Геология : основы оптической петрографии

Москва  2018

МИНИС ТЕРС ТВО НАУКИ И ВЫСШ ЕГО О Б РА З О ВА Н И Я РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ  
 
Кафедра геологии и маркшейдерского дела

В.В. Мосейкин
Л.Н. Ларичев

ГЕОЛОГИЯ

ОСНОВЫ ОПТИЧЕСКОЙ ПЕТРОГРАФИИ

Учебное пособие

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета

№ 3287

УДК 622:552.12 
 
М81

Р е ц е н з е н т 
д-р геол.-мин. наук, проф. А.Л. Дергачев (МГУ им. М.В. Ломоносова)

Мосейкин В.В.
М81  
Геология : основы оптической петрографии : учеб. пособие / 
В.В. Мосейкин, Л.Н. Ларичев. – М. : Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 
2018. – 84 с.
ISBN 978-5-906953-85-8

Пособие служит теоретической основой цикла лабораторных работ по 
микроскопической диагностике горных пород в рамках преподавания дисциплины «Геология» и содержит необходимый минимум сведений по теории 
оптики, кристаллооптическим характеристикам минералов и методике определения под микроскопом важнейших породообразующих минералов в проходящем свете.
Цель работы – ознакомление студентов с основами кристаллооптической 
диагностики минералов и приемам изучения вещественного состава и внутреннего строения горных пород с помощью поляризационного петрографического микроскопа.
Для студентов специальности 21.05.05 «Физические процессы горного или 
нефтегазового производства».

УДК 622:552.12

 Мосейкин В.В.,
Ларичев Л.Н., 2018
ISBN 978-5-906953-85-8
 НИТУ «МИСиС», 2018

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ....................................................................................................4
1. Основные положения кристаллооптики .............................................8
1.1. Понятие о свете ................................................................................. 8
1.2. Важнейшие оптические характеристики минералов ...................11
1.3. Оптические индикатрисы минералов ........................................... 19
2. Кристаллооптический метод изучения минералов 
под микроскопом……………. ................................................................23
2.1. Устройство поляризационного  
петрографического микроскопа ........................................................... 24
2.2. Комплекс диагностических свойств минералов в шлифах ........ 28
2.3. Методики определения оптических свойств минералов ............ 36
3. Породообразующие минералы ..........................................................41
3.1. Минералы магматических горных пород ..................................... 42
3.2. Минералы метаморфических горных пород ............................... 54
3.3. Минералы осадочных горных пород ............................................ 57
4. Микроскопическая диагностика горных пород ...............................62
4.1. Структуры магматических горных пород .................................... 62
4.2. Структуры метаморфических пород ............................................ 70
4.3. Структуры осадочных горных пород............................................ 74
4.4. Методики изучения горных пород ................................................ 78
Библиографический список ...................................................................83

Введение

Известно, что земная кора, в пределах которой осуществляется 
горно-геологическая деятельность человека, сложена разнообразными горными породами. Под названием «горные породы» понимаются естественные минеральные агрегаты определенного состава и 
строения, возникшие в результате деятельности природных физикохимических (геологических) процессов и залегающие в земной коре в 
виде самостоятельных геологических тел.
В зависимости от условий формирования (генезиса) горные породы принято делить на три генетические группы:
1) магматические породы, образовавшиеся в процессе кристаллизации сложного природного силикатного расплава – магмы;
2) осадочные породы, возникшие в поверхностных условиях из 
продуктов разрушения любых горных пород под воздействием экзогенных геологических процессов;
3) метаморфические породы, являющиеся продуктом перекристаллизации и приспособления пород любого генезиса к изменившимся в пределах земной коры физико-химическим условиям.
Изучением горных пород и их свойств занимаются различные дисциплины геологического цикла, среди которых важнейшей является 
петрография. Петрография – геологическая дисциплина, изучающая 
горные породы, их минеральный и химический состав, структурные 
и текстурные особенности, генезис, условия залегания и т.п.
Практическое значение горных пород необычайно велико:
– с некоторыми горными породами генетически связано появление 
минералов, имеющих промышленное значение: платиноидов, хромитов, алмазов, апатитов, сульфидов никеля, меди и т.п.;
– горные породы являются вместилищем месторождений различных полезных ископаемых – рудных, нерудных, горючих, гидроминеральных, причем специфические особенности вмещающих пород 
во многом определяют горнотехнические условия отработки этих 
объектов;
– нередко горные породы сами являются полезными ископаемыми 
(бокситы, фосфориты, минеральные соли, ископаемые угли, строительные материалы, облицовочные камни и т.п.), имеющими важное 
промышленное значение;
– горные породы в их естественном залегании не только являются средой горно-геологической деятельности человека, но и служат 

