实验一:偏光显微镜及显微镜下观察

(1)了解偏光显微镜的结构、装置、调试和使用方法。

(2)了解用偏光显微镜观察岩石薄片的主要内容。

二、实验内容

(1)偏光显微镜的结构、装置、调试和使用方法

1.知道显微镜各部分的名称和装置位置(图13-1)。

图13-1奥林巴斯BHSP偏光显微镜

2.装载和卸载透镜的方法

(1)处理目镜。将选定的目镜插入镜筒的上端，使十字准线位于东西南北方向。

(2)组装和拆卸物镜。不同型号的偏光显微镜有不同的物镜安装方法。装卸时镜头推入(拧入)或拉出(拧出)即可，但注意物镜一定要拧到底并夹紧，以免掉落。

调节照明

(1)安装低倍或中倍物镜，插入目镜，打开锁定光圈，轻轻推出上偏光镜和勃艮第透镜。降低或推出冷凝器。

(2)将镜筒降低到合适的位置(离载物台约0.5厘米)。

(3)转动反光板，直到观看区域最亮，光线最均匀，或者移动亮度级按钮，调节到合适的亮度。

光源可以是光，也可以是自然光(但不能把反光板对着太阳，也不能用强光，以免刺伤眼睛或损坏偏光片)。

调整焦距

(1)以上操作完成后，将薄板放在载物台上(注意:盖玻片必须朝上)，用弹簧夹住。

(2)从侧面观察物镜，然后转动粗螺丝，将镜筒降到最低位置(注意:物镜靠近纸张，但不要碰到)。

(3)从目镜观察，同时转动粗螺丝，使镜筒上升(动作不宜太快)，直至看清切片中的物体。如果物体图像不清晰，使用微调螺钉进行调整，直到图像最清晰。

(4)切换到高倍物镜时，用同样的方法调整焦距，但这时候你一定要特别小心，因为高倍物镜的焦距很短，几乎是和薄膜接触。如果不小心，可能会压碎薄膜，损坏镜头。

5.校准中心

(1)首先，检查物镜的位置是否安装正确。如果物镜安装不到位，就无法校准中心，也容易损坏校准螺丝和镜头。

(2)从切片中选择一个小矿物颗粒A，将其移动到十字准线的中心o，将动物桌旋转360度，找出其移动轨迹，当距离中心最远时停止旋转。

(3)调整物镜(或载物台)的校正螺丝，使粒子A沿ao方向移动到αo左右的位置。

(4)移动薄片，然后将矿物颗粒A移动到观看区的中心o，转到动物桌。此时，如果A点仍然偏离中心。重复上述操作方法，直到A点不离开圆心，在原地旋转。

6.检查偏光镜的方向

偏光显微镜是一种配有偏光镜的显微镜。安装在显微镜载物台下方或垂直照明器中的偏振片称为下偏振片或前偏振片，安装在物镜和目镜之间的偏振片称为上偏振片或分析镜。如果单独使用下偏振镜，简称单极化。如果上下偏振镜同时使用且振动方向垂直，简称正交偏振。在正交偏振中，如果加上聚光镜和布尔乔亚透镜，简称锥光。

偏振镜在(1)处振动方向的确定。选择具有黑云母解理线的岩石切片，将黑云母移动到观看区域的中心，在单偏光镜下，转动动物台，直到黑云母变得最暗。此时，黑云母解理线所在的方向就是下偏振镜的振动方向(根据显微镜的不同，应该是东西向或南北向)。

(2)检查上下极化是否正交。下偏振镜的振动方向确定后，取下薄片，推入上偏振镜。此时，如果视野完全黑暗，说明上下偏振镜的振动方向完全正交；如果不是全黑，就要调整上(或下)偏光片的位置，直到全黑。

(2)用偏光显微镜观察岩石薄片的内容物。

岩石薄片是用切片机将岩石或透明矿物的标本切成适当厚度、面积约为2cm×2cm的薄片，在切片机上用金刚砂等研磨材料研磨一面，用树胶等粘合剂粘在载体玻璃上；然后把另一面打磨到0.03mm左右的厚度，再用胶水粘上盖玻片。在标准厚度的岩石薄片中，可以观察各种透明矿物的光学性质，测量它们的光学参数。

