【石油技术】一定要收藏——薄片鉴定4（正交偏光下的观察）
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正交偏光观察是矿物学中的重要技术，可研究矿物的光学性质，如消光、双折射率和干涉色等特征。通过测定这些特征，可以鉴定矿物种类。此外，正交偏光下还能观察双晶现象，如长石的双晶形态，对矿物鉴定有重要意义。延性测试也是鉴定矿物的有效特征。岩矿鉴定人员需掌握这些技术，并通过学习和实践熟练运用，以准确鉴定矿物。
正交偏光下的观察
所谓正交偏光镜（简称正交偏光）就是除了用下偏光镜外，再将上偏光镜插入镜筒，这样，上、下偏光镜的偏光震动面方向互相垂直正交，并分别与目镜十字丝的横丝及纵丝一致。
在正交偏光镜下主要研究矿物的消光、双折射率和双折射率所产生的干涉色等光学现象，同时还涉及光率体椭圆半径轴名有关的一些内容，如光率体椭圆半径轴名的测定、消光角、延性符号和双晶等。
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、非晶质矿物和非均质矿物垂直光轴的切面，在正交镜下无论怎么转动物台总是消光的，称为全消光。
均质体矿物全消光，是因为其光性是各向相同的；非晶体消光，是因为它没有光性；非均质体垂直光轴的切面全消光，是因为在该切面上光率体切面为圆形。常见的均质体矿物有萤石、石榴子石、方沸石等；常见的非晶质如蛋白石、火山玻璃等。如何区分均质体切片和非均质矿物垂直光轴切面呢？仅仅应用正交偏光是不行的，必须借助锥光条件（在锥光下均质体切片不出现干涉图，而非均质矿物垂直光轴切面则可出现干涉图）。
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30°，而辉石消光角一般在30°-45°，可以做为它们的一个鉴别特征。
图1 石榴子石为均质体矿物，在单偏光下具高的正突起，糙面显著，部分无色，部分具不同的颜色
图2 在正交偏光下，石榴子石全消光
图3 照片中央两个石英颗粒处于消光位，将此切面石英置于锥光系统，可得到较完整的呈十字将交的干涉图，而均质体矿物在锥光下则不出现干涉图
图4 岩石中的填隙物为非晶质-胶磷质
图5 非晶质在正交偏光下呈全消光
图6 砂岩中的填隙物以凝灰质为主
图7 凝灰质为非晶质，在正交偏光下全消光
消光角的测定：消光角是晶体矿片处于消光位时，解理缝、双晶缝或晶棱与十字丝的夹角。实质上它是矿物的光率体椭圆半径与结晶轴或轴面间的夹角。
消光角的重要性对不同的晶系是各不相同的：
一轴晶及斜方晶系的矿物中斜消光切面不多，且消光角的大小主要与切面方向有关，不具有鉴定意义，因此中级晶族一轴晶的矿物和斜方晶系的矿物一般不测消光角。单斜晶系和三斜晶系的矿物以具有斜消光的切面为主，且其消光角主要与矿物的化学组分和晶体结构有关，不同矿物消光角不同，因此消光角是这些矿物的重要鉴定标志之一。
同一矿物中，切片方位不同，消光角会有变化。因此，要选择具有鉴定意义的切面。单斜晶系的矿物一般选择平行（010）的切面，测定其最大消光角；三斜晶系矿物都是斜消光，一般选择矿物的特殊切面测定消光角。
下面以单斜晶系的角闪石类、辉石类矿物为例，介绍消光角的测定方法：
（1）选择适合的具有最大消光角的定向切面的矿物颗粒，其切片方位依矿物不同而异，对于角闪石类矿物应选择平行或近于平行光轴面的颗粒，该切面的标志是具有最高干涉色。
（2）将选好的切面移至视域中心，使解理缝或晶棱与显微镜目镜十字丝的竖丝平行，记下载物台刻度盘的读数a。转动载物台使矿物颗粒达到消光位，注意转动方向，最好使转动角小于45°，记下读数b。则二次读数之差a-b或b-a即为该矿物颗粒在该切面上的消光角。
（3）使矿片由消光位转45°到达干涉色最佳位，此时最明亮，选用合适的试板测定光率体椭圆切面的轴名。为准确起见将两个轴名同时测定以便互相校正，并记录之。
（4）按消光角的表示方法记录该矿物的消光角。如普通角闪石在（010）切面上的消光角为Ng∧C=25°。为保证测量准确，可选择两、三个颗粒分别测定，选其最大者作为矿物的消光角。
2 、干涉色
在正交偏光镜下，来自下偏光镜的平面偏光进入非均质矿物任意方向切面的矿片后发生双折射，形成具有光程差的震动面相互垂直的两列平面偏光，此两列平面偏光在上偏光镜会发生二次分解，在上偏光震动面内的两列偏光（分量）频率相等、又有光程差，便会发生干涉叠加，致使非均质矿物任意方向切面的薄片，在正交偏光镜下于非消光位时呈现明亮程度不同的色彩。这种非均质矿物任意方向的薄片在正交偏光镜下由光的干涉作用而呈现的色彩即为----干涉色。
光程差是形成干涉色的基本条件，光程差R又等于矿物薄片厚度d与该切面的双折射率的乘积。随着光程差的增加，干涉色按一定的次序周期性的出现，这种现象叫“干涉色级序”。每个级序中干涉色 色调之间的明显的改变，称为一个色序，各色序之间是逐渐过渡的。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。
图8 正交偏光镜下各单色光透过石英楔子产生的干涉条纹
图中横标为光程差，纵标为各色光的波长，顶部为各程差时各单色光干涉后的混合色
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。
图9 干涉色 色谱表示意图
图10 模仿干涉色真实颜色的干涉色 色谱图
