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1、第二讲：矿物镜下鉴定基本常识 2004年09月08日,1,矿物镜下鉴定基本常识,光具有粒子和波动双重性质，光既是由光量子组成（称为光线），同时也是一种电磁波。,1.光学基础知识1.1光的概念与本质,2,可见光因波长(肉眼能感知的可见光波是其中波长为390-770nm )的不同而呈现紫、靛、蓝、绿、黄、橙、红等七种颜色，通常所见的白光，是这七种色光按比例组成的混合光。,1.1光的概念与本质,3,根据光波振动特点的不同，可以把光波分为自然光和偏振光。 一切实际的光源，如阳光、烛光、电灯光等，都是自然光。光波在垂直于光线传播方向的平面内做任意方向的振动，其振幅均匀对称。 当光矢量的振动被限制在某个确
2、定的方向上而其余方向的振动完全消除(或部分削弱)时，则称为“偏振光 . 自然光经由某些物质的折射、双折射、反射或吸收后，可以使其光矢量的振动被局限在某个确定方向上，从而使自然光变为偏振光，这种现象称为“光的偏振化。,1.2 自然光与偏光,4,1.2 自然光与偏光,5,1.2 自然光与偏光,6,2.0 矿物晶体中光的传播与折射,依据光传播与折射的特征，自然界的矿物可分为光性均质体与光性非均质体两大类，光性非均质体又可分为一轴晶矿物和二轴晶矿物。,7,2.1 光性均质体与光性非均质体,2.1.1 相关概念 一切未受应力作用的高级晶族的矿物（如萤石、石榴石等）和非晶质矿物（如蛋白石、火山玻璃等），与
3、空气、液体、玻璃、树胶等物质同样，都具有各向同性的特性。这样的矿物质即称为“光性均质体(Optical isotropic substance)”,8,一切中级晶族和低级晶族，以及受过应力应变作用的高级晶族的矿物晶体，它们在光学性质上与其内部结构一样，是各向异性的。这些矿物又称为“光性非均质体”,9,2.1.2 光的传播特点 光性均质体具有各向同性的特点，光在其中传播时，光的速度、折射率、振动特性、波前面形状以及矿物的吸收性、颜色、光泽等都是恒定不变的，与光的传播方向无关。光传播至两种均质体的界时，也有反射与折射发生，且遵循反射定律和折射定律。,10,2.2光在中级晶族和低级晶族矿物中的传播特
4、点,2.2.1 双折射与双折射率,11,2.2.1双折射与双折射率,12,光由空气等介质射入到光性非均质体矿物中传播时（无论是正入射或是斜入射），入射光与折射光的振动特性会发生明显的改变。入射光为各向振动的自然光，折射光将被分解为振动面方向互相垂直的两列平面偏振光；入射光为偏振光，折射光亦常常被分解为振动面方向互相正交的两列平面偏振光（个别特殊情况除外）。并且，两列偏振光的传播速度不同，折射率大小不等。 光性非均质体将入射光分解为速度不等、折射率各异、振动面方向互相正交的两列平面偏振光的现象称为“双折射(Duble refraction)”，两列振动面互相正交的偏振光之折射率的差值称为“双折射
5、率（重折射率）”。,2.2.1双折射与双折射率,13,光在非均质体矿物中的某一个（或两个）特殊方向传播时，不发生双折射，这种特殊的不产生双折射的方向称为非均质体的“光轴（Optical axis）”。中级晶族的矿物晶体具有一个这样的特殊方向，称为“一轴晶（Uniaxial crystal）”；低级晶族的矿物晶体具有两个这样的特殊方向，称为“二轴晶（Biaxial crystal）”。,2.2.2光在非均质中传播特点,14,一轴晶的特点是：自然光将被分解为振动面互相垂直的两列平面偏光，一为常光o，另一为非常光e；常光o的折射率恒定不变，与正入射光方向无关，偏光（矢量）振动方向与光轴正交，遵循折射
