《晶体光学与光性矿物学》教程讲义教案7常见矿物的光学性质

晶体光学与光性矿物学教程讲义教案7常见矿物的光学性质 第七章常见矿物的光学性质 一、石榴石一般化学式为R32+R23+(SiO4)3，式中R32+Mg,Fe,Mn,Ca，R23+Al,Fe,Cr等。 常见的端元分子有镁铝石榴石(Mg3Al2Si3O12)、铁铝石榴石(Fe3Al2Si3O12)、锰铝石榴石(Mn3Al2Si3O12)；钙铝石榴石(Ca3Al2Si3O12)、钙铁石榴石(Ca3Fe2Si3O12)、钙铬石榴石(Ca3Cr2Si3O12)等。 石榴石广泛见于各种变质岩中，并主要为镁铝石榴石、铁铝石榴石、锰铝石榴石和钙铝石榴石构成的连续类质同象系列。 钙铁石榴石主要见于矽卡岩中，钙铬石榴石见于蛇纹岩中。 光学特征均质体，无色、浅红色到浅褐色等，高正突起，N1.705-2.01。 常见各种包体及成分环带等。 图61a(左)蓝闪石榴辉岩中石榴石自形晶体；b（右）石榴石云母片岩中石榴石包体呈螺旋构造 二、石英结构式为SiO2，同质多相变体有?石英、?石英、鳞石英、方石英、柯石英和斯石英等。 此外还有蛋白石（含水非晶质氧化硅，SiO2nH2O），玉髓（氧化硅的隐晶集合体）等。 岩石中最常见为?石英，其主要特征如下三方晶系，No=1.544,Ne=1.553(+)Ne-No=0.009。 薄片中无色、低正突起、一级灰白干涉色，常见波状消光，一轴晶正光性，无解理，一般无双晶。 三、长石类长石类是最重要的造岩矿物，它构成地壳的50，广泛存在于三大岩类中。 长石类矿物是架状结构的K、Na、Ca的铝硅酸盐，三斜晶系、单斜晶系或斜方晶系。 结构通式可写为MAl(Al,Si)Si2O8，其中M=K,Na,Ca,Ba等。 组成长石的主要组分有钾长石KAlSi3O8(Or)、钠长石NaAlSi3O8(Ab)、钙长石CaAl2Si2O8(An)和钡长石BaAlSi3O8(Cn)等。 长石中一般由前三种组分组成，钡长石组分含量较少。 根据化学组成、结晶特征及类质同象特征可将长石分为碱性长石系列由钾长石KAlSi3O8(Or)和钠长石NaAlSi3O8(Ab)所构成，高温时为连续图62，?石英光性方位（左），和鳞石英光性方位（右）图63，SiO2相变图解（据Swamy andSaxena (1994)固溶体系列，低温时为不连续固溶体系列。 斜长石系列有钠长石NaAlSi3O8(Ab)和钙长石CaAl2Si2O8(An)所构成，为连续固溶体系列。 长石的分类可以三个简单长石组分所构成的三角形图解进行（图63）。 为方便起见，可用高温（上）和低温（下）相对应的两个图解表示。 每个图解中，AbOr为碱性长石系列，AnAn为斜长石系列，它们可以在一定条件下混溶，而Or和An间是不混溶的。 在低压高温条件下，OrAb为连续系列；反之OrAb不能成为连续系列，即在缓慢冷却后，钠长石从钾长石中出溶出来，构成条纹长石。 一般地，AbAn构成连续系列，按着钙长石组分的百分含量把斜长石分为钠长石、更长石、中长石、拉长石、倍长石和钙长石六种。 长石类的一般特征为薄片中无色、低突起（有正有负）。 一般碱性长石多为负突起，斜长石类多为正突起。 双折率低（0.0060.013），干涉色为I级灰灰白。 自形长石呈平行c轴或a轴的柱状，或呈平行 (010)的板状。 001和010两组解理都较完全，另有110解理很差。 长石经常由于风化和热液蚀变而转变为高岭土、绢云母、沸石、黝帘石和方解石等。 长石类还经常发育以下一些特征，对显微镜下观察、鉴定很图63,An-Ab-Or体系中长石分类有意义，包括1双晶长石类双晶种类很多，常和其成因有密切关系，常见类型有（图64） （1）卡斯巴双晶，属简单双晶，双晶结合面多为 (010)，正交光下表现为两个单体不同时消光，常见于碱性长石中。 （2）钠长石双晶，为聚片双晶，双晶轴垂直 (010)面，双晶结合面为 (010)，正交光下表现为明暗相间交替的聚片消光，广泛见于斜长石类中。 