光学显微镜是为了使肉眼看不清楚的标本影像,人们设想经过一种装置,使肉眼能够观察到该标本组织形态和其间的结构.这种设想的装置就被后人创造问世了.当前广泛应用在各种微小物体的观察、测定、分析、分类、鉴定等.在波长范围上也不限於可见光波段(4000~7000 )而且(＞2000 )到红外(1~2u)以及用眼睛观察、显微、摄影和一般辐射检测器放大.
显微镜的分类是根据照明方法,有透射型与反射(落射)型二种.透射型显微镜是应用透射照明通过透明物体的打光方法.反射型显微镜是以物镜上方打光到(落射照明)不透明的物体上.另一种分类方法,系根据观察方法的差异,分为明视野显微镜、暗视野显微镜、相位差显微镜、偏光显微镜、干涉相位差显微镜、萤光显微镜等.每种显微镜一般又各有透射型和反射型二种.在这些显微镜中,特别是明视野显微镜是构成所有显微镜中组成最基本的基础.通过这种显微镜观察的物体,穿过透过(吸收)率、反射率,因场所不同而各不相同,这种物体被称为随照明光强度(振幅)变化振幅物体,无色透明物体只有在照明相位改变时,才能被肉眼观察到,由於明视野显微镜不能改变相位,所以对透明不染色标本不能被观察到.
倍率、数值孔径与视场数
显微镜的综合倍率是物镜倍率G1与目镜倍率G2的乘积,G＝G1×G2.G1是1~100倍,G2是5~20的范围.
数值孔径(Numerical Aperture)N.A.是决定物镜的分辨率、焦深、图像亮度的基本数据,如图所示,当物镜焦点对好后,物镜前透镜最边缘处的倾斜光线与显微镜光轴所交角成α,此即该物镜的半孔径角设标本数据空间的折射率为n,则N.A.＝n×sinα.
n通常在空气中为1,在物镜与标本间浸入水、甘油、油脂时,该标本折射率,即随浸液不同而异.这种物镜称为浸液系物镜；如是空气时,称为乾燥系物镜.图1左半部分表示浸液系,右半部分表示乾燥系的情况.
在显微镜上,限制视野的装置是视野光圈.以物镜侧观看这种视野光圈时的直径以mm单位表示的值称为视野数.实际视野＝视野.
实际视野＝视野数／物镜倍率
例如,视野数为20,则10×物镜就观看2mm视野范围.应用聚光镜时,根据可变的视野光圈,再决定选用聚光镜的N.A.值,其值是取决於可变聚光镜孔径光圈来确定.
暗视野显微镜
暗视野显微镜由於不将透明光射入直接观察系统,无物体时,视野暗黑,不可能观察到任何物体,当有物体时,以物体衍射回的光与散射光等在暗的背景中明亮可见.在暗视野观察物体,照明光大部分被折回,由於物体(标本)所在的位置结构,厚度不同,光的散射性,折光等都有很大的变化.
相位差显微镜
相位差显微镜的结构：
相位差显微镜,是应用相位差法的显微镜.因此,比通常的显微镜要增加下列附件：
(1) 装有相位板(相位环形板)的物镜,相位差物镜.
(2) 附有相位环(环形缝板)的聚光镜,相位差聚光镜.
(3) 单色滤光镜-(绿).
各种元件的性能说明如下：
(1) 相位板使直接光的相位移动 90°,并且吸收减弱光的强度,在物镜后焦平面的适当位置装置相位板,相位板必须确保亮度,为使衍射光的影响少一些,相位板做成环形状.相位板,相位膜及吸收膜加工成图5形状.
(2) 相位环(环状光圈)是根据每种物镜的倍率,而有大小不同,可用转盘器更换.
(3) 单色滤光镜系用中心波长546nm(毫微米)的绿色滤光镜.通常是用单色滤光镜入观察.相位板用特定的波长,移动90°看直接光的相位.当需要特定波长时,必须选择适当的滤光镜,滤光镜插入后对比度就提高.此外,相位环形缝的中心,必须调整到正确方位后方能操作,对中望远镜就是起这个作用部件.
使用时的注意事项
使用时,最重要的注意事项为下列三点：
(1)执行正确的操作方法.
(2)根据标本的要求,选择合适的相位差物镜.
(3)用其他观察方法作比较,对标本作出正确的判断.
1.正确操作的最重要事项必须正确地调整好相位环的中心.若用图6中的几种形状的容器,是不能正确地调到中心位置的.因而作为相位差观察用是不合适的.
对相位差像的判断和明视野象的判断是不相同的.要注意相差法所持有的特点和不足点,相位差物镜的选择方法同上.要与其他的观察法作比较,以及正确地制作标本的方法,这些都是使用时必要的综合注意事项.