6、定律，光线与波法线一致；非常光e的折射率随偏光振动面方向变化而改变，偏光振动面方向与光轴平行，不遵循折射定律，光线与波法线分离；光沿光轴方向正入射不发生双折射，其折射率与常光折射率相等.,2.2.2光在非均质中传播特点,15,二轴晶双折射的情况比一轴晶复杂，主要表现在：有二个方向的光轴，当光沿光轴方向正入射时不发生双折射；光沿其他方向入射时均发生双折射并将入射光分解为振动面互相正交的平面偏光，且均为非常光E1和E2，均不遵循折射定律，光线与波法线分离（特殊方向除外）；,2.2.2光在非均质中传播特点,16,3.0光率体及光性方位,3.1 光率体(或称光性指示体)的概念 它是表示偏光的振动方向与
7、相应振动方向上折射率值之间关系的立体图形。也可以说它是晶体中光的振动方向与相应折射率值之间关系的一种光性指示体。,17,3.2 高级晶轴的光率体 高级晶族和一切非晶质的矿物具有各向同性的特征，光在这些物质中传播时，沿任何方向振动的光波的折射率均相等。所以均质体的光率体是一个圆球体。,18,3.3 一轴晶的光率体,一轴晶包括中级晶族的四方、三方、六方三个晶系的矿物。 当光垂直于这类矿物的c轴（即光轴）正入射时，折射形成的振动面相互垂直的两列偏光，一为常光o，另一为非常光e。常光的折射率为定值记为o，此时非常光的折射率亦为定值,记为e，分别为该矿物折射率的最大值(或最小值)，其它方向的非常光的折射
8、率值递变于这两个数值之间记为e。 一轴晶的光率体为一旋转椭球体，并有正光性和负光性之分。,19,图1-31 一轴晶矿物石英（左）和方解石（右）光率体的构成,3.3 一轴晶的光率体,20,一轴（正）晶光率体三类主要切面及Ne的计算A.光轴的切面;B.光轴的切面;C.斜交光轴的切面;D.过Ne和入射光R的切面上Ne的计算,3.3 一轴晶的光率体,21,3.4 二轴晶光率体,二轴晶包括低级晶族的斜方、单斜及三斜三个晶系的矿物。,22,图1-35 二轴正晶(左)二轴负晶(中)及2V角与主折射率的关系(右),3.4 二轴晶光率体,23,二轴(正)晶(橄榄石)光率体的构成A.正入射光c轴；B.正入射光a轴
9、；C.正入射光b轴；D. 正入射光光轴；E.光率体,3.4 二轴晶光率体,24,实验证明，二轴晶矿物，不论是三斜晶系、单斜晶系还是斜方晶系，光率体均为三轴椭球体。g、m、p的方向分别代表光率体的长轴、中轴和短轴，决定着光率体的形状与大小，其三个方向称为二轴晶矿物的“光学主轴”，简称为主轴，且三者间恒相互垂直正交，与所属晶系无关。三个光学主轴的长度分别为二轴晶折射率的最大值Ng、最小值Np和中间值Nm(平行光轴正入射时的折射率值,必介于Ng和Np之间而不为其平均值，2V90者例外)，同种矿物，此三折射率是唯一值，因此称其为二轴晶的“主折射率”。,3.4 二轴晶光率体,25,3.5光性方位,矿物晶
10、体中，光率体与结晶轴之间的关系称为光性方位,光率体的旋转轴Ne（即光轴OA）与中级晶族晶体的c轴（即高次对称轴、）相重合一致。 二轴晶光率体为三轴椭球体，有三个相互垂直的光学主轴，相当于光率体的二次对称轴。低级晶族的矿物晶体对称程度各不相同，晶体参数各异。,26,斜方晶系光性方位,斜方晶系的对称程度稍好，最高对称型为3L3PC，三个方向的结晶轴a、b、c相互垂直，所以光率体在斜方晶系中的位置是固定的，即光率体三个主轴与晶体三个结晶轴a、b、c分别重合。究竟哪一个主轴与哪一个结晶轴重合，随矿物而异。,3.5光性方位,27,单斜晶系最高对称型为LPC，二次对称轴与结晶轴b一致 。 光率体中仅有一个
