第四章偏光顯微鏡

材料巖相分析

第四章偏光顯微鏡下

晶體的光學(xué)性質(zhì)

§4-1.偏光顯微鏡的構(gòu)造和使用一.構(gòu)造：偏光顯微鏡的式樣繁多，目前我國最常用的有江南光學(xué)儀器廠制造的XPB-01型，XPT-7型630倍中級偏光顯微鏡（圖4-1），上海光學(xué)儀器廠制造的XPG1000倍偏光顯微鏡及蔡司廠出產(chǎn)的文柯型偏光顯微鏡（圖4-2）等。

它們的主要構(gòu)造大同小異，現(xiàn)敘述如下：鏡座：承受顯微鏡的全部重量；鏡臂：呈弓形，下端與鏡座相聯(lián)，上部裝有鏡筒，為使用方便，可向后傾斜，但不宜過大，以防翻倒。

反光鏡：是一個(gè)具有平、凹兩面的小圓鏡，可任意轉(zhuǎn)動(dòng)，以便對準(zhǔn)光源，把光反射到顯微鏡中，一般在弱光源或錐光鑒定時(shí)，常使用凹面鏡。下偏光鏡：一般可以轉(zhuǎn)動(dòng)，以便調(diào)節(jié)其振動(dòng)方向，通常用PP代表下偏光鏡的振動(dòng)方向。鎖光圈（光闌）：在偏光鏡之上，可以自由開合，用以控制進(jìn)入視域的光量。

聚光鏡：在鎖光圈之上，由一組透鏡組成。它可以把平行偏光聚斂成錐形偏光。不用時(shí)可以推開。在聚光鏡上一般都刻有數(shù)值孔徑(N·A)。載物臺(tái)：是一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的圓形平臺(tái)，邊緣刻有刻度（360°），并有游標(biāo)尺，可以讀出旋轉(zhuǎn)角度。在物臺(tái)的外緣有固定螺絲，用以固定物臺(tái)。物臺(tái)中央有圓孔，是光線的通道。在物臺(tái)上還有一對彈簧夾，用于夾持薄片。鏡筒：為長的圓筒形，聯(lián)結(jié)在鏡臂上。轉(zhuǎn)動(dòng)鏡臂上的粗動(dòng)螺絲或微動(dòng)螺絲可使鏡筒上升和下降，用以調(diào)節(jié)焦距。微動(dòng)螺絲上一般都帶有刻度。鏡筒上端插有目鏡，下端裝有物鏡，中間有試板孔、上偏光鏡和勃氏鏡，有的還有鎖光圈。自目鏡上端至物鏡處的長度稱機(jī)械筒長（通常為160mm）。物鏡：是決定顯微鏡成像性能的重要因素，其價(jià)值約占整個(gè)顯微鏡的1/5～1/2。是由1～5組復(fù)式透鏡組成。每臺(tái)顯微鏡上至少附有三個(gè)不同放大倍數(shù)的物鏡，多的可達(dá)七個(gè)。每個(gè)物鏡上刻有放大倍數(shù)、數(shù)值孔徑（N?A）；有的還刻有機(jī)械筒長、蓋玻璃厚度及前焦距等。一般顯微鏡有低倍（5x）、中倍（10x）及高倍（40x、63x）物鏡，有的還有油浸物鏡（100x）。

物鏡的光孔角是指通過物鏡前透鏡最邊緣的光線與前焦點(diǎn)間所組成的角度，如圖4-3中的2θ。物鏡的數(shù)值孔徑等于nSinθ，可縮寫為n?A或N?A。從設(shè)計(jì)上看，通常是放大倍數(shù)愈高的物鏡，數(shù)值孔徑愈大，同一放大倍數(shù)的物鏡，其數(shù)值孔徑愈大的物鏡分辨率愈高。

所謂分辨率是指能分辨物體細(xì)小特征的本領(lǐng)，即用能分開兩點(diǎn)（或兩平行線）之間的最短距離來表示。物鏡的分辨率就是顯微鏡的分辨率，目鏡與顯微鏡的分辨率無關(guān)，它不過把物鏡放大的物像進(jìn)一步放大，使眼睛能看見而已。

物鏡的分辨率決定于物鏡的數(shù)值孔徑和所用的波長兩個(gè)因素，可用公式表示：或根據(jù)計(jì)算光學(xué)顯微鏡的最高分辨率為2000A，最高放大倍數(shù)一般為1800～2000X左右。目鏡：一般有5x、10x兩個(gè)目鏡，目鏡中往往還帶有十字絲或分度尺，有的還有方格網(wǎng)。顯微鏡的總放大倍數(shù)為目鏡放大倍數(shù)與物鏡放大倍數(shù)的乘積。上偏光鏡：其構(gòu)造（偏光片）和作用與下偏光鏡相同，唯其振動(dòng)方向（以AA表示）常與下偏光鏡（PP）垂直。上偏光鏡可以自由推入或拉出，有些還可以轉(zhuǎn)動(dòng)90°或180°。勃氏鏡：

位于目鏡與上偏光鏡之間，是一個(gè)小的凸透鏡。可因需要而推入或拉出。有的勃氏鏡可以上升、下降和前后、左右移動(dòng)，并附有鎖光圈。在觀察細(xì)小礦物干涉圖時(shí)，縮小光圈，可擋去干擾，而使干涉圖更清晰。

二.偏光顯微鏡的使用

1.裝卸鏡頭：

①裝目鏡：使其十字絲位于東西、南北方向上。②裝物鏡：彈簧夾型，螺絲扣型，轉(zhuǎn)盤型。

2.調(diào)節(jié)照明（對光）：裝上中倍物鏡（10x）和目鏡（5x），轉(zhuǎn)動(dòng)反光鏡對準(zhǔn)光源，直到視域最亮為止。如果總對不亮，則可去掉目鏡，從鏡筒內(nèi)觀察光源的像，直到照亮視域。注意不要把反光鏡直接對準(zhǔn)太陽光，這樣對眼睛不利。

3.調(diào)節(jié)焦距：裝上薄片，首先將鏡筒下降到最低位置，從目鏡中觀察，并擰動(dòng)粗動(dòng)螺絲使鏡筒上升，再轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)螺絲使之清楚。切忌眼睛只看鏡筒里面而下降鏡筒，因?yàn)檫@樣鏡頭很容易撞碎薄片而使鏡頭損壞。

準(zhǔn)焦后，物鏡與薄片平面之間的距離因放大倍數(shù)而不同，放大倍數(shù)低，二者距離長，反之間距短（圖4-4）。

4.校正中心：顯微鏡中，鏡筒中軸、目鏡中軸都是固定的，只有校正物鏡中軸。校正物鏡中軸一般是借助于安裝在物鏡上的兩個(gè)校正螺絲進(jìn)行的。步驟如下：①將物鏡裝正，準(zhǔn)焦后在薄片中選一質(zhì)點(diǎn)a，移動(dòng)薄片使a點(diǎn)位于視域中心（圖4-5a）；②將薄片固定，旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)360°，若中心不正，則質(zhì)點(diǎn)a必繞另一圓心o作圓周運(yùn)動(dòng)（圖4-5b），o點(diǎn)即為物鏡轉(zhuǎn)軸出露點(diǎn)。③旋轉(zhuǎn)物臺(tái)180°使質(zhì)點(diǎn)a由十字絲焦點(diǎn)移至a’處（圖4-5c）；④扭動(dòng)校正螺絲，使質(zhì)點(diǎn)a由a’移至偏心圓O點(diǎn)（圖4-5d）；⑤移動(dòng)薄片，使質(zhì)點(diǎn)移至十字絲交點(diǎn)（圖4-5e）。移動(dòng)物臺(tái)，若質(zhì)點(diǎn)不動(dòng)，則中心已校好。否則，須按上法重復(fù)校正。⑥若偏心很大，旋轉(zhuǎn)物臺(tái)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)a由十字絲交點(diǎn)移至視域之外。估計(jì)偏心圓中心o在視域外的位置及其半徑，扭轉(zhuǎn)校正螺絲，使質(zhì)點(diǎn)由十字絲交點(diǎn)向o點(diǎn)相反的方向移動(dòng)大約偏心圓半徑的距離，再移動(dòng)薄片使質(zhì)點(diǎn)回到十字絲交點(diǎn)。旋轉(zhuǎn)物臺(tái)，可能質(zhì)點(diǎn)在視域內(nèi)移動(dòng)，再按上述方法繼續(xù)校正。否則，再重復(fù)校正。

5.偏光鏡的校正：①將目鏡十字絲放在東西、南北方向上。②推出上偏光鏡，使薄片中黑云母的解理縫平行于某一十字絲，轉(zhuǎn)動(dòng)下偏光鏡，使黑云母的顏色達(dá)最深（圖4-6）。③推入上偏光鏡，拿掉物臺(tái)上的薄片，看視域是否全黑，如不全黑，可轉(zhuǎn)動(dòng)上偏光鏡，使視域達(dá)全黑為止。三.薄片的制備

