矿物的反射率及反射色

1、第二章 矿物的反射率及反射色 一、矿物的反射率 二、矿物的反射色 一、矿物的反射率（Reflectance) 1.反射率：在垂直入射光经过矿物光面反射后的反射光强 (Ir)与入射光强(Ii)之比： R=Ir/Ii100 1）矿物反射率的大小与反射光的强度成正比 2）矿物反射率永远小于100%。天然矿物中自然银的反射 率最高（95%），萤石的反射率最低（3%） 2.影响反射率的因素 Fresnel透明矿物反射率公式： R=(N-n1)2/(N+n1)2 （1） 当介质为空气时，则 R=(N-1)2/(N+1)2 不透明金属矿物折射率为复数折射率N=N-iK, i2=-1,代入（1） 式得 R=(

2、N-n1)2K2 / (N+n1)2 K2 (2) 空气中（n11）则为 R=(N-1)2K2/(N+1)2 K2 (3) R=(N-n1)2K2 / (N+n1)2 K2 1）反射率与观察介质的关系 油浸镜头下矿物的反射率低于干镜头下的反射率 反射率大的降低少，反射率低的降低多 2）R与K，N 的关系 N K R/% K1,R16% K1.5,R30% K2.5,R46% N1.5,R4% N3,R24% K5,R44% 矿物吸收系数很小（K0.5) ，R取决于N，R曲线 近乎直立，与吸收系数无关 矿物KNR 铁闪锌矿0.42092.3717.80 富镁铬铁矿0.24192.1614.00

3、方解石0.0251.4861.65846.0 石英0.0251.5441.5534.5 萤石0.0251.4343.0 矿物吸收系数很大时（K2.0），矿物反射率主要取决于吸 收系数，R曲线近于水平，与N关系不大，且一律大于38% 矿物吸收系数介于0.52.0之间时，吸收系数和折射率对反 射率的影响同等重要 单以吸收系数而言， K1,R16%； K1.5,R30%； K 2.5,R46% 单就折射率而言，当N值大于1.5时,R值必大于4；N值大于 2时，R值必大于11；N值大于2.5时, R值必大于18 3）矿物反射率与入射光波长的关系 矿物反射率随入射光波长不同（不同的单色光）而矿物反射率随

4、入射光波长不同（不同的单色光）而 变化变化 矿物的特征反射率矿物的特征反射率- -国际矿相学委员测定的国际矿相学委员测定的470nm 470nm ( (蓝），蓝），546nm546nm（绿），（绿），589589（橙），（橙），650nm650nm（红）单（红）单 色光矿物反射率色光矿物反射率 2.影响矿物反射率的因素 1) 1) 矿物的吸收系数矿物的吸收系数K K与折射率与折射率N N（由矿物（由矿物 固有性质决定的，如成分、结构、键固有性质决定的，如成分、结构、键 型型) ) 2) 2) 入射光波长入射光波长 3) 3) 观测介质观测介质 3.反射率的形成机理 光线照射矿物的光面可以产生透

5、射、折射、吸收、反射等光线照射矿物的光面可以产生透射、折射、吸收、反射等 光学现象，但是不同矿物产生这些光学现象的差异可以很光学现象，但是不同矿物产生这些光学现象的差异可以很 大，这主要与矿物的化学成分和晶体结构，关键是矿物的大，这主要与矿物的化学成分和晶体结构，关键是矿物的 “化学键化学键” ” 特点。特点。 电子跃迁理论电子跃迁理论 能带理论能带理论 电子跃迁理论 透明矿物透明矿物 多是离子键、共价键和多是离子键、共价键和 分子键矿物，其中的电子一般固定分子键矿物，其中的电子一般固定 在一定的位置上，电子的基态能级在一定的位置上，电子的基态能级 与激发态能级之间的能量一般比可与激发态能级之

