■•V
: СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ
^ИССЛЕДОВАНИЯ МИНЕРАЛОВ,
^ГОРНЫХ ПОРОД И РУД
СЛИКТ-МСТСРПУРГ
1ЯЯ7

УДК 553.1 (075.80)
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МИНЕРАЛОВ, ГОРНЫХ ПОРОД И
РУД / Санкт-Петербургский горный ин-т. СПб. 1997. 137 с. ISBN 5-230-19598-3.
Впервые систематически описаны важнейшие современные методы, которые используются
при исследовании вещественного состава природных и техногенных образований. Охарактеризова-
ны приемы работы с минеральными агрегатами, рассмотрены методы разделения их на фракции и
изучения конституции минералов. Внимание уделено и традиционным, и активно развивающимся
современным спектроскопическим методам. Рассмотрены возможности, условия применения и ог-
раничения различных методов валового и локального анализа вещества.
Учебное пособие подготовлено коллективом специалистов с учетом опыта преподавания и
практической работы как в России, так и за рубежом.
Учебное пособие предназначено для студентов и аспирантов специальностей 080100
«Геологическая съемка и поиски месторождении полезных ископаемых», 080200 «Геология и раз-
ведка месторождений полезных ископаемых» и 080G00 «Прикладная геохимия, петрология и мине-
ралогия» и может быть полезна геологам, занимающимся прикладными исследованиями.
Табл.И. Ил.48. Библиогр.-. 108 назв.
Под редакцией канд. геол.-мин. наук В.В.Гаприпснкп
Авторы: Г.П.Г>ог<)тю'<(1. Р.ЛАцшкьан, ПЛ.Гап/чпгнкп, И.М.Гайдамапо, Л.И.Глаюа,
в.В.Долшю-Доброоолъский. М.П.Ыорозпа, В. Л. 1'омшюа, В.В.Смоленский, С.М.Сухаржпский,
Л.И.Трстъякопа, Ю.М.Чащшюа, В.Ю.Эшкин
Рекомендовано к изданию и качестве учебного пособия Учсбмо-мстодическим объединением
по геологическим специальностям п инженерно-технических вузах
ISBN 5-230-19598-3
О Санкт-Петербургский горный институт
им.Г.Н.Плеханова, 1Я!)7 г.
ВВЕДЕНИЕ
На протяжении последних дясятнлетий быстрыми темпами развиваютец
разнообразные методы изучения состава и строения минералов, горных пород t
руд. Во многих случаях они остаются пока лишь на вооружении спецналистиц
занимающихся научными исследованиями в области минералогии и геохимии
По и решение большинства прикладных проблем при проведении гсологическт
работ в настоящее время так же требует применения комплекса аналитических
методов, корректное использование которых обеспечивает успех дела, а неуме-
лый, непрофессиональный подход к ним приводит к потере сил, средств и времс
ни.
Современный геолог, в какой бы области он ни работал, постоянно стал-
кивается с необходимостью использования тех или иных аналитических метод™
для решения прикладных задач. В то же время в силу резкой лиффергчщирп
ваппосгн подготовки специалистов и сведения к минимуму курсов по минера Т'
гни и геохимии в учебных программах ряда кафедр, многие геологи окааываюи1
неподготовленными к грамотной постановке задач, не владеют необходимыми т
тодамн анализа вещества и часто далеки от понимания их результатов.
Существующие учебники и учебные пособия в большинстве случаев p;i<
счигаш,i на специалистов-аналитиков и с трудом воспринимаются геологами
практиками. В отличие от них в предлагаемом учебном пособии в доступной д.т
студентов, аспирантов и выпускников геологических вузов форме изложены о
новы, возможности и ограничения различных методов анализа минералов, п>|
пых пород и руд, которые наиболее часто встречаются при решении тех и
иных прикладных задач. Это по существу расширенный вариант учебного по<
бия "Лабораторные методы исследования минералов", которое было издано
1988 г. в Горном институте и уже несколько лет используется студентами и аси'
рантами.
К сожалению, некоторых наших коллег и учителей , авторов того учг
ного пособия, уже ист с нами. Ушли из жизни Наталья Борисовна Абакумов
Сергеи Александрович Рудспко, Валерий Юлиусович Эшкин. Светлая намятг
них, благодарность им и признательность всегда сопровождают всю деятельное
кафедры минералогии, кристаллографии и петрографии института, помогали ч
и при работе над данным учебным пособием.
Авторы с благодарностью воспримут замечания и пожелания, напран.'п
ные па улучшение качества подготовки специалистов-геологов в указанной об ■:
ти.

1. ОБЗОР МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ МИНЕРАЛОВ,
ГОРНЫХ ПОРОД И РУД
В практике любых работ в области геологии перед специалистом всегда
возникает задача идентификации тех или иных природных или техногенных об-
разований и характер этой задачи определяет уровень организации вещества, в
соответствии с которым производится такая идентификация: формационный, по-
родный, минеральный, элементный.
Поскольку минералогия является важнейшей основой не только петрогра-
фии, геохимии, науки о полезных ископаемых, но и многих других геологиче-
ских наук, диагностика, а также исследование минералов и их ассоциаций явля-
ется одним из главных этапов практически любых геологических исследований.
В настоящее время известно несколько тысяч различных минеральных ви-
дов с весьма широким спектром химического состава и свойств, по-разному про-
являющихся в различных геологических условиях. Минералы имеют своего рода
генетическую память, закрепленную в их конституции и свойствах. В этом случае
говорят о типоморфизме минералов как о способности отражать в своих характе-
ристиках даже незначительные изменения условий, существовавших не только в
период возникновения < и роста минералов, но и в процессе их дальнейшей
"жизни". Естественно поэтому, что на результатах минералогических исследова-
ний базируются самые разные геологические модели и построения.
В самой минералогии в настоящее время выделяют несколько прикладных
направлений: поисковое, технологическое, экологическое, медицинское, техниче-
ское, геммологическое, - каждое из которых использует свою методику и набор
методов.
В XX столетии оформилась геохимия - наука, "отпочковавшаяся" от ми-
нералогии и за последние десятилетия ставшая всеобъемлющей, особенно в спязи
со взрывообразным развитием интереса к состоянию окружающей среды, изуче-
ir,: которого основано на геохимической методологии В.И.Вернадского. Основ-
ным объектом исследования геохимии являются химические элементы в природ-
ных процессах: их распространенность, законы поведения, сочетания и миграции.
Для химических элементов характерно многообразие форм нахождения в приро-
де, важнейшей из которых являются минералы.
При решении самых разных прикладных задач обычно встают два глапных
вопроса: каково содержание того или иного элемента в анализируемом объекте и
в какой форме он в нем находится. Низкий уровень геохимических знаний и не-
достаточная аналитическая база производственных организаций предопределили
отсутствие систематических данных о содержании и форме нахождения примес-
ных элементов в рудах большинства месторождений и, как следствие, привели в
процессе их освоения и эксплуатации к потере огромных масс попутных ценных
компонентов. Отметим также, что многие из них весьма токсичны по отношению
к живым организмам и выброс их в окружающую среду может привести к необ-
ратимым изменениям в биосфере. Только с начала 80-х гг., когда появились пер-
вые инструкции по подсчету запасов попутных компонентов в рудах месторожде-
нии, а общество начало осознавать экологическую угрозу, появились некоторые
положительные изменения в этом плане.
Для выявления форм нахождения примесных элементов в породах и ми-
■ералах, цепных и экологически опасных компонентов в рудах уже нельзя огра-
ничиться привычным химическим анализом. Необходимо знание возможностей
Целого арсенала методов.
Одними из самых распространенных методов диагностики минералов, по-
род и руд являются их исследования в прозрачных и полированных шлифах
Эти методы хорошо разработаны и не теряют своей актуальности, будучи очень
дешевыми и экспрессными. К сожалению, некоторые из них незаслуженно ото-
двинуты на второй план, так как недостаточно освоены геологами-практиками. В
учебном пособии рассмотрены основные приемы работы со шлифами, в том числе
федоровский метод, удобный для решения ряда задач точной диагностики мине-
ралов.
Разработка методов автоматического анализа изображений, стереометриче-
ского анализа структуры минеральных агрегатов открывают новые возможности
получения информации о горных породах на основе использования прозрачных и
полированных шлифов в сочетании с компьютерной техникой.
Диагностике и исследованию моно- и полиминеральных фракций в на-
стоящее время служит сложная и многообразная система методов. Существует
множество разнообразных таблиц и справочников, позволяющих с той или иной
степенью точности на основе физических, оптических и химических методов от-
нести анализируемый минерал к тому или иному минеральному виду. Хороню
известные и широко используемые методы определения твердости, плотности,
магнитной восприимчивости, электрических свойств минералов, а также чисто
химические и радиометрические методы, которые описаны в ряде специальных
руководств и обычно не вызывают вопросов в отношении условий их примене-
ния, здесь не рассматриваются.
Методы морфометрии кристаллов, не требуя значительных затрат на обо-
рудование, в ряде случаев дают замечательные прикладные результаты.
Одним из самых экспрессных мешдов точной диагностики даже очень
мелких выделений многих породообразующих и акцессорных минералов является
простой и доступный иммерсионный метод, к сожалению, мало знакомый многим
геологам-практикам.
Термический метод, способным точно диагностировать целый ряд минера-
лов, позволяет также проводить фазовый анализ их смесей в тонких фракциях и,
будучи относительно дешеным и экспрессным, используется мри решении многих
специальных задач.
Значительно большими возможностями обладают рентгеновские методы,
которые являются точными методами диагностики минералов и особенностей их
структуры, но требуют специализированного оборудования и весьма высокой
квалификации сотрудников.
В последнее время для решения ряда геологических задач все шире при-
влекают многочисленные спектроскопические методы, которые позволяют полу-
чать данные о форме нахождения, состоянии, распределении атомов и молекул в
твердом теле.
На первых этапах применения этих физических методов в минералогии и
геохимии они имели чисто теорелическ!»: шачпнпе, по в последние годы с их по
мощью нее чаще решаются и прикладные зядачн. Внедрение физических методов
н практику геологических исследований постепенно переводит многие качествен-
ные признаки оруденения, индикаторы тех или иных природных явлений, полу-
ченные опытным путем, в разряд количественных, измеряемых и документируе-
мых. Но так как, на наш взгляд, многие геологи пока недостаточно знакомы с
возможностями этих методов, а фп:шки часто плохо представляют себе необхо-
димый уровень решения прикладных залам геологии, то при весьма значительном
числе глубоких исследований в области конституции и типоморфизма минералов

