晶体光学及光性矿物学中的垂直OA干涉图

（一）图像特征

图5-3　一轴晶垂直OA切面干涉图

（引自李德惠，1993）
矿片厚度相同：（A）双折射率很大；（B）双折射率很小

垂直OA切面干涉图由一个黑十字（Dark cross）和同心环状干涉色圈（Interference color circles）组成。组成黑十字的两个黑带分别平行PP、AA，即与目镜十字丝方向一致。黑十字的交点为OA出露点（OA与切面的交点），与目镜十字丝交点一致。黑带近交点处较窄，远离交点处变宽。干涉色圈以黑十字交点为中心呈同心环状，从近交点的Ⅰ级灰开始，向外按干涉色级序的顺序依次升高，而且愈往外色圈愈密。干涉色圈的多少主要取决于矿物的最大双折射率，最大双折射率愈大，色圈愈多（图5-3A，图版Ⅴ-5）。最大双折射率低的矿物，不出现红色色圈，有的只能出现灰、灰白干涉色圈（图5-3B，图版Ⅴ-3）。此外，干涉色圈的多少还与薄片厚度有关，厚度愈大，干涉色圈愈多。旋转物台360°，干涉图像不发生变化。

图5-4　一轴晶光率体椭圆半径的星射球面投影（A）和垂直OA切面波向图（B）

（引自李德惠，1993）

（二）图像的成因

为了解释干涉图像的成因，要引入波向图（Skiodrome）的概念。波向图是贝克（Becke，1905）提出，后经约翰逊（Johannsen，1918）完善。波向图的作法是：首先把光率体放在一个投影球之内，并使二者中心重合；然后把光率体不同方向的椭圆切面半径（即双折射分解后的两束偏光的振动方向）按星射球面投影方法投影到球面上（图5-4A），得出了不同方向光率体椭圆半径在投影球面上的立体图；最后把投影半球上的投影结果，按直射投影法投影到水平大圆上，即得出波向图。波向图即是以不同方向入射晶体的光波所分解的两束偏光的振动方向在水平面上的投影图。一轴晶垂直OA切面波向图（图5-4B），由同心圆和放射线组成，同心圆线与放射线的交点为锥形光束在矿片的出露点，放射线方向为e光振动方向（Ne′方向），同心圆线的切线方向为o光振动方向（No方向），圆心为OA出露点。有了波向图就很容易解释干涉图像的成因。

1.黑十字的成因

图5-5　黑十字的成因

（引自李德惠，1993）

从垂直OA切面的波向图可知，目镜十字丝位置（也即PP、AA），光率体椭圆半径与PP、AA一致，矿片消光，在靠近十字丝附近，光率体椭圆半径接近与PP、AA一致，干涉色灰暗，从而形成有一定宽度的黑十字或十字消光带（图5-5）。最大双折率愈低的矿物，最高干涉色愈低，距十字丝较远的地方干涉色仍然昏暗，因而消光带愈宽。由于Ne′呈放射状分布，当Ne′与PP、AA夹角相等时，中心部位Ne′距PP、AA较近，边缘部位距PP、AA较远，造成消光带近中心部位较窄，向边缘变宽。旋转物台360°，波向图与PP、AA的相对关系不发生变化，因此消光带的位置和特征不发生改变。

2.干涉色圈的成因

除了目镜十字丝位置外，光率体椭圆半径与PP、AA斜交，会呈现干涉色，近十字丝部位干涉色暗，远离十字丝干涉色变亮，与十字丝成45°的方向上干涉色最亮。

由图5-6可知，中央一束光线垂直薄片平面，光率体椭圆切面为圆切面，双折射率为零。其他光线斜交薄片平面，光率体椭圆切面与OA斜交，双折射率为ΔN=｜No-Ne′｜。愈往外，光率体椭圆切面法线与OA交角愈大，双折射率｜No-Ne′｜愈接近矿物最大双折射率｜No-Ne｜，即从中心向边缘，双折射率ΔN是逐渐增高的。同时，愈往外，光线愈倾斜，光线穿过矿片的距离由d变为s，也是逐渐增大的。因此，从中心向边缘，光程差R=d·ΔN是逐渐增大的，干涉色逐渐升高。与中心距离相等的部位，ΔN相等，光线穿过薄片的距离相等，因而R相等，干涉色相同而呈同心圈层状。s和ΔN的变化都不是等差变化，愈往外，变化速率愈大，R增大愈快，因而干涉色圈愈密。旋转物台，光率体椭圆半径的分布与PP、AA相对关系不发生改变，因而干涉色圈的特征同样不发生变化。

图5-6　干涉色圈的成因

（三）图像的应用(www.xing528.com)

1.确定轴性

见到一轴晶垂直OA切面干涉图，即可确定该矿物属于一轴晶。

一轴晶垂直OA切面干涉图与二轴晶垂直Bxa切面干涉图有相似之处：在正交偏光镜下处于消光位时，二者都具有黑十字。但二者的相异性更大：①一轴晶垂直OA切面干涉图色圈为以十字丝交点为中心的同心圈状，而二轴晶垂直Bxa切面干涉图的色圈为“∞”字形；②旋转物台，一轴晶垂直OA切面干涉图图像特征不变，而二轴晶垂直Bxa切面干涉图的黑十字要发生分裂—合并变化，干涉色圈要随之发生旋转。

