第 三 章 矿物在正交偏光镜下的 均质性、非均质性

一、矿物的均质性、非均质性 1、均质性 等轴晶系的矿物均无方向性，对垂直入射的平面偏光无方向性影响，仍按原来振动方向反射，因振动方向（水平）不变，反射光线不能透过上偏光镜（垂直振动），矿物在视域中呈黑暗状态（消光），转物台明暗程度不变。这类现象称均质效应，矿物的这种性质叫均质性。如 方铅矿、闪锌矿各方向颗粒均显均质性，称它们为均质性矿物。

方铅矿在正交偏光镜下显示均质性

黄铁矿在正交偏光镜下显示均质性

闪锌矿在正交偏光镜下显示均质性

矿物晶体结构和光学上的差异，能改变入射偏光的性质，使反射偏光的振动方向不同于原入射偏光的振动方向。 2、矿物的非均质性 非等轴晶系矿物，在正交偏光镜下转物台使矿物方位改变时，矿物发生明亮程度和颜色的变化，这种光学现象称之为非均质效应（非均质性），具这种光学性质的矿物为非均质性矿物。如辉钼矿、磁黄铁矿。 矿物晶体结构和光学上的差异，能改变入射偏光的性质，使反射偏光的振动方向不同于原入射偏光的振动方向。

硼镁铁矿显示非均质性 磁黄铁矿显示非均质性

赤铁矿非均质性 黄铜矿非均质性

强非均质性：在正交偏光下，旋转物台明暗变化显著，偏光色从显著（如辉钼矿、铜蓝等）至明显（如磁黄铁矿等）。 矿物均质性非均质性视测分级： 强非均质性：在正交偏光下，旋转物台明暗变化显著，偏光色从显著（如辉钼矿、铜蓝等）至明显（如磁黄铁矿等）。 弱非均质性：正交偏光下，旋转物台明暗变化可见至仅隐约可见，有的显示弱的偏光色，在多方向性矿物颗粒的集合体中才能清楚地看出其非均质效应。 均质性： 正交偏光下，即使用强入射光，旋转物台也不出现明暗变化，即物台旋转一周呈全暗或全微亮。

二、矿物非均质性形成机理 1、反射平面偏光振动面的旋转性能 合成反射平面偏光的振动方向不同于入射光的振动方向， 而存在一夹角Arβ，称为非均质矿物反射平面偏光振动面旋转的性能， 简称非均质旋转。Arβ角为非均质旋转角。

2、非均质不透明矿物反射平面偏光产生周相差而造成椭圆偏光的性能 非均质视旋转角Ar， Ar角也随周相差而变化

多数非均质不透明矿物的周相差均较小（Δ＜10°）， 矿物处于45°位置时，非均质视旋转角Ar与非均质旋转角Arβ近于相等。 Ar的标准值（45°位时所测）是矿物的一个较重要的鉴定特征。

三、非均质矿物的偏光色 偏光色形成原因：主要由非均质旋转色散和非均质椭圆色散而致。 非均质不透明矿物在严格正交偏光下处于45°位置时不仅最明亮，而且在白光中常显现出颜色，这种颜色称为偏光色。 偏光色形成原因：主要由非均质旋转色散和非均质椭圆色散而致。

1、透明非均质矿物偏光振动面的旋转色散 对不同波长的光波，反射率也随着改变，因此合成偏光的振幅与非均质旋转角也随波长而有所不同，故透过上偏光镜的振幅和光强也有差别。

2、非均质不透明矿物的椭圆色散 非均质不透明矿物二主向的反射率不仅振幅不同，而且周相差也随光波波长而改变，因此使合成的非均质椭圆偏光也发生色散，即各色光的非均质椭圆不同。这种色散也是构成非均质不透明矿物偏光色的基本原因。

硼镁铁矿

毒砂

辉锑矿

钛铁矿

黑钨矿

辉钼矿

观测方法 一、Ar角测法 正交偏光暗位法： 第二节 正交偏光镜下均非性、偏光色、Ar角 P A’ Ar

测量方法： 正交偏光下，在欲测矿物中选择非均质性最强的颗粒（代表主切面），将其置于视域中心，旋转物台使该矿物处于45°位置，此时矿物颗粒最明亮，然后顺时针或反时针转动上偏光镜，使矿物呈最暗或消光。此时上偏光镜的转角（偏离角），即该矿物对入射光波波长的Ar。

