矿相学讲稿2012年9月

矿相学教材：《矿相学》尚浚卢静文彭晓蕾2012～2013学年第1学期讲课：陈少华职称：副教授139704269022012-10-29第一章绪论矿相显微镜第一节绪论一、有关安排1、这门课的性质：专业基础课、方法实验课。2、讲课及实验教师介绍，实验室在何处。3、讲课安排，课程哪周结束和教科书的出入、重点、难点。4、考核方法，讲课、实验各占50%，实验要求预习，带教科书，练习本。5、教材，参考书评述矿相学尚浚卢静文彭晓蕾等矿相学邱柱国成都地质学院金属矿物显微镜鉴定手册卢静文彭晓蕾吉林大学矿石学教程王苹中国地质大学不透明矿物显微镜鉴定陈正不透明矿物晶体光学王曙二、矿相学概念1、定义：矿相学是在矿相显微镜下研究金属矿石的一门地质科学。现在国际上通常写成Oremicroscopy。2、任务（内容）（重点）（1）鉴定金属（不透明）矿物。主要在矿相显微镜下，研究金属矿物的光学、物理、化学性质和形态特征，借以鉴定矿物。（2）研究矿石成因。研究矿石构造、结构、矿物组合、矿化阶段、矿物生成顺序等特征，判断矿床成因，为找矿勘探提供依据。（3）研究矿石的工艺性质。查明矿石中有益有害元素的赋存状态、有用矿物和组分的含量和粒度特征，给选冶设计提供依据。3、与其它学科关系：主要要利用数学、物理学、结晶学、矿物学、晶体光学等知识主要与矿床学，找矿勘探，矿石工艺学密切相关，为它们服务。三、发展简史这门学科自诞生至今，已有约90年，相对来说，是一门比较年轻的学科。大致分为三个阶段:第一个阶段：五十年代前，国外一些学者如史奈德洪、万德芬等进行了一些定性的理论解释和定性，半定量的测试工作。第二个阶段：五十年代后至今，西德、苏联、美国、中国相继出版了一些矿相学专著，逐渐从定性走向定量，为矿相学的发展奠定了基础。目前矿相学研究程度达到或在某些方面稍有超过晶体光学。比如干涉图—偏光图N—R；颜色—反射色λd、PeXYRvis内反射。将来发展展望：测试仪器自动化，电子计算机引入，矿相学将向微区、快速、图象化、定量化方向发展。四、矿相学研究的工作程序遵循：野外—室内—综合整理—编写报告的工作程序，现简要叙述：1、野外研究阶段：①如果在野外，选择有代表性的露头、坑道、钻孔等进行观察、取样、编号；②如果是选矿厂和冶炼厂，了解选矿方法和流程，选矿用药剂、配料等，采集工艺流程中各级产品，并编号、附文字说明。2、室内阶段：磨制光片，主要在矿相显微镜下研究及一些单项分析。综合整理：对野外和镜下资料，进行理论分析，编写矿相学报告，（附在矿床勘探报告书的有关章节，我院79级学生曾做过）。五、矿相学的研究意义：（可略讲）矿相学在鉴定不透明矿物，帮助确定矿床成因和评价矿石等方向有重要实际意义：例1：经研究发现，某矿床的矿石中有用矿物铬铁矿呈自形晶结构，浸染状分布于橄榄岩或蛇纹石化的橄榄岩中，从而可认为该矿床是结晶分异作用成因的早期岩浆矿床。例2：某铁锌综合矿石，经矿相学研究发现磁铁矿的粒度大于0.2mm的占99.87%,锌矿的粒度大于0.2mm的占97.15%,考虑到按触界面的弯曲,最终碎矿直经确定为0.1mm(略小于0.2mm)。例3：前几年我院参加投资的茅排金矿,自然金金粒含量占90%以上,所以采取了单一的淘洗法,(吸附法,淘洗法,水氯化浸金).第二节矿相显微镜矿相显微镜又叫矿石显微镜,反光、偏光显微镜,实际上是在岩石显微镜基础上加上一套垂直照明系统组成。一、物镜1、物镜的分辨率：当像差校正得足够好时能区分两点间的最小距离。2、球面像差：由于透镜的远轴光线比近轴光线折射能力大，所以远轴光线交汇的像点与近轴光线交汇的像点不重合，它的沿轴向距离之差称为球面像差。3、色差：如果使用白光——非单色光，当白光透过透镜后，不同波长的单色光发生不同的偏转（折射），由于蓝光的折射率大于红光，所以蓝光的汇聚点要比红光的汇聚点靠近透镜，各色光依次排列，它们之间的距离之差叫做色差。色差是一个通称，没有指明某一波长色光的“色差”。