11、光学主轴与结晶轴b重合，另外二光学主轴同时与晶体的a轴、c轴共面，且与结晶轴a和结晶轴c角度相交。至于哪一个主轴与b轴重合，另二个主轴与a、c结晶轴斜交的方位和角度，都随矿物而异。可有三种组合类型。,3.5光性方位,28,三斜晶系没有二次对称轴，最高对称型为C,所以光率体对称中心与三斜晶系的对称中心C重合，三个光学主轴与三斜晶系三个结晶轴皆斜交。斜交的方位和角度随矿物而异。,文石(左)和透闪石(右)的光性方位图左:斜方晶系,负光性,Npc,Nma,Ngb;右:单斜晶系,负光性,Npa=20,Nmb,Ngc=10-20,3.5光性方位,29,4.0 偏光显微镜,图2-1 江南XPT-6型偏光显微
12、镜 1.目镜；2.镜筒；3.勃氏镜推动手轮；4.5.勃氏镜及调节手轮；6.上偏光镜；7.补偿器插口；8.物镜定位器；9.物镜座；10.物镜；11.载物台；12.聚光镜；13.拉索透镜；14.光栏；15.下偏光镜；16.涉色片；17.反光镜；18.镜臂；19.微动螺旋；20.粗动螺旋,30,图2-2 莱兹ORTHPLAN POL型偏光显微镜 1.镜座及镜臂；2.上偏光镜；3.照相机接口；4.目镜；5.附加透镜操纵杆；6.补色器插口；7.物镜及转盘；8载物台；9.聚光镜；10.聚光镜调节手轮；11.下偏光镜；12.载物台控制螺旋；13.光源调节透镜；14.视域光圈；15.防尘玻璃及滤色片；16.透
13、射光灯室及调节手轮；17.微动螺旋；18.粗动螺旋,4.0 偏光显微镜,31,5.0 单偏光镜下矿物光学性质的研究,5.1、矿物单体形态与集合体形态(1)、矿物单体的形态,32,(2) 矿物集合体的形态 粒状集合体纤维状集合体鳞片状结合体放射状集合体球粒状集合体文象状集合体鲕状集合体生物形态集合体晶簇状结核状钟乳状被膜状土状等集合体形态,5.0 单偏光镜下矿物光学性质的研究,33,5.2、薄片中矿物解理的研究,薄片中矿物解理的分级A.极完全解理；B.完全解理；C.不完全解理,34,矿物解理的夹角(左)及薄片中解理夹角的测量(右)(据陈芸菁，1986，修改),5.2、薄片中矿物解理的研究,35,
14、5.3、单偏光镜下矿物颜色的研究,（一）薄片中矿物的颜色和多色性,矿物在白光照射下，由反射光所呈现的色彩称为表色，由透射光(含矿物内部的漫射光、内反射光)所呈现的色彩称为体色。 在单偏光镜下，来自下偏光镜的白色偏光照射并透过矿物晶体后在显微镜目镜视域中呈现出色彩，是典型的透射光形成的体色。 晶体在薄片中颜色的深浅明暗程度是由晶体对光吸收的总强度(吸收率)不同引起的，总吸收率愈大，晶体颜色愈深暗，反之颜色愈浅淡。,36,光性非均质体矿物具有明显各向异性的属性，在偏光显微镜下，有色矿物晶体在结晶学的各个方向上对不同波长的色光吸收能力和强度各不相同. 晶体在各个不同的方向上即呈现出不同的颜色，且颜色
