第四章正交偏光镜间的晶体

1、第四章第四章 正交偏光镜间的正交偏光镜间的晶体光学性质晶体光学性质正交偏光镜，上、下偏光镜同时推入而且正交偏光镜，上、下偏光镜同时推入而且两者振动方向互相垂直（图两者振动方向互相垂直（图5050）。由于所用入）。由于所用入射光波是近于平行的光束，因而又可称为平行射光波是近于平行的光束，因而又可称为平行光下的正交偏光镜。符号光下的正交偏光镜。符号“PP”PP”代表下偏光镜代表下偏光镜的振动方向，的振动方向，“AA”AA”代表上偏光镜的振动方向。代表上偏光镜的振动方向。在正交偏光间不放任何矿片时，视域完全在正交偏光间不放任何矿片时，视域完全黑暗（图黑暗（图5050）。因为自然光波通过下偏光镜之）。

2、因为自然光波通过下偏光镜之后，即变成振动方向平行后，即变成振动方向平行PPPP的偏光，因上下偏的偏光，因上下偏光偏的振动方向彼此垂直，不能透出上偏光镜，光偏的振动方向彼此垂直，不能透出上偏光镜，故视域黑暗。故视域黑暗。在正交偏光镜间的载物台上放置矿片，则在正交偏光镜间的载物台上放置矿片，则由于矿物性质及切片方向的不同，而显示不同由于矿物性质及切片方向的不同，而显示不同的光学现象。的光学现象。AB21KKNN 1 1、 K K1 1、K K2 2 由同一偏光束经过两次分解（透过矿由同一偏光束经过两次分解（透过矿片和上偏光镜时）而成，其频率相等。片和上偏光镜时）而成，其频率相等。2 2、 K K1

3、 1、K K2 2 之间有固定的光和差（由之间有固定的光和差（由K K1 1、K K2 2继承继承下来的光程差）。下来的光程差）。3 3、 K K1 1、K K2 2 在同一平面内（在同一平面内（AAAA）内振动。）内振动。因此，、两种偏光具备了光波干涉的条件，必将发生因此，、两种偏光具备了光波干涉的条件，必将发生干涉作用。干涉的结果取决于两种偏光之间的光程差干涉作用。干涉的结果取决于两种偏光之间的光程差R R。 K1 K1、K2K2透出上偏光镜后的特点透出上偏光镜后的特点 22Rnn(21)2Rn22n(21)2n22Rnn(21)2Rn1、 K1、K2振幅相同，振幅相同，方向相反，干涉结果

4、相互抵消而黑暗方向相反，干涉结果相互抵消而黑暗d d * * N N1 1d d * * N N2 2 R Rd d（N N1 1 N N2 2 ）(R)(R)(d)(d)（N N1 1 N N2 2 ）4 干涉色及干涉色色谱表干涉色及干涉色色谱表R Rd d（N N1 1 N N2 2 ）(21)2Rn22Rn(21)2Rn二、干涉色级序及各级序的特征二、干涉色级序及各级序的特征干涉色色谱表是表示干涉色级序、光程差、双折率及薄片厚度之间关系的图表（图干涉色色谱表是表示干涉色级序、光程差、双折率及薄片厚度之间关系的图表（图57及附彩色色谱表）。它是根据光程差公式：及附彩色色谱表）。它是根据光程

5、差公式：R=d（N1-N2），作成的图表。），作成的图表。四、异常干涉色四、异常干涉色我们在讨论干涉色的成因时，是以同一矿物对不同波长单色我们在讨论干涉色的成因时，是以同一矿物对不同波长单色光的双折率大小相等为基础的，实际上，同一矿物对不同波长单光的双折率大小相等为基础的，实际上，同一矿物对不同波长单色光的双折率大小并不都是相等。色光的双折率大小并不都是相等。只有当只有当Ne、No或或Ng、Nm、Np的色散曲线平行时（第一章的色散曲线平行时（第一章图图17A及图及图18A、B），不同单色光的双折率大小才相等。如果），不同单色光的双折率大小才相等。如果Ne、No或或Ng、Nm、Np的色散曲线不平

