正交鏡間晶體光學性質

第四章正交鏡間的晶體光學性質1可編輯版主要內容一、正交偏光鏡的裝置及光學特點二、正交偏光鏡間礦片的消光現(xiàn)象及消光位三、正交偏光鏡間礦片的干涉現(xiàn)象四、干涉色及干涉色色譜表五、補色法則及補色器六、正交偏光鏡間主要光學性質的觀察與測定方法2可編輯版一、裝置及光學特點1、裝置所謂正交偏光鏡，就是除用下偏光鏡之外，再推入上偏光鏡，而且使上、下偏光鏡的振動方向互相垂直。3可編輯版2、光學特點在正交鏡間不放礦片時，視域完全黑暗。因為PP垂直AA，平行PP振動的偏光被吸收而不能透過上偏光鏡。如果在正交鏡間載物臺上放置礦片時，因礦物性質及切面方向不同，而顯示不同光學現(xiàn)象。4可編輯版二、正交鏡間礦片的消光現(xiàn)象及消光位消光現(xiàn)象：指礦片在正交偏光鏡間變黑暗的現(xiàn)象。1、全消光

在載物臺上放置均質體或非均質體垂直光軸的礦片，不發(fā)生雙折射，轉動物臺360°，礦片的消光現(xiàn)象不改變，故稱全消光。

5可編輯版2、四次消光若在物臺上放置非均質體除垂直光軸以外的其他方向礦片，這類礦片光率體切面為橢圓切面。當橢圓半徑分別平行AA、PP時，則出現(xiàn)礦片消光，轉動360°，有四次消光。6可編輯版3、消光位非均質體除垂直光軸以外的其他方向切面，在正交偏光鏡間處于消光時的位置，稱消光位。當?shù)V片處在消光位時，其光率體橢圓半徑必定與AA、PP平行。由于上、下偏光鏡振動方向是已知的，常以目鏡十字絲方向代表，所以可確定此類晶體切片上光率體橢圓半徑的方向。7可編輯版色散影響某些單斜或三斜晶系礦物，光率體色散較強，礦片上紫光光率體橢圓半徑與紅光的方位不同，所以紫光與紅光的消光位不一致。此類礦片在正交鏡間，用白光照射時，轉動載物臺時，不出現(xiàn)全黑位置。當紫光光率體橢圓半徑與上、下偏光振動方向平行時，紫光消光而呈現(xiàn)暗褐紅色；當?shù)V片上紅光消光時而呈現(xiàn)暗藍紫色。8可編輯版三、礦片的干涉現(xiàn)象

下偏光透過礦片時，分解成K1、K2兩種偏光，Nk1>Nk2，所以Vk1<Vk2，K1、K2在通過礦片時必然產(chǎn)生光程差R。當K1、K2透過礦片后，二者在空氣中速度相等，所以在它們到達上偏光鏡之前，R保持不變。當K1、K2到達上偏光鏡后，再次發(fā)生雙折射。K1分解為K1′和K1″K2分解為K2′和K2″其中K1″和K2″振動方向與AA垂直，不能透出上偏光鏡，可以不考慮。而K1′和K2′平行AA，可以透出上偏光鏡。

1、當非均質體除垂直光軸以外的其他方向切面上光率體橢圓半徑與AA、PP斜交時，礦片不消光，將發(fā)生干涉作用。9可編輯版10可編輯版K1′、K2′兩種偏光特點如下：⑴由同一束偏光經(jīng)兩次分解而成，其頻率相同；⑵有固定光程差R(由K1、K2繼承的光程差)；⑶在同一平面內振動(平行AA)。

K1′、K2′兩種偏光具備了光波發(fā)生干涉作用的條件，必定發(fā)生干涉作用。11可編輯版干涉作用結果取決于光程差R如果光源為單色光，則：當R=2nλ/2時，K1′、K2′振動方向相反，振幅相等，二者抵消變暗；當R=(2n+1)λ/2時，K1′、K2′振動方向相同，二者疊加，亮度增加一倍(最亮)；當R介于2nλ/2和(2n+1)λ/2之間時，干涉結果是：亮度介于黑暗和最亮之間。12可編輯版13可編輯版14可編輯版2、影響干涉的因素(1)、干涉結果主要取決于光程差。K1、K2通過礦片的光程分別為：

