1、1矿物岩石薄片研究基础2011年9月授课教师：赵授课教师：赵 峰峰TEL:137090460072绿柱石（海蓝宝石，祖母绿）绿柱石（海蓝宝石，祖母绿）3黄铁矿黄铁矿黝铜矿黝铜矿辉锑矿辉锑矿4上图上图:天然六射星光蓝宝石天然六射星光蓝宝石下图下图:黄水晶黄水晶彩色水晶彩色水晶5斑状结构：斑晶和基质斑状结构：斑晶和基质 为两个世代为两个世代似斑状结构：斑晶和基似斑状结构：斑晶和基质为同一世代的产物质为同一世代的产物6电气石显微镜下特征电气石显微镜下特征7橄榄石显微镜下特征橄榄石显微镜下特征8全晶质结构（全晶质结构（4）隐晶质结构（隐晶质结构（20）半晶质结构（半晶质结构（10）9斑状变晶结构（斑状
2、变晶结构（1010）（）：）（）：斑晶为堇青石斑晶为堇青石斑状变晶结构（斑状变晶结构（1010）（）：）（）：斑晶为堇青石斑晶为堇青石10课程性质课程性质：专业基础课程目的任务目的任务：掌握晶体光学性质的基本理论知识，学会使用显微镜鉴定及研究矿物(透明)和岩石(岩浆岩/变质岩/沉积岩)，解决生产实际问题研究内容研究内容：矿物的形态、解理、光学特性(颜色、多色性与吸收性、折射率及突起与糙面、双折射率及干涉色、消光类型及延性、2V角及轴性与光性等)；岩石的矿物组成、结构与构造、次生变化、成岩作用、孔隙结构等研究方法研究方法：磨制薄片，显微镜工具为主，辅以其它研究方法重重 要要 性性：基本、方便、快
3、速、廉价、不可替代课程的目的与意义课程的目的与意义11第一章第一章 矿物的结晶质属性及其光学性质矿物的结晶质属性及其光学性质第二章第二章 偏光显微镜及单偏光镜下矿物薄片研究偏光显微镜及单偏光镜下矿物薄片研究第三章第三章 正交偏光镜下矿物光学性质的研究正交偏光镜下矿物光学性质的研究第四章第四章 锥光镜下矿物光学性质的研究锥光镜下矿物光学性质的研究第五章第五章 透明矿物的偏光显微镜鉴定透明矿物的偏光显微镜鉴定第六章第六章 岩浆岩的偏光显微镜研究岩浆岩的偏光显微镜研究第七章第七章 变质岩的偏光显微镜研究变质岩的偏光显微镜研究第八章第八章 沉积岩的偏光显微镜研究沉积岩的偏光显微镜研究主主要要研研究究内
4、内容容12第一节第一节 光学基础知识光学基础知识1.光的本质光的本质光具有粒子和波动双重性质。光具有粒子和波动双重性质。无线电波至无线电波至射线的射线的各种电磁波组成连续的电磁波谱，各种电磁波组成连续的电磁波谱，肉眼肉眼能感知的可见光能感知的可见光波是其中波长波是其中波长为为390770nm的一小段。的一小段。1nm=10A（埃）（埃）=10-3m10-6mm10-9m一、光的本质与偏振光一、光的本质与偏振光第一章第一章 矿物的结晶质属性和光学性质矿物的结晶质属性和光学性质10-11101031051071091012101510-5波长（波长（n m）射线射线射线射线紫外线紫外线可见光可见光
5、红外线红外线短无线电波短无线电波广播波段广播波段长无线电波长无线电波可可见见光光放放大大红红橙橙黄黄绿绿蓝蓝靛靛紫紫390（n m）430460500570590650770光波作为电磁波，是依靠交变电磁场之间的相互作光波作为电磁波，是依靠交变电磁场之间的相互作用而传播。用而传播。光波是一种横波，传播方向与振动方向相互光波是一种横波，传播方向与振动方向相互垂直。垂直。波速：波速：VT 2光强光强：IKA2波动方程：波动方程：Y=Acos(t+)其中其中t+称称位相位相平行光波的波前和波法线平行光波的波前和波法线 光在介质中传播，既是光能的光在介质中传播，既是光能的传播，也是光波位相的传播。传播
6、，也是光波位相的传播。按照惠更斯原理，按照惠更斯原理，光在某一介光在某一介质中传播时，某一瞬间光波所到质中传播时，某一瞬间光波所到达的连续表面，称为达的连续表面，称为“波前波前”(等等时界面时界面)。平行光波平行光波在均质介质中传播时，在均质介质中传播时，任意瞬时的波前任意瞬时的波前都是平面，都是平面，其与其与平行传播方向的平面相交为一直平行传播方向的平面相交为一直线。线。点光源光波的波前和波法线 点光源点光源发出的光波在均质介质发出的光波在均质介质中传播时，任意时刻的波前都是中传播时，任意时刻的波前都是圆球面圆球面，在平面上看是一个圆。，在平面上看是一个圆。波前的法线方向称波前的法线方向称“