图64长石中常见的双晶类型 （3）肖钠长石双晶，简称为肖钠双晶，多为聚片双晶，双晶轴为b轴，双晶结合面为一菱形切面，包含b轴，同 （010）面近于垂直，见于斜长石中。 肖钠双晶经常与钠长石双晶复合成格子双晶，见于微斜长石、歪长石和斜长石中。 微斜长石中的格子双晶呈特征的纺锥状，图65，肖钠长石双晶结合面及其与成分的关系而斜长石中的格子双晶一般比较规则（图66）。 （4）卡斯巴钠长石复合双晶简称为卡钠复合双晶，常见于中、基性斜长石中，表现为斜长石分为卡斯巴双晶的两部分，而每部分又都有钠长石聚片双晶。 图66a(左)，辉长岩斜长石中的格子双晶；b（右）花岗岩微斜长石的格子双晶此外，还见有巴温诺双晶和曼尼巴哈双晶等。 2条纹条纹结构是碱性长石一种常见的结构，由钾长石和钠质斜长石作为主、客晶两部分组成，每一部分各自具有一致的光性方位，在正交偏光镜下，各自同时消光。 当主晶为钾长石，客晶为钠质斜长石时，为正条纹长石，通常称为条纹长石。 若主晶为斜长石，客晶为钾长石时，称为反条纹长石。 如果主、客晶数量相近，则称为中条纹长石。 条纹长石中条纹的形态复杂多样，常见的有脉状、模状、枝状、棒状、滴状、羽状、补片状等。 关于条纹长石的成因主要有两种交代和出溶（图67）。 出溶形成的条纹长石形态规则，并有图67条纹长石的形态类型（Alling,1938）图68a(左)花岗岩中的条纹长石；b(右)麻粒岩中的反条纹长石固定的结晶学方位，如图67中A、B、C、D、E，图68a/b。 而交代作用形成的条纹长石形态不规则，没有一定结晶学方位(图67f/g/h/i)。 图这里以图69为例，解释条纹长石的出溶形成机理平衡结晶过程温度下降到图68中c点，开始结晶出钾长石，成分相当于b点，开始钾长石含量为零，随着温度下降，熔体成分沿液相线向e点演化，固体钾长石成分沿固相线向d演化，当熔体成分演化到点e时，固体成分为d，熔体含量为零，全部转变为钾长石固溶体。 继续降温到g点时，钾长石固溶体出溶出h点成分的钠质长石。 接续的降温过程，使钾质长石成分沿着固溶体分解线（solvus）向更富钾方向演化，钠质长石成分沿着固溶体分解线向更富钠方向演化。 岩石中出现条纹长石，指示曾经温度很高。 如对图68所指示的成分来说，其温度曾经为790以上。 变质岩中出现变质成因的条纹长石，指示麻粒岩相条件。 图69，Orab二元系相图图中liquidus,液相线；Solidus，固相线；Solvus,固溶体分解线，f，最低点3环带构造环带构造主要见于斜长石中，表现为在正交偏光镜间长石晶体自核心向边部有不同消光位的同心环带。 环带构造可分为三种类型正环带，斜长石自核部向边部Na质逐渐增加，即核心为基性斜长石，边部为酸性斜长石。 （图610）反环带，斜长石自核部向边部Na质逐渐减少。 韵律环带，斜长石由核部向边部成分呈韵律性变化，主要见于浅成岩和火山岩中。 图610，火山岩中的斜长石斑晶，发育环带构造和卡氏双晶图611，ab-an体系中斜长石与熔体平衡关系图解图这里以图611为例，解释斜长石中正环带的成因。 原始成分为?的熔体（An60），当温度下降至液相线a点时，开始结晶出斜长石，成分相当于d点（An?90），开始斜长石含量为零，随着温度下降，熔体成分沿液相线向b点演化，固体斜长石通过与熔体反应使其成分沿固相线向e演化，二者的含量适合于“杠杆原理”。 即熔体b含量me=固体emb。 当熔体成分演化到点c时，固体成分为f，熔体含量为零，全部转变为斜长石（An=60）。 如果早期熔体中晶出的斜长石只能与熔体部分反应，会导致熔体成分更为富钠，熔体结晶形成An含量更低的斜长石，从而形成从核部向边部An降低的正环带。 例如在图611中，随着温度下降，熔体成分从a点沿液相线向b点演化，固体斜长石成分从d点沿固相线向e演化，如果在e点处斜长石不与熔体反应（或发生分离结晶），相当于体系的总成分变为点b。 接续发生平衡结晶作用，会使熔体成分演化到g点，形成h点成分的斜长石。 基性岩浆的结晶分异作用可以形成成分更为酸性的岩浆。 