第二章礦物的反射率及反射色-副本

1、第二章 礦物的反射率及反射色 一、礦物的反射率一、礦物的反射率 二、礦物的反射色二、礦物的反射色一、礦物的反射率一、礦物的反射率（Reflectance) 1.1.反射率的概念反射率的概念 反射率是鑒定金屬礦物的一個重要性質(zhì)反射率是鑒定金屬礦物的一個重要性質(zhì). .系系指在反光顯微鏡下垂直入射光經(jīng)過礦物光面反指在反光顯微鏡下垂直入射光經(jīng)過礦物光面反射后的射后的反射光強(qiáng)反射光強(qiáng)( (I Ir r) )與入射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)( (I Ii i) )之比之比. . R R= =I Ir r/ /I Ii i100100 由此可見，礦物反射率的大小與反射光的由此可見，礦物反射率的大小與反射光的強(qiáng)度成正比。

2、反射率的大小，在鏡下表現(xiàn)為不強(qiáng)度成正比。反射率的大小，在鏡下表現(xiàn)為不同程度的亮度。同程度的亮度。 反射光強(qiáng)度大，反射率大，鏡下視域明亮；反射光強(qiáng)度大，反射率大，鏡下視域明亮；反射光強(qiáng)度小，反射率小，鏡下視域亦暗。天反射光強(qiáng)度小，反射率小，鏡下視域亦暗。天然礦物中以自然銀的反射率為最高（然礦物中以自然銀的反射率為最高（95%95%），），以螢石的反射率為最低（以螢石的反射率為最低（3%3%）。2.2.影響反射率的因素影響反射率的因素 根據(jù)根據(jù)FresnelFresnel公式可以推導(dǎo)出透明礦物的反射率公式可以推導(dǎo)出透明礦物的反射率公式：公式： R=(N-n1)2/(N+n1)2 （1）NN為礦物的

3、折射率，為礦物的折射率，n n1 1為傳播介質(zhì)（如油，空氣）為傳播介質(zhì)（如油，空氣）的折射率。當(dāng)介質(zhì)為空氣時，則的折射率。當(dāng)介質(zhì)為空氣時，則 R=(R=(NN-1)-1)2 2/( /(NN+1)+1)2 2 不透明的金屬礦物，其折射率為復(fù)數(shù)折射率不透明的金屬礦物，其折射率為復(fù)數(shù)折射率NN=NN- -i iK,K,KK為吸收系數(shù)，為吸收系數(shù)，i=-1,i=-1,代入（代入（1 1）式得）式得R R=(=(NN- -n n1 1) )2 2KK2 2 / (/ (NN+ +n n1 1) )2 2 KK2 2 (2)(2)空氣中（空氣中（n n1 11 1）則為）則為 R R=(=(NN- -1

4、 1) )2 2KK2 2/(/(NN+ +1 1) )2 2 KK2 2 (3)1）R與K，N的關(guān)系 根據(jù)式（根據(jù)式（3 3）可以得出三者的關(guān)系曲線）可以得出三者的關(guān)系曲線NR38%K1,R16%K1.5,R30%K2.5,R46%KR/% 礦物的吸收系數(shù)很小時（礦物的吸收系數(shù)很小時（KK0.5)0.5)時，時，R R取決取決于于NN，R R曲線近乎直立，與吸收系數(shù)無關(guān)。如曲線近乎直立，與吸收系數(shù)無關(guān)。如 礦物KNR鐵閃鋅礦0.42092.3717.80富鎂鉻鐵礦 0.24192.1614.00方解石0.0251.486-1.6584-6.0石英0.0251.544-1.5534.5螢石0.

5、0251.4343.0 當(dāng)?shù)V物的吸收系數(shù)很大時（當(dāng)?shù)V物的吸收系數(shù)很大時（KK2.02.0），礦物），礦物的反射率主要取決于吸收系數(shù)，的反射率主要取決于吸收系數(shù)，R R曲線近于水曲線近于水平，即與平，即與NN關(guān)系不大，且一律大于關(guān)系不大，且一律大于38%38%。當(dāng)。當(dāng)?shù)V物的吸收系數(shù)介于礦物的吸收系數(shù)介于0.50.52.02.0之間時，吸收之間時，吸收系數(shù)和折射率對反射率的影響同等重要。系數(shù)和折射率對反射率的影響同等重要。 單以吸收系數(shù)而言，單以吸收系數(shù)而言， KK1,1,R R16%16%； KK1.5,1.5,R R30%30%； KK2.5,2.5,R R46%46%。 單就折射率而言，當(dāng)單

