岩石薄片の作製、火成岩の偏光顕微鏡観察
基礎設計室 佐藤成修
1.

序論
1 つの岩石は無数の鉱物の集合体である。

微細な構造や鉱物の性質を正確に観察することができる。偏光顕微鏡を用いた観察は、鉱物は化学組成と結晶構造で定義できる。

岩石の鉱物の結晶や配向、色の変化、複雑地球の岩石は複雑な地球の歴史の発展過程な岩石組織などを容易に分析することがでを通して生成されたものであり、岩石が形きる。このように、偏光顕微鏡を用いた岩成されるときの物理的条件、化学的条件が石の薄片観察は、岩石学の基本的な手法の変化すると、それらに応じて敏感に反応し一つとなっており、岩石学研究の発展に大造岩する鉱物の種類や組織が変化する。薄

きな貢献をしている。

片観察にもとづき、岩石の組織の特徴や鉱本論文では、実際に薄片を作製し、偏光物の性質などを記載し、岩石名を付け岩石顕微鏡を用いた岩石の薄片観察の方法につを分類する学問を記載岩石学と呼ぶ。薄片いて述べる。とは、岩石試料をスライドガラスに接着し、2.

薄片作製

試料を 30 ㎛の均一の厚さまで研磨したも偏光顕微鏡観察を行うためには厚さ 30のである。完成した薄片を 2 枚の偏光板用㎛の岩石薄片を用意しなければならない。

いた偏光顕微鏡で透過観察する。これによ

岩石試料から岩石薄片にするまでの手順をり鉱物の種類や量比、結晶構造を調べるこ

以下に記載する。とでその地質の成因やその後の変形、変質① 岩石の粉砕についても鉱物を用いた詳細な記載が可能

ボーリングコアや露頭踏査で採取した岩石となる。

試料を岩石カッターに対応する大きさまで偏光とは、光の波動性に基づく現象であハンマーで砕く。

り、光の電場の方向が特定の方向に限定さ② 一次切断れた状態を指す。偏光板などの光学器具を岩石をスライドガラスに収まるように岩石用いて光を偏光させる必要があり、物質とカッターを用いて四方をカットしチップに相互作用する際に光の偏光が変化することする。

がある。光の反射や屈折によって偏光が引③ 一次研磨き起こされるほか、物質内部の構造によっスライドガラスに張り付ける面を研磨する。ても偏光が変化する。このような現象を利研磨は 2000 番まで行い。電灯等の光で反用して、物質の構造情報を取得することが射させその面を観察し平面であるか判断すできる。

る。平面に研磨する理由は、貼り付けたと偏光顕微鏡を用いた岩石の薄片観察は、き凹凸があるとはがれる可能性が高くなる。

岩石学研究において重要な役割を果たしてまた、薄くしていくため出来上がりにも差いる。偏光顕微鏡を用いることで、岩石のがかなり出る重要な作業の一つである。

④ 貼り付け用いた方が研磨時間は短くなるが、平面に樹脂を用いて貼り付けを行う。樹脂にもよなりづらい点がある。触りながら確認、調るが、今回使用したエポキシ樹脂は、固定整し必要に応じて各研磨剤に変更する。に 8 時間以上かかる為、一晩待つ。この作業によって薄片作業は最低でも 2 日間を必要とする。
⑤ 二次切断直線で切断するために岩石カッターに薄片を固定する(岩石薄片専用の固定台を作製した。オモシロ提案 2023-038)。この作業は後の二次研磨での作業量にも関係してくるため慎重に調整を行う。固定が終わったらなるべく力を入れず直線に切れるように切断する。
図 2 二次研磨(研磨剤を厚さで変更しながら 30μm を目指す)
3.

