双晶的观察

矿物的双晶在正交偏光镜间，表现为相邻两个双晶单体不同时消光，呈现一明一暗现象。这是由于构成双晶的两个单体中，一个单体绕另一个单体旋转180°，使两个单体的光率体椭圆半径方位不同（图5-19A）。两个双晶单体间的结合面称双晶结合面。双晶结合面与矿片平面的交线称双晶缝，一般比较平直。当双晶结合面垂直矿片平面时，双晶缝最细最清楚，当双晶结合面逐渐倾斜时，双晶缝逐渐变宽变模糊。双晶结合面倾斜至一定程度时，看不见双晶缝。

由于双晶结合面相当于两个双晶单体的对称面，当双晶结合面与矿片平面垂直时，相邻两个单体的光率体椭圆切面在双晶缝两侧也是对称的，故当双晶缝与目镜十字丝平行或成45°夹角时，双晶缝两侧的单体明暗程度一致，此时看不见双晶（图5-19B）。

根据双晶单体的数目，可划分下列两种类型：

图5-19 双晶在正交偏光镜间的消光情况

1简单双晶

仅由两个双晶单体组成。在正交偏光镜间，表现为一个单体消光，另一个单体明亮（图5-20A），转动物台两个双晶单体的明暗互相更换。

2复式双晶

由两个以上的双晶单体组成。根据双晶结合面的相互关系可划分为：

聚片双晶　双晶结合面互相平行，在正交偏光镜间呈聚片状（图5-20B），转动物台时，奇数与偶数两组双晶单体轮换消光，而呈明暗相间的细条带。如斜长石的钠长石聚片双晶。

图5-20 双晶的几种类型

（据林培英，2005)

A—简单双晶；B—聚片双晶；C—三连晶；D—四连晶；E—六连晶；F—卡钠复合双昌；G—格子双晶

联合双晶　双晶结合面不平行。按双晶单体的数目不同，可分为三连晶、四连晶和六连晶（图5-20C、D、E）。如堇青石的六连晶。

此外还有特殊的双晶类型，如斜长石的卡钠复合双晶（图5-20F）与微斜长石的格子双晶（图5-20G）。

学习指导

学习本章要先理解矿片在正交偏光镜间产生干涉的原理，再认识正交偏光镜下的干涉现象和干涉色，并能利用补色法则和常用的补色器测定非均质体矿片上光率体椭圆半径方向和名称。掌握了非均质体矿片上光率体椭圆半径方向和名称的测定，才能进一步掌握干涉色级序、双折射率和消光角等的测定。

在测定非均质体矿片上光率体椭圆半径方向及名称时，必须在矿片上光率体椭圆半径方向与上、下偏光镜振动方向AA、PP成45°夹角时进行，测定时要选择合适的补色器（试板），当插入试板后注意观察矿片的干涉色级序升降变化，再按补色法则确定矿片光率体椭圆半径方向和名称。

复习思考题

1当矿片在正交偏光镜间处于消光位时，加入石膏试板或云母试板后，矿片有何变化？

2消光与消色有何本质区别？

3测定消光角时，为什么必须测定光率体椭圆半径名称？

4用石英平行光轴切面磨制石膏试板（550nm光程差），需磨制的厚度大小（石英双折率为0009)？

5具高级白干涉色的矿片，加入石膏试板或云母试板后，为什么矿片的干涉色无变化？

6透辉石Ng=1728,Nm=1706,Np=1699，其最大双折率值多大？当矿片厚度为003 mm时，其光程差多少？最高干涉色如何？

7正长石Ng=1524,Nm＝1522,Np=1518，当其最高干涉色为Ⅰ级黄时，矿片厚度多大？

8将云母试板置于物台上，从试板孔插入石膏试板，在正交偏光镜下旋转物台一周，会看到干涉色有什么变化？为什么？

9在同一岩石薄片中，不同的矿物为什么有不同的干涉色？而同一种矿物为什么也会出现不同的干涉色？

(一)图像特点(图 5 －4 及图版Ⅱ －l、图版Ⅱ －3)