до сих пор можно назвать лишь единичные примеры доведения разработанных
методов до практики поисковых работ.
В то же время экономическая ситуация в стране уже сейчас диктует отказ
от традиционных "затратных" методов поисков, оценки и разведки месторожде-
ний и применения оперативных наукоемких методов и критериев. Дополнитель-
ный импульс для внедрения спектроскопических методов в геологию может дать
и новый этап активизации поисков и освоения месторождений драгоценных и по-
делочных камней и некоторых других видов нерудного сырья.
Активное развитие методов анализа в физике и химии существенно отра-
зилось и на аналитической базе, используемой в геологии для определения хими-
ческого состава минералов, горных пород и руд. Уровень задач, стоящих перед
практической геологией, уже таков, что нельзя ориентироваться только на хими-
ческий и спектральный анализы. В то же время при большом разнообразии су-
ществующих методов, каждый из которых обладает специфическими возможно-
стями и ограничениями, точностью, чувствительностью, воспроизводимостью
применительно к конкретным геологическим объектам, необходим умелый выбор
метода для изучения конкретного состава проб, содержания в них тех или иных
элементов или их ассоциаций. Это касается и локальных методов анализа, кото-
рым свойственны ограниченные и весьма жестко установленные условия приме-
нения.
В учебном пособии не рассматриваются некоторые современные методы,
использующиеся пока преимущественно при проведении научных исследований:
изотопные методы изучения горных пород, руд и Минералов, исследование мно-
гофазных включений и др. Они весьма информативны и,несомненно, будут раз-
виваться и широко внедряться в практику геологических работ.
Предварительно укажем также, какой должна быть последовательность
этапов изучения природных или техногенных образований, необходимая для по-
лучения корректных выводов:
1) четкая, конкретная постановка задачи исследования;
2) выбор метода анализа или сочетания методов, выполняемых в опреде-
ленной очередности;
3) тщательная подготовка проб в соответствии с требованиями выбранных
методов;
4) проведение анализов;
5) интерпретация результатов и получение выводов с учетом ограничений
возможностей методов.
2. ИЗУЧЕНИЕ МИНЕРАЛОВ, ГОРНЫХ ПОРОД И РУД
В ПРОЗРАЧНЫХ И ПОЛИРОВАННЫХ ШЛИФАХ
2.1 МИКРОСКОПИЯ В ПРОХОДЯЩЕМ СВЕТЕ
Оптическая диагностика минералов под микроскопом в проходящем снеге
занимает одно из ведущих мест среди методов лабораторного исследования мине-
ралов и минеральных агрегатов. Микроскопия в проходящем свете является ос-
новным лабораторным методом в петрографии. Она позволяет точно диагности-
ровать минералы по их оптическим свойствам, определить состав многих минера-
лов - твердых растворов, а в некоторых случаях и оценить степень упорядочен-
ности их кристаллической структуры. Кроме того, микроскопические исследова-
ния выявляют особенности строения горных пород, других минеральных агрега-
тов, уточняют взаимоотношения между минералами, дающие возможность судить
об условиях и последовательности их формирования.
Для микроскопического исследования в проходящем свете применяют спе-
циальные поляризационные (петрографические) микроскопы. Петрографический
микроскоп обязательно имеет приспособления для работы в поляризованном све-
те: поляризатор, постоянно находящийся в осветительном устройстве, и анализа-
тор, который может вводиться и выводиться в процессе исследования. Микро-
скоп снабжен вращающимся предметным столиком с градусными делениями, на-
бором сменных объективов с различным собственным увеличением, окуляром с
крестом из взаимно-перпендикулярных нитей, а также приспособлениями для по-
лучения сходящегося пучка света и наблюдения возникающих при этом коноско-
пических фигур.
В микроскопических исследованиях до настоящего времени широко рас-
пространены поляризационные микроскопы серий МП (МП-2, МП-3, МП-6,
МП-7) и МИН (МИН-8, МИН-10), а также микроскопы более новой конструк-
ции серии "ПОЛАМ" (студенческие С-111, С-112, рабочие Р-111, Р-112 и др.).
Для микроскопического исследования горных пород изготовляют специ-
альные препараты - петрографический шлифы. Петрографический шлиф - это
тонкая (толщиной 0,03 мм) пластинка горной породы, вклеенная с помощью ка-
надского бальзама между двумя стеклами: предметным и покровным.
Перед началом исследования следует сделать поверки микроскопа. Важ-
нейшие из них - установка поляризатора и анализатора в скрещенное положение,
центрировка объектива, проверка совпадения нитей окулярного креста с направ-
лением колебаний в поляризаторе и анализаторе и определение направления ко-
лебаний света, пропускаемого поляризатором.
Важнейшие оптические константы минералов, определяемые при их мик-
роскопическом исследовании в проходящем свете, связаны с явлениями прелом-
ления света и поглощения (в меньшей степени) света. Явления преломления све-
та в кристаллах довольно сложны и подробно описаны в курсах кристаллоопти-
ки. При преломлении света в оптически анизотропных веществах (кристаллах
средних и низших сингоний) возникают две преломленных волны, распростра-
няющиеся в кристалле с различной скоростью и поляризованные в двух взаимно
перпендикулярных плоскостях. Для описания явлений преломления в кристаллах
обычно используют понятие об оптической индикатрисе кристалла - вспомога-
тельной геометрической поверхности, имеющей форму эллипсоида. Каждый ра-
диус-вектор оптической индикатрисы имеет величину, пропорциональную показа-
телю преломления световой волны, колебания которых совершаются в направле-
нии этого радиуса-вектора.
Явления, наблюдаемые при прохождении света по любому направлению в
кристалле, определяются центральным сечением оптической индикатрисы плос-
костью, перпендикулярной этому направлению. Для каждого эллиптического
центрального сечения индикатрисы направления осей симметрии эллипса соот-
ветствуют направлениям колебаний двух волн, распространяющихся н кристалле
перпендикулярно плоскости сечения, а величины осей эллипса пропорциональны
показателям преломления для этих двух воли. Оси симметрии эллипса сечения
индикатрисы и соответствующие им показатели преломления обозначают буквами
пк (большая ось) и пр (меньшая ось). Разность rig - пр называют величиной диу-
преломления данного сечения.

Кроме общего случая эллиптического сечения, возможны частные случаи,
круговых (изотропных) сечений; при распространении света перпендикулярно
круговому сечению двойного лучепреломления не происходит.
При наблюдении петрографического шлифа в проходящем параллельном
свете (ортоскопическое наблюдение) свет распространяется перпендикулярно
плоскости шлифа, лежащего на столике микроскопа. Различные зерна одного и
того же минерала в шлифе могут иметь различную ориентировку, и форма и рас-
положение эллипсов сечения индикатрисы плоскостью шлифа для них различны.
Кристаллы разных сингонии различаются формой оптической индикатри-
сы. Для кристаллов кубической сингонии (и для всех вообще оптически изотроп-
ных веществ) оптическая индикатриса имеет форму сферы, все сечения которой
являются круговыми (изотропными). Для кристаллов средних сингонии оптиче-
ская индикатриса представляет собой эллипсоид вращения, вытянутого
(оптически положительного) или сплюснутого (оптически отрицательного). Сре-
ди бесконечного множества возможных центральных сечений эллипсоида враще-
ния имеется одно круговое (изотропное). Направление, перпендикулярное круго-
вому сечению, т.е. ось вращения эллипсоида, называют оптической осью кри-
сталла. Кристаллы средних сингонии, следовательно, являются оптически одно-
осными. Оптическая ось в кристаллах средних сингонии всегда совпадает с глав-
ной осью симметрии кристалла.
Главным сечением оптической индикатрисы называют сечение, в котором
лежат наибольшая и наименьшая оси эллипсоида (соответственно N& и Np). В
оптически одноосном кристалле главных сечений бесконечно много.
Для кристаллов низших сингонии оптическая индикатриса имеет форму
эллипсоида общего вида с тремя неравными взаимноперпендикулярными осями
симметрии: большой осью Ng, средней осью Nm и меньшей Np . Так же обозна-
чают и соответствующие осям показатели преломления. Такой эллипсоид имеет
два круговых сечения и две оптические оси. Поэтому кристаллы низших синго-
нии называют оптически двуоснымн. Обе оптические оси располагаются в плос-
кости главного сечения индикатрисы (плоскости NgNp); оси Ыя и Np являются
биссектрисами углов между оптическими осями. Если в остром углу между опти-
ческими осями располагается ось Ng, то кристалл считают оптически положи-
тельным, если ось Np - оптически отрицательным Если угол между оптическими
осями, обозначаемый 2V, равен 90°, кристалл называют оптически нейтральным.
В кристаллах ромбической сингонии все три оси симметрии оптической
индикатрисы совпадают с кристаллографическими осями. В кристаллах моно-
клинной сингонии только одна из осей индикатрисы совпадает с кристаллогра-
фической осью (второй кристаллографической осью [010]), а две другие могут
образовывать различные углы с первой и третьей кристаллографическими осями.
а кристаллах триклишюй сингонии в общем случае ни одна из осей индикатрисы
не совпадает с какой-либо из кристаллографических осей.
пит ВелИЧ1шы' характеризующие размеры, форму и расположение оптической
"рнсы в кристалле: главные показатели преломления (один - для минера-
кубической сингонии, два - для минералов средних сиигоний, три - для ми-
ски1"Л°В "ИЗШИХ си"гоний), величина двупреломления Ng-Np, осность, оптиче-
ыЭПак' величина 2V, константы, характеризующие положение осей индикат-
стан " Кристалле (Угол погасания, знак удлинения) - являются оптическими кон-
ами, используемыми для диагностики минералов.
редел Жпейшие оптические и кристаллографические свойства минералов, оп-
ставл 6МЫе "РИ ИХ исслеД°вании П°Д микроскопом в проходящем свете, пред-
Оптические и кристаллографические свойства минералов,
определяемые при микроскопическом наблюдении в проходящем свете
Таблица I
Наблюдение
Без анализа-
тора
С анализато-
ром
Ортоскопи-
ческое
Коноскопи-
ческое
Кристаллогра-
фические
свойства
Габитус, спай-
ность
Двойники
Оптические свойства, связанные с явлением
преломления света
Характеристика оптической hi
Величина
Показатель и
дисперсия пре-
ломления
Форма
Величина и
дисперсия дву-
преломления
Осность, опти-
ческий знак,
величина угла
оптических
осей, диспер-
сия угла опти-
ческих осей
дикатрнсы
Расположение
Угол погаса-
ния, знак уд-
линения, дис-
персия осей
индикатрисы
поглощения
. ■ спета
Окраска, пле-
охроизм, схе-
ма абсорбции
Точное определение показателей преломления возможно иммерсионным
методом либо с помощью рефрактометра на специально приготовленных образ-
цах. При рядовом микроскопическом исследовании в шлифе производится лишь
приближенное определение показателей преломления минералов. Оно основано
на явлениях, наблюдающихся на границе веществ с различными показателями
преломления (полоска Бекке, шагреневая поверхность, рельеф). Полоска Пекке
- светлая линия вдоль границы веществ с различными показателями преломле-
ния, перемещающаяся при подъеме тубуса микроскопа в сторону вещества с
большим показателем преломления. Шагреневая поверхность (видимая шерохо-
ватость поверхности зерна) и кажущийся рельеф минерала выступают тем резче,
чем больше отличается показатель преломления минерала от показателя прелом-
ления канадского бальзама, равного 1,54. Во многих руководствах но определе-
нию породообразующих минералов последние группируют по показателям пре-
ломления на основании их видимого рельефа и характера поверхности в шлифах.
При исследовании минерала без анализатора наряду с оценкой показателя
преломления определяют собственную окраску минерала и плеохроизм, а также
наличие и характер спайности и общин облик (габитус) минеральных зерен. Соб-
ственная окраска, наблюдаемая без анализатора, обусловлена избирательным по-
глощением спета в видимой части спектра. Плеохроизмом называют изменение
окраски,зависящее от направления колебаний света в кристалле, его описывают
окрасками, соответствующими колебаниям света вдоль главных осей оптической
индикатрисы (двумя - в случае одноосных минералов, тремя - в случае двуос-
ных). Дополнительной характеристикой служат схема абсорбции, показывающая,
по какому направлению наблюдается более сильное поглощение спета; различают