7、波法线波法线”。光由一种介质传入另一种介质时，除了光的频率（光由一种介质传入另一种介质时，除了光的频率（f）之外，光之外，光的速度（的速度（V）、波长（）、波长（）、）、光强（光强（I）、）、光矢量的振动特征、光光矢量的振动特征、光波相位、波法线与光线的方向等波相位、波法线与光线的方向等均会发生有规律的变化。均会发生有规律的变化。波法线方向与光线方向具有不波法线方向与光线方向具有不同的涵义，光线是指光能传播的方同的涵义，光线是指光能传播的方向，而光的波法线方向是指相位的向，而光的波法线方向是指相位的传播方向。传播方向。在均质介质中，波法线方向与在均质介质中，波法线方向与光线的方向平行或重合；而
8、在非均光线的方向平行或重合；而在非均质介质中，除了个别的特殊方向以质介质中，除了个别的特殊方向以外，波法线方向与光线方向一般不外，波法线方向与光线方向一般不相互重合。相互重合。182.自然光与偏振光自然光与偏振光F自然光：自然光：光波在垂直于光线传播方向的平面内做任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。意方向的振动，其振幅均匀对称。F偏振光：偏振光：当光矢量的振动被限制在某个确定的方向当光矢量的振动被限制在某个确定的方向上而其余方向振动完全消除（或部分消弱）时，则称为上而其余方向振动完全消除（或部分消弱）时，则称为“偏振光偏振光”（或称为部分偏光），简称偏光。（或称
9、为部分偏光），简称偏光。19 自然光经由某些物质的折射、双折射、反射或吸收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，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，这种现象称为从而使自然光变为偏振光，这种现象称为“光的偏振光的偏振化化”。2.2.自然光与偏振光自然光与偏振光20reflected and refracted raysboth become polarizedincoming ray is non-polarized2.2.自然光与偏振光自然光与偏振光21 据光矢量的特点，偏振光可分为：据光矢量的特点，偏振
10、光可分为：平面偏振光：平面偏振光：若光矢量振动方向恒定，在垂直光传播方向的平面内若光矢量振动方向恒定，在垂直光传播方向的平面内光矢量振动方向的投影为一条直线。光矢量振动方向的投影为一条直线。圆偏光：圆偏光：若偏振光光矢量的振幅不变，而方向随时间变化而变化。若偏振光光矢量的振幅不变，而方向随时间变化而变化。椭圆偏光：椭圆偏光：若偏振光光矢量的振幅与方向均随时间有规律的变化。若偏振光光矢量的振幅与方向均随时间有规律的变化。平面偏光圆偏光椭圆偏光2.2.自然光与偏振光自然光与偏振光22 在矿物岩石薄片研究中主要应用平面偏光在矿物岩石薄片研究中主要应用平面偏光，而在不，而在不透明矿物及矿石的研究中经常
11、应用到圆偏光和椭圆偏光。透明矿物及矿石的研究中经常应用到圆偏光和椭圆偏光。自然光和偏振光是同一事物的两个侧面自然光和偏振光是同一事物的两个侧面，二者可相，二者可相互转化。偏振光与自然光同样具有颜色，具有折射、反互转化。偏振光与自然光同样具有颜色，具有折射、反射与吸收射与吸收,波法线可与光线分离波法线可与光线分离(常光与非常光之分常光与非常光之分)，可发生干涉与衍射。可发生干涉与衍射。2.2.自然光与偏振光自然光与偏振光23二、光的折射、反射与吸收二、光的折射、反射与吸收24二、光的折射、反射与吸收二、光的折射、反射与吸收反射定律：反射定律：入射光、法线、反射光共面；入射光、法线、反射光共面；入
