矿相学

资源与环境学院资源勘查专业《矿相学》教案任课教师许英霞授课班级06资源勘查1，2班授课时间2009.10.12教学时间安排2学时授课题目（章节）绪论；第一章矿相显微镜和光片的制备；第二章矿物的反射率教学目的、要求（教学目标）了解矿相学的研究内容、研究意义和工作步骤；熟悉矿相显微镜的结构和光片的制备方法；掌握常见十种矿物的反射率教学重点与难点1、矿相显微镜的结构；2、矿物反射率的原理教学方式、方法与手段教学方式：课堂讲授，启发式教学、案例教学、提问式教学实验室观摩；教学手段：传统讲授教学基本内容及过程Ⅰ绪论一、矿相学的概念及研究内容矿相学（oremicroscopy或mineragraphy）主要是矿相显微镜研究矿石的一门科学。其研究范围包括金属矿物学（oremicroscopy）和矿石学（orepetrology）的主要部分。矿相学研究的主要内容是：1、鉴定金属矿物；以不透明矿物晶体光学为基础，在矿相显微镜下研究金属矿物的光学、物理、化学性质和形态特征等，借以鉴定矿物。2、矿石学方面的研究；研究矿石的构造、结构特征和矿物组合及其所提供的成因信息，以分析、判断矿床的矿化条件、矿化作用和矿化过程，从而为研究矿床成因和进行找矿勘探提供依据。3、研究矿石的工艺性质；查明矿石中有益和有害元素的赋存状态、有用矿物和组分的含量，矿物的嵌布特性与镶嵌关系，以及矿物的“物性差”等矿石工艺性质，以便为矿石的选、冶设计提供依据。二、矿相学的研究意义1、在研究矿床成因和指导找矿勘察方面的意义1对矿石的研究是矿相学的主要任务。矿石是组成矿床的基本物质，是成矿方式的自然写照，是成矿作用的最终结果。它能反映矿床形成时物理化学条件和成矿作用过程，所以通过对矿石的矿物成分、化学组成、矿物组合及矿石构造结构的研究，可以为查明矿床的成因提供重要依据。2、在知道矿石工艺方面的意义对矿石进行矿石工艺性质研究，也是矿相学研究的主要内容。因为矿石除极少数可以直接利用外，大多数需要进行工艺处理，即通过碎矿、磨矿和选矿把游泳矿物富集起来，去除有害杂质，然后进行冶炼。三、矿相学研究的一般步骤矿相学的主要内容包括研究矿石的矿物成分、矿物组合及组构特征等。它是密切结合矿床学研究的综合性工作。它包括野外工作、室内研究、综合整理和检查审核四个阶段。1、野外研究工作阶段在野外工作阶段，首先应占有尽量多的原始资料。在了解研究区域及矿床地质概况的基础上，选择一些矿化露头、探槽、掌子面、坑道壁和岩心进行观察与地质编录工作。2、室内研究工作阶段室内研究阶段的任务是进行显微镜下的鉴定和研究，并从事一些其他专门性的研究（如单矿物化学分析、电子探针分析、X涉嫌分析、红外线吸收光谱分析、同位素分析及放射性测量等），以资对矿石的矿物成分、矿物组合、矿石类型、矿石的工艺性质等有深入的了解。根据工作任务、研究目的和方法的不同，可将所采集的标本制成下列式样：磨光块；磨光片；透明磨光片；岩石薄片；砂光片镜下研究程序是：a精确鉴定出矿石中的全部矿物b查明矿石的构造、结构、确定矿化阶段和矿物生成顺序c进行结构侵蚀及用偏光法观察矿物的内部结构d测定矿物的嵌布粒度及其含量e结合偏光显微镜下薄片的研究，查明矿石与脉石见的关系3、综合整理研究阶段将显微镜下研究的结果和综合研究的材料，编写出矿相学综合研究报告书。报告书中需阐述如下几方面的问题:2a区域地质概况b矿床地质特征，矿体的形状、产装、规模大小及赋存规律c矿石类型、矿物成分及化学成分d矿石的组构特征，矿石的矿化期、矿化阶段和矿物生成顺序，并编制矿化阶段和矿物生成顺序表e矿石在矿床中的空间和时间方面的演化特点及规律，提出确定矿床成因的依据f矿石中有益有害组分的福村状态及含量，确定矿石类型，提出工业利用的可能性g根据矿石的矿物组合颗粒大小和嵌布特征、向前情况，提出矿石工艺加工的方案4、检查审核阶段检查审核工作任务是对所提交的“矿相学综合研究报告书”审查和讨论先是对各种原始资料进行符合审查，检查记录与切片是否一致，光薄片的鉴定是否准确，各种编录的完整程度等。