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1、第四章 正交镜间的晶体光学性质,主 要 内 容,一、正交偏光镜的装置及光学特点二、正交偏光镜间矿片的消光现象 及消光位三、正交偏光镜间矿片的干涉现象四、干涉色及干涉色色谱表五、补色法则及补色器六、正交偏光镜间主要光学性质的 观察与测定方法,一、装置及光学特点,1、装置,所谓正交偏光镜，就是除用下偏光镜之外，再推入上偏光镜，而且使上、下偏光镜的振动方向互相垂直。,2、光学特点,在正交镜间不放矿片时，视域完全黑暗。因为PP垂直AA，平行PP振动的偏光被吸收而不能透过上偏光镜。如果在正交镜间载物台上放置矿片时，因矿物性质及切面方向不同，而显示不同光学现象。,二、正交镜间矿片的消光现象及消光位,消光现
2、象：指矿片在正交偏光镜间变黑暗的现象。,1、全消光 在载物台上放置均质体或非均质体垂直光轴的矿片，不发生双折射，转动物台360，矿片的消光现象不改变，故称全消光。,2、四次消光,若在物台上放置非均质体除垂直光轴以外的其他方向矿片，这类矿片光率体切面为椭圆切面。当椭圆半径分别平行AA、PP时，则出现矿片消光，转动360，有四次消光。,3、消光位,非均质体除垂直光轴以外的其他方向切面，在正交偏光镜间处于消光时的位置，称消光位。当矿片处在消光位时，其光率体椭圆半径必定与AA、PP平行。由于上、下偏光镜振动方向是已知的，常以目镜十字丝方向代表，所以可确定此类晶体切片上光率体椭圆半径的方向。,色散影响,
3、某些单斜或三斜晶系矿物，光率体色散较强，矿片上紫光光率体椭圆半径与红光的方位不同，所以紫光与红光的消光位不一致。此类矿片在正交镜间，用白光照射时，转动载物台时，不出现全黑位置。当紫光光率体椭圆半径与上、下偏光振动方向平行时，紫光消光而呈现暗褐红色；当矿片上红光消光时而呈现暗蓝紫色。,三、矿片的干涉现象,下偏光透过矿片时，分解成K1、K2两种偏光，Nk1Nk2，所以Vk1Vk2，K1、K2在通过矿片时必然产生光程差R。当K1、K2透过矿片后，二者在空气中速度相等，所以在它们到达上偏光镜之前，R保持不变。当K1、K2到达上偏光镜后，再次发生双折射。K1 分解为 K1和K1 K2 分解为 K2和K2
4、其中K1和K2振动方向与AA垂直，不能透出上偏光镜，可以不考虑。而K1和K2平行AA，可以透出上偏光镜。,1、当非均质体除垂直光轴以外的其他方向切面上光率体椭圆半径与AA、PP斜交时，矿片不消光，将发生干涉作用。,K1、K2两种偏光特点如下：由同一束偏光经两次分解而成，其频率相同；有固定光程差R(由K1、K2继承的光程差)；在同一平面内振动(平行AA)。K1、K2两种偏光具备了光波发生干涉作用的条件，必定发生干涉作用。,干涉作用结果取决于光程差R如果光源为单色光，则：当R=2n/2时，K1、K2振动方向相反，振幅相等，二者抵消变暗；当R=(2n+1)/2时，K1、K2振动方向相同，二者叠加，亮
5、度增加一倍(最亮)；当R介于2n/2和(2n+1)/2之间时，干涉结果是：亮度介于黑暗和最亮之间。,2、影响干涉的因素,(1)、干涉结果主要取决于光程差。K1、K2通过矿片的光程分别为：R1=dNK1，R2=dNK2（d为矿片的厚度）光程差R=dNK1dNK2=d（NK1NK2）=dN 因此，R与矿片厚度和双折率均呈正比关系。而双折率大小又与矿物性质和切面方向有关，所以，影响光程差大小的因素有：A、矿物性质；B、矿物切面方向；C、矿片厚度,(2)、干涉的明亮程度还与K1、K2振幅大小有关，振幅越大亮度越强。K1、K2的振幅大小取决于矿片上光率体椭圆半径与AA、PP之间的夹角。当K1、K2和AA
