《晶体光学及光性矿物学》复习提纲

晶体光学及光性矿物学晶体光学及光性矿物学 复习提纲复习提纲 第一章第一章 晶体光学基础晶体光学基础 1 光具有波粒二象性 2 光是一种横波 光的传播方向与振动方向互相垂直 3 可见光 可见光 电磁波谱中波长范围 390 770nm 的一个区段 4 折射定律 折射定律 Sin i 入射角 Sin a 折射角 Vi 入射速度 Va 折射速度 N i a 5 全反射临界角和全反射全反射临界角和全反射 当光波从光密介质入射到光疏介质时 入射角 i 总是小于折射角 a 当 a 90 时 i 此时入射角 称为全反射临界角 当入射角 i 时 折射光波不再进入折射介质而全部返回到入射介质 这种能量的突变称为全反射 6 自然光 自然光 在垂直光波传播方向的断面内 光波作任意方向的振动 且振幅 相等 7 偏振光偏振光 在垂直光波传播方向的断面内 光波只在某一固定方向上振动 自然光转化为偏振光的过程称偏振化 8 光性均质体 光性均质体 指光学性质各方向相同的晶体 包括等轴晶系的矿物和非晶 质物质 光波在均质体中的传播特点 光的传播速度不因光的振动方向不 同而发生改变 各向同性 由折射定律可知 均质体的折射率只有一个 9 光性非均质体 光性非均质体 光性非均质体的光学性质因方向不同而改变 各向异性 包括中级晶族 一轴晶 和低级晶族 二轴晶 的矿物光波在非均质体中的传 播特点 光的传播速度因光波在晶体中的振动方向不同而发生改变 因而 非均质体的折射率也因光波在晶体中的振动方向不同而改变 10 双折射双折射 光波射入非均质体 除特殊方向外 将分解成振动方向互相垂 直 传播速度不同 折射率不等的两种偏光 这种现象称为双折射 11 双折射率 双折射率 两种偏光的折射率值之差称为双折射率 许多晶体光学现象 与此有关 12 光轴 光轴 光波沿非均质体的特殊方向入射时 不发生双折射 这种特殊的 方向称为光轴 13 中级晶族具有一个这样的特殊方向 称为一轴晶矿物 低级晶族具有两 个这样的特殊方向 称为二轴晶矿物 14 光率体 是表示光波在晶体中传播时 折射率值随光波振动方向变化的 一种立体几何图形或一种光性指示体 其作法是设想自晶体中心起 沿光波振 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 15 均质体光率体 均质体光率体 其传播速度不因振动方向不同而发生改变 即折射率值 各方向相等 均质体光率体是一个球体 球体的半径代表该晶体的折射率 16 一轴晶光率体 中级晶族晶体的光率体 一轴晶光率体 中级晶族晶体的光率体 一轴晶光率体是一个以 C 轴 为旋转轴的旋转椭球体 17 一轴晶光率体形状 以一轴晶光率体形状 以 C 轴为旋转轴的旋转椭球体轴为旋转轴的旋转椭球体 主折射率 Ne No 主折射率 Ne No 18 一轴晶光率体的光性正负 一轴晶光率体的光性正负 Ne No 正光性光率体 石英 长行旋转椭球体 Ne No 负光性光率体 方解石 扁形旋转椭球体 19 一轴正晶有石英 钻石 锡石等 一轮负晶有方解石 刚玉 红 蓝宝石 电气石 碧空 等 20 一轴晶光率体三种切面一轴晶光率体三种切面 1 垂直光轴切面 垂直光轴切面 圆切面 半径为 No 光波垂直该切面入射不发生双 折射 2 平行光轴切面 平行光轴切面 椭圆切面 长短半径分别为 Ne 或 No 光波垂直该 切面入射发生双折射 双折射率等于 Ne 与 No 的差的绝对值 为一轴晶 晶体的最大双折射率 3 斜交光轴切面 斜交光轴切面 椭圆切面 