04第四章矿物的内反射.doc

第四章 矿物的内反射 一、概述 （一）内反射的概念 白光射向矿物光片表面除反射光外，一部分光线折射透入矿物内部。当遇到矿物内部的解理、裂隙、空洞、晶粒界面、包裹物等不同介质分界而时，光线会被反射出来或散射开，这就是矿物的内反射作用。若内反射出来的光线没有色散现象则仍为白光；若发生色散则显示颜色，即为内反射色。因此，内反射色乃是由于内反射色散作用造成。 二内反射的形成机理 从基础理论方面考查，成离子键、共价键或分子键的透明矿物，当其中电子基态和激发态能级间的能量差比各种可见光“光子”的能量都均匀地大，大量不同波长的可见光均匀地进入矿物透射，遇到矿物内部的解理、包裹物等再均匀地反射出各种不同波长的可见光，这些光汇集成为“白色内反射”或“无色内反射”（如石英、方解石、白钨矿等）。若透明矿物内电子基态和激发态能级间的能量差比不同波长可见光“光子”的能量大的程度不同，则大量不同波长的可见光不均匀地进入矿物透射，遇到矿物内部的解理、包裹物等有选择地反射出来构成“有色内反射”，显示各种不同的内反射色（如孔雀石的翠黄色、蓝铜矿的蓝色、闪锌矿的黄色和褐色等）。由上可知，内反射色就是矿物的透射色，即体色。前已论及，反射色是矿物表面反射光色散作用造成的表色。体色和表色互为补色（互为补色的二波长光以相等强度混合后，人眼看来是白色）。当电子较多地吸收了白光中的某些波长并发射出来形成表色以这些波长为主后，透射光必然是被吸收波长的补色或近似补色。表4l列出了互补色的关系。 表41 被吸收光与透射光的互补关系波长单位为nm 被吸收光的波长 400 425 450 490 510 530 550 590 640 730 反射色表色 紫色 紫蓝色 蓝色 青色 绿色 黄绿色 黄色 橙色 红色 深红色 内反射色体色 绿黄色 黄色 橙色 红色 紫红色 紫色 深蓝色 蓝色 青色 绿色 透射光的波长 568 569 570 594 505 504 512 489 495 596 虽然矿物的表色反射色与体色内反射色互为补色的原则是普遍适用的，但其显露程度与矿物的透明度直接有关。如透明矿物一般反射光极少，反射色多为灰色、暗灰色、灰黑色，所带色调极弱即颜色纯度极小，如石英、方解石等。由于透射光量大且色散显著时如孔雀石和蓝铜矿可呈现强烈的内反射和内反射色。此时互补现象不明显，肉眼观察矿物的颜色应为反射色和内反射色的综合与内反射色相同或相近，如孔雀石都为绿色和蓝铜矿都为蓝色。不透明矿物则相反，由于透射光极少，看不出内反射如自然银。反射光量大且色散显著时如自然铜可呈现明亮的反射色即颜色的亮度高。此时互补现象也不明显，肉眼观察矿物的颜色与反射色相同或相近，如自然银都为银白色和自然铜都为铜红色。只有半透明矿物透射光和反射光都能起较大的作用，容许内反射色和反射色在颜色上都较为鲜艳即颜色纯度较大、在色度图上靠近光谱色轨迹位置。此时内反射色与反射色的互补现象较为明显，肉眼观察矿物的颜色与内反射色和反射色都不雷同，而是内反射色体色和反射色表色的综合根据透明度的大小两者所起的作用不同。如赤铁矿的反射色灰白色带淡蓝色调和内反射色深红色的互补现象较为典型。 二、内反射的现察方法 内反射一般在矿相显微镜下观察，迅速取得定性的观测结果即可。内反射的常用观察方法如下 （一）斜照法 如图41所示，将光源从侧面斜照在光片上如图中左边的7条斜射光线，此时矿物表面反射光线如图中右边的7条斜反射光线不会射入物镜，故显微镜的视域是暗黑的。只有当光线斜射到透明或半透明矿物时，除被斜反射掉一小部分之外，其余都透入矿物内部，遇到倾斜度合适的包裹物等界面，再从矿物内部反射出来进入物镜图中之向上反射的2条垂线。