晶体光学

晶体光学复习资料

一、概念

1.晶体光学：晶体光学是研究可见光通过透明晶体时所产生的一些光学现象及其原理的一门科学。不同的透明

矿物显示的光学性质不相同，据此可以鉴别透明矿物。因此，晶体光学是研究、鉴定透明矿物及岩石的重要方法。

2.偏光作用在晶体光学中的应用：晶体光学研究中主要是应用偏光。研究的主要仪器是偏光显微镜，其中装置

有使自然光转变为偏光的偏光镜(起偏镜)。偏光镜通常是根据选择吸收作用(偏光片)或双折射作用(尼科尔棱镜)产生偏光的原理制成的。自然光通过偏光镜后即转变成振动方向固定的偏光。

3.均质体：根据光学性质不同，可以把透明物质划分为均质体和非均质体两大类。等轴晶系矿物及非晶质物质

的光学性质各个方向相同，称为光性均质体，简称均质体；如石榴石、萤石、火山玻璃及加拿大树胶等。4.非均质体：根据光学性质不同，可以把透明物质划分为均质体和非均质体两大类。中级晶族和低级晶族的矿

物，其光学性质随方向而异，称为光性非均质体，简称非均质体，如石英、长石、橄榄石等。绝大多数造岩矿物属于非均质体，是我们研究的重点。

5.光轴：实验证明，光波沿非均质体的特殊方向射入时不发生双折射，基本不改变入射光波的振动特点和振动

方向。非均质体中，这种不发生双折射的特殊方向称为光轴(optic axis)。中级晶族晶体只有一个光轴方向，称为一轴晶；低级晶族晶体有两个光轴方向，称为二轴晶。

6.一轴晶光率体中概念：中级晶族晶体的水平结晶轴轴单位相等，即a＝b≠c。水平方向上(垂直Z晶轴)的光

学性质相同。当光波的振动方向垂直Z晶轴时(即沿水平方向振动)，相应的折射率值相等，此为常光的折射率值，以符号“No ”表示。当光波的振动方向平行Z晶轴时，相应的折射率值与No相差最大，为非常光的折射率值，以符号“Ne”表示。光波的振动方向与Z晶轴斜交时，相应的折射率值递变于No与Ne之间，亦为非常光的折射率，以符号“Ne'”表示。Ne'值的大小随光波振动方向与Z晶轴的夹角大小而变化。光波的振动方向与Z晶轴夹角小时，Ne'值接近于Ne；随着光波的振动方向与Z晶轴夹角的逐渐加大，Ne值逐渐向No值靠近，至其夹角为90°时为No值。

7.二轴晶光率体中重要概念：包括两个光轴的面称光轴面(optic axial plan)，以符号“Ap”表示。光轴面与主轴面

NgNp面一致。通过光率体中心，垂直光轴面的方向称光学法线(optic normal)，与Nm轴一致。两个光轴之间的锐角称光轴角(optic axial angle)，以符号“2V”表示。两个光轴之间锐角的平分线称锐角等分线(acute bisectrix)，以符号“Bxa”表示。两个光轴之间钝角的平分线称钝角等分线(obtuse bisectrix)，以符号“Bxo”表示。

8.光波在非均质体中传播时，决定光波传播速度及相应折射率值大小的是光波在晶体中的振动方向而不是传播

方向。即光波在晶体中传播时，其传播速度及相应折射率值，随光波在晶体中的振动方向不同而不同。

9.光率体：光率体是表示光波在晶体中传播时，光波的振动方向与相应折射率值之间关系的光学立体图形(光

性指示体)。设想自晶体的中心起，沿光波在晶体中的振动方向，按比例截取相应的折射率值，每一个振动方向都可作出一个线段，把各个线段的端点，连接起来便构成该晶体的光率体。晶体中不同振动方向的折射率值，可以利用不同方向的晶体切面，在晶体折射仪或油浸法中测出。因此，光率体是从晶体显示的具体光学性质抽象得出的立体概念，反映了晶体光学性质中最本质的特点。各类晶体的光学性质不相同，所构成的光率体形状也不相同。

