物的解理和裂理

在薄片中礦物的解理表現(xiàn)為沿一定結(jié)晶方向平行排列的細(xì)縫線，即解理縫。裂理(或稱裂開、裂紋)是沿雙晶面破裂或沿細(xì)微包裹體分布的縫線，一般不如解理縫線平直，多數(shù)表現(xiàn)彎曲，定向性不明顯。但也有例外，特別是異剝輝石(照片472)裂理很發(fā)育，縫線平直細(xì)密。

不同礦物解理發(fā)育程度不同，例如云母類礦物具極完全(有人劃為完全)解理，表現(xiàn)為解理縫細(xì)，彼此間距離均勻，往往呈連續(xù)的直線貫穿整個(gè)晶體(照片279)；角閃石、輝石和長(zhǎng)石具完全(或中等)解理，表現(xiàn)為解理縫清晰但較稀，不完全貫穿晶體而有中斷現(xiàn)象(照片342)；橄欖石則具不完全解理，表現(xiàn)為解理縫稀疏，斷斷續(xù)續(xù)，有時(shí)僅見解理痕跡。相反橄欖石的裂紋發(fā)育，表現(xiàn)為無一定方向的不平直的縫線(照片414)。石英、石榴子石屬無解理的礦物，后者更常見裂紋(照片33)。

必須指出，解理清晰程度還與切面方向以及礦物和樹膠折射率差值有關(guān)。例如云母雖然具有極完全解理，但在平行或近平行其解理面切面中不見解理。角閃石、輝石和長(zhǎng)石均具完全解理，但在薄片中前兩種礦物常見解理，而長(zhǎng)石因折射率接近樹膠而往往解理不明顯(縮小光圈可以見到)。由此可見，在鑒定礦物時(shí)要多方觀察，綜合考慮。

3.礦物的顏色、多色性和吸收性
(1)顏色

指單偏光鏡下白光(七色光組成)透過晶體后呈現(xiàn)的顏色，它是未被晶體吸收的部分色光的混合色。如果各色光被礦物等量吸收，透過礦物后仍為白光則該礦物不顯示顏色，稱無色礦物。此外，顏色還與礦物的其他性質(zhì)有關(guān)，如所含色素離子種類和電價(jià)，如含Mn 3+常為紅色，含Cr 3+多為綠色。

(2)多色性和吸收性

對(duì)非均質(zhì)體礦物的非垂直光軸(光軸面)切面而言，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)時(shí)若見到顏色有變化稱為多色性；若見到顏色深淺有變化稱吸收性。這是由于非均質(zhì)體礦物具有各向異性，對(duì)各色光波的選擇吸收和吸收程度隨振動(dòng)方向而變化的結(jié)果。

例如一軸晶礦物電氣石具有兩個(gè)振動(dòng)方向N e(或N e′，)和N o，當(dāng)N e(或N e′，)平行下偏光時(shí)見到淺褐色而N o平行下偏光時(shí)見到紫褐色，其吸收性N o＞N e(照片91)，稱為反吸收性。又如二軸晶礦物藍(lán)閃石具三個(gè)主振動(dòng)方向(N g，N m，N p)，其多色性：N g—深藍(lán)色，N m—淺紫色，N p—淺黃色。吸收性：N g＞N m＞N p，稱為正吸收性。要想見到這三個(gè)方向的顏色需要至少在兩個(gè)切面上觀察。

(二)正交偏光系統(tǒng)下觀察的主要內(nèi)容
均質(zhì)體礦物由于各向同性，所以任何切面在正交偏光間均表現(xiàn)為全消光(轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)消光不變)。因此均質(zhì)體礦物只有在單偏光鏡下觀察(有些礦物非均質(zhì)化除外)。對(duì)非均質(zhì)體礦物，除單偏光系統(tǒng)外，還需在正交偏光甚至錐光系統(tǒng)下觀察，以便將相似的礦物區(qū)分開。

