实验十 锥光镜下二轴晶矿物性质观察

实验六 锥光镜下观察（2学时）二轴晶矿物干涉图~

一、基本要求
1.认识二轴晶矿物垂直Bxa切面、垂直光轴切面及斜交切面干涉图的图像特征。
2.学会应用垂直Bxa和垂直光轴切面干涉图测定光性符号的方法。
3.学会利用垂直光轴切面干涉图估测光轴角的方法。
二、实验内容和方法
1.观察白云母垂直Bxa切面干涉图的特征，测定白云母光性符号，并估计2V大小
提示：图像特点
（1）0°位置：光轴面与上、下偏光镜振动方向之一平行时，干涉图由一个黑十字和“∞”字形干涉色色圈组成。黑十字交点为Bxa出露点，组成黑十字的两条黑带粗细不等。沿光轴面迹线方向的黑带较细，在两个光轴出露点的位置更细。垂直光轴面方向，黑带较宽，越向外越宽。“∞”字形干涉色色圈以两个光轴为中心，越向外干涉色越高，干涉色色圈也越密。干涉色色圈的多少与矿物的双折率大小及薄片厚度成正比。
（2）45°位置：旋转载物台45°，使光轴面与上、下偏光镜振动方向成45°夹角，黑十字分裂为双曲线黑带，黑带弯曲顶点为光轴出露点，两光轴出露点的连线是光轴面迹线方向，垂直光轴面迹线的方向为Nm方向。
垂直Bxa切面干涉图处于45°位置时，根据两个光轴出露点之间距离大小，表示光轴角的相对大小。
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°。
光轴角越小，双曲线弯曲的顶点距离越近。
（3）90°位置时：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°。
提示：确定二轴晶光性符号正负要领：
（1）Ng＞Nm＞Np；
（2）光轴面法线方向永远是Nm；
（3）Bxa=Ng，为二轴晶正光性（+）；Bxa=Np，为二轴晶负光性（-）。
2.观察重晶石垂直一个光轴切面干涉图的特征，测定光性符号正负，并估计2V大小
提示：图像特点
二轴晶垂直一个光轴切面干涉图相当于垂直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。
提示：确定垂直一个光轴切面干涉图的光性符号正负，可把垂直光轴干涉图当成垂直Bxa干涉图的一半，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，根据补色法则确定光率体椭圆半径的分布，确定Bxa为Ng或Np，从而定出光性符号的正负。
估计光轴角2V的大小：
在二轴晶垂直光轴切面干涉图中，当光轴面在45°位置时，可根据黑带的弯曲程度估计光轴角2V的大小。光轴角越大，黑带弯曲度越小；光轴角越小，黑带弯曲度越大。当光轴角为90°时，黑带为一直带；当光轴角为零时，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。
3.斜交光轴切面干涉图
提示：图像特点
不垂直Bxa：相当于垂直Bxa切面干涉图的一部分。
不垂直光轴：在45°位置时，弯曲黑带顶点不在视域中心。
4.垂直Bxo切面干涉图
5.平行光轴面切面干涉图
三、思考题
1.二轴晶垂直光轴干涉图与一轴晶垂直光轴干涉图有何区别?
2.如何确定二轴晶垂直Bxa和垂直光轴干涉图中光轴面迹线上的光率体椭圆长短半径的分布方位?
3.二轴晶斜交光轴切面干涉图与一轴晶斜交光轴切面干涉图如何区别?
4.确定矿物的轴性、光性符号应选什么方向的切面?它在单、正交偏光镜下有何特点?
实验六 锥光镜下二轴晶晶体光学性质观察
晶体光学与造岩矿物