其后审查所采用的研究方法、野外地质现象与室内工作的联系程度、结论的依据及正确性。四、矿相学的现状及发展方向矿相学的发展历史与其他学科相比，是一门发展较晚，较年轻的学科。然而在近几十年来，无论是理论方面，还是在测试方法和手段上都有很大发展。1、由于配合矿相学中光学性质及其他物理性质的定量测定和矿石组构分析而研制的仪器，如光电倍增管光度仪、自动显微硬度计、自动定量图像分析仪和新型矿相显微镜等被广泛应用，从而对金属矿物显微镜下的光学特性，及其他物理性质和矿石各组分的量比关系得出精确数值。这些参数中的反射率、反射光谱曲线、矿物反射色颜色指数、各种旋转性质和显微硬度的精确定量值以及矿物几何特性等，为矿物鉴定、矿石组构分析和矿石工艺性质研究提供了确切的依据，为矿相学深入研究及应用创造了有利条件，在我国的矿床学研究、矿床勘查和选矿冶炼中也发挥了应有的作用，因而愈来愈受到地质和矿冶部门的重视。2、矿相学的发展在矿石学的研究方面，也是颇见成效的，如运用热力学原理或矿物共生组合与相平衡原理，来论述各类矿石的形成机制是可信而又意义的。3、然而，由于矿相学仍然是一门较年轻的学科，还存在不少未被认识和发现的领域，存在着一些亟待解决的问题。但随着现代科学技术的发展，数学、物理学和化学等学科的继续渗透，矿相学领域中的若干理论问题必将进一步被充实和深化。4、对金属矿物鉴定和研究发面，在研究测试仪器上将继续向着微粒、微区和定量化及电子计算机化得方向发展，以致达到快速自动准确地鉴定金属矿物。关于自动鉴定金属矿物的方法，在本书第八、九、十章中还会做进一步介绍。5、在今后对矿石的研究3中，仍需进一步与现代成矿理论及成岩成矿实验相结合，从而使其研究工作步入实验化和定量化。对矿石工艺性质研究方面，也需要和先进的选冶技术协调配合，不断完善，以求获得最大的利益。Ⅱ第一章矿相显微镜和光片的制备一、矿相显微镜矿相显微镜也称反射偏光显微镜，它是矿相学研究工作的基本工具。矿相显微镜实际上是由一台偏光显微镜加一套“垂直照明系统”组成。旧式矿相显微镜的“垂直照明器”多半固定在显微镜筒的下端，而新型的则能任意装卸。装上垂直照明器后可作反射光观察用，卸下“垂直照明器”，装上物镜更换器和透光观测用物镜，则可作透射光下观察之用。1、矿相显微镜的结构与附件矿相显微镜的镜体与一般偏光显微镜基本相同。下面将矿相显微镜的主要部件作一简要介绍。a垂直照明器垂直照明器附以光源即构成完备的垂直照明系统。XPV-300（1）孔径光栏孔径光栏也叫孔径光圈，是位于光源透镜之后可任意开缩的虹膜式光圈，它用于控制入射光束直径大小、影响反差强弱及物镜的有效孔径。当将其缩小时，入社光束直径相应变小，故视域亮度也随之减弱，但可以形成较为垂直的入射光，且使有害的杂乱光线减少，从而增高影像反差使之清晰，然而物镜有效孔径减小，使分散率会因此而降低。（2）起偏镜也称偏光镜，多用偏振片制成，其作用是使入射光成直线偏光。应能自由旋转至少90度为宜，并能紧闭更佳。（3）视野光栏也称视域光圈，它一般也是由活动叶片构成的虹膜式光圈，其功能是以控制视野大小，挡去有害杂乱反射光摄入视野，而便于提高所观测矿物影响的清晰度，以利于对其精细研究。一般观察时，可将此光圈调至与视野边缘重合即可，不宜再大，以免更多的杂乱光线投入视野中。4（4）反射器是垂直照明器中最主要的部件，其作用是将水平入射光垂直向下反射。反射器最常用的有玻璃片和棱镜两类，另有一种是新型的史密斯反射镜。b照明设备(1)光源矿相显微镜一般常用钨丝白炽灯和卤钨灯作为光源。部分研究用显微镜还配有汞灯、钠灯、铟灯或氙灯。(2)滤光器用上述光源除必备蓝色滤光器外，为了一些特殊的用途，则需要单色光源。单色光源主要有单色仪和干涉滤光器两种。干涉滤光器性能决定于三个常数a透射光峰值位置b缝制的透射率及透射带的透射率c透射带半宽度。干涉滤光器的单色性良好、孔径大、进光充足。