6、、PP成45夹角时，K1、K2振幅最大，矿片最明亮，这时的矿片位置称45位置。,在偏光矢量分解图中，OF代表K1、K2的振幅。OFOBcossin 当45时，OF为最大值，即 K1、K2的振幅最大，矿片最亮。,四、干涉色和干涉色谱表,1、干涉色及其成因,沿石英平行Z轴方向，由薄至厚磨成楔形，称为石英楔。石英的最大双折率NeNo0.009，是一常数。随着石英楔的厚度由薄到厚逐渐增加，光程差也增加。,如果光源为单色光时，在正交镜间45位置插入石英楔，视域内将逐渐出现明暗相间的干涉条带。,明暗条带间距取决于单色光的波长。红光的波长最长，其明暗条带间距也最大，紫光的干涉条带间距则最小。,若光源为白光时
7、，除R0外，任何一光程差都不可能同时等于各个单色光半波长的偶数倍，所以不可能使七种单色光同时抵消而出现黑带。,某一定光程差，只可能相当或接近于部分单色光半波长的偶数倍，使该部分单色光抵消或减弱；同时该光程差又可能相当或接近于另一部分单色光半波长的奇数倍，使另一部分单色光不同程度加强。不同程度加强的单色光混合，构成与该光程差相应的混合颜色，它是白光通过正交镜间矿片后，经过干涉作用形成的，故称为干涉色。干涉色不是矿物本身的颜色，与单偏光镜下矿片显示的颜色不同。,橄榄石（单偏光）,石英（单偏光）,橄榄石（正交）,石英（正交）,第一级序：R约为0550nm。主要干涉色依次为暗灰、灰白、黄、橙、和紫红色
8、。特征是具有暗灰、灰白色而无蓝、绿色。,第二级序：R为5501100nm。主要干涉色依次为蓝、绿、黄橙、紫红色。特征是色调浓而纯，比较鲜艳，干涉色条带间的界线较清楚。,第三级序：R为11001650nm。依次出现的干涉色为蓝、绿、黄、橙、红色，干涉色顺序与第二级序一致，但色调较第二级序浅，界线也不如第二级序清楚。以上三个级序干涉色之末，均为紫红或红色，它对光程差增减反应灵敏，称灵视色。,2、干涉色级序及各级序的特征,更高级序：R2200nm，干涉色更浅、不纯，界线模糊不清。当R很大时，几乎接近所有各色光半波长的偶数倍，同时又接近于奇数倍。各色光都有不等量的出现，相互混杂，形成一种与珍珠表面相似
9、的亮白色，称高级白色。与一级灰白的区别是加入试板后，高级白干涉色基本不变化。由于矿片厚度一般在0.03mm左右，所以若出现高级白，则表明该矿物的双折率很大。,第四级序：R为16502200nm。依次为浅绿、粉红、浅橙色，颜色较淡，以浅绿为主，界线模糊。,矿物性质切面方向,光程差,双 折 率,矿片厚度,平行光轴或Ap的切面，双折率最大，呈现的干涉色最高；垂直光轴切面的双折率为0，呈现全消光；其它方向切面的双折率递变于0和最大之间，干涉色级序变化于全黑和最高干涉色之间。,决定干涉色级序的因素：,根据光程差公式作成,3、干涉色色谱表,干涉色色谱表是表示干涉色级序、双折率及矿片厚度之间关系的图表。,在
