非均质性与双反射

第三章矿物的非均质性与双反射第一节矿物的均质非均质性一、矿物的均质非均质性的基本概念矿物的均质性和非均质性是在正交偏光下观察的光学性质。均质矿物对入射平面偏光(一般为东西向振动方向)的反射光仍保持原偏振方向不变，故经过上偏光镜显示“消光”(透明均质矿物全黑、反射率特高吸收性特强的均质不透明矿物可由椭圆偏化作用显示一定的亮度、其他均质不透明矿物亦可显示很小的亮度)，而且转动物台也不发生亮度和颜色的变化。非均质矿物对入射平面偏光均改变原振动方向(不透明、半透明矿物还程度不同地改变入射光的性质为椭圆偏光)，故经过上偏光镜后显示一定的亮度和颜色。并且转动物台改变矿物方位发生亮度和颜色的变化，这种光学现象称为“非均质效应”，为非均质矿物所特有的光学现象。二、均质非均质性的形成机理(一)非均质矿物的反射偏光振动面的旋转非均质矿物有最大反射率和最小反射率两个反射轴，图3—1中斜交最大反射率的入射光一般被分解为两组互相垂直振动的反射平面偏光。入射光被矿物分解成为AA方向振动（强度为E1，振幅为OR2)和CC方向振动（强度为E2，振幅为OE2)互相垂直的两组平面偏光。PP：前偏光镜的振动方向；CC：矿物的C轴方位，AA：代表水平轴方位，同为矿物的主反射率方向。AA、CC与PP偏光振动方向成45°交角。E：入射光的强度，OE的长度为其振幅。这两组平面偏光的反射率有所不同，假设E1经反射后其光强为R1(振幅为OR1)；E2经反射后其光强为R2(振幅为OR2)。OR1与OR2可根据平行四边形合成原理合成OP′，OP′代表合成反射平面偏光的振动方向，合成反射平面偏光的强度可用OP′的长度为其振幅来表示。由于R1与R2不等，（R1大于R2），导致反射偏光OP′的振动面不能与入射偏光OE的振动面重合，二者之间产生了一个夹角Arβ。这种反射偏光振动方向不同于入射偏光振动方向产生一夹角(Arβ)的现象可称为“非均质矿物的偏光面非均质旋转”的性能，夹角Arβ称为“非均质旋转角”。这种“非均质旋转”总是偏向反射率高的一边（图3—1中的OR1一边)。由于反射合成偏光振动面与入射偏光振动面不一致，如推入上偏光镜，则会有其振幅为OP·sinArβ的光线通过上偏光镜，使矿物在正交偏光下显示一定程度的光亮。在严格正交偏光下消光时，在矿物主反射率方向与PP平行时，OP′、E与一主反射率方向三者重合，此时非均质旋转角Aγβ等于零。若主反射率方向与PP渐有交角，Aγβ也逐渐增大，通过上偏光镜的光亮也逐渐增大，45°时最亮。即旋转物台一周，可见矿物四次消光和四次明亮交替出现。四次消光各距90°，四次最亮出现于两相邻消光位间的45°方位。这就是在严格正交偏光下旋转物台一周显示的“正四明四暗”光学现象。（二）非均质矿物的偏光色非均质矿物除了亮度变化，同时有颜色的变化。非均质矿物在入射光为垂直入射的白光时45°位置上在严格正交偏光下显示的颜色称为该矿物的“偏光色”。每一种矿物在主切面中的偏光色相当固定，甚至具有一定的鉴定意义。如铜蓝为火焰红橙色、辉钼矿为淡紫色、辉铋矿为黄灰色、红砷镍矿为蓝色、方黄铜矿为蓝灰色、石墨为棕黄色等都非常特征。这些强非均质矿物的偏光色可以和矿物的反射色一样测定某些颜色指数(即偏光色的亮度R及色度坐标值x、y和主波长λd、纯度Pe)。非均质矿物偏光色决定于在严格正交偏光下45°位置时透过上偏光镜的“光亮”的色散。主要是图3—5所示的偏光振动面旋转色散(Aγβ色散)和反射合成椭圆偏光的散色。如图3—5所示，由于矿物反射率随入射光的波长而变化，故对于不同色光的非均质旋转角Aγβ也会不同。不同色光合成反射偏光的非均质旋转（Aγβ）也有所不同，如OP′为红色、OQ′为橙光、OR′为绿光合成反射偏光的振幅，则AA线上的投影oa、ob、oc为能够透过上偏光镜的红、橙、绿单色光的振幅，其合成的混合色就构成偏光色的最主要部分。

