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1、第五章 晶体矿物的光学性质,第一节 单偏光镜下的晶体光学性质第二节 正交偏光镜下的晶体光学性质第三节 锥光镜下的晶体光学性质第四节 透明矿物薄片的系统鉴定,第一节 单偏光系统下晶体的光学性质,单偏光系统:在只使用下偏光镜(起偏镜)的情况下,观察和测定矿物的光学性质的系统.,单偏光镜下研究：就是在观察、测定矿片的光学性质时只使用下偏光镜，即称之为单偏光系统。由光源发出的自然光波，通过下偏光镜后，变成振动方向平行下偏光振动方向PP的偏光。,1)当载物台放置均质体矿片时，偏光射入该晶体后不改变振动方向2)当载物台放置非均质矿片时，若其光率体椭圆半径之一与PP方向平行时，由下偏光镜透出的振动方向平行P
2、P的偏光，进入矿片后沿该半径方向通过矿片不改变振动方向，此时，矿片的折射率等于光率体椭圆半径长短；3)当矿片的光率体椭圆半径与PP斜交时，光波进入晶体后则发生双折射，分解形成振动方向分别平行光率体椭圆长短半径的两束偏光，其折射率分别等于椭圆的长短半径。,原 理,单偏光系统光波通过晶体的光路图,主要研究内容,1.矿物的外表特征:形态,解理等.2.与矿物吸收性有关的光学性质:(颜色,多色性,吸收性等)3.与矿物折射率有关的光学性质:突起,闪突起,糙面,边缘,贝克线,色散线等,第一节 单偏光系统下晶体的光学性质,1.晶体形态的观察方法,综合不同切面特征,正确判断矿物的单体形态.,同一单体不同切面形态
3、示意图,2 薄片中矿物解理的研究,单偏光镜下观察解理内容,解理的发育程度(解理等级)解理方位(与结晶轴关系、单形)解理组数解理夹角,矿物晶体在外力作用下严格沿一定结晶方向破裂，并能裂成光滑平面的性质称为解理。薄片中解理缝被粘薄片的树胶充填其中，由于矿物折射率与树胶的差别，光透过时发生折射、反射作用使解理显示出来。,A 解理发育程度：(1).极完全解理：细、密、长（云母）(2).完全解理：解理清晰可见、偶尔不连贯（角闪石，辉石）(3).不完全解理：稀疏，连续性差，有时欠平直（橄榄石）,二.解理及解理夹角,5 解理夹角的测定,1）切片方向的选择,选择同时垂直两组解理面的切片.特征是两组解理缝最细最
4、清楚,当解理缝平行目镜十字丝时,微微升降镜筒,两组解理缝不左右移动.,=60,60,60,不同方向解理夹角变化示意图,2）.解理夹角的测定步骤,（1）选择颗粒,置于视域心.（2）转动物台使一组解理缝平行目镜十字丝纵丝(图A),读取此时载物台刻度盘上的度数a.（3）再转动物台，使另一组解理缝平行目镜十字 丝纵丝，读取此时载物台刻度盘上的度数b(图B),a与b之差即为所测解理夹角.,图A,图B,(一).颜色:指在单偏光镜下,白光透过晶体后所呈现出来的颜色.矿物的颜色是晶体矿物对不同色光选择性吸收的结果,是未被晶体吸收的部分色光的混合色（服从互补色原则）.,三.薄片中矿物的颜色,多色性和吸收性,注意
5、:薄片中的颜色与手标本颜色的区别,与矿物吸收性有关的光学性质,第一节 单偏光系统下晶体的光学性质,二 多色性和吸收性,多色性:在单偏光镜下,某些非均质体矿物的颜色随物台转动而发生变化,这种现象称为多色性.吸收性:颜色深浅的变化成为吸收性.多色性和吸收性同样是鉴定矿物的重要特征.成因:非均质体矿物非垂直光轴切片,各方向的光学性质不同,对光波的选择性吸收及吸收总强度也随方向而变化.大多数矿物不具多色性变化是由于这种变化不明显.表达方式:(多色性公式 A 和吸收性公式 B)A:Ne=浅紫色 No=深蓝色;Ng=深绿色 Nm=浅绿色 Np=黄绿色 B:Ne No 或 Ng Nm Np 等.若折射率大的