схему абсорбции по отношению к удлинению разрезов зерен (биотитовая или
турмалиновая схемы) и по отношению к осям индикатрисы (прямая и обратная).
Величина двупреломления минерала Ng - Np определяется при введенном
анализаторе. Плоскости колебаний света, пропускаемого поляризатором и анали-
затором, взаимно перпендикулярны, поэтому если между поляризатором и ана-
лизатором находится оптически изотропное вещество, поле зрения остается тем-
ным. Если на столике микроскопа между поляризатором и анализатором поме-
щен оптически анизотропный кристалл (кристаллическая пластинка), то при ос-
вещении белым светом кристалл приобретает окраску, вызванную интерференци-
ей двух волн, образовавшихся в кристалле и получивших за время прохождения
через него некоторую разность хода. Величина разности хода связана с величи-
ной двупреломления наблюдаемого сечения кристалла простым уравнением
Д = d(ng- лр),
(1)
где Д - разность хода, a d - толщина кристаллической пластинки. Каждой вели-
чине разности хода соответствует своя определенная интерференционная окраска.
Она отсутствует, если оси ng и пр эллипса сечения индикатрисы оказываются в
плоскости колебаний поляризатора и анализатора (положение погасания).
Разность хода можно измерить с помощью прибора - компенсатора
(кварцевого клина или вращающегося компенсатора Никитина - Берека), вдви-
гаемого в тубус микроскопа над объективом и создающего- дополнительную раз-
ность хода. По известным разности хода и толщине пластинки по уравнению (1)
определяют величину двупреломления в данном сечении ng - лр. На таблице ин-
терференционных окрасок (таблице Мишель - Леви) нанесена простая номо-
грамма для решения этого уравнения.
В разных сечениях одного и того же минерала величина двупреломления
rig - пр различна; для определения величины двупреломления минерала N& - Nv,
являющейся для этого минерала константой, измерение следует проводить в
главном сечении.
Угол погасания (угол между направлением спайности или грани кристалла
и направлением оси эллипса сечения индикатрисы) измеряется по лимбу столика
микроскопа совмещением с нитью окулярного креста сначала кристаллографиче-
ского направления (спайности или грани), а затем оси сечения индикатрисы
(установка в положение погасания). Если угол погасания равен нулю, погасание
называют прямым. В различных сечениях углы погасания могут быть различны,
поэтому для характеристики минерала угол погасания следует измерять во впол-
не определенном сечении (обычно в главном).
Знак удлинения показывает, какая из осей сечения индикатрисы (ng или
пр) расположена по направлению удлинения кристалла. Наименования осей ин-
дикатрисы определяют с помощью компенсатора (кварцевого клина или кварце-
вой пластинки).
Исследование отдельно взятого сечения кристалла в параллельном свете
не позволяет определить форму его оптической индикатрисы: осность, оптиче-
ский знак, угол оптических осей. Для этого нужно наблюдать в одном зерне оп-
тические эффекты от множества различных сечений, что обеспечивают методы
коноскопический и федоровский.
При исследовании коноскопическим методом препарат освещают сходя-
щимся пучком лучей с помощью специального дополнительного конденсора
(линзы Лазо). При введении анализатора в верхней фокальной плоскости объек-
тива (объектив должен иметь большую апертуру) возникает интерференционная
ю
коноскопическая фигура, различные точки которой соответствуют различным оп-
тическим сечениям кристалла. Для наблюдения коноскопической фигуры нужно
или убрать окуляр, или ввести перед окуляром дополнительную линзу (линза
Бертрана). По виду интерференционной коноскопической фигуры и ее поведе-
нию при вращении столика микроскопа можно судить о форме оптической инди
катрисы и о наблюдаемом ее оптическом сечении.
В зависимости от числа осей симметрии оптической индикатрисы, лежа
щих в плоскости наблюдаемого ее сечения, коноскопические фигуры разделяют
на четыре типа: поли-, ди-, моно- и асимметричным (табл.2).
: Таблица 2
Погасание и коноскопические фигуры в сечениях с пересекающейся спайностью
по двум направлениям (важнейшие случаи)
Спайность
По призме
По двум
пмнакои-
дам
По ромбо-
эдру
С И 11 Г О 11 И Я
Средняя
Изотропное сечение
е
( пол и си м м стр и ч и ая
фигура)
Симметричное
погасание
Ф
Ромбическая
Симметричное
погасание
(дисимметричная
фигура)
Прямое погасание
Моноклинная
Симметричное пога-
сание
Ф
(моносимметричная
фигура)
1. Оба ппнакоида
зоны [010)
Косое погасание
2. Один из пнна-
кондов - пинакоил
(010)
Прямое погасание
Ф
Триклинная
-
Косое погасание
0)
(асимметричная
фигура)
Полнсиммстричиая фигура отвечает сечению индикатрисы, каждый диа-
метр которого является осью ее симметрии. Фигура имеет вид темного креста,
образованного горизонтальной и вертикальной балками, пересекающимися в цен-
тре поля зрения, (табл.2). При вращении столика микроскопа крест остается не
подвижным. Такая фигура характерна только для изотропного сечения оптически
одноосного минерала.
Дисимметричная фигура соответствует сечениям индикатрисы, в которых
лежат две оси ее симметрии. Фигура также представляет собой крест, раснадаю-

при'повороте столика микроскопа на две ветви гиперболы (так называв-
шийся v расходящиеся в противоположные стороны (табл.2). Расходящие-
могут либо оставаться в поле зрения (только в случае сечения, пер-
ното острОй биссектрисе двуосного минерала с не слишком большим
нОлибо выходить за его пределы. Подобная фигура может наблюдаться и в
ав'ном сечении одноосного минерала, и в сечений 'двуосного минерала, перпен-
дикулярном к одной из осей симметрии оптической индикатрисы.
Моносим'метричная фигура отвечает сечениям', в которых лежит одна из
осей симметрии оптической индикатрисы. Фигура представляет в общем случае
од1гу изогиру, проходящую через поле зрения при вращении столика. В те мо-
менты, когда изогира проходит через центр поля зрения, она превращается в
вертикальную или горизонтальную прямую, идущую вдоль какой-либо нити оку-
лярного креста (табл.2). Такая фигура наблюдается в произвольных (наклонных
по отношению к оптической оси) сечениях одноосного кристалла и в тех сечениях
дпуосного кристалла, в которых лежит одна из осей симметрии индикатрисы. Ча-
стным случаем моносимметричной фигуры является коноскопическая фигура
изотропного сечения двуосного кристалла, когда изогира при повороте столика
микроскопа вращается в противоположную сторону, выпрямляясь и изгибаясь,
но все время проходя через центр поля зрения.
Асимметричная фигура представляет собой в общем случае одну изогиру,
проходящую при вращении столика через поле зрения. Проходя через поле зре-
ния, изогира располагается косо по отношению к нитям окулярного креста
(табл.2). Такая фигура может наблюдаться только в произвольном сечении дву-
осного минерала, в котором не лежит ни одна из осей симметрии индикатрисы.
Определить оптический знак можно с помощью компенсатора (кварцевой
пластинки) по изменению интерференционной окраски в различных частях ин-
терференционной фигуры. Наиболее удобны для коноскопического исследования
изотропные или близкие к изотропным сечения, в которых осность и оптический
знак определяются однозначно. В этом же сечении с достаточным приближением
можно оценить величину угла оптических осей двуосного минерала (по степени
изогнутости изогиры, поставленной в диагональное положение).
В ходе микроскопической диагностики минералов существенную роль мо-
гут играть явления дисперсии оптических свойств, т.е. изменения оптических
свойств иод влиянием изменения длины волны проходящего света. Количествен-
ная характеристика дисперсии требует специального исследования в монохрома-
тическом свете с различной длиной волн. Обычные наблюдения в белом свете
дают лишь качественную оценку дисперсии. Среди проявлений дисперсии опти-
ческих свойств различают дисперсию показателей преломления, дисперсию дву-
преломления, дисперсию угла оптических осей и дисперсию индикатрисы.
Дисперсия показателей преломления в той или иной степени свойственна
всем вообще веществам, изотропным и анизотропным. Для большинства минера-
лов величина дисперсии показателей преломления незначительна и заметно про-
является лишь в возникновении дисперсионного эффекта Лодочникова на грани-
це минералов с различным показателем преломления. Более существенна роль
сперсии при точном определении показателей преломления иммерсионным ме-
Дисперсня двупреломления наблюдается в оптически анизотропных кри-
■ лах. Значительная величина дисперсии двупреломления выражается п появ-
е""и а"омальных интерференционных окрасок.
Дисперсия угла оптических осей свойственна минералам низших сингоний
и при коноскопическом исследовании обнаруживает себя различной окраской' Вы-
пуклой и вогнутой сторон изогиры интерференционной фигуры. .'■'"'
Дисперсия осей индикатрисы возможна в минералах моноклинной и трик-
линной сингоний. В случае наличия сильной дисперсии осей индикатрисы во
многих сечениях при вращении столика микроскопа не наблюдается полного по-
гасания кристалла.
. Для диагностики минералов под микроскопом важное значение имеет оп-
ределение сингоний минерала и его оптической ориентировки. Сингонию минера-
ла можно установить, наблюдая характер погасания в различных сечениях отно-
сительно кристаллографических направлений (спайности, граней) и сопоставляя
эти. данные с результатами коноскопических наблюдений. Если минерал обладает
спайностью по нескольким направлениям, для его изучения целесообразно выби-
рать сечения с пересекающейся спайностью (т. е. сечения, перпендикулярные
возможному ребру кристалла, чаще всего одной из кристаллографических осей).
Характер погасания и коноскопические фигуры в сечениях с пересекаю-
щейся спайностью по двум направлениям для часто встречающихся случаев при-
ведены в табл.2.
РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Заварицкий В.А. Петрография. Конспект лекций / Ленинградский горный ин-т. Л., 1969.
Ч.З. Микроскопический метод в петрографии.
Ларсен Е.. Берман Г. Определение прозрачных минералов под микроскопом. М : Недра,
1965.
Оникиснко С.К. Специальные методы исследования породообразующих минералов в про-
зрачных шлифах и препаратах. М.: Недра. 1972.
Соболев Р.Н. Методы оптического исследования минералов. М.: Недра. 1990.
Специальные методы исследования минералов и горных пород. Учебные таблицы для оп-
ределения минералов иммерсионным методом: Метод, укалаиия / Ленинградский горный пит. Л.,
1990.
Татарский В.Б. Кристаллооптика и иммерсионный метод. М.: Недра. 1965.
Флейшср А/., Уилкокс Р., Мйтцко Дж. Микроскопическое определение прозрачных мине
ралов. Л.: Недра, 1987.
2.2. ФЕДОРОВСКИЙ МЕТОД
Федоровский, или универсальный метод оптического исследования впер-
вые разработан Е.С.Федоровым в конце XIX п. Специальный прибор - федоров-
ский столик, - устанавливаемый на предметном столике микроскопа, позволяет
поворачивать и наклонять препарат (петрографический шлиф) по различным
осям, совмещать различные кристаллографические и кристаллооптичегкие на-
правления кристалла с заданными направлениями в пространстве и определять
сферические координаты этих направлений. Это дпет возможность с большей
точностью и определенностью решать все основные задачи кристаллооптического
исследования минерала в проходящем свете, в особенности связанные с опреде-
лением формы оптической индикатрисы минерала и ее расположением в кри-
сталле (оптической ориентировкой). Последнее особенно важно для исследования
кристаллов триклншюй сингошш, и частости плагиоклазов. Очень велико зна-
чение федоровского метода при изучении двойников и других закономерных сра-
станий и прорастаний минералов, а также при выявлении особенностей и законов
13