R1=d·NK1，R2=d·NK2（d為礦片的厚度）光程差R=d·NK1－d·NK2=d·（NK1－NK2）=d·△N因此，R與礦片厚度和雙折率均呈正比關系。而雙折率大小又與礦物性質和切面方向有關，所以，影響光程差大小的因素有：A、礦物性質；B、礦物切面方向；C、礦片厚度15可編輯版(2)、干涉的明亮程度還與K1′、K2′振幅大小有關，振幅越大亮度越強。K1′、K2′的振幅大小取決于礦片上光率體橢圓半徑與AA、PP之間的夾角。

當K1、K2和AA、PP成45°夾角時，K1′、K2′振幅最大，礦片最明亮，這時的礦片位置稱45°位置。16可編輯版在偏光矢量分解圖中，OF代表K1′、K2′的振幅。

OF＝OB×cosα×sinα

當α＝45°時，OF為最大值，即K1′、K2′的振幅最大，礦片最亮。17可編輯版四、干涉色和干涉色譜表1、干涉色及其成因沿石英平行Z軸方向，由薄至厚磨成楔形，稱為石英楔。石英的最大雙折率Ne－No＝0.009，是一常數(shù)。隨著石英楔的厚度由薄到厚逐漸增加，光程差也增加。18可編輯版⑴如果光源為單色光時，在正交鏡間45°位置插入石英楔，視域內將逐漸出現(xiàn)明暗相間的干涉條帶。19可編輯版

明暗條帶間距取決于單色光的波長。紅光的波長最長，其明暗條帶間距也最大，紫光的干涉條帶間距則最小。20可編輯版⑵若光源為白光時，除R＝0外，任何一光程差都不可能同時等于各個單色光半波長的偶數(shù)倍，所以不可能使七種單色光同時抵消而出現(xiàn)黑帶。某一定光程差，只可能相當或接近于部分單色光半波長的偶數(shù)倍，使該部分單色光抵消或減弱；同時該光程差又可能相當或接近于另一部分單色光半波長的奇數(shù)倍，使另一部分單色光不同程度加強。不同程度加強的單色光混合，構成與該光程差相應的混合顏色，它是白光通過正交鏡間礦片后，經(jīng)過干涉作用形成的，故稱為干涉色。干涉色不是礦物本身的顏色，與單偏光鏡下礦片顯示的顏色不同。21可編輯版橄欖石（單偏光）石英（單偏光）橄欖石（正交）石英（正交）22可編輯版第一級序：R約為0～550nm。主要干涉色依次為暗灰、灰白、黃、橙、和紫紅色。特征是具有暗灰、灰白色而無藍、綠色。第二級序：R為550～1100nm。主要干涉色依次為藍、綠、黃橙、紫紅色。特征是色調濃而純，比較鮮艷，干涉色條帶間的界線較清楚。第三級序：R為1100～1650nm。依次出現(xiàn)的干涉色為藍、綠、黃、橙、紅色，干涉色順序與第二級序一致，但色調較第二級序淺，界線也不如第二級序清楚。

以上三個級序干涉色之末，均為紫紅或紅色，它對光程差增減反應靈敏，稱靈視色。2、干涉色級序及各級序的特征23可編輯版更高級序：R＞2200nm，干涉色更淺、不純，界線模糊不清。

當R很大時，幾乎接近所有各色光半波長的偶數(shù)倍，同時又接近于奇數(shù)倍。各色光都有不等量的出現(xiàn)，相互混雜，形成一種與珍珠表面相似的亮白色，稱高級白色。

