第二章矿物的反射率及反射色

第二章矿物的反射率及反射色•一、矿物的反射率•二、矿物的反射色一、矿物的反射率（Reflectance)•1.反射率的概念反射率是鉴定金属矿物的一个重要性质.系指在反光显微镜下垂直入射光经过矿物光面反射后的反射光强(Ir)与入射光强(Ii)之比.R=Ir/Ii×100％由此可见，矿物反射率的大小与反射光的强度成正比。反射率的大小，在镜下表现为不同程度的亮度。反射光强度大，反射率大，镜下视域明亮；反射光强度小，反射率小，镜下视域亦暗。天然矿物中以自然银的反射率为最高（95%），以萤石的反射率为最低（3%）。2.影响反射率的因素•根据Fresnel公式可以推导出透明矿物的反射率公式：R=(N-n1)2/(N+n1)2（1）N为矿物的折射率，n1为传播介质（如油，空气）的折射率。当介质为空气时，则R=(N-1)2/(N+1)2不透明的金属矿物，其折射率为复数折射率N’=N-iK,K为吸收系数，i=√-1,代入（1）式得R=[(N-n1)2＋K2]/[(N+n1)2＋K2](2)空气中（n1＝1）则为R=[(N-1)2＋K2]/[(N+1)2＋K2](3)1）R与K，N的关系•根据式（3）可以得出三者的关系曲线NR＞38%K＞1,R＞16%K＞1.5,R＞30%K＞2.5,R＞46%KR/%•矿物的吸收系数很小时（K＜0.5)时，R取决于N，R曲线近乎直立，与吸收系数无关。如矿物KNR铁闪锌矿0.42092.3717.80富镁铬铁矿0.24192.1614.00方解石＜0.0251.486-1.6584-6.0石英＜0.0251.544-1.5534.5萤石＜0.0251.4343.0•当矿物的吸收系数很大时（K＞2.0），矿物的反射率主要取决于吸收系数，R曲线近于水平，即与N关系不大，且一律大于38%。当矿物的吸收系数介于0.5～2.0之间时，吸收系数和折射率对反射率的影响同等重要。•单以吸收系数而言，K＞1,R＞16%；K＞1.5,R＞30%；K＞2.5,R＞46%。•单就折射率而言，当N值大于1.5时,R值必大于4％；N值大于2时，R值必大于11％；N值大于2.5时,N值必大于18％。•2）反射率与观察介质的关系油浸镜头下矿物的反射率低于干镜头下的反射率，反射率大的降低少，反射率低的降低多KN空气中R(n1＝1）/%浸油中R(n1＝1.515）/%富镁铬铁矿0.24192.1613.983.5纯闪锌矿0.20382.3816.674.94铁闪锌矿0.42092.36917.805.94毒砂2.39991.507549.9538.67红砷镍矿2.5751.677551.3839.573）矿物的反射率与入射光波长的关系•以上的讨论均对白光的反射率而言，事实上，矿物的反射率随入射光的波长不同（不同的单色光）而变化。其实这也是矿物反射色形成的原因。•国际矿相学委员会把470(蓝），546（绿），589（橙），650nm（红）单色光测定的反射率规定为鉴定矿物的特征反射率。表1矿物的反射率随λ波长的变化数据矿物在不同单色光（波长单位为nm）下的反射率（%）460（蓝）540（绿）580（橙）660（红）自然金37.073.782.689.4金银矿71.980.683.386.7自然银84.388.289.490.7总结－影响矿物反射率的因素•矿物的吸收系数K与折射率N（由矿物固有性质决定的，如成分、结构、键型)•观测介质•入射光波长3.