Рис 1. Схема взаимного располо-
жения осей пятиосного федоров-
ского столика
статистической ориентировки минералов в пространстве, что составляет основное
содержание микроструктурного анализа горных пород.
Федоровский столик состоит из привинчиваемого к столику микроскопа
основания с Двумя стойками, поддерживающими несколько концентрически рас-
положенных металлических колец, которые могут поворачиваться друг относи-
тельно друга вокруг нескольких осей. К самому внутреннему кольцу столика
крепится шлиф. Он размещается между двумя стеклянными сегментами, предна-
; значенными для возможного уменьшения искаже-
ний, вносимых в измеряемые углы наклона шлифа
преломлением света.
Оси столика (рис.1) имеют следующие ус-
ловные обозначения (начиная с самой внутрен-
ней): N - ось, перпендикулярная к плоскости
шлифа, Н - ось, перпендикулярная к N и лежащая
в плоскости шлифа, К - ось, перпендикулярная к
Н, М - ось, перпендикулярная плоскости наружно-
го кольца столика и / - внешняя ось, параллельная
плоскости столика микроскопа. Шестой осью яв-
ляется ось вращения столика микроскопа (ось А).
Для отсчета углов поворота и наклона около той
или иной оси столик снабжен лимбами с градус-
ными делениями: для осей N и М на внутреннем и
внешнем кольцах соответственно, для оси / - на
специальном наружном барабане столика, для осей Н и К - на особых откидных
дужках.
К федоропскому столику прилагается несколько пар стеклянных сегментов
с различными показателями преломления стекла (обычно три пары с показателя-
ми преломления 1,516; 1,548 и 1,G47). Следует использовать сегменты, наиболее
близкие по показателю преломления к исследуемому минералу. Для работы с
федоровским столиком предназначены специальные объективы с увеличенным
рабочим расстоянием (объективы 3,7х и 5,5х).
Перед началом работы фёдоровский столик должен быть приведен и ос-
новное положение: оси N и М совмещены с осью вращения столика микроскопа
(и, следовательно, с оптической осью объектива), оси И, К и / - с направления-
ми колебаний света в николях; оси / и К установлены параллельно горизонталь-
ной нити окулярного креста; а ось Н - параллельна вертикальной нити; барабан
оси / располагается справа. Точка пересечения всех осей федоровского столика
должна располагаться в плоскости шлифа. Для этого иногда нужно немного при-
поднять или опустить шлиф. Для перемещения шлифа в направлении, перпенди-
кулярном его плоскости, предусмотрено специальное устройство.
Методика работы на федоровском столике предусматривает графические
построения в стереографической проекции, производимые на листе прозрачной
кальки с помощью сетки Вульфа. Плоскостью проекции является плоскость
шлифа, на которую проектируют все найденные кристаллографические и кри-
сталлооптические элементы (направления и плоскости). Нормаль к плоскости
шлифа (направление оси N столика) проектируется в центр круга проекций; на-
правление оси / (в основном положении столика) - на концы .экватора сетки
Вульфа. По окружности сетки Вульфа наносят градусные деления, образующие
внешний лимб сетки, соответствующий лимбу оси N федоровского столика. Пе-
ред началом построений на кальке, наложенной на сетку Вульфа, отмечают центр
И
и окружность круга проекций и на периферии круга ставят индекс, соответст-
вующий индексу лимба оси N федоровского столика.
При работе "классическим" федоровским методом практически использу-
ются три оси федоровского столика: оси N, Н и /. С помощью внутренних осей
N и Н любое направление в кристалле может быть совмещено с направлением
оси /, либо с направлением столика микроскопа (оси Л). Для нанесения на сте-
реографическую проекцию направления, совмещенного (путем поворота около
оси N и наклона около оси Н) с осью / столика, поступают следующим образом.
Вращают кальку вокруг центра, пока проставленный на кальке индекс не укажет
на точку лимба сетки, которая соответствует отсчету по лимбу оси N столика.
Затем на линии, соответствующей экватору сетки Вульфа, находят точку, от-
стоящую от внешнего круга на угловое расстояние, равное углу наклона вокруг
оси Н. Если шлиф наклонен вправо, то это расстояние отсчитывают от правого
конца экватора (справа налево), если влево - от левого конца экватора (слева
направо). Полученная точка и будет проекцией направления, совмещенного с
осью / (рис.2; точка а). Проекция направления, совмещенного с осью микроско-
па, строится аналогично, но угловое расстояние по экватору, соответствующее
углу наклона по оси Н, отсчитывают не от края, а от центра сетки Вульфа
(рис.2, точка б). Если для совмещения направления с осью микроскопа кроме
наклона около оси Н сделан еще наклон около оси /, то для построения проек-
ции этого направления следует от экватора отложить по меридиану сетки Вульфа
угол, соответствующий наклону около оси /: вниз - при на-
клоне от себя, вверх - при наклоне на себя; (рис.2, точка о).
Исследование оптической индикатрисы на федоров-
ском столике основано на так называемой основной теореме
федоровского метода : если с осью / федоровского столика,
находящейся в основном положении, совмещена ось, симмет-
рии оптической индикатрисы кристалла, кристалл находится
в положении погасания, и это положение сохраняется при
любых наклонах около оси / (так называемая
"сохраняющаяся темнота"). Справедливо и обратное: если
кристалл на федоровском столике находится в положении по-
гасания и это положение погасания сохраняется при любых
наклонах около оси / (находящейся в основном положении),
то с осью / совмещена ось симметрии оптической индикатри-
сы кристалла.
Используя оси N и Н федоровского столика, можно
методом последовательного приближения совместить какую-
либо ось симметрии индикатрисы исследуемого кристалла с
осью I столика ("установить сохраняющуюся темноту") и но
найденным ее координатам (т. е. по отсчетам по лимбам осей
N и //) нанести найденную ось на стереографическую проек-
цию. Найдя ось симметрии индикатрисы (совместив ее с осью / столика), нужно
определить се наименование. Вначале проводят испытание на ось Nm: ц плоско-
сти, перпендикулярной к Nm, располагаются оптические оси, которые с помо-
щью наклонов около оси I можно совместить с осью микроскопа (установить изо-
тропные сечения). Если в плоскости, перпендикулярной найденной оси индикат-
рисы, оптических осей нет (найденная ось индикатрисы не есть Nm), то различие
между возможными осями NK и А',, производится с помощью компенсатора
(кварцевой пластинки).
Рис. 2 Построение
стереог рафическнх
проекций направ-
лении, гонмеи
ных с осью I
лоровского сто.
(точка я) или
осью микросю
(точки 6 и а )
15

ex взаимно перпендикулярных осей симметрии. оптически двуосной
i две всегда могут быть совмещены с осью / столика; третья ось мо-
ипдикатр наддена ПОСтроением на проекции. Величину угла, оптических осей и
ЖвТ кий знак определяют, нанося на проекцию оптические, оси; установить
°ПТИжение оптических осей, если ось Nm может быть совмещена с осью столика,
нетрудно.
В случае оптически одноосного кристалла определение положения в про-
анстве его оптической оси значительно упрощается. В любом произвольном
Течении одноосной индикатрисы лежит одна из ее осей симметрии (диаметр кру-
гового сечения). Совместив поворотом вокруг оси N диаметр кругового сечения
индикатрисы с осью Я столика (установив "несохраняющуюся темноту") накло-
юм около оси Н оптическую ось можно совместить либо с осью / (установить
главное сечение индикатрисы), либо с осью микроскопа (установить изотропное
сечение).
Для определения сингонии кристалла и оптической ориентировки на сте-
реографическую проекцию наносят кроме элементов оптической индикатрисы
также кристаллографические элементы: плоскости спайности, двойниковые оси и
т п Для нанесения на проекцию плоскости спайности поворотом около оси N и
наклоном около оси Н совмещают плоскость спайности с плоскостью симметрии
микроскопа. Нормаль к плоскости спайности будет тогда совмещена с осью /
столика. Отсчеты по лимбам осей N и Н дадут координаты, по которым плос-
кость спайности (и нормаль к ней) можно нанести на стереографическую проек-
цию. Если минерал обладает двумя пересекающимися системами плоскостей
спайности, то по взаимному расположению этих плоскостей и осей симметрии
оптической индикатрисы сингония минерала определяется в принципе однознач-
но.
Наличие пяти осей у федоровского столика ФС-5 позволяет проводить ис-
следование так называемым двойным теодолитным методом (А.Н.Заварицкий),
не требующим построения стереографической проекции. При работе двойным
теодолитным методом с помощью трех внутренних осей столика (N, Н и К) оп-
тическую индикатрису устанавливают в ориентированное положение; после этого
с помощью двух наружных осей (М и /) какое-либо направление в кристалле
(оптическая ось, двойниковая ось, нормаль к плоскости спайности и т.п совме-
щают либо с осью микроскопа, либо с направлением, перпендикулярным оси
микроскопа и оси /. Сферические координаты этого совмещаемого направления
относительно осей индикатрисы непосредственно определяют по лимбам осей М
и/.
Как правило, при работе на федоровском столике наблюдения проводят в
параллельном свете (ортоскопически). С помощью специальных объективов
(объективов ОСФ с большой апертурой и увеличенным рабочим расстоянием) и
особого конденсора КСФ можно производить исследования в сходящемся свете
(коноскопически), что часто повышает точность работы на федоровском столике.
Особенно полезно применение коноскопнрования на федоровском столике при
исследовании минералов с малым углом оптических осей.
Федоровский метод играет важнейшую роль в исследовании наиболее рас-
пространенных породообразующих минералов - полевых шпатов. При исследова-
нии двойников плагиоклаза классическим федоровским методом на стереографи-
ческую проекцию наносят оси оптической индикатрисы двух индивидов, а также
Положение плоскости срастания; затем графически определяют положение и ко-
ординаты дпойникопой оси относительно осей оптической индикатрисы. По коор-
динатам двойниковой оси и плоскости срастания с помощью диаграмм
16
(например, диаграммы В.В.Никитина) определяют закон двойникования и состав
(номер) плагиоклаза. Специально составленные диаграммы (А.С.Марфунин,
Ю.В.Ванде-Кирков) позволяют кроме того определить и степень упорядоченно-
сти структуры плагиоклаза, что требует, однако, весьма тщательной работы.
При исследовании существенно калиевых и калинатровых полевых .шпатов
на федоровском столике необходимо определять ориентировку оптической инди-
катрисы относительно кристаллографических элементов (плоскостей спайности,
двойниковых осей и т.п.) и величину угла оптических осей. Подробнее о методи-
ках исследования полевых шпатов на федоровском столике можно прочесть в
специальных руководствах по федоровскому методу. Там же можно найти реко-
мендации по определению на федоровском столике оптических констант пироксе-
нов, амфиболов и других породообразующих минералов.
Федоровский метод широко используется и для микроструктурного иссле-
дования горных пород. Микроструктурный анализ основан на изучении анизо-
тропии пространственной ориентировки минеральных зерен в горных породах с
целью последующей ее генетической интерпретации. Важнейшей частью микро-
структурного анализа является составление микроструктурных диаграмм, отра-
жающих пространственное распределение тех или иных кристаллографических
или кристаллооптических элементов большого числа зерен (обычно не менее ста)
определенного минерала в исследуемом образце горной породы.
Для микроструктурного анализа берут ориентированные образцы, из ко-
торых изготовляют ориентированные шлифы со специальной маркировкой, от-
ражающей положение взятого образца в пространстве. Ориентированный шлиф)
помещают на федоровкий столик, снабженный приспособлениями, позволяющи-
ми перемещать шлиф строго параллельно. На федоровском столике замеряют
пространственное положение определенного направления (или нескольких на-
правлений) п большом количестве зерен минерала (например оптических осей
кварца, нормалей к плоскости спайности слюды, кристаллографических осей
оливина и т.д.).
Для последующей статистической обработки результаты измерений najio-
сят на равноплощадную проекцию Ламберта (на такую проекцию точки наносят с
помощью особой сетки Шмидта, сходной с сеткой Вульфа), или обычную стерео-
графическую проекцию. В последнем случае при статистической обработке для
подсчета точек, приходящихся на различные участки проекции, пользуются спе-
циальной сеткой - планисферой А.В.Пронина. Подсчитав количество точек на
разных участках проекции, проводят на диаграмме изолинии, ограничивающие
участки с одинаковой плотностью распределения точек.
Анализ полученных структурных диаграмм позволяет восстанавливать ха-
рактер и направленность внешних сил, обусловивших возникновение закономер-
ной ориентировки минеральных зерен. Микроструктурный анализ широко ис-
пользуется при изучении метаморфических и магматических горных пород и оса-
дочных образований, а также структур рудных полей и месторождений.
РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Сарпмчипа Г.М., Кожсппикаа В.И. Федоровский метол. Л.: Недра, 198.5.
2. Соболев ПС. Федоровский метод. М.: Недра, 1961
3. Специальные методы исследования минералов. Исследование двойника плагиоклаза на
федоровском столике: Метод.указания / Ленинградский горный ин-т. Л, 1990.

