qd第2章光率體和光性方位

1、晶體光學與造巖礦物晶體光學與造巖礦物汪汪 洋洋 一、光率體定義一、光率體定義 光率體是表示光波在晶體中傳播時，光率體是表示光波在晶體中傳播時，光波振動方向與相應折射率值之間關(guān)光波振動方向與相應折射率值之間關(guān)系的一種光性指示體。系的一種光性指示體。 光率體是表示光波在晶體中各振動光率體是表示光波在晶體中各振動方向上折射率和雙折率變化規(guī)律的一方向上折射率和雙折率變化規(guī)律的一個立體幾何圖形。個立體幾何圖形。 光率體的制作光率體的制作 設(shè)想自晶體的中心設(shè)想自晶體的中心起，沿光波各個振起，沿光波各個振動方向，以線段的動方向，以線段的方向表示光波的振方向表示光波的振動方向，以線段的動方向，以線段的長短按比

2、例表示折長短按比例表示折射率值的大小，然射率值的大小，然后將各線段的端點后將各線段的端點連接起來構(gòu)成一立連接起來構(gòu)成一立體形態(tài)，稱之為體形態(tài)，稱之為光光率體率體。 光率體反映了晶體光學性質(zhì)中最本質(zhì)的特點，其光率體反映了晶體光學性質(zhì)中最本質(zhì)的特點，其形狀簡單、應用方便，研究光率體的意義在于光形狀簡單、應用方便，研究光率體的意義在于光率體在每一種透明礦物中的位置率體在每一種透明礦物中的位置( (即光性方位即光性方位) )是是鑒定透明礦物主要依據(jù)之一，由光率體導出的一鑒定透明礦物主要依據(jù)之一，由光率體導出的一系列光學常數(shù)和一些光學現(xiàn)象系列光學常數(shù)和一些光學現(xiàn)象( (如折射率、雙折率、如折射率、雙折率

3、、多色性、吸收性、干涉色級序、光性符號、光軸多色性、吸收性、干涉色級序、光性符號、光軸角、光性方位等角、光性方位等) )，不同礦物有不同光學性質(zhì)和光，不同礦物有不同光學性質(zhì)和光學常數(shù)。學常數(shù)。 總之用偏光顯微鏡鑒定造巖礦物時，是以總之用偏光顯微鏡鑒定造巖礦物時，是以光率體光率體在每種礦物中的方位為依據(jù)的，掌握了光率體的在每種礦物中的方位為依據(jù)的，掌握了光率體的特征，才能真正學會利用偏光顯微鏡鑒定透明礦特征，才能真正學會利用偏光顯微鏡鑒定透明礦物的方法。物的方法。1. 均質(zhì)體包括高級晶族的等軸晶系礦物均質(zhì)體包括高級晶族的等軸晶系礦物(a=b=c, =90)及非晶質(zhì)物質(zhì)。及非晶質(zhì)物質(zhì)。2. 光率體

4、特征光率體特征: 形狀形狀圓球體圓球體各個方向折射率值唯一各個方向折射率值唯一 n任何方向切面任何方向切面都是圓切面，其半徑為都是圓切面，其半徑為折射率值折射率值n需要強調(diào)：切面均指過光率體中心的切面需要強調(diào)：切面均指過光率體中心的切面 1. 1.一軸晶定義一軸晶定義：光波在非均質(zhì)體中傳播時，只有沿某：光波在非均質(zhì)體中傳播時，只有沿某一個特殊的方向才不會發(fā)生雙折射，這個方向稱為一個特殊的方向才不會發(fā)生雙折射，這個方向稱為光軸，這樣的晶體稱為一軸晶。光軸，這樣的晶體稱為一軸晶。 三方晶系白云石三方晶系白云石, 方解石方解石, 石英石英一軸晶礦物一軸晶礦物(中級晶族中級晶族) 四方晶系金紅石四方晶