二、均质性和非均质性、偏光色观测法 1、正交偏光观测法 在低、中倍镜下观察，因为低倍物镜聚敛程度低，入射光近于直射，同时由于视域较大，可选择同一矿物多颗粒连晶或集合体的视域，易于判断其均质性与非均质性。 均质性矿物：当旋转物台一周不发生明暗的变化，即为全消光或为不变的暗灰色。 非均质矿物：在严格的正交偏光下，转动物台一周时应出现4次“消光”和4次明亮（45°位置）现象。具有偏光色的矿物,可见颜色递变现象，注意要记下45°位时的偏光色。

2、不完全正交偏光法 对一些非均质性较弱的矿物，常利用不完全正交偏光（偏离角1°－3°）进行观察。可使较多的光透过上偏光镜，便于判断是均质性还是弱非均质性的矿物。但转动物台时，非均质矿物的消光位不恰在90°位置上，若偏离角＞Ar时，则只出现两明两暗的现象。虽然在不完全正交偏光下易于观察到颜色的变化，但它不是标准的偏光色。

注 意 1、由于切片方位不同，同种矿物不同方位的颗粒集合体较单独颗粒易于观测，故应选择颗粒集合体观察，尤其要注意颗粒界限及颗粒内部双晶等。上偏光镜的旋转角度不同，同种矿物的亮度和偏光色的变化也会有差异，故应多观测几个视域。 2．具强内反射的矿物在严格正交偏光下可显示内反射特征（具透明感），将严重干扰均质性和非均质性的观测。可将上偏光镜偏转一定角度或降低物镜倍数（如10×改为5×），这样可以减少内反射的干扰。

1、用正交偏光法观察 实验内容 均质性矿物：闪锌矿 强非均质矿物：铜蓝 弱非均质性矿物：黑钨矿 2、鉴定下列矿物的均质性、非均质性及偏光色 辉锑矿 磁黄铁矿 铬铁矿 赤铁矿 磁铁矿 黄铜矿

第 四 章 矿物的硬度

主 要 内 容 第一节 概述 第二节 刻划硬度测定法 第三节 抗磨硬度测定法 第四节 压入硬度测定

第一节 概 述 概念 矿物抵抗某种外来机械作用的能力，特别是抵抗 刻划、压入及研磨等作用的能力，称为矿物的硬度。 刻划硬度、压入硬度及抗磨硬度是三种形式不同的抵抗外来作用的阻力标准。由于三种硬度的机制及测试方法的不同，其度量单位也各不相同。即使用相同的方法，测试条件不同，得出的硬度值也不一致。矿物的硬度虽是一个变量，但对每种矿物，其变化范围有一定限制，对不同矿物仍有一定的特征性，所以硬度值可作为鉴定矿物的重要依据。 矿物学中刻划硬度（莫斯硬度）分级：分十级 滑石--石膏—方解石-—萤石—磷灰石—正长石—石英—黄玉 —刚玉—金刚石

硬度的大小决定于矿物的化学成分和 晶体结构等因素 键力（原子或离子间的结合力）愈强，硬度较强 键力——原子或离子半径、电价及化学键类型 共价键—离子键—金属键—分子键 键型相同时，硬度大小决定于离子半径的大小及电价高低，半径大结合力小，硬度较低；电价高 结合力大，硬度就高。配位数增高，堆积密度愈大，硬度愈高。 由于矿物化学键和晶体结构上的异向性，造成晶体不同方向上硬度有差异。

第二节 刻划硬度测定法 刻划硬度是指用金属针刻划矿物磨光面、晶面或解理面，视其能否被刻动以确定矿物的硬度。 一、测定方法 1、工具：磨尖的铜针、钢针。 2、方法：中、低倍镜下欲测矿物准焦，用右手拇指、食指和中指握住金属针，余下的二指轻轻支撑在载物台上，使针与光面保持大约30°-40°的角度，先把针尖抵在亮点上，轻力握针，徐徐向右手外侧方向拉（不是撬），同时注视镜下针尖在矿物光面上刻划的现象，一旦看清，立即停止，尽量减少光面的破坏程度。 3、分级 低硬度 ——铜针刻动（莫斯硬度3级以下） 中硬度——铜针刻不动，钢针能刻动 高硬度——钢针亦刻不动