在偏光顯微鏡下研究礦物晶體、巖石及其它無機(jī)材料的光學(xué)性質(zhì)及顯微結(jié)構(gòu)時(shí)，主要是將這些材料的試樣制成薄片（0.03mm）或超薄片（0.01mm）,將這些薄片置于物臺(tái)上，即可進(jìn)行透射光的研究（圖4-7）。

所謂單偏光鏡下的研究，就是只用一個(gè)偏光鏡（通常是下偏光鏡）進(jìn)行觀察，測定晶體的光學(xué)性質(zhì)。單偏光鏡下觀察的內(nèi)容有：晶體的形態(tài)、解理及解理角、顏色及多色性、折射率的相對高低等?！?-2.單偏光鏡下晶體的光學(xué)性質(zhì)一.晶體的形態(tài)：

在切片中所見晶體的形態(tài)并不是晶體的整個(gè)立體形態(tài)，而是晶體某一個(gè)方向切面的輪廓。同一晶體由于切面方位的不同，可以表觀出各種不同的形態(tài)（圖4-8），因此，在實(shí)際工作中必須綜合許多切面，才能正確判斷晶體的形態(tài)。

根據(jù)晶體的完好程度，可將它分為三種類型：

1.自形晶：晶面發(fā)育完整，面平、棱直，并且有完整的幾何多面體外形（圖4-9a）。在析晶早、結(jié)晶能力強(qiáng)、物理化學(xué)環(huán)境適宜于晶體生長的條件下，便形成自形晶。例如燒成良好的水泥熟料中的C3S晶體。

2.半自形晶：晶體只有部分晶面發(fā)育較好，部分為其它晶體所阻隔或抑制而成不規(guī)則形狀（圖4-9b）。半自形晶往往是析晶稍晚或降溫較快時(shí)析出的晶體。例如水泥熟料中的C2S，黑云母等。

3.他形晶：晶體無一定晶形，形態(tài)不規(guī)則（圖4-9c），他形晶是析晶晚或結(jié)晶中心多，且析晶很快的礦物。例如快冷熟料中的C3A、C4AF和石英等。

常見的晶體形態(tài)為粒狀、針狀、柱狀、板狀、片狀等。集合體形態(tài)有顆粒狀、纖維狀、鱗片狀、放射狀、球粒狀、樹枝狀、羽毛狀等。二.解理及解理角

1.解理：晶體沿著一定方向裂開成較光滑平面的能力稱為解理，裂開的面稱為解理面。有解理的晶體，解理的組數(shù)、方位及解理角等亦不同，因此利用解理可以鑒別晶體。晶體的解理在薄片中是一些平行或交叉的細(xì)縫（解理面與切面的交線），故稱為解理縫。⑴極完全解理：解理縫細(xì)、密、長、直貫晶體，解理面光滑（圖4-10中1）。如云母類礦物。⑵完全解理：解理縫清晰但較粗，連貫性較差（圖4-10中2）。如角閃石，輝石等。⑶不完全解理：解理縫粗，斷斷續(xù)續(xù)，有時(shí)僅見解理痕跡（圖4-10中3）。如橄欖石。

晶體解理縫的清晰程度與晶體樹膠間的折射率的差值有關(guān)，相差愈大，解理縫愈清楚，反之亦然。晶體解理縫的寬度與切面方向有關(guān)，切面垂直解理面時(shí)，解理縫最窄（圖4-11），代表真實(shí)寬度。此時(shí)，稍微提升鏡筒，解理縫不向左右移動(dòng)。

解理縫的可見性、組數(shù)也與切面方向有關(guān)，因此，在鏡下觀察晶體解理時(shí)，必須多觀察一些切面，綜合判斷。

2.解理角：

具有兩組以上解理的晶體，解理縫間夾角的大小可作為鑒定晶體的特征。解理角的大小與切面方位有關(guān)。只有切面方向同時(shí)垂直兩組解理面時(shí)，解理縫間的夾角才是真正的解理角（圖4-12中2），否則就小于或大于真正的夾角。判斷方法同上。三.顏色、多色性及吸收性

1.顏色：薄片中晶體的顏色是晶體對白光中各色光波選擇吸收的結(jié)果，如晶體對白光中各色光波同等程度的吸收，透過晶體后的光仍為白光；如晶體對白光中各色光波吸收能力不同，除去吸收的色光，其余色光互相混合，即為該晶體的顏色。

薄片中礦物晶體顏色的深淺，稱為顏色濃度，它取決于礦物本身的性質(zhì)、薄片厚度等對各色光波吸收的總強(qiáng)度，吸收愈大，顏色愈深，反之顏色愈淺。

2.多色性及吸收性：

具有顏色的光性均質(zhì)體晶體，其顏色及顏色濃度不會(huì)因晶體方向的改變而變化。但是對于具有顏色的光性非均質(zhì)體晶體，其顏色及顏色濃度均隨晶體方向的改變而變化，晶體顏色隨方向變化的現(xiàn)象叫多色性，晶體顏色濃度隨方向變化的現(xiàn)象叫吸收性。

因光率體集中反映了晶體各方向上的光學(xué)特性，故一般可借用光率體的主軸來表示與方向有關(guān)的多色性和吸收性。一軸晶晶體有兩個(gè)主折射率Ne和No,具有顏色的一軸晶晶體相應(yīng)于此二個(gè)方向有二個(gè)主要顏色，如電氣石：No＝深藍(lán)色，Ne＝淺紫色（圖4-14）。

因N0的顏色比Ne深，表示光波沿N0方向振動(dòng)時(shí)總的吸收強(qiáng)度大，故其吸收性是N0>Ne。

二軸晶晶體有三個(gè)主折射率Ng，Nm，Np，具有顏色的二軸晶晶體相應(yīng)于此三個(gè)方向有三種主要顏色，稱為三色性。普通角閃石的多色性：Ng=深綠色，Nm=綠色，Np=淡黃色。吸收性公式：Ng>Nm>Np為正吸收。如果與此相反，Np>Nm>Ng為反吸收。

非均質(zhì)晶體中，不同晶體的多色性明顯程度往往是不同的，有的晶體多色性極為明顯，如黑云母，有的不明顯，如紫蘇輝石，有的則看不出多色性。多色性的明顯程度還與切面方向有關(guān)，一般是平行光軸（一軸晶）或平行光軸面（二軸晶）切面的多色性最明顯，垂直光軸切面不具多色性，其它方向切面多色性明顯程度介于二者之間。

多色性明顯程度還與薄片厚度有關(guān)，薄片愈厚，多色性愈明顯。所以觀察時(shí)，不能只憑個(gè)別顆粒下結(jié)論。四.貝克線、突起及糙面

1.貝克線：在兩個(gè)折射率不同的介質(zhì)接觸處，可以看到比較黑暗的邊緣，在邊緣的附近還可以見到一條比較明亮的細(xì)線，又叫光帶。此時(shí)稍微升降鏡筒，亮線發(fā)生移動(dòng)，由此來比較折射率的方法是1882年奧地利巖石學(xué)家貝克提出的，所以將此亮線叫作貝克線。

貝克線在界面上移動(dòng)的規(guī)律：提升鏡筒時(shí)，貝克線向折射率高的介質(zhì)移動(dòng)；下降鏡筒時(shí)，貝克線向折射率低的介質(zhì)移動(dòng)。其產(chǎn)生原因可用圖4-15a加以說明：

圖a：光線由n射入N（N>n，下同），折射光線靠近界面法線，即偏向折射率大的介質(zhì)這一邊亮度增加（貝克線）。提升鏡筒，焦平面由F1F1升至F2F2，折射光線與入射光線相交位置有所變動(dòng)，看起來就像貝克線向折射率大的介質(zhì)移動(dòng)，反之亦然。

圖b：光線由N射入n，折射光線遠(yuǎn)離界面法線，仍偏向折射率大的介質(zhì)，提升鏡筒，貝克線向N移動(dòng)。圖c：光線由N射入n，即使產(chǎn)生全反射仍偏向N介質(zhì)。圖d：N，n兩介質(zhì)近于垂直接觸時(shí)，由于折射和全反射，光線向折射率大的介質(zhì)集中，提升鏡筒，貝克線仍移向N。

貝克線靈敏度很高，用白光照射，即使相鄰兩介質(zhì)折射率相差0.001，亦可見貝克線，用單色光照明，靈敏度可提高到0.0005。故由此可很容易判斷相鄰兩介質(zhì)折射率大小。如石英，方解石，瑩石等。