6、间的能量一般比可 见光光子的能量（见光光子的能量（3.1eV)3.1eV)大大, ,因此，因此， 绝大部分可见光进入矿物透射。透绝大部分可见光进入矿物透射。透 明矿物明矿物E E3.1eV,3.1eV,可见光大部分可见光大部分 透过，反射率低透过，反射率低. .如金刚石是典型如金刚石是典型 的共价键矿物，从的共价键矿物，从CCCC键中移出一键中移出一 个电子需要个电子需要5.5eV 5.5eV ，远大于可见光，远大于可见光 能量，所以钻石的透明度高，反射能量，所以钻石的透明度高，反射 率相对较低。率相对较低。 基态基态 e 激发态 E 不透明矿物不透明矿物,自然金属，金属键，很多自然金属，金属

7、键，很多 自由电子；不透明的自然金属自由电子；不透明的自然金属( (金属键金属键) ) 和金属硫化物和金属硫化物( (部分金属键部分金属键) )E E3.1eV3.1eV， 吸收可见光能量，从基态跃迁到激发态。吸收可见光能量，从基态跃迁到激发态。 激发态不稳定，电子又从激发态返回到激发态不稳定，电子又从激发态返回到 基态，释放的能量一部分成为热能，大基态，释放的能量一部分成为热能，大 量的能量以反射光的形式释放，所以具量的能量以反射光的形式释放，所以具 有较高的反射率有较高的反射率 释放能量 e e 激发态激发态 E 释放能量释放能量 e 能带理论 透明矿物透明矿物 禁带宽度比可见光最大能量禁

8、带宽度比可见光最大能量 值大，可见光能量不足于激发价带电子值大，可见光能量不足于激发价带电子 进入导带，所以，可见光不被吸收，透进入导带，所以，可见光不被吸收，透 射作用强，反射率低。射作用强，反射率低。 不透明矿物不透明矿物 自然金属导体矿物的能带自然金属导体矿物的能带 是重叠的，它可以吸收各种能量的可见是重叠的，它可以吸收各种能量的可见 光，并在返回时电子的能量大多仍以光光，并在返回时电子的能量大多仍以光 的形式释放出来，所以反射率高（一般的形式释放出来，所以反射率高（一般 6060）。半导体矿物禁带宽度小于可）。半导体矿物禁带宽度小于可 见光能量见光能量, ,电子吸收大部分可见光能量从电

9、子吸收大部分可见光能量从 价带到导带价带到导带. .同时同时 返回时释放出反射光返回时释放出反射光, , 具有高反射率（如黄铁矿和方铅矿具有高反射率（如黄铁矿和方铅矿4040 6060););禁带宽度中等时禁带宽度中等时, ,则可吸收部则可吸收部 分能量分能量, ,释放少量释放少量 的反射光的反射光, ,具有中等反具有中等反 射率射率( (如雄黄、雌黄如雄黄、雌黄20203030）. . 价带（满带）价带（满带） 禁带禁带 导带（空带）导带（空带） E e e e 能带理论认为，固体物质中的电子能带理论认为，固体物质中的电子 不束缚于个别原子，而是在整个固不束缚于个别原子，而是在整个固 体内运

10、动。每个原子的外层电子具体内运动。每个原子的外层电子具 有一定的宽度范围的能带。完全被有一定的宽度范围的能带。完全被 电子占据的为价带，部分占据的为电子占据的为价带，部分占据的为 导带，相邻能带之间为禁带。导带，相邻能带之间为禁带。 4.反射率的研究意义 金属矿物最重要的鉴定特征。鉴定矿的种，同时可以鉴定矿 物的变种、异种甚至多型。如闪锌矿、铁闪锌矿 金属矿物的重要标型特征,反映成矿作用信息。不同的成矿 物理化学条件形成的金属矿物具有不同的微量元素特征，磁 铁矿为例：变质的较纯（R：20.5）；热液成因的富含 Mg（18.7），岩浆的富含Ti （16.1）,所以反射率特 征有差异。（640nm