10.光学主轴：二轴晶光率体中，三个互相垂直的轴代表二轴晶矿物的三个主要光学方向，称为光学主轴，简称

主轴，即Ng轴、Nm轴和Np轴。

11.主轴面：包括两个主轴的面称主轴面(主切面)。二轴晶光率体有三个互相垂直的主轴面，即NgNp面、NgNm

面和NmNp面。

12.光性方位：光率体主轴与晶体结晶轴之间的关系称光性方位。也可以说是光率体在晶体中的位置。矿物的光

性方位因所属晶系不同而不同。因此，斜方晶系晶体的光性方位是：光率体的三个主轴与晶体的三个结晶轴一致。单斜晶系晶体的对称要素是L2PC，光性方位是：Y晶轴与光率体三个主轴之一重合，其余两个主轴与另两个结晶轴斜交，究竟是哪一个主轴与Y轴一致，其余二主轴与二结晶轴斜交的角度，因矿物种类而不同。三斜晶系晶体的对称程度最低，只有一个对称中心与光率体的对称中心相当。因此，三斜晶系晶体的光性方位是光率体的三个主轴与晶体的三个结晶轴斜交，其斜交角度因矿物而异。

13.色散：白光由七种波长不同的单色光组成。不同的单色光在同一介质中，表现的光学性质差异称色散。介质

的折射率值随单色光波波长不同而发生改变的现象称折射率色散。非均质体矿物的双折率随单色光波波长不同而发生改变的现象称双折率色散。同一晶体的光率体随单色光波波长不同而发生大小、形状的改变现象称

为光率体色散。

14.矿物的形态：每一种矿物都具有一定的结晶习性，构成一定的外表形态，岩石薄片中所见的矿物切面形态，

是晶体某一方向的切面轮廓。

15.解理：矿物的解理在矿片中表现为沿一定方向平行排列的细缝，称为解理缝。根据解理的完全程度，解理缝

的特征可大致划分为三个等级：极完全解理、完全解理、不完全解理。

16.解理可见临界角：当解理面倾斜时，解理缝变宽(大于实际的宽度)。若升降镜筒，解理缝向左右移动。当解

理面倾斜度逐渐变大时，解理缝逐渐变宽，而且愈来愈不清晰。当解理面倾斜到一定角度时，解理缝就看不见了。此时，解理面与矿片平面法线之间的夹角(α角)，称为解理缝可见临界角，其大小取决于矿物折射率与加拿大树胶折射率的差值，其差值愈大，解理缝可见临界角愈大。

17.矿物薄片的颜色：矿物在薄片中呈现的颜色与手标本上的颜色不同；前者是矿物薄片在透射光下所呈现的颜

色，而后者是矿物在反射光、散射光下所呈现的颜色。薄片中矿物呈现的颜色，是透出矿片的单色光按混合—互补原理混合形成的颜色。矿片颜色的深浅，取决于矿片对各单色光波吸收的总强度(即吸收光波的绝对量)。吸收总强度愈大，矿片颜色愈深；反之，颜色愈浅。矿片对光波的吸收总强度取决于矿物性质(对光波的吸收能力)和矿片厚度。同一矿物，矿片愈厚，光波在矿片中经历的路程愈长，吸收众多，颜色愈深。矿物在薄片中呈现的颜色，主要取决于矿物的化学成分

18.无色矿物：如果矿片对白光中各种单色光波的吸收程度相等，则透过矿片后仍为白光，只是强度有所减弱，

此时矿片不显颜色，称为无色矿物。

19.多色性及吸收性：非均质体矿物的光学性质随方向而异，对光波的选择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，在单偏光镜下转动载物台时，许多有色非均质体矿片的颜色及颜色深浅发生变化。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；颜色深浅发生改变的现象称吸收性。

20.矿物的边缘：岩石薄片中，在两个折射率不同的物质接触处，可以看到一条比较黑暗的边缘，称矿物的边缘。

贝克线：在边缘的邻近不可见到一条比较明亮的细线，称为贝克线(或亮带）。边缘和贝克线产生的原因主要是由于两邻两物质折射率不等，光波通过二者的接触界面时，发生折射、全反射作用引起的。贝克线的移动规律是：提升镜筒，贝苛线向折射率大的物质移动；下降镜筒，贝克线向折射率小的物质移动。根据贝克线的移动规律，可以确定相邻两物质折射率的相对大小。