6、行（图的色散曲线不平行（图17B、C、D及图及图18C、D、E、F），则不同波长单色光的双折率不等，即该矿物），则不同波长单色光的双折率不等，即该矿物具双折率色散。具双折率色散。多数矿物的双折率色散很小，各单色光的光程差差异不大，多数矿物的双折率色散很小，各单色光的光程差差异不大，对干涉色影响甚微，难于察觉，可忽略不计。少数矿物的双折率对干涉色影响甚微，难于察觉，可忽略不计。少数矿物的双折率色散较大，可以影响干涉色。因而这部分矿物呈现色谱表上没有色散较大，可以影响干涉色。因而这部分矿物呈现色谱表上没有的干涉色。称的干涉色。称异常干涉色异常干涉色。五、平行偏光镜间的干涉色五、平行偏光镜间的干涉色

7、当载物台上放置非均质体当载物台上放置非均质体任意方向（除垂直光轴以外）的矿片任意方向（除垂直光轴以外）的矿片时，和正交偏光镜间的情况一样，透时，和正交偏光镜间的情况一样，透出下偏光镜的振动方向平行出下偏光镜的振动方向平行PP的偏的偏光，经过矿片和上偏光镜时，因两度光，经过矿片和上偏光镜时，因两度分解而具备了干涉条件，必然要发生分解而具备了干涉条件，必然要发生干涉作用。但其干涉结果与正交偏光干涉作用。但其干涉结果与正交偏光镜间不同（图镜间不同（图58）。）。 当用单色光照射时：当用单色光照射时：22RnR=(2n+1)2 如用白光照射时，出现的干涉色，是正交偏光镜间呈现如用白光照射时，出现的干涉

8、色，是正交偏光镜间呈现干涉色的互补色。干涉色的互补色。例如当光程差为例如当光程差为550550纳米时，在正交偏光镜间，呈现纳米时，在正交偏光镜间，呈现一级紫一级紫红红的干涉色，但在平行偏光镜间则呈现的干涉色，但在平行偏光镜间则呈现黄绿色黄绿色干涉色。干涉色。在岩石薄片鉴定工作中，平行偏光镜间的观察很少用，仅有在岩石薄片鉴定工作中，平行偏光镜间的观察很少用，仅有时以区别在正交偏光间难于区分的一级灰白与高级白干涉色时用。时以区别在正交偏光间难于区分的一级灰白与高级白干涉色时用。正交偏光镜间所呈现的一级灰白干涉色，在平行偏光镜间则变为正交偏光镜间所呈现的一级灰白干涉色，在平行偏光镜间则变为暗橙红色，

9、而高级白，仍为白色。暗橙红色，而高级白，仍为白色。第五节第五节 补色法则及补色器补色法则及补色器在正交偏光镜间，测定一些晶体光学性质时，往往借助在正交偏光镜间，测定一些晶体光学性质时，往往借助于一些补色器（或试板）。应用补色器时，需遵循补色法则。于一些补色器（或试板）。应用补色器时，需遵循补色法则。一、补色法则一、补色法则在正交偏光镜间，两个非均质本任意方向的矿片（除垂在正交偏光镜间，两个非均质本任意方向的矿片（除垂直光轴以外的），在直光轴以外的），在45位置重叠时，光通过此两矿片后总位置重叠时，光通过此两矿片后总光程差的增减法则（光程差的增减具体表现为干涉色级序的光程差的增减法则（光程差的增

10、减具体表现为干涉色级序的的升降变化），称为补色法则。的升降变化），称为补色法则。设一非均质体矿片的光率体椭设一非均质体矿片的光率体椭圆半径为圆半径为NgNg1 1与与NpNp1 1，光波射入此矿，光波射入此矿片后发生双折射，分解形成两种偏片后发生双折射，分解形成两种偏光，透出矿片后所产生的光程差为光，透出矿片后所产生的光程差为R R1 1。另一矿片的光率体椭圆半径为。另一矿片的光率体椭圆半径为NgNg2 2与与NpNp2 2，产生的光程差为，产生的光程差为R R2 2。将两个矿片重叠于正交偏光镜将两个矿片重叠于正交偏光镜间，并使间，并使两矿片的光率体椭圆半径两矿片的光率体椭圆半径与上、下偏光镜

11、的振动方向成与上、下偏光镜的振动方向成4545夹角夹角。光波通过两矿片后，必然产。光波通过两矿片后，必然产生一个生一个总光程差总光程差，以，以R R表示。总光程表示。总光程差差R R是加大还是减小，取决于两矿片是加大还是减小，取决于两矿片重叠的方式（即重叠时光率体椭圆重叠的方式（即重叠时光率体椭圆半径的相对位置）。半径的相对位置）。当两个矿片的同名半当两个矿片的同名半径平行时（即径平行时（即NgNg1 1NgNg2 2、NpNp1 1NpNp2 2）( (图图59A)59A)，光透过，光透过两矿片后，其总光程差两矿片后，其总光程差R=RR=R1 1+R+R2 2，其中，其中RRRR1 1、RR