2.3. МЕТОДЫ СТЕРЕОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
СТРУКТУРЫ МИНЕРАЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ
Изучение строения породных и рудных агрегатов с количественной харак-
теристикой или мерой традиционных и новых его элементов преследует разные
цели:
- диагностика породы по её модальному сдставу;
- технологические характеристики руд;
- выявление гранулометрического состава агрегата;
- расчленение неких массивов, толщ по одному или нескольким структур-
ным параметрам; : ' :
- другие геологические, 'съёмочные, петрографические и прочие задачи.
Прежде всего необходимо определить предмет, объект, метод, способ ана-
лиза и измерений. Одновременно должен быть установлен диапазон желаемых и
допустимых погрешностей измерения, что влечёт за собой выбор подходящей
чувствительности метода и средств измерения.
'■''■' Изучение строения минеральных агрегатов, в частности, строения горных
тгород началось задолго до микроскопического периода п петрографии и разви-
валось параллельное описательным, физиографическим методом. Это спязало
неразрывно методы измерения с физиографическими признаками организации
минерального агрегата на плоской поверхности.
Напомним," что Классики отечественной петрографии, различая в понятии
строения минерального агрегата его структуру и текстуру, установили зависи-
мость или причинность структуры (в ее описательных терминах) от степени
кристалличности породы, от относительных количеств минералов, слагающих
агрегат, от относительных и абсолютных размеров минеральных индивидов,
их формы и взаимной ориентировки. Текстура определяется способом выполне-
ния минеральными зёрнами пространства агрегата, их ориентировкой или поло-
жением и пространстве. Легко заметить, что любое описание структуры и тек
стуры минерального агрегата "привязано", во-первых, к взаимным или простран-
ственным соотношениям индивидов или кристаллов минералов агрегата, т.е. фаз,
или зерен, требующих своей диагностики, и, во-вторых, предполагает безуслов-
ную идентификацию границ минеральных фаз, или индивидов. Очевидно, что
именно эти два обстоятельства и составляют сущность количественного физиогра
фического метода анализа строения минеральных агрегатов. Вместе с тем,
достаточно очевидно, что границы минеральных индивидов являются наиболее
активной и подвижной фазой в минералообразующем процессе и продуцируемой
им системе. Так, увеличение массы и размеров кристаллов минералов происхо-
дит благодаря присоединению новых порций вещества кристаллов через их гра-
ницы, растворение кристаллов осуществляется также на границах (вершинах,
рёбрах, гранях). Ориентировка границ, их ретикулярная (атомарная) плот-
ность, их микроскульптура, микротопография, насыщенность примесями также
хранят информацию об условиях образования и последующих трансформациях
минеральных зерен и агрегата в целом. Следовательно, получая количественные
геометрические характеристики границ индивидов, описывающих строение по-
родных и рудных агрегатов, мы создаем основу количественной генетической ми-
нералогии и петрографии, а возможно, и рудогенеза.
Для определения количественного минерального состава крупно- и ги-
гант-зернистых горных пород ещё в домикроскопнческнй период петрографии
использовался метод М.Дслесса, получивший впоследствии название планимет-
рического. Метод состоял в следующем. На поверхности штуфа раскладывался
18
лист прозрачной бумаги, на которую переносились контуры границ .черен разли-
чимых и могущих быть диагностированными минералов. Затем эта карта границ
в агрегате переносилась на фольгу, так как считалось, что фольга имеет посто-
янную толщину по всей площади, далее происходило селективное вырезание
площади сечений индивидов внутри контуров и их взвешивание.
Общая масса вырезанных "фигур" принималась за 100 %, масса каждого
минерала (т.е. масса всех фигур одного минерала) рассчитывалась в процентах
от общей. До сих пор количественный минеральный состав агрегата выражается
в процентах по объёму или массе, поэтому в зарубежной литературе его часто
называют модальным составом агрегата. Интересно, что даже на заре количест-
венной петрографии при безусловном несовершенстве способа получения первич-
ной информации исследователи стремились по возможности избежать неточности
измерительной и расчётной информации, возможно, не всегда ещё зная, для чего
при малой чувствительности метода добиваться точности, превышающей возмож-
ности метода, иногда в ущерб экспрессное™ анализа. Однако, с развитием и
широким внедрением химико-аналитических методов исследования и способов
пересчёта модального состава в элементный и наоборот, погоня за максимальной
точностью геометрического анализа оказалась вполне оправданной.
Со временем, по инициативе А.Розиваля, планиметрический метод посте-
пенно заместился линейным. Техника анализа заметно упростилась благодаря
тому, что границы минеральных зёрен фиксировались при их пересечении с го-
ризонтальными строками, линиями сканирования. Измерению подлежали отрез-
ки линий, заключенные внутри контура границ минеральных индивидов на ана-
лизируемой поверхности. Последующая процедура расчёта модальной доли каж-
дого минерала в составе породы была аналогична описанной для планиметриче-
ского метода. Этот способ определения количественного минерального состава
пород и руд использовался при микроскопических исследованиях и довольно
скоро был усовершенствован до точечного. Измеряли уже не отрезки линий, ог-
раниченные контуром сечения зерен, а количество точек, оказавшихся в преде-
лах контура всех сечений индивидов одного минерала и последовательно каждо-
го. Находя процентную долю точек, попавших на зёрна одного минерального ви-
да, от общего количества точек равномерно распределённых на фиксированной
площади анализа, также получали модальный или количественный минераль-
ный состав породы (руды).
Анализируя распределение хорд, полученное как промежуточный резуль-
тат при модальном анализе, пришли к выводу, что при решении некоторых за-
дач можно использовать яти результаты в качестве базы для последующих расче-
тов нормативного гранулометрического и модального составов минерального аг-
регата. Постепенно количество метрических характеристик строения минерально-
го агрегата, которые могли, быть рассчитаны попутно с модальным составом по-
роды, росло. Нельзя забывать, однако, что все показатели, коэффициенты
(иногда их называют параметрами строения минеральных и иных зернистых
агрегатов) суть величины, которые характеризуют трёхмерное, объёмное про-
странство. Но те же геометрические параметры являются результатом процессов
и могут характеризовать четырёхмерную систему, ибо и границы индивидов, и
все иные отношения в породе являются функцией времени, функцией длитель-
ности формирования и преобразовании ансамбля зёрен, тогда как реальные из-
мерения структуры и текстуры породных и рудных агрегатов проводят на плос-
кости, т.е. в двумерном пространстве. Огромное количество устройств, аппара-
туры, в том числе снабженной микропроцессорами, персональными компьюте-
рами с пакетами и богатыми библиотеками программ, обеспечивают высокую дос-