6、就折射率而言，當(dāng)NN值大于值大于1.51.5時時, ,R R值必大值必大于于4 4；NN值大于值大于2 2時，時，R R值必大于值必大于1111；NN值值大于大于2.52.5時時, ,NN值必大于值必大于1818。 2 2）反射率與觀察介質(zhì)的關(guān)系）反射率與觀察介質(zhì)的關(guān)系 油浸鏡頭下礦物的反射率低于干鏡頭下的反射率，油浸鏡頭下礦物的反射率低于干鏡頭下的反射率，反射率大的降低少，反射率低的降低多反射率大的降低少，反射率低的降低多KN空氣中空氣中R(n11）/%浸油中浸油中R ( n11.515）/%富鎂鉻鐵富鎂鉻鐵礦礦0.24192.1613.983.5純閃鋅純閃鋅礦礦0.20382.3816.6

7、74.94鐵閃鋅鐵閃鋅礦礦0.42092.36917.805.94毒砂毒砂2.39991.507549.9538.67紅砷鎳紅砷鎳礦礦2.5751.677551.3839.573 3）礦物的反射率與入射光波長的關(guān)系）礦物的反射率與入射光波長的關(guān)系 以上的討論均對白光的反射率而言，事實上，以上的討論均對白光的反射率而言，事實上，礦物的反射率隨入射光的波長不同（不同的礦物的反射率隨入射光的波長不同（不同的單色光）而變化。其實這也是礦物反射色形單色光）而變化。其實這也是礦物反射色形成的原因。成的原因。 國際礦相學(xué)委員會把國際礦相學(xué)委員會把470(470(藍(lán)），藍(lán)），546546（綠），（綠），589

8、589（橙），（橙），650nm650nm（紅）單色光測定的（紅）單色光測定的反射率規(guī)定為鑒定礦物的特征反射率。反射率規(guī)定為鑒定礦物的特征反射率。表表1 1 礦物的反射率隨礦物的反射率隨波長的變化波長的變化 數(shù)據(jù)礦物在不同單色光（波長單位為nm）下的反射率（%）460（藍(lán)）540（綠）580（橙）660（紅）自然金37.073.782.689.4金銀礦71.980.683.386.7自然銀84.388.289.490.7總結(jié)影響礦物反射率的因素 礦物的吸收系數(shù)礦物的吸收系數(shù)KK與折射率與折射率NN（由礦物固（由礦物固有性質(zhì)決定的，如成分、結(jié)構(gòu)、鍵型有性質(zhì)決定的，如成分、結(jié)構(gòu)、鍵型) ) 觀測介

9、質(zhì)觀測介質(zhì) 入射光波長入射光波長3.3.反射率的形成機(jī)理反射率的形成機(jī)理 光線照射礦物的光面可以產(chǎn)生透過、吸收、光線照射礦物的光面可以產(chǎn)生透過、吸收、折射、反射等光學(xué)現(xiàn)象，但是不同礦物產(chǎn)折射、反射等光學(xué)現(xiàn)象，但是不同礦物產(chǎn)生這些光學(xué)現(xiàn)象的差異可以很大，這主要生這些光學(xué)現(xiàn)象的差異可以很大，這主要與礦物的化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵是礦與礦物的化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵是礦物的物的“化學(xué)鍵化學(xué)鍵” 特點。特點。 電子躍遷理論電子躍遷理論 能帶理論能帶理論電子躍遷理論 透明礦物透明礦物 多是離子鍵、共多是離子鍵、共價鍵和分子鍵礦物，其中的價鍵和分子鍵礦物，其中的電子一般固定在一定的位置電子一般固定在一定的

10、位置上，電子的基態(tài)能級與激發(fā)上，電子的基態(tài)能級與激發(fā)態(tài)能級之間的能量一般比可態(tài)能級之間的能量一般比可見光光子的能量（見光光子的能量（3.1eV)3.1eV)大大, ,因此，絕大部分可見光進(jìn)入因此，絕大部分可見光進(jìn)入礦物透射。礦物透射。透明礦物透明礦物E E3.1eV,3.1eV,可見光大部分透過，可見光大部分透過，反射率低反射率低. .如金剛石是典型的如金剛石是典型的共價鍵礦物，從共價鍵礦物，從C CC C鍵中移鍵中移出一個電子需要出一個電子需要5.5eV 5.5eV ，遠(yuǎn)，遠(yuǎn)大于可見光能量，所以鉆石大于可見光能量，所以鉆石的透明度高，反射率相對較的透明度高，反射率相對較低。低?；鶓B(tài)e激發(fā)態(tài)E