12、射光和反射光位于法线两则；入射光和反射光位于法线两则；入射角入射角反射角反射角折射定律：折射定律：入射光、法线、折射光共面；入射光、法线、折射光共面；入射光和折射光位于法线两则；入射光和折射光位于法线两则；入射角入射角i的正弦与折射角的正弦与折射角r的正弦之比，为一常数。的正弦之比，为一常数。sin i/sin r=N 1-2 N 1-2为折射介质对入射介质的为折射介质对入射介质的(相对相对)折射率。折射率。当入射介质为真空当入射介质为真空(空气空气)时，称为绝对折射率，以时，称为绝对折射率，以N 表示。表示。25 某一介质的折射率在数值上又等于光在入射介质中某一介质的折射率在数值上又等于光在
13、入射介质中的传播速度的传播速度与光在折射介质中的传播速度与光在折射介质中的传播速度之比，之比，即相对折射率为：即相对折射率为：-2/1 二、光的折射、反射与吸收二、光的折射、反射与吸收 即介质的折射率即介质的折射率N与光在该物质中的传播速度与光在该物质中的传播速度V成成反比。光在介质中传播的速度越快，反比。光在介质中传播的速度越快，折射率数值愈小，折射率数值愈小，为为“光疏介质光疏介质”；反之，反之，传播速度越小折射率值愈大，传播速度越小折射率值愈大，称为称为“光密介质光密介质。26 折射率的大小还与入射光波折射率的大小还与入射光波长有关长有关，不同波长的光折射入，不同波长的光折射入同种介质时
14、，其折射率各不相同种介质时，其折射率各不相同同。此现象称为。此现象称为“折射率色折射率色散散”。二、光的折射、反射与吸收二、光的折射、反射与吸收27p光的反射光的反射 反射光常用反射光常用“反射率（反射率（Reflectance）”来描述。来描述。反射率（反射率（R）指垂直入射光（入射角为）指垂直入射光（入射角为0）经矿物的）经矿物的光滑表面反射后的反射光强（光滑表面反射后的反射光强（Ir）与入射光强（）与入射光强（Ii）的）的比率比率：R=Ir/Ii 反射率除与入射角和反射介质的表面光滑程度有反射率除与入射角和反射介质的表面光滑程度有关外，还与关外，还与入射光的频率、入射介质的折射率、反射入
15、射光的频率、入射介质的折射率、反射介质的折射率和吸收系数介质的折射率和吸收系数等因素有关。等因素有关。光进入介质传播的过程中，随传播距离的增加，光光进入介质传播的过程中，随传播距离的增加，光强（或光矢量的振幅）将逐渐衰减，此现象为介质的强（或光矢量的振幅）将逐渐衰减，此现象为介质的吸吸收性收性 。p光的吸收性光的吸收性29p全反射临界角与全反射 当光线由折射率较大的介质当光线由折射率较大的介质（光密介质）进入折射率较小的（光密介质）进入折射率较小的介质（光疏介质）时，其折射率介质（光疏介质）时，其折射率小于小于1 即即:sin i/sin r 1 其入射角恒小于折射角，若增其入射角恒小于折射角
16、，若增加入射角加入射角I,折射角也逐渐增大折射角也逐渐增大,当当r增大至增大至90时时,入射光线不再进入入射光线不再进入光疏介质，此时的入射角称光疏介质，此时的入射角称“全全反射临界角反射临界角”（）30一一 、矿物的透明度、光泽与发光性、矿物的透明度、光泽与发光性透明度透明度:矿物允许可见光透过的程度。矿物允许可见光透过的程度。第二节矿物的光学属性第二节矿物的光学属性oKXeIoIx4 式中式中e为自然对数的底，数值为为自然对数的底，数值为2.71829，系圆周率系圆周率3.1416，o为透入光在真空中的波长，为透入光在真空中的波长，K为与介质性质及入射光为与介质性质及入射光Ii入射角有入射
17、角有关的常数，关的常数，在正入射（入射角在正入射（入射角i为为0）的条件下）的条件下K称为称为“吸收系吸收系数数”。31透明矿物：透明矿物：吸收系数吸收系数 K 0.73，如黄铁矿、方铅，如黄铁矿、方铅矿等金属硫化物。矿等金属硫化物。一一 、矿物的透明度、光泽与发光性矿物的透明度、光泽与发光性 光泽光泽:是指矿物表面对可见光的反射能力。是指矿物表面对可见光的反射能力。相关计算公式见教材。相关计算公式见教材。金属光泽：金属光泽：Nr3 或或 Nr0.25。金，黄铁矿等；金，黄铁矿等；半金属光泽：半金属光泽：Nr2.63.0,R=0.190.25。磁铁矿；磁铁矿；金刚光泽：金刚光泽：Nr1.92.