4蠕英石棒状、枝状和蠕虫状的石英与斜长石构成的显微交生体，多产于钾长石与斜长石接触部位的斜长石边缘，多与交代作用有关，当碱性长石中的K被斜长石中的Na、Ca交代时，要释放出多余的SiO2，而形成蠕英石（图612）。 图612Myrmekite formedin plagioclaseat theboundary withK-feldspar.Probably formsas aresult ofsubsolidus exchange.Compare thistexture tomicrographic texture.5花斑状交生和文象交生棒状和/或枝状的石英与钾长石的交生，称为花斑状交生。 当石英的棒、枝状体相互平行且较粗大，肉眼可以辨认时，称为文象交生。 这种交生多认为与共结有关（图613）。 Figure6-13.a.Granophyric quartz-alkali feldsparintergrowth atthe marginof a1-cm dike.Golden Horngranite,WA.Width1mm.b.Graphic texture:a singlecrystal ofcuneiform quartz(darker)intergrown withalkali feldspar(lighter).Laramie Range,WY.?John Winterand PrenticeHall.（一）碱性长石亚类 1、成分及结构特征碱性长石是钾长石KAlSi3O8(Or)和钠长石NaAlSi3O8(Ab)构成的系列，高温时为连续混溶，低温时为不连续混溶。 碱性长石中通常含有不到5的钙长石分子。 一般可进一步划分为 （1）富钾长石类透长石、正长石、微斜长石。 （2）富钠长石类钠长石、歪长石。 （3）钾钠质长石类条纹长石。 长石是具有架状结构的铝硅酸盐矿物，其结构特点为硅氧和铝氧四面体以顶角相连构成格架，其间充填K、Na、Ca等阳离子（图614）。 长石的有序无序指的是长石晶体格架中Si、Al的分布情况（图615）。 在高温条件下，Al的排列是无规律的、任意的，从统计学上讲，各个位置被替代的概率是相等的。 称为无序结构，如透长石。 而在低温条件下，Al在所有AlSi3单位中都倾向于占据同一相对位置，称为有序结构，如微斜长石。 介于有序和无序之间的称为部分有序结构，如正长石。 长石由高温有序相低温无序转变过程中，其对称程度降低。 如在富钾长石中，高温透长石（单斜晶系）?低温透长石（单斜晶系）?正长石（钾单斜晶系）?微斜长石（三斜晶系）。 图614，长石结构的平面投影图和立体图图615，钾长石的结构状态示意图图中4个圆圈相当于图614中1,2,7,8位置，黑色部分为Al的可能分布位置 2、一般光性特征碱性长石属于单斜和三斜晶系，001和010解理发育，晶体常沿 (010)，有时为a轴成板状或柱状。 薄片中无色，负低突起，干涉色I级灰灰白。 二轴晶负光性。 常发育发育卡氏双晶和其他简单双晶，易发生高岭土化。 1、透长石Sanidine KAlSi3O8，成分中可出现一定的Na，单斜晶系，晶体沿 (010)成板状或沿a轴成短柱状。 透长石是高温的产物，见于火山岩中。 2、正长石Orthoclase KAlSi3O8，成分中可出现一定的Na，可达到20。 正长石是钾长石的亚稳相变体，具有部分SiAl有序结构。 通常所说的正长石是从光学意义上讲的，实际上正长石是具有超显微双晶和超X射线双晶的三斜系钾长石组成。 故称为假单斜晶系。 晶体常沿a轴呈厚板状。 常产于酸性和碱性成分的侵入岩中。 3、微斜长石Microcline KAlSi3O8，成分中可出现一定的Na。 含有多量Rb、Cs的绿色微斜长石变种称为天河石。 微斜长石是在低温条件下结晶的具有SiAl有序结构的钾长石稳定变体。 常发育似纺锤状的格子双晶。 见于花岗岩、伟晶岩和区域变质岩中。 （二）斜长石亚类 1、斜长石的成分特征由钠长石NaAlSi3O8(Ab)和钙长石CaAl2Si2O8(An)所构成的连续固溶体系列。 一般习惯上利用An的百分含量进一步划分斜长石属种。 