3.5. Изучение рудных минералов в отраженном свете

Главными диагностическими свойствами минералов в отраженном свете служат отражательная способность и твёрдость (микротвёрдость). О твёрдости минералов можно косвенно судить по высоте относительного рельефа в аншлифах.

Группировка минералов по отражательной способности и микро­твёрдости иллюстрирует рис. 12.

И.С.Волынский (1947), учитывая данные, систематизированные Бови и Тэйлором, разделил все рудные минералы по отражательной способности и твёрдости на пять диагностических групп:

1 группа – сильно отражающие свет мягкие минералы (самородные металлы, интерметаллические соединения);

2 группа – сильно отражающие твёрдые минералы (эталонами служат пирит и арсенопирит);

3 группа – среднеотражающие мягкие белые (галенитоподобные) минералы и явно окрашенные цветные минералы (к числу явно окра­шенных распространённых минералов принадлежат, например, халько­пирит, пирротин, халькозин, борнит);

4 группа – слабоотражающие твёрдые минералы (например, магнетит, гематит);

5 группа – слабоотражающие мягкие минералы (сфалерит и подобные ему по цвету и отражательной способности более твёрдые минералы).

Рис. 12. Систематика рудных минералов по значениям показателя

отражения и твёрдости микровдавливания (по S.H.U. Bowie, К. Taylor, 1950)

3.5.1. Диагностические свойства, наблюдаемые без анализатора

Цвет минералов в аншлифе является важным диагностическим признаком. Цвет обусловлен взаимодействием оптического излучения с веществом и порожден потоками падающего света.

Цвет полированной поверхности минералов в отраженном свете зависит от избирательного поглощения минералами тех или иных лучей сложного белого цвета и характеризуется интенсивностью излучения (яркостью) и цветностью (цветовому ощущению глаза). Цвет (то есть определённый диапазон электромагнитного излучения) воспринимается человеческим глазом: в передней части человеческого глаза имеется хрусталик, который проектирует цветовое изображение на сетчатку глаза. Процесс передачи изображения и восприятие его хрусталиком глаза называется аккомодацией. Воспринимаемая глазом цветовая картина переносится от сетчатки глаза нервами в мозг; и благодаря этому осознаётся воспринимаемое глазом изображение. Диапазон электромагнитного излучения, которое воспринимает человеческий глаз, очень мал и охватывает длины электромагнитных волн в диапазоне от 350 до 700 нм.

Любой цвет представляет собой смесь разных цветов, в основном красного, зелёного и голубого, а также смесью белого и какого-либо определённого монохроматического света. Существуют специальные приборы-колориметры, предназначенные для измерения параметров цвета. Измеряется система таких параметров: В (яркость цвета), λ (доминирующая длина волны, которая дает анализируемый цвет), р (чистота цвета, этот параметр определяет долю монохроматического излучения в общей системе с белым ложным светом). Методика количественного определения цвета в отраженном свете с использованием категорий колориметрии разрабатывалась Х. Пилером (1966), В. Хтейном и Р. Филипсом (1973).

Цвет минералов определяется абсорбционной способностью минералов и зависит от силы освещения и качества полировки аншлифов. Вариации цветного оттенка минералов обусловлены изменением их хи­мического состава и состава изоморфных и минеральных примесей. Эталонами цвета служат следующие характерные рудные минералы:

• белый – галенит,

• светло-серый – теннантит,

• серый – сфалерит,

• кремовый – пирротин,

• желтоватый – пирит,

• желтый – халькопирит,

• кремово-розовый – никелин,

• бледно-голубой – халькозин,

• синий – ковеллин.

Непрозрачные минералы всегда имеют окраску, а прозрачные ми­нералы в отраженном свете тусклые и серые.

Эталонами белых и серых минералов являются: галенит – эталон белого Цвета, серовато-белого – блеклая руда, серого – сфалерит, темно-серого – кварц. Цвет минералов в отраженном свете зависит и от цвета окружающих минералов; следует помнить о цветовых контрастах, которые вызывают оптические иллюзии и искажают реальный цвет минерала, например, серое на зелёном фоне кажется красноватым, минерал с кремовым бледным цветом рядом с ярким белым минералом воспринимается как тёмно-желтый. Белый галенит, если он находится в тесном срастании с алтаитом и самородным серебром, которые преобладают количественно над ним в поле зрения микроскопа, приобретает фиолетовый оттенок, а при подчинённом содержании указанных минералов преобладающий в поле зрения белый галенит создает розоватый оттенок алтаиту и кремовый самородному серебру, а сам воспринимается в сростках с алтаитом как слегка серый с лёгким сиреневым оттенком.

Для наблюдения цвета освещение микроскопа должно быть равномерным, а полевая и апертурная диафрагмы широко раскрыты, при этом прииеняют слабый объектив, а в качестве рефлектора – стеклянную пластинку.

Явно окрашенных минералов в отраженном свете не так много большинство же минералов белые, и имеют различные оттенки желтого розоватого, голубоватого, зеленоватого и серого цвета, а низкоотражающие минералы выглядят серыми и темно-серыми.

Цвет минералов в аншлифе зависит от той среды, в которой производятся наблюдения. Цвет явно окрашенных минералов в иммерсион­ной жидкости отличается от цвета минералов в воздухе. А прозрачные минералы в иммерсии становятся более тёмными, они почти чёрные в кедровом масле. Следует помнить, что при плохом качестве полировки цвет минералов становится другим, чем при качественной полировке: например, пирит при качественной полировке белый с желтоватым оттенком, а при плохой становится жёлтым.