长短半径分别为 Ne 或 No 双折射率等 于 Ne 与 No 的差的绝对值 介于零与最大值之间 21 二轴晶光率体 二轴晶光率体 二轴晶光率体是一个三轴不等的椭球体 22 二轴晶光率体形状二轴晶光率体形状 三轴不等椭球体三轴不等椭球体 23 二轴晶光率体要素 二轴晶光率体要素 两根光轴两根光轴 OA 光波沿着垂直于上述两个圆切面的方向人射不发生双折射 也不改变 入射光波的振动特点和振动方向 所以这两个圆切面的法线方向就是二轴晶光 率体的两个光轴 光轴面 光轴面 AP 光轴角光轴角 2V 绝大多数二轴晶两个光轴相交成一个锐角和一个钝角 两光轴相交的 锐角称为光轴角 以符号 2V 表示 锐角等分线锐角等分线 Bxa 两光轴所夹锐角的平分线称为锐角等分线 以符号 Bxa 表示 锐角 等分线必与主轴 Ng 或 Np 一致 钝角等分线钝角等分线 Bxo 两光轴所夹钝角的平分线称为钝角等分线 以符号 Bxo 表示 钝角等 分线必与主轴 Ng 或 Np 24 二轴晶光率体光性正负 二轴晶光率体光性正负 根据 Ng Nm 与 Nm Np 的相对大小确定二轴晶的光性符号的 表述为 Ng Nm Nm Np 为正光性符号 Ng Nm Nm Np 为负光性符号 25 二轴晶光率体的五种主要切面 二轴晶光率体的五种主要切面 1 垂直一根光轴切面 垂直一根光轴切面 OA 圆切面 半径为 Nm 光波垂直该切面入射 不发生双折射 2 平行光轴面切面 平行光轴面切面 AP 椭圆切面 长半径为 Ng 短半径为 Np 光波 垂直该切面入 3 垂直 垂直 Bxa 切面 切面 椭圆切面 对于正光性 长半径为 Nm 短半径为 Np 双折射率等于 Nm Np 对于负光性 长半径为 Ng 短半径为 Nm 双折射 率等于 Ng Nm 4 垂直 垂直 Bxo 切面 切面 椭圆切面 正光性和负光性的长短半径的特点与垂直 Bxa 切面相反 5 斜交切面 斜交切面 椭圆切面 长短半径分别为 Ng 和 Np Ng 大小介于 Ng 与 Nm 之间 Np 大小介于 Nm 与 Np 之间 双折射率等于 Ng Np 26 光性方位 光性方位 指光率体在晶体中的位置 即光率体主轴 No Ne 轴或 Ng Nm Np 轴 与结晶轴 a b c 轴 之间的相互关系 对低级晶族 二 轴晶 矿物具有重要的鉴定意义 第二章第二章 偏光显微镜偏光显微镜 透射 偏光显微镜是岩矿综合鉴定的精密光学仪器 与一般生物显微镜的主 要区别在于安装有两个偏光镜 本章教学目的是结合实物使学生了解偏光显微 镜的基本构成 必备附件 使用方法及养护规则 1 偏光显微镜的构成偏光显微镜的构成 机械系统主要部件 1 镜座与镜臂 支撑显微镜及连接光源 物台 镜筒 2 镜筒 连接目镜和物镜的部件 3 物镜转换器 用于安装 选择不同倍数的物镜 4 载物台 放置薄片用的可 3600 转动的圆形平台 5 焦准设备 升降系统 分粗调和微调 作用是调节焦距 使物象清晰 6 聚光镜架 连接聚光镜 下偏光镜 上锁光圈等的部件 7 上 下锁光圈 控制光的通过量 光学系统主要部件 1 光源 分为自然光源和人工光源 目前多数显微镜采用人工光源 2 下偏光镜 在聚光镜架底部 作用是把自然光转变为偏光 其振动方向一 般为东西向 3 聚光镜 在聚光镜架上部 作用是把偏光转变为锥光 使显微镜处于偏光 系统 4 物镜 由多组透镜组成 连接在物镜转换器上 是决定放大倍数及成像质 量的重要部 件 按放大倍数分为三类 高倍镜 40 倍和 100 倍 中倍镜 10 倍和 20 倍 低倍镜 2 5 和 4 