ть получаемых результатов. Имеющиеся эталоны, тест-объекты позво-
Т° проверить правильность анализа, проведенного на плоскости. Это касает-
Л" и чувствительности и воспроизводимости результатов геометрического анали-
Но интерпретация 'этих данных в качестве результатов стереометрического
лиэа должна проводиться1 * с осторожностью. Мы имеем в виду избыточный
пас объёма (площади) выборки для анализа, при этом большое количество
стандартных(маленьких) шлифов не заменяет даже один большой (40 х 60 или
60 х 90 мм) шлиф. Это происходит потому, что принятые нами априори эрго-
дичность и стационарность • структуры минерального агрегата допустимы для
большинства случаев, но не учитывают некой неизвестной топологической связ-
ности агрегата, которая может нарушаться при анализе стандартных (10x10,
15 х 15 и даже 20 х 20'мм) шлифов1. Это замечание касается прежде всего сред-
не- и крупнозернистых массивных пород и руд. Минеральные агрегаты, имеющие
в своём строении сланцеватость, полосчатость, директивность, должны анализи-
роваться с учётом этих 'особенностей, как и гломерозернистые, пятнистые, пор-
фировидные, порфиробластовые и пр. Анализ мелко- и тонкозернистых пород
таких ограничений, как правило, не требуют, и если размеры зерен не создают
сложности при диагностике в проходящем свете оптического диапазона, то ана-
лиз проводится по стандартной методике.
В соответствии с эволюцией способов и методик геометрического анализа
строения минеральных агрегатов развивался парк технических устройств и при-
боров, реализующих методические разработки количественного описания струк-
туры пород и руд. Необходимо отметить, что в настоящее время на зарубежном
аппаратурном рынке преобладают коммерческие названия методов, называемые
автоматическими и полуавтоматическими, по всей видимости, за фиксированное
машинное время расчёта, обработки первичных результатов анализа, количества
точек или отрезков.
Однако, правильнее было бы считать, что автомат - это прибор или ма-
шинный комплекс, в котором автоматически производится диагностика мине-
ральных фаз и устанавливаются границы между ними. Такого устройства ни
отечественный, ни мировой рынок ещё не демонстрировал. В настоящее время и
лабораториях преобладают приборы, где диагностика минералов заменяется их
дискриминацией по каким-то признакам (чаще по яркости, пропусканию, реже
по цвету) и совмещается с развёрткой или строчным сканированием. Как прави-
ло, используются так называемые телевизионные микроскопы, представляющие
собой оптические микроскопы с передающей телевизионной трубкой. Бесспорное
достоинство такого микроскопа состоит в том, что анализ изображения совмещен
но времени с его формированием благодаря телевизионной развёртке. Это об-
стоятельство обеспечивает не только высокую скорость (производительность)
анализа, но и высокие чувствительность и воспроизводимость результатов. Од-
нако, сравнительно низкая оптическая чувствительность даже самых современ-
ных телевизионных трубок резко снижает возможности дифференциации мине-
ралов в автоматическом режиме. Сканирование и анализ поля зрения препарата
нарушает, как мы говорили, связность агрегата даже в пределах шлифа или ан-
ш.чнфа. Эти ограничения сужают перечень поддающихся определению минераль-
ных агрегатов и круг задач исследования и измерения их строения.
До недавнего времени оптико-механическая фирма ЛОМО выпускала
анализаторы МИУ-5, названные разработчиками полуавтоматами. Минералоги-
ческое интеграционное устройство (МИУ-5 и МИУ-5М) состоит ил поляризаци-
онного микроскопа, сканирующего стола и персонального компьютера. Поляри-
20
зационный микроскоп, могущий работать в проходящем, отражённом или комби-
нированном свете, позволяет диагностировать все минералы, обычно доступные
для диагностики подготовленному минералогу (петрографу). Увеличение микро-
скопа в проходящем и отраженном свете соответственно от 22 до 840х и от 31,5
до 800х. Сканирующий стол вместе с препаратом может перемещаться со скоро-
стью от 0,012 до 1,6 мм/с. Площадь анализа не превышает 60 х 60 мм; шаг ска-
нирования (расстояние между точками) в плоскости препарата 0,004 мм; изме-
ряемые линейные размеры (хорд, диаметров, контуров и нр) от 0,004 до 5,0 мм.
Границы минеральных зёрен регистрируются одновременно с диагностикой. В
приборе реализован линейно-дискретный способ съёма первичной информации
при геометрической анализе. Точки, расположенные на параллельных строках
сканирования через 4 мкм, создают суммарную базу расчёта столь значитель-
ную, что обеспечивают высокие чувствительность анализа(не хуже 0,1 %) и вос-
производимость полученных результатов (не хуже 0,01 %). Фиксированная ве-
личина, шага по осям плоского сканирования, известное количество точек, при-
ходящихся на каждое зерно, на зерна каждого минерала, на все минералы, а
также фиксированное количество пересечений строками сканирования границ ин-
дивидов друг с другом - всё это даёт возможность одновременного, практически
синхронного со сканированием расчёта многих параметров строения минерально-
го агрегата.
Все метрические показатели и характеристики структуры и текстуры по-
род и руд могут быть получены в результате решения восьми задач, заложенных
в программное обеспечение прибора. Программа, позволяющая решить задачу
№ 1, предусматривает возможность полумения за одно сканирование следующих
величин: модальный состав агрегата (не больше, чем для 20 минералов, или ге-
нераций); нормативный гранулометрический состав агрегата или распределение
размеров хорд (отрезков линий сканирования, заключённых внутри контуров
минеральных зёрен) для 20 минералов; коэффициент агрегатнвности для перпых
(по порядку в списке) 10 минералов. Коэффициент агрегатнвности характеризует
частоту встречаемости общих границ последовательно каждой пары минералов,
достаточно чутко отражая меру "рассеянности" или "равномерности рассеяния"
минеральных индивидов в агрегате, меру их гломерозернистости. Матрица ко-
эффициентов агрегативности, по существу, представляет собой полную характе-
ристику текстуры массивного минерального агрегата. Кроме названных рассчи-
тываются и, при необходимости могут быть получены, следующие параметры
строения ансамбля зёрен: внутренняя и удельная поверхность границ зерен ми-
нерала, количество случайных сечений зёрен в единице анализируемой площади,
средний линейный размер случайных сечений минеральных индивидов, средний
объём минеральных индивидов каждого из минералов, количество зёрен в едини-
це объёма и др.
Другие задачи предусматривают определение формы сечений зёрен и ко-
личественной меры шероховатости поверх мости с использованием метода гармо-
нического разложения Фурье (математическая обработка декартовых координат
неких точек на контуре сечения индивида). Это некристаллографическое описа-
ние формы кристаллов или зерен представляется достаточно перспективным для
петрографии и литологии. Пять из восьми задач ориентированы специально на
количественную петрографию осадочных пород: определение коэффициентов ок-
руглённости по Ваделлу, коэффициентов сферичности по Рилею, распределения
размеров но методу минимального поперечника и др.
Мы не перечисляем марки приборов зарубежных фирм не из соображений
их недоступности или труднодоступностн для учебных и исследовательских цс-
21

лей в настоящее время. Несмотря на богатое программное обеспечение этих ана-
лизаторов (а оно легко может быть расширено), несмотря на отличные ЭВМ,
входящие в комплект, анализ строения минерального агрегата "раздробленными"
участками может решать лишь частные вопросы (среди них модальный и грану-
лометрический состав) структуры и текстуры. Для выявления таких свойств
строения, как наличие симметрии и пространственной упорядоченности по како-
му-либо признаку в агрегате, наличие и метрика элементарного объёма, сохра-
няющего связи и отношения, характерные для агрегата в целом, необходим ана-
лиз значительных объёмов и площадей, горных пород и руд.
РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Вродская Р.Л. Формирование и эволюция структуры редкометальных гранитов //
Изв.вузов. Сер. "Геология и разведка". 1990. >J° 8.
Бродская Р.Л., Марин Ю.Б. Использование стереометрических методов в онтогеническом
анализе горных пород / Записки ВМО. 1979. № 2.
Жабин А.Г. Онтогения минералов. Агрегаты. М: Наука, 1979.
Заоарицкий АН. Изверженные горные породы. М.: Иэд-во АН СССР, 1956.
2.4. МИКРОСКОПИЯ В ОТРАЖЕННОМ СВЕТЕ
Оптические свойства твердых веществ определяются характером взаимо-
действия электронов атомов, слагающих тело, с электромагнитными волнами оп-
тического (ультрафиолетовый, видимый, инфракрасный) диапазона. Поглощение
электромагнитной энергии кристалла за счет колебаний кристаллической решетки
проявляются в дальней инфракрасной области.
Основные оптические характеристики твердых веществ: относительный
показатель преломления п, показатель поглощения k и коэффициент отражения
R связаны уравнением вида R - [(я - I)2 + n2k2]/[{n + I)2 + n2fc2], где R = 1
принимается за 100 %. Видно, что высокоотражающие вещества должны иметь
высокие значения и других составляющих уравнения. Относительный показатель
преломления равнозначен отношению скорости света в разных контактирующих
средах. Собственно показатель преломления N = п + ik (здесь i - комплексное
число). Коэффициент отражения (показатель отражения) есть численное выра-
жение отражательной способности вещества. Физическая сущность явления со-
стоит в соотношении интенсивностей отраженного телом и падающего на него
света. Показатель поглощения оценивает количество света D, поглощенного еди-
ницей толщины вещества: k = DX/(dc), где X - длина волны; d - толщина мате-
риала, с = AnXoge.
Перевод возбужденных электронов на более высокие энергетические уров-
ни под действием электромагнитных (световых) волн возможен в случае преодо-
ления некоторого энергетического порога (запрещенной зоны), оцениваемого
уровнем Ферми. Если этот уровень превышает 4 эВ, электроны не возбуждаются,
свет почти не поглощается и вещество остается прозрачным. Его главной оптиче-
ской характеристикой остается показатель преломления. При уровне Ферми,
меньшем 3 эВ, электроны могут переводиться на высокие энергетические уровни
падающей световой волной. Их возбуждение сопровождается поглощением волн
и отражением света вследствие иозпращения электронов в исходное состояние и
их перевозбуждения. Основными оптическими константами вещества становятся
22
показатели отражения и поглощения.. Полная оптическая непрозрачность насту-
пает при ширине энергетического зазора в веществе, меньшем 1,8 эВ. Оптическая
непрозрачность подразумевает, что ширина энергетического зазора в веществе
меньше, чем энергия светового кванта. Чем больше длина волны, тем меньше
квант энергии Е = 1,2936/Х„КМ1 где X - в микрометрах.
Уровень Ферми не остается постоянным. При вхождении в минералы ди-
электрических компонентов или воды ширина запрещенной зоны увеличивается,
а прозрачность растет. Появление примесей, увеличивающих роль металлической
составляющей химической связи, снижает ширину запрещенной зоны и минерал
теряет прозрачность. Примером служит сфалерит, в котором увеличение непро-
зрачности коррелирует с ростом содержания железа.
Таким образом, в технически одинаковых условиях наблюдения
(измерения) величина оптических констант любого минерала меняется вместе с
конституционными параметрами объекта и длиной волны облучающего света.
Поскольку в непрозрачных и слабо просвечивающих минералах наблюде-
ние оптических констант "на просвет" (в проходящем свете) невозможно или
крайне затруднено, то ведущим методом исследования таких объектов является
микроскопическое изучение в отраженном свете (минераграфия). Применение
микроскопа предопределено распространенностью мелко- и тонкозернистых руд,
частой многофазностью минеральных зерен и наличием мелких деталей в струк-
туре и текстуре рудных образований.
Общие оптические свойства минералов
Таблица
Ширина
запре-
щенной
зоны, эВ
> 4
3-4
1 - 3
0,3- 1
<0,3
< 10
Ю- 20
20-30
30-45
45-95
Прозрачность, блеск
Прозрачный, стек-
лянным
Полупрозрачный,
алмазный
Интенсивная окра-
ска, полуметалличе-
ский
Непрозрачный, ме-
таллический
Полная непрозрач-
ность, металличе-
ский
Вид спектра
отражения
Нормальный
Нормальный и
аномальный
То же
Аномальный
Интснснтшость
и цвет внутрен-
них рефлексов
Интемсмпиые
6СЛЫС, 6"П[П('Т-
ные
Интенсивные
бесцветные,
коричнепые,
красные
Интенсивные
красные
Слабые крас-
ные, выявляют-
ся в иммерсии и
порошке
Нет
Проявление
эллиптической
поляризации
Редко
Часто ш поль-
зуется как ди-
агностический
признак ме-
таллов
* R при X = 589 им.