一、基本要求
1.掌握锥光的装置，学会在锥光镜下观察干涉图。
2.认识一轴晶矿物三种不同切面类型（垂直光轴、斜交光轴、平行光轴）干涉图的特征。
3.学会用一轴晶垂直光轴及斜交光轴切面干涉图测定光性符号。
二、实验内容和方法
1.掌握锥光装置和高倍镜的使用
注意事项：①下降镜筒必须从侧面观察，缓慢降到几乎挨近薄片，然后再慢慢提升镜筒调准焦距；②载物台上的薄片盖玻片必须朝上，否则在准焦时易于压碎薄片；③聚光镜切忌顶起薄片。
2.观察一轴晶垂直光轴、斜交光轴、平行光轴切面干涉图的特征
提示：注意① 黑十字的粗细；②干涉色色圈多少；③转动载物台时，黑十字、干涉色色圈的特征。
（1）石英垂直光轴切面干涉图
（2）方解石垂直光轴切面干涉图
提示：图像特点
①黑十字：黑十字交点为光轴出露点，位于视域中心，靠中心黑带较窄，越向外越宽，黑十字将视域分成四个象限。②转动载物台360°，黑十字形态不发生变化。③双折率较高及薄片厚度较大可形成干涉色色图，呈同心圆状，由内向外干涉色逐渐升高。
（3）石英斜交光轴切面干涉图
提示：图像特点
①光轴倾角较小，光轴出露点不在视域中心，但仍在视域之内，转动载物台时，黑十字交点绕视域中心作圆周运动，其黑带作上下、左右平行移动，干涉色色圈随黑十字交点移动。②光轴倾角较大，光轴出露点在视域之外，转动载物台，可见到一条黑带作上下左右平行移动，并交替出现在视域之内，干涉色色圈亦随之移动。
（4）石英平行光轴切面干涉图
提示：图像特点
①当光轴与上、下偏光镜振动方向之一平行时，视域内可见一个粗大模糊的黑十字，几乎占据整个视域。②转动载物台12°～15°，粗大黑十字从中心分裂，并迅速沿光轴方向退出视域，因为变化迅速，故称为瞬变干涉图或闪图。③当光轴方向与上、下偏光镜振动方向AA、PP成45°夹角时，视域最亮，呈现干涉色。光轴所在的对角象限干涉色低于中心部分，另外两个象限干涉色高于中心部分。
3.学会用垂直光轴及斜交光轴切面干涉图确定光性符号的正负
提示：确定一轴晶光性符号正负应依据两个原则：
（1）Ne＞No，为一轴正晶；Ne＜No，为一轴负晶。
（2）圆半径方向为Ne′，圆半径切线方向为No。
测定步骤：
（1）区分象限：一轴晶垂直光轴切面干涉图中，黑十字把视域分成四个象限，一般从右上方按逆时针方向分别命名为I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限。判断一轴晶斜交光轴切面干涉图的象限主要根据四种现象：① 黑带较细窄的部分指向光轴出露点。②干涉色等色圈凹方指向光轴出露点。③光轴出露点在右侧，顺时针旋转载物台，凡是横向黑带向下移后视域内必为Ⅱ象限，向上移动后则为Ⅲ象限；光轴出露点在下方，凡见纵向黑带向左移后视域内必为I象限，光轴出露点在上方向右移动后则为Ⅲ象限。④ 顺时针转动载物台，黑带的一端与载物台转动方向相同，该端永远靠近光轴出露点，根据光轴出露点的位置则可确定干涉图象限。
（2）确定No、Ne方向：只有象限确定后，才能判断Ne和No的方向。
一轴晶垂直光轴切面干涉图放射线的方向代表Ne′方向，同心圆切线的方向代表No的方向。
（3）插入试板：选用石膏试板或云母试板插入后，观察I、Ⅲ象限Ⅱ、Ⅳ象限干涉色升降变化，应用补色法则判断光率体椭圆半径中的Ne与No的相对大小，即可确定其光性符号的正负。
三、思考题
1.在标准厚度薄片中，方解石垂直光轴切面干涉图可见有干涉色色圈，而石英垂直光轴切面干涉图中为什么见不到干涉色色圈?
2.一轴晶垂直光轴切面和斜交光轴切面的干涉图如何区别?
3.如何确定一轴晶斜交光轴切面干涉图的象限?
实验五 锥光镜下一轴晶晶体光学性质观察
晶体光学与造岩矿物

