二轴晶干涉图

二轴晶干涉图及光性正负的测定~

二轴晶光率体为三轴不等的椭球体，干涉图比一轴晶复杂。它有五种切面类型及其对应的干涉图：①⊥Bxa切面的干涉图，②⊥OA切面的干涉图，③斜交切面干涉图，④⊥Bxo切面干涉图，⑤平行光轴面切面的干涉图。必须搞清四个位置，三个前提。
一、垂直锐角等分线（⊥Bxa）切面的干涉图
1.图像特点
（1）0°位置
当光轴面与上、下偏光的振动方向平行时，（这种切片在正交偏光镜下干涉色较低，但比垂直光轴切片干涉色高）。干涉图由一个黑十字及“∞”字形的干涉色色圈组成（图6-23，图6-24A；图版Ⅱ-5），黑十字交点为锐角等分线（Bxa）出露点，位于视域中心，黑带一粗一细，沿光轴面方向的黑带较细，尤以两个光轴出露点最细，垂直光轴面方向（即Nm方向）黑带较宽。在四个象限内出现干涉色色圈，色圈以两个光轴出露点为中心，越向外干涉色越高，色圈也越密。近光轴处色圈呈卵形向外合并成“∞”字形。干涉色色圈的多少与矿物的双折射率的大小及薄片厚度成正比。

图6-23 二轴晶⊥Bxa切面干涉图（上部为波向图，下部为立体图）


图6-24 二轴晶垂直Bxa切面的干涉图

（2）45°位置
旋转载物台，黑十字从中心分裂成两个弯曲的黑带。当光轴面与上、下偏光镜振动方向PP、AA成45°夹角时，黑带弯曲度最大，成双曲线对称出现（图6-24B），双曲线弯曲的顶点为两个光轴的出露点。两个光轴出露点连线为光轴面迹线方向，连线的中心为锐角等分线（Bxa）的出露点，两个光轴顶点间的距离与2V大小成正相关。光轴角越小，双曲线弯曲顶点距离越近，若两个光轴出露点在视域内，则2V＜45°；若两个光轴出露点在视域外，则2V＞45°。在转动载物台时，“∞”字形干涉色色圈仅随光轴出露点移动，其形状不改变。
（3）90°位置
转动物台至90°，则干涉图与0°位置时相似，仅粗细黑带及干涉色色圈的位置同时转动了90°（图6-24C）。
2.成因
二轴晶干涉图的成因，仍可用波向图解释。波向图可用拜阿特-弗伦涅尔定律（简称拜-弗定律）作出。也可用球面投影和正射投影方法作出。拜阿特-弗伦涅尔定律：沿任意方向射入二轴晶矿物的光波，其波法线与两个光轴构成相交的两个平分面，其夹角的两个平分面迹线方向就是垂直该光波的光率体椭圆切面的长短半径方向分布图（波向图），即该光波分解形成的两种偏光的振动方向（图6-25）。垂直Bxa切面的波向图也可应用拜阿特-弗伦涅尔定律在平面上直接作出。在垂直Bxa切面上，入射光波出露点与两个光轴出露点连线夹角的两个分角线方向，代表垂直该入射光波（波法线）的光率体椭圆半径方向（图6-26），即为两个偏光的振动方向。
（1）黑十字及弯曲黑带的成因
在垂直Bxa切面的波向图中（图6-27），当光轴面（AP）迹线方向与上、下偏光镜振动方向（AA、PP）之一平行时（图6-28 A）。在光轴面迹线方向及Nm方向上，光率体椭圆半径与 AA、PP平行或近于平行；在正交偏光镜间消光或近于消光，构成黑十字。在Nm方向上，光率体椭圆半径与AA、PP平行或近于平行的范围较宽，故其黑带较宽；在光轴面迹线方向上，光率体椭圆半径与AA、PP平行或近于平行的范围较窄，在光轴出露点处更窄，故光轴面迹线方向的黑带较窄，光轴出露点处更窄。