—1
Основные задачи минераграфии следующие:
1 Микроскопический анализ руд (минеральный состав агрегатов, харак-
' СТруктур и текстур руд, выяснение последовательности и способов об-
разования минералов). !,,,...,
2 Микроскопический анализ сырья и продуктов обогащения
( анулометрическнй и минеральный состав, характер срастания минералов в
зернах,'степень раскрытия минералов). ; ,
3 Микроскопический анализ сырья и продуктов его передела при метал-
лургических процессах.
4 - Микроскопический анализ высокоотражающих компонентов в образо-
ваниях любого другого происхождения (осадки, техногенные отложения и др.).
Результаты исследований используются при моделировании процессов
формирования рудных тел и других форм отложения вещества, для обоснования
оценки и промышленной, технологической характеристики рудных месторожде-
ний, при проектировании предприятий и контроле обогатительных, металлурги-
ческих процессов, для решения вопросов по охране окружающей среды и др.
• Изучение высокоотражающих объектов в поляризованном свете позволяет
наблюдать кристаллооптические свойства минералов и упрощает их диагностику
(табл.3). Но при освещении через объектив, когда изображение объекта создает-
ся отраженными от него лучами, перед объективом рудного микроскопа устанав-
ливают опак-иллюминатор (рис.3).
Опак-иллюминатор является отклоняющей оптической системой по методу
прямого освещения с использованием полупрозрачной стеклянной пластинки или
по методу косого освещения при применении призмы
полного внутреннего отражения. В обоих случаях
лучи от источника света отклоняются (параллельно
оптической оси микроскопа) на объект изучения. От-
ражаясь от него, они почти полностью проходят к
окуляру через стеклянную пластинку. Призма же за-
гораживает часть объектива, что снижает его разре-
шающую способность. Косое освещение удобно лишь
при работе со слабоотражающими материалами и при
увеличениях от малых до средних. Конструктивно
опак-нллюминатор объединяет оба отклоняющих
приспособления, обеспечивая выбор метода освеще-
ния поворотом ручки. Он также включает источник
света, апергурную и нолевую (поля зрения) диа-
фрагмы, коллекторную линзу. Аиертурная диафраг-
ма регулирует освещенность объекта. В се плоскости
можно поместить кольцевые диафрагмы, позволяю-
щие повысить контрастность объектов с близкими
величинами отражения. С помощью полевой диа-
фрагмы регулируют контрастность изображения и
ограничивают поле зрения. Движением коллектор-
ной линзы вдоль хода лучей добиваются фокусиров-
ки изображения объекта и нолевой диафрагмы. От-
раженные от объекта ЛП лучи создают и плоскости
диафрагмы окуляра его действительное, обратное и
увеличенное изображение А\П\. Окуляр действует
как лупа и создает мнимое, обратное и еще более
увеличенное изображение AiBi. Распространенные
Д
Риг.З. Ход лучей в микроско-
пе отраженного света
1 - оптическая ось; 2 ■ окуляр;
3 - чпак-иллюминарот и оевс-
титель; 4 - объектно; 5 ■ объ-
ект
24
объективы имеют увеличение от 2,5х до 90х, а окуляры от 5х до 16х. Общее уве-
личение микроскопов близко произведению этих величин ( от 12х до 1450х).
Рудные микроскопвпенабжены поляризатором и анализатором, что позво-
ляет анализировать оптическую анизотропность минералов в параллельном свете
при одном и двух скрещенных николях. Модели, снабженные вращающимся
анализатором; пластинкой Накамуры и линзой Бертрана обеспечивают наблюде-
ния в сходящемся свете (коноскопический метод). В комплекты микроскопа мо-
жет входить выравнивающий столик для приведения поверхности .отдельных зе-
рен в йоложение, перпендикулярное оптической оси системы. В настоящее время
рудные микроскопы серий <МП, МИН и МИМ неполяризопанного света почти
повсеместно заменены на рудные микроскопы "Полам" Р-311 и Р-312. Использу-
ются и соответствующие микроскопы фирм "Цейс", "Лейтц", "Рейхерт", "Кук" и
др. Международная минералогическая ассоциация признала наиболее перспек-
тивным направлением в рудной микоскопии количественные определения отра-
жения (спектры отражения) и микротвердости методом вдавливания. .Поэтому
представляют интерес микроскопы-спектрофотометры и микротвердометры отече-
ственного и зарубежного производства. Микроскопы-спектрофотометры
(МСФ-10, МСФ-10 ЭВМ, МФСУ-10, МСФУ Л-311) обеспечивают измерение
коэффициентов пропускания и отражения на объектах 1-2 мкм в широком интер-
вале длин волн с разрешением по спектру до 0,5 им.
Перечень оптических, физических и химических характеристик высокоот-
ражающих минералов, выявляемых в; разных условиях освещения, весьма обши-
рен:
Условия освещения
Свойства минералов
Поляризованный и неполяризо- Форма зерен, двойники анизотропных минералов (только п
ванный свет поляризованном свете), спайность, относительная тпердость
Параллельный бел анализато- (царапания или по рельефу), тверлость и анизотропия тпердо-
ра стч (метол микровдавлнвание), мапштность, злектропропол-
ность, диагностические микрореакции, реакция на диагности-
ческое и структурное травление или светотравленис ^
Отражательная способность, дисперсия отражения
Косой
. с анализатором
без анализатора
Поляризованный свет
Параллельный
с анализатором
без анализатора
Твердость по рельефу
Светопроницаемость (внутренние рефлексы)
Эффекты анизотропии (изотропность—анизотропность, сила
анизотропности), оптический класс (изотропный, одноосный
положительный или отрицательный, двуосный материал), цве-
товой эффект, светопроницаемость
Отражательная способность, дисперсия отражения (спектры
отражения), двуотражение, дисперсия и плеохроизм двуогра-
жепня, цвет
Сходящийся (зллипсомстричес- Изотропность-анизотропность, дисперсия вращения отраже-
кие исследования) пня DRr , видимый угол вращения Лг, дисперсия пилимого
угла вращения Dar, направление вращения отражении RS,
разность фаз 2К, знак разности фаз (левое и правое вращение
колебаний)
25

Помещаемый на столик-.микроскопа объект изготавливают из куска моно-
литного материала или брикетированных (цементированных преимущественно
полимерной органической массой) минеральных частиц природного или искусст-
венного шлиха. В результате распиловки, шлифовки и полировки получают по-
лированный шлиф или прозрачно-полированный шлиф. Полированный шлиф
имеет зеркальную поверхность и неопределенную толщину. В силу разной твер-
дости и пластичности минеральных зерен эта плоскость имеет микроскопически
малый рельеф. Почти полное его отсутствие характерно для шлифов
("безрельефные шлифы"), изготовленных на автоматических станках. В таких
шлифах достигается высокая точность измерений отражательной способности, но
затруднено выявление границ равноотражающих зерен, следов спайности и оцен-
ка относительной твердости . оптическим способом. Прозрачно-полированные
шлифы имеют толщину петрографического шлифа, но в них отполирована верх-
няя поверхность (редко обе поверхности шлифа). В таких шлифах можно вести
наблюдения и в отраженном, и в проходящем свете.
Непременным условием корректно выполненных наблюдений является
строгая перпендикулярность полированной поверхности шлифа к оптической оси
микроскопа. Для этого шлиф монтируют на плоскопараллельной твердой пласти-
не (стекло, металл) в пластилине или воске с помощью ручного пресса, который
входит в комплект микроскопа. Перед началом наблюдений увлажненную дыха-
нием поверхность шлифа протирают сухой материей или замшей, помещенной на
жесткую основу. Подготовительные работы включают также центрировку микро-
скопа и проверку освещения. Центрировка - операция совмещения оси вращения
столика с направлением оптической оси микроскопа, т.е. с центром поля зрения.
Во всех видах микроскопов центрировка осуществляется парой регулировочных
винтов, перемещающих объектив или столик. Регулировкой освещения
(изменением положения лампочки) создается равномерная освещенность поля
зрения. В центрированном и наведенном на резкость микроскопе центр изобра-
жения полевой диафрагмы приводят на горизонтальный диаметр поля зрения.
Исследования в отраженном свете требуют частого употребления иммер-
сии: обычно кедровое масло (N = 1,516), для работы со специальными объекти-
вами йодистый метилен (N = 1,743). Каплей иммерсии заполняют промежуток
между шлифом и иммерсионным объективом. Иммерсия повышает разрешающую
способность системы, четкость изображения, степень проявления внутренних
рефлексов, но снижает, особенно у прозрачных минералов, коэффициент отра-
жения. В иммерсии отчетливее и при меньших величинах расхождения проявля-
ется разница в светлоте (освещенности) соседних зерен и в их цвете, в силе
двуотражения и эффектах анизотропии при скрещенных николях. Поскольку
оценка и измерение коэффициентов отражения минералов составляет важней-
шую задачу исследований, то необходимы стандартные образцы сравнения - эта-
лоны. Комиссия по рудной микроскопии Международной минералогической ас-
социации утвердила четыре международных эталона: карбид вольфрама и титана
(Я*546 — 50 %), карбид кремния (Л546 ~ 20 %), черное стекло (/?546 ~ 4,5 %) и
металлический кремний (/?51б ~ 37 %). При измерении коэффициента отражения
до 10 % применяют стекла марки KB и К8, до 20-25 % - стекла марки СТФ, бо-
лее 25 % - металлический кремний. В качестве рабочих эталонов используют пи-
рит, галенит, алмаз и другие вещества.
Основной объем изучения рудных минералов составляют визуальные
(субъективные) наблюдения, результаты которых выражаются в словесной
* R при X - 546 им.
26
форме или в приближенных количественных оценках. Обычно исследование
осуществляются в "белом" (немонохроматическом) свете.
Глаз человека анализирует оптические явления не в их абсолютных выра.
жениях (Х\%г.»п или X ~ X1 - Xi), а через относительный контраст {Хат ~ (Х\ ■
- Х2)/Х\ = 1 - Х2/Х|). Наименьшие относительные величины оптического коц.
траста, различаемые глазом в воздухе, составляют 5, реже 10 % (в иммерсии 2-
3 %). Контрасты, в 5-10 % слабозаметные, в 10-20 % - заметные, отчетливые, ,
более 20 % - резкие и очень резкие. Визуальные оценки величины оптического
эффекта "по памяти" менее точны, чем в сравнении с эталоном. При небольшие
расхождениях в проявлениях наблюдаемого эффекта в минерале и в эталоне воз
можна и количественная оценка. Характеристику отражательной способности ми
нерала легче получить, если эталон и минерал находятся в естественном сраста
нии; менее удобно сопоставление с эталонными шлифами. Поскольку сравнении
мешают различия в цвете минералов, то целесообразно использовать густой жел
тый или оранжевый светофильтры. Типичны три случая: 1) коэффициент отра-
жения минерала и эталона не различимы, тогда искомое RMen ~ "этап t
± 0,005КЭТал; 2) минерал темнее одного и светлее другого из двух эталонов, т. с
величина его показателя отражения лежит в диапазоне соответствующих коэф-
фициентов эталонов; 3) минерал светлее или темнее одного эталона, тогда и его
отражательная способность выше или ниже таковой эталона.
Визуальное восприятие цвета диагностируемого минерала очень субъек-
тивно. Во-первых, в рудном мире преобладают бледные оттенки, выявляемые
лишь в контакте с объектом сравнения; во-вторых, на восприятие влияет окраска
соседних минеральных зерен (например, бесцветный висмутин в контакте с гале-
нитом кажется кремовым) или ложная окраска за счет внутренних рефлексов; в-
третьих, восприятие цвета зависит от цвета лучей, испускаемых источником све
та. Предполагается, что объективность оценки растет, если воспринимаемый цвет
сравнивать с "белой" окраской галенита или платины.
Цветовые эффекты, имеющие высокое диагностическое значение, сопро-
вождают внутренние рефлексы (табл.3) и явление оптической анизотропии мине-
ралов. Внутренними рефлексами называют цвета просвечивания, отраженные от
дефектов внутренних частей минералов (трещины, каверны, границы зерен,
включения). Они обычно проявляются локально в виде отдельных пятен. Внут-
ренние рефлексы наблюдаются в скрещенных николях (в иммерсии или без
нее); в порошке минерала в иммерсии (на царапине от иглы); в косом освеще-
нии при помещении источника света сбоку от зазора между объективом и препа-
ратом.
Использование одного николя (без светофильтра дневного света и при
прикрытой апертурной диафрагме) позволяет выявлять различие показателей от-
ражения по направлениям в сечениях анизотропных минералов: при вращении
предметного столика микроскопа яркость минерального зерна меняется через 90°
В принципе, константой минерала является разность отражений в главном сече-
нии индикатрисы отражения (Яйр = Rf, - Rp), но ма практике наблюдают разни
цу максимальных и минимальных отражений в некотором зерне (/? = /?макс -
-#„„„)• Этот эффект называют двуотражением, а его интенсивность - силой
двуотражения. Качественно (по контрасту /?от„ = 1 - Rp/Rg) силу двуотражения
можно выразить следующим образом: а) нет или не заметно (0-2 %); б) очен»
слабое, выявляемое только в иммерсии (2-5 %); в) слабое до среднего, чуть про-
являющееся па воздухе в агрегатах зерен или двойниках (5-16 %); г) сильное,
отчетливо видимое на воздухе в агрегатах или двойниках (16-35 %); д) очень ил"
исключительно сильное, бросающееся в глаза любому наблюдателю (более 35 %)■