Цвет минералов зависит также от прозрачности минералов. Непрозрачные минералы выглядят яркими, поскольку они интенсивно отражают свет, а прозрачные минералы отражают мало света и выглядят серыми и тусклыми. Отражательная способность анизотропных минералов неодинакова в разных направлениях сечений минерала. В сечениях, которые совпадают с главными оптическими направлениями, для оптически одноосных минералов будет одно максимальное и одно минимальное значение показателя отражения, а для двухосных – три. У цветных сильно анизотропных минералов разные сечения могут иметь разные цвета в отраженном свете (такое явление называется «плеохроизмом отражения»).

У анизотропных непрозрачных и полупрозрачных минералов при вращении столика микроскопа наблюдается изменение цвета или его яркости (такое явление называется «двуотражением»).

Двуотражение – это свойство только анизотропных минералов, а также некоторых прозрачных минералов, которые отличаются высоким двупреломлением (например, сфен). При наблюдении эффекта двуотражения используется объектив небольшого увеличения, при этом апертурная и полевая диафрагмы должны быть открыты. Следует наблюдать участки с большим скоплением зёрен исследуемого минерала. Для того, чтобы исключить влияние других минералов непосредственно в момент наблюдения эффекта двуотражения освещенное поле зрения сокращается с помощью полевой диафрагмы. Двуотражение у изолированных зёрен проявляется только у сильно и очень сильно двуотражающих минералов. Лучше эффект двуотражения наблюдается у тесно сросшихся мономинеральных зёрен (вследствие различий в отражательной способности смежных разноориентированных зёрен).

Двуотражение некоторых окрашенных минералов часто сопровождается изменением цвета или цветного оттенка в отраженном свете (такое же явление может наблюдаться и у слабоокрашенных минералов). Эффект двуотражения не проявляется в сечениях, перпендикулярных оптической оси минералов. При наблюдении двуотражения могут обнаруживаться двойниковые швы. При наблюдении с иммерсией эффект двуотражения в общем усиливается: у одних минералов незначительно, у других – резко.

Показатель отражения минералов является ведущим оптическим агностическим свойством минералов в аншлифах. Показатель отражения при обычной работе с микроскопом оценивается качественно, по сравнению с другими, хорошо известными минералами, которые обычно присутствуют в аншлифе (такими, например, как пирит, халь­копирит, сфалерит, кварц). Менее яркий минерал будет иметь и более низкий показатель отражения. Разница яркости ассоциирующих мине­ралов, улавливаемая глазом, составляет 5 %.

Для качественной оценки отражательной способности применяется метод сравнения исследуемого минерала с минералом-эталоном.

Наблюдения в иммерсии позволяют диагностировать мелкие минеральные зёрна. Но при переходе от наблюдений в воздухе к наблюдениям в иммерсии показатель отражения при любой силе освещенности уменьшается, причем понижение отражательной способности будет не одинаковым для разных минералов и для минералов разной прозрачно­сти. Наиболее резкое уменьшение показателя отражения (R) будет про­исходить для полностью прозрачных минералов, но чем больше будет возрастать показатель преломления минералов, тем меньше будет сни­жаться показатель отражения в иммерсии. А для сильно отражающих минералов снижение показателя R в иммерсии будет незначительно. Цвет минералов при наблюдении в иммерсии будет более насыщенным и может изменяться.

Следует помнить, что показатель отражения, а следовательно и эффект двуотражения анизотропных минералов, изменяются в зависимости от длины волны применяемого света. Оценка отражательной спо­собности минералов методом их сравнения в аншлифе затрудняется, если один из минералов бесцветный (белый или серый), а другой цветной или оба цветные с разной окраской или тонами цвета. Для наблюдения показателя отражения (R), чтобы избавиться от влияния цвета и цветного оттенка минералов, необходимо оценивать качественно показатель отражения, используя оранжевый светофильтр (или оранжевое стекло, накладывая это стекло на окуляр, при этом синий светофильтр может оставаться на месте). Затруднения в оценке отражения вызывают такие факторы как качество полировки и разный рельеф сравниваемых минералов. Чтобы освободиться от влияния рельефа, оценку показателя отражения производят с иммерсией.

Для количественной оценки отражательной способности минералов в аншлифах служат специальные приборы – микрофотометры.

Высшими значениями показателя отражения (более 60 %) обладают самородные металлы, высокими (от 45 до 60 %) – сульфиды железа, кобальта и никеля. Все оксиды имеют пониженные показатели отражения (ниже 30 %).

Благодаря полировке, вокруг более твёрдых минералов, имеющих в аншлифе высокий рельеф (потому что мягкие минералы слабее сопро­тивляются механическому воздействию) образуется световая полоска (на границе срастания двух разных по твёрдости минералов). Эта полоска называется полоской Кальба и образуется в результате наложения лучей, отраженных от горизонтальной поверхности минеральных зёрен, и лучей отраженных от наклонной поверхности закруглённого полировкой края более твёрдого минерала. При большой разнице рельефа световая полоска сопровождается тёмной каймой вокруг минерала с низкой твёрдостью, отвечающей внутренней границе выступающего вверх более твердого минерала. Чёрная кайма – это тень от минерала с высокой твёрдостью. Этот эффект усиливается в косом свете при слегка выведенном из строго скрещенного положения анализатора. При удалении объектива от аншлифа (путем поднятия тубуса рудного микроскопа, или опускания предметного столика в других конструкциях микроскопа) световая полоска перемещается с более твёрдого минерала на более мягкий минерал с меньшим относительным рельефом. Короче говоря, при приближении аншлифа к объективу, – полоска перемещается на положительный по рельефу минерал.

Эффекты оптической анизотропии при одном николе проявляются в изменении яркости и цветности минералов, а цветность находится в прямой зависимости с силой эффекта анизотропии при скрещенных николях.