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正交偏光下的觀察
所謂正交偏光鏡（簡稱正交偏光）就是除了用下偏光鏡外，再將上偏光鏡插入鏡筒，這樣，上、下偏光鏡的偏光震動面方向互相垂直正交，并分別與目鏡十字絲的橫絲及縱絲一致。
在正交偏光條件下，如果載物臺不放置礦物薄片，視域是黑暗的。通常，我們通過這一特征來檢測上、下偏光是否處于正交位置，因為很多偏光顯微鏡的上偏光旋鈕正好位于手柄處，很易因固定螺絲松動使上偏光位置偏離正交。當(dāng)上、下偏光不正交時，礦物的干涉色便會失真，這種問題在初學(xué)者中經(jīng)常可能遇到。
在正交偏光鏡下主要研究礦物的消光、雙折射率和雙折射率所產(chǎn)生的干涉色等光學(xué)現(xiàn)象，同時還涉及光率體橢圓半徑軸名有關(guān)的一些內(nèi)容，如光率體橢圓半徑軸名的測定、消光角、延性符號和雙晶等。
1、消光
礦物在正交偏光下變黑暗的現(xiàn)象，稱為消光。
均質(zhì)礦物、非晶質(zhì)礦物和非均質(zhì)礦物垂直光軸的切面，在正交鏡下無論怎么轉(zhuǎn)動物臺總是消光的，稱為全消光。
均質(zhì)體礦物全消光，是因為其光性是各向相同的；非晶體消光，是因為它沒有光性；非均質(zhì)體垂直光軸的切面全消光，是因為在該切面上光率體切面為圓形。常見的均質(zhì)體礦物有螢石、石榴子石、方沸石等；常見的非晶質(zhì)如蛋白石、火山玻璃等。如何區(qū)分均質(zhì)體切片和非均質(zhì)礦物垂直光軸切面呢？僅僅應(yīng)用正交偏光是不行的，必須借助錐光條件（在錐光下均質(zhì)體切片不出現(xiàn)干涉圖，而非均質(zhì)礦物垂直光軸切面則可出現(xiàn)干涉圖）。
非均質(zhì)礦物除垂直光軸外的其他切面，旋轉(zhuǎn)物臺一周，會有四次變暗，即有四次消光，這四個位置稱為該礦物的消光位。
消光位是礦物的一個鑒定特征。當(dāng)?shù)V物處在消光位時，如果其解理縫、雙晶縫、晶形或晶面與目鏡十字絲之一平行，稱為平行消光；如果二者斜交，則稱為斜消光，其交角為消光角；如果目鏡十字絲為兩組解理或兩個晶面夾角的平分線，稱為對稱消光。
一軸晶礦物，大多數(shù)切面為平行消光和對稱消光；二軸晶礦物中，斜方晶系礦物大部分切面是平行消光和對稱消光，少數(shù)可見斜消光，而且消光角一般都較??；單斜晶系礦物，各種消光類型都有，但以斜消光常見；三斜晶系礦物，絕大多數(shù)則是斜消光。礦物斜消光時，可以測其消光角，做為一個鑒定參考要素，一般選擇干涉色最高的切面，此時切面平行于光軸面。如輝石最高干涉色的切面，如果是平行消光，則為斜方輝石，如果是斜消光，則為單斜輝石。單斜輝石和單斜角閃石，如果切面上只能見到一組解理，可以選擇最大干涉色切面觀察，角閃石消光角一般不超過30°，而輝石消光角一般在30°-45°，可以做為它們的一個鑒別特征。
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石榴子石為均質(zhì)體礦物，在單偏光下具高的正突起，糙面顯著，部分無色，部分具不同的顏色
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在正交偏光下，石榴子石全消光
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照片中央兩個石英顆粒處于消光位，將此切面石英置于錐光系統(tǒng)，可得到較完整的呈十字將交的干涉圖，而均質(zhì)體礦物在錐光下則不出現(xiàn)干涉圖
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巖石中的填隙物為非晶質(zhì)---膠磷質(zhì)
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非晶質(zhì)在正交偏光下呈全消光
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砂巖中的填隙物以凝灰質(zhì)為主
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凝灰質(zhì)為非晶質(zhì)，在正交偏光下全消光