5、系金紅石(tio2), 鋯石鋯石(zrsio4) 六方晶系綠柱石，磷灰石六方晶系綠柱石，磷灰石, 石英石英晶胞參數(shù)晶胞參數(shù)a=bca=bc， =90=90有一個光軸有一個光軸, , 光軸光軸=c=c軸軸 三、一軸晶光率體三、一軸晶光率體(1)(1)形狀形狀旋轉(zhuǎn)橢球體旋轉(zhuǎn)橢球體，以以nene軸為旋轉(zhuǎn)軸軸為旋轉(zhuǎn)軸( (平行平行c c軸軸) )no(no(垂直垂直c c軸軸) )為半徑為半徑組成的旋轉(zhuǎn)橢球體。組成的旋轉(zhuǎn)橢球體。a.a. 2 2個主軸個主軸nene和和nono，nenenono，代表一軸晶兩個主要光學方向，又稱光學主，代表一軸晶兩個主要光學方向，又稱光學主軸，軸，即即nene軸和軸和n

6、ono軸；軸的長短就是軸；軸的長短就是nn的大小的大小 b. b. 2 2個主折射率個主折射率 常光的為常光的為nono，no no c c非常光的為非常光的為nene，nene c cnene與與nono在不同的一軸晶中，其大小是不一樣的。在不同的一軸晶中，其大小是不一樣的。兩種情況：兩種情況： neneno (no (一軸正晶一軸正晶) ) ne neno (no (一軸負晶一軸負晶) )3 3、光性符號、光性符號一軸正晶，標記為：一（）一軸正晶，標記為：一（）nenenono， 如如 石英石英定義：旋轉(zhuǎn)軸為長軸定義：旋轉(zhuǎn)軸為長軸nene，呈沿，呈沿c c軸軸拉長的光率體。光波平行于拉長的

7、光率體。光波平行于c c軸軸振動時的折射率總是大于垂直振動時的折射率總是大于垂直于于c c軸振動的折射率，即軸振動的折射率，即nenenono，這種光率體稱為這種光率體稱為一軸晶正光性一軸晶正光性光率體光率體，相應的礦物稱為，相應的礦物稱為一軸一軸晶正光性礦物晶正光性礦物，或一軸正晶或一軸正晶。一軸負晶，標記為：一（）一軸負晶，標記為：一（）nenenono， 如如 方解石方解石定義：旋轉(zhuǎn)軸為短軸定義：旋轉(zhuǎn)軸為短軸nene，呈沿，呈沿c c軸軸壓扁的光率體。光波平行于壓扁的光率體。光波平行于c c軸軸振動時的折射率總是小于垂直振動時的折射率總是小于垂直于于c c軸振動的折射率，即軸振動的折射率

8、，即nenenono，這種光率體稱為這種光率體稱為一軸晶負光性一軸晶負光性光率體光率體，相應的礦物稱為，相應的礦物稱為一軸一軸晶負光性礦物晶負光性礦物，或一軸負晶或一軸負晶。 一軸晶三種一軸晶三種切面全圖切面全圖(1) 光軸的切面光軸的切面 光波垂直這種切面入光波垂直這種切面入射射(平行光軸入射平行光軸入射)時，時，不發(fā)生雙折射，其折不發(fā)生雙折射，其折射率等于射率等于no，光率體切面為圓，其半光率體切面為圓，其半徑等于徑等于no，雙折率雙折率 n= 0一軸晶只有一個這樣的一軸晶只有一個這樣的圓切面。圓切面。(2)(2)平行光軸的切面平行光軸的切面 a. 切面形狀切面形狀橢圓橢圓b. 光波垂直此

9、切面入射光波垂直此切面入射，發(fā)生雙折射發(fā)生雙折射,分解成兩種偏光，分解成兩種偏光，其振動方向必然平行橢圓切其振動方向必然平行橢圓切面的長短半徑，相應地折射面的長短半徑，相應地折射率為兩個主折射率率為兩個主折射率ne和和no，c. 雙折率雙折率 n=|ne-no|，是，是一軸晶礦物的最大雙折率一軸晶礦物的最大雙折率d. 舉例舉例石英石英ne=1.553, no=1.544, 最大雙折率最大雙折率n= 1.553-1.544=0.009(3)(3)斜交光軸的切面斜交光軸的切面 a. 切面形狀切面形狀橢圓形橢圓形b. 波垂直于此切面入射波垂直于此切面入射, 即即斜交光軸入射，會發(fā)生雙折斜交光軸入射，