與一級灰白的區(qū)別是加入試板后，高級白干涉色基本不變化。由于礦片厚度一般在0.03mm左右，所以若出現(xiàn)高級白，則表明該礦物的雙折率很大。第四級序：R為1650～2200nm。依次為淺綠、粉紅、淺橙色，顏色較淡，以淺綠為主，界線模糊。24可編輯版礦物性質切面方向光程差雙折率礦片厚度⑴平行光軸或Ap的切面，雙折率最大，呈現(xiàn)的干涉色最高；⑵垂直光軸切面的雙折率為0，呈現(xiàn)全消光；⑶其它方向切面的雙折率遞變于0和最大之間，干涉色級序變化于全黑和最高干涉色之間。決定干涉色級序的因素：25可編輯版根據(jù)光程差公式作成3、干涉色色譜表干涉色色譜表是表示干涉色級序、雙折率及礦片厚度之間關系的圖表。26可編輯版在各光程差的位置上，填上相應的干涉色，即構成干涉色色譜表27可編輯版在R、d、△N三者之間，只要知道其中任意兩個數(shù)據(jù)，應用色譜表既可求出第三個數(shù)據(jù)。例：石英的最大雙折率為0.009，在正交鏡間，的最高干涉色為一級黃（R約為350nm），根據(jù)色譜表求礦片厚度。例：白云母最高干涉色為二級紅（R約1100nm），礦片厚度0.03mm，在表上求最大雙折率。28可編輯版成因：雙折率色散

在討論干涉色成因時，是以同一礦物對不同單色光的雙折率相等，光程差相同為基礎的。但是實際上，同一礦物對不同波長的單色光的雙折率不完全相等，從而可能引起干涉色的變異。4、異常干涉色有些礦物呈現(xiàn)不同于色譜表上的反常干涉色，稱為異常干涉色。29可編輯版例：若礦物對紫光的雙折率明顯大于紅光的雙折率時，呈現(xiàn)“柏林藍”異常干涉色（綠泥石、黝簾石）；相反，則呈現(xiàn)“銹褐色”異常干涉色（符山石和綠泥石）。紫光＞紅光紫光＜紅光雙折率：大多數(shù)礦物的雙折率色散很小，不足以引起干涉色的變異。但有少數(shù)礦物的雙折率色散較大，不同波長單色光的光程差相差較大，可能會出現(xiàn)異常干涉色。30可編輯版另外有些礦物的顏色較濃，如黑云母等，其干涉色常易受本身顏色的干擾或掩蓋，不易看清它們應有的干涉色。有極少數(shù)礦物，對某一單色光的雙折率為零，而對其余各單色光的雙折率不等，則形成與該單色光互補的異常干涉色（如黃長石，對黃光的雙折率為0，呈現(xiàn)藍色的異常干涉色）。31可編輯版5、平行偏光鏡間的干涉色平行偏光鏡，即使上、下偏光鏡的振動方向互相平行。⑴平行偏光鏡間，載物臺上不放置礦片時，視域明亮。⑵當在載物臺上放置均質體或非均質體垂直光軸的礦片時，視域明亮。⑶當載物臺上放置非均質體除垂直光軸以外的其它方向切片時，如果橢圓半徑之一與上、下偏光振動方向平行時，視域明亮；如果光率體橢圓半徑與AA、PP斜交時，也將發(fā)生干涉作用。干涉結果與正交鏡間相反。32可編輯版若用單色光照射：⑴當R＝2nλ/2時，透過上偏光鏡的兩偏光振動方向相同，振幅相等，二者疊加，亮度增加一倍(最亮)；⑵當R=(2n+1)λ/2時，透過上偏光鏡的兩偏光振動方向相反，振幅相等，二者抵消變暗。33可編輯版薄片鑒定中，平行偏光鏡間的觀察較少。一般可用于區(qū)分一級灰白與高級白干涉色。正交鏡間的一級灰在平行偏光鏡間則變?yōu)榘党燃t色，而高級白仍為白色。如果用白光照射時，在一定光程差時出現(xiàn)的干涉色是正交鏡間所呈現(xiàn)干涉色的互補色。

