矿物的双反射和反射多色性
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发布时间：2022-04-24 14:14
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时间：2023-10-15 22:27
在入射光为平面偏光的条件下（单偏光下），当旋转载物台一周时，非均质性矿物都可能有明亮程度或颜色的变化。这种明亮程度（反射率）随矿物方向不同而变化的性质称双反射，而与之相应的反射色变化称为反射多色性。由于二者均是在单偏光下所显示的光学性质，所以观察时要推出上偏光镜（分析镜），只保留前偏光镜（起偏镜）于光路中。
一、双反射的基本概念
非均质矿物的反射率是随矿物结晶方向的改变而变化。中级晶矿物有两个主反射率Ro和Re，低级晶矿物则有三个主反射率Rg、Rm和Rp。
非均质矿物最大反射率与最小反射率之差称为矿物的绝对双反射率，也称双反射的绝对值，通常用ΔR表示。
中级晶矿物：ΔR＝Ro－Re（或Re－Ro）
例：辉钼矿：R o＝37%，平行延长；R e＝15%，垂直延长；故 ΔR ＝37% －15% ＝22%。
低级晶矿物：ΔR＝Rg－Rp
例：辉锑矿R g＝45%，平行c轴；R p＝31%，平行b轴；故ΔR＝45% －31% ＝14%。
最大双反射（率）只有在平行包含X、Z轴的主切面内才能测得，然而矿物光片大多是任意切面的，所以任意切面的双反射率ΔRs＝R2－R1（R2＞R1），ΔRs可称之为切面绝对双反射（率）。
非均质矿物双反射现象是否明显，主要是凭视觉来判断。虽然双反射现象与其绝对值ΔR有关，但更重要的是取决于另一关系数值，即相对双反射率ΔR′的大小。ΔR′是以ΔR除以大小二反射率之和的一半（即平均反射率）的百分数计算而得出。其表达式为：
矿相学
由上式可看出，平均反射率越小的矿物，其ΔR′或
值越大。虽然ΔR′与ΔR有某些关系，但ΔR 对双反射现象明显程度的影响远不及 ΔR′重要。例如：方解石的 Ro＝5.9%， R e＝3.9%，则
矿相学
红砷镍矿的R o＝56%，R e＝50%
矿相学
由上述两种矿物的ΔR′值可知，方解石的ΔR虽小，但ΔR′值大，所以双反射现象比红砷镍矿明显得多。
二、反射多色性的基本概念
在反射色一章中已叙述，即不透明矿物对不同光波有不同的吸收性，就是选择吸收性，由于选择吸收而造成选择反射，矿物的反射色就因此形成。非均质不透明矿物各主反射率对不同光波也有不同的选择性反射，因此各主反射率方向也可以具不同的反射色。矿物的这种反射色因方向不同而改变的性质就是矿物的反射多色性。例如铜蓝当其延长方向与偏光振动面平行时为深蓝色，垂直时为浅蓝色。总之，具有反射多色性的矿物，当旋转载物台时，可见两主方向的反射色交替变化。
从双反射与反射多色性形成的原理上来讲，二者具有相同的机理，即它们同为各组光波对矿物不同方向所表现的不同反射。双反射表示矿物主反射率间具有相似的色散曲线，所不同的是反射率有差别，反射多色性则表示矿物主反射率间不仅反射率有差别，同时色散曲线形态也不一样。图4-1为铁铜蓝的二主反射率（Ro和Re）的反射率色散曲线。从二曲线形态上的特点，可看出二主反射率具有明显不同的反射色。
图4-1 铁铜蓝的色散曲线
从图4-1还可看出，双反射也随着波长的改变而改变。双反射的数值以一定波长的R o与R e的差值表示，如铁铜蓝的双反射在640 nm波长光波下ΔR＝37.0－29.7＝7.3，在560 nm波长光波下为29.4－25.2＝4.2，但在515 nm波长光波处两者同为22.55。即是矿物在这个特定光波中由非均质性变成了均质性。在λ＜515 nm时为负光符（R o＞R e），而λ＞515 nm时为正光符（Re＞Ro）。
反射多色性的明显程度也可用相对双色散率ΔF′表示；但由于很少在实际中应用，故不赘述。
三、双反射和反射多色性的观察方法与视测分级
1.双反射和反射多色性的观察方法