10、各光程差的位置上，填上相应的干涉色，即构成干涉色色谱表,在R、d、N三者之间，只要知道其中任意两个数据，应用色谱表既可求出第三个数据。例：石英的最大双折率为0.009，在正交镜间，的最高干涉色为一级黄（R约为350nm），根据色谱表求矿片厚度。例：白云母最高干涉色为二级红（R约1100nm），矿片厚度0.03mm，在表上求最大双折率。,成因：双折率色散 在讨论干涉色成因时，是以同一矿物对不同单色光的双折率相等，光程差相同为基础的。但是实际上，同一矿物对不同波长的单色光的双折率不完全相等，从而可能引起干涉色的变异。,4、异常干涉色,有些矿物呈现不同于色谱表上的反常干涉色，称为异常干涉色。,例：若
11、矿物对紫光的双折率明显大于红光的双折率时，呈现“柏林蓝”异常干涉色（绿泥石、黝帘石）；相反，则呈现“锈褐色”异常干涉色（符山石和绿泥石）。,紫光红光,紫光红光,双折率：,大多数矿物的双折率色散很小，不足以引起干涉色的变异。但有少数矿物的双折率色散较大，不同波长单色光的光程差相差较大，可能会出现异常干涉色。,另外有些矿物的颜色较浓，如黑云母等，其干涉色常易受本身颜色的干扰或掩盖，不易看清它们应有的干涉色。,有极少数矿物，对某一单色光的双折率为零，而对其余各单色光的双折率不等，则形成与该单色光互补的异常干涉色（如黄长石，对黄光的双折率为0，呈现蓝色的异常干涉色）。,5、平行偏光镜间的干涉色,平行偏
12、光镜，即使上、下偏光镜的振动方向互相平行。平行偏光镜间，载物台上不放置矿片时，视域明亮。当在载物台上放置均质体或非均质体垂直光轴的矿片时，视域明亮。当载物台上放置非均质体除垂直光轴以外的其它方向切片时，如果椭圆半径之一与上、下偏光振动方向平行时，视域明亮；如果光率体椭圆半径与AA、PP斜交时，也将发生干涉作用。干涉结果与正交镜间相反。,若用单色光照射：当R2n/2时，透过上偏光镜的两偏光振动方向相同，振幅相等，二者叠加，亮度增加一倍(最亮)；当R=(2n+1)/2时，透过上偏光镜的两偏光振动方向相反，振幅相等，二者抵消变暗。,薄片鉴定中，平行偏光镜间的观察较少。一般可用于区分一级灰白与高级白干
13、涉色。正交镜间的一级灰在平行偏光镜间则变为暗橙红色，而高级白仍为白色。,如果用白光照射时，在一定光程差时出现的干涉色是正交镜间所呈现干涉色的互补色。例如R为550nm时，在正交镜间呈现一级紫红干涉色，而在平行偏光镜间则呈现黄绿色干涉色。,五、补色法则及补色器,1、补色法则,定义：两个非均质体除垂直光轴以外的任意方向切面，在正交偏光镜间45位置重叠时，光波通过这两个矿片后，总光程差的增减法则。总光程差的增减表现为干涉色级序的升降变化。,设有两个矿片，一个矿片的光率体椭圆切面长短半径为Ng1和Np1，光波通过它产生的光程差为R1；另一个矿片为Ng2和Np2，光程差为R2。将两矿片在45位置重叠时：
14、如果两矿片的同名半径平行时，即Ng1 Ng2、Np1 Np2，则光波通过两矿片后，总光程差RR1R2，表现为干涉色级序升高（比两个矿片各自原来的干涉色级序都高）。,异名半径平行时，即Ng1 Np2、Ng2Np1，则光波通过两矿片后产生的总光程差RR1R2，R必定小于原来光程差较大的矿片，但不一定小于原来光程差较小的矿片。具体表现为干涉色级序降低（比原来干涉色级序高的矿片降低，不一定比原来干涉色级序低的矿片降低）。若R1R2，则R0，此时矿片消色而变黑暗。,补色法则的应用：在两个晶体切片中，如果有一矿片的光率体椭圆半径名称及光程差为已知，当它们在正交镜间45位置重叠时，观察干涉色级序的升降变化，