偏光显微镜下透明矿物光学性质的鉴定主要通过单偏振、正交偏振和锥光三种系统进行。在单偏光镜下，主要观察矿物的突起、晶体形状、颜色、多色性、吸收和解理。在交叉偏振片中，我们主要观察最高干涉色、消光类型、消光角、延展性符号、孪晶等。在锥形光镜下，主要测定非均质矿物的同轴度、光学性质和光轴角。透明矿物的这些光学性质和光学参数是描述矿物和岩石薄片鉴定的主要内容。

1.单极化体制下观测的主要内容

(1)矿物的折射率和突出度。折射率是透明矿物最基本也是最重要的光学常数，但每种矿物的折射率值无法用薄片直接测量，只能借助直观的突起物进行初步鉴定。矿物的突出程度取决于矿物本身的折射率与树胶的折射率之差(加拿大树胶的折射率为1.54)。长期以来，人们习惯于将突起分为6 ~ 7个等级，以便于识别(表13-1)。表中的负突起是指N矿< N树；正突起是指N矿> N树(N矿是矿物的折射率，N树是树胶的折射率)。

表13-1矿物的突出等级和折射率

在岩石薄片中，当一种矿物的折射率远大于树胶时，可以清楚地看到矿物的边缘较暗，表面粗糙，向上突出。同时，在矿物和树胶的接触处可以看到一条明亮的细线(贝克线)。提起镜筒，贝克线向矿物内部移动；当镜筒下降时，贝克线向牙龈方向移动。在两种折射率不同的矿物接触处也可以看到贝克线，抬起镜筒，贝克线向折射率大的矿物移动；沿着镜筒向下，贝克线向低发射率的矿物移动。根据贝克线的运动规律，可以确定矿物的正负突起。试根据贝克线的移动确定石榴石、橄榄石、角闪石、应时、正长石、萤石等矿物的折射率。

(2)矿物的晶体形态。薄片中看到的矿物形态不是其完整的晶体形状，而是矿物的一个切面的轮廓；所以，要判断一种矿物的晶体形态，必须观察矿物的所有切面，综合考虑。例如，闪石通常具有矩形轮廓，同时，它也可以被视为近六边形或菱形轮廓。角闪石合成后，可以认为是长柱状；再如，长石常见于近方形和矩形轮廓，可判断为板状。

(3)矿物的解理和劈裂。薄片中矿物的解理表现为沿一定结晶方向平行排列的细小缝合线，即解理缝。解理(或称劈裂、裂纹)是沿双晶面断裂或沿微细夹杂物分布的缝合线。一般不像卵裂缝那么直，大多是弯曲的，方向性不明显。

不同矿物的解理发育程度不同。如云母矿物具有极其完美的解理，其特点是解理节理细密，间距均匀，往往以连续的直线贯穿整个晶体；角闪石、辉石、长石有完全(或中等)解理，表现为解理节理清晰但稀疏，不完全穿透晶体，呈断续状；而橄榄石则具有完美的解理，表现为稀疏的解理缝和断续的解理，有时只看到解理痕迹。反之，橄榄石的裂纹发达，说明某一方向没有不均匀的线迹。应时和石榴石属于无解理矿物，后者更容易开裂。

矿物解理的清晰程度也与切面的方向有关。当矿物切片垂直于解理面时，解理缝最薄，最清晰。如果镜筒稍微抬起，劈缝就不会左右移动。

(4)矿物的颜色。指白光(由七种颜色的光组成)在单个偏振片下透过晶体的颜色，是一种未被晶体吸收的某些颜色的光的混合色。如果所有颜色的光都被矿物等量吸收，通过后仍为白色，则该矿物不显色，称为无色矿物。此外，颜色还与矿物的其他性质有关，如色素离子的种类、电价等。比如mn3++经常是红色，cr3++多是绿色。

(5)矿物的多色性和吸附性。对于非各向同性体矿物的非垂直光轴(光轴平面)剖面，如果旋转动物台时颜色发生变化，则称为多色；如果你看到颜色深度的变化，这就是所谓的吸收能力。

如黑云母的解理线平行于下极化振动方向时，颜色最深，呈深褐色；当垂直于较低偏振光的振动方向时，颜色最浅，呈浅黄棕色；偏振振动方向倾斜时，颜色介于最深和最浅之间。这表明黑云母具有很强的多色性和吸收性。