18、6,R=0.100.19。金刚石；金刚石；玻璃光泽：玻璃光泽：Nr 1.32.9,R=0.040.10。透明矿物等透明矿物等，33 发光性发光性：矿物晶体在外来能量的激发下，发出可矿物晶体在外来能量的激发下，发出可见光的性质，属于冷发光范畴。见光的性质，属于冷发光范畴。晶体在外界能量的激发下发光，当激发作用一旦停晶体在外界能量的激发下发光，当激发作用一旦停止，发光现象在止，发光现象在10-8s内迅速消失。这种发光现象称为内迅速消失。这种发光现象称为“荧光荧光”。如果发光现象在激发作用停止后仍能持续达如果发光现象在激发作用停止后仍能持续达108s 以上（有时可能达数小时）时，称为以上（有时可能达
19、数小时）时，称为“磷光磷光”。一一 、矿物的透明度、光泽与发光性矿物的透明度、光泽与发光性泥晶灰岩阴极发光显微照片，方解石具环带泥晶灰岩阴极发光显微照片，方解石具环带35二、矿物晶体中光的传播与折射（二、矿物晶体中光的传播与折射（重点重点）1.1.光性均质体及光的传播特点光性均质体及光的传播特点 非晶质物质（空气、液体、玻璃、树胶等）和未受应力作用非晶质物质（空气、液体、玻璃、树胶等）和未受应力作用的高级晶族矿物（萤石、石榴石）等，其光学性质在各个方向上的高级晶族矿物（萤石、石榴石）等，其光学性质在各个方向上均相同。光波在均质体中传播时，其传播速度不因振动方向不同均相同。光波在均质体中传播时，
20、其传播速度不因振动方向不同而发生改变，均质体在三维空间的而发生改变，均质体在三维空间的任何方向上的折射率恒相等任何方向上的折射率恒相等，即能传播自然光，也能传播偏振光。即能传播自然光，也能传播偏振光。不改变入射光、折射光性质的介质称为光性均质体，包括非不改变入射光、折射光性质的介质称为光性均质体，包括非晶质物质和未受应力作用的高级晶族矿物。晶质物质和未受应力作用的高级晶族矿物。换句话说：换句话说：光由经界面正入射到这些矿物中传播时，光由经界面正入射到这些矿物中传播时，不改变入射光的振动性质不改变入射光的振动性质，正入射光为各向振动的自然，正入射光为各向振动的自然光，折射光与反射光仍为自然光，正
21、入射光为固定方向光，折射光与反射光仍为自然光，正入射光为固定方向振动的偏振光，折射光与反射光亦为偏振光，且振动面振动的偏振光，折射光与反射光亦为偏振光，且振动面方向与入射光一致；方向与入射光一致；光在传播至矿物的界面上时，将发生折射和反射，光在传播至矿物的界面上时，将发生折射和反射，入射光、折射光和反射光之关系，完全遵循折射定律和入射光、折射光和反射光之关系，完全遵循折射定律和反射定律。反射定律。光性均质体具有各向同性的特点：光性均质体具有各向同性的特点：（1）光传播至均质体的界面时，有反射与折射发）光传播至均质体的界面时，有反射与折射发生，且遵循反射定律和折射定律。生，且遵循反射定律和折射定
22、律。（2）不改变光的性质，与光的传播方向及振动方）不改变光的性质，与光的传播方向及振动方向无关。既能传播自然光，也能传播偏振光。向无关。既能传播自然光，也能传播偏振光。（3）只有一个折射率，与入射光方向无关。）只有一个折射率，与入射光方向无关。39 特定频率的光波在非均质体中传播时，其传播速特定频率的光波在非均质体中传播时，其传播速率随光波在晶体中的振动方向不同而发生改变。率随光波在晶体中的振动方向不同而发生改变。换言换言之，非均质体的折射率值亦随光波在晶体中的振动方之，非均质体的折射率值亦随光波在晶体中的振动方向不同而发生变化，向不同而发生变化，即非均质的折射率值有许多个即非均质的折射率值有
23、许多个。包括包括一切中级晶族和低级晶族的矿物晶体，以及受过一切中级晶族和低级晶族的矿物晶体，以及受过应力作作用的高级晶族的矿物晶体，是应力作作用的高级晶族的矿物晶体，是各向异性的。各向异性的。2.光性非均质体光性非均质体非结晶物质（玻璃，松香，树脂）非结晶物质（玻璃，松香，树脂）高级晶族等轴晶系高级晶族等轴晶系(石榴石石榴石,萤石萤石,黄铁矿）黄铁矿）一轴晶一轴晶(中级晶簇中级晶簇)光性非均质体光性非均质体光性均质体光性均质体三方晶系三方晶系(方解石方解石,电气石电气石)四方晶系四方晶系(锆石，黄铜矿锆石，黄铜矿)六方晶系六方晶系(磷灰石磷灰石)二轴晶二轴晶(低级晶族）低级晶族）斜方晶系斜方晶