15、根据补色法则可以确定另一个矿片的光率体椭圆半径名称及光程差。已知光率体椭圆半径名称和光程差的矿片，称为补色器。,2、几种常用的补色器,石膏试板（标记为或IR）R约为550nm。在正交镜间45位置时呈现一级紫红干涉色。试板（平行NgNp方向切下一块晶体薄片，磨光后嵌在长方形的金属板圆孔内）上标明了Ng和Np的方向，Np与金属板长边平行，Ng与短边平行。在矿片上加入石膏试板后，可使矿片的干涉色升高或降低一个级序。,干涉色升高或降低一定要以石膏试板的一级紫红为标准。例如，当矿片干涉色为一级灰（R约150nm），加入石膏试板以后，同名半径平行，总R为700nm，矿片干涉色升高为二级蓝绿；异名半径平行时
16、总R为400nm，干涉色级序降低，矿片干涉色由一级灰变为一级黄。,适用范围：石膏试板适用于干涉色为二级黄以下的矿片。原因：如果矿片干涉色为二级黄，加入石膏试板后，同名半径平行时，干涉色级序升为三级黄，异名半径平行时，则降为一级黄，由于一级黄与三级黄不易区别，难于确定干涉色级序的升降，也就不能确定矿片光率体的轴名。矿片干涉色级序越高，石膏试板的效果就越低。,云母试板（标记为/4）R约为147nm，在正交镜间45位置时呈现一级灰白干涉色，其上也标明了Ng和Np的方向。在矿片上加入云母试板后，可使矿片的干涉色级序按色谱表上的顺序升降一个色序。例如，某矿片干涉色为一级紫红，加入云母试板后，同名半径平行
17、则升高为二级蓝，异名半径平行则降为一级橙黄。,适用范围：云母试板比较适用于干涉色较高的矿片（一、二、三级）。但当矿片干涉色相当高时，加入云母试板，高级干涉色只是少许改变光程差，干涉色几乎没有显著的变化，这种情况下，云母试板的作用不大。,判断干涉色升降标准：当使用云母试板时，云母试板的光程差一般都是小于矿片的光程差，因此干涉色升高或降低是对矿片的干涉色而言的。,石英楔 R约为01680nm，在正交镜间45位置，由薄到厚推入石英楔时，能依次产生一至三级的干涉色。在矿片上推入石英楔时，若同名半径平行，使矿片干涉色逐渐升高；异名半径平行时，使矿片的干涉色逐渐降低；当推到总R为0时，矿片消色而出现黑暗，
18、由此可测出矿片的干涉色级序。,六、正交镜间主要光学性质的观察测定,1、非均质体矿片上光率体椭圆半径方向及名称的测定,将待测矿片置于视域中心，旋转载物台至消光位，此时矿片上光率体椭圆半径方向必定与AA、PP平行。旋转载物台45，矿片干涉色最亮。,测出的光率体椭圆切面的半径名称，决定于它们的切面方向。若切面为主轴面，则其半径名称为光学主轴；否则，半径名称为：一轴晶是Ne和No，二轴晶是Ng和Np。,从试板孔插入合适试板，观察干涉色级序的升降变化。由于试板上光率体椭圆半径的名称及方向是已知的，因此可根据补色法则确定矿片上光率体椭圆半径名称及方向。,2、矿片干涉色级序的观察与测定,必须选择干涉色最高的
19、切面通常采用统计方法，多测定几个颗粒，取其中的最高干涉色。精确测定时，必须选择平行光轴或光轴面的切面。,目估法 各级干涉色都具有一定的特点，熟悉各级干涉色的特点后，凭经验就可以认识干涉色级序。这种方法最快而又简单。,楔形边法 薄片中许多碎屑矿物的边缘成楔形，边缘薄，向中部逐渐加厚，因而边缘的干涉色级序较低，向中部逐渐升高而形成细小干涉色圈。若色圈中出现n个红色圈，则矿片干涉色为（n1）级。,利用石英楔测定将选定的矿片置于视域中心，转动载物台至消光位。再转载物台45，矿片干涉色最亮。从试板孔缓慢推入石英楔，观察矿片干涉色的变化，可能出现下列两种情况：,A、随着石英楔的推入，矿片干涉色级序逐渐升高