1.消光類型及延性符號(hào)
(1)消光類型和消光角

消光類型是指礦片處在消光位時(shí)，其解理縫(雙晶縫)或晶體輪廓等與目鏡十字絲(代表上下偏光振動(dòng)方向)的相互關(guān)系。當(dāng)?shù)V片處于消光位時(shí)，若①解理(雙晶)或晶體輪廓與十字絲之一平行時(shí)，稱平行消光；②兩組解理或晶體輪廓平分十字絲時(shí)，稱對(duì)稱消光；③解理或晶體輪廓與十字絲之一斜交時(shí)稱斜消光，如圖1-1所示。消光類型與晶體的光性方位有關(guān)，一軸晶礦物和二軸晶斜方晶系的礦物絕大多數(shù)見到的是平行消光和對(duì)稱消光，二軸晶三斜晶系的礦物均為斜消光，而單斜晶系礦物則三種消光類型均可見到，以斜消光為主。

對(duì)斜消光的某些礦物，消光角是鑒定它們的光學(xué)常數(shù)之一，但需根據(jù)不同礦物的要求，選擇切面測(cè)量，如斜長(zhǎng)石測(cè)量(010)∧N p′，可準(zhǔn)確確定其變種，具體要求和測(cè)量方法見斜長(zhǎng)石有關(guān)章節(jié)；又如區(qū)別角閃石的變種時(shí)，要求在平行光軸面的切片上測(cè)c∧N g。

(2)延性符號(hào)

指晶體的長(zhǎng)方向(如柱狀、針狀、板狀礦物)與光率體長(zhǎng)、短半徑的關(guān)系。當(dāng)晶體的長(zhǎng)方向與光率體長(zhǎng)半徑(慢光)平行或夾角小于45°時(shí)為正延性；當(dāng)晶體長(zhǎng)方向與光率體短半徑(快光)平行或夾角小于45°時(shí)為負(fù)延性；應(yīng)當(dāng)注意的是礦物長(zhǎng)方向平行N m(或夾角小于45°)時(shí)延性可正可負(fù)；如果長(zhǎng)形礦物消光角為45°時(shí)不分延性正、負(fù)。

2.干涉色及雙折射率
干涉色是非均質(zhì)體、非垂直光軸或光軸面的切片，在正交偏光間，當(dāng)白光不同波長(zhǎng)的七色光通過晶體時(shí)，由白光干涉而成，這種干涉結(jié)果是光程差起主導(dǎo)作用，即一定的光程差對(duì)應(yīng)一種干涉色。而光程差又與薄片厚度、雙折射率有關(guān)，其公式為：

R=d·(N 1-N 2)

式中：R—光程差；d—薄片厚度(標(biāo)準(zhǔn)為0.03mm)；(N 1-N 2)—雙折射率；圖1-2反映了它們間的這種關(guān)系，圖中橫坐標(biāo)為光程差R及對(duì)應(yīng)的干涉色，縱坐標(biāo)為薄片厚度d，斜線則為雙折射率(N 1-N 2)。

值得注意的是，薄片中的同種礦物，由于切片方向不同，其雙折射率不同，干涉色也不同，其中只有平行光軸(一軸晶)或平行光軸面(二軸晶)的切片才具有最大的雙折射率(一軸晶為｜N e-N o｜，二軸晶為N g-N p)和最高干涉色，對(duì)礦物鑒定才具有意義。本書所述礦物的干涉色在沒有特別注明的情況下，均指在標(biāo)準(zhǔn)薄片厚度(d=0.03mm)的最高干涉色。表1-3給出了干涉色的級(jí)序與雙折射率的相互關(guān)系，提供讀者參考。

在薄片鑒定中有時(shí)會(huì)見到某些礦物的干涉色在干涉色色譜表中找不到，被稱做異常干涉色，它對(duì)有些礦物具鑒定意義。如葉綠泥石的靛藍(lán)和銹褐色的異常干涉色(照片246)。