消光角的測定：消光角是晶體礦片處于消光位時，解理縫、雙晶縫或晶棱與十字絲的夾角。實質(zhì)上它是礦物的光率體橢圓半徑與結(jié)晶軸或軸面間的夾角。
消光角的重要性對不同的晶系是各不相同的：
一軸晶及斜方晶系的礦物中斜消光切面不多，且消光角的大小主要與切面方向有關(guān)，不具有鑒定意義，因此中級晶族一軸晶的礦物和斜方晶系的礦物一般不測消光角。
單斜晶系和三斜晶系的礦物以具有斜消光的切面為主，且其消光角主要與礦物的化學(xué)組分和晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)，不同礦物消光角不同，因此消光角是這些礦物的重要鑒定標志之一。
同一礦物中，切片方位不同，消光角會有變化。因此，要選擇具有鑒定意義的切面。單斜晶系的礦物一般選擇平行（010）的切面，測定其最大消光角；三斜晶系礦物都是斜消光，一般選擇礦物的特殊切面測定消光角。
下面以單斜晶系的角閃石類、輝石類礦物為例，介紹消光角的測定方法：
（1）選擇適合的具有最大消光角的定向切面的礦物顆粒，其切片方位依礦物不同而異，對于角閃石類礦物應(yīng)選擇平行或近于平行光軸面的顆粒，該切面的標志是具有最高干涉色。
（2）將選好的切面移至視域中心，使解理縫或晶棱與顯微鏡目鏡十字絲的豎絲平行，記下載物臺刻度盤的讀數(shù)a。轉(zhuǎn)動載物臺使礦物顆粒達到消光位，注意轉(zhuǎn)動方向，最好使轉(zhuǎn)動角小于45°，記下讀數(shù)b。則二次讀數(shù)之差a-b或b-a即為該礦物顆粒在該切面上的消光角。
（3）使礦片由消光位轉(zhuǎn)45°到達干涉色最佳位，此時最明亮，選用合適的試板測定光率體橢圓切面的軸名。為準確起見將兩個軸名同時測定以便互相校正，并記錄之。
（4）按消光角的表示方法記錄該礦物的消光角。如普通角閃石在（010）切面上的消光角為Ng∧C=25°。為保證測量準確，可選擇兩、三個顆粒分別測定，選其最大者作為礦物的消光角。
2 、干涉色
在正交偏光鏡下，來自下偏光鏡的平面偏光進入非均質(zhì)礦物任意方向切面的礦片后發(fā)生雙折射，形成具有光程差的震動面相互垂直的兩列平面偏光，此兩列平面偏光在上偏光鏡會發(fā)生二次分解，在上偏光震動面內(nèi)的兩列偏光（分量）頻率相等、又有光程差，便會發(fā)生干涉疊加，致使非均質(zhì)礦物任意方向切面的薄片，在正交偏光鏡下于非消光位時呈現(xiàn)明亮程度不同的色彩。這種非均質(zhì)礦物任意方向的薄片在正交偏光鏡下由光的干涉作用而呈現(xiàn)的色彩即為----干涉色。
光程差是形成干涉色的基本條件，光程差R又等于礦物薄片厚度d與該切面的雙折射率的乘積。隨著光程差的增加，干涉色按一定的次序周期性的出現(xiàn)，這種現(xiàn)象叫“干涉色級序”。每個級序中干涉色色調(diào)之間的明顯的改變，稱為一個色序，各色序之間是逐漸過渡的。
將石英楔插入正交偏光鏡間的試板孔內(nèi)，慢慢推入，干涉色會出現(xiàn)有規(guī)律的變化，可以據(jù)此將干涉色劃分為四到五個級序。絕大多數(shù)礦物的干涉色都可以相應(yīng)從中找到。熟悉干涉色的級序，對于鑒定礦物有重要意義。干涉色級序的高低，取決于礦物切面上的雙折射率的大小。只有在平行光軸面時，礦物的雙折射率才最大，此時呈現(xiàn)的干涉色級序最高，對于礦物才有鑒定意義。
某些礦物，在正常的厚度薄片中顯示出與同舊綢緞般的白色干涉色，且插入石膏或云母試板無變化，其干涉色稱為高級白。如方解石、白云石、榍石等。
有些礦物（雙折射率低，干涉色接近一級灰）在某些切面的干涉色，在石英楔系列中找不到，稱為異常干涉色。如綠泥石、黝簾石、黃長石和符山石的某些變種，呈現(xiàn)一種深藍色（柏林藍或超藍色），或者銹褐色的異常干涉色。
如果薄片中礦物本身的顏色較顯著，可以遮蔽具低一級干涉色或高級淺色的干涉色，需要仔細分辨清楚。精確測定薄片中礦物干涉色的級序，需要找出該礦物最高干涉色的顆粒，用石英楔或貝瑞克消色器來測試。隨著經(jīng)驗的積累，一般的觀察者都可以直接區(qū)分一、二、三級干涉色。
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干涉色色譜表示意圖
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模仿干涉色真實顏色的干涉色色譜圖