6、方向吸收性强,颜色深则为正吸收,反之,为反吸收,影响因素：矿物本身性质,切片方向,薄片厚度。,非均质性矿物的多色性与吸收性，一般都与光率体的主轴密切相关。一轴晶矿物有两个主要的颜色，分别平行光率体Ne与No两个主轴方向。,一轴晶的多色性与吸收性,多色性和吸收性,例：一轴晶负光性电气石 当下偏光振动方向PP与Ne振动方向平行时，呈现淡紫色；此时No 振幅为零。当PP与No振动方向平行时，呈现深蓝色。当PP与矿片的Ne与No两个主轴斜交时，偏光进入矿片后，发生双折射，被分解为振动方向分别平行于Ne和No的两列偏光，因此呈现的颜色是Ne颜色与No颜色的混合色。黑电气石多色性特征表示方式：Ne=淡紫色
7、，No=深蓝色。,一轴晶的多色性与吸收性,一轴晶矿物黑电气石的多色性记录方式：多色性公式：No=深蓝色，Ne=浅紫色 吸收性公式：NoNe思考:一轴晶垂直光轴的切面多色性如何？一轴晶有色矿物其多色性最明显的是哪个切面？,一轴晶的多色性与吸收性,普通角闪石平行光轴面（A，B）和垂直光轴面的（C）切面上多色性,例：普通角闪石多色性表述：Ng=暗绿色，Np=浅黄绿色，Nm=绿色Ng Nm Np 正吸收,四.与矿物折射率有关的光学性质,边缘,贝克线,糙面,突起,闪突起,表现形式:在薄片中观察矿物时,不同矿物的表面有高低不平 的感觉,这种现象称为突起.产生原因:不同矿物的折射率与树胶的折射率的差值不同,
8、像点的位置就会高低不一样.突起等级分类:矿物的折射率大于树胶的折射率时,称为正突起;矿物的折射率小于树胶的折射率时,称为正突起.六个等级：负高负低正低正中正高正极高,（一）突起,突起等级分类及简要特征,钙铝榴石的正高突起,铬尖晶石的正高突起,紫苏辉石正高突起,(二).闪突起,在单偏光镜下,旋转物台,双折射率很大的矿片,突起高低会发生明显的变化.这种现象称闪突起.例如:观察方解石时，转动物台，方解石颗粒的边缘时粗时细，矿物的突起时高时低，旋转物台一周变化四次，这种现象就是方解石的“闪突起”。原理:菱形的方解石颗粒，菱形长对角线方向平行下偏光振动方向时，方解石的折射率大于树胶；菱形短对角线方向平行
9、下偏光振动方向时，方解石的折射率小于树胶。非均质矿物都有些闪突起现象，双折射现象愈强的矿物，闪突起愈显著。白云石，方解石，白云母。,(三).贝克线和边缘,折射率不同的矿物接触时,由于光的折射和反射作用,使其接触处的光线聚散不一.光线集中的一侧产生一条亮线,称贝克线(光带);光线缺少的一侧产生一条黑暗的轮廓,称边缘.应用:判断相邻两个矿物的折射率大小(突起高低)(图示说明),贝克线的移动规律,贝克线移动的规律提升镜筒，贝克线向介质折射率大的一侧移动；下降镜筒，贝克线向介质折射率小的一侧移动。用途:据贝克线和移动方向可以判断相邻二介质折射率的相对大小.注意观察贝克线需要缩小光圈。,(四).糙面,糙
10、面:薄片中，某些矿物表面比较光滑，某些矿物表面比较粗糙，像皮革表面一般，称之为糙面。形成原因：矿物表面实际上一些显微状的凹凸不平，矿物与树胶的折射率不相同，当光线经过两者之间的界面将发生折射，形成光线的发散和聚敛，使矿物表面因亮度不同，呈明暗相间的斑点。糙面的明显程度取决于矿物折射率与树胶折射率相差值的大小及矿片表面的磨光程度。二者差值愈大，矿物的糙面愈明显。,薄片中矿物折射率、突起和糙面的关系,第二节.正交偏光系统下晶体的光学性质,1.正交偏光系统的构成及光学特点2.正交偏光镜间矿片的消光现象及消光位3.正交偏光镜间矿片的干涉现象及干涉色4.补色法则和补色器5.正交偏光间主要光学性质的观测和
11、测定,一.正交偏光系统的构成及光学特点,正交偏光系统光路图,构成：同时使用上、下两个偏光镜且其振动方向互相垂直。,系统的光学特点：不放任何矿片时，通过下偏光镜的光波其振动方向与上偏光镜的振动方向互相垂直，光波不能通过，视域黑暗。,二.正交偏光镜间矿片的消光现象及消光位,消光现象:矿片在正交偏光镜间呈现黑暗的现象.,(一).全消光:旋转物台一周,均质体或非均质体垂直光轴切片的消光现象不改变（永久消光).,A,A,上偏光镜,P,P,下偏光镜,晶体切片,(二).四次消光,二.正交偏光镜间矿片的消光现象及消光位,旋转物台一周,非均质体晶体非垂直光轴切片的光率体椭圆半径有四次与下偏光镜平行的机会,故出现
