矿物镜下鉴定基本常识

1第二讲：矿物镜下鉴定基本常识2004年09月08日2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3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4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5图1-17自然光(a)与平面偏光(b)的振动特点（左侧，光垂直纸面射出；右侧，光由左向右传播）1.2自然光与偏光61.2自然光与偏光72.0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。82.1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(Opticalisotropicsubstance)”9一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”102.1.2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。112.2光在中级晶族和低级晶族矿物中的传播特点2.2.1双折射与双折射率122.2.1双折射与双折射率13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(Dublerefraction)”，两列振动面互相正交的偏振光之折射率的差值称为“双折射率（重折射率）”。2.2.1双折射与双折射率14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（Opticalaxis）”。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（Uniaxialcrystal）”；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（Biaxialcrystal）”。2.2.2光在非均质中传播特点15一轴晶的特点是：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16二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173.0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。183.2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。193.3一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Ｎo，此时非常光的折射率亦为定值,记为Ｎe，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率值递变于这两个数值之间记为Ｎe′。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。20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21一轴（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223.4二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。23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24二轴(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；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25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。Ｎg、Ｎm、Ｎp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，2V＝90°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263.5光性方位矿物晶体中，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Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６）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。27斜方晶系光性方位光轴面位置光轴与结晶轴对应关系光轴面∥（001）硅镁石:Np∥a,Nm∥c,Ng∥b；橄榄石:Np∥b,Nm∥c,Ng∥a光轴面∥（100）十字石:Np∥b,Nm∥a,Ng∥c；文石:Np∥c,Nm∥a,Ng∥b光轴面∥（010）黄玉:Np∥a,Nm∥b,Ng∥c；红柱石:Np∥c,Nm∥b,Ng∥a斜方晶系的对称程度稍好，最高对称型为3L２3PC，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28单斜晶系最高对称型为L２PC，二次对称轴与结晶轴b一致。光率体中仅有一个光学主轴与结晶轴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。类型1类型2类型3Ng-Nm主轴面∥(010)Ng-Np主轴面∥(010)Nm-Np主轴面∥(010)Np∥bNg∧a或Ng∧cNm∧a或Nm∧cNm∥bNg∧a或Ng∧cNp∧a或Np∧cNg∥bNm∧a或Nm∧cNp∧a或Np∧c如独居石；Np∥bNm∧a＝10°Ng∧c＝4°如透闪石；Nm∥bNg∧c＝18°Np∧a＝２°如正长石:Ng∥bNm∧c＝21°Np∧a＝５°3.5光性方位29三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,Np∥c,Nm∥a,Ng∥b;右:单斜晶系,负光性,Np∧a=20°,Nm∥b,Ng∧c=10-20°3.5光性方位304.0偏光显微镜图2-1江南XPT-6型偏光显微镜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31图2-2莱兹ORTHPLANPOL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325.0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33(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345.2、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35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365.3、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。37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38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ＮoＮe5.3、单偏光镜下矿物颜色的研究39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Ｎg=暗绿色，Ｎm=绿色，Ｎp=浅黄绿色。吸收性大小的关系为ＮgＮmＮp5.3、单偏光镜下矿物颜色的研究405.4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41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(Beckelin