03第三章 矿物的双反射及均质非均质性

第三章矿物的双反射及均质非均质性第一节矿物的双反射一、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(Bireflectance，Bireflection)”。

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(Reflection Pleochroism)”。

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(视觉反射率R vis、主波长λd、纯度P e和色度坐标值x、y)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。

往往是无色类和微弱颜色类矿物只观察到双反射(亮度变化明显、颜色变化不明显)，显著颜色类矿物主要观察到反射多色性(颜色变化明显、亮度变化较不明显)。

这是由于观察者视党灵敏度不够高而造成的。

人们可以利用矿物的双反射、反射多色性的差异在矿相显微镜下鉴定和鉴别金属矿物（表3－1）。

二、双反射(反射多色性)的形成机理关于双反射的形成机理，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＝R 1- R2 ，ΔR＇＝ΔR/(R 1+ R2)/2式中R 1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从表3－2可看出，虽然红砷镍矿的绝对双反射率 6.3％大于方解石的绝对双反射率(2.0%)，但红砷镍矿的双反射显著程度远低于方解石，这是由于红砷镍矿的相对双反射率(11.4％)明显地小于方解石的相对双反射率(40.8％)造成的。

十分明显，矿物相对双反射率包含了矿物亮度［平均反射率1／2(R 1+ R2)］因素在内。

好象摄影的背景值(相当于平均反射率)越低，反差(相当于双反射现象)越大，背景值太高则反差不大一样，考虑了平均反射率影响的相对双反射率能够决定矿物双反射的显著程度。

同理，在浸油中观察，同一矿物的主反射率和平均反射率都较在空气中观察时低(即背景值低)，故其在油浸镜头下看到的双反射比在干镜头下看到的双反射现象明显。

关于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。

据Л.Н.Вяльсов，（1973）：F1＝R1(680)- R1(480)，F2＝R2(680)- R2(480)R、R2(680)和R1(680)、R1(480)分别为高主反射率方位、低主反射率方位在680nm单色光和480nm 1(680)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．如表3—3所示，一组黄色矿物(方黄铜矿和磁黄铁矿)的反射多色性显著程度取决于相对双色散率(磁黄铁矿的ΔF＇大于方黄铜矿的ΔF＇决定了磁黄铁矿的反射多色性较方黄铜矿显著，据此特征可鉴别二者)。

一组白色矿物(辉钼矿和毒砂)虽然辉钼矿的绝对双色散率ΔF大于毒砂，但因其相对双色散率ΔF＇小于毒砂而导致辉钼矿的反射多色性比毒砂微弱。

应该指出，若将显示双反射和反射多色性的矿物精确地测量最大和最小反射率位置之反射色颜色指数(色度坐标值x、y，视觉反射率R vis，主波长λd，纯度P e),并将R1(x1、y1)和R2(x2、y2)投在色度图上，则这两个色点在色图上的差异可以精确地表示该矿物之双反射和反射多色性的特征。

三、矿物双反射(反射多色性)的观察方法和视测分级(一)矿物双反射(反射多色性)的观察方法由于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。

由于多颗粒集合体中不同颗粒的方位不同，因之可以产生不同晶粒之间的反射率和反射色的差异。

这种亮度和颜色的差异能够在矿相显微镜视域内同时显示出来，而单个颗粒的亮度和颜色的差异则只在能转动物台改变晶粒方位的不同时间内显示出来。

十分明显，后者要经过“视觉暂留”作用将前后的印象叠加起来对比才能显示，故其远不如前者于同一时间内在镜下直接感觉出来明显。

事实上，只有少数很强双反射和反射多色性的矿物才能在单个晶粒中观察到亮度和颜色的变化，大多数较弱双反射和反射多色性的矿物须在多颗粒集合体中观察不同颗粒之间的反射率和反射色的变化。

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。

(二)矿物双反射(反射多色性)的视测分级关于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。

应该指出，矿物双反射和反射多色性视测分级的详略程度与观察条件有关。

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(光通量)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。