一轴晶垂直光轴切面的干涉图由一个黑十字和同心圆状干涉色圈组成。黑十字由两个互相垂直的黑带(即消光影)组成。两个黑带分别与上、下偏光镜的振动方向(AA、PP)平行，并且两个黑带的中心部分(近黑十字交点)往往较窄，远离中心部分则逐渐变宽。黑十字交点位于视域中心(与目镜十字丝交点重合)，为光轴出露点。干涉色圈以黑十字交点为中心，成同心圆状，其干涉色级序由中心(黑十字交点)向外逐渐升高，并且干涉色圈愈外愈密。干涉色圈的多少取决于矿物的双折率大小及矿片厚度。矿物的双折率愈大，干涉色圈愈多(图 5 －4A 及图版Ⅱ －3); 反之，双折率愈小，干涉色圈愈少，甚至在黑十字的四个象限内仅出现一级灰干涉色(图 5 － 4B 及图版Ⅱ － l)。同一矿物，矿片愈厚，干涉色圈愈多; 反之，矿片愈薄，干涉色圈愈少(图 5 －5)。转动物台 360°，干涉图不发生变化。

图 5 －4 一轴晶垂直光轴切面的干涉图(矿片厚度相同)

图5-5 干涉色圈与矿片厚度的关系

(二)成因

在垂直光轴的矿片中，光轴方向垂直于矿片平面。锥形光束的特点是除中央一条光波垂直矿片射入之外，其余各个光波都是倾斜射入矿片(图 5 － 1)，而且愈外倾斜角度愈大。因此，锥形光束中，只有中央一条光波是平行光轴射入，其余各个光波都是斜交光轴射入，而且愈外斜交光轴的角度也就愈大。根据光率体及不同方向切面的特征，除垂直中央一条光波的光率体切面为圆切面之外，其余垂直各个斜交光轴入射光波的光率体切面都是椭圆切面，而且椭圆切面长短半径的大小及其在矿片平面上的分布方位不完全一样，它们与上、下偏光镜振动方向(AA、PP)之间的关系亦就不完全一致。因此，它们在正交偏光镜下所发生的消光与干涉效应是不完全相同的。

垂直光轴切面在锥光镜下所显示的干涉图，就是锥形偏光束中各光波通过矿片后，到达上偏光镜所发生的消光与干涉效应的总和。黑十字代表消光部分(即消光影)，而干涉色圈则代表发生干涉作用的部分。因此，要了解干涉图的成因，必须首先了解垂直锥形光束中各入射光波的光率体椭圆半径在矿片平面上的分布方位(即常光与非常光振动方向的分布方位图)。这种反映常光与非常光振动方向的分布方位图，通常称为波向图。由于光率体椭圆切面半径方向代表光波垂直该切面入射时，因发生双折射而分解形成的两种偏光的振动方向，因此波向图是一种表示光波振动方向的图解。

图5-6 一轴晶常光与非常光振动方向在球面上的分布方位

一轴晶光率体各个椭圆切面半径在空间的分布方位，可用星射球面投影方法作出。其具体做法如下: 首先，在一轴晶光率体之外，套上一个圆球体，并使圆球体中心与光率体中心重合(图 5 － 6)。然后，把垂直各个方向入射光波的光率体椭圆切面半径(Ne'、Ne 和 No)投影到球面上，就可得出各个椭圆切面半径(常光和非常光的振动方向)在球面上的分布方位。球面上经线与纬线的交点，代表各个入射光波在球面上的出露点。经线的切线方向，代表光率体椭圆半径 Ne'和 Ne 的投影方向，即非常光波的振动方向。纬线的切线方向，代表光率体椭圆半径 No 的投影方向，即常光的振动方向。最后，把球面上的投影结果，用正射投影方法投影到平面上，即可得出一轴晶不同方向切面上光率体椭圆半径(常光和非常光)的分布方位图(波向图)(图 5 － 7A)。

图5-7 一轴晶垂直光轴切面的波向图(A)及黑十字的成因(B)