干涉色级序和色序的高低取决于光程差R的大小，而R=d(Ng-Np)，即决定于矿片厚度与双折射率的大小。在厚度一定的条件下（通常岩石薄片厚度约为0.03mm）薄片中矿物干涉色的高低可反映矿物双折射率的大小，高级白是双折射率高的表现。当然同种矿物切面方向不同其双折射率亦不相同，干涉色高低也不一样。因此文献资料中所称某矿物的干涉色均是指该矿物的最高干涉色，薄片研究时也应观测同种矿物的最高干涉色，因为只有最高干涉色才有鉴定意义。
备注：干涉色 色谱表怎么看？
干涉色的色级和色序，与光程差、矿片的双折射率和矿片厚度密切相关。为了表明这种关系而设计成干涉色 色谱表。色谱表的横坐标表示光程差R的大小，以nm为单位；纵坐标表示厚度d，以mm为单位；斜线表示双折射率的大小。在各相应的位置上填上干涉色，即成完整的干涉色 色谱表（照片9），并有模仿干涉色真实颜色的套色干涉色 色谱表（照片10），便于使用。
光程差R、薄片厚度d和双折射率(Ng-Np)之间有如下关系：R=d(Ng-Np)。因此，知道其中两个参数，便可求得第三个参数。如矿物薄片厚度为标准厚度（0.03mm），据矿物的双折射率，可预知薄片中矿物的最高干涉色；同样，据薄片中矿物的最高干涉色和薄片的厚度，可确定其光程差和最大的双折射率。
例如，石英的最大双折射率为0.009，若在薄片中见到石英的最好干涉色为一级黄白，由干涉色 色谱表可查出矿片的厚度为0.045mm（见照片11中的点1）；若薄片中石英的最高干涉色为一级灰白，查干涉色 色谱表可知矿片厚度为0.03mm（见照片11中的点2）。
图11 不同厚度石英矿片干涉色投点位置示意
又如在标准厚度薄片中观测到某矿物的最高干涉色为二级蓝绿，由色谱表查到其对应的光程差为720nm，按光程差公式计算得双折射率(Ng-Np)=720/30000=0.024，表明该矿物的最大双折射率为0.024（见照片12所示）。
图12 已知厚度和最高干涉色时，可通过干涉色 色谱图求得其对应的双折射率
有关干涉色方面的知识非常复杂、难懂，但又非常重要，作为岩矿鉴定人员必须通过反复学习，领会其实质，在工作中不断实践、体会并掌握。
图13 石英在标准厚度矿片中的最高干涉色为一级灰白
图14 长石的干涉色为一级灰
图15 照片中白云母的干涉色为二级蓝
图16 同一种矿物不同切片的干涉色也可以不同，照片中充填孔隙状的硬石膏便呈现两种不同的干涉色，照片左侧的硬石膏具鲜艳的二级蓝绿干涉色，而照片右侧的硬石膏则呈现一级亮黄的干涉色
图17 据光性矿物学介绍，硬石膏的最高干涉色可达三级绿，照片左侧充填孔隙的硬石膏干涉色已达三级蓝紫色，而照片右侧的硬石膏干涉色为二级蓝绿
图18 照片中黝帘石出现深蓝色的异常干涉色
图19 照片中天青石具一级灰白干涉色，白云石则具高级白干涉色
图20 照片中央的碎屑榍石具高级白干涉色
图21 绿帘石本身具鲜艳是我绿色，在正交偏光下，其干涉色被本身的颜色所干扰，绿帘石具不均匀的二级至三级干涉色（上面照片为单偏光，下面照片为正交偏光）
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45°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45°时，称为负延性。测试的方法，将矿物从消光位转动物台45°，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（注意：试板的椭球体半径是已知的，即试板的伸长方向与其内部椭球体的短轴半径平行）。有的矿物延性既可显示为正也可显示为负，其消光角是在45°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。
特别提示：如何判断具一级灰矿物干涉色升高与降低呢？将被测试的具一级灰干涉色矿物的延伸方向与视域二、四象限的对角线相平行，插入石膏试板观察被检测矿物干涉色的变化，当干涉色变为黄色，表明干涉色降低了，即被检测的矿物具正延性；当干涉色变成蓝绿至绿色，表明干涉色升高了，即被检测的矿物具负延性。
图22 注意观察照片中标注的石英和矽线石的干涉色！这是在正交偏光下的干涉色：石英为一级暗灰，矽线石为一级黄至橙色
图23 这是加了云母试板（1/4λ）后同视域所拍的照片。来看看石英和矽线石干涉色的变化情况：石英的干涉色由原来的一级暗灰变为一级灰至浅黄色，干涉色增加了；矽线石的干涉色由一级黄至橙色变为一级灰色，干涉色降低了。上述特征表明，矽线石具正延性。柱状石英应该也具正延性，但这里的石英为何显示负延性呢？石英在碎屑岩中常呈不规则粒状，这种颗粒是不能用来测延性的！
3、双晶
双晶是两个锅多个同种晶体按一定规律彼此连生在一起的现象，其中一个晶体是另一个晶体的镜像或一个晶体旋转180°后可与另一晶体重合或平行。
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。如微斜长石常具格子双晶；斜长石常具聚片双晶；正长石常具卡式双晶；堇青石常具六连晶；金红石常具肘状双晶；十字石常具十字形双晶；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。
图24 照片中的正长石具卡式双晶
图25 具格子双晶的微斜长石
图26 具格子状双晶的微斜长石
图27 具聚片双晶的斜长石
图28 具细而密聚片双晶的斜长石
图29 辉石解理发育，并具聚片双晶
图30 呈连生状充填孔隙的方解石具发育的聚片双晶
图31 方解石发育聚片双晶