основанием для гидротехнических, транспортных, промышленных и 
иных инженерных сооружений.
Поэтому студенты специальности «Физические процессы горного 
или нефтегазового производства» должны знать не только комплекс 
физических и физико-механических свойств горных пород, но и понимать, чем они обусловлены. А для этого необходимо иметь представление о методах изучения вещественного состава и внутреннего 
строения горных пород.
Простейшим методом изучения горных пород является их макроскопическая диагностика, т.е. определение минерального состава, 
структурных и текстурных особенностей невооруженным глазом. Однако этот метод дает удовлетворительные результаты только при диагностике полнокристаллических крупно- и гигантозернистых пород, 
которые встречаются не часто. В иных случаях макроскопическая диагностика сомнительна и ограниченность ее применения объясняется 
спецификой человеческого зрения.
Известно, что макроскопически человеческий глаз способен различать детали объекта, отстоящие друг от друга на десятые доли миллиметра (не менее 8×10–1 мм). С помощью оптического (светового) 
микроскопа можно увидеть детали объекта, расстояние между которыми достигает 0,2 мкм (микрометр), т.е. 2×10–4 мм.
Первый простейший микроскоп был создан Захариусом Йансеном 
(1595) и давал увеличение от 3 до 10 крат. Следует отметить, что использовался обыкновенный свет. В дальнейшем происходило совершенствование микроскопов как с оптической, так и с конструктивной 
точек зрения Г. Галилеем (1609–1610), Р. Гуком (1665), Е. Дивини 
(окуляр, 1668), Я. Гавелием (микрометренный винт), К.Г. Гертелем 
(зеркало), А. Левенгуком (1681), что позволило достигнуть увеличения 270 крат, а впоследствии в результате модернизации объективов 
(Саллинг, 1824), достигнуть увеличения в 500 раз. Современные оптические микроскопы дают увеличение свыше 1000 крат.
Длительное время микроскопы использовались в медицине, биологии и в научно-познавательных целях.
Идея использования оптических микроскопов для изучения горных пород возникла в середине XIX в. В 1855 г. Г. Сорби изучил под 
микроскопом в плоскополяризованном свете первый петрографический препарат – шлиф – тонкую пластику известковистого песчаника. Этот год можно считать годом рождения оптической петрографии 
или микропетрографии. Кристаллооптический метод изучения гор

ных пород, основанный на использовании плоскополяризованного 
света в специализированных петрографических микроскопах, позволяет определять оптические свойства минералов в мелких зернах, 
проводить их надежную диагностику и изучать минеральный состав 
и внутреннее строение мелко- и тонкозернистых пород, недоступных 
макроскопическому изучению.
Появление поляризационных микроскопов стало возможным в 
связи с изобретением У. Николя (1828) устройства, позволяющего 
получить строго ориентированный в пространстве поток плоскополяризованного света, так называемой призмы Николя (или просто «Николь»), которая присутствует в петрографическом микроскопе в двух 
ипостасях – поляризатора и анализатора. Принципиально сконструированные в сороковых годах XIX в. поляризационные микроскопы к 
его концу приобрели близкий к современному облик и теоретическое 
обоснование наблюдаемых при изучении горных пород явлений.
В нашей стране развитие и совершенствование кристаллооптических методов исследования минералов и горных пород связано с 
трудами Е.С. Федорова, Ф.Ю. Левинсон-Лессинга, А.Н. Заварицкого, 
В.Н. Лодочникова, В.В. Аршинова, В.И. Лучицкого, С.Д. Четверикова, С.К. Оникиенко, В.Б. Татарского, В.С. Соболева и многих других 
петрографов.
Для изучения горных пород под микроскопом используются специальные препараты – шлифы. Шлиф – это тонкая плоскопараллельная 
пластинка горной породы толщиной 0,3 мм. Эта пластинка наклеивается на тонкое предметное стекло специальным клеем – канадским 
бальзамом – определенным образом подготовленной пихтовой смолой 
(ранее смолой канадской или бальзамической пихты). Сверху препарат 
перекрывается тончайшим покровным стеклом. Канадский бальзам 
является изотропным веществом, имеющим постоянный показатель 
преломления (1,537), близкий к показателю преломления стекла. Кроме того, он легкоплавок и растворим в спирте, бензоле, бензине и т.п. 
органических веществах. Близость показателей преломления стекла и 
канадского бальзама позволяет считать трехслойных шлиф оптически 
однородной средой. Постоянство показателя преломления канадского 
бальзама дает возможность иметь в шлифах своего рода «внутренний 
стандарт», с которым можно сравнить показатели преломления любого 
минерала, слагающего горную породу.
Площадь обыкновенных шлифов составляет 1…2 см2. Реже использовались нестандартные шлифы площадью 5…10 см2.