图6 25 拜阿特 弗伦涅尔定律

转动载物台，波向图中心部分的光率体椭圆半径首先与AA、PP斜交而变亮，所以黑十字从中心分裂。当光轴面与AA、PP成45°夹角时（图6-28B），只有两个弯曲黑带范围内的光率体椭圆半径与AA、PP平行或近于平行，在正交偏光镜间消光或近于消光，构成对称的两个弯曲黑带。
（2）干涉色色圈的成因
在黑十字或弯曲黑带范围以外，光率体椭圆半径与AA、PP斜交（图6-28），在正交偏光镜间发生干涉作用，如为白光光源，形成干涉色。
为什么构成“∞”干涉色色圈，而且干涉色级序愈外愈高?这是因为二轴晶矿物有两个光轴。在垂直Bxa的矿片中，Bxa方向垂直矿片平面，两个光轴方向是倾斜的（图6-29）。光波沿两个光轴方向射入时，不发生双折射，其光程差等于零，斜交光轴射入的光波，发生双折射，其光程差从光轴出露点的零起，向外逐渐增加，因而相应的干涉色以两个光轴出露点为中心，向外干涉色级序逐渐升高，愈外干涉色级序愈高。在两个光轴出露点的周围，光程差相等，干涉色相同的点，构成两个卵形。在Bxa出露点，光程差不再增加，干涉色级序不再升高，故其干涉色色圈相连而构成“∞”字形。

图6-26 拜阿特-弗伦涅尔定律平面示意图


图6-27 垂直Bxa切面的波向图（2V=60°）


图6-28 二轴晶垂直Bxa切面干涉图中黑十字（A）及弯曲黑带（B）的成因

3.垂直Bxa切面干涉图的应用
（1）确定轴性及切面方面
（2）确定光性符号

图6-29 垂直Bxa切面干涉图中干涉色色圈成因示意图（上为平面体，下为立体图）

前已述及二轴晶矿物的光性正负划分原则是：当Bxa=Ng时，为正光性；当Bxa=Np时，为负光性。所以只要测出Bxa是Ng还是Np，就可解决正负光性问题。因此必须搞清干涉图中的四个位置和三个前提。四个位置：①光轴出露点，②光轴面，③光轴面的法线是Nm，④Bxa 出露点（图 6-30）。三个前提：①Ng＞Nm＞Np，三者互相垂直，②光轴面法线方向永远是 Nm；③Bxa=Ng时，为二（+），Bxa=Np时，为二（-）。测定时，首先将光轴面转到与 AA、PP成45 °夹角的位置，此时干涉图为一对弯曲黑带，在光轴面迹线上，两个弯曲黑带顶点（光轴出露点）内外的光率体椭圆长短半径的分布方位因光性正负而不同（图6-31）。当确认干涉色级序后，加入试板，据其干涉色变化即可判断光性正负。
当干涉色图中弯曲黑带以外仅具Ⅰ级灰干涉色时，插入石膏试板，弯曲黑带变为Ⅰ级红，二弯曲黑带顶点之间由Ⅰ级灰变为Ⅱ级蓝，干涉色升高，同名半径平行（如图试板半径为已知），证明Bxa=Ng，故为正光性（图6-32B）。同上述现象相反，则为负光性（图6-32C；图版Ⅱ-6）。
图6-33表示干涉色色圈多的干涉图，加入云母试板后干涉色升降变化情况。图6-33中弯曲黑带变为Ⅰ级灰，而二弯曲黑带顶点之间，干涉色色圈向内移动，干涉色升高，同名半径平行，证明Bxa=Ng，为正光性。弯曲黑带凹方出现两个小黑团，且干涉色色圈向外移动，干涉色降低，异名半径中试板方位未变，但干涉色升降变化与图6-33A相反`，证明Bxa=Np，Bxo=Ng，为负光性。

图6-30 二轴晶⊥Bxa切面干涉图中Bxo与Bxa的投影方向


图6-31 二轴晶正光性晶体（+），负光性晶体（-）的垂直Bxa切面干涉图中，光轴面迹线上光率体椭圆长短半径的分布方位

（3）估计光轴角大小
根据两弯曲黑带之间距离，可以估计2V的大小（图6-34）。⊥Bxa干涉图处于45°位置时，根据两个光轴出露点之间距离即可估计光轴角的相对大小。如寻找金刚石的母岩——金伯利岩中的金云母，在岩矿鉴定中就常用⊥Bxa切面干涉图来区别黑云母。因为金云母光轴角较小，两个光轴出露点之间距离就较近；而黑云母光轴角较大，则两光轴出露点的距离就较大。