双反射与反射多色性是在单偏光下观察的一种现象，而只有一些强非均质性矿物才能被看到，所以仅对那些具明显双反射或反射多色性的矿物才有意义。
因为观察是在单偏光下进行，所以观察时先推入起偏镜（前偏光镜）去掉分析镜（上偏光镜）。转动物台，视矿物有无亮度和颜色的变化。双反射微弱的矿物在单个晶粒上看不出双反射现象，但在多晶粒集合体组成的光片中易于见到。这是由于连生在一起的许多晶粒方位不同，对比下，因不同晶粒间反射率的差别，而易于显示之故。对双反射和反射多色性微弱的矿物，还可在浸油中观察，因为矿物在浸油介质中其反射率有不同程度的降低，所以使相对双反射数值增大，因此在浸油中比空气中双反射现象显著。
由于反射多色性和双反射现象产生的机制相同，所以这两种观象可同时存在。观察反射多色性和双反射现象的方法与操作程序是一致的，但对反射色鲜明的矿物，其反射多色性现象较易观察，而双反射现象则常被掩盖；对无色矿物来讲，易被看到的是双反射现象。
2.双反射和反射多色性的视测分级
在不透明矿物的描述和鉴定工作中，双反射与反射多色性也是矿物的重要光学性质之一，因此有必要进行分级。分级的同时，还应表示出最大和最小反射率两个方向上的反射色及与矿物结晶要素的关系。
例如 石墨 Ro＝17 灰色微带棕色 平行延长
Re＝6 深灰色微带蓝色 垂直延长
视测分级若按传统的划分法，一般分为特强、显著、清楚、微弱及无五个级别，也有将前一、二两级合并为“强”、清楚与微弱合并为“弱”，即改为“强”、“弱”和“无”三个等级。不论分为五级还是*，也都是依视觉上的明显程度作出的定性分类。由于视觉的主观因素及显微镜光学性能的差异，使其划分“标准”因人及仪器条件不同而难于掌握。所以根据目前实验室的一般设备情况，将双反射或反射多色性分为如下两级：
显（清晰）：凡在空气为介质条件下，对单颗粒矿物或集合体的双反射或反射多色性现象，用一般矿相显微镜均能显现者，皆属此级（表4-1）。
表4-1 显双反射和反射多色性的常见矿物
注：对显双反射和反射多色性矿物按四级视测分类时，标以∗∗∗∗者表示特强，∗∗∗为显著，∗∗为清楚，∗为微弱。
不显：为上述条件下不显者均属本级。既包括均质矿物也包括那些看不出有双反射或反射多色性的非均质矿物有：黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、黝铜矿、黝锡矿、黑钨矿、辉银矿、石英、磁铁矿、镍黄铁矿、黄铁矿、雄黄、铬铁矿、闪锌矿、方铅矿。
鉴于矿相显微镜等教学实验设备不断更新，为适应高质量（性能）矿相显微镜对矿物双反射和反射多色性的视测分级，可将显双反射和反射多色性的矿物，进一步分为如下四级（空气中）：
特强 在单晶中，亮度和颜色变化极其明显，往往一瞥即见，如石墨、辉钼矿和铜蓝等。
显著 在单晶中亮度或颜色变化较显著，如辉锑矿、红锑镍矿等。
清楚 在单晶中亮度和颜色变化较清楚可见，如方黄铜矿、磁黄铁矿和白铁矿等。
微弱 在单晶中其亮度和颜色的变化不明显，仅在晶粒集合体中可以看出，如毒砂和赤铁矿等
四、影响双反射和反射多色性观察的因素
影响双反射和反射多色性观察的因素一般有以下几点：
（1）相对双反射率的影响 相对双反射率 ΔR′ ＞10%时才易凭视力观察到，ΔR′ ＜10%的非均质矿物虽然理论上有双反射，但难于为视力所及，或不显双反射，或极微弱。
（2）切片方位的影响 具有双反射和反射多色性的矿物，当切片方位为垂直或接近垂直光轴或圆偏光轴时，可显示均质效应，因此不显双反射和反射多色性。
（3）观察介质的影响 矿物在不同介质中观察，其双反射和反射多色性现象有所不同。在空气中观察双反射和反射多色性不显的矿物，在浸油中可表现清楚。例如锡石在两种不同介质条件下双反射的情况见表4-2。
表4-2 锡石在不同介质中的双反射率
实验作业
（1）在单偏光下观察下列矿物的双反射现象。
在空气中观察：辉钼矿、辉锑矿、红砷镍矿、石墨、方解石、菱铁矿；
在油浸中观察：毒砂、赤铁矿。
（2）在单偏光下观察下列矿物的反射多色性：铜蓝、石墨、硼镁铁矿。