11、不透明礦物不透明礦物 自然金屬自然金屬 金屬鍵，金屬鍵，很多自由電子；不透明的自然金很多自由電子；不透明的自然金屬屬( (金屬鍵金屬鍵) )和金屬硫化物和金屬硫化物( (部分金部分金屬鍵屬鍵) )E E3.1eV3.1eV，吸收可見光，吸收可見光能量，從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。激能量，從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，電子又從激發(fā)態(tài)返發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，電子又從激發(fā)態(tài)返回到基態(tài)，釋放的能量一部分成回到基態(tài)，釋放的能量一部分成為熱能，大量的能量以反射光的為熱能，大量的能量以反射光的形式釋放，所以具有較高的反射形式釋放，所以具有較高的反射率率. .釋放能量ee激發(fā)態(tài)E釋放能量e能帶理論 透明礦物透明礦物 禁帶寬

12、度比可見光最大能量值大，可見光能量不足于激發(fā)價帶電子進(jìn)入導(dǎo)帶，所以，可見光不被吸收，透射作用強(qiáng)，反射率低。 不透明礦物不透明礦物 自然金屬導(dǎo)體礦物的能帶是重疊的，它可以吸收各種能量的可見光，并在返回時電子的能量大多仍以光的形勢釋放出來，所以反射率高（一般60）。半導(dǎo)體礦物禁帶寬度小于可見光能量,電子吸收可見光能量從價帶到導(dǎo)帶.同時 返回時釋放出反射光,具有高反射率（如黃鐵礦和方鉛礦4060);禁帶寬度中等時,則可吸收部分能量,釋放少量 的反射光,具有中等反射率(如雄黃、雌黃2030）.價帶禁帶導(dǎo)帶Eee能帶理論認(rèn)為，固體物質(zhì)中的電子不束縛于個別原子，而是在整個固體內(nèi)運動。每個原子的外層電子具有

13、一定的寬度范圍的能帶。完全被電子占據(jù)的為價帶，部分占據(jù)的為導(dǎo)帶，相鄰能帶之間為禁帶。4.4.反射率的研究意義反射率的研究意義R R是表征礦物反射能力的重要參數(shù)。礦物不同，反射能力也是表征礦物反射能力的重要參數(shù)。礦物不同，反射能力也不同，反射率也是不一樣的，因此可以根據(jù)不同，反射率也是不一樣的，因此可以根據(jù)R R來鑒定礦物。來鑒定礦物。反射率是金屬礦物的最重要鑒定特征，它不僅能鑒定金屬礦反射率是金屬礦物的最重要鑒定特征，它不僅能鑒定金屬礦物的礦物種，對于鑒定礦物的物的礦物種，對于鑒定礦物的“變種變種”、“異種異種”以至以至“多多型型”都具有實際意義（表都具有實際意義（表2 2，3 3）。）。表2

14、 閃鋅礦不同變種的反射率特征表3 磁黃鐵礦不同異種的反射率特征 對于金屬礦物的標(biāo)型性研究具有重要意義。對于金屬礦物的標(biāo)型性研究具有重要意義。不同的成礦物理化學(xué)條件形成的金屬礦物具有不同的成礦物理化學(xué)條件形成的金屬礦物具有不同的微量元素特征，不同的微量元素特征， 磁鐵礦為例：區(qū)域變質(zhì)的較純（磁鐵礦為例：區(qū)域變質(zhì)的較純（20.520.5）；熱液）；熱液成因的富含成因的富含MgMg（18.718.7），巖漿的富含），巖漿的富含Ti Ti （16.116.1）, ,以上化學(xué)成分的特點反映在磁鐵礦的反射率方以上化學(xué)成分的特點反映在磁鐵礦的反射率方面具有表面具有表4 4的特征。的特征。表4 不同成因類型鐵

15、礦床中磁鐵礦的反射率特征5.反射率的測定方法反射率的測定方法 1）視測對比法視測對比法 反射率的高低在鏡下表現(xiàn)為明亮程度。將反射率的高低在鏡下表現(xiàn)為明亮程度。將未知礦物與已知反射率的標(biāo)準(zhǔn)礦物進(jìn)行對比，未知礦物與已知反射率的標(biāo)準(zhǔn)礦物進(jìn)行對比，根據(jù)對比結(jié)果確定未知礦物的反射率級別根據(jù)對比結(jié)果確定未知礦物的反射率級別 。 特點：特點：一種定性或半定量的測定方法一種定性或半定量的測定方法 不需要任何專門儀器，操作簡單不需要任何專門儀器，操作簡單 應(yīng)用廣泛應(yīng)用廣泛 標(biāo)準(zhǔn)礦物的選擇：標(biāo)準(zhǔn)礦物的選擇： 常見的、均質(zhì)的、化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定的、常見的、均質(zhì)的、化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定的、反射率有一定間隔的礦物反射率有一定