ний случай редок (антимонит, молибденит, графит, ковеллин). В окра-
Послед мин gj^jj двуотражёние нередко сопровождается'изменением цветовых
1116 it сечения зерна превращении столика (ковеллин, например, меняет ок-
отт^ от теМН0-синей дб' бледно-голубой). Этот эффект называют плеохроизмом
пвуотраженйя. .',," ' . ..
В скрещенных1 николях (необходимо точное скрещивание во избежание
оявления неконтролируемых цветовых эффектов) ' анизотропность минералов
проявляется отчетливее; чем' при одном николе. Слабые эффекты анизотропии
мткно распознать при Максима1 льном увеличении освещенности объектов, ис-'
пользовании иммерсии и"1 Наблюдении не отдельных зерен, а агрегатов разноори-
ентированных зерен. ' •' ! ■■■'■'
: В скрещенных никблях; отггически изотропные минералы не меняют осве-
щенности при вращении столика микроскопа. Анизотропные минералы угасают
при повороте точно через 90°v анизотропию считают слабой, если угасание замет-
но на границах зерен и в иммерсии (халькозин, борнит); заметной, если эффект
угасания проявляется в воздухе (булан'жерит, касситерит),' сильной, если угаса-
ния и просветления на воздухе отчетливы (пирротин, графит). В ряде плеохрои-
рующих минералов положение просветления в скрещенных николях маркируется
окрашиванием в определенный цвет.
Наблюдаемые в скрещенных николях эффекты нужно интерпретировать
очень осторожно, так как их причиной могут быть не свойства минерала, а усло-
вия наблюдения, несовершенство приборов, дефекты изготовления шлифов.
Эффекты, наблюдаемые в сходящемся свете, определяют эллиптические
вращательные свойства минералов. Эллиптическая поляризация соответствует
случаю, когда разность хода двух составляющих колебаний света отличается от
целого числа полуволн. Сходящийся отраженный свет получают с помощью объ-
ективов больших увеличений (^40х). При полностью скрещенных николях у изо-
тропных минералов появляется черный крест, не исчезающий при вращении сто-
лика микроскопа, но распадающийся на две гиперболы при повороте анализато-
ра. У анизотропных минералов, если в параллельном свете установлено полное
угасание, тоже возникает крест, который распадается на две гиперболы при по-
вороте столика на 45°. Расстояние расхождения является оптической константой
минерала. В "белом"- свете у некоторых изотропных и анизотропных минералов
на вогнутых и выпуклых сторонах гипербол появляется кайма разного цвета, что
связано с дисперсией вращения отражения (DRr) для разных длин волн. Если
углы вращения синего луча больше, чем красного, то на вогнутой стороне гипер-
болы возникает синяя кайма, а на выпуклой - красная (Drr = г > v). Это харак-
терно для галенита, антимонита, магнетита. При обратном соотношении углов
обе каймы меняют цвет (.Drt= v > г). Этот эффект наблюдается у пирита, арсе-
нопирита, кобальтина.
Эллипсометрические исследования, важные в принципе, продолжают
иметь лишь вспомогательное значение.
Другие характеристики минералов, наблюдаемые при визуальных иссле-
дованиях, уже не являются оптическими. Следует лишь остановиться на оценке
твердости минералов. В практической минераграфии из многих способов опреде-
ления твердости, как правило, используют три. Самый простой - царапая двумя
длинными и острыми иглами из меди и стали минеральные зерна, при малом
увеличении можно разделить минералы на мягкие, умеренно твердые и твер-
дые. Если твердости минералов в шлифе близки, то пользуются оптическим ме-
тодом: при изменении расстояния между объективом и препаратом при одном
николе наблюдают движение светлой линии. В микроскопах с подвижным тубу-
28
сом при его поднятии микрометренным винтом светлая полоска перемещается от
более твердого минерала к более мягкому. В микроскопах с подвижным столиком
при его поднятии микрометренным винтом светлая полоска перемещается рт бо-
лее мягкого минерала к более твердому. Если в шлифе присутствуют минералы,
резко различающиеся по твердости, что делает рельеф более выраженным, при-
бегают к способу косого освещения. Для этого вдвигая в тубус микроскопа ана-
лизатор, усиливают влияние косых лучей, перекрывая параллельные. Затем на
паре зерен минералов с известным рельефом или на пустотах выкрашивания с
отрицательным рельефом наблюдают распространение света и тени на выпукло-
стях и вогнутостях. Наблюдения распространяют на зерна минералов, определяя
их относительную твердость. ' \
В международной практике широко применяется метод вдавливания четы-
рехгранной с квадратным основанием алмазной пирамидки с углом при вершине,
равным 136° (метод микровдавливания, микротвердость по Виккерсу). Измерен-
ную величину твердости (число твердости) обозначают VHN и измеряют в кило-
граммах на квадратный миллиметр или в граммах на квадратный микрометр.
Твердость вдавливания оп- <х
ределяется как отношение jj . Jg.
массы нагрузки к площади
отпечатка пирамиды в ми-
нерале.
Современная аппара-
тура позволяет быстро про-
водить количественные оп-
ределения оптических кон-
стант, что способствует на-
коплению данных о показа-
телях отражения, силе дву-
отражения и связанном с
ними цветом.
Рекомендовано счи-
тать стандартными значения
R, измеренные при длине
волны 546 им (/?54б) и °6я-
зательно включать в описа-
ния величины отражения
для волн длиной 470, 546,
589, 650 нм. На смену субъ-
ективным методам измере-
ния R, основанным на визу-
альном выравнивании в поле
зрения освещенностей изме-
ряемого объекта и эталона,
пришли объективные методы
с различным приборным
обеспечением: от фотометри-
ческих насадок с фильтрами
для выделения участков мо-
нохроматического света до
микрофотометров непрерып-
ного сканирования по спек-
т-гтг.
о
гп-ах.
тпхп.
л
^ 7
Рис.4. Классификация спектров отражения рулных минера-
лов: а - по форме: 6 - по вилам двуотражения (по взаимоот-
ношению спектров максимального и минимального показа-
теля отражения в анизотропных минералах)
1, 2 и 3 - с нормальной, аномальной и слабой дисперсией
соответственно; Л - со смешанной дисперсией (график с от-
четливым экстремумом в средней части диапазона наблюде-
нии); 5, 6 и 7 - с параллельными, непараллельными и пере-
секающимися спектрами отражения в области наблюдений

тру. Замеры интенсивности отражения регистрируют с помощью фотоэлементов и
фотоэлектронных умножителей. Наиболее распространен метод' прямой; регистра-
ции отраженного света от объекта и эталона. Отметим, тем не менее, что количе-
ственная характеристика R может1 быть получена измерением полной индикатри-
сы отражательной способности на полусферическом полированном шлифе и из-
мерением элементов эллиптической поляризованности света.
В любом случае либо по точкам наблюдения при определенных длинах
волн вручную, либо автоматически при непрерывном сканировании по спектру
строят графики в кобрдикатах R'n X.'Эти графики названы кривыми дисперсии
отражательной способности или спектрами зеркального отражения.
Спектры максимального (Kg) и минимального {Rp) светоотражения коли-
чественно характеризуют двуотражение. По геометрическим особенностям спек-
тры разделяют на группы, отражающие цветовые особенности минералов (рис.4).
В цветовом отношении нейтральны лишь те минералы, спектры которых парал-
лельны оси длин волн графиков. Снятые со спектров значения R служат исход-
ными данными для колориметрических расчетов. При обработке данных могут
быть получены следующие параметры цвета: координаты цветности х, у w г, цве-
товой тон \, чистота.цвета р и яркость В. Из координат цветности особенно важ-
ны хну, позволяющие отобразить цвет на графике "цветового треугольника".
Физиологическое ощущение цвета складывается из цветового тона (длина волн
монохроматического излучения, эквивалентного определенному цвету), чистоты
•цвета (доля цветового тона в реальном цвете или разбавленность спектрального
цвета белым светом в процентах) и яркости (количественная характеристика
общей интенсивности отраженного объектом света).
Необходимо подчеркнуть, что оптические константы минералов в отра-
женном свете, особенно определенные количественно, отражают структурное со-
стояние и химический состав конкретных минеральных индивидов. Поэтому они
служат не только целям объективной диагностики минералов, но, главным обра-
зом, составляют базу для решения научных и практических задач. При массовых
замерах и их математической обработке количественные данные являются мерой
вариабельности свойств минералов и позволяют вскрывать пространственные,
временные и корреляционные зависимости в распределении высокоотражающих
минералов и фаз.
РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Вальсов Л.Н. Оптические методы диагностики рудных минералов. М.: Недра, 1976.
Волынский И.С. Определение рудных минералов под микроскопом. М.: Недра, 1966. Т. 1-
3.
Галопен Р., Генри Н. Исследование непрозрачных минералов под микроскопом. М.: Мир,
1975.
Диагностические свойства рудных минералов / С.Л.Юшко, О.Е.Юшко-Захарова,
С.И.Лебедева, И.Е.Максимюк. М.: Недра, 1975.
Изучение отражательной способности рудных минералов: Метод, руководство / ВСЕГЕИ.
Л., 1971.
Ильинский Г.А. Определение микротверлостн минералов методом вдавливания. Л.: Изд-во
ЛГУ. 1963.
Крейг Дж., Воган Д. Рудная микроскопия и рудная петрография. М..: Мир, 1984.
Лебедева СИ. Микротвердость минералов. М.: Недра, 1977.
Методы минералогических исследований: Справочник / Под ред. А.И.Гинзбурга. М.: Не-
дра, 1985.
Рамдор П. Рудные минералы и их срастания. М,: ИЛ, 1962.
30
Справочник-определитель рудных минералов в отраженном свете / Т.Н.Чвилева,
М.С.Безсмертная, Э.М.Спиридонова и др. М.: Недра, 1988.
Шумская И.И., Ильина Л.И., Миловэорооа И.И. Система диагностики рудных минералов
по кристаллооптическим данным. Л.: Недра, 1979.
Чвилсва Т.Н., Клсйнбок В.Е., Безсмертная М.С. Цвет рудных минералов в отраженном
свете. М.: Недра, 1977. .
Юшко СМ. Методы лабораторного исследования руд. М.: Недра, 1984.
www.mineraloca.cor