2.确定切面方位

见到一轴晶垂直OA切面干涉图，即可确定该切面方位是垂直OA的。

一轴晶垂直OA切面干涉图与一轴晶斜交OA且OA出露点仍在视域内的干涉图有些类似，都有黑十字和同心色圈，且色圈与黑十字的相对关系不变。但斜交OA切面干涉图的黑十字交点与目镜十字丝交点不重合，且旋转物台时，黑十字连同干涉色圈绕十字丝交点旋转，黑十字交点与十字丝交点愈接近，表示切面愈接近垂直OA。

3.确定矿物光性符号

一轴晶矿物的光性符号是根据Ne、No的相对大小确定的：No＜Ne，光性符号为正；No＞Ne，光性符号为负。正光性矿物，No为最小折射率，即No＜Ne′＜Ne。负光性矿物，Ne为最小折射率，即No＞Ne′＞Ne。因此，确定矿物光性符号，不一定要比较No、Ne的相对大小，只要比较No、Ne′的相对大小即可。在一轴晶垂直OA切面的波向图中，No、Ne′的方向是已知的，只要插入试板，根据干涉色的升降即可判定No、Ne′的相对大小，矿物的光性符号随之可知。

从图5-6可知，一轴晶垂直OA切面干涉图中的光率体椭圆半径方向、大小的分布是对称的，Ⅰ、Ⅲ象限和Ⅱ、Ⅳ象限分别相同但方位正好相反。当插入试板后，若Ⅰ、Ⅲ象限干涉色升高，Ⅱ、Ⅳ象限干涉色则降低，反之亦然，即干涉色不是整个统一的升降。因此，观察干涉色的升降时，不能同时观察四个象限，而是要四个象限分别观察。因为四个象限分别观察所得出矿物光性符号的结论是一致的，所以只要观察任一象限即可。

四个象限的最高干涉色为Ⅰ级灰白的一轴晶垂直OA切面的干涉图，插入石膏试板后，黑十字变成紫红（为石膏试板干涉色）十字，四个象限的干涉色则分别升高或降低一个级序，而变成（Ⅰ级）黄或（Ⅱ级）蓝：若Ⅰ、Ⅲ象限为蓝，Ⅱ、Ⅳ象限为黄，表明放射线方向为长半径（指光率体椭圆切面半径，下同），即Ne′＞No，矿物光性符号为正（图5-7A，图版Ⅴ-4）；若Ⅰ、Ⅲ象限为黄，Ⅱ、Ⅳ象限为蓝，则放射线方向为短半径，即Ne′＜No，矿物光性符号为负（图5-7B，图版Ⅴ-6）。

四个象限最高干涉色为Ⅰ级灰白的一轴晶垂直OA切面干涉图，插入云母试板后，黑十字变成灰白（为云母试板干涉色）十字，四个象限的干涉色分别升高或降低一个色序，而变成Ⅰ级暗灰或Ⅰ级黄白：若Ⅰ、Ⅲ象限为Ⅰ级黄白，Ⅱ、Ⅳ象限为Ⅰ级暗灰，则放射线方向为长半径，即Ne′＞No，矿物光性符号为正；若Ⅰ、Ⅲ象限为暗灰，Ⅱ、Ⅳ象限为黄白，则放射线方向为短半径，即Ne′＜No，矿物光性符号为负。

最大双折射率较大的矿物，垂直OA切面干涉图会出现多级干涉色圈，插入云母试板、石膏试板、石英楔后，干涉色变化各有其特征。

加入云母试板后，原来的黑十字变成灰白十字，Ⅰ、Ⅲ象限干涉色圈相对Ⅱ、Ⅳ象限干涉色圈发生错断：若Ⅰ、Ⅲ象限干涉色圈向内错动，Ⅰ、Ⅲ象限以黄白干涉色（近灰白十字处）开始，Ⅱ、Ⅳ象限以暗灰（有两黑暗区）干涉色开始，表明放射线方向为长半径，即Ne′＞No，矿物光性符号为正（图5-8A）；若Ⅱ、Ⅳ象限干涉色圈向内错动，Ⅰ、Ⅲ象限近灰白十字处有两黑暗区，表明Ⅰ、Ⅲ象限干涉色降低，Ⅱ、Ⅳ象限干涉色升高，矿物光性符号为负（图5-8B）。

图5-7　四个象限最高干涉色为Ⅰ级灰白的一轴晶垂直OA切面干涉图加入石膏试板后干涉色的变化及光性符号的测定

图5-8　具有多级干涉色圈的一轴晶垂直OA切面干涉图加入云母试板后干涉色的变化及光性符号的测定

加入石膏试板后，黑十字变成紫红十字，虽然Ⅰ、Ⅲ象限和Ⅱ、Ⅳ象限的干涉色分别升高或降低了一个级序，但干涉色圈是不错开的，除了近十字部位外，其他部位的干涉色也难以判定是升高了还是降低了。这时要重点观察近十字部位的干涉色变化。若近十字部位的Ⅰ级灰白变成了Ⅱ级蓝，则表明干涉色升高了，若变成了Ⅰ级黄，则表明干涉色是降低了，据此可判定矿物的光性符号。

加入石英楔时，干涉色圈的变化给人一种运动的感觉：干涉色圈向外扩散，表明干涉色在逐步降低；干涉色圈向内消亡，表明干涉色在逐渐升高。抽出石英楔时，干涉色圈运动方向与插入时相反。根据干涉色圈的移动规律，很容易判定干涉色的升降和矿物的光性符号。如插入石英楔时，Ⅰ、Ⅲ象限干涉色圈向内移动，Ⅱ、Ⅳ象限干涉色圈向外扩散，则矿物光性符号为正。