為了要得到清楚的貝克線，觀察時(shí)應(yīng)適當(dāng)縮小光圈，把入射角較大的光線擋去；聚光鏡適當(dāng)下降或移去。無色透明礦物線清晰。

2.糙面：單偏光下有些晶體表面很光滑，有些則粗糙，這種給人以粗糙感的現(xiàn)象稱為糙面。糙面的形成是由于制片過程中造成表面缺陷以及晶體與周圍介質(zhì)折射率的差異，從而在薄片中產(chǎn)生了不同的明暗區(qū)域。如輝石，瑩石等。

圖4-16a：晶體的N>介質(zhì)的n，光線平行射入薄片時(shí)，晶體突出處猶如凸透鏡，光線折射后集中，亮度加強(qiáng)。晶體凹下處猶如凹透鏡，光線分散，亮度減弱。圖b：晶體的N<介質(zhì)的n，晶體突出處分散光線，亮度弱，凹下處會(huì)聚光線，亮度強(qiáng)。

圖c：晶體的N等于或接近介質(zhì)的n，晶體表面明暗均勻，給人以平滑光亮的感覺，如石英。顯然，晶體與周圍介質(zhì)間折射率差值越大，表面磨光程度越差，其糙面越明顯。

3.突起：在單偏光鏡下觀察巖石薄片時(shí)，各種不同晶體的表面，有的顯得高些，有的顯得低平些，這種在視覺上產(chǎn)生高低的感覺稱為突起。這主要是由于晶體與其周圍介質(zhì)折射率不同引起的，N相差越大，突起越高。

圖2-31說明突起產(chǎn)生的原因，N1和N3代表二種晶體的折射率，N2代表樹膠的折射率,其關(guān)系N1>N2>N3，當(dāng)光匯聚在N1底部，穿過晶體向空氣透出時(shí)，由于晶體和空氣的折射率相差較大，故光線產(chǎn)生較大的折射，于是原來在晶體底面的點(diǎn)好像位置變高，上升到Ⅰ-Ⅰ平面中。在樹膠中，由于N2<N1，光線向空氣折射時(shí)，折射角比第一種情況小些，因此底面點(diǎn)上升到Ⅱ-Ⅱ平面，比Ⅰ-Ⅰ面低些。同理，由于Ｎ３＜Ｎ２＜Ｎ１，Ｎ３底面點(diǎn)的位置好像上升到Ⅲ－Ⅲ平面。從圖可以看出，Ⅱ－Ⅱ平面比Ⅰ-Ⅰ平面低，但比Ⅲ－Ⅲ平面高，因此產(chǎn)生了突起高低的感覺。

根據(jù)薄片中突起的高低，邊緣和糙面的明顯程度，一般把突起分為六個(gè)等級，如表4-1所示。

突起的比較以樹膠為準(zhǔn)，折射率大于樹膠的為正突起，小于樹膠的為負(fù)突起。加拿大樹膠ｎ＝1.54。618環(huán)氧樹脂n=1.55～1.61。

4．閃突起：

非均質(zhì)體礦物的折射率隨光波在晶體中的振動(dòng)方向不同而有差異。雙折射率很大的晶體在單偏光鏡下，旋轉(zhuǎn)物臺(tái)，突起高低發(fā)生明顯的變化，這種現(xiàn)象稱為閃突起。例如方解石有明顯的閃突起，可以作為鑒定晶體的一個(gè)重要特征。在同一晶體中，閃突起與切面方向有關(guān)。垂直光軸的切面上不顯閃突起；平行光軸或平行光軸面的切面上閃突起最明顯，斜交光軸的切面閃突起的明顯程度介于二者之間。

所謂正交偏光鏡，就是上下偏光鏡一起使用，并使上下偏光鏡的振動(dòng)面處于互相垂直位置。一般以ＰＰ代表下鏡振動(dòng)方向，ＡＡ代表上鏡振動(dòng)方向。為了觀察方便，還要使兩偏光鏡的振動(dòng)方向嚴(yán)格與目鏡十字絲一致。在正交偏光鏡下通常不加入聚光鏡，入射光線仍近于平行。

§4-3正交偏光鏡下晶體的光學(xué)性質(zhì)

正交偏光鏡下可觀察消光、干涉、雙晶等現(xiàn)象，測定消光角、干涉色級序、雙折射率、延性符號(hào)等。一.干涉現(xiàn)象

圖4-19，自然光通過下偏光鏡成為平行于PP方向單一振動(dòng)的偏光，進(jìn)入晶體分解為兩偏光，因Ng>Np，故Vg<Vp

。這樣在通過晶體時(shí)產(chǎn)生光程差R，兩分偏光在空氣中傳播時(shí)速度相同，所以在它們到達(dá)上偏光鏡前，光程差保持不變。

設(shè)光在空氣中速度為V0，晶體薄片厚度D，快、慢光通過晶體所需時(shí)間為tp、tg，在晶體中速度為Vp，Vg，則當(dāng)快光已透出晶體到空氣中進(jìn)行了一段路程后，慢光才剛剛透出薄片時(shí)，光程差R為：

可見，決定光程差的因素是薄片的厚度和晶體的雙折射率值。圖4-20進(jìn)一步說明正交偏光鏡下干涉作用的原理，因下偏光鏡的振動(dòng)方向與晶體薄片中光率體橢圓兩半徑間有一夾角α，因此透出下偏光鏡的振幅（OB）按平行四邊形的分解法則，在晶體中分解為兩偏光OE=OB·Sinα，OD=OB·Cosα。

此兩光波進(jìn)入上偏光鏡后，又變成振幅為：OG=OB·SinαCosα和OF=OB·CosαSinα，可見OG與OF振幅相等，方向相反，并具有以下特點(diǎn)：

1.OG、OF為同一偏光束經(jīng)過兩度分解（晶體和上偏光鏡）而成，故其頻率相等。

2.OG、OF兩者之間有固定的光程差（由OE、

OD而來）。

3.兩者在同一平面（AA面）面內(nèi)振動(dòng)。因此，兩偏光具備了干涉的條件。根據(jù)同一平面內(nèi)兩平面偏光迭加的原理，可以求得正交偏光鏡下兩光波的合成振幅（A）：

可見，合成振幅（合成光波強(qiáng)度）的大小取決于和，λ為單色光波長。

1.當(dāng)α＝0時(shí)，A2＝0，干涉光的強(qiáng)度為零，顯微鏡視域中呈現(xiàn)黑暗，這種現(xiàn)象稱為消光。即光性非均質(zhì)體切面上光率體兩振動(dòng)方向與上、下偏光鏡的振動(dòng)方向平行時(shí)就出現(xiàn)消光現(xiàn)象（圖4-24a）。轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)360°，共出現(xiàn)四次消光，四次消光現(xiàn)象是光性非均質(zhì)體斜交光軸切面的特征。

2.當(dāng)，，此時(shí)只有R為零，即Ng–Np

=0為光性均質(zhì)體的任何切面和光性非均質(zhì)體垂直光軸的切面，這時(shí)，視域黑暗，轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)360°消光不變，為永久消光，它是光性均質(zhì)體和光性非均質(zhì)體晶體垂直光軸切面的特征。

3.當(dāng)R=nλ，A2＝0，視域呈黑暗，因此時(shí)在上偏光鏡中OG與OF振幅相等，方向相反（圖4-20），干涉抵消。

4.當(dāng)

時(shí)，A最大，OG與OF方向相同，干涉加強(qiáng)，視域呈明亮（圖4-21）。

5.當(dāng)α＝45°時(shí)，A最大，即光率體的橢圓半徑與上、下偏光鏡的振動(dòng)方向成45°夾角時(shí)，晶體最明亮（圖4-24b）。

二.干涉色及其色譜表

1.干涉色的形成

將石英沿光軸（c）方向，由薄至厚磨成楔形，稱為石英楔，石英的最大雙折射率Ne－N0＝0.009，為一固定常數(shù)。將此石英楔由薄端至厚端慢慢插入正交偏光鏡間的試板孔內(nèi)，其光程差將隨著增大。若用單色光照射時(shí)，隨著石英楔的推入，將依次出現(xiàn)明亮相間的干涉色帶（圖4-22）。從中也可看出，明亮和黑暗條帶之間的距離，取決于所用單色光的波長，紅光距離最大，紫光最短。

若用白光照射時(shí)，由于任何一個(gè)光程差（除零）都不可能使七色光同時(shí)消失，只可能相當(dāng)或接近于白光中部分色光波長的整數(shù)倍而使之抵消或減弱，同時(shí)又相當(dāng)或接近于另一部分色光半波長的奇數(shù)倍而使其不同程度的加強(qiáng)。綜合干涉結(jié)果，相當(dāng)于從白光中減去了某些色光而出現(xiàn)其補(bǔ)色，加強(qiáng)了某些色光仍呈現(xiàn)其顏色，因此，所有未被抵消的色光混合起來，便構(gòu)成了與該光程差相應(yīng)的混和色，稱為干涉色。