反射率的形成机理•光线照射矿物的光面可以产生透过、吸收、折射、反射等光学现象，但是不同矿物产生这些光学现象的差异可以很大，这主要与矿物的化学成分和晶体结构，关键是矿物的“化学键”特点。•电子跃迁理论•能带理论电子跃迁理论•透明矿物多是离子键、共价键和分子键矿物，其中的电子一般固定在一定的位置上，电子的基态能级与激发态能级之间的能量一般比可见光光子的能量（3.1eV)大,因此，绝大部分可见光进入矿物透射。透明矿物△E＞3.1eV,可见光大部分透过，反射率低.如金刚石是典型的共价键矿物，从C—C键中移出一个电子需要5.5eV，远大于可见光能量，所以钻石的透明度高，反射率相对较低。基态e激发态△E不透明矿物自然金属金属键，很多自由电子；不透明的自然金属(金属键)和金属硫化物(部分金属键)△E＜3.1eV，吸收可见光能量，从基态跃迁到激发态。激发态不稳定，电子又从激发态返回到基态，释放的能量一部分成为热能，大量的能量以反射光的形式释放，所以具有较高的反射率.释放能量ee激发态△E释放能量e能带理论•透明矿物禁带宽度比可见光最大能量值大，可见光能量不足于激发价带电子进入导带，所以，可见光不被吸收，透射作用强，反射率低。•不透明矿物自然金属导体矿物的能带是重叠的，它可以吸收各种能量的可见光，并在返回时电子的能量大多仍以光的形势释放出来，所以反射率高（一般＞60％）。半导体矿物禁带宽度小于可见光能量,电子吸收可见光能量从价带到导带.同时返回时释放出反射光,具有高反射率（如黄铁矿和方铅矿40％～60％);禁带宽度中等时,则可吸收部分能量,释放少量的反射光,具有中等反射率(如雄黄、雌黄20％～30％）.价带禁带导带Eee能带理论认为，固体物质中的电子不束缚于个别原子，而是在整个固体内运动。每个原子的外层电子具有一定的宽度范围的能带。完全被电子占据的为价带，部分占据的为导带，相邻能带之间为禁带。4.反射率的研究意义①R是表征矿物反射能力的重要参数。矿物不同，反射能力也不同，反射率也是不一样的，因此可以根据R来鉴定矿物。②反射率是金属矿物的最重要鉴定特征，它不仅能鉴定金属矿物的矿物种，对于鉴定矿物的“变种”、“异种”以至“多型”都具有实际意义（表2，3）。表2闪锌矿不同变种的反射率特征表3磁黄铁矿不同异种的反射率特征③对于金属矿物的标型性研究具有重要意义。不同的成矿物理化学条件形成的金属矿物具有不同的微量元素特征，磁铁矿为例：区域变质的较纯（20.5％）；热液成因的富含Mg（18.7％），岩浆的富含Ti（16.1％）,以上化学成分的特点反映在磁铁矿的反射率方面具有表4的特征。表4不同成因类型铁矿床中磁铁矿的反射率特征5.反射率的测定方法•1）视测对比法反射率的高低在镜下表现为明亮程度。将未知矿物与已知反射率的标准矿物进行对比，根据对比结果确定未知矿物的反射率级别。特点：⑴一种定性或半定量的测定方法⑵不需要任何专门仪器，操作简单⑶应用广泛标准矿物的选择：常见的、均质的、化学性质比较稳定的、反射率有一定间隔的矿物，如：黄铁矿和方铅矿之间有10%的间隔。4个标准矿物•黄铁矿R=53%•方铅矿R=43%•黝铜矿R=31%•闪锌矿R=17%5个反射率级别ⅠR＞黄铁矿Ⅱ黄铁矿R方铅矿Ⅲ方铅矿R黝铜矿Ⅳ黝铜矿R闪锌矿ⅤR＜闪锌矿2）光电法•定量测定矿物反射率的方法。光电法有多种，现今最先进的方法为光电倍增管显微光度计法，其原理是利用光电效应。光电元件受到矿物反射光的照射会释放出光电子，这种微弱的电信号通过光电倍增管时可以放大几百万倍，从而被仪器检测出来，经计算机对数据加工处理后得出矿物的定量反射率数值。