10、會發(fā)生雙折射分解成兩種偏光，其振動射分解成兩種偏光，其振動方向分別平行橢圓切面的長方向分別平行橢圓切面的長短半徑，相應的折射率分別短半徑，相應的折射率分別為為no和和ne，且總有一個為，且總有一個為noc. 雙折率雙折率 n=|ne-no| |ne-no|d. 正晶時，短半徑為正晶時，短半徑為no； 負晶時，長半徑為負晶時，長半徑為no一軸晶三種一軸晶三種切面全圖切面全圖無論何種切面無論何種切面, 總總有一個是有一個是no, 原因原因是切面均過中心是切面均過中心. 因此一軸晶因此一軸晶no非非常重要常重要.四、二軸晶光率體四、二軸晶光率體 二軸晶礦物二軸晶礦物: :a. a. 包括低級晶族包括

11、低級晶族(斜斜方、單斜、三斜晶系方、單斜、三斜晶系)的的礦物。礦物。b.b.均具有兩個光軸，均具有兩個光軸，故稱二軸晶。故稱二軸晶。c.c.晶胞參數(shù)晶胞參數(shù) 三個結(jié)晶軸各不相三個結(jié)晶軸各不相等等(abc， ac)，表示它們?nèi)瓤臻g方表示它們?nèi)瓤臻g方向的不均一性。向的不均一性。 為三軸不等橢球體為三軸不等橢球體類似橄欖球類似橄欖球 (1) (1) 三個主軸三個主軸三個相互三個相互的光率體軸的光率體軸, ,代表代表3 3個主要光學方向，稱個主要光學方向，稱為為光學主軸光學主軸，簡稱主軸，簡稱主軸，即即ngng軸、軸、nmnm軸、軸、npnp軸軸，3 3個主軸個主軸3 3個主折射率關(guān)系個主折射率關(guān)

12、系：ngngnmnmnpnp。 (2)(2)三個主軸面三個主軸面( (主切面主切面) )包含任意包含任意2 2個主軸的切個主軸的切面稱面稱主軸面主軸面或或主切面主切面二軸晶光率體有二軸晶光率體有3 3個互相垂直的個互相垂直的主軸面，主軸面， ngngnpnp主軸面（主軸面（藍色藍色），），它是包含兩個光軸的切面，它是包含兩個光軸的切面，又稱光軸面，以又稱光軸面，以apap表示；表示； nmnmnpnp主軸面（主軸面（黃色黃色）；）； ng ngnmnm主軸面（主軸面（綠色綠色） 。(3) (3) 二個光軸二個光軸(oa)(oa)及兩個圓切面及兩個圓切面通過通過nmnm軸在光率體的一側(cè)軸在光率體

13、的一側(cè)(ng(ng軸與軸與npnp軸之間軸之間) )可以連續(xù)作一系可以連續(xù)作一系列橢圓切面，這些切面半徑之一始終是列橢圓切面，這些切面半徑之一始終是nmnm軸，另一半徑則遞軸，另一半徑則遞變于變于ngng和和npnp之間，在它們中間總可以找到一個半徑之間，在它們中間總可以找到一個半徑nmnm的的圓切面，另一側(cè)還有一個圓切面，共計圓切面，另一側(cè)還有一個圓切面，共計2 2個圓切面。個圓切面。光波垂直這光波垂直這2 2個圓切面入射，無雙折射，這個圓切面入射，無雙折射，這2 2個方向就是光軸，個方向就是光軸，即即2 2個個oaoa圓切面圓切面(4)(4)光學法線：通光學法線：通過光率體中心而過光率體中

14、心而垂直光軸面的方垂直光軸面的方向稱光學法線，向稱光學法線，光學法線與主軸光學法線與主軸nmnm軸一致。軸一致。光學法線光學法線 nmnm光軸面光軸面=ngnp=ngnp面面(5)(5)光軸角：兩個光軸之間所光軸角：兩個光軸之間所夾的夾的銳角銳角稱光軸角，以符稱光軸角，以符號號“2v”2v”表示，表示，bxabxa2v2v的平分線稱的平分線稱銳角等分銳角等分線線，以，以bxabxa表示；表示；bxobxo兩個光軸之間的兩個光軸之間的鈍角平鈍角平分線分線稱鈍角等分線，以稱鈍角等分線，以bxobxo表表示。示。bxabxa與與bxobxo均包含在均包含在ngnpngnp主軸面主軸面中中。 (1)(