15、的深浅明暗亦各不相同，这种颜色随方向而变化的形象称为“多色性（Pleochroism）”; 颜色的深浅明暗程度随方向而变化的现象称为“吸收性（Absorption）。,5.3、单偏光镜下矿物颜色的研究,37,黑电气石平行光轴切面上的多色性,Ne=淡紫色，No=深蓝色。表示为o e,5.3、单偏光镜下矿物颜色的研究,38,普通角闪石平行光轴面(ab)及垂直光轴的切面(c)上的多色性,g=暗绿色，m=绿色，p=浅黄绿色。 吸收性大小的关系为gmp,5.3、单偏光镜下矿物颜色的研究,39,5.4 薄片中矿物的边缘与贝克线,矿物折射率(N)大于树胶(n)时贝克线与假贝克线的成因A.界面MM倾斜，N上n
16、下；B.面MM倾斜，N下n上；C. B.面MM缓倾斜，N下n上；D. 面MM竖直，N右n左；E.反射光与假贝克线。图中1、2、3为入射光及直透光，3为折射光，3为反射光，F1、E2、F3为准焦面，为提升镜筒时贝克线移动方向,40,在偏光显微镜下仔细观察薄片的时候，在折射率不同的两种介质（矿物与树胶或两种折射率不同的矿物）的接触处，会看到一条黑暗界线，此界线称为矿物的“边缘(Edge)”，在边缘附近还可以见到一条较为明亮的细线，此亮线称为“贝克线(Becke line)”,5.4 薄片中矿物的边缘与贝克线,41,贝克线的移动规律,5.4 薄片中矿物的边缘与贝克线,42,5.5 薄片中矿物的糙面,
17、糙面的成因A.矿物折射率远大于树胶；B.矿物折射率大于树胶；C.矿物折射率等于树胶；D.矿物折射率小于树胶；E.视锥角。(据Wahlstrom,1979),矿物表面因而亮度不匀，呈现明暗相间的斑点，好像粗糙的皮革表面一样，故称为糙面。,43,5.5 薄片中矿物的突起,在薄片中仔细观察矿物时，可发现不同矿物颗粒的表面好像高低不平，有的矿物突出一些，有的矿物则低平一些，这种光学现象称为矿物的“突起(Relief)”。,44,薄片中矿物突起的成因,折射率大于树胶的矿物为正突起，小于树胶的矿物为负突起。,5.5 薄片中矿物的突起,45,薄片中矿物折射率、突起和糙面的关系(树胶折射率为1.540）,5.
18、5 薄片中矿物的突起,46,5.5 薄片中矿物的突起,47,薄片中矿物的闪突起（假吸收）,转动物台，矿物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，这种现象称为“闪突起”。,方解石(左)和白云母(右)的闪突起,5.5 薄片中矿物的突起,48,6.0 正交偏光镜下矿物光学性质的研究,正交偏光镜的装置及消光现象左.正交偏光镜的装置；中.均质矿物的全消光；右.非晶质矿物NpPP时消光现象,49,6.1 矿物晶体的消光及偏光的干涉,6.1.1 矿物晶体的消光现象 在正交偏光下于载物台上放置均质体矿物切片，视域呈现黑暗的现象,在晶体光学中称为“消光” ; 光性均质矿物:载物台旋转一周视
19、域黑暗不发生变化的现象称为“全消光（Complete extinction）”;,50,非均质矿物任意方位的切片，在正交偏光镜下，旋转载物台360时视域会出现四次黑暗现象，即非均质矿物任意切面具有四次消光的属性。非均质体矿物切片处于消光时的位置，称为非均质矿物的“消光位”。,6.1 矿物晶体的消光及偏光的干涉,51,6.1.2、正交偏光镜下平面偏光的分解与叠加,图3-2 正交偏光镜下平面偏光的分解与叠加左.立体图；中.光程差为0.5时平面偏光的分解叠加；右.光程差为1.0时平面偏光的分解叠加,程差d（gp）或d(gp),在上偏光振动面内的两列偏光(分量)频率相等、又有光程差，便会发生干涉叠加,