如當(dāng)R=1100nm時(shí)，R值剛好是紫光的2.5λ，紅光的1.5λ，綠光的2λ，因此綠色消失，藍(lán)色、黃色光很弱，只有紫色、紅色很強(qiáng)，視域內(nèi)出現(xiàn)紫紅色。一定的光程差總是有一干涉色與之對應(yīng)。而干涉色的亮度隨著α角而變化，α＝45°時(shí)最亮，欲要準(zhǔn)確觀察晶體切面的干涉色，需將晶體置消光位再轉(zhuǎn)45°的位置。α只影響干涉色的亮度，決定干涉色顏色的因素是晶體薄片的厚度和切面方位中的雙折射率，即光程差的大小。

2.干涉色的級序

當(dāng)用白光照射時(shí)，在正交偏光鏡間隨著石英楔的慢慢推入，光程差逐漸增大，視域中的干涉色將由低到高出現(xiàn)有規(guī)律的變化，構(gòu)成了干涉色級序。其特點(diǎn)如下：①R值連續(xù)增大的方向叫色序升高的方向，干涉色出現(xiàn)的規(guī)律為：黑－暗灰－灰白－淡黃－黃－橙－紅－藍(lán)－綠－黃－紅－藍(lán)－綠－黃－紅－藍(lán)－綠－黃－紅……，變化順序固定不變。②隨著R由小到大，干涉色級別由低到高，一般分為四級，一級為暗灰、灰白、黃、紅，二、三、四級都是藍(lán)、綠、黃、紅，相鄰顏色間沒有截然界線，而成過度狀態(tài)。光程差范圍是，一級：0~550；二級：550~1100；三級：1100~1650；四級：1650～2200，干涉色條帶間界線更模糊不清。

四級以上的干涉色相互混合，呈現(xiàn)出稍帶玫瑰色的白色，稱為高級白。四級中每一級的結(jié)尾色又叫該級的頂部干涉色，相應(yīng)地稱藍(lán)色為底部干涉色，黃、綠稱為中部干涉色。③各種干涉色在色調(diào)上也有一定的差異，比較突出的是：一級暗灰和灰白完全過度，界線難分；一級黃可細(xì)分為淡黃，橙黃；一級紅帶紫色，色帶較窄；二級藍(lán)較深；二級綠較淡；二級黃帶橙色，亮而艷；二級紅呈鮮紅；三、四級干涉色均較淡，界線不清楚，而只有三級綠顏色鮮艷，色帶較寬；四級藍(lán)淡而窄，幾乎不易分辨。

對于各級干涉色的成因，仍可根據(jù)光的干涉原理和顏色的混合互補(bǔ)定律來解釋。由上可知，干涉色級序的高低完全取決于光程差的大小，即取決于晶體薄片的厚度和雙折射率。如薄片磨成標(biāo)準(zhǔn)厚0.03mm，因雙折射率與晶體本身及切面方向有關(guān)，所以，同一晶體的不同方向切面，便顯示出不同的干涉色，顯然在鑒定晶體時(shí)，測定最高干涉色才有意義。

3.色譜表

干涉色色譜表是表示干涉色級序、光程差、雙折射率以及薄片厚度之間關(guān)系的圖標(biāo)（圖4-23）。由表，只要知道其中兩項(xiàng)則可查出第三項(xiàng)，例如，已知薄片的D和晶體的R，則從表中以D的水平線與R值的垂直線交點(diǎn)與表中左下角O點(diǎn)連線的方向便可查出（Ng-

Np）的值。三.補(bǔ)色法則及補(bǔ)色器

1.補(bǔ)色法則：在正交偏光鏡間，兩個(gè)非均質(zhì)任意方向的晶體薄片（除垂直光軸外），在45°位置重迭時(shí)，光通過這兩個(gè)晶體薄片后總光程差的增減法則，稱為補(bǔ)色法則。

當(dāng)兩晶體薄片的同名軸平行時(shí)（即Ng’//Ng’’，Np’//Np’’，見圖4-24d），光透過兩薄片后其總光程差R＝R1＋R2，所反映出的干涉色比原來兩薄片各自的干涉色都要高。

當(dāng)兩晶體薄片的異名軸相平行時(shí)（圖4-24c）,光透過兩薄片后，總光程差R=R1－R2

或R=R2－R1，所反映的干涉色比原來兩薄片都低，或比其中一薄片的干涉色低。

在兩晶體薄片中，如果一個(gè)薄片的光率體橢圓半徑名稱及光程差為已知，則可根據(jù)補(bǔ)色法則，測定另一薄片的光率體橢圓半徑名稱及光程差。如補(bǔ)色器就是利用此原理。

2.補(bǔ)色器①石膏試板：石膏試板是采用天然石膏或石英片（沿石膏NgNp或石英平行光軸方向的切片），鑲嵌在長條板狀的金屬圓孔中，上下用玻璃片夾住而成。石膏試板具有一定的厚度，在正交偏光鏡間產(chǎn)生一級紫紅干涉色，其光程差為550nm，能使晶體的干涉色整整升高或降低一個(gè)級序。這種試板比較適用于干涉色較低的晶體（二級黃以下）。

現(xiàn)假如有一個(gè)晶體的干涉色為一級灰（150nm），加入石膏試板后，同名軸平行時(shí)，R=550+150=700nm，晶體干涉色由一級灰變?yōu)槎壦{(lán)綠；異名軸平行時(shí)，R=550－150=400nm，由一級灰變?yōu)橐患壋赛S（相對一級紫紅來說為下降）。②云母試板：沿平行解理面的方向取一定厚度的白云母片，鑲嵌在長條狀的金屬板中，形狀同石膏試板。在正交偏光鏡間云母試板產(chǎn)生一級灰干涉色，其光程差為147nm，能使晶體薄片的干涉色大約升或降一個(gè)色序。如紅變藍(lán)是升高，由藍(lán)變紅是降低。云母試板適用于干涉色較高（二級以上）的晶體薄片。

③石英楔：沿石英平行光軸方向從薄至厚磨成一個(gè)楔形，用加拿大樹膠粘在兩玻璃片之間，即為石英楔，在正交偏光鏡間由薄至厚可以依次產(chǎn)生一級至三級干涉色，其光程差為0～2240nm左右，能使晶體干涉色逐漸升高或降低。只有當(dāng)晶體的干涉色較高，使用前兩種補(bǔ)色器不起作用時(shí)，方用石英楔。四.干涉色級序的測定

1.邊緣色帶法：邊緣色帶法是利用晶體碎屑邊緣的干涉色色圈判斷干涉色級序的方法。薄片中的晶體顆粒厚度常常自邊緣向中部逐漸增大，但因斜坡較陡而短，不均勻，所以雖象石英楔子，但又不能顯示連續(xù)的干涉色色序，一般只能把最顯眼的紅色顯示出來（圖4-25）。

紅色是每一段的頂部干涉色，因此觀察顆粒邊緣有無紅帶和有幾條紅帶就可以確定干涉色的級序。例如邊緣上出現(xiàn)一條紅帶時(shí)，晶體顆粒的干涉色為二級；三條紅帶，則為四級。

有時(shí)只要能找到一段很短的邊緣色帶，就足以確定干涉色的級序。此外，如果顆粒邊緣出現(xiàn)類似藍(lán)或深藍(lán)色帶（有時(shí)近于黑色）時(shí)，它仍然代表一級紅帶，因這種色帶是一級紫紅和二級深藍(lán)的混合帶。

2.石英楔子確定法：如果晶體薄片厚度均勻一致，無邊緣色帶，可用石英楔子確定干涉色級序。其方法是：將欲測顆粒從消光位轉(zhuǎn)45°，將石英楔子從試板孔徐徐插入，觀察晶體干涉色的變化。

如晶體顆粒干涉色為黃色，插入石英楔后干涉色逐漸升高，此時(shí)應(yīng)將載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)90°，重新插入石英楔，干涉色若依次按黃、綠、藍(lán)、紫、紅橙、白黑變化，則該礦物的干涉色是二級黃。

因此時(shí)異名軸平行，R=R1-R2，隨著石英楔的徐徐插入，R2不斷增加，直至R1＝R2時(shí)，晶體消色而變黑。此時(shí)晶體的干涉色與石英楔子的屬于同級序。若撤除晶體薄片，視域也呈黃色，慢慢撤出石英楔子，觀察紅色出現(xiàn)的次數(shù)，在上述情況下，出現(xiàn)一次紅色，則晶體干涉色為二級黃。若在其它情況下出現(xiàn)n次紅色，則晶體干涉色為（n+1）級。五.雙折射率的測定

應(yīng)用石英楔子的測定：選擇干涉色最高的切面，利用石英楔子測定其干涉色級序，然后在干涉色色譜表上求出相應(yīng)的光程差。再利用已知雙折射率的晶體，估計(jì)薄片的厚度。當(dāng)知道了這些后，雙折射率值便可求出。六.消光類型及消光角