12、四次消光现象.消光位:非均质体非垂直光轴切片在正交偏光镜间处于消光现象时的位置.注意:矿片处于消光位时的意义,P,P,下偏光镜,晶体切片,A,A,上偏光镜,三.正交偏光镜间矿片的干涉现象,非均质体晶体非垂直光轴的矿片,其光率体椭圆半径与上下偏光镜振动方向斜交时(即矿片不在消光位时),透过晶体分解的两束光波将发生干涉作用.,(1)两束光波的频率相等.(2)两束光波具有固定的光程差.(3)两束光波在同一平面内振动.,1.光波发生干涉作用的条件,如果两束光波具备上述条件将发生干涉作用,光率体椭圆半径与PP/AA斜交时的光路图(A)和矢量分解图(B),A,B,正交偏光镜间偏光矢量分解平面示意图(入射光
13、波垂直屏幕),2.正交偏光镜间光波的干涉作用及控制因素,光源为单色光,2.正交偏光镜间光波的干涉作用及控制因素,如果光源为单色光，则当光程差等于单色光半波长的偶数倍时（R=2n/2）,干涉的结果是互相抵消而变黑暗;光程差等于单色光半波长的奇数倍（R=（2n+1）/2）时,干涉的结果是互相迭加，使亮度增强.如果光程差介于二者之间，干涉的结果介于黑暗与最亮之间.显然,光程差对干涉作用的结果起主导作用.,光程差R=d；其中,d为薄片的厚度，为矿物的双折射率,3.干涉色及干涉色色谱表,1）.干涉色及其成因,如果光源为单色光,随着光程差（R=d）的逐渐增大,将依次出现明亮相间的干涉条带.干涉条带的宽窄取
14、决于单色光的波长.,单色光光源改变光程差的方法是利用石英楔,蓝光 450nm,/2,3/2,/2,3/2,5/2,暗灰,灰白,浅黄,橙,紫红,蓝,蓝绿,绿,黄,橙,红,蓝绿,绿,黄,橙,红,粉红,浅绿,干涉色色谱表,2）.干涉色级序及各级序特征,(1).干涉色色序:影响因素光程差R=d若用白光做光源,在正交偏光镜间缓慢推入石英楔,随着石英楔的慢慢推入,光程差连续地增大,视域内出现的干涉色由低到高有规律的变化,干涉色这种有规律的变化叫做干涉色色序.,(2)干涉色级序(四-五个级序):要记住第一级序：暗灰-灰白-浅黄-亮黄-橙-紫红第二级序：蓝-蓝绿-绿-黄-橙-红第三级序：蓝绿-绿-黄-橙-红-
15、粉红第四级序：粉红-浅绿-浅橙,色浅且混杂.高级白干涉色：与珍珠表面类似的亮白色.,暗灰,灰白,浅黄,橙,紫红,蓝,蓝绿,绿,黄,橙,红,蓝绿,绿,黄,橙,红,粉红,浅绿,干涉色色谱表,第一级序，0560nm,暗灰及蓝灰色、灰白色、浅黄色、橙色、红色。有灰和灰白色,缺蓝色和绿色。第二级序，5601120nm，紫、蓝色、蓝绿色、绿色、黄色、紫红色。色泽纯且鲜艳第三级序，11201680nm,颜色特征与第二级序相似，但颜色的饱和度稍差，紫色和靛色欠明显，翠绿色尤为鲜亮明快。第四级序，16802240nm,干涉色更淡，各色序之间明显混杂，色序界线模糊不清。第五级,序及更高级序的干涉色，这种大的光程差
16、几乎接近于所有各色光半波长的偶数倍，同时又接近其半波长的奇数倍，产生高级白干涉色。,3）.干涉色色谱表,3）.干涉色色谱表,干涉色的序级，与经过矿物晶片到达上偏光的光程差、矿物的双折射率以及矿物薄片的厚度有关。干涉色色谱表表示的就是光程差R、薄片厚度d、双折射率之间的关系。例如，石英的最大双折射率为0.009，若在薄片中看到的最高干涉色为一级黄白，由干涉色色谱表可以查出薄片的厚度为0.045；若薄片中最高干涉色为一级灰白，查干涉色色谱表可知薄片厚度为0.03mm。,4.干涉色及干涉色色谱表,4）.异常干涉色一般说来,同一矿物对不同波长单色光的双折射率大小是不相等的,即矿物出现双折射率射散.因此