20、，表明石英楔与矿片上光率体椭圆切面的同名半径平行，不可能出现消色位，必须转动载物台90，使二者异名半径平行，再进行测定。,B、随着石英楔的推入，矿片的干涉色级序逐渐降低，说明石英楔与矿片上光率体椭圆切面异名半径平行。当石英楔推入到与矿片光程差相等时，矿片消色而黑暗。再慢慢抽出石英楔，矿片干涉色又逐渐升高，在抽出石英楔的过程中，注意观察矿片干涉色的变化，如果其间经过n次红色，则矿片的干涉色为（n1）级。,高级白干涉色的鉴别方法 将矿片置于视域中心，转动载物台使矿片至45位置，加入石膏试板或云母试板后，矿片干涉色不变。,3、双折率的测定（最大双折率）,根据光程差公式R=dN，测出R及d后，即能确定
21、双折率值。R的测定方法：测定最高干涉色级序后，在色谱表上求出相应的光程差。由于色谱表上每一种干涉色都占有一定的宽度，所以求出的R误差在2040nm。,矿片厚度d的测定方法 一般为0.03mm。如果要求精度较高，d可利用已知双折率的矿物测定，如石英和长石。石英的最大双折率为0.009，在薄片中选一个平行光轴切面（一级灰白至浅黄），根据干涉色级序在色谱表上求出R，从而求出d。,求出双折率 根据所测定的R和d，在干涉色色谱表上查双折率；或根据公式R=dN计算。,4、消光类型及消光角的测定,消光类型：是指矿片在消光位时，矿片的解理缝、双晶缝、晶面迹线等与目镜十字丝（AA、PP方向）的相互关系。,A、平
22、行消光：是指矿片处于消光位时，其解理缝、双晶缝或晶棱等和目镜十字丝之一平行，也即矿片上的光率体椭圆半径之一与解理缝、晶棱或双晶缝等平行。,B、对称消光：矿片在消光位时，目镜十字丝是两组解理缝或两个晶面迹线夹角的平分线，即矿片上光率体椭圆半径是两组解理缝或两个晶面迹线夹角的平分线。,C、斜消光：矿片在消光位时，矿片上的解理缝、双晶缝或晶面迹线等与目镜十字丝斜交。此时，光率体椭圆半径与解理缝、双晶缝或晶面迹线之间的夹角称消光角，也就是目镜十字丝与解理缝、双晶缝或晶面迹线之间的夹角。,各晶系矿物的消光类型,矿片的消光类型取决于矿物的光性方位及切面方向。中级晶族：以平行和对称消光为主，斜消光切面少见。
23、,斜方晶系：大多为平行或对称消光，也可能为斜消光。单斜晶系：不同切面消光类型不同，大多斜消光，在特殊方位的切面中也有对称和平行消光。（P61，图66）三斜晶系：此晶系晶体的绝大多数切面是斜消光。,消光角的测定,中级晶族和斜方晶系矿物的斜消光切面不多见，无鉴定意义，一般不测。消光角随着切片方位不同而变化，所以要取得有鉴定意义的消光角，必须在定向切片中进行。,单斜晶系：最大消光角常在光轴面上，往往与（010）面平行，所以测定消光角时，一般选择具有最高干涉色，且具有一组解理的切面。三斜晶系：一般选择某些特殊方向切面来测定消光角。如斜长石选择垂直（010）的切面或选择同时垂直（010）和（001）的切