1.消光類型：由于晶體光率體的主軸與晶體的結(jié)晶軸之間有一定關(guān)系，而晶體薄片上的解理縫、雙晶縫和晶棱等又與晶軸有一定的關(guān)系，所以可按消光時(shí)晶體的解理縫、雙晶縫和晶棱等與上下偏光鏡振動(dòng)方向（目鏡十字絲）的關(guān)系來劃分晶體的消光類型。①平行消光（圖4-26a）：晶體消光時(shí)，解理縫、雙晶縫或晶棱與目鏡十字絲平行。如黑云母。②對稱消光（圖4-26c）：晶體消光時(shí)，目鏡十字絲平分兩組解理縫或兩個(gè)晶面跡線夾角。如角閃石垂直解理切面。③斜消光（圖4-26b）：晶體消光時(shí)，解理縫、雙晶縫或晶棱與目鏡十字絲斜交。如普通輝石。

2.消光角：晶體在斜消光時(shí)，其光率體橢圓半徑與解理縫、雙晶縫或晶棱之間的夾角稱為消光角，也就是晶體切片在消光時(shí)，其解理縫、雙晶縫或晶棱與目鏡十字絲的夾角。

消光角也是晶體的一個(gè)重要光學(xué)常數(shù)，需要測量。晶體的消光類型和消光角的大小與晶體的光性方位及切面方向有關(guān)。因此，某些晶系晶體平行主軸面的切面上，可通過測定消光角來確定晶體的光性方位。

七.延性符號(hào)柱狀、針狀、板柱狀晶體，其長度方向往往大于寬度方向，這類晶體稱為有延長方向或有延性的晶體。根據(jù)晶體延長方向與光率體主軸間的關(guān)系，延性可分為兩類。

正延性：晶體延長方向與慢光（Ng）方向平行或夾角小于45°。負(fù)延性：晶體延長方向與快光（Np）方向平行或夾角小于45°。

晶體延性的正負(fù)叫延性符號(hào)。延性符號(hào)是某些長條狀晶體的鑒定特征（圖4-28、29）。延性只能以顯微鏡下所見到的晶體形態(tài)為根據(jù)。八.雙晶的觀察

雙晶是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的同種晶體，彼此間按一定對稱關(guān)系相互結(jié)合而成的規(guī)則連生體。晶體的雙晶在正交偏光鏡下，表現(xiàn)為相鄰兩個(gè)單體不同時(shí)消光，呈現(xiàn)一明一暗的現(xiàn)象，這是由于構(gòu)成雙晶的兩個(gè)單體中的光率體橢圓半徑的方位不同（圖4-30）。

雙晶兩個(gè)單體間的結(jié)合面稱為雙晶結(jié)合面，它與薄片平面的交線稱為雙晶縫。由于雙晶結(jié)合面相當(dāng)于兩單體間的一個(gè)對稱面，當(dāng)結(jié)合面垂直于切面時(shí)，相鄰兩單體的光率體切面在雙晶縫兩側(cè)是對稱的，故當(dāng)雙晶縫與十字絲平行或呈45°角時(shí)，雙晶縫兩側(cè)的單體明亮程度一致，此時(shí)看不見雙晶（圖4-31a）。

根據(jù)雙晶單體的數(shù)目，可分為下列幾種雙晶類型：

1.簡單雙晶（圖4-31a）：僅由兩個(gè)雙晶單體組成，在正交偏光鏡間，表現(xiàn)為一明一暗，旋轉(zhuǎn)物臺(tái)，明暗互為更換。2.復(fù)式雙晶：由兩個(gè)以上的雙晶單體組成，可分為：①聚片雙晶：雙晶結(jié)合面彼此平行，在正交偏光鏡間呈聚片狀（圖4-31b），旋轉(zhuǎn)物臺(tái)，奇、偶數(shù)兩組雙晶單體輪換消光，呈明暗相同的細(xì)條帶。②聯(lián)合雙晶：結(jié)合面彼此不平行，按單體數(shù)目可分為三連晶、四連晶和六連晶等。在正交偏光鏡間，相鄰兩個(gè)單體輪流消光（圖4-31c）

§4-4錐光鏡下晶體的光學(xué)性質(zhì)一.錐光鏡的裝置及特點(diǎn)

在正交偏光鏡的基礎(chǔ)上，于下偏光鏡之上，載物臺(tái)之下，加上一個(gè)聚光鏡，其作用在于使透過下偏光鏡的平行偏光束變成錐形偏光束（圖4-32）。在錐形偏光中，除中央一條光線垂直射入薄片以外，其余各條光線都是傾斜射入薄片，而且愈向外傾斜角愈大，在薄片中所經(jīng)歷的距離愈外愈長。錐形偏光束中的偏光，無論如何傾斜，其振動(dòng)面仍與下偏光鏡的振動(dòng)方向平行。非均質(zhì)體晶體的光學(xué)性質(zhì)隨方向而異，垂直不同方向射入的光，其光率體橢圓切面不同。當(dāng)許多不同方向入射的光同時(shí)經(jīng)過晶體薄片后，到達(dá)上偏光鏡所發(fā)生的消光與干涉效應(yīng)也各不相同。由各個(gè)方向入射光線通過薄片后到達(dá)上偏光鏡所發(fā)生的消光與干涉現(xiàn)象的總和，所構(gòu)成的各種特殊圖形，一般稱為干涉圖。

觀察干涉圖時(shí)，去掉目鏡，可直接觀察到物鏡焦平面上的干涉圖實(shí)像，其圖形雖小，但很清楚。如果在鏡筒中安上針孔光闌或針孔目鏡，觀察細(xì)小晶體干涉圖時(shí)，其效果會(huì)更好。不去掉目鏡，則必須加入勃氏鏡才能看到干涉圖，因勃氏鏡與目鏡聯(lián)合組成一個(gè)望遠(yuǎn)鏡式的放大系統(tǒng)，所看到的干涉圖圖形雖大，但較模糊。在觀察細(xì)小晶體干涉圖時(shí)，如果勃氏鏡上附有鎖光圈，縮小光圈，觀察效果會(huì)更好。

觀察干涉圖時(shí)，換用高倍物鏡的作用，在于能接納較大范圍的傾斜入射光線。

均質(zhì)體晶體的光學(xué)性質(zhì)各方向一致，不能形成干涉圖。非均質(zhì)體在錐光鏡下能形成干涉圖，分述如下：二.一軸晶干涉圖

1.垂直光軸切面的干涉圖：

首先用低倍物鏡在正交偏光鏡下挑選一個(gè)干涉色最低或近于全黑的晶體切面，然后完成錐光鏡的裝置便可看到垂直光軸切面的干涉圖。①形象特點(diǎn)：垂直光軸切面的干涉圖如圖4-33所示。平行目鏡十字絲出現(xiàn)一個(gè)黑十字（又叫消光影），把視域分割為四個(gè)象限，干涉色為一級灰白色。黑十字交點(diǎn)為光軸出露點(diǎn)，近光軸處黑臂較細(xì)，遠(yuǎn)離光軸處黑臂較粗（圖4-33①）。

在雙折射率較大或薄片較厚的晶體中，除呈現(xiàn)黑十字外，圍繞光軸出露點(diǎn)有同心圓狀干涉色色環(huán)出現(xiàn)（圖4-33②）。雙折射率相同的晶體切片，其厚度愈大，干涉色色環(huán)愈多，反之切片愈薄，干涉色色環(huán)愈少。自光軸出露點(diǎn)向外，等色環(huán)由疏變密，干涉色級序由低到高。旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)時(shí)，黑十字與等色環(huán)的形態(tài)與位置不變。②成因：見圖4-34。③光性正負(fù)的測定：只要設(shè)法測出Ne或N0的相對大小，就可以確定一軸晶晶體的光性正負(fù)。如圖4-36，黑十字將視域分割為四個(gè)象限，常光與非常光在四個(gè)象限中的振動(dòng)方向亦如圖所示。因此，根據(jù)四個(gè)象限中干涉色的級序，選擇適當(dāng)?shù)难a(bǔ)色器（試板），插入后觀察干涉色級序的變化，根據(jù)補(bǔ)色法則，即能判定Ne、N0誰大，從而迅速定出晶體的光性符號(hào)。如果晶體的干涉色比較低，例如為一級灰即可采用石膏及云母試板進(jìn)行測定，見圖4-37。

如果晶體的雙折射率較大或切片較厚時(shí)，圍繞光軸出露點(diǎn)有同心圓形等色環(huán)出現(xiàn)，此時(shí)采用云母試板或石英楔進(jìn)行測定較為方便。用云母試板，見圖4-38。在干涉色升高的兩個(gè)象限內(nèi)，顯示出整個(gè)色環(huán)向內(nèi)移動(dòng)，在干涉色降低的兩個(gè)象限內(nèi)，顯示出整個(gè)色環(huán)向外移動(dòng)。若干涉色圈多而密，加入云母試板后，色環(huán)移動(dòng)情況看不清楚，可使用石英楔，隨著石英楔的逐漸插入，在干涉色升高或降低的兩個(gè)象限內(nèi)，色環(huán)連續(xù)向內(nèi)或向外移動(dòng)。