24、系(橄榄石，重晶石橄榄石，重晶石)单斜晶系单斜晶系(透辉石，正长石透辉石，正长石)三斜晶系三斜晶系(斜长石斜长石)41 光性非均质体将入射光分解为速度不等、折射率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各异、振动面方向互相正交的两列平面偏振光的现象称为称为“双折射（双折射（Duble refraction）”，两列振动面两列振动面互相正交的偏振光之折射率的差值称为互相正交的偏振光之折射率的差值称为“双折射率双折射率（重折射率）（重折射率）”。3.光在中级晶族和低级晶族矿物中的传播特点光在中级晶族和低级晶族矿物中的传播特点3.1 双折射与双折射率双
25、折射与双折射率42 光在非均质体矿物中的某一个（或两个）特殊方向传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为非均质体的“光轴光轴（Optical axisOptical axis）”。中级晶族的矿物晶体具有一个这样的特殊方向，称为中级晶族的矿物晶体具有一个这样的特殊方向，称为“一轴晶一轴晶（Uniaxial crystalUniaxial crystal）”；低级晶族的矿物晶体具有两个这样的特殊方向，称为低级晶族的矿物晶体具有两个这样的特殊方向，称为“二轴晶二轴晶（Biaxia
26、l crystalBiaxial crystal）”。3.3.光在中级晶族和低级晶族矿物中的传播特点光在中级晶族和低级晶族矿物中的传播特点433.3.光在中级晶族和低级晶族矿物中的传播特点光在中级晶族和低级晶族矿物中的传播特点冰洲石的双折射率实验冰洲石的双折射率实验 光由空气等介质射入到光性非均质光由空气等介质射入到光性非均质体矿物中传播时体矿物中传播时（无论是正入射或是斜入（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射），入射光与折射光的振动特性会发生明显的改变。明显的改变。入射光为各向振动的入射光为各向振动的自然光，折射光将被自然光，折射光将被分解为振动面方向互相垂直的两列平
27、面偏分解为振动面方向互相垂直的两列平面偏振光；振光；入射光为偏振光，折射光亦常常被分解为入射光为偏振光，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）。（个别特殊情况除外）。两列偏振光的传播速度不同，折射率大两列偏振光的传播速度不同，折射率大小不等。小不等。453.2 光在非均质中传播特点光在非均质中传播特点 一轴晶的特点是：自然光将被分解为一轴晶的特点是：自然光将被分解为振动面振动面互相垂直的两列平面偏光互相垂直的两列平面偏光，一为常，一为常光光o o，另一为非常光，另一为非常光e e；常光常光o o的折射率恒定不变（的折射率恒定
28、不变（N NOO），与），与正入射光方向无关，正入射光方向无关，偏光（矢量）振动方偏光（矢量）振动方向垂直光轴（向垂直光轴（Z Z轴）与入射方向构成的平轴）与入射方向构成的平面面，遵循折射定律，光线与波法线（光波，遵循折射定律，光线与波法线（光波传播方向）一致；传播方向）一致；更多强调光波的振动方向 非常光非常光e e的折射率（的折射率（NeNe）随偏光振动面方向变化而改变，）随偏光振动面方向变化而改变，偏光振动偏光振动面方向面方向/光轴（光轴（Z Z轴）与光波传播所构成的平面，且振动方向与轴）与光波传播所构成的平面，且振动方向与NeNe相垂相垂直，直，不遵循折射定律，光线与波法线分离；不遵循
29、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.OO光光E E光光常光常光OO的振动面的振动面非常光非常光 e e 的振动的振动面面光轴光轴一轴晶双折射示意图一轴晶双折射示意图 二轴晶双折射的情况比一轴晶复杂，主要表现在：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，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，且均为非常光射并将入射光分解为振
30、动面互相正交的平面偏光，且均为非常光E1和和E2，均不遵循折射定律，光线与波法线分离均不遵循折射定律，光线与波法线分离（特殊方向除外）。（特殊方向除外）。E E1 1光光E E2 2光光非常光非常光e e 1 1的振的振动面动面非常光非常光 e e2 2 的振的振动面动面光轴光轴1二轴晶双折射示意图二轴晶双折射示意图光轴光轴2共有波法共有波法线线表表1 13 3光性均质体与非均质体的比较光性均质体与非均质体的比较494.4.光率体及光性方位 4.1 4.1 光率体（或称光性指示体）的概念光率体（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它是表示偏光的振动方向与相