萤光显微镜
在萤光显微镜上,必须在标本的照明光中,选择出特定波长的激发光,以产生萤光,然后必须在激发光和萤光混合的光线中,单把萤光分离出来以供观察.因此,在选择特定波长中,滤光镜系统,成为极其重要的角色.
萤光显微镜原理：
(A) 光源：光源幅射出各种波长的光(以紫外至红外).
(B) 激励滤光源：透过能使标本产生萤光的特定波长的光,同时阻挡对激发萤光无用的光.
(C) 萤光标本：一般用萤光色素染色.
(D) 阻挡滤光镜：阻挡掉没有被标本吸收的激发光有选择地透射萤光,在萤光中也有部分波长被选择透过.
在显微镜下观察岩石和矿物的变形特征，称为显微变形结构。常见的有，波状消光、光性变异、变形纹、变形带、扭折带、矿物晶体的弯曲和卷曲、变形双晶、亚颗粒、核幔结构、压力影、书斜式构造、云母鱼、带状构造、S-C面理、动态重结晶和静态重结晶、显微裂隙等。上述显微变形结构在动力变质岩石中大多都较发育，但在很多其他变质岩石中也会有程度不同地存在。如波状消光的石英，在很多变质岩石中都能见到，但该岩石并不一定是动力变质岩。
1.波状消光
波状消光（undulatory extinction）也称为不均匀消光（inhomogeneous extinction）。在显微镜下观察到一个单矿物晶粒的消光位呈连续过渡的现象（照片6-1，2，6），波状消光经常呈扇状及放射状消光，也有呈团块状、云雾状、鼓状消光等。这是由于矿物晶粒在应力作用下，使其晶格产生位错、滑移而引起的光学现象。波状消光在很多变质岩石的矿物中，大都有不同程度的存在。
2.光性变异
光性变异（optical anomaly）也称光性异常。在应力作用下，矿物的光率体主轴发生变化，可使原来是一轴晶矿物转变为二轴晶，或由正光性矿物转变为负光性。如未经变形的石英是一轴晶，而在一些变形的岩石中，有时石英呈二轴晶。正长石和微斜长石均是二轴晶负光性矿物，但在某些变形的岩石中可测得它们为正光性。
3.变形纹
变形纹（deformation lamella）是在正交偏光镜下观察到矿物晶粒中呈长透镜状、条纹状、薄纹层状相间的消光现象，类似聚片双晶或条纹长石中的条纹。条纹的厚度约为0.1～2μm，它一般不穿切晶粒，变形纹的折射率、消光位与主晶都稍有差异，干涉色也比主晶稍高（照片6-3，6）、明亮。在变形的石英晶体中，变形纹最为常见，橄榄石和辉石等矿物有时也存在。
4.变形带
变形带（deformation band）也称为带状消光（banded extinction），是指变形矿物中呈带状消光的现象。变形带的边界较清晰，多呈平直的条带（照片6-4，5）。变形带与波状消光不同的是，波状消光的消光位是连续渐变过渡的，而变形带的不同消光区之间多呈突变或截然变化，但有时在变形带的一侧向波状消光渐变过渡。变形带在石英晶粒内较常见，在方解石、云母、角闪石、辉石、橄榄石和蓝晶石等矿物中也能见到。变形带不仅可以在单个矿物晶体中存在，也可以在许多矿物晶体内形成联合的相互平行的变形带。若石英晶体中既有变形纹也有变形带，则变形纹与变形带近于垂直相交（照片6-7）。
5.扭折带
扭折带（kink band）也称膝折带。在应力作用下，矿物晶体的解理、双晶发生尖棱状弯曲，形成方位不同的条带状、楔形（照片6-9，11）、三角形或呈V形扭折，有的扭折带的相邻界面可以是平行的（照片6-8，9，12），也有的形成两组共轭状（呈X形）的扭折带（照片6-10）。在继续变形作用下，沿扭折带的界面可以发生显微破裂，有时在破裂面中有细小矿物的集合体填充。在单偏光镜下具有扭折带矿物的晶体和解理发生了扭折，在正交偏光镜下扭折带显示不同的消光位，相邻扭折带消光位的角度有明显差异，最高可达60°左右。解理和双晶纹较发育的方解石（照片6-8）、云母（照片6-9，10）、辉石（照片6-12）、斜长石（照片6-15）和蓝晶石（照片6-11）等矿物常具有扭折带。此外，在变形作用下矿物的晶形、解理和双晶发生弯曲变形（照片6-13），有时云母晶体甚至发生卷曲现象（照片6-14）。
6.变形双晶