例如R為550nm時，在正交鏡間呈現(xiàn)一級紫紅干涉色，而在平行偏光鏡間則呈現(xiàn)黃綠色干涉色。34可編輯版五、補色法則及補色器1、補色法則定義：兩個非均質體除垂直光軸以外的任意方向切面，在正交偏光鏡間45°位置重疊時，光波通過這兩個礦片后，總光程差的增減法則。總光程差的增減表現(xiàn)為干涉色級序的升降變化。35可編輯版設有兩個礦片，一個礦片的光率體橢圓切面長短半徑為Ng1和Np1，光波通過它產(chǎn)生的光程差為R1；另一個礦片為Ng2和Np2，光程差為R2。將兩礦片在45°位置重疊時：⑴如果兩礦片的同名半徑平行時，即Ng1∥Ng2

、Np1∥Np2，則光波通過兩礦片后，總光程差R＝R1＋R2，表現(xiàn)為干涉色級序升高（比兩個礦片各自原來的干涉色級序都高）。36可編輯版⑵異名半徑平行時，即Ng1∥Np2、Ng2∥Np1，則光波通過兩礦片后產(chǎn)生的總光程差R＝∣R1－R2∣，R必定小于原來光程差較大的礦片，但不一定小于原來光程差較小的礦片。具體表現(xiàn)為干涉色級序降低（比原來干涉色級序高的礦片降低，不一定比原來干涉色級序低的礦片降低）。若R1＝R2，則R＝0，此時礦片消色而變黑暗。

37可編輯版補色法則的應用：

在兩個晶體切片中，如果有一礦片的光率體橢圓半徑名稱及光程差為已知，當它們在正交鏡間45°位置重疊時，觀察干涉色級序的升降變化，根據(jù)補色法則可以確定另一個礦片的光率體橢圓半徑名稱及光程差。

已知光率體橢圓半徑名稱和光程差的礦片，稱為補色器。

38可編輯版2、幾種常用的補色器⑴石膏試板（標記為λ或IR）

R約為550nm。在正交鏡間45°位置時呈現(xiàn)一級紫紅干涉色。試板（平行NgNp方向切下一塊晶體薄片，磨光后嵌在長方形的金屬板圓孔內）上標明了Ng和Np的方向，Np與金屬板長邊平行，Ng與短邊平行。在礦片上加入石膏試板后，可使礦片的干涉色升高或降低一個級序。39可編輯版干涉色升高或降低一定要以石膏試板的一級紫紅為標準。

例如，當?shù)V片干涉色為一級灰（R約150nm），加入石膏試板以后，同名半徑平行，總R為700nm，礦片干涉色升高為二級藍綠；異名半徑平行時總R為400nm，干涉色級序降低，礦片干涉色由一級灰變?yōu)橐患夵S。40可編輯版適用范圍：石膏試板適用于干涉色為二級黃以下的礦片。原因：如果礦片干涉色為二級黃，加入石膏試板后，同名半徑平行時，干涉色級序升為三級黃，異名半徑平行時，則降為一級黃，由于一級黃與三級黃不易區(qū)別，難于確定干涉色級序的升降，也就不能確定礦片光率體的軸名。礦片干涉色級序越高，石膏試板的效果就越低。41可編輯版⑵云母試板（標記為λ/4）

R約為147nm，在正交鏡間45°位置時呈現(xiàn)一級灰白干涉色，其上也標明了Ng和Np的方向。在礦片上加入云母試板后，可使礦片的干涉色級序按色譜表上的順序升降一個色序。例如，某礦片干涉色為一級紫紅，加入云母試板后，同名半徑平行則升高為二級藍，異名半徑平行則降為一級橙黃。42可編輯版適用范圍：云母試板比較適用于干涉色較高的礦片（一、二、三級）。但當?shù)V片干涉色相當高時，加入云母試板，高級干涉色只是少許改變光程差，干涉色幾乎沒有顯著的變化，這種情況下，云母試板的作用不大。判斷干涉色升降標準：當使用云母試板時，云母試板的光程差一般都是小于礦片的光程差，因此干涉色升高或降低是對礦片的干涉色而言的。43可編輯版⑶石英楔