31、应振动方向上折射率值之间关系的立体图形。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。射率值之间关系的一种光性指示体。其作法是：有规律地测定晶体不同方向上的折射率；设想其作法是：有规律地测定晶体不同方向上的折射率；设想自晶体中心起，沿光波的各个振动方向，按比例截取相应的折自晶体中心起，沿光波的各个振动方向，按比例截取相应的折射率值，再把各个线段的端点连接起来，便构成了光率体。射率值，再把各个线段的端点连接起来，便构成了光率体。50 其作法是：有规律地测定晶其作法是：有规律地测定晶体不同方向上的折射率；设想自体不同方向
32、上的折射率；设想自晶体中心起，沿光波的各个振动晶体中心起，沿光波的各个振动方向，按比例截取相应的折射率方向，按比例截取相应的折射率值，再把各个线段的端点连接起值，再把各个线段的端点连接起来，便构成了光率体。来，便构成了光率体。4.1 光率体光率体(或称光性指示体或称光性指示体)的概念的概念51光率体的意义与作用：光率体的意义与作用：充分反映了矿物光学性质中最本质的特点，形像直观；充分反映了矿物光学性质中最本质的特点，形像直观；能方便地依据矿物晶体中偏光的共有波法线方向能方便地依据矿物晶体中偏光的共有波法线方向(也也即正入射光的方向即正入射光的方向)确定偏光振动面的方向及对应的折射确定偏光振动面
33、的方向及对应的折射率值；率值；能说明各类晶体的光波振动方向与其相应折射率变化能说明各类晶体的光波振动方向与其相应折射率变化的规律；的规律；能够解释许多晶体光学现象；能够解释许多晶体光学现象；据光率体的形态和半径的长短及其在各矿物中的方位据光率体的形态和半径的长短及其在各矿物中的方位区分鉴定矿物。区分鉴定矿物。4.1 4.1 光率体光率体(或称光性指示体或称光性指示体)的概念的概念52 高级晶族和一切非晶质的矿物具有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时，沿任何方向振动的光波的折射率均相等。所以相等。
34、所以均质体的光率体是一个圆球均质体的光率体是一个圆球体。体。半径代表均质体的折射率值半径代表均质体的折射率值(N)；不同的均质体的光学性质的差异主要不同的均质体的光学性质的差异主要表现在球体半径不同。表现在球体半径不同。4.2 高级晶族的光率体高级晶族的光率体53光率体的构成4.3 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。一轴晶包括中级晶族的四方、三方、六方三个晶系的矿物。Ne=NmaxNo=Nmin544.3 一轴晶的光率体55 当光垂直于这类矿物的当光垂直于这类矿物的c c轴（即光轴）正入射时，折射轴（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
35、形成的振动面相互垂直的两列偏光，一为常光o o，另一为非，另一为非常光常光e e。常光的折射率为定值记为。常光的折射率为定值记为o o，此时非常光的折射率，此时非常光的折射率亦为定值，记为亦为定值，记为e e，分别为该矿物折射率的最大值（或最分别为该矿物折射率的最大值（或最小值）小值），其它方向的非常光的折射率值递变于这两个数值之，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间记为ee。一轴晶的光率体为一旋转椭球体，并有正光性和负光性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。之分。4.3.1 4.3.1 一轴晶光率体的构成一轴晶光率体的构成564.3.2 4.3.2 一轴晶的
36、光率体基本特征一轴晶的光率体基本特征（1）光轴为旋转轴的）光轴为旋转轴的旋转椭球体旋转椭球体，恒平行于非常光，恒平行于非常光E的振动的振动面方向，又称为是面方向，又称为是Ne轴；轴；（2）水平轴恒平行于常光）水平轴恒平行于常光O的振动面方向的振动面方向,又称为又称为No轴轴;（3）Ne，No分别为折射率最大和最小值分别为折射率最大和最小值,称为一轴晶的称为一轴晶的主主折射率（光学主轴）折射率（光学主轴）,二者差值为二者差值为最大双折射率最大双折射率，其他方向折射，其他方向折射率介于其间率介于其间,以以Ne 表示；表示；（4）Ne No时，为一轴晶时，为一轴晶正光性正光性矿物（一轴正晶）；矿物（