17、,不同波长单色光通过非均质体非垂直光轴切面后的光程差也不同,结果出现干涉色色谱表上没有的干涉色,称为异常干涉色.例如:绿泥石的普鲁士蓝异常干涉色.,四.补色法则和补色器,在正交偏光镜间的450位置,放置两个互相重迭的非均质体矿片(垂直光轴方向切片除外),光通过这两个矿片后,它们总的光程差增减的法则.,补色法则示意图,(1).同名半径平行,干涉色级序升高;R总=R1+R2，故 R总 R1,R总 R2.干涉色级序升高.(2).异名半径平行,干涉色级序降低.R总=R1-R2，R总有三种情况:1)R总 R1,R总 R2:干涉色级序介于原来两个矿片之间.R1=R2,R总=0,此时视域内变黑暗,这种现象称
18、消色.,补色法则,四.补色法则和补色器,补色器,在两个矿片中，如果一个矿片的光率体椭圆半径名称及光程差为已知，则可根据补色法则测出另一矿片的光率体椭圆半径名称及光程差.补色器就是已知光率体椭圆半径名称及光程差的矿片.,几种常见的补色器：,1 石膏试板:光程差约 550(nm)，正交偏光镜间呈一级紫红的干涉色.它可使正交偏光镜间矿片的干涉色级序升降一个级序.,四.补色法则和补色器,几种常见的补色器：,2 云母试板:光程差约147nm，相当于黄光的四分之一波长,正交偏光镜间呈一级灰白的干涉色.它可使正交偏光镜间矿片的干涉色级序升降一个色序.,3 石英楔:光程差一般为 0-1680(nm),在正交偏
19、光镜间由薄至厚可以依次产生 1-3 级干涉色.若在矿片上由薄至厚缓慢地推入石英楔，同名半径平行时,矿片干涉色升高；异名半径平行时，矿片干涉色逐渐降低,当推至石英楔与矿片的光程差相等处，矿片消色而使视域变黑暗,由此可测出矿片的干涉色级序.,四.补色法则和补色器,将欲测矿物切片置于视域中心，转动物台使其消光，此时矿片的光率体椭圆切面的长、短半径方向和上、下偏光镜的振动方向一致。转物台450，此时矿片的光率体椭圆切面的长、短半径方向和目镜十字丝（代表上、下偏光的振动方向）成450角,此时矿片的干涉色最亮。从试板孔插入试板，观察矿片的干涉色变化，如果干涉色降低，异名半径平行；如果干涉色升高，则为同名半
20、径平行。试板上的光率体椭圆半径名称和方向是已知的，根据补色法则可确定出矿片上光率体椭圆半径的名称和方向。注意：根据矿片干涉色的高低选择适当的试板.,矿片光率体椭圆半径方向和名称的测定,应用1：,消光位,加入试板干涉色升高 同名平行,P,转物台45,加入试板干涉色降低 异名平行,P,P,P,P,P,A,光率体椭圆半径名称测定,1.楔形边目估法颗粒必须具有楔形边，且最外边为一级灰白干涉色，向里逐渐升高，且该颗粒具有最高干涉色。楔形边红边数量n1为最高干涉色级序。2.石英楔测定法（1）选择干涉色级序最高的切片，置于视域中心，旋转物台使其消光。（2）旋转物台450,使其光率体椭圆切面长、短半径（Ne和
21、No或Ng和Np）和目镜十字丝（上、下偏光振动方向）成45角，此位置干涉色最亮。（3）从试板孔缓慢推入石英楔，观察矿片干涉色变化，若干涉色级序逐渐升高，说明同名半径平行，不能测，只有转物台90，使它们异名半径平行。才能测。,最高干涉色级序的测定,应用2：,（4）缓慢推入石英楔,矿片干涉色级序逐渐降低,直到矿片消色为止.然后缓慢拉出石英楔,直到全部拉出为止,注意观察矿片干涉色的变化,如果期间出现一次红带，则矿片的干涉色为二级,出现n次红带则其干涉色为n+1级.另一种观测方法:当矿片消色时,可以移开矿片(此时视域内呈现原来矿片的干涉色)，然后再缓慢地拉出石英楔,直到全部拉出为止,注意观察出现的红带