R約為0～1680nm，在正交鏡間45°位置，由薄到厚推入石英楔時，能依次產(chǎn)生一至三級的干涉色。在礦片上推入石英楔時，若同名半徑平行，使礦片干涉色逐漸升高；異名半徑平行時，使礦片的干涉色逐漸降低；當推到總R為0時，礦片消色而出現(xiàn)黑暗，由此可測出礦片的干涉色級序。44可編輯版六、正交鏡間主要光學性質的觀察測定1、非均質體礦片上光率體橢圓半徑方向及名稱的測定⑴將待測礦片置于視域中心，旋轉載物臺至消光位，此時礦片上光率體橢圓半徑方向必定與AA、PP平行。⑵旋轉載物臺45°，礦片干涉色最亮。45可編輯版測出的光率體橢圓切面的半徑名稱，決定于它們的切面方向。若切面為主軸面，則其半徑名稱為光學主軸；否則，半徑名稱為：一軸晶是Ne′和No，二軸晶是Ng′和Np′。⑶從試板孔插入合適試板，觀察干涉色級序的升降變化。由于試板上光率體橢圓半徑的名稱及方向是已知的，因此可根據(jù)補色法則確定礦片上光率體橢圓半徑名稱及方向。46可編輯版2、礦片干涉色級序的觀察與測定必須選擇干涉色最高的切面通常采用統(tǒng)計方法，多測定幾個顆粒，取其中的最高干涉色。精確測定時，必須選擇平行光軸或光軸面的切面。⑴目估法

各級干涉色都具有一定的特點，熟悉各級干涉色的特點后，憑經(jīng)驗就可以認識干涉色級序。這種方法最快而又簡單。47可編輯版⑵楔形邊法

薄片中許多碎屑礦物的邊緣成楔形，邊緣薄，向中部逐漸加厚，因而邊緣的干涉色級序較低，向中部逐漸升高而形成細小干涉色圈。若色圈中出現(xiàn)n個紅色圈，則礦片干涉色為（n＋1）級。48可編輯版⑶利用石英楔測定①將選定的礦片置于視域中心，轉動載物臺至消光位。②再轉載物臺45°，礦片干涉色最亮。③從試板孔緩慢推入石英楔，觀察礦片干涉色的變化，可能出現(xiàn)下列兩種情況：A、隨著石英楔的推入，礦片干涉色級序逐漸升高，表明石英楔與礦片上光率體橢圓切面的同名半徑平行，不可能出現(xiàn)消色位，必須轉動載物臺90°，使二者異名半徑平行，再進行測定。49可編輯版B、隨著石英楔的推入，礦片的干涉色級序逐漸降低，說明石英楔與礦片上光率體橢圓切面異名半徑平行。當石英楔推入到與礦片光程差相等時，礦片消色而黑暗。再慢慢抽出石英楔，礦片干涉色又逐漸升高，在抽出石英楔的過程中，注意觀察礦片干涉色的變化，如果其間經(jīng)過n次紅色，則礦片的干涉色為（n＋1）級。⑷高級白干涉色的鑒別方法

將礦片置于視域中心，轉動載物臺使礦片至45°位置，加入石膏試板或云母試板后，礦片干涉色不變。50可編輯版3、雙折率的測定（最大雙折率）根據(jù)光程差公式R=d·△N，測出R及d后，即能確定雙折率值。⑴R的測定方法：測定最高干涉色級序后，在色譜表上求出相應的光程差。由于色譜表上每一種干涉色都占有一定的寬度，所以求出的R誤差在20～40nm。51可編輯版⑵礦片厚度d的測定方法

一般為0.03mm。如果要求精度較高，d可利用已知雙折率的礦物測定，如石英和長石。石英的最大雙折率為0.009，在薄片中選一個平行光軸切面（一級灰白至淺黃），根據(jù)干涉色級序在色譜表上求出R，從而求出d。⑶求出雙折率