此时这些光线使矿物内部明亮，使得在镜下有透明的视感。如果只是透明而无颜色，表示矿物有内反射而无内反射色；如果矿物不但透明，同时还显示某种颜色则表示矿物有内反射色。斜照法要求强光源并为白色，斜入射角不宜太大不能平射，以30－45左右即较陡为宜。斜照方向和角度应有变化，找出适宜方向和角度以增大进入物镜的光量，加强镜下透明视感。注意不要把堆积在矿物光片裂隙、凹坑中磨料的颜色氧化铬和氧化铁等会显示鲜艳的绿色和红色误认为是矿物的内反射色。另一些无色透明矿物如石英、方解石等，斜射白光射入它内部后可能象射入三棱镜似的发生色散，产生少量干涉现象，使得矿物内部显示“彩色”。应勿将这种内反射强烈但内反射无色的现象误认为是“彩色内反射色”。 斜照法的灵敏度较低，只能见到一些内反射很显著的矿物如赤铜矿、铜蓝、雌黄等的内反射现象。而透明度稍差的矿物如铁闪锌矿、黑钨矿、硫锰矿等则常常看不出内反射，光片呈现黑色。故不能认为斜照时镜下显黑色就一定无内反射。此时应观察矿物粉末以进一步确定有无内反射。 用料照法观察矿物粉末以测定内反射的方法，灵敏度较斜照法观察矿物光片高得多。这是由于粉末体积小，透明度比光片中矿物高，还因为刻划粉末时矿物受压使矿物产生大量微细裂纹，有利于透入光线的反射，故使矿物内反射现象明显起来。操作步骤是用钢针或金刚石笔对高硬度矿物刻划矿物光面，在镜下用斜照光观察堆在划痕两侧的粉末。凡粉末为黑色或黑灰色者可认为无内反射；粉末为白色者为无色透明矿物强内反射所特有；粉末有各种颜色如绿色、橙色、红色即为有内反射内反射色为见到的绿色、橙色、红色。斜照法只能用于低、中倍物镜，高倍物镜因自由工作距离太短使光线无法斜照进光片。高倍镜观察细小矿物只能用正交偏光法观察内反射。 （二正交偏光法 正交偏光法最好是用高倍物镜在正交偏光下观察，因为透过物镜的光线因强烈聚敛作用变成各种方向、各种入射角的斜照光，使矿物显现内反射的机会增加而变显著。此法宜采用强光源效果才好。均质矿物任何方位都可用正交偏光法观察内反射，非均质矿物只有在消光位观察才能排除非均质性和偏光色的影响。入射平面直线偏光被矿物表面反射时，反射光基本上是直线偏光，会被上偏光镜阻断而使矿物表面黑暗。射入矿物内部的直线偏光，被矿物内部的解理、包裹物等反射出来的光波却常呈椭圆偏光或产生反射旋转详见第五章使得一部分内反射光透过上偏光镜被观察到。这就使得在正交偏光下显示出内反射现象。 用正交偏光法观察矿物粉末效果更好。有一些无内反射但反射色鲜艳的矿物（如黄铜矿，其粉末在正交偏光下常可见到闪亮的铜黄色。这不是内反射色而是反射色。区别点在于转动物台时这种表面反射因斜面方向改变而变黑，另一些表面却又可能变亮并呈现颜色反射色。真正有内反射的粉末旋转物台时亮度、颜色不变。刻划时造成的沟槽（以至磨片时磨料刻划留下的擦痕）在斜射方向角度合适时也会出现亮线，旋转物台即行变暗。故视察内反射现象应看堆在沟槽两边的粉末，而不要被刻痕沟槽的表面反射所干扰。 在正交偏光下用油浸镜头于浸油中观察矿物粉末有无内反射最为灵敏。矿物在浸油中的反射率一般大为降低，透入矿物粉末内部的光量大大增加，使内反射现象更易显现。例如辉锑矿、脆硫锑铅矿等用干镜头看不出内反射，用油浸镜头观察则可以看出内反射。现代化大型研究用矿相显微镜由于光线强、光路损耗低，在正交偏光条件下观察内反射异常清晰。 三、内反射的分级 出于教学实验室条件的限制和地质类专业的教学要求，本教程不采用以油浸镜头观察矿物内反射的分级方法。第八章教学用矿物鉴定表中采用的内反射分级为 I．