11、单色光下的反射率） 5.反射率的测定方法 1）视测对比法：反射率的高低在镜下表现为明亮程度。在反光 显微镜下将未知矿物与已知反射率的标准矿物进行对比，根 据对比结果确定未知矿物的反射率级别 特点：一种定性或半定量的测定方法 不需要任何专门仪器，操作简单 应用广泛 标准矿物的选择 常见的、均质的、化学性质比较稳定的、反射率有一定间 隔的矿物，如： 黄铁矿和方铅矿之间有10%的间隔 4个标准矿物 黄铁矿 R=53% 方铅矿R=43% 黝铜矿R=31% 闪锌矿R=17% 5个反射率级别 R黄铁矿 黄铁矿R方铅矿 方铅矿R黝铜矿 黝铜矿R闪锌矿 R 闪锌矿 2）光电法 定量测定矿物反射率的方法。光电法

12、有多种，现今最先进的方 法为光电倍增管显微光度计法，其原理是利用光电效应。光电 元件受到矿物反射光的照射会释放出光电子，这种微弱的电信 号通过光电倍增管时可以放大几百万倍，从而被仪器检测出来， 经计算机对数据加工处理后得出矿物的定量反射率数值。 实验二 矿物的反射率 一、实验目的要求 掌握矿物反射率的观测条件、观测方法及视测分级 2. 掌握本次实验所观测的矿物反射率的镜下特征 二、实验指导 1.反射率的观测条件、观测方法、视测分级 自然光(白光）；使用视测对比法； 利用黄铁矿、方铅矿、黝铜矿、闪锌矿4种标准矿物确 定其它未知矿物的反射率级别。 2.反射率的镜下特征表现为不同程度的亮度，亮度是确

13、定矿物反 射率视测分级的重要依据: 反射率高的矿物 反射光强度大，视域明亮、刺眼 反射率中等的矿物 反射光强度一般，视域柔和、不刺眼 反射率低的矿物 反射光强度小，视域暗淡 3. 光片必须擦净压平，应选择磨光较好且平滑而光亮的部位进行 对比观测 4.用中、低倍物镜观测为宜，观测时可左右（或前后）移动光片， 能扩大观测范围，便于正确对比和判断矿物的反射率差异 5.可将两种矿物的光片紧密镶压在一起观测，以便在同一视域中同时 能见到两种矿物，便于观测对比。如果两种矿物不能在同一个视域 中观测时，可利用“视觉暂留” 法，效果较好。注意镜下与实物成 倒像 6.观测矿物反射率时只比亮度，不比颜色。若两种矿

14、物反射色差别较 大，可使用绿色滤光片，以减少反射色的干扰 7.有些矿物的反射率接近标准矿物，我们把这些矿物称为边界矿物。 观测时由于仪器、光片质量、人眼的视测差异等原因，可能反射率 会大于或小于标准矿物， 判断它们的反射率级别应以实际观测结果 为准 三、实验内容 1.利用视测对比法观测利用视测对比法观测4 4种标准矿物的反射率特征种标准矿物的反射率特征 （要求：除单独观测每个标准矿物外，相邻的标（要求：除单独观测每个标准矿物外，相邻的标 准矿物要作对比）准矿物要作对比） 黄铁矿与方铅矿反射率的比较黄铁矿与方铅矿反射率的比较 在白光条件下在绿光条件下 Py Py Gal Gal 方铅矿与黝铜矿反

15、射率的比较方铅矿与黝铜矿反射率的比较 在白光条件下在绿光条件下 黝铜矿 黝铜矿 方铅矿 方铅矿 方铅矿、黝铜矿、闪锌矿反射率的比较方铅矿、黝铜矿、闪锌矿反射率的比较 在白光条件下在白光条件下在绿光条件下在绿光条件下 Gal Sph Tet 2.利用多媒体图像判断下列矿物的反射率特征，并 确定其反射率级别 红砷镍矿(Niccolite) 赤铁矿(Hematite) 铬铁矿(Chromite) 红砷镍矿的反射率级别？红砷镍矿的反射率级别？ （与标准矿物（与标准矿物黄铁矿比较）黄铁矿比较） 在白光条件下 在绿光条件下 Py Nic 红砷镍矿的反射率级别？红砷镍矿的反射率级别？ （与标准矿物（与标准矿