2.斜交光軸切面干涉圖：①形象特點(diǎn)：在斜交光軸的切面中，光軸的位置是傾斜的，光軸在晶體薄片平面上的出露點(diǎn)（黑十字交點(diǎn)）不在視域中心，所以出現(xiàn)不完整的黑十字和不完整的色環(huán)。

當(dāng)光軸與薄片法線所成夾角不大時(shí)，黑十字交點(diǎn)雖不在視域中心，但仍在視域內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，黑十字交點(diǎn)繞十字絲中心作圓周運(yùn)動(dòng)，黑臂相應(yīng)地作平行或垂直十字絲的移動(dòng)（見圖4-39）。

當(dāng)光軸與薄片法線夾角較大時(shí)，光軸出露點(diǎn)在視域外，視域中只見到一根黑臂，旋轉(zhuǎn)物臺(tái)，黑臂水平或垂直十字絲移動(dòng)，并交替在視域內(nèi)出現(xiàn)（圖4-40）。斜交光軸切面干涉圖的成因，同樣可以利用垂直光軸干涉圖的形成加以解釋。②光性正負(fù)的測定：干涉圖中光軸出露點(diǎn)在視域內(nèi)時(shí)，測定光性的方法與垂直光軸切面干涉圖測定方法完全相同。如果干涉圖中光軸出露點(diǎn)在視域之外，首先要確定視域?qū)儆谀囊幌笙蓿P(guān)鍵是確定光軸出露點(diǎn)：

a.黑十字的細(xì)端近光軸方向，粗端遠(yuǎn)離光軸

b.等色環(huán)凹向光軸方向

c.黑臂的移動(dòng)情況（圖4-41）只要確定了黑臂分割視域的象限名稱，便可用前述同樣的方法測定光性正負(fù)。

3.平行光軸切面的干涉圖①形象特點(diǎn)：當(dāng)光軸與上、下偏光鏡振動(dòng)方向平行時(shí)，干涉圖為模糊粗大的黑十字，幾乎占據(jù)整個(gè)視域（圖4-42）。少許轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)（約12~15°）黑十字分裂并沿光軸方向迅速退出視域（圖4-42b）而使視域變亮，出現(xiàn)干涉色，因變化迅速故稱之為瞬變干涉圖或閃圖。

當(dāng)光軸與上、下偏光鏡振動(dòng)方向成45°夾角時(shí)，視域最亮，如果晶體的雙折射率值較大，則在相對的象限內(nèi)，出現(xiàn)對稱的雙曲線形干涉色色帶（圖4-42），在光軸所在的兩個(gè)象限內(nèi)，干涉色由中心向兩邊逐漸降低，而垂直光軸方向的兩個(gè)象限，干涉色由中心向兩邊逐漸升高；如果晶體的雙折射率較低，則只出現(xiàn)一級灰干涉色。②成因：在平行光軸切面的光率體橢圓半徑分布圖中（圖4-43），當(dāng)光軸與上、下偏光鏡振動(dòng)方向之一平行時(shí)，大部分的光率體橢圓半徑都與上、下偏光鏡的振動(dòng)方向平行或近于平行，在正交偏光鏡間應(yīng)當(dāng)消光或近于消光，故形成粗大模糊的黑十字，稍轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)，則大部分光率體橢圓半徑與上、下偏光鏡的振動(dòng)方向斜交，故黑十字迅速分裂退出視域，而使視域變亮，出現(xiàn)干涉色。

由圖4-44可看出，在沿光軸的方向上，由中心向兩邊的各點(diǎn)上，其短半徑N0不變，長半徑Ne’逐漸變短；又因晶體較薄，視域又較小，不足以抵消雙折射率減小所引起的光程差減小，所以在此方向上，由中心向兩邊干涉色逐漸變低。

在垂直光軸的方向上，由中心向兩邊各點(diǎn)上，其光率體橢圓半徑相等（均為N0），但由于光波通過薄片的距離是愈外愈大，故光程差愈外愈大，因而干涉色由中心向兩邊逐漸升高。③干涉圖的應(yīng)用：當(dāng)軸性已知時(shí)，可以確定切面方向。一般不用來測定光性符號(hào)，但當(dāng)軸性已知時(shí)，亦可以用來測光性正負(fù)。測定時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)，黑十字逸出的方向或色序較低的兩象限的方向，即為光軸方向，使光軸與上、下偏光鏡的振動(dòng)方向成45°時(shí)，插入試板觀察視域中心干涉色升降變化，測定光軸方向是Ng還是Np，即可確定其光性正負(fù)。知道了光軸的方位，移去聚光鏡和勃氏鏡，直接在正交偏光鏡間測定也很方便。三.二軸晶干涉圖1.垂直銳角等分線（⊥Bxa）切面的干涉圖：①形象特點(diǎn)：當(dāng)光軸面與上、下偏光鏡振動(dòng)方向之一平行時(shí)，干涉圖由一個(gè)黑十字與∞字形的干涉色色環(huán)組成（圖4-45a），黑十字的兩個(gè)黑臂分別平行上、下偏光鏡的振動(dòng)方向，其粗細(xì)不等，沿光軸面方向的黑臂較細(xì)，在兩個(gè)光軸出露點(diǎn)處更細(xì)，垂直光軸面方向（即Nm向）的黑臂較寬；黑十字交點(diǎn)為Bxa的出露點(diǎn)，位于視域中心。

干涉色色圈以兩個(gè)光軸出露點(diǎn)為中心，向兩邊干涉色級序逐漸升高，在靠近光軸處，干涉色色圈呈卵形曲線，向外合并成∞形，更外則成凹形橢圓。干涉色色圈的多少，取決于晶體的雙折射率及薄片厚度，與兩者成正比。對于雙折射率較低的晶體，干涉圖中無干涉色色圈，在黑十字所分割的四個(gè)象限內(nèi)僅出現(xiàn)一級干涉色（圖4-46）。

轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)，黑十字從中心分裂，形成兩個(gè)彎曲的黑臂，當(dāng)光軸面方向與上、下偏光鏡振動(dòng)方向成45°角時(shí)，兩個(gè)黑臂頂點(diǎn)間的距離最遠(yuǎn)（圖4-45b），二彎曲黑臂頂點(diǎn)為兩個(gè)光軸的出露點(diǎn)，它們之間的距離與光軸角2V成正比，彎曲黑臂頂點(diǎn)凸向Bxa出露點(diǎn)。

繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)，彎曲黑臂頂點(diǎn)逐漸向視域中心移動(dòng)，至90°時(shí)，又合成黑十字，但粗細(xì)黑臂的位置已更換（圖4-45c）。轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)時(shí)，干涉色色圈隨光軸出露點(diǎn)移動(dòng)，其形狀不變化。②成因：

根據(jù)拜－弗定律（光沿任意方向射入二軸晶晶體，垂直此入射光的光率體切面的橢圓半徑必定是入射光與兩個(gè)光軸所構(gòu)成的二平面夾角的兩個(gè)平分面與切片的交線；也就是說，在二軸晶切片上任一點(diǎn)的光率體軸，必定是此點(diǎn)與二光軸出露點(diǎn)連線夾角的分角線）（圖4-47）：二軸晶垂直Bxa切面上光率體橢圓半徑的分布如圖4-48所示，從圖中可以看出，光軸面與上、下偏光鏡振動(dòng)方向之一平行時(shí)，在光軸面及Nm方向上，其光率體橢圓半徑與上、下偏光鏡振動(dòng)方向平行或近于平行，故應(yīng)消光而成黑十字。

在Nm方向上，光率體橢圓半徑的分布與AA、PP方向平行的范圍較寬，因此黑臂粗；在光軸面方向上光率體體橢圓半徑與AA、PP方向平行的范圍窄，光軸出露點(diǎn)最窄，故黑臂細(xì)（圖4-49a）。旋轉(zhuǎn)物臺(tái)，中心部分光率體橢圓半徑方向首先與AA、PP斜交而變亮，黑十字從中心分裂，當(dāng)光軸面與AA、PP成45°夾角時(shí)，只有彎曲范圍的光率體橢圓半徑與AA、PP平行，故此范圍成彎曲黑臂（圖4-49b）。

在其它部分的光率體橢圓半徑均與AA、PP斜交，因此出現(xiàn)干涉色。在光軸出露點(diǎn)處的雙折射率等于零，光程差為零，以兩光軸出露點(diǎn)為中心，向四周光程差逐漸增大，但在光軸兩邊，光程差的增加速度是不相等的（圖2-66），由光軸向Bxo方向傾斜的入射光線，其雙折射率與光線通過薄片的距離都是逐漸增加，其光程差增加較快。

