实验四 正交偏光镜下的晶体光学性质检测
一、实验目的
1．掌握正交偏光镜的装置特点。 2．观察矿物在正交偏光镜下的光性特征。 3．熟悉正交偏光镜下研究晶体的方法。 4．学习补色原理及其应用。 二、正交偏光镜下晶体的光性特征
1．消光现象
矿物在正交偏光镜下呈现黑暗的现象，称为消光现象。消光现象有两种情况： （1）全消光：当光波通过的是矿物光率体圆切面，由于光波可沿圆切面的任意方向振动，因此，来自下偏光镜的光波通过矿物的光率体圆切面后与上偏光振动方向垂直而不能透出上偏光镜，使得矿物光率体圆切面方向变成黑暗。旋转物台360°，这种矿物黑暗的现象始终存在，称之为全消光。均质体矿物如非晶体、等轴晶系的晶体和非均质体矿物垂直于光轴的切面均有全消光现象。
（2）四次消光：当光波通过的是矿物光率体椭圆切面，且当椭圆切面的长、短半径方向与上、下偏光镜的振动方向一致时，来自下偏光的光波沿长或短半径方向透过矿物而与上偏光垂直，不能透出上偏光镜，使矿物的椭圆切面变成黑暗。旋转物台360°，这种矿物黑暗现象只有在椭圆切面的长短半径方向与上下偏光方向一致的四个位置存在，故称四次消光。非均质体矿物如中级晶族晶体、低级晶族晶体的非圆切面都存在着四次消光的特征。
非均质体矿物的椭圆切面在正交偏光镜下处于消光时的位置，称消光位。矿物光率体切面处于消光位就意味着该椭圆切面的长、短半径与上、下偏光镜的振动方向平行。
根据晶体处于消光位时，解理缝、双晶缝或边棱与目镜十字丝的关系，可将非均质体矿物的消光类型分为下述三种：
平行消光：晶体处于消光位时，解理缝、双晶缝或边棱与目镜十字丝之一平行。 对称消光：在具有两组解理的切面上，当晶体处于消光位时，目镜十字丝平分两组解理的夹角。
斜消光：晶体处于消光位时，解理缝、双晶缝或边棱与目镜十字丝斜交。
三方、四方、六方晶系晶体的切面以平行消光和对称消光为特征。斜方晶系晶体切面以
平行消光和对称消光为主要特征，同时也可见斜消光切面。单斜晶系切面以斜消光为主，特殊方位的切面方可见平行和对称消光。三斜晶系的切面均为斜消光。
2．干涉现象
非均质体椭圆切面的长、短半径方向与上、下偏光镜的振动方向斜交时，来自下偏光镜的偏光通过矿物时分解成两束偏光，这两束偏光透过上偏光镜时再度分解，并在上偏光的振动方向发生干涉。当使用白色光光源时，矿物在正交镜下呈现各种各样的色彩，称之为干涉色。干涉色的种类，只与透过矿物的两束偏光的光程差有关。当光程差为零时，干涉色为黑色，光程差逐渐增加，干涉色有规律地顺着下列次序变化：钢灰、蓝灰、灰白、白、黄白、亮黄、橙黄、红、紫、紫蓝、蓝、蓝绿、绿、黄绿、橙黄、鲜红、淡紫、灰蓝、翠绿、淡黄、淡红、淡蓝、淡绿......高级白。这种有规律变化的干涉色序，如图9-3所示，通常把它分为下列几级：
第一级：光程差为0~560nm，基本干涉色由低到高为黑、灰、白、黄、橙、红。一级干涉色的特征是有黑、灰、白，无蓝和绿，一级黄为亮黄，一级红为红带紫。
第二级：光程差为560~1120nm，基本干涉色变化为紫、蓝、绿、黄、橙、红。二级干涉色的特征是二级蓝深，二级黄带橙，二级红为鲜红。
第三级：光程差为1120~1168nm，基本干涉色变化为紫、蓝、绿、黄、橙、红。三级干涉色的特征是除绿色很鲜艳翠绿外，其余色调均较二级干涉色淡。
四级干涉色序变化同二、三级，但色调很淡、色序较窄。五级以上的干涉色由于色调更淡、色序更窄而不可分辨以致混合成高级白色。高级白色是高双折射率晶体的特征。
图3 正交镜下干涉色色谱表
3．双晶现象
双晶是正交偏光镜下所观察到的特有现象，它表现为相邻单体不同时消光。如仅有两个单体组成的简单双晶，在正交镜下旋转物台时可见消光黑暗与不消光明亮交替出现。又如双晶缝相互平行的聚片双晶，旋转物台时，奇数与偶数两组双晶单体轮换消光，明暗频频交替出现。正交偏光镜下还可见到交叉、格状、轮式等特殊双晶。
在正交偏光镜下除了可以观察到消光、干涉和双晶现象之外，还可以研究两种矿物薄片在45°位置重叠在一起时，总的干涉色级序的升降。当两矿片在正交镜间45°位置重叠时，其光率体椭圆半径同名轴平行，色序升高；异名轴平行，色序降低。在实验中，可以利用已知轴名的补色器与矿物重叠，根据它们重叠时色序的升降来测定矿物的干涉色级序、光率体切面的轴名和矿物的延性符号等。
常用的补色器有石膏试板，它的干涉色为一级红；云母试板，它的干涉色为一级灰；石英楔子，它的干涉色由黑开始，从低到高逐渐变化。 三、实验步骤