21.矿物的糙面：在单偏光镜下观察时，可以看到岩石薄片中各个矿物表面的光滑程度不同，某些矿物表面较为

光滑，某些矿物表面显得较为粗糙而呈麻点状，好像粗糙皮革一样。矿片表面光滑程度不同的现象称为糙面。

糙面产生的原因主要是：矿片表面具有一些显微状凹凸不平，覆盖在矿片之上的加拿大树胶折射率与矿片折射率不同。

22.突起：在岩石薄片中，各种不同的矿物表面好像高低不相同，某些矿物表面显得高一些，某些矿物表面显得

低平一些，这种矿物表面突起来的现象称为突起。

23.闪突起：在单偏光镜下，转动载物台，非均质体矿物的边缘、糙面及突起高低发生明显改变的现象称为闪突

起。只有当矿物的双折率很大，而且其中有一个折射率值与加拿大树胶相近，或者一个方向为正突起而另一个方向为负突起，才具有明显的闪突起。

24.异常干涉色：有些矿物呈现不同于色谱表上的反常干涉色，称为异常干涉色。实际上，同一矿物对不同波长

单色波的双折率不完全相等。只有当Ne、No或Ng、Nm、Np值随光波波长加大而变化幅度相同，色散曲线平行，不同波长单色光的双折率才相等。如果Ne、No或Ng、Nm、Np值随光波波长加大而变化幅度不相同，色散曲线不平行，则不同波长单色光的双折率不等，即具有双折率色散。一般可忽略，但有少数矿物的双折率色散较大，不同波长单色光波的光程差相差较大，可能会影响干涉色，出现异常干涉色。

25.消光现象：矿片在正交偏光镜间变黑暗的现象，称为消光现象

26.全消光：转动载物台360°，矿片的消光现象不改变，故称全消光。

27.四次消光：转动载物台360°，矿片上光率体椭圆长短半径与上、下偏光镜振动方向AA、PP有四次平行的

机会，故这类矿片有四次消光。

28.消光位：非均质体除垂直光轴以外的其它方向切面，在正交偏光镜间处于消光时的位置称消光位。

29.平行消光：矿片在消光位时，矿片上解理缝或晶面迹线与目镜十字丝之一平行，即矿片上的光率体椭圆半径

之一与解理缝或晶面迹线平行。

30.对称消光：矿片在消光位时，目镜十字丝是两组解理缝或两个晶面迹线夹角的平分线，即矿片上光率体椭圆

半径是两组解理缝或两个晶面迹线夹角的平分线。如角闪石垂直两组解理的切面。

31.斜消光：矿片在消光位时，矿片上的解理缝或双晶缝或晶面迹线等与目镜十字丝斜交。即矿片上光率体椭圆

半径与解理缝或双晶缝或晶面迹线斜交。此时，光率体椭圆半径与解理缝或双晶缝或晶面迹线之间的夹角称消光角，具体表现为矿片在消光位时，目镜十字丝与解理缝或双晶缝或晶面迹线之间的夹角。

32.晶体的延性：长条状矿物切面，其延长方向与光率体椭圆长半径Ng或N'g平行或其夹角小于45°时，称正

延性；其延长方向与光率体椭圆短半径Np或Np'平行或其夹角小于45°时，称为负延性。

33.双晶：矿物的双晶在正交偏光镜间，表现为相邻两个双晶单体的消光不一致，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。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。双晶及其分类：a．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，转动载物台两个双晶单体的明暗互相更换。b．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：(a)聚片双晶双晶结合面互相平行，在正交偏光镜间呈聚片状，转动载物台时，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。(b)联合双晶双晶结合面不平行。按双晶单体的数目不同，可分为三联晶、四联晶和六联晶。

34.干涉图：锥光镜下所观察的，应当是锥形偏光束中，各个不同方向的入射偏光通过矿片后，到达上偏光锥所

产生的消光与干涉效应总和。它们构成特殊的图像，称为干涉图。一轴晶及二轴晶各切面干涉图特征（重要），太多了，略。

主要矿物鉴定特征，光性特征：

●均质矿物：

1.白榴石：灰、白色或淡黄色，薄片中无色。负低突起，比起正长石突起程度略高些。大多数情况下，白

榴石具非均质性，显示微弱的暗灰干涉色，并常见聚片双晶，有事一个晶体可见几组具条带交错出现。

正常情况下为一轴晶正光性。晶体常含辉石，玻璃，磁铁矿等包裹体，他们常呈环状、放射状、或筛眼状、骨架状等有规律的排列，其中前两种排列形式似车轮状，故称车轮装结构，是白榴石的重要鉴别特征之一。鉴别特征：以其晶形，负低突起，常含规则排列的包裹体（车轮状）以及微弱的双折射并常具多组聚片双晶为主要特征。与霞石，碱性辉石，方钠石，蓝方石共生，不与原生石英共生。

2.石榴子石：属等轴晶系。无解理，有裂理。颜色受成分影响大，以红、褐色为主。薄片中呈淡褐色和淡

红色，个别为褐色和红褐色。正高—正极高突起，糙面明显，晶体中有不规则的裂纹。晶体中常有石英，云母，长石等矿物包体，而呈包含变晶结构或筛状变晶结构。在正交偏光镜下全消光，显均质性。