干涉色級序和色序的高低取決于光程差R的大小，而R=d(Ng-Np)，即決定于礦片厚度與雙折射率的大小。在厚度一定的條件下（通常巖石薄片厚度約為0.03mm）薄片中礦物干涉色的高低可反映礦物雙折射率的大小，高級白是雙折射率高的表現(xiàn)。當(dāng)然同種礦物切面方向不同其雙折射率亦不相同，干涉色高低也不一樣。因此文獻資料中所稱某礦物的干涉色均是指該礦物的最高干涉色，薄片研究時也應(yīng)觀測同種礦物的最高干涉色，因為只有最高干涉色才有鑒定意義。
備注：干涉色色譜表怎么看？
干涉色的色級和色序，與光程差、礦片的雙折射率和礦片厚度密切相關(guān)。為了表明這種關(guān)系而設(shè)計成干涉色色譜表。色譜表的橫坐標表示光程差R的大小，以nm為單位；縱坐標表示厚度d，以mm為單位；斜線表示雙折射率的大小。在各相應(yīng)的位置上填上干涉色，即成完整的干涉色色譜表（照片8），并有模仿干涉色真實顏色的套色干涉色色譜表（照片9），便于使用。
光程差R、薄片厚度d和雙折射率(Ng-Np)之間有如下關(guān)系：R=d(Ng-Np)。因此，知道其中兩個參數(shù)，便可求得第三個參數(shù)。如礦物薄片厚度為標準厚度（0.03mm），據(jù)礦物的雙折射率，可預(yù)知薄片中礦物的最高干涉色；同樣，據(jù)薄片中礦物的最高干涉色和薄片的厚度，可確定其光程差和最大的雙折射率。
例如，石英的最大雙折射率為0.009，若在薄片中見到石英的最好干涉色為一級黃白，由干涉色色譜表可查出礦片的厚度為0.045mm（見照片10中的點1）；若薄片中石英的最高干涉色為一級灰白，查干涉色色譜表可知礦片厚度為0.03mm（見照片10中的點2）。
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不同厚度石英礦片干涉色投點位置示意
又如在標準厚度薄片中觀測到某礦物的最高干涉色為二級藍綠，由色譜表查到其對應(yīng)的光程差為720nm，按光程差公式計算得雙折射率(Ng-Np)=720/30000=0.024，表明該礦物的最大雙折射率為0.024（見照片11所示）。
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已知厚度和最高干涉色時，可通過干涉色色譜圖求得其對應(yīng)的雙折射率
有關(guān)干涉色方面的知識非常復(fù)雜、難懂，但又非常重要，作為巖礦鑒定人員必須通過反復(fù)學(xué)習(xí)，領(lǐng)會其實質(zhì)，在工作中不斷實踐、體會并掌握。
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石英在標準厚度礦片中的最高干涉色為一級灰白
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長石的干涉色為一級灰
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照片中白云母的干涉色為二級藍
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同一種礦物不同切片的干涉色也可以不同，照片中充填孔隙狀的硬石膏便呈現(xiàn)兩種不同的干涉色，照片左側(cè)的硬石膏具鮮艷的二級藍綠干涉色，而照片右側(cè)的硬石膏則呈現(xiàn)一級亮黃的干涉色
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據(jù)光性礦物學(xué)介紹，硬石膏的最高干涉色可達三級綠，照片左側(cè)充填孔隙的硬石膏干涉色已達三級藍紫色，而照片右側(cè)的硬石膏干涉色為二級藍綠
17 照片中黝簾石出現(xiàn)深藍色的異常干涉色
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照片中天青石具一級灰白干涉色，白云石則具高級白干涉色
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照片中央的碎屑榍石具高級白干涉色
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綠簾石本身具鮮艷是我綠色，在在正交偏光下，其干涉色被本身的顏色所干擾，綠簾石具不均勻的二級至三級干涉色（左側(cè)照片為單偏光，右側(cè)照片為正交偏光）
2、正延性和負延性