Незначительная толщина шлифа обусловлена тем, что в тонких 
срезах большинство макроскопически непрозрачных минералов становится в различной степени прозрачными, т.е. пропускают через 
себя значительную часть направленного на них светового потока. 
Прохождение света через минералы сопровождается возникновением 
сходного набора оптических эффектов, которые имеют специфические особенности в зависимости от кристаллооптических характеристик каждого минерала, что и позволяет осуществлять их надежную 
диагностику.
Кристаллооптический метод изучения горных пород требует знания основ оптики и геометрической кристаллографии, без которых 
сущность оптических явлений, наблюдаемых под микроскопом, не 
будет понятна.

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ 
КРИСТАЛЛООПТИКИ

1.1. Понятие о свете

Как известно, свет – это сложное природное явление, представляющее собой, с одной стороны, непрерывный поток материальных 
частиц – фотонов, характеризующихся определенной энергией и количеством движения, а с другой стороны, – это волновое электромагнитное колебание, возникающее при изменении напряжений электрического и магнитного полей. В связи с этим существуют две теории 
света – квантовая и волновая, с помощью которых можно описать это 
сложное физическое явление во всем его многообразии. Для кристаллооптики наиболее подходит классическая волновая теория света, а 
в ряде случаев даже ее механическая модель.
К области видимого света относятся электромагнитные колебания с длиной волны l = 380…780 миллимикрон. Один миллимикрон 
(мm) – миллионная доля миллиметра, т.е. 10–6 мм, 1мm = 10Å (ангстрем – 10–7мм или 10–8см).
Электромагнитные колебания с длиной волны менее 380 мm представляют собой ультрафиолетовое и рентгеновское излучение.
Электромагнитные колебания с длиной волны более 780 мm представляют собой инфракрасное излучение и радиоволны.
В оптической микроскопии используется видимый свет. Белый свет – это смесь световых волн различной длины в пределах 
380…780 мm. Если волны какой-либо длины преобладают, то свет будет окрашенный. Сложность волнового состава белого цвета обнаруживается при его разложении призмой (рис. 1.1). Обычно в спектре 
видимого света различают следующие цвета: красный, оранжевый, 
желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Разные цвета характеризуются различной длиной волны l (табл. 1.1). 
Волновая неоднородность белого света лежит в основе возникновения в оптических системах явления интерференции. Чтобы избежать этого явления, в оптических микроскопах используют монохроматический свет, т.е. свет, характеризующийся одной длиной волны. 
Простейший способ получения монохроматического света – пропускание света обыкновенного через светофильтр.

l= 687 мm
l= 589 мm
l= 527мm

l= 486 мm

Рис. 1.1. Спектр, возникающий при преломлении белого света,  
проходящего через стеклянную призму

Таблица 1.1
Длина волн некоторых стандартных цветов

Цвет в воздухе
Длина волны, мm
Фиолетовый
410
Синий
470
Зеленый
530
Желтый
580
Оранжевый
610
Красный
670

Понятно, что световые волны – это частный случай электромагнитных волн, являющихся результируюшей двух полей – электрического 
и магнитного, каждое из которых характеризуется определенным вектором Е (электрическое) и Н (магнитное) напряженности (рис. 1.2, в). 
Оба вектора равны между собой, взаимно перпендикулярны и одновременно перпендикулярны к направлению распространения света.