如下斜长石属种钙长石分子（An）钠长石更（奥）长石中长石拉长石倍长石钙长石010103030505070709090100人们通常把斜长石中钙长石分子的百分含量称为斜长石的号码，表示为An15等。 通常还把An50%的称为基性斜长石， 2、斜长石的光性特征斜长石属于三斜晶系，001和010解理发育，夹角8687?，晶体常沿a轴有时为c轴成板状或柱状。 薄片中无色，钠长石和部分更长石为负低突起、中性和基性斜长石为正低突起，折射率随An分子的增高而增高。 干涉色I级灰黄白。 斜长石的最大特征为发育钠长石双晶、卡钠复合双晶和肖钠长石聚片双晶等。 中性斜长石常具有环带结构。 斜长石极易蚀变，基性属种常发生钠黝帘石化，酸性属种发生绢云母化。 3、斜长石成分的光学鉴定法这里主要介绍使用普通光学显微镜测定斜长石成分的方法。 如卡钠复合双晶消光角法，垂直 (010)晶带最大消光角法，垂直a轴的切面上测定Np? （010）的消光角，平行a轴晶带中的最大消光角法（微晶法）等。 （1）垂直 (010)晶带最大消光角法在垂直 （010）晶带，即在垂直于钠长石双晶结合面的切面上，测定Np? （010）的最大消光角法，以测定斜长石的成分。 晶粒的选择垂直 （010）晶带的特征是具有钠长石双晶，且双晶纹最细，010解理纹也最细，升降物台，纹线不发生左右移动，当双晶纹平行十字丝或位于45?位时，双晶两部分亮度相等，不显双晶（图616）。 测定方法对选择好的晶粒分别测定双晶两部分的消光角Np? （010）。 两个消光角相差不应超过23?，取其平均值，一般要测定510个颗粒，取其最大值，然后查图（617）。 当消光角小于20?时，需要确定正负。 方法是比较Np与树胶的折射率，当Np大于树胶时为正角，小于树胶时为负角。 图616，垂直 (010)切面上钠长石双晶消光角图617，斜长石垂直 (010)晶带上最大消光角（纵坐标）和成分的关系（Burri，1967） （2）卡钠复合双晶消光角法当薄片中的斜长石发育卡钠复合双晶时，应用此法。 只需测定一个颗粒即可。 颗粒选择当双晶纹平行十字丝或位于45?位时，钠长石双晶明暗程度相等，不显双晶，只见双晶结合缝，但显示卡氏双晶。 测量方法分别测定卡氏双晶二单体上的钠长石双晶消光角，如某一单体的消光角为X1和X2，平均值为X，另一个单体测得的消光角为Y1和Y2，平均值为Y。 当两个消光角的值都小于16?时，需要确定正负，方法仍为比较Np与树胶的折射率。 （3）在垂直a轴的切面上测定Np? （010）的消光角颗粒选择垂直a轴颗粒特征为切面的形状往往近于方形；能同时见到001和010两组解理，且升降物台解理缝不左右移动；能见到钠长石双晶，并以双晶结合面对称消光。 测定方法测定钠长石双晶两个单体的消光角Np? （010）。 消光角仍有正负之分，判断方法为当Np位于001和010两组解理的锐角范围（87?）时为正角，位于钝角范围（93?）时为负角。 四、角闪石（一）成分和分类角闪石的结构通式为A0-1B2C5T8O22(OH,F,Cl)2A=K,Na B=Ca,Na,Fe2+,Mn,Mg，也称为M4位置C=Mg,Fe2+,Mn,Fe3+,Cr,Al,Ti，也称为M1，M2，M3位置T=Al,Si等根据B位阳离子占位，角闪石可分为4组铁镁锰闪石组(Ca+Na)B1.34;如直闪石、镁铁闪石等钙质闪石组(Ca+Na)B?1.34，且Na B0.67;透闪石、阳起石、普通角闪石等钠钙质闪石组(Ca+Na)B?1.34，且0.67Na B90%古铜辉石En=70-90紫苏辉石En=70-50铁紫苏辉石En=50-30尤莱石En=30-10斜方铁辉石EnNp中正突起001解理极完全近于平行消光，正延性二轴晶负光性，2V030?。 图633黑云母光性方位 八、绿帘石类（Epidote）（一）成分特征A2B3Si3O12(OH)ACa BAl,Fe3+,Mn3+等常见属种如下 1、黝帘石，Ca2Al3Si3O12(OH)斜方晶系，晶体沿b轴呈柱状，无色，高正突起，I灰或异常蓝干涉色，二轴晶正光性，常由基性斜长石蚀变生成，也常见于低级变质岩中。