3.尖晶石：尖晶石族的各变种颜色不同，折射率也有较大差异。尖晶石族矿物一般均表现为正高—正极高

突起。表面常见不过则的裂纹。正交偏光镜下为全消光，仅个别变种有时出现光性异常，显一级干涉色。

鉴定特征：尖晶石亚族颜色：贵：无色，玫瑰色，天蓝色；镁铁：绿色，蓝绿色；铁：深绿色，绿色；

碎：绿色；锰：红色，深红色；铬：绿色，近透明褐红色，黄褐色；常具八面体或四边形晶形和又是可见弱解理可与石榴子石区别。与石榴子石，透辉石，镁橄榄石，金云母，刚玉和粒硅镁石共生。

●一轴晶矿物：

1.霞石：新鲜者一般为灰白色，灰色或呈浅黄、浅绿、浅红色调；经风化或蚀变使表面浑浊，呈现浅灰色，

土灰色，正低或负低突起。双折率低，干涉色一级灰，平行消光，负延性。一轴晶负光性。有时可见霞石的环带构造。与长石的区别是它的解理不完全，双晶少见，干涉色低，为一轴晶。与石英的区别在于，霞石光性为负，石英为正；石英表面不会混浊，见不到霞石所具有的特征的裂纹，常见波状消光，而霞石不见波状消光。常蚀变为钙霞石，方解石，高岭石。

2.石英：薄片中无色透明表面光滑，但若晶体中包裹体多时，表面浑浊。正低突起。最高干涉色为一级黄

白。柱状轮廓具平行消光，正延性。受应力作用常出现波状消光，一轴晶正光性。薄片较厚时还可见石英的旋光性。薄片中见不到双晶。与长石的区别是，石英是正低突起，一轴晶，钠长石是负低突起，二轴晶。

3.方解石：薄片中无色。因双折射率很大，No为正中突起，Ne为负低突起，闪突起显著。干涉色为高级

白，一轴晶负光性，色散强。聚片双晶常见，其双晶带多与菱形解理长对角线平行。鉴别特征：无色透明，菱形解理，闪突起显著，干涉色为高级白，一轴晶负光性。

4.金红石：变种为褐、黄至红褐色，色暗者在强光下可见红色或黄褐色，具微弱的多色性。No—黄至褐

黄色，Ne—暗红至暗褐色或褐黄色至黄绿色。正极高突起。金红石双折射率极大，最高干涉色为高级

白，但由于矿物色深，因此常被矿物的颜色所掩盖。细小针状的金红石，可见到鲜艳的蓝，红，紫等干涉色。平行消光，正延性。常见{010}双晶面的膝状双晶和针状金红石构成的网状连生晶。一轴晶正光性。

二轴晶矿物：

1.斜长石：薄片中无色。二轴晶，光性符号可正可负。斜长石的折射率，光轴角，光性方位等随成分的变

化而变化。干涉色为一级灰白至黄白。光轴角中等至大。根据光轴角确定斜长石的结构状态是有效地方法。常蚀变为绢云母和粘土矿物，表面浑浊，多呈土灰色或褐灰色。特征：与钾长石的区别在于{001}∧{010}不是90°，斜消光，多数具有聚片双晶，有时具有环带构造，事变后变混浊时，斜长石多为浅灰色，钾长石为淡褐红色。

2.堇青石：薄片中无色。负或正低突起。最高干涉色为一级黄。柱面上解理为平行消光，负延性。呈扇形

的六连晶核三连晶六连晶时对顶单体同时消光，相邻单体为对称消光，消光角为30°。晶体常含矽线石，石英，云母，长石，锆石，尖晶石等包裹体，在其周围课件特别多的柠檬黄的多色晕。容易蚀变为绢云母，白云母，高铁的容易蚀变为绿泥石等矿物。鉴别特征：六连晶，三连晶，解理不完全，平行消光，负延性及锆石等包裹体会走位的多色晕等为鉴别标志。

3.蛇纹石：镜下多为无色或带浅的黄色色调，多色性很不明显。正低突起，干涉色为一级灰白至一级黄无

异常干涉色。正延性，常具波状消光。橄榄石裂纹边部多见。

4.绿泥石：薄片中大多数绿泥石具有淡绿—亮黄的多色性。为正低突起，干涉色不高于一级，有的变种呈

现靛蓝，褐锈及丁香紫等异常干涉色。近平行消光，消光角很小。二轴晶，光轴角不大，正光性或负光性。火成岩中是辉石，角闪石，黑云母等蚀变产物。低级变质岩中与绿帘石，阳起石，钠长石，方解石，黑云母，白云母等共生。硬绿泥石是低温变质的标志矿物。

