岩石薄片:显微镜下的彩色世界

作者:    所在单位:中国科学技术大学

人们日常见到的岩石多为灰色、黑色等黯淡色调,但是普通的他们在显微镜下迸发出像宝石一样丰富而艳丽的色彩,并构成了一个鲜为人知的彩色世界。那么怎么才能透过岩石表象看到它丰富的内在呢?

1、需要用到一个地质学中常用的仪器——偏光显微镜;

2、挑选合适的岩石;

3、将其打磨成薄片(不同用途的薄片的厚度也有不同的要求);

4、在单偏光、正交偏光和反光镜下观察岩石切片;

    单偏光镜下观察,即只使用下偏光镜观察,观察内容有:①晶体形态、解理;②突起、糙面、贝克线;③颜色与多色性;④晶体颗粒大小、百分比含量;

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。

前面两种主要是用来观察和鉴定透明矿物的,反光显微镜则是用来鉴定不透明矿物,可以观测道德不透明矿物的特征有:①矿物的反射率及反射色;②矿物的双反射、均质及非均质性观察;③矿物的内反射。

用偏光显微镜观察岩石切片中矿物的上述特征,分辨薄片中不同矿物的种类、含量和关系,从而通过矿物的地质产状、与其他矿物的共生组合关系来解析地质过程,获知这些岩石千万年来经历的地质事件,记录下那一段不为人知的地球发展史。

下面是一些在单偏光镜、正交偏光镜和反光镜下拍摄的岩石薄片的图片:

左边是单偏光镜下全自形粒状的纯橄岩;右边是正交偏光下呈现不同干涉色的纯橄岩中的橄榄石。

上述图中彩色部分都是正交偏光镜下的橄榄石。左边像是彩色玻璃拼成的窗户,而右边像是窗户打破后,从破洞处看到的雨景和干枯的树干和疯狂生长的枝丫。


这两张图都是在单偏光镜下拍摄的,左图中无色部分为辉石,橙红色部分为榍石;右图中为具有正极高突起的具特征楔形截面的榍石。

上述两图中都是在单偏光镜下拍摄的石榴子石,都呈现出石榴子石的正六边形的晶体形态特征,无解理并具有不规则裂纹;石榴子石是均质矿物,在正交偏光下为黑色,所以没有拍摄。

上述两张图都是在正交偏光镜下拍摄的长石,左图为火山岩中的长石,右图为斜长石,特征:从晶体中心到边缘,成分呈环带状变化。

左图为红柱石的镜下图片,具有特征的近正方形横断面,并在横断面上见十字形炭质包裹体,故红柱石又称为空晶石。右图为单偏光镜下的枯褐色的角闪石。

上述两图是在单偏光镜下拍摄的角闪石,右图为左图经过载物台旋转九十度操作后所得的图,两图中同一矿物的颜色变化正体现了角闪石的多色性的特性。

左图和右图分别为单偏光和正交偏光下的锆石,呈半自形粒状,具有鲜艳的红色和绿色的高级干涉色。锆石在地质学中具有重要作用,锆石U-Pb法是目前应用最广泛的同位素地质年代学方法,锆石的化学成分、Hf和O同位素组成广泛应用于岩石成因、壳幔相互作用、区域地壳演化的研究等

上偏光镜的加入就像是点亮了一盏灯,把一个黑白色的世界幻化成了一幅颜色多变的抽象派油画,甚至有了些艺术气息。

左图中暗色部分是在正交偏光下全消光的石榴子石,具有油画质感的彩色部分则是经过变质作用形成的白云母;右图中像是生长在夹缝中的已经枯萎的花朵一样的矿物是一种不常见的沸石。

上述两张图是因成分不同而颜色有所区别的角闪石,都像中国的山水画一样有意趣。

上面两张图就像一幅连环画一样描述了一个下雨的世界,左图中有粉色的雨伞,细密的雨丝,发出白光的路灯,雨水掉在地上溅出的雨花,右图则是左图的延伸,以一条降雨形成的小水流为纽带,看到地上的雨水积蓄成的蓝色水洼,还有黄色的房屋的灯光的倒影。

上图为显微镜下的流体包裹体,都是课程中拍摄到的有趣的图片。

上图为使用反光镜的显微镜下的不透明矿物,虽然肉眼看矿物是不透明的,但是在显微镜下却像燃烧的火焰一样耀眼。

上图为显微镜下的方解石,其解理清晰可见,左图就想是透过圆圆的窗户看见外面书上的枝条,右图虽为图片,却有动态的美感。

岩石外表虽然普通,内含的矿物在显微镜下却各有各的特色,不同的颜色、形态和光学特征让我们能够将矿物区分开来,从而选取自己要研究的目标矿物进一步深入地去探究相关的科学问题。让我们了解更多关于岩石学、矿物学和岩相学的内容,揭开岩石黯淡的面纱,一起欣赏那个显微镜下的彩色世界!