4、物镜的种类（１）按像差校正程度分无应变物镜：用“P”表示；消色差物镜：对轴上物点所发出的宽光束，校正好球差，以及蓝、红光的色差，以“Ach”表示；复消色差物镜：球差校正更好，蓝，绿，红光色差都校正。以“APO”表示。高级相机镜头：如腾龙用“APO”，尼康用“ED”，佳能用“L”表示。（２）按使用条件分透射光用物镜：６３×160/0.17,0.17表示盖有0.17mm盖玻片；反射光用物镜：215/—；油浸物镜:0i1Oel二、垂直照明系统主要包括下面几个部分：1、光源聚光镜：把光源发出的光聚焦于视域光圈上，使视域亮度分布均匀。2、孔经光圈（栏）：控制入射光束的直经，缩小之可清除物镜球面像差、色差以及各种耀光的不良影响，提高物像的清晰度，但同时又使物镜有效孔径减小，分辨能力降低，故应调节到适合（不大不小）为好。3、滤色器（片）：淡蓝色的玻璃，使光源发出的黄光变成白光。4、前偏光（镜）（起偏器）：用偏振膜制成，使入射的自然光变成平面偏光（直线偏光），EW5、视野（域）光圈：调节视域大小，适当缩小视野光圈，可减少“耀光”的影响，使物像清晰度提高。6、校正透镜（准焦透镜）：使视域光圈焦距准确，成为清晰的像落入视域中。7、反射器：有三种(1)玻片反射器：镶嵌在东西向的水平轴上的0.5mm厚的冕玻璃或0.17mm厚的盖玻璃片。优点:锥光下可见全孔经的偏光图,垂直入射垂直反射,有利于R测定。缺点:反光能力弱，到达目镜的光强是原光强的14%,镀膜后才达20%。（２）二次式玻片反射器,又叫史密斯反射器：FHSmith，1964年制。Smith反射器是由一表面镀Al的反射镜和一个上下表面分别镀了λ/4厚加氟化镁(N=1.38)和氧化铋(N=1.45)膜层的玻片构成。这种结构,使得入射角为22.5°(不再是45°),按Smith计算,这样可使透过玻片的平行入射面光强和垂直入射面光强很接近,即透射旋转和反射旋转角都较小,从而能减少旋转性定量测定的附加误差，这是至今用于非均物质性定量测定的最好的反射器，XPA-1配此先进的反射器。（3）棱镜反射器:老式：直角棱镜,优点是反光能力强,缺点是半个偏光图,斜照光。新式：贝瑞克设计了三次全反射补偿棱镜反射器,棱镜反射器都以斜射光为主,终将淘汰。三、显微镜的保管与维护矿相显微镜是贵重精密仪器，必须妥善保管，室内温度在16-17℃为宜，温度不能骤然变化，湿度小于60%为宜，油垢是霉菌的食料，可用擦镜纸浸二甲苯、酒精轻擦。下一讲内容：矿物的反射率、双反射反射色、多色性、内反射等第二章矿物的反射率及反射色第一节矿物的反射率概念一、反射率（Reflectance）：是指在矿相显微镜下垂直入射光经矿物光面反射后的反射光强与原入射光强的比率：R=(Ir/I)*100%由公式可知：1、在同样光照条件下，愈是明亮的矿物（说明反射光强强）其R愈高，所以入射光强要固定，每次以方铅矿调成纯白色。2、均质矿物只有一个反射率数值，非均质矿物的R随切面方向变化，中级晶簇有ReRo，低级晶簇有RgRmRp。任意切面R2、R1。3、上述公式求R，需用光强直接测定法，由于不能在显微镜下测定，故R可根据费涅尔（AFresnel）公式计算（此处不推导）。二、反射率测定方法1、反射率测定的标准要求：化学成分固定、化学性质稳定、反射率色散弱、均质、无内反射。一级标准：通过光强直接测定法标定或通过N、K计算得出；二级标准：利用一级标准用光电倍增管法标定。有：碳化钨45%、碳化硅20%、黑色中性玻璃4.5%。三级标准：选择四种常见的天然矿物：黄铁矿53%，方铅矿43%，黝铜矿29%，闪锌矿17%。2、视测对比法在矿相镜下比较待测矿物和三级标准矿物的亮度，较亮者R高。这样可以确定出待测矿物的反射率范围，共五级：大于53%，53-43%，43-29%，29-17%，小于17%实验时，先要把标准矿物“亮度”特征记住，再去和待测矿物比较。优点是不需专门仪器，操作简便，实用。3、光电倍增管法：原理是：光照射到光电元件上会产生电流，照射光的强度和所产生的电流强度线性关系很好—成正比。