显内反射用干镜头以斜照法或正交偏光法观察显示内反射现象属于此级，刻划粉末后才显示内反射者应注明系矿物粉末的内反射色 Ⅱ.不显内反射在上述条件下观察不显示内反射现象者属于此级。 常见金属矿物的内反射分级见下表表42 表42 一些常见矿物的内反射分级 显 内 反 射 矿 物 不 显 内 反 射 的 矿 物 孔雀石翠绿色 赤铁矿深红色 自然金 黄铜矿 黝铜矿 蓝铜矿蓝色 黑钨矿棕红色 自然银 方铅矿 斑铜矿 硫锰矿淡绿色或棕色 红锌矿黄红色 自然铜 辉铋矿 辉铜矿 雌黄稻草黄色 硫汞锑矿血红色 毒 砂 辉锑矿 石墨 雄黄橙红色 金红石红棕色 红砷镍矿 磁黄铁矿 磁铁矿 辰砂珠红色 淡红银矿鲜红色 黄铁矿 辉钼矿 软锰矿 赤铜矿血红色 针铁矿棕黄色 白铁矿 铜蓝 硬锰矿 在生产和科研工作中常常采用更复杂的内反射分级，详见有关鉴定手册和工具书箱。 四、内反射的研究意义 应当强调说明，内反射是矿物透明度的反映，而透明度受矿物杂质成分的影响，故矿物含有不同的类质同象混入物杂质时可能会引起内反射现象的差异。如闪锌矿当其含铁0.15％时内反射色为浅黄色，含铁17.9％时内反射色为深褐黄色。又如硼镁铁矿富镁时粉末可显示淡红棕色内反射，而贫镁时无内反射。铬铁矿铁含量高时无内反射，而富镁或富铝时则呈现较明显的红棕色内反射。有意义的是，据近年研究的新成果，纯硫锰矿显绿色内反射，当其铁含量较高时即显示棕色内反射。再如钛铁矿若富含镁时产于与金刚石有关的金伯岩及碳酸盐岩、碱性超基性岩中普遍显示棕色内反射，而贫镁的钛铁矿产于变质铁矿和砂矿床中则很难看到内反射。还如一般砷黝铜矿合铁低于5％粉末在浸油中可见棕红色内反射，富铁的砷黝铜矿如含铁8.82％粉末在浸油中则无内反射。因此，深入地研究矿物内反射的细微特征，可能获得矿物化学成分以至成因方面（形成温度、地质产状等）的某些信息。 前已阐明矿物内反射的形成机理，内反射现象显示与否取决于矿物的透明度。因此，可以通过对矿物内反射的研究来了解矿物透明度的情况。从第一章第一节可知矿物的透明度直接与矿物的吸收性能以吸收系数K表征有关。从表21等资料及理论计算，吸收系数K小于0.025的石英、纯闪锌矿等透明矿物反射率在1.819％范围内具有强烈的内反射；吸收系数K大于0.73的石墨、毒砂等不透明矿物反射串在1495％范围内不显内反射干镜头在空气中观察；吸收系数K介于0.025和0.73之间的铁闪锌矿、硫汞锑矿、硫锰矿、辰砂等半透明矿物反射率在935％显示较弱的内反射。属于半透明范范畴的一部分矿物，或因吸收系数偏低如含铁0.15％的闪锌矿，或因选择吸收强烈如辰砂和硫汞锑矿对红光吸收很弱，对青、蓝、绿光吸收很强而显示较明显的内反射。另一部分则内反射较弱。 另有一种意见认为反射率大于40％的矿物不具内反射；反射率属4020％的矿物内反射不明显常须用油浸镜头观察矿物粉未；反射率小于20％的矿物内反射很明显；反射率低于12％的矿物具强烈内反射。这一种意见不能解释反射率较大的硫汞锑矿（R为34.7等显示强烈的内反射在空气中不刻粉末即很明显和反射率较小的石墨、铜蓝平均反射率为1 4％、15.8％等无内反射的事实。本教程主张以矿物的吸收系数与矿物的内反射程度直接联系起来如硫汞锑矿因K值为小于0.73的0.4881，并色散显著，对红光的K值更低，因而内反射强烈。石墨却因Kg值为大于0.73的1.162而不显内反射，而将反射率与内反射的联系摆在从属的次要地位。 附带指出，由于颜色的定量研究方法已经引入矿相学领域，除用颜色指数定量表征金属矿物的反射色以外，近年来我们还倡议用来表达偏光色的颜色特征。我们认为，也完全可以应用色度学原理以定量数据来表征矿物的内反射色颜色特征。