2.正交偏振系统下观测的主要内容

由于各向同性体矿物的各向同性，它的任何截面在正交偏振之间都是完全消光的(转盘上没有变化)，所以各向同性体矿物主要是在单偏振体系下观察到的。对于非各向同性体矿物，除了单偏振光系统外，还需要在正交偏振光系统甚至锥光系统下观察，才能区分相似矿物。在正交极化系统下，非各向同性体矿物的主要观测内容如下:

(1)消光型。消光型是指板状和柱状矿物处于消光位置时，解理缝(孪晶缝)或晶体轮廓与目镜十字丝(代表上下偏振的振动方向)的关系。一般当矿物处于消光位置时，如果解理(孪晶)或晶体轮廓与其中一个十字线平行，称为平行消光；如果两组解理或晶体轮廓平分十字线，则称为对称消光；如果解理或晶体剖面与其中一个十字线斜交，称为斜消光。

(2)消光角。对于斜消光的矿物，应确定其消光角，即这些矿物的解理或晶体轮廓与其中一个十字线(代表上下极化的振动方向)的夹角。

(3)干涉色。它是指垂直于光轴或光轴平面的非各向同性体的切片。在正交偏振中，当不同波长的七种颜色的白光通过矿物晶体时，颜色受到白光的干涉。用白光照射时，将一个石英楔(应时沿光轴由薄到厚磨成楔形)慢慢插入试板的孔中，可以看到干涉色由低到高有规律地变化，先后出现四个级次:ⅰ级干涉色:深灰-灰-黄白色-亮黄色-橙紫色；ⅱ类干扰色:蓝-绿-黄-绿-黄-橙-紫；ⅲ级干涉色:绿蓝蓝绿绿黄猩红粉；ⅳ级干涉色:紫灰-灰蓝-浅绿-高级白。

3.锥光系统下某些光学数据的测定

在岩石薄片鉴定中，一般不需要使用锥光系统。如果需要测定矿物的同轴度、光学性质或光轴角(2V)，可以选择合适的切片在锥光下测定。在锥形光中，矿物晶体的同轴度、光学性质和光轴角通常用干涉图来测量。

干涉图是由不均匀矿物在锥形光下呈现的干涉带组成的图案。干涉图的形状随矿物晶体的光学性质和切片方向而变化。垂直于光轴的单轴晶体切片的干涉图由一个黑十字和几个同心的干涉色环组成。双轴晶体垂直锐角平分线的干涉图由一个黑色十字和几个∞形干涉色环组成。

(1)确定同轴度。当工作台旋转时，垂直于轴向晶体光轴的截面的干涉图中的黑十字保持不变。单轴晶体斜(微斜)光轴截面干涉图中黑十字的交点绕视区中心移动；当光轴方向与薄片法线的夹角较大时，光轴的露点(黑十字的交点)落在视场之外，视场内只能看到一条黑带和一些干涉色圈。旋转载物台时，黑带上下左右平行移动。

当旋转载物台时，双轴晶体垂直于光轴的干涉图中的黑十字和一些∞形干涉色环也保持不变。双轴晶体斜(微斜)光轴截面的干涉图由一条黑臂和一个椭圆形色环组成。光轴不穿过十字丝，旋转载物台，使黑臂伸直弯曲。

(2)光学符号的确定。在确定单轴晶体的光学符号时，首先确定N′E和No的象限和取向。根据单轴晶体矿物NE > NO为正，NE < NO为负的原理。确定象限后，插入石膏检查板(λ)，检查板的长度方向为短半径。注意黑十字附近干涉色(一级灰)的变化。如果第一个和第三个象限变成蓝色(向上)，第二个和第四个象限变成黄色(向下)，则该矿物为正，否则为反。

测量双轴晶体的光学符号时，需要先找出干涉图中光学指标体元素的方位(黑臂弯曲的凹区称为钝角区，凸区称为锐角区)，在45°位置插入石膏试板，观察弯曲黑臂两侧干涉色(ⅰ级灰色)的变化，如锐角区变黄(减少)，钝角区变蓝(增加)，矿物为正。

(3)在垂直于光轴的双轴晶体的横截面干涉图上目测估计光轴角度(2V)。在垂直于光轴的切片的干涉图中，当光轴平面与上下偏振片的振动方向成45°夹角时，黑带的弯曲程度与光轴角度成反比。光轴角度越大，黑带越直。2v = 90时，黑带是直的；2v = 0时，黑带弯曲到90°；2V在0-90°之间时，黑带的曲率在90°和直带之间。基于此，可以估计光轴角度(2V)的大小。