图6-32 二轴晶⊥Bxa切面干涉图正负光性测定


图6-33 二轴晶⊥Bxa切面干涉色圈多，加入云母试板后，色圈内移干涉色升高，色圈外移干涉色降低

二、垂直一个光轴（OA）切面的干涉图
1.图像特点
垂直一个光轴切面的干涉图相当于⊥Bxa干涉图的一半（图6-35～图6-38），其光轴出露点位于视域中心。另一半在视域外。
（1）0°位置
当光轴面与上、下偏光镜振动方向之一平行时，出现一个直的黑带及卵形干涉色色圈（双折率较大或薄片较厚）（图6-38A；图版Ⅱ-7），黑臂较细的地方为光轴出露点。
（2）45°位置
旋转载物台，当光轴面与上、下偏光镜振动方向成45°时，黑带弯曲度最大（图6-38B），其顶点为光轴出露点，位于视域中心，弯曲黑臂顶点凸向Bxa出露点。在观察时，这一点具有特殊的重要性。
（3）90°位置
旋转载物台至90°时，黑带又成一个直的黑带，但其方向已改变90°，如有色圈，也跟着转动，但其形状不变（图6-38C）。
（4）135°位置
黑带由至再度弯曲，且弯曲度最大（图6-38D）。在转动载物台过程中，光轴出露点始终位于视域中心。
2.⊥OA切面干涉图的应用
（1）确定轴性及切面方向
根据图6-38，旋转载物台黑臂不是上下、左右平行移动，而是弯曲移动，说明它是二轴晶，而光轴出露点始终位于视域中心，则是二轴晶垂直一个光轴切面的干涉图。
（2）估计光轴角2V的大小
在垂直光轴切面干涉图中，当光轴面在45°位置时，可根据黑带（消光影）的变弯曲程度估计光轴角2V的大小（图6-39），光轴角越大，黑带弯曲度越小；光轴角越小，黑臂弯曲度越大。当光轴角为0°时，两个光轴出露点合而为一，故两个弯带成直角而构成黑十字；当光轴角为90°时，黑带为一直带。
（3）测定光性正负
二轴晶垂直一个光轴切面干涉图（图6-40）相当于垂直Bxa干涉图的一半，光轴出露点位于视域中心，围绕光轴出露点有卵形干涉色色圈。

图6-34 二轴晶⊥Bxa干涉图上根据消光影之间的距离估计2V大小

确定垂直一个光轴切面干涉图的光性符号正负，可以把它当成⊥Bxa切面的干涉图的一半，另一半在视域外，在45°位置时，视域内弯曲黑带的凸方指向Bxa出露点，加入试板后观察光轴出露点两侧区域干涉色变化。根据补色法则便可确定光率体长短半径的分布，确定Bxa为Ng或Np，从而确定光性正负（图6-40，6-41；图版Ⅱ-8）。斜交光轴的切片中，光轴在矿片中的位置是倾斜的。既不垂直锐角等分线（Bxa），也不垂直光轴（OA），但是较接近于它们的斜交切面，属斜交光轴切面干涉图，其黑带及干涉色色圈均不完整，转动载物台，黑带弯曲移动，在45°位置时，弯曲黑带顶点（光轴出露点）不在视域中心。斜交光轴切面的干涉图有两种类型。