37、一轴正晶）；Ne No时，为一轴晶时，为一轴晶负光性负光性矿物（一轴负晶）；矿物（一轴负晶）；一般将折射率的最大值以一般将折射率的最大值以Ng（慢光折射慢光折射）表示，最小值以）表示，最小值以Np率（率（快光折射率快光折射率）表示，则当）表示，则当NeNg时光性为正，当时光性为正，当NeNp时光性为负。时光性为负。57 （正光性（正光性NeNo）（负光性（负光性Ne NmNp BxaBxa切面双切面双折射率折射率 BxoBxo切面双切面双折射率折射率5.3 二轴晶光率体主要切面二轴晶光率体主要切面(应用应用)78（5）垂直主）垂直主轴面的斜交轴面的斜交切面切面a.a.垂直光轴面的斜切面垂直光轴
38、面的斜切面,平行于平行于NmNm轴的切面，即光波垂直于轴的切面，即光波垂直于Ng-Ng-NpNp面而平行面而平行NmNm入射入射,椭圆切面。椭圆切面。半径之一为半径之一为Nm;Nm;另一为另一为NgNg或者为或者为NpNp。b.b.垂直于垂直于Ng-NmNg-Nm主轴面的斜切面主轴面的斜切面,平行于平行于NpNp主轴主轴.Ng.Ng-Np-Np为双折为双折射率射率c.c.垂直于垂直于Nm-NpNm-Np主轴面的斜切面主轴面的斜切面,平行于平行于NgNg主轴的主轴的.Ng-Np.Ng-Np为双折为双折射率射率5.3 二轴晶光率体主要切面二轴晶光率体主要切面(应用应用)79（6）与三）与三个主轴均
39、斜个主轴均斜交切面交切面为椭圆切面,Ng NpNg Np为双折射率为双折射率5.3 二轴晶光率体主要切面二轴晶光率体主要切面(应用应用)80 矿物晶体中，光率体光学主轴与结晶轴之间的关系称为光性方位。具体来说是光率体主轴Ne、No或Ng、Nm、Np与结晶轴a,b,c之间的相互关系称为光性光位。光率体在晶体中的位置，受晶体对称要素的支配。因此，不同的矿物其光率体光学主轴与结晶轴的关系常是各不相同的，了解这些关系对研究晶体的光学性质与矿物鉴定均有重要的价值。6.光性方位光性方位81 一轴晶光率体为旋转椭球体，中级晶族的三方晶系、四方晶系和六方晶系的矿物均有唯一高次对称轴。光率体的旋转轴Ne（即光轴
40、OA）与中级晶族晶体的C轴（L3、L4、L6）相重合一致。6.1 中级晶族晶体的光性方位中级晶族晶体的光性方位图6-10 石英晶体的光性方位及镜下特征(A)石英;(B)石英83 二轴晶光率体为三轴椭球体，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晶族的矿物晶体对称程度各不相同，晶体参数各异。光性方位的同，晶体参数各异。光性方位的特征各不相同。特征各不相同。6.2 低级晶族晶体的光性方位低级晶族晶体的光性方位斜方晶系斜方晶系,负光性负光性,Npc,Nma,Ngb 846.2
41、.1 斜方晶系的光性方位斜方晶系的光性方位 三个方向的结晶轴三个方向的结晶轴a、b、c相互垂直相互垂直.光率体三个主轴光率体三个主轴与三个结晶轴与三个结晶轴a、b、c分别重合。究竟哪一个与哪一个结分别重合。究竟哪一个与哪一个结晶轴重合晶轴重合,随矿物而异随矿物而异,可与六种组合情况。可与六种组合情况。光轴面位置光轴面位置光轴与结晶轴对应关系光轴与结晶轴对应关系光轴面光轴面(001）硅镁石硅镁石:Npa,Nmc,Ngb 橄榄石橄榄石:Npb,Nmc,Nga 光轴面光轴面(100）十字石十字石:Npb,Nma,Ngc 文文 石石:Npc,Nma,Ngb光轴面光轴面(010）黄黄 石石:Npa,Nm
42、b,Ngc 红柱石红柱石:Npc,Nmb,Nga图图61-21 丝光沸石丝光沸石(A)钠沸石钠沸石 的光性方位图的光性方位图86 最高对称型为最高对称型为L2PC，二次对，二次对称轴与称轴与b轴一致。轴一致。光率体中仅有一光率体中仅有一个光学主轴与结晶轴个光学主轴与结晶轴b重合，另外重合，另外二光学主轴与晶体的二光学主轴与晶体的a轴和轴和c轴共轴共在一个面内，且与结晶轴在一个面内，且与结晶轴a和结晶和结晶轴轴c角度相交。角度相交。至于哪一个主轴与至于哪一个主轴与b轴重合，另两个主轴与轴重合，另两个主轴与a、c结晶结晶斜交的方位和角度，都随矿物而斜交的方位和角度，都随矿物而异。异。单斜晶系，负光