16、間隔的礦物，如：，如： 黃鐵礦和方鉛礦之間有黃鐵礦和方鉛礦之間有10%10%的間隔。的間隔。 4個標(biāo)準(zhǔn)礦物個標(biāo)準(zhǔn)礦物 黃鐵礦黃鐵礦 R R=53%=53% 方鉛礦方鉛礦R R=43%=43% 黝銅礦黝銅礦R R=31%=31% 閃鋅礦閃鋅礦R=17% 5 5個反射率級別個反射率級別 R R黃鐵礦黃鐵礦 黃鐵礦黃鐵礦 R R 方鉛礦方鉛礦 方鉛礦方鉛礦 R R 黝銅礦黝銅礦 黝銅礦黝銅礦 R 閃鋅礦閃鋅礦 R R 閃鋅礦閃鋅礦2 2） 光電法光電法 定量測定礦物反射率的方法。光電法有多種，定量測定礦物反射率的方法。光電法有多種，現(xiàn)今最先進(jìn)的方法為現(xiàn)今最先進(jìn)的方法為光電倍增管顯微光度計光電倍增管顯

17、微光度計法，法，其其原理是利用光電效應(yīng)原理是利用光電效應(yīng)。光電元件受到礦物反。光電元件受到礦物反射光的照射會釋放出光電子，這種微弱的電信射光的照射會釋放出光電子，這種微弱的電信號通過光電倍增管時可以放大幾百萬倍，從而號通過光電倍增管時可以放大幾百萬倍，從而被儀器檢測出來，經(jīng)計算機(jī)對數(shù)據(jù)加工處理后被儀器檢測出來，經(jīng)計算機(jī)對數(shù)據(jù)加工處理后得出礦物的定量反射率數(shù)值。得出礦物的定量反射率數(shù)值。二、礦物的反射色二、礦物的反射色 1.1.概念概念 礦物光面在反光顯微鏡垂直照射下所顯示的顏色。它礦物光面在反光顯微鏡垂直照射下所顯示的顏色。它是人工礦物光面對鏡下直射光線選擇性反射作用造成是人工礦物光面對鏡下直

18、射光線選擇性反射作用造成的的“表色表色”，與礦物的自然表面在普通光線下肉眼觀，與礦物的自然表面在普通光線下肉眼觀察到的礦物的察到的礦物的“顏色顏色”不同。不同。 2.2.反射色的形成反射色的形成 反射色是礦物對入射的白光選擇性反射的結(jié)果?？煞瓷渖堑V物對入射的白光選擇性反射的結(jié)果?？梢杂煞瓷渎噬⑶€特征來表征。色散曲線是以波長以由反射率色散曲線特征來表征。色散曲線是以波長為橫坐標(biāo)，反射率為縱坐標(biāo)。曲線位置高低表征反射為橫坐標(biāo)，反射率為縱坐標(biāo)。曲線位置高低表征反射率的大小，曲線的形態(tài)表征反射色的色調(diào)特征。不僅率的大小，曲線的形態(tài)表征反射色的色調(diào)特征。不僅可以表示顏色的一般特征，而且可以表示顏色

19、的細(xì)節(jié)可以表示顏色的一般特征，而且可以表示顏色的細(xì)節(jié)組成。用光度計定量測定。組成。用光度計定量測定。礦物的反射率與反射色曲線 當(dāng)?shù)V物對白光中的各種色光當(dāng)?shù)V物對白光中的各種色光反射率相差不大時，色散曲反射率相差不大時，色散曲線呈水平，礦物的反射色呈線呈水平，礦物的反射色呈現(xiàn)無色，根據(jù)所處的位置高現(xiàn)無色，根據(jù)所處的位置高低分別為亮白色、白色、灰低分別為亮白色、白色、灰白色、灰色或暗灰色，例如白色、灰色或暗灰色，例如方鉛礦：純白色；自然銀方鉛礦：純白色；自然銀: :亮亮白色；鉻鐵礦：灰色。白色；鉻鐵礦：灰色。 當(dāng)?shù)V物對白光中的某種色光當(dāng)?shù)V物對白光中的某種色光反射率最大時，礦物的反射反射率最大時，礦物