二、矿物的反射色•1.概念矿物光面在反光显微镜垂直照射下所显示的颜色。它是人工矿物光面对镜下直射光线选择性反射作用造成的“表色”，与矿物的自然表面在普通光线下肉眼观察到的矿物的“颜色”不同。•2.反射色的形成反射色是矿物对入射的白光选择性反射的结果。可以由反射率色散曲线特征来表征。色散曲线是以波长为横坐标，反射率为纵坐标。曲线位置高低表征反射率的大小，曲线的形态表征反射色的色调特征。不仅可以表示颜色的一般特征，而且可以表示颜色的细节组成。用光度计定量测定。矿物的反射率与反射色曲线•当矿物对白光中的各种色光反射率相差不大时，色散曲线呈水平，矿物的反射色呈现无色，根据所处的位置高低分别为亮白色、白色、灰白色、灰色或暗灰色，例如方铅矿：纯白色；自然银:亮白色；铬铁矿：灰色。•当矿物对白光中的某种色光反射率最大时，矿物的反射色就显示那种色光的颜色，如自然铜.•矿物对白光中的某几种色光同时显示较大反射率时，矿物的反射色就显示几种色光的混合色R/%铜蓝Ro：蓝紫色方铅矿：微蓝白色黄铁矿：淡黄色自然铜：淡红色银：亮白色微黄白色λ/nm3.反射色的视测分级（定性）•显著颜色类有明显颜色的矿物，如黄色、蓝色、玫瑰色等。•无色类如亮白色、白色、灰白色、灰色、暗灰色等。•微弱颜色类无色类但带有很轻微的某种颜色的色调。如磁铁矿，灰白色带棕色色调；砷黝铜矿，灰白色带灰绿色色调。辉银矿灰白色带橄榄绿色调；•有些矿物会出现在两个相邻的颜色类别中，其原因，一方面这些矿物反射色处于中间过渡状态；矿物本身所含类质同象混入物杂质的种类数量不同造成的。如辉铜矿，若含少量的铜蓝或蓝辉铜矿而呈现浅灰色微带蓝色色调（微弱颜色类），含较多的斑铜矿呈浅黄棕色（显著颜色类）颜色级别4.反射色定性观察方法•观测条件:反光显微镜，自然光下，根据颜色感觉定性描述•视觉色变矿物的颜色受连生的矿物反射色的影响产生的一种色变效应。两种颜色同时刺激视网膜与单一颜色的视觉效应是有所差别的。如磁铁矿，灰色，但与蓝灰色赤铁矿连生则微淡粉红色；黄铜矿，铜黄色，与磁黄铁矿连生则微黄绿色。•反射色具有重要的鉴定意义。尤其是显著颜色类矿物特征的颜色和微弱颜色类矿物所具有的某种色调特征对于鉴定矿物有重要意义•要求光片质量高，显微镜光源达到标准（方铅矿为纯白色，不带任何色调），才能观察准确。常见矿物的反射色黄铁矿浅黄白色镍黄铁矿浅黄白微带棕赤铁矿灰白微带蓝毒砂白色微带玫瑰黄磁黄铁矿乳黄色微带玫瑰棕磁铁矿灰白色微带棕自然银亮白色微带乳黄色方铅矿纯白色钛铁矿灰白色带棕自然金亮金黄色辉银矿灰白色带绿色闪锌矿灰色微带棕自然铜铜红色砷黝铜矿灰白色微带橄榄绿石英深灰色黄铜矿铜黄色黝铜矿灰白色方解石深灰色辉铜矿浅灰微带蓝斑铜矿玫瑰色铜蓝天蓝色5.反射色的颜色指数（定量数字化表示金属矿物的反射色特征）亮度（Brilliance)：颜色的明亮程度。用视觉反射率Rvis表示色调(Hue):颜色的种类，颜色主波长λd或反射率色散曲线主峰值的波长纯度(Purity)：颜色的饱和程度Pe。色光与白光的比例表示。白光为0，光谱色为1.反射色的颜色指数的研究意义•光度计测定反射率色散曲线，计算反射色颜色指数•区分自然金－自然银系列矿物•鉴别一些难于鉴定的矿物•鉴定矿物变种和异种•黄铁矿的含金性：含金黄铁矿Rvis：52.67％；λd：577nm，Pe：0.200。不含金黄铁矿：Rvis：53.900％；λd：574nm，Pe：0.132。•颜色指数研究的作用是视测对比法不能比拟的。