12、RR2 2。由于光程差的增减表现为干由于光程差的增减表现为干涉色级序的升降，因此总光涉色级序的升降，因此总光程差程差R R反映出的干涉色，比原反映出的干涉色，比原来两个矿片各自的干涉色级来两个矿片各自的干涉色级序都高，即同名半径平行时序都高，即同名半径平行时干涉色级序升高（图干涉色级序升高（图59A59A）。）。由上可知：两矿片在正交偏光镜间由上可知：两矿片在正交偏光镜间4545位置重叠时，位置重叠时，当其光率体椭圆半径的同名半径平行时，总光程差当其光率体椭圆半径的同名半径平行时，总光程差R R等等于原来两矿片的光程差之和，表现为干涉色级序升高；于原来两矿片的光程差之和，表现为干涉色级序升高；

13、异名半径平行时，总光程差异名半径平行时，总光程差R R等于原来两矿片光程差之等于原来两矿片光程差之差，其干涉色降低（比原来干涉色高的矿片降低，比原来干差，其干涉色降低（比原来干涉色高的矿片降低，比原来干涉色低的矿片不一定降低），若涉色低的矿片不一定降低），若R1=R2R1=R2，则总光程差，则总光程差R=0R=0，此，此时矿片消色而变黑暗。时矿片消色而变黑暗。在两个矿片中，如果一个矿片的光率体椭圆半径名称及在两个矿片中，如果一个矿片的光率体椭圆半径名称及光程差为已知，则可根据补色法则，测定另一矿片的光率体光程差为已知，则可根据补色法则，测定另一矿片的光率体椭圆半径名称及光程差。椭圆半径名称及光

14、程差。偏光显微镜里所附的补色器，就是已知光率体椭圆半径偏光显微镜里所附的补色器，就是已知光率体椭圆半径名称及光程差的矿片。名称及光程差的矿片。如果矿片干涉色为如果矿片干涉色为一级灰（一级灰（R=150nmR=150nm左右）左右）, ,加入石加入石膏试板后，膏试板后，当当同名半径平行同名半径平行时，时，总光程差总光程差 R=550+150=700nmR=550+150=700nm，矿，矿片干涉色由片干涉色由一级灰变为二级蓝绿一级灰变为二级蓝绿；当当异名半径平行异名半径平行时，时，总光程差总光程差 R=550-150=400nmR=550-150=400nm，矿，矿片干涉色由片干涉色由一级灰变为

15、一级橙黄一级灰变为一级橙黄。这两种干涉色（这两种干涉色（二级蓝绿与一级橙黄二级蓝绿与一级橙黄）对矿片所具的）对矿片所具的干涉色（干涉色（一级灰一级灰）来说，都是）来说，都是升高升高，但对石膏试板所具有，但对石膏试板所具有的干涉色（的干涉色（一级紫红一级紫红）来说，则）来说，则有升有降有升有降。因此，在这种情况下，判断干涉色级序的升降，应当因此，在这种情况下，判断干涉色级序的升降，应当以石膏试板的干涉色为准以石膏试板的干涉色为准。或者记住或者记住，当矿片干涉色为一级灰时，加入石膏试板，当矿片干涉色为一级灰时，加入石膏试板后，后，干涉色升高时矿片干涉色变二级蓝，降低时矿片干涉干涉色升高时矿片干涉色

16、变二级蓝，降低时矿片干涉色变一级黄色变一级黄。石英楔的光程差一般是从石英楔的光程差一般是从01680nm01680nm左右，在正交偏光左右，在正交偏光镜间，由薄至厚可以依次产生镜间，由薄至厚可以依次产生一级至三级的干涉色一级至三级的干涉色。在矿片上由薄至厚插入石英楔后出现的情况：在矿片上由薄至厚插入石英楔后出现的情况：当同名半径平行时当同名半径平行时，矿片干涉色级序逐渐升高；，矿片干涉色级序逐渐升高；异名半径平行时异名半径平行时，矿片干涉色逐渐降低，当插至石英楔，矿片干涉色逐渐降低，当插至石英楔光程差与矿片光程差相等处，矿片消色而出现黑带。光程差与矿片光程差相等处，矿片消色而出现黑带。根据光程