一、预习内容

二轴晶矿物锥光镜下晶体光性特征。

二、实验要求

1.识别二轴晶矿物的干涉图;

2.掌握二轴晶矿物光性符号的测定方法。

三、实验内容和步骤

(一)二轴晶矿物垂直Bxa切面干涉图的图像特点及应用

1.图像特点

当光轴面(AP)与上、下偏光镜振动方向之一平行时，干涉图由一个黑十字及“∞”字形干涉色色圈组成(图10－1A，C)，黑十字分别与上、下偏光镜振动方向AA、PP平行，其粗细不等，沿光轴面方向的黑带较细，两个光轴出露点更细;垂直光轴面方向(即N_m方向)的黑带较宽。黑十字交点位于视域中心，为Bxa的出露点;干涉色色圈以两个光轴出露点为中心，干涉色由内向外逐渐升高，且愈外干涉色色圈愈密。在靠近光轴处，干涉色色圈呈卵形曲线，向外合并呈“∞”字形。干涉色色圈的多少取决于矿物的双折射率大小及矿片厚度。双折射率愈大，矿片愈厚，干涉色色圈愈多(图10－1A，C)。双折射率愈小，矿片愈薄，干涉色色圈愈少。有时在黑十字四个象限内仅出现Ⅰ级灰干涉色(图10－1D，F)，此时干涉图中两个黑带的宽度近于相等。

转动物台，黑十字从中心分裂，形成两个弯曲黑带。当光轴面(AP)与上、下偏光镜振动方向呈45°夹角时，两个弯曲黑带顶点间的距离最远，呈对称的双曲线(图10－1B，E)。弯曲黑带顶点突向Bxa出露点。两个弯曲黑带顶点为两个光轴的出露点，两顶点连线为光轴面的方向，两光轴顶点间的距离与2V(光轴角)大小成正比，垂直光轴面的方向为N_m方向。

继续转动物台，弯曲黑带逐渐向视域中心移动，转至90°时，又合并成黑十字，但其粗细黑臂位置已更换(图10－1C，F)。继续再转动物台，黑十字又从中心分裂。在转动物台过程中，“∞”字形干涉色色圈随光轴出露点移动，其形状不变。

图10－1 二轴晶垂直Bxa切面的干涉图(据李德惠，1997)

2.二轴晶垂直Bxa切面干涉图的应用

(1)当2V＞80°时，根据干涉图的特征即可确定此矿物为二轴晶，切面方向垂直Bxa。

(2)测定光性符号。二轴晶矿物的光性符号是根据Bxa究竟是N_g或是N_p确定的。当Bxa=N_g时为正光性;Bxa=N_p时为负光性。

测定光性符号时，最好使光轴面与目镜十字丝呈45°夹角，此时干涉图成对称的两条向上弯曲的黑带，视域中心为Bxa出露点，弯曲黑带顶点为光轴出露点，其连线为光轴面与薄片相交的迹线，通过Bxa出露点垂直光轴面的方向为N_m方向。

在垂直Bxa的矿片中，如为正光性晶体，即是沿N_g方向入射(图10－2A)。垂直此入射光波的光率体椭圆切面为N_mN_p主轴面，其长、短半径分别为N_m和N_p。在光轴面迹线上的Bxa与两个光轴之间，垂直入射光波的光率体椭圆切面长、短半径分别为N_m和N_p'。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N_g'和N_m。

如为负光性晶体，即是沿N_p方向入射(图10－2B)。垂直此入射光波的光率体椭圆切面为N_gN_m主轴面，其长、短半径分别为N_g和N_m。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N_g'和N_m。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N_m和N_p'(图10－2B)。