20、52,6.1.3 干涉色与干涉色的级序和色序,单色光的干涉图,53,白光的干涉图,6.1.3 干涉色与干涉色的级序和色序,54,表3-1 用日光的方解石偏光棱镜时干涉色与程差的关系(据Wahlstrom,1979),6.1.3 干涉色与干涉色的级序和色序,55,6.1.3 干涉色与干涉色的级序和色序,56,6.1.3 干涉色与干涉色的级序和色序,57,6.1.3 干涉色与干涉色的级序和色序,58,6.1.3 干涉色与干涉色的级序和色序,59,6.1.3 干涉色与干涉色的级序和色序,60,6.1.3 干涉色与干涉色的级序和色序,61,6.2 程差叠加原理及光率体椭圆切面轴名的测定,6.2.1 光
21、程差叠加原理,光程差叠加原理,若二矿片的同名轴相平行,则，其总光程差等于二矿物薄片光程差的和。 若二矿片的异名轴相平行其总光程差等于二矿物薄片光程差之差。,62,6.2.2试板,(1)石膏试板:石膏试板的光程差约为560nm;(2) 云母试板:其光程差为147nm，相当于黄光波长的1/4;(3 )石英楔子:是用矿物石英定向切片制成的一种补色器。特点是切片方向平行轴，一端薄另一端渐厚而呈楔形，长边常为快光(Np)的方向。其光程差一般是从o至1680nm或更大，在正交偏光镜间由薄至厚可依次产生一级至四级的连续干涉色，因此石英楔子属于可变光程差补色器。,63,6.2.3光率体椭圆切面半径名称的测定,
22、图3-9 光率体椭圆切面半径名称确定,64,6.3 正交偏光下矿物干涉色与双折射率的研究,6.3.1干涉色级序的测定(1)类比目测法:这种方法称为类比目测法。 (2) 色圈目测法,据矿物边缘色圈确定干涉级序,65,6.3 正交偏光下矿物干涉色与双折射率的研究,66,(3)固定补色器(试板)测定法,固定补色器包括石膏试板或云母试板，应用固定补色器测定干涉色级序是依据程差叠加原理来进行。,(4)可变程差补色器测定法,石英楔子是最常用的可变光程差补色器，应用石英楔子测定干涉色级序是依据消色原理来进行。其方法是将矿物颗粒放于视域中心并旋至干涉(最佳)位置，缓缓插入石英楔子使该矿物的干涉色逐渐降低直至消
23、色；,6.3 正交偏光下矿物干涉色与双折射率的研究,67,6.3.2 矿物双折射率的的测定,正交偏光镜下测定矿物双折射率是依据程差公式来进行。 矿物的双折射率等于矿物在主轴面(过光率体全部光轴的切面)上的光程差与薄片厚度的比值，即：Ng-Np=R/d。 选择矿物颗粒的切面方向是测定计算双折射率的基础，其二是测定光程差，其三是测定薄片的厚度。,6.3 正交偏光下矿物干涉色与双折射率的研究,68,6.4正交偏光下矿物消光类型与吸收性的研究,6.4.1、消光类型,三种主要消光类型,69,6.4.1、消光类型,70,6.4.2、消光角的测定,消光角是晶体矿片处于消光位时，解理缝、双晶缝或晶棱与十字丝的夹角。,正交偏光镜下矿物晶体消光角的测定,普通角闪石在（010）切面上的消光角为NgC25。,71,6.5正交偏光下矿物延性与双晶的研究,6.5.1晶体的延性及延性符号,晶体在薄片中的切面的延长方向与该切面上光率体椭圆半径之间的关系，即称晶体的延性。,72,6.5.2双晶的观察,双晶(Twin)是两个(或多个)同种按一定规律彼此连生在一起的现象，其中一个晶体是另一个晶体的镜像或一个晶体旋转180后可与另一晶体重合或平行。,图3-19 正交偏光镜下矿物双晶显现的特征A.双晶二单体不同时消光或干涉色各异；B.双晶结合面平行十字丝或于45方向二单体不显差异,73,6.5.2双晶的观察,74,75,