16、物方铅矿比较）方铅矿比较） 在白光条件下 在绿光条件下 Nic 红砷镍矿的反射率红砷镍矿的反射率 镜下特征：比较明亮，与黄铁矿比较接 近，稍暗于黄铁矿，明显亮 于方铅矿 视测分级：级 黄铁矿R方铅矿 赤铁矿的反射率级别？赤铁矿的反射率级别？ （与标准矿物（与标准矿物黝铜矿比较）黝铜矿比较） 在白光条件下 在绿光条件下 赤铁矿的反射率级别？赤铁矿的反射率级别？ （与标准矿物（与标准矿物闪锌矿比较）闪锌矿比较） 在白光条件下 在绿光条件下 Hm Sph Hm Sph 赤铁矿的反射率视测分级赤铁矿的反射率视测分级: : 镜下特征：比较明亮，与黝铜矿比较镜下特征：比较明亮，与黝铜矿比较 接近，稍暗于黝

17、铜矿，比接近，稍暗于黝铜矿，比 闪锌矿明亮闪锌矿明亮 视测分级：视测分级：级级 黝铜矿黝铜矿R R闪锌矿闪锌矿 铬铁矿的反射率级别？铬铁矿的反射率级别？ （与标准矿物（与标准矿物闪锌矿比较）闪锌矿比较） 在白光条件下 在绿光条件下 Sph Cr 铬铁矿的反射率视测分级：铬铁矿的反射率视测分级： 镜下特征：较暗，明显比闪镜下特征：较暗，明显比闪 锌矿暗锌矿暗 视测分级：视测分级：级级 R R闪锌矿闪锌矿 3 3. .利用利用4 4种标准矿物，用视测对比法观测种标准矿物，用视测对比法观测黄黄 铜矿、毒砂、辉锑矿、自然金、石英、辰铜矿、毒砂、辉锑矿、自然金、石英、辰 砂砂等矿物的反射率特征并确定这些

18、矿物的等矿物的反射率特征并确定这些矿物的 反射率级别。反射率级别。 （独立完成）（独立完成） 二、矿物的反射色 1.概念： 矿物光面在反光显微镜的垂直照射下所显示的颜色，是表色 2.反射色的形成 反射色是矿物对入射的白光选择性反射的结果，可以由反射 率色散曲线特征来表征 色散曲线是以波长为横坐标，反射率为纵坐标，曲线位置高 低表征反射率的大小，曲线的形态表征反射色的色调特征 不仅表示颜色的一般特征，而且表示颜色的细节组成 矿物的反射率与反射色曲线 无色类：当矿物对白光中的各种 色光反射率相差不大时，色散曲 线呈水平，矿物的反射色呈现无 色，根据所处的位置高低分别为 亮白色、白色、灰白色、灰色或

19、 暗灰色，例如方铅矿：纯白色； 自然银:亮白色；铬铁矿：灰色 有色类：当矿物对白光中的某种 色光反射率最大时，矿物的反射 色就显示那种色光的颜色 ，如自 然铜 矿物对白光中的某几种色光同时 显示较大反射率时，矿物的反射 色就显示几种色光的混合色 R/% 铜蓝铜蓝RoRo：蓝紫色：蓝紫色 方铅矿：微蓝白色方铅矿：微蓝白色 黄铁矿：淡黄色黄铁矿：淡黄色 自然铜：淡红色自然铜：淡红色 银：亮白色微黄白色银：亮白色微黄白色 /nm 3.反射色的视测分级 （定性） 显著颜色类 有明显颜色的矿物，如黄色、蓝色、玫瑰色等 无色类 如亮白色、白色、灰白色、灰色、暗灰色等 微弱颜色类 无色类但带很轻微的某种颜色