偏光顕微鏡での観察
偏光顕微鏡は、実体顕微鏡とは異なり、二つの偏光板（ニコル）を使用する。光は試料通過前に 1 枚の偏光板を通過する。試料通過後，さらにもう１枚の 偏光板を通過して偏光顕微鏡像を結像させる。この方法を直交ニコル観察と呼ぶ。また１枚の偏光板のみで薄片を観察する場合がある。これを平行ニコル観察と呼ぶ。
直交ニコルでの観察① 鉱物の形態
図1

一次切断、二次切断に使用する
岩石カッター⑥ 二次研磨研磨剤を使用し#80 番から#2000 番までそれぞれの粒形の研磨剤を使用し、30μm になるまで研磨する。完成の決めては偏光板で無色鉱物(石英、長石)が白く見えるようになるのを目安に研磨する。粗い研磨剤を鉱物の形態は、その結晶構造や成長過程によって決まる。鉱物の形態は、鉱物学や鉱物同定において重要な情報である。偏光
顕微鏡を用いることで、鉱物の形態について以下の情報を得ることができる。
・結晶形
鉱物の結晶構造(等軸晶系、単斜晶系など)や結晶面(自形、他形)の向きを観察することができ、鉱物の結晶形を判定することができる。

斜消光という。

・軸性

平行ニコル

一軸性鉱物は、光が進む方向に対して 1① 形、屈折率つの屈折率を持つため、Z 軸方向には等色高屈折率の鉱物は光の速度が遅くなり、性を示す。偏光顕微鏡下で X 軸・Y 軸方向波長が変化するため、屈折が大きくなる。には等方性色を示す。代表的な一軸性鉱物

屈折率が高いと、偏光された光が標本内でとして、石英がある。二軸性鉱物は、光が大きく曲がるため、偏光顕微鏡で見え方が進む方向に対して 2 つの異なる屈折率を持変わる

ち、また光学軸という方向に沿って異方性② 色が最小となる方向が存在する。偏光顕微鏡

二軸性鉱物の平行ニコルの色には、褐色、下では、X 軸・Y 軸方向と光学軸方向に沿黄色、青色、緑色などがある。これらの色って異なる異方性色を示す。代表的な二軸は、鉱物の光学軸が平行に配置されている性鉱物として、輝石や角閃石がある。これ場合には、鮮明に観察できる。また、二軸らの光学的特性に基づいて、偏光顕微鏡を性鉱物の平行ニコルの色は、薄片の厚さ、用いた鉱物の同定や結晶学的研究が行われ形状、鉱物内部の不均一性などによってもる。

変化する。

② 干渉色

③ 多色性

岩石薄片を偏光顕微鏡で観察すると、干多色性を持つ鉱物は、その回転角度や色渉色と呼ばれる色を見ることができる。干の変化の度合いなどから同定することがで

渉色は、偏光された光が薄い薄片を透過すきる。また、多色性は、鉱物の内部の構造る際に、薄片の厚さや屈折率に応じて生じや結晶性の特徴を知る上でも重要である。

る干渉現象によって生じる。これを複屈折④ 劈開と呼ぶ。干渉色は、赤、緑、青、黄色、紫、

劈開とは鉱物がある特定の方向に沿って、橙色など多彩な色が観察され、美しい模様割れやすい性質を持つことを指す。鉱物のを形成する。鉱物の干渉色は、鉱物の物理結晶構造に依存し、同じ種類の鉱物でも異的な性質や結晶構造に依存するため、鉱物なる程度の劈開を示すことがある。劈開は、の同定や解析に非常に重要な情報源となる。

鉱物の同定において重要な性質の 1 つであ③ 消光位り、劈開の方向や度合いから鉱物の種類を消光位は、偏光と試料の間の特定の角度になると光の強度が最小化する現象を指す。

判別することができる。
4.

火成岩鉱物の観察例紹介

鉱物を直交ニコルの下で観察すると、ステ3 章で説明した鉱物の偏光顕微鏡観察方ージを回転した時、明るさが変化する。１

法を実際に島根県内外の各地の火成岩サン回転の間に、４回暗くなる角度がある。こプルを用いて紹介する。の暗くなる現象を消光といい、その角度を図-3A は桜島溶岩の斜長石の累帯構造の消光位という。この消光位が結晶軸や劈開写真である。火山岩の斜長石斑晶では累帯の方向と一致すると直消光、一致しないと構造が良く観察できる。中心部の Ca 成分

の高いものから冷却が進行し、Na 成分の等の組織について観察するが、火成岩は容高いリムへと固溶体の成分が変化する。こ易ではない。火成岩の組織を見るうえで必れは直交ニコルでは消光角や干渉色に違い要なことは、組織の名称や形成過程の知識がみられる。このことから温度変化の推定をまず蓄えなければならない。例えば図-3や、岩石の成長過程が理解できる。