5.白云母：薄片中无色，闪突起现象明显，正低—中突起。干涉色鲜艳，明亮，二级顶—三级顶，近平行

消光，正延性。鉴别特征：具一组极完全的解理，闪突起明显，具鲜艳的二至三级干涉色，近平行消光，正延性，二轴晶负光性，光轴角中等。

6.绢云母：是细小鳞片状的白云母，它们组成隐晶质鳞片状集合体。绢云母的干涉色鲜艳，绚丽，多在二

级到三级。是斜长石，红柱石，蓝晶石，矽线石，刚玉，堇青石，石榴子石和十字石的蚀变产物。

7.黑云母：薄片中多色性很明显：Ng=Nm—黄褐或暗褐，红褐或红棕，褐绿或暗绿，Np—浅黄或浅黄褐

色。最常变化为绿泥石。鉴别特征：多色性，吸收性均十分显著，片状晶形，极完全一组解理，正中突起，干涉色在二级顶—三级顶，近平行消光，，正延性及二轴晶负光性，光轴角小。

8.红柱石：薄片中无色，也常见粉红和淡绿色调，同一片中颜色分布不均，正中突起，干涉色一级黄白，

横切面对称消光。平行柱面为平行消光，负延性。二轴晶负光性。易变为绢云母、白云母。常见放射状集合体。

9.矽线石：薄片中无色，集合体呈毛发状的矽线石浅褐色。有弱的多色性。正高突起。干涉色一级紫红—

二级蓝，平行消光，正延性。常蚀变为绢云母叶腊石，粘土矿物。

10.普通角闪石：薄片中呈绿色和褐色，有强的多色性和吸收性，正中—高突起，干涉色二级中部，斜消光，

消光角c∧Ng=20°左右。正延性，二轴晶负光性，光轴角中等。容易变为绿泥石，绿帘石，纤维状阳起石，黑云母，绢云母，石英灯。解理夹角为56°。

11.蓝闪石：薄片呈蓝及紫色，多色性明显，Ng—深天蓝，Nm—淡紫蓝，Np—无色至淡黄。正中突起，干

涉色一级顶至二级蓝，大多为斜消光，消光角较小，正延性。二轴晶负光性，具有简单的聚片双晶。

12.伊丁石：薄片中褐黄色，褐红色，具有多色性。正高突起。干涉色高达三级至四级，由于矿物本身较浓

的红褐色，因此影响到矿物的干涉色也成褐色。平行消光。二轴晶，光性不定。光轴角变化较大。具三组解理。

13.橄榄石：镁：薄片中无色，正高突起，干涉色高，二级中—三级中，平行消光。正光性。常变为蛇纹石，

也常蚀变为滑石等。铁：薄片中无色或淡黄，具多色性。正极高突起，干涉色高达三级顶部至四级，平行消光，延性可正可负。双晶少见。二轴晶负光性。解理不发育，而裂纹发育。

14.透辉石：薄片中无色，或多色性不明显。正高突起。干涉色二级蓝绿—橙黄。斜消光，消光角38~44°。

二轴晶正光性，光轴角中等。可变化为绿泥石，蛇纹石，透闪石，碳酸盐矿物。

15.普通辉石：薄片中无色，略带浅褐色，淡黄，或淡绿色。正高突起，干涉色大多在二级中部，横切面对

称消光，消光角为39~55，二轴晶正光性，光轴角中等。具近90°的解理。易变化为绿泥石。

16.黝帘石：正高突起，一级干涉色（及异常干涉色，灰蓝，靛蓝，灰褐色），平行消光，延性可正可负和

正光性，光轴角较小等。

17.绿帘石：薄片中浅黄至黄绿色，颜色往往分布不均，多色性较明显。正高突起。干涉色通常为鲜艳而明

亮的二至三级彩色干涉色，在同一切面上，干涉色分布不均匀，有时呈环带分布。延性可正可负，二轴晶负光性。坚定特征：具有不均匀的鲜艳而明亮的二至三级彩色干涉色，正高突起，成黄绿色的弱多色性，柱状切面近平行消光，延性可正可负，负光性。

18.蓝晶石：薄片中无色，厚切面呈浅蓝色，干涉色一级橙—黄正高突起，消光角0~30之间，有时近见平

行消光。横切面上两组解理夹角74°，一级干涉色，正延性，二轴晶，负光性。

19.十字石：薄片中呈无色—金黄色的多色性，正高突起，干涉色一级黄—橙红，平行消光，正延性及其特

殊的十字双晶。晶体内常有碳质，石英包体，形成筛状变晶结构和包含变晶结构。共生矿物有石榴石，蓝晶石，红柱石，白云母，黑云母等。