二、注意事项及判断标准 1、擦净光片，以免污垢或氧化膜影响观察 2、在镜下找到矿物以后再刻划，不要刻到其它矿物 第二节 刻划硬度测定法 二、注意事项及判断标准 1、擦净光片，以免污垢或氧化膜影响观察 2、在镜下找到矿物以后再刻划，不要刻到其它矿物 3、先用铜针，若刻不动再用钢针 4、划动、未划动标志 刻不动标志：手感滑而省力，划后不留痕迹或留下 针具粉痕。 钢针粉末留在光片上——白色 铜针粉末留在光片上——铜红色 刻动标志：在针尖运行轨迹位置留下一条深灰色 或黑色沟槽。

5、脆性矿物——划动后沟槽两侧堆积为粉末状 塑性矿物——划动后堆积物翻卷而隆起 6 各向异性矿物硬度有不同的值（非均质性矿物） 如蓝晶石：横向硬度大6.5—7 顺向硬度小4.5

①中、低倍物镜 ②找好矿物 ③先铜针后钢针刻划 ④针与光面保持30—40°角，轻轻往后拉

低硬度矿物——相对凹下；高硬度矿物——相对凸起。 第三节 抗磨硬度测定法 一、基本原理 矿物抵抗研磨的能力叫抗磨硬度。由于各种矿物抗磨程度的差异，被磨损程度不同，使矿物在光片上呈现凸凹不平的现象。 低硬度矿物——相对凹下；高硬度矿物——相对凸起。 H大突起高，H小突起低，在两种硬度不同的矿物连接处形成斜面，并向软矿物一侧倾斜。

当垂直入射光射到斜面上时，必向软矿物一侧发生斜反射，此部分向上斜射的光线与软矿物平面的垂直反射光重叠时即形成一条“亮线”（亮带）。用“亮线”可来观测矿物的抗磨硬度，又称“亮线法”。

方铅矿 黄铁矿 亮线 亮线法

第三节 抗磨硬度测定法 二、“亮线”法测定方法 1、在中倍镜下找到欲比较其硬度的两种矿物接 触线，置于视域中心，准焦，看到亮线。 第三节 抗磨硬度测定法 二、“亮线”法测定方法 1、在中倍镜下找到欲比较其硬度的两种矿物接 触线，置于视域中心，准焦，看到亮线。 2、如果视域太亮要缩小孔径光圈 3、提升镜筒（或下降物台），使物镜焦平面相对上升，“亮线”便逐渐向低硬度矿物一侧移动，反之，亮线向较高硬度矿物侧移动。 据此法可判断欲测矿物抗磨硬度的相对高低。

黄铁矿 ①聚焦 ②缩小孔径光圈 ③下降物台 ④提升物台 方铅矿

注 意 事 项 （1）若两矿物硬度差别不大，亮线不清楚，可缩小孔径光圈以提高观察效果，也可减弱光源亮度使“亮线”更明显。 （2）若两矿物硬度差别大，接触带为陡坎状，通过接触面的反射光近于水平，在视域中看不到亮线而是一条暗带。 （3）比较两粒度较小的矿物。

第四节 压入硬度的测定 根据压痕的形状显微压入硬度可分三种： 布氏硬度：硬质合金制成球体测出硬度， 维克硬度：金刚石制成正方形锥体测出硬度； 原理 根据压痕的形状显微压入硬度可分三种： 布氏硬度：硬质合金制成球体测出硬度， 维克硬度：金刚石制成正方形锥体测出硬度； 诺普硬度：金刚石制成菱形锥体测出硬度。 矿物学中常测试矿物维克硬度，测试时加一定负荷（砝码），将锥体压入矿物表面，形成一永久性的压痕， 压痕投影为正方形。

维克压锥及其压痕形状 诺普压锥及其压痕形状 维克压头及其压痕面积展开示意图

由于压痕侧面积与负荷呈正比，与硬度成反比，其关系可用公式来表示 Hv=P/S Hv维氏硬度 P负荷，S面积 用显微硬度仪可测出P、S值，H值就可算出 Hv

磁黄铁矿---黄铜矿；方铅矿---闪锌矿 黄铜矿—斑铜矿 实验内容 1、用刻划法测定矿物的刻划硬度 （1）熟悉下列矿物的刻划硬度 方铅矿、闪锌矿、黄铁矿 （2）测定下列矿物硬度并分级 铬铁矿、辉锑矿、磁黄铁矿、毒砂 2、用亮线法比较下列矿物硬度相对大小 磁黄铁矿---黄铜矿；方铅矿---闪锌矿 黄铜矿—斑铜矿