四倍 5 目镜 由眼透镜和场透镜组成 目镜中附有十字丝 倍数有 10 倍和 8 倍 两种 6 上偏光镜 位于目镜和物镜间 振动方向与下偏光振动方向垂直 可自由 推入或拉出 7 勃氏镜 位于目镜和上偏光镜间 可自由的推入或拉出 与聚光镜和高倍 镜配合使用 二 二 偏光显微镜的调节与校正偏光显微镜的调节与校正 选择并装配物镜和目镜 按需要选择物镜和目镜 在安装目镜时注意其内十字 丝的方向 调节照明 打开光源灯 调节变压器旋扭 直到亮度适度为止 焦准 将薄片置于物台上 在教师指导下 用粗调或微调调焦至物象清晰 在 此过程中 千万注意 物镜前透镜不要与薄片接触 以免打碎薄片或损坏镜头 物镜中心的校正 物台旋转轴 物镜中轴 镜筒中轴 目镜中轴必须保持在一 条直线上 偏光显微镜才能正常使用 目前有关物镜中心的校正将由指导教师来完成 下偏光镜的检查 下偏光镜的振动为东西向 当黑云母的解理平行下偏光镜的 振动方向时 颜色最深 据此可以检查 调节下偏光镜的振动方向 上偏光镜的检查 移 去薄片 视域黑暗 说明上偏光振动方向与下偏光振动方向互相垂直 否则 需要进行调节 调节工作由指导教师来完成 第三章第三章 单偏光镜下的晶体光学性质单偏光镜下的晶体光学性质 1 单偏光镜下载物台上放置矿片时视域的光学特点 单偏光镜下载物台上放置矿片时视域的光学特点 1 放置均质体矿片 放置均质体矿片 当物台上放置均质体矿 物 片时 透出矿片的偏光振动方向仍然平行偏光 振动方向 矿片显示偏光透过矿片时的光学性质 由于均质体光性各向同性 旋转物台时光学性质不变 2 放置非均质体矿片 放置非均质体矿片 非均质体垂直光轴切面的矿片 除矿物形态 旋转载物台矿物光学性质没有 变化 非均质体斜交光轴切面的矿片 除矿物形态 旋转载物台矿物光学性质有变 化 2 矿物形态矿物形态 矿物的形态是几何特征 不属于光学性质 显微镜下观察到的矿物形态与 矿物本身的结晶习性与切片方向有关 确定一种矿物的整体外形 必须考虑不 同的切片方向的形状及综合手标本上矿物的形态 切面形态 单体形态 集 合体形态 3 解理解理 矿物受外力作用后沿一定结晶学方向裂成光滑平面的性质 是鉴定矿 物的特征之一 在显微镜下见到的不是解理面本身 而是解理面与薄片平面的 交线 这些交线一般为明显的黑线 称为解理缝 4 解理的完善程度分为三级 解理的完善程度分为三级 1 极完全解理 解理缝细 密 长 贯穿整个晶体 如云母类的解理 2 完全解理 解理缝之间间距较宽 不完全连续 如角闪石和辉石类的解 理 3 不完全解理 解理缝断断续续 有时仅见解理缝痕迹 如橄榄石 5 解理缝可见临界角 解理缝可见临界角 解理面与切面有交线 理论上会见到解理纹 但由于光 学原理 交角增大到某一极限值时 显微镜下就见不到它了 这个极限值就叫 做解理纹可见临界角 即当小于临界角时才能见到解理缝 解理缝纹可见临界 角取决于 N 矿与 N 胶的差值 差值愈大 临界角愈大 差值愈小 临界角愈小 6 解理夹角的测定 解理夹角的测定 解理夹角即两个解理面的夹角 定解理夹角 必须选择同 时垂直两组解理面的切面 在此切面上测量两组解理纹的夹角 测量解理夹角的操作步骤如下 测量解理夹角的操作步骤如下 1 选择同时垂直两组解理面的切面 其特征是 两组解理纹同时最细 最 清晰 且两组解理纹宽度 清晰度相同 升降镜筒 两组解理纹都不平行移动 2 将选好的切面置于视域中心 并使其中的任意两条解理纹的交点 最好靠 矿物中心 与十字丝交点重合 3 旋转物台 使一条解理纹与纵丝 或横丝 一致 记录物台读数量 4 