а

б

в

Рис. 1.2. Схема электромагнитных колебаний: 
а – естественного света; б – плоскополяризованного света;  
в – соотношение плоскости колебаний Q и поляризаций P; Е – вектор 
электрической напряженности; Н – вектор магнитной напряженности 

Если в каждый момент направления колебаний электрического и 
магнитного векторов меняются так, что в направлении распространения светового луча одновременно происходит поступательное и вращательное движение этих векторов при постоянной скорости их колебаний, то такой свет именуется обыкновенным, или естественным 
(рис. 1.2, а).
В случае, когда колебания световых волн совершаются только в 
одной определенной плоскости, то свет называется плоскополяризованным, или просто поляризованным (рис. 1.2, б). Плоскость, в которой происходят колебания световых волн, называется плоскостью 
колебаний Q, а перпендикулярная к ней плоскость Р – плоскостью поляризации (рис. 1.2, в).
Плоскополяризованный свет возникает либо при отражении его от 
гладкой поверхности, либо при прохождении света через кристалл.
Электромагнитные колебания являются гармоническими и характеризуются такими элементами, как длина волны, амплитуда, фаза, 
частота и т.п. (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Элементы световой волны в сечении вдоль траектории  
движения луча света XY

По отношению к направлению распространения света совершаются поперечные волновые движения, обусловленные быстро чередующимися электрическими и магнитными возмущениями во всех 
плоскостях, включающих направление их распространения. Линия от 
источника света до точки, в которой он воспринимается, называется 
световым лучом. На рис. 1.3 показана одна из плоскостей, проходящая через луч света в плоскости осуществления электрических колебаний (плоскость колебаний Q на рис. 1.2, в). Изображенная на нем 
синусоидальная кривая отражает величину электрического возмущения в данный момент во всех точках плоскости, в которой расположе

на эта кривая. Синусоида на рисунке совпадает с плоскостью листа 
книги и характеризует явление, происходящее в этой плоскости. Но 
на самом деле в световой волне обыкновенного света осуществляются колебания электрического вектора во всех плоскостях, проходящих 
через направление распространения волны XY. На рис. 1.3: ось X→Y – 
направление распространения волны; D→D – направление колебаний 
электрического вектора в данной плоскости; С – гребень, т.е. точка 
максимального относительного смещения волны вверх; Т – подошва, 
т.е. точка максимального относительного смещения волны вниз; А – 
амплитуда волны (половина расстояния между гребнем и подошвой 
по нормали); l – длина волны, т.е. расстояние между двумя соседними гребнями или подошвами.
Следует помнить, что скорость распространения волны v представляет собой расстояние d, пройденное гребнем волны за единицу 
времени t, т.е. V = d/t. Поскольку мерой расстояния служит длина волны l, то v = l/t. Количество колебаний в единицу времени называется 
частотой колебаний f, т.е. f = 1/t. Отсюда получим v = fl.
Скорость распространения света v = 299 792±2 (≈ 300 000) км/с в 
пустоте; в других средах она меньше. Следует помнить, что скорость 
распространения света – величина, характеристическая для каждого 
вещества. 

1.2. Важнейшие оптические характеристики 
минералов

Преломление света

Как хорошо известно, скорость распространения света зависит от 
оптических характеристик среды, так называемой оптической плотности. При переходе света из одной среды в другую на границе раздела этих сред происходит изменение скорости распространения 
света. Если свет падает по нормали к границе двух оптически разнородных сред (рис. 1.4, а), то при переходе из одной среды в другую 
он изменит только скорость, сохранив направление движения. Если 
же луч света падает не по нормали к границе раздела двух оптически 
разнородных сред (рис. 1.4, б), то при переходе из одной среды в другую он изменит не только скорость, но и траекторию распространения. Это явление получило название преломление света. Угол между 
падающим лучом и перпендикуляром к плоскости раздела двух сред 
называется углом падения (на рис. 1.4, б угол i). Угол между лучом