一轴晶垂直光轴切面的波向图中，其中心为光轴在矿片平面上的出露点，围绕中心的同心圆与放射线的各个交点代表锥形光束各个入射光波在矿片平面上的出露点。放射线方向代表光率体椭圆半径 Ne'的方向(非常光波的振动方向)，同心圆的切线方向代表光率体椭圆半径 No 的方向(常光的振动方向)(图 5 －7A)。如果知道了垂直光轴切面上光率体椭圆半径的分布方位之后，根据正交偏光镜下的消光与干涉原理，很容易理解干涉图的形成原因。矿片上光率体椭圆半径与上、下偏光镜振动方向(AA、PP)平行的部位因消光而构成黑带，矿片上光率体椭圆半径与上、下偏光镜振动方向(AA、PP)斜交的部位则发生干涉作用产生干涉色。

1黑十字的成因

在垂直光轴切面的波向图中，东西、南北方向上的光率体椭圆半径与上、下偏光镜的振动方向(PP、AA)平行或近于平行(图 5 － 7B)，在正交偏光下消光或近于消光，从而形成了与 PP、AA 平行的两个黑带，它们互相垂直构成黑十字。由于光率体椭圆半径Ne'的方向呈放射状，Ne'与 PP、AA 夹角相等的部位，其消光效应是相同的(图 5 － 7B)。由图 5 －7B 中可以看出，Ne'与 PP、AA 夹角相等的部位在近黑十字交点处往往较窄，远离交点处则逐渐变宽，因而两个黑带的中心部分往往较窄，而向外则逐渐变宽。如果矿物的双折率低，这种现象就不明显(图 5 －4B)。另外，如果偏光显微镜的上、下偏光镜振动方向(PP、AA)位置不在东西、南北方向上，则干涉图中的黑十字也不会在东西、南北方向，据此可以检查和校正上、下偏光镜振动方向的位置。

2干涉色圈的成因

图 5 －8 干涉色圈的成因(以正光性为例)

在黑十字以外的四个象限内，光率体椭圆半径方向与上、下偏光镜振动方向(AA、PP)斜交(图 5 － 7B)，因而在正交偏光镜下就会发生干涉作用，如果光源为白光则产生干涉色。那么，为什么干涉色呈同心圆状，而且愈外干涉色级序愈高 这是因为入射光波是以光轴为中心的锥形偏光束(图 5 －8A)。中央一条光波是平行光轴射入晶体，不发生双折射(双折率为零)，光程差也就等于零。其余各个光波都是斜交光轴射入晶体，而且从中央向外，入射光波与光轴的夹角是逐渐变大的，其双折率也就随之增大，光波在矿片中经过的距离也是愈外愈长(相当于矿片厚度逐渐增加)。因此，其光程差(R)由中心向外逐渐增加(图 5 －8B)，相应的干涉色级序也随之逐渐升高。锥形光束中与光轴夹角相等的各个入射光波，在矿片平面上的出露点是以光轴出露点为中心的同心圆(图5 － 8)，它们所产生的光程差相等，相应的干涉色也就相同，因而构成以光轴出露点(黑十字交点)为中心的同心圆状干涉色圈，而且愈外干涉色级序愈高。

在垂直光轴切面的波向图中，光率体椭圆半径呈放射状对称分布。无论如何转动矿片，总是东西、南北方向上的光率体椭圆半径与 PP、AA 平行，其余的椭圆半径与 PP、AA 斜交。因此，转动载物台 360°，干涉图不发生变化。

均质体矿物的光学性质各方向一致，对白光的选择性吸收和吸收总强度不因光波在晶体中的振动方向不同而发生改变。因此，均质体矿片的颜色及颜色深浅不因光波在晶体中的振动方向不同而发生改变。