相反，在质量较差的矿相显微镜下观察则显示不出矿物反射率和反射色的微弱变化和不能详细区分很多等级。

故本教程结合一般教学实验室的条件(教学用显微镜的质量)采用较粗略的两级视测分级：I．可见——在空气中用一般教学用矿相显微镜单偏光下转动物台观察矿物单个晶粒或多颗粒集合体可显示反射率或反射色变化者属于本级；Ⅱ．未见——在上述条件下未显示亮度和颜色变化者属于本级。

本教程提出的双反射和反射多色性分级的常见矿物实例见表3—4：表3－4 常见矿物的双反射和反射多色性分级在实际生产和科研工作中，由于配备有较精密的矿相显微镜以及使用浸油，因而双反射和反射多色性的分级较为复杂(三级、四级或五级分级)。

而且还可以定量地测定最大和最小反射率的精确数值以至颜色指数x、y、R vis、λd、P e，确切地表示矿物的双反射和反射多色性的特征。

第二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(非晶质矿物和晶质的等轴晶系矿物)对垂直入射平面偏光没有“方向性”的影响，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。

上述光学现象称为“均质效应”(非均质矿物的“均质切面”也显示“均质效应”。

详见第一章第一节)。

矿物的这种光学性质即为“均质性”。

与此不同，非均质矿物(等轴晶系以外的晶质矿物)对垂直入射平面偏光具有“方向性”的影响，除特殊方位(消光位)外的其它任何方位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”。

矿物的这种光学性质即为“非均质性”，其为非均质矿物所特有(其理论基础见第一章第一节)。

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阐明透明非均质矿物的反射偏光振动面旋转的情况。

如图3—1所示，图中光片为双折射率高的一轴晶透明矿物方解石平行光轴的切面。

光片中入射光一般被分解为两组互相垂直振动的反射平面偏光，它们之间不会存在周相差(位相差)。

图3－1中PP代表前偏光镜的振动方向，圆代表矿相显微镜的视域，圆中为矿物光片。

CC代表矿物的C轴方位，AA代表水平轴方位，二者同为矿物的主反射率方向。

图中AA、CC与PP偏光振动方向成45°交角。

假设入射光的强度为E，OE的长度为其振幅。

入射光在投射到方解石光片后必被矿物分解成为两组互相垂直的平面偏光，一组沿AA方向振动，其强度为E1(振幅为OR2)，另一组沿CC方向振动，其强度为E2(振幅为OE2)。

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)。

从示意图解看出，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A rβ。

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(A rβ)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A rβ称为“非均质旋转角”。

十分明显，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·sinA rβ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。

对于不透明非均质矿物，除了产生上述偏光面非均质旋转以外，还能使反射平面偏光产生不为零和π的周相差，导致合成反射偏光变为椭圆偏光。

从物理光学得知，二互相垂直振动的平面偏光如有周相差，其合成光波必然形成种种椭圆偏光，只有在特殊情况下才变成平面偏光，如图3—2所示，r1、r2为代表非均质矿物在45°位置时二主反射率方向的反射光振幅，r1为慢光，r2为快光。

二者之间的周相差(δ)自0变至9π/4。

δ为零时表示没有周相差，其合成光波为一平面偏光，其振动方向即为r1、r2组成之长方形的一、三象限对角线方向。

δ渐增至π／4、π／2、3π／4时，合成光波变成各种形式的椭圆偏光，这些椭圆振动的方向伪逆时针方向。

δ为π时又合成为平面偏光，但其振动方向是上述长方形二、四象限的对角线方向。

δ至5π／4、3π／2、7π/4时又合成椭圆偏光，但其振动方向为顺时针方向。

当δ为2π时与δ的0时相同。

δ自2π到4π完全重复自0到2π的情况。

反射平面偏光与反射椭圆偏光可利用能旋转360°的顶偏光镜加以检别。

将显微镜的上偏光镜拉出，当旋转顶偏光镜一周显示两次消光时即为平面偏光，偏光振动面在与顶偏光镜振动面垂直的方位上。

如显示两次较暗两次较亮(不是上面的全明全暗)即为椭圆偏光。