由光軸向Bxa方向傾斜的入射光線，雖然雙折射率逐漸增加，但光線通過薄片的距離逐漸減少，其光程差增加較慢，而且到Bxa出露點(diǎn)達(dá)最大值。所以在光軸出露點(diǎn)周圍，光程差相同的干涉色色圈，在向Bxa的方向上，離光軸出露點(diǎn)較遠(yuǎn)，在向Bxo方向上，離光軸出露點(diǎn)較近。③光性正負(fù)的測定：

測定二軸晶的光性正負(fù)，實(shí)際上就是測定Bxa是Ng還是Np。

由圖4-50和圖4-51可知，在光軸面與上、下偏光鏡振動(dòng)方向成45°夾角的干涉圖中，與光軸面跡線一致的光率體橢圓半徑的名稱，在二光軸出露點(diǎn)內(nèi)外恰恰相反，但無論光性正負(fù)，黑臂總是凸向銳角等分線區(qū)，凹向鈍角等分線區(qū)，同時(shí)無論銳角區(qū)還是鈍角區(qū)，垂直光軸面跡線的方向總是Nm。

加入適當(dāng)?shù)脑嚢?，根?jù)銳角區(qū)或鈍角區(qū)干涉色級序的變化便能確定光性正負(fù)。例如，加入石膏試板，彎曲黑臂變?yōu)榧t臂。如果銳角區(qū)干涉色由灰變藍(lán)（圖4-53a），干涉色升高，說明Nm方向與試板的慢光平行，垂直Nm振動(dòng)的應(yīng)為快光Np，則銳角等分線就是Ng，因此是二軸晶正光性。

如果銳角區(qū)干涉色由灰變黃（圖4-53b），干涉色降低，說明Nm方向?yàn)榭旃?，與之垂直振動(dòng)的應(yīng)為慢光Ng，則銳角等分線為Np，因此是負(fù)光性。鈍角區(qū)與銳角區(qū)干涉色的升降情況正相反，分析鈍角區(qū)干涉色的變化情況亦能得出與上述相同的結(jié)論。

圖4-52表示干涉色色圈多的干涉圖，加入云母或石英楔試板后，彎曲黑臂變?yōu)榛野咨?，若銳角區(qū)干涉色色圈向內(nèi)移動(dòng)（圖4-52b），干涉色升高，同名軸平行，說明Nm為慢光，與之垂直的方向?yàn)榭旃釴p

，所以Bxa=Ng。

同時(shí)，鈍角區(qū)干涉色色圈向外移動(dòng)，干涉色下降，異名軸平行，說明Nm為快光，與之垂直方向?yàn)槁釴g，所以Bxo=Np

，為正光性晶體。同理，圖4-52a，試板的方位未變，但干涉色升降變化與圖4-52b相反，證明Bxa=Np

，Bxo=Ng，為負(fù)光性晶體。

2.垂直一個(gè)光軸（⊥OA）切面的干涉圖①形象特點(diǎn)：二軸晶垂直一個(gè)光軸切面干涉圖，在形象上相當(dāng)于垂直Bxa切面干涉圖的一半，其光軸出露點(diǎn)在視域中心，當(dāng)光軸面與上、下偏光鏡振動(dòng)方向之一平行時(shí)，出現(xiàn)一個(gè)直的黑臂（圖4-55a）及卵形干涉色色圈（雙折射率大時(shí)）。

轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)，黑臂彎曲，當(dāng)光軸面與AA、PP成45°角時(shí)，黑臂彎曲度最大（圖4-55b），彎曲黑臂凸向Bxa的出露點(diǎn)。繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)，彎曲黑臂逐漸變直，至90°時(shí)又成為一個(gè)直的黑臂，但方向已改變（圖4-55c）。再繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)，黑臂再度彎曲，至135°時(shí)彎曲度最大，但凸出方向已改變（圖4-55d）。②成因：

因?yàn)榇怪币粋€(gè)光軸切面的干涉圖是垂直Bxa干涉圖的一部分，所以成因亦與垂直Bxa干涉圖相同。③光性正負(fù)的測定：測定光性時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)，使光軸面與AA、PP方向成45°角，根據(jù)彎曲黑臂頂點(diǎn)凸向Bxa，找出Bxa出露點(diǎn)及另一彎曲黑臂在視域外的位置，即可按照垂直Bxa切面測光性正負(fù)的方法進(jìn)行測定（圖4-56）。估計(jì)光軸角的大小使光軸面方向與上、下偏光鏡振動(dòng)方向成45°時(shí)，黑臂彎曲程度與光軸角大小成反比，見圖4-57。當(dāng)2V=90°時(shí)，黑臂成直帶；當(dāng)2V=0°時(shí)（相當(dāng)于一軸晶的情況），黑臂彎曲成90°；2V介于0°與90°之間時(shí)，黑臂彎曲度介于90°與直帶之間。用這種方法可估計(jì)光軸角的大小，但不太精確。

3.斜交光軸切面的干涉圖二軸晶斜交光軸切面的干涉圖是二軸晶晶體薄片中最常見一種干涉圖。不垂直Bxa，也不垂直光軸的切面，若斜交角度不太大，其干涉圖與前兩者頗類似，僅在視域中稍有偏斜。

除這種形象外，斜交光軸切面的干涉圖還可分為以下兩種類型：一種是垂直光軸面斜交光軸切面的干涉圖（圖4-58），當(dāng)光軸面跡線與AA、PP之一平行時(shí)，黑臂為一個(gè)直臂，通過視域中且平分視域?yàn)閮砂耄▓D4-58a、c、e、g）。

轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)，黑臂彎曲，當(dāng)光軸面跡線與AA、PP成45°角時(shí)，彎曲黑臂頂點(diǎn)不在視域中心，如果入射光與光軸的傾角不大，彎曲黑臂頂點(diǎn)仍位于視域之內(nèi)（圖4-58b、d），如果與光軸的傾角較大，彎曲黑臂頂點(diǎn)就不在視域之內(nèi)（圖4-58f、h）。

另一種是與光軸面及光軸都斜交的切面（圖4-59）。當(dāng)光軸面跡線與AA、PP之一平行時(shí)，直的黑臂不通過視域中心，而是偏在視域的一邊（圖4-59a、c）。轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)，黑臂彎曲，當(dāng)光軸面與AA、PP成45°角時(shí)，黑臂頂點(diǎn)不在視域中心，如果與光軸的傾角不大，黑臂仍在視域內(nèi)（圖4-59b、d）。

無論何種斜交光軸的干涉圖，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)時(shí)，黑臂總要彎曲，而且總是凸向銳角區(qū)，凹向鈍角區(qū)。所以轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)，至黑臂彎曲到最大程度（相當(dāng)于光軸面跡線處于45°位置）后，確定銳角區(qū)與鈍角區(qū)的位置，選擇適當(dāng)?shù)脑嚢?，根?jù)銳角或鈍角區(qū)干涉色升降的情況，用前述相同的原則加以分析，便可確定晶體的光性正負(fù)。4.垂直鈍角平分線（⊥Bxo）切面的干涉圖①形象特點(diǎn)：

當(dāng)光軸面與上、下偏光鏡振動(dòng)方向AA、PP之一平行時(shí)，干涉圖為一個(gè)較粗大模糊的黑十字（圖2-78a），黑十字四個(gè)象限僅出現(xiàn)一級灰干涉色，如果雙折射率很高時(shí)，可出現(xiàn)較稀疏的干涉色色圈。

如果把視域想像地?cái)U(kuò)大，則其干涉圖形象與垂直Bxa切面干涉圖相似，所不同的是兩個(gè)光軸出露點(diǎn)之間的距離較遠(yuǎn)，我們在視域中所看到的只是干涉圖的中央部分，所以黑十字顯得粗大而模糊，干涉色色圈也不明顯。

轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)，黑十字迅速分裂成雙曲黑臂，并沿光軸面方向逸出視域，一般為10°～35°。當(dāng)光軸面與AA、PP成45°夾角時(shí)，彎曲黑臂的兩個(gè)頂點(diǎn)之間的距離最遠(yuǎn)，并都位于視域之外。繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)，彎曲黑臂逐漸靠近，至90°時(shí)，又出現(xiàn)一個(gè)粗大模糊的黑十字，再轉(zhuǎn)動(dòng)，又分裂。②成因：

其成因可用垂直Bxo切片上光率體橢圓半徑分布圖（圖2-79）解釋。當(dāng)光軸面與AA、PP之一平行時(shí)，比較多的光率體橢圓半徑與AA、PP平行或近于平行，故構(gòu)成粗大的黑十字。稍轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)，大多數(shù)光率體橢圓半徑與AA、PP斜交，而且是中心部分首先斜交，故黑十字分裂。