图10－2 垂直Bxa切面干涉图中，光轴面上光率体椭圆长、短半径的分布方位

图10－3 垂直Bxa切面干涉图中，N_m及Bxa与Bxo的投影方向

由上述情况可以看出，无论光性是正或是负，在光轴面迹线上，两个弯曲黑带顶点内外的光率体椭圆切面长、短半径的方位恰恰相反。在两个弯曲黑带顶点之间，与光轴面迹线一致的是Bxo的投影方向(图10－3)。在两个弯曲黑带顶点之外(凹方)，与光轴面迹线一致的是Bxa的投影方向;垂直光轴面迹线的方向，弯曲黑带顶点的内外都是N_m方向。知道了干涉图中Bxa、Bxo及N_m的方位之后，加入试板，根据弯曲黑带顶点内外(即凸方和凹方)干涉色级序的升降变化，确定Bxa是N_g还是N_p之后，即确定了二轴晶的光性符号。

当干涉图中弯曲黑带范围以外仅具Ⅰ级灰干涉色时，加入石膏试板(图10－4A)，弯曲黑带变为Ⅰ级红，两个弯曲黑带顶点之间，干涉色由Ⅰ级灰变为Ⅱ级蓝，干涉色级序升高，同名半径平行，证明Bxo=N_p;两个弯曲黑带顶点之外(凹方)，干涉色由Ⅰ级灰变为Ⅰ级黄，干涉色降低，异名半径平行，证明Bxa=N_g，为正光性。图10－4B中的干涉色升降变化与图10－4A恰恰相反，证明Bxa=N_p，Bxo=N_g，为负光性。

图10－4 垂直Bxa切面干涉图中，弯曲黑带范围以外仅见Ⅰ级灰干涉色，加入石膏试板后的变化情况

图10－5 垂直Bxa切面干涉图中，干涉色圈多，加入云母试板后的变化情况

干涉色圈多的干涉图，加入云母试板后(图10－5A)，弯曲黑带变为Ⅰ级灰白，两个弯曲黑带顶点之间，干涉色圈向内移动，干涉色级序升高，同名半径平行，证明Bxo=N_p;弯曲黑带顶点之外(凹方)，在靠近弯曲黑带顶点处，原为Ⅰ级灰的位置出现两个小黑团，干涉色圈向外移动，干涉色级序降低，异名半径平行，证明Bxa=N_g，为正光性。图10－5B中干涉色升降变化与图10－5A相反，证明Bxa=N_p，Bxo=N_g，为负光性。

当干涉图中干涉色圈较多时，加入石膏试板后，干涉色级序降低的部位，原为Ⅰ级灰的位置变为Ⅰ级黄，第一个红色圈变为黑色圈，其余的干涉色圈的颜色基本不变;干涉色级序升高的部位，原为Ⅰ级灰的位置变为Ⅱ级蓝，其余的干涉色圈的颜色基本不变。

当晶体的2V较大时，垂直Bxa切面干涉图与垂直Bxo切面干涉图不易区分，不宜用于测定光性符号。

(二)二轴晶垂直一个光轴切面干涉图的图像特点及应用

1.图像特点

二轴晶垂直一个光轴切面的干涉图，从图像上看相当于垂直Bxa干涉图的一半，其光轴出露点位于视域中心(图10－6)。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(图10－6A，C)。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(图10－6B，D)。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10－6 垂直一个光轴切面干涉图图像特点

2.应用

(1)确定轴性及切面方向。根据干涉图的特征，可以确定此矿物为二轴晶，切面方向垂直于一个光轴。

(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，找出Bxa出露点及另一弯曲黑带在视域外的方位之后，按垂直Bxa切面干涉图的方法测定光性符号(图10－7，10－8)。

(3)估计光轴角大小。在垂直一个光轴切面的干涉图中，当光轴面与上、下偏光镜振动方向呈45°夹角时，黑带的弯曲程度与光轴角大小成反比(图10－9)。光轴角愈大，黑带愈直。当2V=90°时，黑带呈直带;当2V=0°时，黑带弯曲呈90°，当2V介于0°～90°之间时，黑带弯曲度介于90°与直带之间。用该方法估计的光轴角不太精确。

温切尔(WinchellH)绘制了新的利用垂直光轴干涉图的估计2V图(图10－10)，图中标有常用的两个物镜数值孔径N.A.=0.65及N.A.=0.85与不同N_m值所对应的干涉图的视域边界，有助于较准确判断黑带的弯曲度，而得出光轴角大小。图中视域半径上的度数是指视域边缘的光线与物镜中轴之间的夹角。在图的右上方标有方位角，方位角就是光轴角的一半即V值。