15、1)根據(jù)銳角等分線根據(jù)銳角等分線bxabxa是是ngng還是還是npnp決定二軸晶光性符號正負決定二軸晶光性符號正負：當當bxabxa=ng=ng時，為正光性時，為正光性(+) (+) ；當當bxa=npbxa=np時，為負光性時，為負光性(-) (-) 。(2)(2)根據(jù)根據(jù)ngng、nmnm、npnp的相對大小，判斷二軸晶光性符號正、負的相對大小，判斷二軸晶光性符號正、負當當ng-nmng-nmnm-npnm-np時，為正光性時，為正光性(+)(+)當當ng-nmng-nmnm-npnm-np時，為負光性時，為負光性(-)(-)(3)(3)根據(jù)光軸角的大小，可按下列簡化公式求得：根據(jù)光軸角

16、的大小，可按下列簡化公式求得：當當tgv=tgv=（nm-npnm-npng-nmng-nm）時，為正光性）時，為正光性(+)(+)當當tgv= tgv= （ ng-nmng-nmnm-npnm-np）時，為負光性）時，為負光性(-)(-)如果如果2v=902v=90 , , 則則bxa=bxobxa=bxo, , 沒有光性正負區(qū)別沒有光性正負區(qū)別意義意義: : 不同二軸晶礦物的不同二軸晶礦物的2v2v角是重要的鑒定參數(shù)角是重要的鑒定參數(shù), , 可以根據(jù)可以根據(jù)ng-nm-npng-nm-np計算計算2v2v3. 23. 43. 63.84.04.2ddn gn mn p2vng2vnpd13

17、0d1305060708090802v1. 641. 661. 681. 701. 721. 741. 761. 781. 801. 821. 841. 861. 88n2. 762. 782. 802. 82鎂橄欖石鐵橄欖石貴橄欖石鎂鐵橄欖石低鐵鎂鐵橄欖石透鐵橄欖石fo20406080favvngoaoa2vnpx1y1nmnm圓切面跡線vvngoaoa2vnpx1y1nmnm圓切面跡線3. 23. 43. 63. 84. 04. 2ddngnmnp2vng2vnpd130d1305060708090802v1. 641. 661. 681. 701. 721. 741. 761. 781.

18、 801. 821. 841. 861. 88n2. 762. 782. 802. 82鎂橄欖石鐵橄欖石貴橄欖石鎂鐵橄欖石低鐵鎂鐵橄欖石透鐵橄欖石fo20406080fa(5) b(5) a(4)(3)(2)(1)(3)a. oaa. oa為圓切面，只有一個半徑為圓切面，只有一個半徑nmnmb. b. 垂直此切面入射的光不發(fā)生雙折射垂直此切面入射的光不發(fā)生雙折射c. c. 圓切面內(nèi)任何振動方向上的折射率均等于圓切面內(nèi)任何振動方向上的折射率均等于nmnm，雙折率為零。，雙折率為零。 a. 垂直垂直nm主軸的切面：主軸的切面：為橢圓，即為橢圓，即ngnp主主軸面，軸面，b.其長半徑為其長半徑為ng

19、，短，短半徑為半徑為np，c.（光垂直此切面入（光垂直此切面入射）光沿主軸射）光沿主軸nm入入射，產(chǎn)生雙折射，射，產(chǎn)生雙折射，d.雙折率等于雙折率等于ng-np，為最大雙折率。為最大雙折率。橢圓切面橢圓切面二軸二軸(+)(+)nmnpnmnp主軸面主軸面, , 光波垂直此切面入光波垂直此切面入射時射時( (即沿即沿bxabxa方向入射方向入射) )，發(fā)生，發(fā)生雙折射，分解形成兩種偏光雙折射，分解形成兩種偏光必定分別平行橢圓切面長短半徑必定分別平行橢圓切面長短半徑nmnm和和npnp， n=nm-np二軸二軸(-)(-)ngnmngnm主軸面主軸面, , 光波垂直此切面入光波垂直此切面入射時射時

20、( (即沿即沿bxabxa方向入射方向入射) )，發(fā)生，發(fā)生雙折射，分解形成兩種偏光雙折射，分解形成兩種偏光必定分別平行橢圓切面長短半徑必定分別平行橢圓切面長短半徑ngng和和nmnm， n=ng-nmn=ng-nm n值介于值介于0最大之間最大之間橢圓切面橢圓切面二軸二軸(+)(+)ngnmngnm主軸面主軸面, , 光波垂直此切面入射時光波垂直此切面入射時( (即沿即沿bxobxo方方向入射向入射) )，發(fā)生雙折射，分解形，發(fā)生雙折射，分解形成成2 2種偏光種偏光必定分別平行橢必定分別平行橢圓切面長短半徑圓切面長短半徑ngng和和nmnm， n=ng-nm二軸二軸(-)(-)nmnpnmn