根據(jù)所測定的R和d，在干涉色色譜表上查雙折率；或根據(jù)公式R=d·△N計算。52可編輯版4、消光類型及消光角的測定⑴消光類型：是指礦片在消光位時，礦片的解理縫、雙晶縫、晶面跡線等與目鏡十字絲（AA、PP方向）的相互關系。A、平行消光：是指礦片處于消光位時，其解理縫、雙晶縫或晶棱等和目鏡十字絲之一平行，也即礦片上的光率體橢圓半徑之一與解理縫、晶棱或雙晶縫等平行。53可編輯版B、對稱消光：礦片在消光位時，目鏡十字絲是兩組解理縫或兩個晶面跡線夾角的平分線，即礦片上光率體橢圓半徑是兩組解理縫或兩個晶面跡線夾角的平分線。54可編輯版C、斜消光：礦片在消光位時，礦片上的解理縫、雙晶縫或晶面跡線等與目鏡十字絲斜交。

此時，光率體橢圓半徑與解理縫、雙晶縫或晶面跡線之間的夾角稱消光角，也就是目鏡十字絲與解理縫、雙晶縫或晶面跡線之間的夾角。55可編輯版⑵各晶系礦物的消光類型礦片的消光類型取決于礦物的光性方位及切面方向。中級晶族：以平行和對稱消光為主，斜消光切面少見。斜方晶系：大多為平行或對稱消光，也可能為斜消光。單斜晶系：不同切面消光類型不同，大多斜消光，在特殊方位的切面中也有對稱和平行消光。（P61，圖66）三斜晶系：此晶系晶體的絕大多數(shù)切面是斜消光。56可編輯版⑶消光角的測定中級晶族和斜方晶系礦物的斜消光切面不多見，無鑒定意義，一般不測。消光角隨著切片方位不同而變化，所以要取得有鑒定意義的消光角，必須在定向切片中進行。單斜晶系：最大消光角常在光軸面上，往往與（010）面平行，所以測定消光角時，一般選擇具有最高干涉色，且具有一組解理的切面。三斜晶系：一般選擇某些特殊方向切面來測定消光角。如斜長石選擇垂直（010）的切面或選擇同時垂直（010）和（001）的切面來測定消光角。57可編輯版測定的方法和步驟：①根據(jù)上述原則，選擇符合要求的定向切面。②將選定的晶體顆粒置于視域中心，并使其解理縫、雙晶縫或晶面跡線與目鏡十字絲的縱絲平行。記錄載物臺上的刻度數(shù)。58可編輯版③順時針旋轉載物臺使晶體處于消光位，此時礦片上的光率體橢圓半徑與目鏡十字絲一致。再記下載物臺上讀數(shù)，兩次讀數(shù)之差為該晶體切面的消光角。它只代表礦片上光率體橢圓半徑之一與解理縫或雙晶縫等之間的夾角，還需要進一步確定該半徑的名稱。59可編輯版④再順時針旋轉載物臺45°，此時，待測的光率體半徑已轉到一、三象限的45°位置。插入合適的試板，觀察干涉色的升降，根據(jù)補色法則定出此軸的名稱。如果所測切面是平行光軸的主切面，則長短半徑分別為Ng和Np；如果所測半徑不是主軸面，則分別為Ng′和Np′。60可編輯版110⑤根據(jù)解理縫、雙晶縫的性質，確定它們所代表的結晶方向。

例如單斜輝石或單斜角閃石具{110}解理，平行Z晶軸切面上的解理縫方向就代表Z晶軸方向。如果在普通角閃石平行（010）切面（平行光軸面）上，測定的解理縫與光率體橢圓長半徑的夾角為30°，則記錄方式為：Ng∧Z＝30°。

61可編輯版斜長石（三斜晶系）垂直（010）切面上，平行（010）的解理縫、雙晶縫不代表結晶軸的方向，只能代表（010）晶面，因此在垂直（010）切面上，測定的短半徑與雙晶縫之間的夾角為25°時，記錄方式為：Np′∧（010）＝25°。消光角一般是以結晶軸或晶面符號與光率體橢圓半徑之間的夾角表示。62可編輯版5、晶體延性符號的測定延性：晶體在形態(tài)上具有沿某一方向延長的特性。通常此方向與晶體的某一結晶軸平行或近于平行。晶體的延性符號有兩種：⑴當晶體延長方向與光率體橢圓長半徑Ng（Ng′）平行或與其夾角小于45°時，稱為正延性；⑵當晶體的延長方向