PP：前偏光镜振动方向；AA：上偏光镜振动方向；OE：入射偏光的振幅，矿物处在45°位置。图3—5表示绿光通过上偏光镜的光强()最大、橙光次之()、红光最小()，此时透过上偏光镜的混合光不是白光，而是蓝绿灰色的混合光，即偏光色显示蓝绿灰色。三、矿物均质性非均质性的视测分级可根据“非均质效应”的强弱在非均质矿物中划分出若干个等级。可以下2种方法观察：1．严格正交偏光法——即使前、上偏光镜两者严格正交(可用铜蓝、辉钼矿等在四个45°位置的偏光色完全相同为标准)。对非均质性较强的矿物，其合成平面偏光或椭圆偏光通过上偏光镜的光量较大，因而旋转物台暗亮变化比较显著；对非均质性较弱的矿物，则通过上偏光镜的光量甚小，因而旋转物台暗亮变化不甚明显。应该指出，矿相显微镜光源强弱对镜下显示的暗亮变化有直接的影响，用15W灯泡作光源则“非均质效应”不太明显；用30w、50w(以至100W)灯泡作光源则“非均质效应”显著很多。2．不完全正交偏光法——将上偏光镜偏离1-3°的角度以增加通过上偏光镜的光量使“非均质效应”更加清楚，特别是颜色效应将显著加强。许多在严格正交偏光下显示不太清楚的”非均质效应”可以在不完全正交偏光下显示清楚。根据现有教学实验室条件，适用于本教程“教学用矿物鉴定表”的矿物均质性和非均质性视测分级方案及分级标志如下(表3—5)：表3－5矿物的均质性非均质性视测分级

同样，在生产和科研工作中，矿物的均质非均质性分级更为复杂，详细可参阅有关矿相学工具书。常见金属矿物的均质性、非均质性分级情况见表3—6。(旋转物台）条件视测分级严格正交偏光法不完全正交偏光法15瓦光源30瓦以上光源15瓦光源30瓦以上光源强非均质性有暗亮变化暗亮变化显著、可见颜色变化暗亮变化显著、可见颜色变化暗亮和颜色变化都显著弱非均质性暗亮变化不清楚有暗亮变化、颜色变化不清楚有暗亮变化、颜色变化不清楚暗亮变化较显著、可见颜色变化均质性暗亮、颜色无变化暗亮、颜色无变化暗亮、颜色无变化暗亮、颜色无变化分级标志表3—6常见金属矿物的均质性非均质性分级带＊号的矿物(赤铁矿、硫铜锑矿、钛铁矿、锡石)的非均质性分级处于过渡状态。非均质性矿物均质性矿物强非均质性矿物弱非均质性矿物辉铋矿墨铜矿黄铜矿赤铁矿＊自然金砷黝铜矿辉锑矿钨锰矿辉铜矿硫铜锑矿＊自然银硫锰矿辉钼矿硬锰矿自然铋钛铁矿＊自然铜闪锌矿铜蓝赤铁矿＊自然锑锡石＊自然铂蓝辉铜矿毒砂硫铜锑矿＊砷硫锑铅矿雄黄(内反射掩盖)砷铂矿铬铁矿白铁矿钛铁矿＊车轮矿红锌矿(内反射掩盖)黄铜矿沥青铀矿红砷镍矿锡石＊钴硫砷铁矿白钨矿(内反射掩盖)镍黄铁矿赤铜矿（内反射掩盖）脆硫锑铅矿硫砷铜矿四方斑铜矿纤锌矿(内反射掩盖)方铅矿锌铁尖晶石（内反射掩盖）方黄铜矿雌黄(内反射掩盖)螺状硫银矿等轴斑铜矿石墨辰砂(内反射掩盖)针铁矿磁铁矿纤铁矿金红石(内反射掩盖)黑钨矿辉银矿磁黄铁矿褐锰矿黝铜矿四、均质非均质性的影响因素观察矿物“均质效应”和“非均质效应”要受以下几个因素的影响：1．切面方向——非均质矿物也有“均质切面”(均质矿物全为“均质切面”)应多观测几个颗粒以排除非均质矿物刚好切出“均质切面”的影响。2．磨光质量——磨光质量不佳时出现的凹坑、突起、擦痕都影响出现“异常的非均质效应”，这些暗亮变化都与正常的“非均质效应”(加大上偏光镜偏离角可依次出现“正四明四暗”、“歪四明四暗”、“两明两暗”光学现象)不同。3．光片安装——光片安装不水平转动物台180°会出现暗亮变化，也与正常的“非均质效应”不同。4．强内反射——具强内反射的矿物在严格正交偏光下显示有透明感的内反射效应，将严重干扰“非均质效应”和“均质效应”的观察。可偏转上偏光镜一定角度以减小内反射的影响再旋转物台观测矿物的均质性和非均反性。5．矿相显微镜——反射器未调节好、前偏光镜安装不正确、物镜有“应变”等都影响均质非均质性的观察。6．光源强度——光源太弱或灯泡用旧可将弱非均质矿物误认为均质矿物。第二节矿物的双反射一、矿物双反射(反射多色性)的概念矿物的双反射(反射多色性)是在单偏光下看到的一种光学现象。当转动台物改变物的方位时，有一些矿物的切面可观察到亮度(反射率)的变化，此即为矿物的“双反射。若转动物台观察到矿物反射色有变化时即为该矿物的“反射多色性。事实上，若采用现代化精密仪器测量任何等轴晶系以外的矿物，除均质切面以外的任何切面在转动物台改变矿物方位时其反射率都不相同，其反射色的颜色指数也都会有所差异。但是以观察者的视觉在矿相显微镜下却只能看到一部分矿物显示双反射和反射多色性。无色类和微弱颜色类矿物只观察到双反射，显著颜色类矿物主要观察到反射多色性，这是由于观察者视党灵敏度不够高而造成的。矿物的双反射、反射多色性的差异是矿相鉴定的重要标志（表3－1）。表3－1一些矿物的双反射和双射多色性实例矿物普通中间性颜色低主反射率颜色高主反射率颜色铜蓝不同程度的蓝色深紫蓝色蓝白色蓝硒铜矿绿灰到蓝灰色深橄榄绿灰色浅蓝灰色辉钼矿白到灰色白灰色白色辉铁锑矿鲜明褐灰色粉红褐色白色辉铋矿黄白色白灰色黄白色淡红银矿蓝白到绿白色蓝灰色黄白色磁黄铁矿鲜明褐黄色粉红褐色褐黄色红砷镍矿粉红色到褐白色鲜明粉红褐色蓝白色红锑镍矿带紫的粉红色紫红色鲜明粉红黄色方黄铜矿古铜黄色粉红褐色鲜明黄色墨铜矿无色褐灰色乳黄色针镍矿黄色黄色亮黄色二、双反射(反射多色性)的形成机理双反射的形成机理，一般认为非均质矿物双反射的显著程度取决于矿物的相对双反射率(ΔR＇)，而与矿物的绝对双反射率(ΔR)没有太大的关系(表3—2)。