21、p主軸面主軸面, , 光波垂直此切面入射時光波垂直此切面入射時( (即沿即沿bxobxo方向入射方向入射) )，發(fā)，發(fā)生雙折射，分解形成生雙折射，分解形成2 2種偏光種偏光必定分別平行橢圓切面長短必定分別平行橢圓切面長短半徑半徑ngng和和nmnm， n=nm-np n值介于值介于0最大之間最大之間 (b)(b) 以上以上/ap/ap、 bxabxa、 bxobxo的的3 3種切面都是二種切面都是二軸晶光率體的主軸面，屬于垂直一個光率體主軸的軸晶光率體的主軸面，屬于垂直一個光率體主軸的切面。切面。垂直bxa垂直bxo(+)nm-npng-nm(-)ng-nmnm-np無論無論(+)(-)(+)

22、(-)， bxabxa切面的雙折率總是小于切面的雙折率總是小于 bxobxo切面的雙折率切面的雙折率(a)(a) 不垂直光軸，也不垂直不垂直光軸，也不垂直主軸的切面屬于斜交切主軸的切面屬于斜交切面，這種切面有無數(shù)個，面，這種切面有無數(shù)個，它們都是橢圓切面，但它們都是橢圓切面，但非主軸面。非主軸面。 即垂直即垂直ngnpngnp面、面、ngnmngnm面及面及nmnpnmnp面的斜交切面，稱面的斜交切面，稱半任意半任意切面切面。這類切面的橢圓長短半徑。這類切面的橢圓長短半徑中，總有一個半徑是主軸中，總有一個半徑是主軸(ng(ng軸軸或或nmnm軸或軸或npnp軸軸) )，另一個半徑，另一個半徑是

23、是ngng或或npnp，在半任意切面中，比較重要的是在半任意切面中，比較重要的是垂直垂直ngnpngnp面面( (光軸面光軸面) )的斜交切的斜交切面。這種切面的橢圓長短徑半中，面。這種切面的橢圓長短徑半中，必有一個半徑是必有一個半徑是nmnm軸，另一個軸，另一個半徑是半徑是ngng或或npnp。這種切面。這種切面在某些情況下，可以代替垂直光在某些情況下，可以代替垂直光軸的切面。垂直光軸的圓切面，軸的切面。垂直光軸的圓切面，實際上是這類切面的特殊類型。實際上是這類切面的特殊類型。橢圓切面的長短半徑分別為橢圓切面的長短半徑分別為ngng和和npnp 。光波垂直這類切面入射時光波垂直這類切面入射時

24、( (即即除光軸和主軸方向以外的除光軸和主軸方向以外的任意方向入射任意方向入射) )，發(fā)生雙折，發(fā)生雙折射，分解形成兩種偏光。射，分解形成兩種偏光。其振動方向平行橢圓長短其振動方向平行橢圓長短半徑方向，相應的折射率半徑方向，相應的折射率值，分別等于長短半徑值，分別等于長短半徑ngng和和npnp ，雙折率等于長短半徑之差雙折率等于長短半徑之差 n=|ng-npng-np|，其大小，其大小變化于零與最大雙折率之變化于零與最大雙折率之間。間。 (5) b(5) a(4)(3)(2)(1)(3) 一、概念一、概念光性方位光性方位：光率體主軸與：光率體主軸與晶體結(jié)晶軸之間的關(guān)系晶體結(jié)晶軸之間的關(guān)系就是光性方位，表示光就是光性方位，表示光率體的主軸率體的主軸nn；nene和和nono，或者或者ngng、nmnm、npnp與晶與晶體的結(jié)晶軸體的結(jié)晶軸a a、b b、c c之間之間的關(guān)系。的關(guān)系。不同晶族礦物的光性方位不同晶族礦物的光性方位不同不同。二、高級晶族晶體的光性方位二、高級晶族晶體的光性方位高級晶族高級晶族為等軸晶系，均質(zhì)體礦物，為等軸晶系，均質(zhì)體礦物，光率體為圓球體，各向同光率體為圓球體，各向同性