偏光显微镜调整校正好后，检查锁光圈应开到最大位置，锥光镜和勃式镜都应置于光路之外。将要观察的矿物薄片准好焦，再把上偏光镜加入到光路中，便可进行正交偏光镜下的观察和测试。
1．干涉色级序的测定。将石膏试板、云母试板分别插入试板孔内，仔细观察它们的干涉色。将石英楔缓慢的插入试板孔内，仔细观察和辨认干涉色序变化及各级干涉色的特点。按矿物干涉色级序的测定步骤测定橄榄石矿片的干涉色级序。
干涉色级序的测定除了利用补色原理外，还应根据消色现象来确定。所谓消色是指补色器与矿物切面异名轴平行时，即石英楔子与矿物晶体切面异名轴平行的情况下，当通过矿物切面的光程差与通过石英楔子的光程差相等，二者总光程差为零（R总=R矿物-R石英楔=0）时，矿物的干涉色与石英楔的干涉色相互抵消而使该部位呈现一条暗带。所以只要找到这条消色的暗带，暗带所在的位置就是石英楔光程差与矿物光程差相等处，这个位置矿物的干涉色与石英楔的干涉色必定相同。因此，当把矿物薄片从载物台上拿掉后，呈现暗带位置石英楔的干涉色就是矿物的干涉色，若退出石英楔时红带出现的次数为n，则干涉色级序为n+1。
测定矿物干涉色级序的步骤如下：
（1）将矿物薄片置于正交偏光镜下载物台上，将要观测的矿物切面置于视域中心，并由消光位转至45°位，观察并记住矿物切面的干涉色。
（2）插入石膏试板或云母试板，观察色序升降，判断补色器与矿物切面是否异名轴平行。若色序升高为同名轴平行，则旋转物台90°，使其色序下降、异名轴平行，并退出补色
器。
（3）缓慢插入石英楔子，观察色序下降顺序，找出暗带消色位置。
（4）撤去矿物薄片，观察石英楔上暗带消色位置的干涉色，并与（1）中看到的矿物切面的干涉色比较。若二者干涉色完全一样，证明所找暗带消色位置是正确的；若二者干涉色不相同，说明暗带消色位置判断错误，应重新找出暗带消色位置，直至撤去矿物薄片后石英楔上暗带消色位置的干涉色与矿物切面的干涉色相同为止，这时石英楔上暗带消色位置的干涉色级序与矿物切面的干涉色级序相同。
（5）缓慢退出石英楔子，观察退出石英楔时视域中红色带出现的次数n，便可定出矿物切面的干涉色级序为n+1级。
2．仔细观察萤石、橄榄石、角闪石、石英和长石各种薄片的消光现象，注意全消光切面与四次消光切面有何特征。观察四次消光时，注意它们有哪些消光类型。
3．仔细寻找并观察花岗岩薄片中角闪石等的简单双晶以及斜长石的聚片双晶。 4．按矿物延性符号的测定方法步骤测定长石（在花岗岩薄片中找）的延性符号。 延性符号是延长型矿物的鉴定特征。晶体的延长方向与Ng方向平行或夹角小于45°，为正延性。晶体的延长方向与Np方向平行或夹角小于45°，为负延性。要知矿物的延性正负，只要知道矿物光率体切面的轴名，可见矿物延性符号的测定归根结底是矿物光率体椭圆切面轴名的测定。
矿物延性符号测定的基本步骤如下：
（1）把矿物薄片置于载物台上，找出长形晶体切片移至视域中心。
（2）将长形切片由消光位转至45°。转动物台时尽量使矿物的长边方向与试板孔方位一致，观察并记住矿物的干涉色。
（3）插入适当的补色器，观察色序升降，并确定矿物光率体椭圆切片的轴名。 （4）比较矿物切片的延长方向是平行于Ng还是平行于Np或与其夹角小于45°，确定矿物的延性符号。
5．注意事项
（1）补色器的插入特别是石英楔的插入需要缓慢平稳，石英楔插在试板孔内时切忌提升镜筒，以免损坏石英楔。
（2）利用补色器判断色序升降时，应注意选用补色器。一级黄以下的干涉色选用石膏试板，一级黄以上的干涉色选用云母试板，若有干涉色环应选用石英楔。
（3）不同的补色器，判断色序升降的标准不相同。使用石膏试板时，以一级红作为判
断标准，补色器与矿物重叠后干涉色序高于一级红色时，色序升高，低于一级红色时，色序下降。使用云母试板时，以矿物本身的干涉色作为判断标准，补色器与矿物重叠后的干涉色高于矿物的干涉色时，色序升高，低于矿物的干涉时，色序下降。如果利用石英楔子观察干涉色环的移动来判断色序升降，则当缓慢插入石英楔时，干涉色环若由外向中心移动，表明色序升高，干涉色环若由中心向外移动，表明色序下降。 四、实验结果与分析
将观察结果记录到表7中。
表7 正交偏光镜下晶体特性记录表
矿物名称 萤 石 橄榄石 角闪石 石 英 长 石 干涉色（或级序） 延性符号 双晶类型 消光现象或类型 五、思考题
1．非均质矿物任何方向的切面（垂直于光轴的切面除处）在正交偏光镜下为什么产生四次消光和四次明亮？
2．为什么在薄片中见到同一矿物的干涉色有多种？什么样的干涉色可以作为鉴定矿物的依据？
3．如何利用正交镜下的消光与干涉现象区分均质体与非均质体？