17、差根据光程差R=d(N1-N2)，已知在正常厚度，已知在正常厚度（0.03mm左右）的岩石薄片中，同一矿物因切片方向不同，左右）的岩石薄片中，同一矿物因切片方向不同，双折率双折率(N1-N2)值的大小不同，呈现的干涉色级序高低也不值的大小不同，呈现的干涉色级序高低也不同。同。因此观察和测定干涉色级序时，必须选择干涉色最高因此观察和测定干涉色级序时，必须选择干涉色最高的颗粒。一般鉴定时采用统计方法，多测几个颗粒，取其中的颗粒。一般鉴定时采用统计方法，多测几个颗粒，取其中最高的。最高的。精确测定则必须选择平行光轴或平行光轴面的颗粒，精确测定则必须选择平行光轴或平行光轴面的颗粒，这种颗粒要在锥光下检

18、查确定。这种颗粒要在锥光下检查确定。干涉色级序的观察和测定方法有两种：干涉色级序的观察和测定方法有两种：（一）楔形边法（一）楔形边法利用矿物楔形边缘的干涉色色圈，利用矿物楔形边缘的干涉色色圈，判断矿物的干涉色级序，是比较简便的判断矿物的干涉色级序，是比较简便的方法。方法。在岩石薄片中，矿物颗粒往往具在岩石薄片中，矿物颗粒往往具有楔形边缘，其边缘较薄，向中间逐渐有楔形边缘，其边缘较薄，向中间逐渐加厚，因而矿片的干涉色级序也是边缘加厚，因而矿片的干涉色级序也是边缘较低，向中央逐渐升高（图较低，向中央逐渐升高（图64）。）。如如最外圈为一级灰白最外圈为一级灰白，向中央干，向中央干涉色逐渐升高而构成细

19、小的干涉色色圈涉色逐渐升高而构成细小的干涉色色圈或不连续的干涉色细条带。其中或不连续的干涉色细条带。其中经过一经过一条红带，则矿片干涉色为二级；经过条红带，则矿片干涉色为二级；经过n条红带，矿片干涉色为条红带，矿片干涉色为(n+1)级级。如果如果矿片边缘最外圈不是从一级灰白开始，矿片边缘最外圈不是从一级灰白开始，则不能应用这种方法判断干涉色级序。则不能应用这种方法判断干涉色级序。1、将选定的矿片（平行光轴或光轴面的切面）置于视域、将选定的矿片（平行光轴或光轴面的切面）置于视域中心，旋转物台，使矿物消光。中心，旋转物台，使矿物消光。2、再转物台、再转物台45，使矿片上光率体椭圆半径与目镜十，使矿

20、片上光率体椭圆半径与目镜十字丝成字丝成45夹角，观察干涉色，此时矿片上干涉色最亮。夹角，观察干涉色，此时矿片上干涉色最亮。3、慢慢插入石英楔，观察矿片干涉色的变化，可能出现、慢慢插入石英楔，观察矿片干涉色的变化，可能出现下列两种情况：下列两种情况：（1）随着石英楔的插入，矿片上干涉色逐渐升高，证明）随着石英楔的插入，矿片上干涉色逐渐升高，证明石英楔与矿片上光率体椭圆切面同名半径平行，石英楔与矿片上光率体椭圆切面同名半径平行，必须旋转物必须旋转物台台90，使异名半径平行，再进行测定。，使异名半径平行，再进行测定。（2）随着石英楔的慢慢插入，矿片的干涉色逐渐降低，）随着石英楔的慢慢插入，矿片的干涉

21、色逐渐降低，说明石英楔与矿片上光率体椭圆切面异名半径平行。说明石英楔与矿片上光率体椭圆切面异名半径平行。当石英楔插入到矿片当石英楔插入到矿片光程差相等光程差相等处，处，矿片消色而黑暗矿片消色而黑暗（往往不是全黑，而是暗灰或混有矿物本身颜色）。（往往不是全黑，而是暗灰或混有矿物本身颜色）。再慢慢抽出石英楔，矿片上干涉色又逐渐升高，至石再慢慢抽出石英楔，矿片上干涉色又逐渐升高，至石英楔全部抽出时，矿片显示出原来的干涉色。在抽出石英楔英楔全部抽出时，矿片显示出原来的干涉色。在抽出石英楔的过程中，注意观察矿片上干涉色的变化，的过程中，注意观察矿片上干涉色的变化，如果其间经过一如果其间经过一次红色，则矿