20、的色调。如磁铁矿，灰白色带 棕色色调；砷黝铜矿，灰白色带灰绿色色调。辉银矿灰白色带橄榄绿色调 有些矿物会出现在两个相邻的颜色类别中，其原因，一方面这些矿物反射 色处于中间过渡状态；矿物本身所含类质同象混入物杂质的种类数量不同 造成的。如辉铜矿，若含少量的铜蓝或蓝辉铜矿而呈现浅灰色微带蓝色色 调（微弱颜色类），含较多的斑铜矿呈浅黄棕色（显著颜色类） 4.反射色定性观察方法 观测条件:反光显微镜，自然光下，根据颜色感觉定性描述 视觉色变：矿物的颜色受连生的矿物反射色的影响产生的一种 色变效应。两种颜色同时刺激视网膜与单一颜色的视觉效应是 有所差别的。如磁铁矿，灰色，但与蓝灰色赤铁矿连生则微淡 粉红

21、色；黄铜矿，铜黄色，与磁黄铁矿连生则微黄绿色。 反射色的鉴定意义：尤其是显著颜色类矿物特征的颜色和微弱 颜色类矿物所具有的某种色调特征对于鉴定矿物有重要意义 要求：光片质量高，显微镜光源达到标准（方铅矿为纯白色， 不带任何色调），才能观察准确 黄铁矿浅黄白色镍黄铁矿浅黄白微带 棕 赤铁矿灰白微带蓝 毒砂白色微带玫 瑰黄 磁黄铁矿乳黄色微带 玫瑰棕 磁铁矿灰白色微带 棕 自然银亮白色微带 乳黄色 方铅矿纯白色钛铁矿灰白色带棕 自然金亮金黄色辉银矿灰白色带绿 色 闪锌矿灰色微带棕 自然铜铜红色砷黝铜矿灰白色微带 橄榄绿 石英深灰色 黄铜矿铜黄色黝铜矿灰白色方解石深灰色 辉铜矿浅灰微带蓝斑铜矿玫瑰色

22、铜蓝天蓝色 5.反射色的颜色指数：定量数字化表示金属矿物的反射色特征 亮度（Brilliance)：颜色的明亮程度 。用视觉反射率Rvis表示 色调(Hue):颜色的种类，颜色主波长d或反射率色散曲线主峰值的波长 纯度(Purity)：颜色的饱和程度Pe 。色光与白光的比例表示。白光为0，光 谱色为1 光度计测定反射率色散曲线，计算反射色颜色指数 反射色的颜色指数的研究意义 鉴别一些难于鉴定的矿物/鉴定矿物变种和异种 黄铁矿的含金性：含金黄铁矿Rvis：52.67 ；d：577nm， Pe： 0.200。不含金黄铁矿： Rvis：53.900 ；d：574nm， Pe：0.132。 区分自然金

23、自然银系列矿物 实验三 矿物的反射色 一、实验目的要求 掌握矿物反射色的观测条件及视测分级 掌握本次实验所观测的矿物反射色的镜下特征 二、实验指导 1.光片擦净压平，去锖色和脏物。选择磨光较好且平滑而光亮的部 位对比观测 2.在纯白色入射光下观测，以便能准确反映反射色的本来特征。 3.当反射色不同的矿物出现在同一视域时，观测时由于“视觉色变” 的影响，会使某些矿物的反射色产生细微变化，如黄铁矿若与 方铅矿连生，其浅黄色反射色很明显，若与黄铜矿连生，浅黄 色反射色就被黄铜矿的黄色反射色掩盖而显出黄白色。因此， 观测反射色时应注意周围连生矿物引起的视觉色变。如果观测 某矿物反射色时受到视觉色变的干扰，拿该矿