當(dāng)晶體2V很大時(shí)，兩個(gè)光軸間的鈍角與銳角大小相近，這時(shí)垂直Bxo切面的干涉圖與垂直Bxa切面的干涉圖往往不易區(qū)別。當(dāng)晶體的2V很小時(shí)，兩個(gè)光軸間的鈍角很大，在垂直Bxo切面的干涉圖上兩個(gè)光軸出露點(diǎn)之間的距離很大，轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)，黑十字分裂退出視域的速度更快，此時(shí)，垂直Bxo切面干涉圖又與平行光軸切面的干涉圖相似。③光性正負(fù)的測定：

轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)，根據(jù)黑臂退出視域的規(guī)律判別出光軸面方位，當(dāng)光軸面與AA、PP成45°夾角時(shí)，視域最明亮，視域中心為Bxo出露點(diǎn)，垂直光軸面跡線的方向?yàn)镹m（圖2-78c）。插入適當(dāng)試板，根據(jù)干涉色升降變化情況，確定Bxo是Ng或Np，定光性符號(hào)。5.平行光軸面切面的干涉圖①形象特點(diǎn)：

干涉圖與一軸晶平行光軸切面的干涉圖相似（圖4-60a），當(dāng)Bxa，Bxo方向分別與AA、PP平行時(shí)，為粗大模糊的黑十字，幾乎占據(jù)整個(gè)視域。轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)，黑十字分裂并迅速沿銳角等分線的方向退出視域（一般在10°以內(nèi)），故亦稱瞬變干涉圖或閃圖。

當(dāng)Bxa，Bxo方向與AA、PP成45°角時(shí)，視域最亮；如果晶體的雙折射率較大時(shí)，可出現(xiàn)干涉色色帶，在Bxa方向的兩個(gè)象限中，干涉色較低，在Bxo方向的兩個(gè)象限中，干涉色稍高（圖4-60b）。

②成因：二軸晶平行光軸切面干涉圖的成因可用平行光軸面切面上光率體橢圓半徑分布圖（2-81）解釋。當(dāng)Bxa、Bxo分別與AA、PP平行時(shí)，幾乎所有的光率體橢圓半徑都與AA、PP平行或近于平行，故消光或近于消光而形成粗大的黑十字。

稍轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)，幾乎所有的光率體橢圓半徑都與AA、PP斜交，且中央首先斜交，故黑十字從中心分裂并迅速退出視域，整個(gè)視域明亮。③干涉圖的應(yīng)用：

這種切面的干涉圖，只能確定切面方向，一般不用以測定光性符號(hào)，但當(dāng)軸性已知，亦可測定光性符號(hào)。當(dāng)視域最亮?xí)r，根據(jù)干涉色級序較低二象限連線方向?yàn)锽xa方向，找出Bxa方位后，插入試板，根據(jù)干涉色升降變化情況，確定Bxa是Ng還是Np之后，即確定了光性符號(hào)。四.光軸角的測定光軸角是二軸晶晶體一個(gè)重要參數(shù)，也是鑒定或區(qū)分某些晶體的重要特征。有以下兩種確定方法。

1.實(shí)測法：

實(shí)測法是利用垂直銳角等分線干涉圖。當(dāng)光軸面與AA、PP成45°夾角時(shí)，二彎曲黑臂頂點(diǎn)間的距離與光軸角大小成正比（見圖4-54）。光軸出露點(diǎn)間距2D（可量出）與晶體視光軸角2E之間的關(guān)系為D=K?SinE，式中，K為一常數(shù)，其值與顯微鏡透鏡系統(tǒng)有關(guān)。

又根據(jù)折射定律，沿光軸入射的光，視光軸角2E與真光軸角2V的關(guān)系為：或因此

如果在薄片與物鏡之間，用浸油（折射率為N）代替空氣，則當(dāng)所用浸油的N接近晶體的Nm，所測得的E接近V。

文石的Nm=1.682，2V=18°，白云母Nm=1.582，2V=32°，由此可求出顯微鏡一定透鏡系統(tǒng)下的K值。

2.目估法：目估法是利用垂直一個(gè)光軸的干涉圖，使光軸面方向與AA、PP成45°角時(shí)，黑臂的彎曲程度與光軸角大小成反比（圖4-57）。此法簡便，但不很準(zhǔn)確，因忽略了介質(zhì)的N和晶體的Nm之影響?！?-5折射率的測定－－油浸法

一.油浸法原理

油浸法是將礦物碎屑浸沒在已知折射率的介質(zhì)中，比較二者的折射率值，通過不斷更換不同折射率介質(zhì)，以測定礦物的折射率值。常用的浸沒介質(zhì)為液體，稱為浸油。對于少數(shù)折射率特別高的礦物，液體浸油達(dá)不到要求，需用固體介質(zhì)，測定時(shí)將固體介質(zhì)熔融而與礦物碎屑粘合后，比較二者的折射率值。

油浸法常用的有兩種：

1.直照法：

此方法是通過觀察透明礦物與浸油交界處貝克線的移動(dòng)規(guī)律來判斷透明礦物的折射率值。提升鏡筒，若貝克線向礦物移動(dòng)，說明礦物的折射率大于浸油，反之，浸油的折射率大于礦物。

如果用單色光觀察，當(dāng)?shù)V物的邊緣與貝克線消失時(shí)，說明礦物的折射率與浸油的折射率相等或近于相等。如果用白光觀察，當(dāng)?shù)V物與浸油的折射率接近相等時(shí)，在礦物碎屑邊緣看到色散現(xiàn)象。其特點(diǎn)是在礦物邊緣鑲有兩條顏色條帶，靠近礦物一側(cè)為橙黃色，靠近浸油一側(cè)呈淡藍(lán)色。

稍微提升鏡筒，橙黃色條帶移向礦物，淡藍(lán)色條帶移向浸油，它們移動(dòng)的速度取決于礦物與浸油折射率的大小，快者折射率大，慢者折射率??；兩者移速相等時(shí)，則礦物與浸油的折射率相等。

2.斜照法：

斜照法是采用一塊擋板將射入視域中的光擋去一半，然后比較礦物與浸油的折射率。當(dāng)?shù)V物折射率大于浸油時(shí)，礦物使透過的光線集中，反之則使透過的光線分散（圖4-65），擋板（可借用試板）推入后，擋去部分光線，結(jié)果使礦物顆粒一邊暗，一邊亮。

由于顯微鏡中看到的是倒象，使亮邊和暗邊的位置與實(shí)際位置相反。從圖4-65中可看出，若發(fā)現(xiàn)視域暗邊與擋板處于同側(cè)，說明礦物的折射率大于浸油，若暗邊與擋板處于異側(cè)，說明浸油折射率大于礦物。二.折射率測定的具體步驟

在進(jìn)行礦物折射率的測定以前，先要制備油浸薄片，其方法是用鑷子取直徑為0.05mm礦物碎屑少許均勻撒在載玻片上，沿蓋片邊緣滴入已知折射率的浸油充滿二玻片之間即成油浸薄片。

用浸油與礦物折射率進(jìn)行比較時(shí)，首先要確定礦物是均質(zhì)體還是非均質(zhì)體，一軸晶還是二軸晶，光性是正還是負(fù)，在這些光學(xué)性質(zhì)確定后才能更好地選擇測定方法。

1.均質(zhì)體礦物折射率的測定方法

均質(zhì)體礦物僅有一個(gè)折射率，在單偏光鏡下，根據(jù)礦物在浸油中的突起、貝克線及色散效應(yīng)情況比較礦物與浸油折射率的相對大小，通過不斷更換浸油，直到浸油與礦物折射率相等，或礦物折射率介于成套浸油相鄰兩瓶浸油之間為止。

如果第一種浸油折射率1.572（小于礦物），第二種浸油折射率1.576（大于礦物），則所測礦物的折射率為：如果相鄰浸油折射率間隔為0.003，則其誤差可能在0.0015以內(nèi)。

2.一軸晶礦物主折射率的測定

在油浸薄片中選擇干涉色最高的顆粒，在錐光鏡下為瞬變干涉圖。在光性已知的情況下，則可在正交偏光鏡下確定Ne和N0的方向。分別是Ne、N0平行PP，推出上偏光鏡，用與上面類似的方法測Ne、N0值的大小。

3.二軸晶礦物主折射率的測定

一般只測Nm，有必要時(shí)也可測Ng、Np。垂直一個(gè)光軸切面的任何方向上都可測得Nm。如果找不到垂直光軸的粉末顆粒，可以用垂直光軸面斜交光軸切面代替。在垂直Bxa或垂直Bxo的切面上亦可測定Nm值。

測定時(shí)，必須先確定Nm的方向，并使Nm平行PP，再在單偏光鏡下用上述方法測定。測