長條狀礦物或解理發(fā)育完好的礦物，可以測試其是正延性還是負延性，做為鑒定的一個特征。當(dāng)?shù)V物的延長方向與其光率體橢圓切面長半徑平行或夾角小于45°時，稱為正延性；而當(dāng)延長方向與光率體橢圓切面短半徑平行或夾角小于45°時，稱為負延性。測試的方法，將礦物從消光位轉(zhuǎn)動物臺45°，插入試板，觀察礦物的干涉色是升高還是降低，確定礦物光率體橢圓半徑名稱，再根據(jù)礦物的延長方向是平行于長半徑還是短半徑，或消光角的性質(zhì)，來判斷其延性（注意：試板的橢球體半徑是已知的，即試板的伸長方向與其內(nèi)部橢球體的短軸半徑平行）。有的礦物延性既可顯示為正也可顯示為負，其消光角是在45°左右搖擺，或者是其延長方向于Nm
半徑平行。當(dāng)其他光學(xué)性質(zhì)相似時，延性是鑒別礦物的一個有效特征。如紅柱石與斜方輝石尤其是紫蘇輝石很相似，但紅柱石是負延性，紫蘇輝石是正延性；夕線石以其正延性可以區(qū)別于磷灰石和紅柱石。
特別提示：如何判斷具一級灰礦物干涉色升高與降低呢？將被測試的具一級灰干涉色礦物的延伸方向與視域二、四象限的對角線相平行，插入石膏試板觀察被檢測礦物干涉色的變化，當(dāng)干涉色變?yōu)辄S色，表明干涉色降低了，即被檢測的礦物具正延性；當(dāng)干涉色變成藍綠至綠色，表明干涉色升高了，即被檢測的礦物具負延性。
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注意觀察照片中標注的石英和矽線石的干涉色！這是在正交偏光下的干涉色：石英為一級暗灰，
矽線石為一級黃至橙色
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這是加了云母試板（1/4λ）后同視域所拍的照片。來看看石英和矽線石干涉色的變化情況：石英的干涉色由原來的一級暗灰變?yōu)橐患壔抑翜\黃色，干涉色增加了；矽線石的干涉色由一級黃至橙色變?yōu)橐患壔疑缮嫔档土?。上述特征表明，矽線石具正延性。柱狀石英應(yīng)該也具正延性，但這里的石英為何顯示負延性呢？石英在碎屑巖中常呈不規(guī)則粒狀，這種顆粒是不能用來測延性的！
3、雙晶
雙晶是兩個鍋多個同種晶體按一定規(guī)律彼此連生在一起的現(xiàn)象，其中一個晶體是另一個晶體的鏡像或一個晶體旋轉(zhuǎn)180°后可與另一晶體重合或平行。
有的礦物的雙晶在單偏光下就可以觀察到，但大部分礦物的雙晶在正交偏光下才表現(xiàn)的明顯，此時其相鄰兩個單體由于不同時消光，呈現(xiàn)一明一暗的現(xiàn)象，轉(zhuǎn)動物臺，這種此明彼暗的現(xiàn)象非常明顯。雙晶對于鑒定某些礦物有重要意義。如微斜長石常具格子雙晶；斜長石常具聚片雙晶；正長石常具卡式雙晶；堇青石常具六連晶；金紅石常具肘狀雙晶；十字石常具十字形雙晶；而方解石和白云石可以根據(jù)其聚片雙晶和菱形解理的相交關(guān)系進行區(qū)別。當(dāng)兩種礦物其他光學(xué)特征相近時，有無雙晶有時候可以快速鑒別它們，而雙晶的形態(tài)對于鑒定長石類別有特別重要的作用。
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照片中的正長石具卡式雙晶
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具格子雙晶的微斜長石
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具格子狀雙晶的微斜長石
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具聚片雙晶的斜長石
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具細而密聚片雙晶的斜長石
27 輝石解理發(fā)育，并具聚片雙晶
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呈連生狀充填孔隙的方解石具發(fā)育的聚片雙晶
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方解石發(fā)育聚片雙晶
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