22、片干涉色为二级，经过次红色，则矿片干涉色为二级，经过n次红色，矿片干涉色次红色，矿片干涉色为（为（n+1）级。）级。若一次观察不清楚可反复操作。若一次观察不清楚可反复操作。三、双折率的测定三、双折率的测定同一矿物切片方向不同，双折率大小不同，显同一矿物切片方向不同，双折率大小不同，显然只有测定最大双折率才有鉴定意义。所以测定矿然只有测定最大双折率才有鉴定意义。所以测定矿物的双折率，必须在平行光轴（一轴晶）或平行光物的双折率，必须在平行光轴（一轴晶）或平行光轴面（二轴晶）的切面上进行。轴面（二轴晶）的切面上进行。这两种切片的特征是：正交偏光镜间干涉色最这两种切片的特征是：正交偏光镜间干涉色最高，

23、锥光下显示平行光轴或平行光轴面的干涉图高，锥光下显示平行光轴或平行光轴面的干涉图（图象特征在第五章中介绍）。（图象特征在第五章中介绍）。根据光程差公式根据光程差公式 ，测出薄片厚，测出薄片厚度及光程差后，即能确定双折率值。度及光程差后，即能确定双折率值。 12()Rd NN12()Rd NN（一）光程差的测定方法（一）光程差的测定方法 利用石英楔测定干涉色级序（方法同利用石英楔测定干涉色级序（方法同上），在干涉色色谱表上求出相应的光程上），在干涉色色谱表上求出相应的光程差。差。因色谱表上每一种干涉色都占有一定因色谱表上每一种干涉色都占有一定的宽度，所以求出的光程差误差在的宽度，所以求出的光程差

24、误差在20-20-40nm40nm之间。之间。（二）薄片厚度的测定方法（二）薄片厚度的测定方法12RdNN12()Rd NN四、消光类型与消光角的测定四、消光类型与消光角的测定1、平行消光（图、平行消光（图65A）：矿片消光时，解理缝、双晶缝或晶体轮廓与）：矿片消光时，解理缝、双晶缝或晶体轮廓与目镜十字丝之一平行。目镜十字丝之一平行。2、对称消光（图、对称消光（图65C）：矿片消光时，目镜十字丝为两组解理缝两个）：矿片消光时，目镜十字丝为两组解理缝两个晶面迹线夹角的平分线。如角闪石垂直两组解理的切面。晶面迹线夹角的平分线。如角闪石垂直两组解理的切面。3、斜消光（图、斜消光（图65B）：矿片消光

25、时，解理缝、双晶缝或晶体轮廓与目）：矿片消光时，解理缝、双晶缝或晶体轮廓与目镜十字丝斜交。此时，光率体椭圆半径匚解理缝或双晶缝之间的夹角镜十字丝斜交。此时，光率体椭圆半径匚解理缝或双晶缝之间的夹角称消光角。具体表现为矿片消光时，目镜十字丝与解理缝、双晶缝之称消光角。具体表现为矿片消光时，目镜十字丝与解理缝、双晶缝之间的夹角。间的夹角。单斜晶系单斜晶系 矿物的光性方位是矿物的光性方位是其结晶轴其结晶轴Y轴与光率体三主轴（轴与光率体三主轴（Ng、Nm、Np）中的一个主轴平行，其）中的一个主轴平行，其余两个主轴与结晶轴余两个主轴与结晶轴X轴、轴、Z轴斜轴斜交。这类矿物不同方向切面的消光交。这类矿物不

26、同方向切面的消光类型可能有下列四种情况。类型可能有下列四种情况。（1）在）在100晶带（晶带轴为晶带（晶带轴为X轴）中，在平行轴）中，在平行(001)的切面上是的切面上是对称消光（图对称消光（图66C）。在平行）。在平行（001）、（）、（okl）切面上可能出现）切面上可能出现两组斜交的解理缝，但不一定都是两组斜交的解理缝，但不一定都是对称消光，有时还可能平行某一组对称消光，有时还可能平行某一组解理消光。解理消光。010是是100与与001两两个晶带共有的。个晶带共有的。平行（平行（010）的切面上）的切面上（图（图66），包），包含含Z晶轴和晶轴和X晶轴，对于角闪石和辉石类晶轴，对于角闪石和辉石类Nm=Y晶轴的矿物说来，（晶轴的矿物说来，（010）平行光）平行光轴面，这种切面包含轴面，这种切面包含Ng和和Np轴。其柱面轴。其柱面解理缝方向代表解理缝方向代表Z轴方向，在这种切面轴方向，在这种切面上能测得上能测得Ng与与Z晶轴的真实夹角