22、数目，如出现n次红带，则其干涉色为n+1级。,最高干涉色级序的测定,2.石英楔测定法,用石英楔测定干涉色级序示意图,最大双折射率值测定,根据 R=d,双折射率=R/d，因此，只要测定出矿物的最高干涉色级序和矿片厚度，即可以求出双折射率值的大小。1.光程差R的测定（就是干涉色级序的测定）2.薄片厚度的测定（一般为0.03mm）3.代入公式进行计算或查干涉色色谱表即可.,应用3：,消光类型及消光角的测定,1.消光类型的含义:指矿片处于消光位时,矿片的解理缝,双晶缝,或晶体的轮廓(它们与结晶轴有一定的关系)等与目镜十字丝(代表上/下偏光的振动方向)的相互关系.2.消光类型的划分:(1).平行消光:矿
23、片处于消光位时,其解理缝,双晶缝或晶棱等与目镜十字丝之一平行.(2).对称消光:矿片处于消光位时,它的两组解理缝,两个晶面迹线或两组双晶缝夹角的角平分线与目镜十字丝平行.(3).斜消光:矿片处于消光位时,其解理缝,双晶缝或晶棱等与目镜十字丝斜交.,应用4：,平行消光,对称消光,斜消光,消光类型,各种消光类型示意图,消光角及其测定方法,1.消光角的表示方法,消光角:一般以结晶轴与光率体椭圆半径之间的夹角表示.对单斜晶系而言,包含Ng,Np轴和a,c结晶轴的光轴面大多与(010)面平行,因此通常可以在(010)面上测定光率体主轴与结晶轴之间的夹角.例如,单斜辉石或普通角闪石即在(010)上测定其消
24、光角(cNg).该切面特点是干涉色最高,2.角闪石消光角的测定方法,1 选择合适的定向切面 与光轴面平行的(010)面的特征:有一组解理(代表c轴方向);多色性最明显;干涉色最高;锥光下具闪图.2.将矿片置于视域中心,旋转载物台至消光位.3.测定光率体椭圆半径名称,即确定Ng的方向.4.测定解理缝和Ng的夹角,即cNg.(见下图示).,Ng纵丝（1）,解理缝纵丝（2）,消光位,a,45,b1,c1,d,c2,定轴名,45,b2,单斜辉石或角闪石消光角的测定步骤示意图,延性符号及其测定,延性符号含义:指一向延长的针柱状矿物的延长方向与其光率体椭圆长短半径的关系.延性符号描述:如果矿物的延长方向和
25、长半径平行或两者交角小于450,则称正延性;如果矿物的延长方向和短半径平行或两者交角小于450,则称负延性.延性符号测定:对于斜消光的矿物,只要测出消光角的大小,即知其延性符号.对于平行消光的矿物,延性符号的测定方法见下图.,注意:有时延性正负不分.例如矿物的延长方向平行Nm轴;矿物的延长方向与长短半径的交角为450.,应用5：,晶体延性符号测定步骤示意图,双晶的观察,双晶:指同一晶体是由两个或多个单体连生在一起,由于单体之间光性方位不同,在正交偏光镜间呈现单体消光位不同的现象.,(一).双晶的表现形式,不同单体的光性方位不同,因此在正交偏光镜间表现为相邻两单体不同时消光,呈现一明一暗的现象.
26、双晶面:双晶两单体的结合面称为双晶面;双晶缝:双晶结合面与薄片平面的交线称双晶缝,当双晶结合面与薄片平面法线一致时,双晶逢最细最清楚;在00或450位置:当双晶结合面与薄片平面法线一致时,不显双晶.,应用6：,(二).双晶的种类1.简单双晶:仅由两个双晶单体组成.如正长石的卡式双晶,黑云母、辉石的简单双晶等。2.复式双晶:由两个以上的双晶单体组成.(1)聚片双晶:双晶结合面彼此平行,在正交偏光镜间呈聚片状.奇数与偶数两组双晶单体轮换消光.例如,斜长石的钠长石双晶.(2)联合双晶:双晶结合面彼此不平行,按双晶单体的数目不同,可分为三连晶/四连晶/六连晶.(3)复合双晶:两种以上不同双晶律的双晶类型同时存在时称复合双晶，斜长石中卡钠复合双晶，微斜长石的格子双晶。(3)特殊双晶:微斜长石的格子双晶.,钾长石的巴温诺双晶（）,黑云母的简单双晶（）,微斜长石的格子状双晶的,具格子状双晶的微斜长石，双晶面上有一组解理,特殊双晶:微斜长石格子状双晶,4(+),微斜条纹长石4（）,拉长石卡钠联合双晶（4）,斜长石聚片双晶（）,联合双晶:堇青石(六连晶),4(+),