旋转物台 使另一条解理纹与纵丝 或横丝 一致 记录物台读数 5 计算解理夹角 以上读数之差 7 多色性和吸收性 公式 多色性和吸收性 公式 均质体矿物 均质体矿物 光性上表现为各向同性 对光波的选择性吸收不随方向的改 变而改变 因此 旋转物台 均质体矿物的颜色色彩和浓度不会发生改变 非均质体矿物 非均质体矿物 光性上表现为各向异性 对光波的选择性吸收随方向的不 同而改变 在显微镜下旋转物台时 非均质体矿物的颜色色彩和浓度一般情况 下都会发生改变 非均质体矿物颜色色彩发生改变 呈现多种色彩的现象称为 多色性 颜色深浅发生改变的现象称为吸收性 非均质体矿物 若在偏光显微 镜下能见到颜色 一般都能观察到多色性和吸收性 只是多色性和吸收性的明 显程度不同而己 8 矿物的边缘和贝克线的概念矿物的边缘和贝克线的概念 边缘 岩石薄片中 在两个折射率不同的物质接触处 可以看到一条比较黑 暗的边缘 称矿物的边缘 贝克线 在边缘的邻近不可见 到 一条比较明亮的细线 成为贝克线 9 贝克线的移动规律 贝克线的移动规律 下降物台 或提升镜筒 贝克线相对边缘向折射率大的介质一方移动 提 升物台 或下降镜筒 贝克线相对向折射率小的一方移动 即 下降物台 贝 克线向折射率大的介质一方移动 10 假贝克线 假贝克线 若矿物折射率比树胶折射率大得多时 观察矿物的贝克线 发 现提升镜筒贝克线不是移向矿物一方 而是移向树胶一方 有时又发现有两条 亮带 提升镜筒 一条向矿物一方移动 另一条向树胶一方移动 这些移动规 律异常的 贝克线 称为 假贝克线 产生假贝克线的原因 产生假贝克线的原因 主要与两介质折射率差值太大和接触面不规整有关 排除产生假贝克线方法 排除产生假贝克线方法 放弃对这一部位的观察 而改选其他合适的部位进 行观察 或改用中心明暗法和斜照法比较折射率相对大小 中心明暗法 中心明暗法 下降物台 矿物中心变亮 范围变小 变清晰 则矿物折射率 大于树胶折射率 下降物台 矿物中心变暗 范围变小 变模糊 则矿物折射 率小于树胶折射率 11 矿物糙面 矿物糙面 即偏光显微镜下所见矿物的粗糙表面 是光线通过矿片后产生 的一种光学效应 是人对矿片表面粗糙程度的一种视觉 并不代表矿片真实的 物理粗糙程度 12 矿物糙面的成因矿物糙面的成因 磨制的矿片表面 一般总不同程度地有显微凹凸不平 当覆盖其上的树胶折射率与矿物折射率存在差异时 该表面即是一个光学界面 光线通过该界面时要发生折射 使光线发生聚卒呻分散 光线聚敛的区域变亮 光线分散的区域变暗 矿片表面明暗不均 给人一种粗糙的感觉 13 突起 突起 矿物表面 高出 薄片平面 类似于 正地形 的现象 突起就是 矿物这种 高低不平 的现象的 突起也是光线通过矿片后产生的一种光学效 应 是人对矿物边缘和糙面的一种综合视觉 并不代表矿物表面的实际高低 因为边缘和糙面的显著程度取决于 N 矿和 N 胶的差值 所以实际上突起的 高低主要取决于 N 矿与 N 胶的差值 差值愈大 突起愈高 差值愈小 突起愈 低 14 突起正负及等级的划分突起正负及等级的划分 突起正负是以加拿大树胶的折射率为标准 突起正负是以加拿大树胶的折射率为标准 根据 N 矿 N 胶的相对大小 突起分为正突起和负突起 N 矿 N 胶 为正突起 N 矿 N 胶 为负突起 即负突起矿物 折射率小于 1 54 正突 起矿物 折射率大于 1 54 正 负 是指矿物折射率是 大于 还是 小于 树 胶的折射率 并不是指突起是向上还是向下 突起分为 6 个等级 15 闪突起 闪突起 在单偏光镜下 转动载物台 