图10－7 垂直一个光轴切面干涉图

图10－8 垂直一个光轴切面干涉图，干涉色色圈较多，加入云母试板后的变化(据李德惠，1997)

(三)二轴晶斜交光轴切面干涉图的图像特点及应用

1.图像特点

不垂直光轴，也不垂直Bxa，但较接近于它们的斜交切面，属斜交光轴的切面。这种切面的干涉图，在图像特点上，相当于垂直Bxa切面干涉图的一部分，其黑带和干涉色圈不完整。转动物台，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:一种是垂直光轴面的斜交光轴切面干涉图(图10－11)，其特点是当光轴面(AP)与上、下偏光镜振动方向之一平行时，直黑带通过视域中心且平分视域(图10－12A，C，E，G)。此时，与直黑带垂直的方向为N_m方向。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，弯曲黑带顶点不在视域中心。当光轴倾角不大时，弯曲黑带顶点仍位于视域之内(图10－12B，D)，如果光轴倾角较大时，则弯曲黑带顶点在视域之外(图10－12F，H)。这种类型的斜交光轴切面，在某些情况下，可代替垂直光轴切面(因为其光率体椭圆半径中有一个是N_m)。另一种类型是斜交光轴面的斜交光轴切面干涉图(图10－13)。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在视域的一侧(图10－13A，C，E，G)。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，弯曲黑带顶点不在视域中心。当光轴倾角不大时，弯曲黑带顶点在视域之内(图10－13B，C)，如果光轴倾角较在，则弯曲黑带顶点不视域之外(图10－13F，H)。

图10－9 垂直一个光轴切面干涉图中2V图解(据Wright F E，1923)

图10－10 垂直一个光轴切面干涉图中估计2V图解(据Winchell H，1965)

图10－11 二轴晶斜交Bxa切面(上)及斜交光轴切面(下)的干涉图

图10－12 二轴晶垂直光轴面的斜交光轴切面干涉图(箭头指向Bxa出露点)

图10－13 二轴晶斜交光轴面的斜交光轴切面干涉图(据李德惠，1997)

2.应用

(1)确定轴性及切面方向。

(2)测定光性符号。斜交光轴切面干涉图，可视为垂直Bxa切面干涉图的一部分。转动物台，根据黑带弯曲移动情况，找出弯曲黑带顶点的凸方及Bxa在视域外的方位之后，即可按垂直Bxa切面干涉图的方法测定光性符号。

在实际鉴定工作中，斜交光轴切面最常见，因此必须熟练掌握弯曲黑带移动变化规律。

(四)二轴晶垂直Bxo切面干涉图的图像特点及应用

1.图像特点

在图像特点上，相当于垂直Bxa切面干涉图的一部分，其黑带和干涉色圈不完整黑十字交点为Bxo出露点，光轴出露点在视域之外。黑十字四个象限仅出现Ⅰ级灰干涉色(图10－14A)。转动物台，黑十字从中心快速分裂形成两个弯曲黑带(图10－14B)，并沿光轴面方向退出视域。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(图10－14C)。弯曲黑带凸向Bxo出露点，两个弯曲黑带的顶点代表两个光轴的出露点。

图10－14 二轴晶垂直Bxo切面的干涉图

2.应用

确定矿物的切面方向和测定光性符号，但一般不用此方法，故本教程从略。

(五)二轴晶平行光轴切面干涉图的图像特点及应用

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。当Bxa和Bxo方向分别平行PP和AA时，干涉图为一个粗大模糊的黑十字，几乎占据整个视域(图10－15A)。转动物台，粗大黑十字分裂并沿Bxa方向迅速退出视域(图10－15B)。一般转角为7°～12°。因变化迅速，又称瞬变干涉图或闪图。

图10－15 二轴晶平行光轴面切面的干涉图

2.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。

晶体光学实验教程

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