变形双晶（deformation twinning）也称机械双晶，是在应力作用下形成的双晶。变形双晶一般较密集，常发生弯曲、扭折，并出现波状消光，双晶纹的端部大多呈锥形尖灭（照片6-15，16）。未变形的生长双晶（原生双晶，照片6-17）与变形双晶之间的区别如（表6-1）所示。变形双晶在方解石（照片6-18，19）、白云石等碳酸矿物和斜长石中最为常见，有时在辉石中也能见到。
表6-1 矿物生长双晶与变形双晶的区别
（据胡玲，1998，稍有修改）
7.亚颗粒
亚颗粒（subgrain）又称亚晶粒、镶嵌构造和胞状结构。据Nicolas和Poirier（1976）的定义：“亚颗粒是指一个晶体内，由结晶学方位有小的偏斜角度（一般＜12°）的区域所构成的多边形亚构造，它们之间被低角度的亚晶界（亦即位错壁）所分隔”。在正交偏光下转动物台，在一个矿物的晶粒中，可分为若干个消光位各有差异的区域，即一个矿物颗粒可被分隔成许多不同消光区域构成的亚颗粒。亚颗粒的形状有多边形、矩形、菱形及透镜状。相邻亚颗粒之间的消光位的角度相差很小（一般是1°～5°）。许多亚颗粒是在动态恢复过程中形成的，所以亚颗粒出现可以作为动态恢复的指示标志。亚颗粒多见于石英、长石、碳酸盐矿物（照片6-20）和橄榄石等矿物中。
8.核幔结构
核幔结构（core and mantle texture）常见于糜棱岩中碎斑矿物的边部，被与其成分相同的亚颗粒或已重结晶的细小矿物所环绕，这些碎斑矿物（即核部）和围绕其边缘的细小矿物（即幔部）两者构成了核幔结构（照片6-28）。组成核部的碎斑中常发育波状消光、变形纹、变形带或显微裂隙。核幔结构是动态重结晶的产物，恢复作用使碎斑的边缘部分首先形成亚颗粒，随着应变作用的发展，通过亚颗粒的旋转及其边界的迁移形成重结晶新晶粒。如此不断发展，幔部逐渐向核部扩展，直到取代整个被应变的碎斑颗粒，全部转变为重结晶新晶粒的集合体。核幔结构的形成，反映了糜棱岩的细粒化过程，最后是通过动态恢复和重结晶作用完成的。
9.压力影
压力影（pressure shadow）是在压应力作用下，岩石中大而硬的矿物（大多是变斑晶或变余斑晶的矿物）阻挡了载荷压力，压应力在与其垂直的晶体表面集中，致使在这一受压晶体表面部分及附近基质的物质产生溶解（压溶作用），而在与张应力相平行的晶体两侧形成张性空隙，周围被压溶物质和基质的残余物就充填或沉淀在变斑晶两侧的张性空隙中，这样就形成眼球状、透镜状或椭圆状及其他形状压力影构造（照片6-21，22，23，24，25，26）。
由上述可知，压力影是由内晶和阴影两部分组成的。内部较大的矿物称内晶（或晶核），常是黄铁矿、磁铁矿、石榴子石、石英、长石、硬绿泥石、红柱石，有时为黑云母、小砾石和化石等，内晶是构造变形前、也有的是构造同期生长的矿物，在应力作用下产生波状消光、变形带、变形双晶和显微裂隙等显微变形结构。而在内晶两侧有眼球状、透镜状的压溶物质沉淀区域，称为阴影。其主要有粒状、纤维状矿物、也有粒状矿物被拉长的集合体。组成阴影的矿物大多是同构造期的矿物，主要有石英、方解石、文石、绿泥石、云母等。阴影矿物大多垂直内晶的晶面生长，在压应力作用下，阴影矿物集合体的分布方向与岩石的片理一致；当内晶发生旋转，引起部分阴影集合体发生弯曲。
按阴影矿物的形态可分为粒状压力影和纤维状压力影，也有人将前者称为压力影，将具有纤维状阴影矿物的称为压力边（pressure fringe）。阴影矿物可以是两侧发育一致的对称型，也常有一侧发育而另一侧不太发育。当岩石经受多期变形时，可以在前一期压力影的基础上叠加生长后来的压力阴影矿物，而形成多期的压力影。根据压力影的形态，可推断应力的性质和主应力的方向。此外，也可根据叠加生长的多期压力影推断变形期次和应力方向。
压力影一般出现在应变较弱、变质程度较低的千枚岩和片岩的变斑晶和变余斑晶的两侧，在变质火山岩中的变余斑晶和变余晶屑的两侧也常有压力影。
10.书斜式构造
书斜式构造（bookshelf structure）或称多米诺骨牌现象。是指一排竖立的书或骨牌，在外力作用下发生的歪斜。在剪切应力作用下，矿物沿解理方向或碎块沿裂隙滑移，形成形如楼梯状的被拉长的书斜式构造（照片6-27，32），这种现象在斜长石和黑云母中较常见。其内部的滑移方向与外部剪切运动的指向可以是同向，也可以反向，视滑动面与剪切运动的指向夹角而定。