由于国际矿物协会所属的矿相学委员会（COM）规定，每一矿物至少需测定470nm、546nm、589nm、650nm等四种波长的反射率，所以这四种波长的滤光器是必备的。c接物镜通称物镜，是有多片形状不一的透镜组成的一个光学放大系统。每个物镜都具有两种最基本的特征，即放大能力和分辨能力。（1）物镜的分辨率分辨能力是指分辨细微结构的能力，也就是使观察对象细微结构特点表现出来的能力。它常以分辨率L来表示，分辨率是指能分开两个点之间的最短距离。物镜的分辨率除与物镜的各种相差有关外，更主要的是决定于物镜的数值孔径NA。而NA=Nsinα,α为物镜前透镜与光片上焦点间之光锥角，即孔角的一半L=0.61λ/Nsinα式中N为物镜和光片间观察介质的折射率;@为观察时所用光波的波长。小问题：当显微镜的目镜为10X,物镜为10X时,在视野范围内看到一行相连的8个细胞.若目镜不变,物镜换为40X时,则在视野中可看到这行细胞中的个数是多少个?放大倍数=物镜焦距/目镜焦距。回顾：凸透镜成像规律：V=像距U=物距f=1倍焦距2f=2倍焦距F是焦点。u2f那么V就等于=fv2f成倒立缩小实像应用在照相机的方面fu2f那么V等于v2f成倒立放大实像应用在投影仪的方面fuv=O成正立放大虚像应用在放大镜方面如果U=2fV=U=2f那么V=等大倒立实像5如果U=f那么就不成像！物越近，像越远，物越大。应用:在视频监控的工程实践中，我们经常会碰到这个问题：我想看清楚100米处的人，应该选用怎样的变焦镜头？选用多少倍变焦的球机？焦距多少才比较合适？根据镜头透射的原理：f/D=h/H其中：f－镜头的焦距mmD－镜头与被拍摄物体之间的距离mh－CCD镜头的高度mmH－监控现场的高度（摄像机摄取的画面的实际高度）m我们以禾太的一款智能高速球机（HT－D2618BNX）为例：该球机为1/4CCD（w*h=3.6*2.7mm），18倍光学变焦，F4.1mm～73.8mm。１、假定甲方想要看清楚一个人清晰的大头像，那么这个距离是多少呢？首先我们先要弄清楚一个概念（有过相机拍照经验的人比较容易理解）：想看清大头像，那么人的脸部大约占画面的1/2，人脸约0.25m，因此监控现场的高度D＝0.25*2=0.5m。代入公式计算：D1=4.1*0.5/2.7=0.76mD2=73.8*0.5/2.7=13.67m因此该款摄像机想看清楚人的大头像，那么0.76m≤D≤13.67m。２、如果甲方的要求不那么高，比如只是需要能看到整个人体为止，按人均身高1.65计算，人体应占画面的1/2，因此监控现场的高度D=2*1.65=3.3米。代入公式计算：D1=4.1*3.3/2.7＝5.01mD2=73.8*3.3/2.7=90.2m这时候，5.01m≤D≤90.2m。３、假定未选好摄像机，但甲方说要拍摄到清晰的150米外的人体，我们也可以算下（假定还是用1/4CCD）：f=150*2.7/3.3＝122.73mm，也就是要达到这种效果，选用的摄像机的最长焦距应该达到122.73mm，如果最短焦距是4mm，那么就是31倍变焦。从上述几个案例来分析，要使镜头能看的更远、更清晰，那么镜头选大的比如1/2的CCD，焦距选长的。但这也不是毫无限制的，如果用50倍以上的变焦来分辨更远处的物体，实际上并没有多大意义，主要是因为风、水汽等环境因素。（2）透镜的相差及校正单透镜放大成的相，一般是畸形的或带色边的。这种现象是由于透镜有各种相差引起的。任何一个或一组透镜在成像时，由于透镜本身光学条件的缺陷而是五项发生种种异常，这些引起异常的作用通称为像差。像差包括有球面像差、纵向像差、彗星像差、像散、像场弯曲和畸变等。①球面像差可看作自无限远处射来的平行光束通过凸透镜后，不是聚焦6于一点，而是聚焦于多个点上。②色像差也称色差，由于玻璃对不同波长色光有不同折射率，因此白光通过透镜后不能聚焦于一点，即产生了色差。（3）物镜的种类和识别物镜处理按照数值孔径和放大倍数分类外，由于用途不同其类型繁多。①