20、的反射色就顯示那種色光的顏色色就顯示那種色光的顏色 ，如自然銅如自然銅. . 礦物對白光中的某幾種色光礦物對白光中的某幾種色光同時顯示較大反射率時，礦同時顯示較大反射率時，礦物的反射色就顯示幾種色光物的反射色就顯示幾種色光的混合色的混合色 R/%銅藍(lán)Ro：藍(lán)紫色方鉛礦：微藍(lán)白色黃鐵礦：淡黃色自然銅：淡紅色銀：亮白色微黃白色/nm3.3.反射色的視測分級反射色的視測分級 （定性）（定性） 顯著顏色類顯著顏色類 有明顯顏色的礦物，如黃色、藍(lán)色、有明顯顏色的礦物，如黃色、藍(lán)色、玫瑰色等。玫瑰色等。 無色類無色類 如亮白色、白色、灰白色、灰色、暗灰色如亮白色、白色、灰白色、灰色、暗灰色等。等。 微弱顏

21、色類微弱顏色類 無色類但帶有很輕微的某種顏色的色無色類但帶有很輕微的某種顏色的色調(diào)。如磁鐵礦，灰白色帶棕色色調(diào)；砷黝銅礦，灰調(diào)。如磁鐵礦，灰白色帶棕色色調(diào)；砷黝銅礦，灰白色帶灰綠色色調(diào)。輝銀礦灰白色帶橄欖綠色調(diào)；白色帶灰綠色色調(diào)。輝銀礦灰白色帶橄欖綠色調(diào)； 有些礦物會出現(xiàn)在兩個相鄰的顏色類別中，其原因，有些礦物會出現(xiàn)在兩個相鄰的顏色類別中，其原因，一方面這些礦物反射色處于中間過渡狀態(tài)；礦物本一方面這些礦物反射色處于中間過渡狀態(tài)；礦物本身所含類質(zhì)同象混入物雜質(zhì)的種類數(shù)量不同造成的。身所含類質(zhì)同象混入物雜質(zhì)的種類數(shù)量不同造成的。如輝銅礦，若含少量的銅藍(lán)或藍(lán)輝銅礦而呈現(xiàn)淺灰如輝銅礦，若含少量的銅藍(lán)或

22、藍(lán)輝銅礦而呈現(xiàn)淺灰色微帶藍(lán)色色調(diào)（微弱顏色類），含較多的斑銅礦色微帶藍(lán)色色調(diào)（微弱顏色類），含較多的斑銅礦呈淺黃棕色（顯著顏色類）呈淺黃棕色（顯著顏色類）顏色級別顏色級別4.4.反射色定性觀察方法反射色定性觀察方法 觀測條件觀測條件: :反光顯微鏡，自然光下，根據(jù)顏色反光顯微鏡，自然光下，根據(jù)顏色感覺定性描述感覺定性描述 視覺色變視覺色變 礦物的顏色受連生的礦物反射色礦物的顏色受連生的礦物反射色的影響產(chǎn)生的一種色變效應(yīng)。兩種顏色同時刺的影響產(chǎn)生的一種色變效應(yīng)。兩種顏色同時刺激視網(wǎng)膜與單一顏色的視覺效應(yīng)是有所差別的。激視網(wǎng)膜與單一顏色的視覺效應(yīng)是有所差別的。如磁鐵礦，灰色，但與藍(lán)灰色赤鐵礦連生則

23、微如磁鐵礦，灰色，但與藍(lán)灰色赤鐵礦連生則微淡粉紅色；黃銅礦，銅黃色，與磁黃鐵礦連生淡粉紅色；黃銅礦，銅黃色，與磁黃鐵礦連生則微黃綠色。則微黃綠色。 反射色具有重要的鑒定意義。反射色具有重要的鑒定意義。尤其是顯著顏色尤其是顯著顏色類礦物特征的顏色和微弱顏色類礦物所具有的類礦物特征的顏色和微弱顏色類礦物所具有的某種色調(diào)特征對于鑒定礦物有重要意義某種色調(diào)特征對于鑒定礦物有重要意義 要求光片質(zhì)量高，顯微鏡光源達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)（方鉛要求光片質(zhì)量高，顯微鏡光源達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)（方鉛礦為純白色，不帶任何色調(diào)），才能觀察準(zhǔn)確。礦為純白色，不帶任何色調(diào)），才能觀察準(zhǔn)確。常見礦物的反射色黃鐵礦淺黃白色鎳黃鐵礦淺黃白微帶棕赤鐵礦灰白微帶藍(lán)毒