(三)錐光系統(tǒng)下某些光學(xué)數(shù)據(jù)的確定
礦物薄片鑒定中，一般不需使用錐光系統(tǒng)，若必須確定礦物的軸性、光性或光軸角(2V)時(shí)，可選用適當(dāng)切面在錐光下確定。

1.在近于垂直光軸的切面上確定軸性、光性
在正交偏光間盡量選一個(gè)一級(jí)灰或黑灰的欲測(cè)礦物切面，錐光鏡下觀察。

(1)確定軸性

圖1-3為一軸晶近于垂直光軸(小斜切光軸)切面的干涉圖，其特點(diǎn)是由偏離目鏡十字絲中心的黑十字和干涉色色圈組成(色圈有時(shí)不見)。轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)黑十字交點(diǎn)即光軸出露點(diǎn)(C)，環(huán)繞目鏡十字絲做圓周運(yùn)動(dòng)。

圖1-4為二軸晶小斜交切面的干涉圖，由一黑臂和卵形色環(huán)組成(色環(huán)可不見)，光軸不通過十字絲，轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)，黑臂時(shí)直時(shí)彎。

(2)測(cè)定光性符號(hào)

一軸晶測(cè)定光性符號(hào)時(shí)首先確定象限和N e′、N o方位，如圖1-3中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為四個(gè)象限(以黑十字劃分)，其中N e′方位為放射線方向，而N o方位為切線方向。

根據(jù)一軸晶礦物N e＞N o為正光性，N e＜N o為 負(fù)光性的原則。在確定象限后，插入石膏檢板(λ)，檢板長(zhǎng)方向?yàn)槎贪霃剑⒁庥^察黑十字附近干涉色(一級(jí)灰)的變化，若Ⅰ，Ⅲ象限變藍(lán)(升高)，Ⅱ，Ⅳ象限變黃(降低)，表明放射線方向N e′=N g(長(zhǎng)半徑)而切線方向N o=N p(短半徑)，如圖1-5所示，該礦物為正光性，否則相反。

二軸晶測(cè)定光性符號(hào)時(shí)，首先需搞清在干涉圖中光率體要素的方位：如圖1-4 的45°位，黑臂彎曲的凹區(qū)稱鈍角區(qū)，凸區(qū)稱銳角區(qū)，彎曲黑臂切線的垂直方向總體為光軸面(AP)方向，該方向在鈍角區(qū)內(nèi)為Bxa投影方向，在銳角區(qū)為Bxo投影方向；垂直光軸面(AP)的方向無論銳角區(qū)、鈍角區(qū)永遠(yuǎn)為N m方向。

根據(jù)二軸晶Bxa=N g(或Bxo=N p)為正光性，Bxa=N p(或Bxo=N g)為負(fù)光性，以及N g＞N m＞N p的原則。在45°位置上插入石膏檢板(振動(dòng)方向如圖1-6所示)觀察彎曲黑臂兩側(cè)干涉色(一級(jí)灰)變化情況，如圖所示銳角區(qū)變黃(降低)，而鈍角區(qū)變藍(lán)(升高)，表明Bxa=N g、Bxo=N p，該礦物為正光性。

2.在二軸晶垂直光軸切面干涉圖上目估2V
該切面在正交偏光間特點(diǎn)應(yīng)全消光，實(shí)際上一般達(dá)不到，只要找到一個(gè)一級(jí)暗灰且轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)干涉色不變化的預(yù)測(cè)礦物切面即可。

目估是在45°位置干涉圖中，根據(jù)黑臂彎曲程度確定，圖1-7為黑臂彎曲程度與2V關(guān)系目估圖。當(dāng)黑臂為一直臂時(shí)，2V=90°，黑臂彎曲顯著，近于90°時(shí)2V≈0°。

(一軸晶)

(二軸晶)

END

部分圖源于網(wǎng)絡(luò)

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