图6-35 二轴晶⊥OA干涉图（上部为干涉图，下部为立体图）


图6-36 二轴晶⊥OA干涉图（光轴面在0°位置）


图6-37 二轴晶垂直一个光轴干涉图（光轴面在45°位置）


晶体光学与造岩矿物


图6-39 二轴晶垂直一个光轴切面干涉图利用消光影弯曲程度估计2V大小


图6-40 垂直一个光轴切面干涉图


图6-41 垂直一个光轴切面干涉图

三、斜交切面的干涉图
1.图像特点
二轴晶斜交切面干涉图是二轴晶矿物中最常见的干涉图，它的光轴在矿片中的位置是倾斜的，它既不垂直Bxa，也不垂直光轴（OA）。由于斜交角度不同，其图像类型较多，但常见的有两种类型。
（1）斜交Bxa切面的干涉图（6-42上）
①Bxa出露点偏离视域中心，转动物合，黑臂的移动及出现的图形不像垂直Bxa切面干涉图那样完整。
②黑带与干涉色色圈均不完整，转动载物台黑带弯曲移过视域。
③当光轴面与上、下偏光镜振动方向成45°位置时，弯曲黑带顶点连线不通过视域中心。
（2）斜交光轴切面的干涉图（6-42下）

图6-42 二轴晶斜交Bxa切面（上）和斜交光轴切面（下）的干涉图

①光轴出露点偏离视域中心，转动物台，黑带的移动及出现的图形不像垂直光轴切面干涉图那样完整。
②当光轴面与上、下偏光镜振动方向之一平行时，直黑带不通过视域中心而偏向视域的一侧。
③转动载物台，黑带弯曲，当光轴面与上、下偏光镜振动方向成45°时，弯曲黑带顶点不在视域中心。
如果光轴倾角不大时，弯曲黑带顶点在视域之内，如果光轴倾角较大，则弯曲黑带顶点在视域之外。要注意二轴晶斜交光轴的黑带是斜扫十字丝移动；一轴晶斜交光轴的黑带是平行十字丝移动。
2.斜交切面干涉图应用
（1）确定轴性及切面的方向
（2）测定光性符号
斜交切面干涉图，可视为垂直Bxa切面干涉图的一部分。转动载物台，根据黑带弯曲移动情况，找出黑带弯曲顶点的凸凹方向之后，便可确定锐角区、钝角区，黑带（消光影）突出一侧总是朝向锐角等分线出露点，插入试板即可按垂直Bxa切面干涉图的方法测定光性符号：Bxa=Ng，为二轴正光性，Bxa=Np，为二轴负光性。
在实际鉴定中，二轴晶斜交切面干涉图最常见，因此，必须熟练掌握弯曲黑带移动规律。
四、垂直钝角等分线（⊥Bxo）切面干涉图
1.图像特点
（1）当光轴面与上、下偏光镜振动方向之一平行时，为一个粗大的黑十字（图6-43，6-44A），黑十字交点为Bxo出露点，光轴出露点在视域之外。黑十字的四个象限仅出现一级灰干涉色。
（2）转动载物台，黑十字较快的分裂成两个弯曲黑带（图6-44B），沿光轴面方向退出视域（转角为12°～35°）。
（3）当光轴面与上、下偏光镜振动方向成45°夹角时，弯曲黑带间距离最远，其顶点仍为光轴出露点，都在视域之外（图6-44C）。