24、面来测定消光角。,测定的方法和步骤：根据上述原则，选择符合要求的定向切面。将选定的晶体颗粒置于视域中心，并使其解理缝、双晶缝或晶面迹线与目镜十字丝的纵丝平行。记录载物台上的刻度数。,顺时针旋转载物台使晶体处于消光位，此时矿片上的光率体椭圆半径与目镜十字丝一致。再记下载物台上读数，两次读数之差为该晶体切面的消光角。它只代表矿片上光率体椭圆半径之一与解理缝或双晶缝等之间的夹角，还需要进一步确定该半径的名称。,再顺时针旋转载物台45，此时，待测的光率体半径已转到一、三象限的45位置。插入合适的试板，观察干涉色的升降，根据补色法则定出此轴的名称。,如果所测切面是平行光轴的主切面，则长短半径分别为Ng和
25、Np；如果所测半径不是主轴面，则分别为Ng和Np。,110,根据解理缝、双晶缝的性质，确定它们所代表的结晶方向。例如单斜辉石或单斜角闪石具110解理，平行Z晶轴切面上的解理缝方向就代表Z晶轴方向。如果在普通角闪石平行（010）切面（平行光轴面）上，测定的解理缝与光率体椭圆长半径的夹角为30，则记录方式为：NgZ30。,斜长石（三斜晶系）垂直（010）切面上，平行（010）的解理缝、双晶缝不代表结晶轴的方向，只能代表（010）晶面，因此在垂直（010）切面上，测定的短半径与双晶缝之间的夹角为25时，记录方式为：Np（010）25。,消光角一般是以结晶轴或晶面符号与光率体椭圆半径之间的夹角表示。,
26、5、晶体延性符号的测定,延性：晶体在形态上具有沿某一方向延长的特性。通常此方向与晶体的某一结晶轴平行或近于平行。晶体的延性符号有两种：当晶体延长方向与光率体椭圆长半径Ng（Ng）平行或与其夹角小于45时，称为正延性；当晶体的延长方向与光率体椭圆短半径Np（Np）平行或与其夹角小于45时，称为负延性。,矿片的延性符号与光性方位有密切联系：,例如：如果柱状矿物的光性方位是NgZ，则平行Z轴的切面均具正延性。,如果NpZ，则平行Z轴的切面均为负延性。,若NmZ，则平行Z轴的切面中延性可正可负。,对于斜消光的矿片，只要测定了消光角就能判断延性符号。因此，一般只测定平行消光矿片的延性符号。,平行消光矿片
27、的延性符号的测定方法如下：,将欲测晶体置于视域中心，使其延长方向平行十字丝的纵丝，此时晶体消光。逆时针转动载物台45。加入合适的试板，观察干涉色的变化。若干涉色级序降低，为正延性；干涉色升高，则为负延性。,如果长条状晶体的消光角为45时，则延性正负不分，测定无意义。,6、双晶的观察,现象：双晶在正交镜间，表现为相邻两个双晶单体不同时消光，呈现一明一暗。原因：相邻两个单体上光率体椭圆切面在双晶接合面两侧是对称的，所以两个单体的光率体椭圆半径方位不同。,双晶接合面与矿片平面的交线称双晶缝，较平直。当接合面垂直矿片平面时，双晶缝最细最清楚。当接合面逐渐倾斜时，双晶缝逐渐变宽而模糊，倾斜到一定程度时，
28、看不见双晶缝。,当接合面与矿片平面垂直，且双晶缝与目镜十字丝平行或成45夹角时，双晶缝两侧单体明亮程度一致，此时看不见双晶。,根据双晶单体的数目，可划分为以下类型：,简单双晶：仅有两个单体组成。在正交镜镜间，表现为一个单体消光而黑暗，另一个单体不消光而明亮。转动载物台时，两个单体明暗相互更换。,正长石,复式双晶：由两个以上的单体组成。,A、聚片双晶：接合面互相平行，镜下呈聚片状。旋转载物台时，奇数与偶数两组单体轮换消光，呈明暗相间的细条带。如钠长石的聚片双晶。,据接合面的相互关系又可划分为：聚片双晶和联合双晶。,条纹长石,斜长石,B、联合双晶 接合面不平行。按单体的数目，可分为三连晶、四连晶和六连晶等。此外，还有特殊的双晶类型，如钾微斜长石的格子双晶，两组聚片双晶近90相交成格子状。,三连晶,四连晶,六连晶,格子双晶,