11.云母鱼
变形岩石中大的云母晶体在应力作用下，沿解理裂开成几个小晶体。在变形过程中形成拖尾，形似鱼状，这种变形云母称“云母鱼”（mica fish，照片6-29，30，31）。云母鱼的头部和尾部一般都平行剪切方向，即为C面理，以此可以判断剪切运动的方向。除云母鱼外，岩石中其他矿物也可形成鱼状拖尾，称为矿物鱼。
12.带状构造
带状构造（ribbon structure）是变形岩石中同种矿物集合体或单个晶体常被拉长形成条带，其长度与宽度之比常大于10：1。条带可以是平直定向分布，也可围绕碎斑弯曲。其中以糜棱岩的石英条带为最常见，也称为丝带状石英（ribbon quartz）（照片6-33，34）。它可由一个石英晶粒或由石英的集合体被拉长呈丝带状。这些丝带状石英，经细粒化，在静态重结晶作用下形成粒状、长方形状的石英，形如竹节状，也称为竹节状石英或矩形石英（照片6-35）。
13.S-C面理
S-C面理（S-C foliation）由S面理和C面理共同组成的构造型式，也称S-C组构（S-C fabric）。S面理是指变形岩石中矿物的长轴定向排列的方向，C面理是指剪切面理或条带，其总体平行韧性剪切带的边界。在糜棱岩中S-C组构较发育，糜棱岩中的长石等矿物的碎斑多呈眼球状、透镜状，其长轴方向常代表S面理，与其锐角相交的富云母条带为C面理如图6-1所示（照片6-36，37）。一般情况是，S面理与C面理或剪切带边界的角度呈45°，随着变形增强，两者的夹角逐渐减小，直至趋于平行。具有S-C面理的岩石，可以利用SC面理指示剪切运动的方向。SC面理在野外露头，手标本及显微镜下，从宏观到微观都能观察到。
图6-1 糜棱岩SC面理中钾长石碎斑在压扁面上发育蠕英结构，在拉伸方向上出现动态重结晶新晶粒
（据Simpson，1985）
Kfs—钾长石；Qtz—石英；Bt/Ms—黑云母/白云母；Qtz/Olig—石英/更长石
14.动态重结晶和静态重结晶
动态重结晶（dynamic recrystallization）是在变形同期形成的，故也称为同构造重结晶（syntectonic recrystallization）。在应力作用下，岩石中的矿物发生变形，形成亚颗粒及碎粒化的细小矿物集合体，而这些获得较大表面能的细小矿物，具有使矿物颗粒增大和形态发生变化的趋势。在变形过程中，经重结晶作用形成的矿物晶粒即为动态重结晶。动态重结晶矿物的特征是：①矿物的形状大多被拉长、压扁，在岩石中有明显的优选定向；②矿物颗粒之间的边界线呈锯齿状、缝合线状、及不规则的港湾状；③动态重结晶的矿物颗粒中常有波状消光、变形纹、变形带、亚颗粒等残留的应变现象（照片6-38，39）；④在电子显微镜中可以看到矿物晶体内有大量的亚颗粒、位错线等超微构造。
静态重结晶（static recrystallization）是在变形期后无应力状态下形成的，也称构造后重结晶（posttectonic recrystallization），静态重结晶的矿物多不具有上述动态重结晶矿物的特征。静态重结晶矿物多呈粒状、在岩石中无优选定向分布的特征、矿物之间接触边界平直圆滑、粒径大小较均匀、呈多边形镶嵌粒状结构、且矿物中无变形纹和亚颗粒等变形现象的残留（照片6-40）。
15.显微裂隙
显微裂隙（micro-fracture）也称显微裂纹和显微破裂（microcrack），是指肉眼不能观察到微观尺度上的破裂，一般并不破坏岩石或矿物的完整性。在显微镜下观察到破裂纹发育在单个矿物的晶体中，也可以穿切整个岩石。按其形态和应力关系，可分为张性显微破裂和剪性显微破裂。张性显微破裂常被轻微拉开，呈锯齿状，具开放性，往往有细小矿物充填（照片6-41，42，43，45，46，47）；而剪性显微破裂则较平直、紧闭，裂纹中充填的矿物少（照片6-44）。此外，还有一些复合的形式，如张剪性显微破裂和压剪性显微破裂等。显微裂隙大多是脆性构造变形的产物。
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