图6-43 二轴晶⊥Bxo切面干涉图


图6-44 二轴晶⊥Bxo切面干涉图

（4）继续转动载物台，弯曲黑带逐渐靠近，至90°时又出现一个粗大的黑十字。继续转动载物台，黑十字又分裂。
2.成因
在⊥Bxo切面的波向图（图6-45）中，当光轴面与上、下偏光镜振动方向之一平行时，比较多的光率体椭圆半径与上、下偏光镜振动方向平行或接近平行，在正交偏光镜间消光或近于消光，构成粗大的黑十字。旋转载物台，大多数光率体椭圆半径与AA、PP斜交，而且是中心部位首先斜交，AP方向边部最后斜交。因此，粗大的黑十字较快地从中心分裂，沿AP方向退出视域。
当矿物的2V很大时，两个光轴间的钝角与锐角大小接近，⊥Bxo切面的干涉图与⊥Bxa切面的干涉图不易区分。当矿物的2V很小时，两个光轴间的钝角很大，⊥Bxo切面干涉图中，两个光轴出露点之间的距离很长。转动载物台时，黑十字分裂退出视域的速度快（即逸出角小），此时⊥Bxo切面干涉图难于与平行光轴面切面干涉图区别。
3.⊥Bxo切面干涉图的应用
应用逸出角法确定属于⊥Bxo切面干涉图后，可用于确定矿物的切面方向和测定光性符号。
当光轴面与上、下偏光镜振动方向成45°夹角时，视域中心为Bxo出露点（图6-44C），在两个弯曲黑带顶点之间，与光轴面迹线一致的方向是Bxa的投影方向，垂直光轴面迹线的方向为Nm方向。加入试板后，根据视域内干涉色的升降变化，可确定光性符号。但一般不用这种切面测定光性符号。
五、平行光轴面（∥AP）切面的干涉图
1.图像特点
其图像特点与一轴晶平行光轴切面的干涉图相似，正交镜下干涉色最高。
（1）当Bxa和Bxo方向分别平行AA、PP时，为一个粗大模糊的黑十字，几乎占据整个视域（6-45）。
（2）转动载物台，粗大黑十字分裂并沿Bxa方向迅速退出视域。一般转角为7°～12°。因变化迅速，又称瞬变干涉图或闪图。
（3）当Bxa方向与AA、PP成45°夹角时，视域最亮。如果矿片的双折率较大或矿片较厚，可看到对称的弧形干涉色带（图6-46）。在Bxa方向上，从中心向两边干涉色级序降低，在Bxo方向上，从中心向两边干涉色级序稍升高或相近，即Bxa方向的干涉色低于Bxo方向。

图6-45 平行光轴面切面干涉图（下部为立体图，上部为干涉图）


图6-46 平行光轴面切面干涉图


图6-47 平行光轴面切面波向图（2V=60°）

2.成因
在平行光轴面切面的波向图中（图6-47），当Bxo分别与AA、PP平行时，几乎所有的光率体椭圆半径与AA、PP平行或近于平行，在正交偏光镜间消光或近于消光，构成粗大模糊的黑十字。旋转载物台，几乎所有光率体椭圆半径都与AA、PP斜交，而且是中央部位首先斜交，故粗大黑十字从中心分裂，并迅速退出视域，整个视域明亮。为什么Bxa方向的干涉色级序低于Bxo方向?这是因为Bxa方向的双折率总是小于Bxo方向的双折率。
3.平行光轴面切面干涉图的应用
（1）当轴性已知时，可用以确定切面方向。但不能用以确定轴性，因为这种切面的干涉图与一轴晶平行光轴切面干涉图难于区分。
（2）当轴性已知时，亦可用以测定光性符号。根据黑带退出视域方向45°位置时干涉色级序较低的方向为Bxa方向，找出Bxa在干涉图中的方位后（图6-46），加入试板，根据整个视域内干涉色级序的升降变化，确定Bxa是Ng还是Np，确定光性符号。或取消锥光装置，使Bxa方向在45°位置，加入试板，观察矿片干涉色升降变化，确定Bxa是Ng或是Np，确定光性符号，但一般不用这种切面测定光性符号。

该切面在正交偏光间特点应全消光，实际上一般达不到，只要找到一个一级暗灰且转动物台干涉色不变化的预测矿物切面即可。
目估是在45°位置干涉图中，根据黑臂弯曲程度确定，图1-7为黑臂弯曲程度与2V关系目估图。当黑臂为一直臂时，2V=90°，黑臂弯曲显著，近于90°时2V≈0°。

图1-5 光性符号测定

(一轴晶)

图1-6 光性符号测定

(二轴晶)

图1-7 2V角的目估

一、垂直锐角等分线（Bxa）切片的干涉图

1.图像特点

干涉图由一个黑十字及“∞”字形干涉色色圈组成。黑十字交点位于视域中心，为Bxa的出露点；黑十字的两个黑带分别平行上、下偏光镜振动方向，其粗细不等，在光轴面方向的黑带较细，在两个光轴出露点上更细，垂直光轴面方向（Nm方向）的黑带较宽。“∞”字形干涉色色圈以两个光轴出露点为中心，其干涉色级序向外逐渐升高，而且愈外色圈愈密（倪志耀，2011）。干涉色色圈的多少取决于矿物的双折率及矿片厚度。双折率愈大，矿片愈厚，干涉色色圈愈多；双折率愈小，矿片愈薄，干涉色色圈愈少，甚至在黑十字四个象限内仅出现一级灰干涉色（图5－4，图5－5）。