非均质体矿物的边缘 糙面及突起 高低发生明显改变的现象称为闪突起 第四章第四章 正交偏光镜间的晶体光学性质正交偏光镜间的晶体光学性质 1 消光现象消光现象 矿片在正交偏光镜间呈现黑暗的现象 2 全消光全消光 永久消光永久消光 旋转物台一周 均质体或非均质体垂直光轴切片的消光 现象 黑暗 不改变 所有均质体任意方向的切片 非均质体垂直光轴的切片 3 四次消光 四次消光 旋转物台一周 非均质体晶体非垂直光轴切片的光率体椭圆半径 有四次与下偏光镜平行的机会 故出现四次黑暗 消光 现象 非均质体除垂直光轴外其它方向的切片 当椭圆切面的长短半径平行上 下偏光镜振动方向时消光 当椭圆切面的长短半径斜交上 下偏光镜振动方向 时明亮 4 消光位 消光位 非均质体非垂直光轴切片在正交偏光镜间处于消光现象时的位置记 为消光位 非均质体除垂直光轴外其它方向的切片 处于消光位时一定是椭圆切面的长 短半径与上下偏光镜的振动方向平行 矿片不消光时 发生干涉现象 5 光程与光程差 光程与光程差 光程差光程差 R d N d 为矿片厚度 为矿片厚度 为矿物的双折射率 为矿物的双折射率 N1 N2 6 干涉现象及干涉色干涉现象及干涉色 1 干涉现象 干涉现象 非均质体晶体非垂直光轴的矿片 其光率体椭圆半径与上 下 偏光镜振动方向斜交 即矿片不在消光 时 透过晶体分解的两束光波 频率 相等 具有固定的光程差且在同一平面内振动 上偏光镜振动面 因此必然 发生干涉现象 2 干涉色及其成因 干涉色及其成因 如果光源为单色光 随着光程差的逐渐增大 将依次出 现明亮相间的干涉条带 改变光程差的方法是利用石英楔 如果光源为白光 干涉结果就是一系列复杂彩色条带的组合 即干涉色 7 干涉色级序干涉色级序 用白光做光源 在正交偏光镜间 450 缓慢推入石英楔 随着石英楔的慢慢推 入 光程差连续地增大 视域内出现的干涉色由低到高有规律的变化 这种规 律性变化叫做干涉色色序 通常可以划分为四 五个级序 干涉色色谱表 0 550nm 550 1100nm 1100 1650nm 1650nm 当光程差非常大时 将出现一种与珍珠表面类 似的亮白色 称高级白干涉色 8 消色 消色 若 RI R2 则当光率体椭圆异名半径平行时 总光程差为 0 矿片 黑暗 这种现象称为消色 9 消光和消色的区别 消光和消色的区别 消色和消光虽然都是表现为黑暗 但它们的成因不同 消光是由于矿片光率体椭圆半径与 PP 一致 没有光透出上偏光镜而使矿片呈 现黑暗 而消色是由于两矿片产生的干涉色正好抵消而使矿片呈现黑暗 消光 说明矿片光率体椭圆半径与 PP AA 一致 消色说明两矿片光程差相等 而且 它们的光率体椭圆异名半径平行 10 消光角的测定消光角的测定 1 选定待测的切面 单斜晶系一般选择平行 010 方向的切面 三斜晶系 选择垂直 010 切面或同时垂直 010 与 001 切面 2 将待测矿片移至视域中心 转动物台 使矿片上的解理缝或双晶缝或晶面 迹线平行目镜十字丝 并记下载物台上的读数 a 3 顺时针转动物台至消光位 记下台物读数 b 4 测定消光位时十字丝纵丝的光率体椭圆切面的半径名称 利用前面所学的 知识 5 计算 a b 间的夹角 并记录消光角 11 晶体延性符号的测定 其测定方法如下 晶体延性符号的测定 其测定方法如下 1 将欲测矿片置视域中心 使矿片的延长方向平行目镜十字丝纵丝 此 时矿片消光 因系平行消光 矿片上光率体椭圆半径与目镜十字丝平行 2 转动物台 450 使矿片延长方向与目镜十字丝成 450 夹角 此时矿 