ΔR＝R1-R2，ΔR＇＝ΔR/(R1+R2)/2式中R1和

R2分别为矿物最大（最高）和最小（最低）的主反射率。表3－2矿物双反射与相对双反射率、绝对双反射率的关系示意表矿物R1（%）R2（%）ΔR（%）ΔR＇（%）视觉反应红砷镍矿

方解石58.3

5.952.0

3.96.3

2.011.4

40.8矿物集合体可见反射多色性，双反射微弱矿物单个晶粒双反射特别明显非均质矿物反射多色性的显著程度则取决于相对双色散率(ΔF＇)，也与矿物的绝对双色散率(ΔF)无太大关系(表3—3)。ΔF＝｜F1－F2｜，ΔF＇＝ΔF/(｜F1|+|F2｜)/2式中F1和F2分别为高主反射率的色散率和低主反射率的色散率，两条竖线内不管正、负符号只取绝对数值。注：F1、F2为正值时表示矿物红光反射率高于蓝光反射率，为负值时表示矿物蓝光反射率高于红光反射率．矿物R1(650)(％)R1(470)(％)R2(650)(％)R2(470)(％)F1(％)F2(％)ΔF(％)ΔF＇(％)视觉效放方黄铜矿磁黄铁矿44.443.2532.235.542.439.530.130.812.27.7512.38.70.10.95O.0080.1155多色性微弱多色性较明显辉钼矿毒砂40.053.746.955.318.949.522.048.7-6.9-1.6-3.10.83.82.40.762.O多色性较微弱多色性明显三、矿物双反射(反射多色性)的观察方法矿物的双反射和反射多色性是随着非均质矿物方位改变显示出来的反射率和反射色的变化，故要求在矿相显微镜单偏光条件下观察。此时不断转动物台，观察欲测矿物的单个颗粒或集合体亮度和颜色的变化即可。观察集合体时可先在正交偏光下转动物台看到不同颗粒的轮廓、界线之后再用单偏光观察双反射和反射多色性。矿物双反射和反射多色性的视测分级一般可分为特强(单个晶粒特别显著)、显著(单个晶粒清楚可见)、清楚(多颗粒集合体清楚可见)、微弱(多颗粒集合体隐若可见)、无(多颗粒集合体在浸油中也不显示亮度和颜色的差异)五级。在高质量的矿相显微镜下观察时由于光学成像清晰度高、单偏光偏振化程度高和光源强度大可使微弱的亮度和颜色变化显示出来并能详细区分等级。本教程结合一般教学实验室的条件(教