图5－4 二轴晶垂直锐角等分线（Bxa）切片的干涉示意图

图5－5 二轴晶垂直锐角等分线（Bxa）切片的干涉图

转动物台，黑十字从中心分裂形成两个弯曲黑带；当光轴面方向与上、下偏光镜振动方向呈45°夹角时，两个弯曲黑带顶点之间的距离最远。弯曲黑带凸向Bxa出露点两个弯曲黑带的顶点代表两个光轴的出露点，两者之间的距离与光轴角大小成正比，其连线代表光轴面方向，垂直光轴面的方向代表Nm方向。

2.二轴晶垂直Bxa切片干涉图的应用

（1）确定轴性及切片方向（2V＜80°）

（2）测定光性符号

对于二轴晶矿物，当Bxa＝Ng时为正光性矿物；Bxa＝Np为负光性矿物。

在垂直Bxa的矿片中，Bxa垂直薄片平面。如果为负光性晶体，光波沿Np方向入射，垂直此入射光波的光率体椭圆切面为Ng、Nm主轴面，其长短半径分别为Ng和Nm；在光轴面迹线上的Bxa与光轴之间，垂直入射光波的光率体椭圆切面长短半径分别为Ng′和Nm；在光轴Bxo之间，垂直入射光波的光率体椭圆切面长短半径分别为Nm和Np′。如果为正光性晶体，垂直沿Bxa入射光波的光率体椭圆切面长短半径分别为Nm和Np；在Bxa与光轴之间，垂直入射光波的光率体椭圆切面长短半径分别为Nm与Np′；在光轴与Bxo之间，垂直入射光波的光率体椭圆切面长短半径分别为Ng′与Nm。知道了干涉图上Bxa、Bxo及Nm的方位之后，在二、四象限加入试板，根据弯曲黑带顶点内外干涉色级序的升降变化，分析Bxa是Ng还是Np，即可确定二轴晶矿物的光性正负（倪志耀，2011）。

当干涉图中弯曲黑带范围以外仅具一级灰干涉色时，加入石膏试板，弯曲黑带变为一级红，两个弯曲黑带顶点之间，干涉色由一级灰变为二级蓝，干涉色级序升高，同名半径平行，证明Bxo＝Np；弯曲黑带的凹方，干涉色由一级灰变为一级黄，干涉色降低，异名半径平行，证明Bxa＝Ng，故为正光性。相反，证明Bxa＝Np，Bxo＝Ng，为负光性。干涉色色圈多的干涉图，加入云母试板后，弯曲黑带变为一级灰白，两弯曲黑带顶点之间，干涉色色圈向内移动，干涉色级序升高，同名半径平行，证明Bxo＝Np；弯曲黑带凹方出现两个黑色小团，干涉色圈向外移动，干涉色级序降低，异名半径平行，证明Bxa＝Ng，为正光性。相反，证明Bxa＝Np，Bxo＝Ng，为负光性。

二、垂直一个光轴切片的干涉图

1.图像特点

二轴晶垂直一个光轴切片的干涉图，在形象特点上相当于垂直Bxa干涉图的一半，其光轴出露点位于视域中心。当光轴面与上、下偏光镜振动方向之一平行时，出现一个直的黑带及卵形干涉色色圈。转动物台，黑带弯曲，当光轴面与上、下偏光镜振动方向呈45°夹角时，黑带弯曲度最大。弯曲黑带顶点为光轴出露点，位于视域中心。弯曲黑带凸向Bxa出露点（图5－6）。

2.垂直一个光轴切片干涉图的应用

（1）确定轴性及切片方向

（2）测定光性符号

根据光轴面与上、下偏光镜振动方向呈45°夹角时，弯曲黑带顶点凸向Bxa出露点的特征，找出Bxa出露点及另一弯曲黑带在视域外的方位之后，依据垂直Bxa切片干涉图的方法测定光性符号。

图5－6 二轴晶垂直一个光轴切片的干涉示意图*

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