此法优点是灵敏度高、可测细小矿物、数据定量，缺点是仪器昂贵。三、影响反射率大小的因素（一）内因1、矿物的化学键：金属键R高，离子键、共价键、分子键R低2、K、N：将费涅尔公式简成圆方程式：可作出KNR关系曲线（皮勒曲线）由曲线可知：当K＜0.5时，R主要取决于N当0.5＜K＜2时KN对R同等重要当K＞2时R主要取决于K（二）外因：1、N：由AFresnel公式及实验得出结论，在油浸镜头下矿物的反射率低于在干镜头（空气介质）下矿物的反射率，而且R大的矿物其R降低的少，R小的矿物其R降低得多，比如：方铅矿R空43%→R油29%；闪锌矿R空17%→R油5.2%。2、入：很早人们就发现R是随着入射光的波长改变而改变的，早年，施奈德洪与西萨茨就利用绿、橙、红三种光波来测定R，现在为了进行对比，国际矿相学委员会com是以470nm（蓝），546nm（绿），589nm（黄），650nm（红）四种单色光波作为测定R的波长，教科书列出四种光波及白光的R数据。3、磨光抛光质量：最常见的因素，要求光片平整如镜、无氧化镁，否则不能正确反映R大小。磨、抛光质量对R影响十分明显。比如不少同学得出自然铋的R小于方铅矿的R的错误结论。碰到表面有麻点的黄铁矿不知是何物等。影响抛光质量的因素：⑴MgO、Al2O3比Cr2O3和金刚石磨料效果好；⑵磨料越细越好；⑶抛光时间，见瑞克发现辉锑矿解理面R=42%，经仔细抛光后R=40.2%,再做剧烈抛光后R仅有34.4；锡萨尔斯发现方铅矿解理面反射率降低,发生在抛光三分钟之内,此后反射率保持不变；⑷转速，上届国标矿相学会主席乌屯布格来我国讲学称，磨制光片时，机器转速每分钟几十转即可，切忌高速抛光。4、标准的精度：作为“标准”物质必须具有：(1)化学成分固定，不易构成类质图像；(2)化学性质稳定，不易氯化和腐蚀；(3)最好是均质体，或一轴晶垂直C轴切面(4)反射率色散较弱，无内反射。5、光片安装质量：是否水平及准焦6、切面方向：非均质矿物切面方向不同，R也不同。7、包裹体：软硬包裹体会使表面不平。8、内反射：内反射使低反射率矿物的R偏大。9、仪器型号及测定方法：10、显微镜调节：正因为影响因素多，所以不同的教材中同一种矿物的反射率数据不严格一致。第二节矿物的反射色一、反射色的基本概念1、反射色概念：矿物的反射色是指矿物磨光面在白色光垂直照射下所显现的颜色，是单向（匆转物台）垂直反射光的颜色，它是矿物磨光面的表面对白色光选择性反射所造成的颜色，所以又叫表色。2、反射率色散及反射率色散曲线：某一光学参数随光波波长的改变而改变的性质称为色散（不同色光在同一介质中所表现出的光学性质差异称为色散）。矿物反射率因为测定时所用光波波长的不同而改变的现象叫矿物反射率色散。如果用各波段的单色光测定反射率，并以波长为横坐标，反射率为纵坐标，就可绘制出矿物的反射率色散曲线，它决定了矿物的反射色。①反射率色散曲线呈水平状态表示：无色类矿物，所处位置表征R高低亮白色53%白色43%浅白色40-29%灰白色29-17%灰色17%深灰色②曲线的升降幅度决定矿物颜色、色调特征。在红波段上升，反射色为红色；在蓝波段上升，为蓝色，在蓝波段微微上升，带兰色色调，如自然铜的淡红色，方铅矿的微蓝色。3、反射色的观察描述方法：观察方法较简单，就是在普通矿相镜单偏光下观察矿物的颜色，看到什么就描述什么，以下几点需要注意：①光片磨光，抛光要有较高质量，光源要以方铅矿调到纯白为准，（不带显著的淡兰，淡黄色调）②视觉色变效应：视觉色变效应是指矿物的反射色受连生矿物反射色的影响，而发生微小改变的现象。记录格式：黄铜矿：铜黄色，黄绿色（磁黄铁矿）③反射色分类：书上分无色类，微弱颜色类，显著颜色类。沃仑斯基分：无色类（方铅矿），黄色类（自然金、黄铁矿、黄铜矿），玫瑰色类（班铜矿），蓝色类（铜蓝）。各人对颜色的感觉能力不同，即使同一颜色观察结果也往往因人而异，作出不同的描述，结果千变万化，