B,C の千本ダム脇の細粒の鵯花崗岩の斜長

図-3B では千本ダム脇の細粒の鵯花崗岩石の写真である。長石内に黒い波模様が多の黒雲母の平行ニコルで撮影した写真であ数確認できる。これはミルメカイトと呼ばる。黒雲母は直交ニコルでは他の有色鉱物れ微文象構造の一種である。火成岩の固結と干渉色での区別は難しい。しかし黒雲母末期に熱水活動があるとこのような構造がの特徴として多色性が非常に強い鉱物であ形成される。この時点で分からない専門用る。平行ニコルで観察すると劈開を 0 度方語が複数出てきている。火成岩は見る機会

向に合わせると濃い茶色に見える(図-3B)。

も少なく、あまり聞かない名称の組織が多回転台を回すと劈開が 90 度の場所で色が数ある。しかし熱水の影響という情報は地薄くなり白に近づく(図-3C)。

質の考察の中でも必要な情報の一つである。

図-3D は大根島玄武岩のカンラン石の写これらの知識をつけることは火成岩の形成真である。カンラン石の複屈折量は過程を知る上で重要であるが、そもそもの0.035~0.052 とされており、カンラン石は名称を知らなければインターネットを用い比較的高く赤みを帯びた紫や青色に見える。て検索することは容易ではなく、多数の文

しかし、同種の鉱物でも結晶方位によって献を最初から読み進めて見つけたのは、異なり干渉色だけで同定をしてはいけない。 2000 年代前半の本に少し記載がある程度
例として複屈折量が近い鉱物として単斜輝である。これも岩石薄片の偏光顕微鏡観察

石が挙げられる(図 3-E)。単斜輝石の複屈に入りづらい要因の一つであるとも考えら

折量は、0.04~0.08 とされており、干渉色れる。

だけでは同定ができない。カンラン石と単また、火山岩の記載には石基と呼ばれる斜輝石の見比べ方は、消光位を確認すると非常に細かい鉱物や火山ガラスについてのわかる。カンラン石は劈開に 90 度方向で観察が重要となってくる。図-3F は、森山暗黒になる直消光であるが、単斜輝石は 45の白色流紋岩の写真である。大きな斑晶は度暗黒になる斜消光である。このように岩なく、全体的に細かな鉱物が丸みを帯びた石内の鉱物同定はその鉱物が持つ特徴を複組織をしていることがわかる。一見すると、合的に検証し同定する必要がある。

流紋岩質の凝灰岩の堆積岩に見える。しか造岩鉱物の同定は岩種を確定させる過程し、露頭の状況から流紋岩であると考えらでとても重要である。

れ、露頭観察と薄片観察に違いがみられた。

5.

このような場合どちらが正しいのか検証し火成岩組織の観察紹介
鉱物の観察結果のみでは、岩石についてなければならない。そのような時は、以前の考察が不十分である。堆積岩の場合は層作製した薄片との比較を行って、岩石を同理面や、級化層理、岩石内の礫の摩耗状況定する。以前観察した真山の白色流紋岩の薄片を念頭に置いて観察する。石基を 200C倍まで拡大し観察を行った結果、小さな石基には石英と単柱状の自形を持った斜長石が確認でき、組織も完晶質に見える。したがってこの試料は堆積岩ではなく白色風化した流紋岩溶岩と同定できたが、火山岩の組織は場合によっては非常に微細で観察してもよくわからないという問題に陥る。そDのような時は今まで作製した薄片が役に立つ。
6.

結論
本論文では、偏光顕微鏡観察の意義と観察のための試料作製の手順から、実際の観察方法について紹介の意味も含めてまとめEた。また、岩石の薄片写真を用いて観察の紹介を行った。薄片観察は経験によるものが多く、また組織や構造について疑問を持つ事、それを調べる事がとても重要である。
AF

B

G

図-3 岩石薄片写真
A：鹿児島県桜島安山岩斜長石、B,C：千本ダム脇鵯花崗岩の黒雲母
D；松江層大根島玄武岩カンラン石 E：ニチカ鉱物薄片標本 単斜輝石
F：成相寺森山白色流紋岩 20 倍、G；成相寺森山白色流紋岩 200 倍