非均质体矿物的光学性质随方向而异，对光波的选择性吸收及吸收总强度随光波在晶体中的振动方向不同而发生改变。因此，在单偏光镜下转动物台时，许多有色非均质体矿片的颜色及颜色深浅会不同程度地发生变化。这种由于光波在晶体中的振动方向不同而使矿片颜色发生改变的现象称多色性，而颜色深浅发生改变的现象则称为吸收性。因此，均质体矿物是没有多色性的，而非均质体矿物则会产生多色性现象。

一轴晶矿物有两种主要的颜色，通常与Ne、No方向相当。现以黑电气石为例说明一轴晶矿物的多色性现象(图3－10)。

图3-10 黑电气石平行Z轴切面的多色性现象

黑电气石平行Z轴切面的光率体椭圆长短半径分别为No和Ne，因系负光性，故其No＞Ne。将黑电气石平行Z轴切面置于单偏光镜下，当矿片上光率体椭圆的短半径Ne(即Z轴方向)平行下偏光镜振动方向(PP)时(图3－10A)，由下偏光镜透出的振动方向平行PP的偏光，进入矿片后，沿Ne方向振动(No方向的振幅为零)，矿片呈现浅紫色。这种颜色是光波在矿片中沿Ne方向振动时，矿片对光波选择吸收形成的。

转动物台90°，使矿片上光率体椭圆的长半径No平行下偏光镜振动方向PP(图3－10B)，由下偏光镜透出的振动方向平行PP的偏光，进入矿片后，沿No方向振动，矿片呈现深蓝色。这种颜色是光波在矿片中沿No方向振动时，矿片对光波选择吸收形成的。

在矿片上光率体椭圆半径No、Ne与下偏光镜振动方向PP斜交时(图3－10C)，由下偏光镜透出的振动方向平行PP的偏光，进入矿片后，发生双折射，分解形成两种偏光，一种偏光的振动方向平行Ne，另一种偏光的振动方向平行No。因此，矿片显示浅紫与深蓝的过渡色。

黑电气石垂直Z轴(光轴)切面的光率体切面为圆切面，其半径为No。将这种切面置于单偏光镜下，矿片显示深蓝色。转动物台360°，颜色不发生变化。由于斜交光轴切面的双折射率小于平行光轴切面，故其颜色变化没有平行光轴切面显著。

一轴晶矿物(如黑电气石)的多色性记录方式如下:

No=深蓝色，Ne=浅紫色(多色性公式)

No方向的颜色比Ne方向深，表明光波沿No方向振动时的吸收总强度大于Ne方向，故其吸收性是No＞Ne(吸收性公式)。

二轴晶矿物有三个主要颜色，通常与光率体三个主轴Ng、Nm和Np相当。平行光轴面的切面显示Ng、Np的颜色，其多色性最明显;垂直光轴的切面，显示Nm的颜色，不具多色性;垂直Bxa的切面显示Nm、Np(正光性)或Nm、Ng(负光性)的颜色，其多色性明显程度介于前两种切面之间。显然，测定二轴晶矿物的多色性，需要两个方向的切面。例如普通角闪石的多色性公式记录方式如下:

Ng=深绿色，Nm=绿色，Np=浅黄绿色(多色性公式)

吸收性公式:Ng＞Nm＞Np，称正吸收;如果与此相反，Np＞Nm＞Ng，则称反吸收。

非均质体矿物中，不同矿物的多色性明显程度往往不同。大体上可以划分为三个等级，即多色性极明显(如黑云母)、多色性明显(如普通角闪石)和多色性不太明显(如紫苏辉石和霓辉石)。当然，有的非均质体矿物则看不出多色性。

矿物在薄片中多色性的明显程度除与矿物本身性质有关之外，还与切面方向及矿片厚度有关。同一矿物，切面方向不同，多色性明显程度不同。平行光轴(一轴晶)或平行光轴面(二轴晶)的切面多色性最明显，垂直光轴切面不具多色性，其他方向切面的多色性明显程度递变于二者之间。当切面方向相同时，矿片愈厚，多色性愈明显。因此，观察矿片的多色性时，不能只凭个别切面下结论。测定多色性公式必须在定向切面上进行，测定方法将在透明矿物薄片系统鉴定中具体介绍。