片干涉色最亮 3 加入试板 观察干涉色的变化 当干涉色级序降低 图 69B 试板与 矿片的光率体椭圆切面的异名半径平行 证明正延性 当干涉色级序升高 试 板与矿片的光串体椭圆切面的同名半径平行 证明负延性 第五章第五章 锥光镜下的晶体光学性质锥光镜下的晶体光学性质 1 锥光镜的装置锥光镜的装置 在正交偏光镜基础上 于下偏光镜之上 载物台之下 加上一个聚光镜 换用高倍物镜 45 或 63 加入勃氏镜或去掉目镜加入勃氏镜或去掉目镜 便完成了锥光镜的装置 2 干涉图的概念干涉图的概念 如在锥偏光镜下就能同时观察到不同方向切面的消光和干涉 现象 这些方向不同 且方向连续过渡变化的所有切面的消光和干涉现象形成 的整体图形就称为干涉图 换用高倍物镜换用高倍物镜就是为了接纳较大范围的锥形光波 以观察到范围较大 图形 较完整的干涉图 3 一轴晶干涉图及光性正负的测定一轴晶干涉图及光性正负的测定 1 垂直光轴切面的干涉图垂直光轴切面的干涉图 a 图像特点 黑十字和同心干涉色色圈 且黑十字的黑臂平行上下偏 光镜的振动方向 交点位于 AA PP 的交点 该点为光轴出露点 载物台旋 转一周 图像不变 b 成因 成因 波向图即是以不同方向入射晶体的光波所分解的两束偏光的振 动方向在水平面上的投影图 一轴晶垂直 0A 切面波向图由同心圆和放射线 组成 同心圆线与放射线的交点为锥形光束在矿片的出露点 放射线方向为 Ne 光振动方向 同心圆线的切线方向为 No 光振动方向 圆心为 0A 出露点 2 垂直光轴切面干涉图的应用垂直光轴切面干涉图的应用 a 确定轴性和切面方向 根据干涉图的图像特点 可确定为一轴晶垂直光轴切面 一轴晶其它方向 切面及二轴晶矿物不具这种特征的干涉图 b 测定光性符号 c 确定切面方向 3 斜交光轴切面的干涉图斜交光轴切面的干涉图 图像特点图像特点 在斜交光轴的切片中 光轴在矿片中的位置是倾斜的 轴在矿片 平面上的出露点 即黑十字交点不在视域中心 所以斜交光轴切面的干涉图是 由不完整的黑十字和不完整的干涉色圈组成 4 斜交光轴切面干涉图的应用斜交光轴切面干涉图的应用 a 当光轴倾角不很大时 可以确定轴性及切面方向 b 测定光性符号 c 测定光轴角大小 4 二轴晶干涉图及光性正负的测定二轴晶干涉图及光性正负的测定 1 垂直锐角等分线 垂直锐角等分线 Bxa 切面的干涉图 切面的干涉图 a 图像特点 图像特点 0 度位时 干涉图由黑十字和 形干涉色圈组成 黑十字交点 与十字丝交点重合 并代表 Bxa 出露点 黑十字两个黑带一粗一细 当光轴角 较小 2V 45 度 时 在 10 40 倍的偏光镜下 两个 0A 出露点位于视域内 并 位于较细的黑带上 且 OA 出露点处更细 当矿物最大双折射率较大时 干涉 色分别以两个 OA 出露点为中心呈圈层状分布 由于干涉色圈向外较密 向内 较疏 色圈呈椭圆状 外层干涉色圈相连呈 字形 字形的走向与细黑 带走向平行 旋转物台 黑十字从中心开始分裂成两个弯曲的黑带 字形 色圈随之旋转 45 度位时 两个黑带呈对称的双曲线 相距最远 两条黑带的 顶点即为两 OA 的出露点 黑带凸向 Bxa 出露点 十字丝交点 90 度位时干涉 图与 0 度位干涉图相似 135 度位干涉图与 45 度位相似 180 度位干涉图与 0 度 位相似 2 垂直锐角等分线 垂直锐角等分线 Bxa 切面的干涉图应用 切面的干涉图应用 a 确定轴性和切面方向 干涉图的特殊性 b 测定光性正负 加入试板 根据视域中部干涉色出现升降 判断 Nm 是光率体椭圆的长半 径还是短半径 随