43、性，单斜晶系，负光性，Npa=20,Nmb,Ngc=10-20 6.2.2 单斜晶系的光性方位单斜晶系的光性方位87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例:独居石:Np bNma=10Ngc=4例:透闪石:Nm bNgc=18Npa=2例:正长石:Ng bNmc=21Npa=5表表15 单斜晶系的光性方位单斜晶系的光性方位6.2.2 单斜晶系的光性方位单斜晶系的光性方位88图图6-8 钠闪石钠
44、闪石(A)和钠铁闪石和钠铁闪石(B)光性方位图光性方位图89 三斜晶系没有二次对称三斜晶系没有二次对称轴，最高对称型为轴，最高对称型为C C，光率体光率体中心与三斜晶系的对称中心中心与三斜晶系的对称中心C C重合，重合，三个光学主轴与三个三个光学主轴与三个结晶轴皆斜交。斜交的方位结晶轴皆斜交。斜交的方位与角度随矿物而异。与角度随矿物而异。6.2.3 三斜晶系的光性方位三斜晶系的光性方位图图6-15 钠长石钠长石(A)更长石更长石(B)中长石中长石(C)拉长石拉长石(D)培长石培长石(E)钙长石钙长石(F)的光性方位图的光性方位图图6-6 普通角闪石(A)光性方位及单斜角闪石在(010)面的消光
45、角921 1、光与界面法线成、光与界面法线成6060角射入矿片，而以角射入矿片，而以3030角角在矿片中进行，问矿片的折射率是多少？在矿片中进行，问矿片的折射率是多少？2 2、刚玉为一轴晶负光性、刚玉为一轴晶负光性，问平行问平行c c轴的切面上，轴的切面上，快光的振动方向是快光的振动方向是NoNo还是还是NeNe?斜交斜交Z Z轴的切面上，快轴的切面上，快光的振动方向是光的振动方向是NoNo还是还是NeNe?3 3、当入射光波为偏光，其振动方向与入射光正交、当入射光波为偏光，其振动方向与入射光正交的光率体椭圆切面半径之一平行时，偏光进入晶体后的的光率体椭圆切面半径之一平行时，偏光进入晶体后的情
46、况如何？如果入射偏光的振动方向与光率体椭圆切面情况如何？如果入射偏光的振动方向与光率体椭圆切面半径斜交半径斜交,情况又如何？情况又如何？习习 题题4.普通角闪石主折射率普通角闪石主折射率Ng=1.701Ng=1.701，Nm=1.691,Nm=1.691,Np=1.665,NmNp=1.665,Nm与与Y Y轴重合，轴重合，Ng Z=30Ng Z=30,=106,=106。试确定普通角闪石的光性符号，绘出普通角闪石的光试确定普通角闪石的光性符号，绘出普通角闪石的光性方位及（性方位及（001001）、（）、（010010）、（）、（100100）面上光率体椭圆）面上光率体椭圆半径与半径与1101
47、10解理缝的关系。解理缝的关系。5.某橄榄石的某橄榄石的XNgXNg，YNp,ZNm,Np=1.694,YNp,ZNm,Np=1.694,Nm=1.715,Ng=1.732,Nm=1.715,Ng=1.732,问（问（1 1）晶系？（）晶系？（2 2）光性正负？）光性正负？（3 3）在垂直）在垂直Bxa,Bxa,垂直垂直BxoBxo和垂直和垂直NmNm三种切面上的结晶三种切面上的结晶学方位如何？学方位如何？6.6.已知紫苏辉石为斜方晶系，在（已知紫苏辉石为斜方晶系，在（100100）面上一个）面上一个方向折射率这方向折射率这1.727,1.727,另一个方向折射率为另一个方向折射率为1.711
48、,1.711,而在而在（001001）面上一个方向折射率为）面上一个方向折射率为1.7241.724，另一个方向折，另一个方向折射率为射率为1.711,1.711,问该紫苏辉石的光性正负？光轴面的光率问该紫苏辉石的光性正负？光轴面的光率体椭圆半径与结晶轴的关系如何？体椭圆半径与结晶轴的关系如何？7.7.除了垂直除了垂直BxaBxa，垂直，垂直BxoBxo，和垂直光轴的切面外，和垂直光轴的切面外，还有没有切面包含还有没有切面包含NmNm值，这种切面有多少个？值，这种切面有多少个？8.8.云母类矿物的云母类矿物的NgNg与与NmNm比较接近，而比较接近，而NmNm与与NpNp值值相差悬殊，问它们的光性是正还是相差悬殊，问它们的光性是正还是负负？zNgNpa30Npa=14普通角闪石(A)光性方位及单斜角闪石在(010)面的消光角教材图3-14图图3-14 普通角闪石切面方向与消光类型的关系普通角闪石切面方向与消光类型的关系(据陈芸菁，据陈芸菁，1987)1987)A A.(010)斜消光；斜消光；B.(001)对称消光；对称消光；C.(100)平行消光；平行消光；D.(110)D.(110)斜消光斜消光图6-1贵橄榄石光性方位
