反射率與反射色

第五章

礦物的反射率及反射色第一節(jié)礦物的反射率一、反射率的基本概念金屬礦物的反射率是鑒定金屬礦物最重要的光學(xué)數(shù)據(jù)。所謂反射率系指在礦相顯微鏡下垂直入射光經(jīng)礦物光面反射后的反射光強(qiáng)(Ir)與原入射光(Ii)的比率(R)而言，即：R＝×100％由Fresnel公式可以推導(dǎo)出透明礦物的反射率公式為：R＝

2/4/20231式中R為礦物的折射率，n1為傳播光波之介質(zhì)(如空氣、浸油等)的射折率。當(dāng)介質(zhì)為空氣時(shí)，透明礦物的反射率則為：R＝2/4/20232礦物的反射率隨入射光的光波長(zhǎng)度而變化。如自然金、金銀礦和自然銀都是在不同波長(zhǎng)單色光下測(cè)定的反射率數(shù)值有較大的變化。國(guó)際礦物學(xué)協(xié)會(huì)礦相學(xué)委員會(huì)(IMA／COM)統(tǒng)一規(guī)定以470、546、589和650nm波長(zhǎng)的藍(lán)、綠、橙和紅色單色光入射光測(cè)定的反射率為鑒定礦物的特征波長(zhǎng)反射率。由表2-3可以看出，由470和546nm波長(zhǎng)測(cè)得的R470和R546對(duì)于準(zhǔn)確鑒定自然金—自然銀類質(zhì)同象系列礦物的合金量具有重要的實(shí)用意義。表2－3礦物的反射率隨入射光波長(zhǎng)不同的變化

含金量(%)R470(%)R546(%)自然金含銀自然金含銀自然金銀金礦銀金礦銀金礦金銀礦自然銀100908580706050～036.443.550.956.066.875.181.592.471.877.9－83.188.288.089.494.52/4/20233二、反射率的形成機(jī)理

光線照射礦物光面即產(chǎn)生透過、吸收、折射、反射等光學(xué)現(xiàn)象。但不同的礦物發(fā)生的這些光學(xué)現(xiàn)象取決于礦物的化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)的不同，而很重要的取決于“礦物化學(xué)鍵”的特點(diǎn)。離子鏈、共價(jià)鍵或分子鍵礦物中電子是圍繞著離子固定在一定的晶格位置上。絕大部分可見光進(jìn)入礦物透射，只有很小一部分可見光被吸收且反射光很弱，這些礦物的反射率很低(一般低于12％)。金屬鍵的礦物，可見光撞擊到金屬鍵或部分金屬鍵礦物表面可激發(fā)其基態(tài)電子到一定的激發(fā)態(tài)，可見光或者被吸收，大部分能量當(dāng)激發(fā)態(tài)電子重返基態(tài)時(shí)再發(fā)射出來成為較強(qiáng)的反射光。因之這些礦物的反射率較高(一般高于40％)。2/4/20234三、反射率的研究意義反射率乃金屬礦物的最重要鑒定特征，不但對(duì)于鑒定金屬礦物的礦物種具有重要意義，而且對(duì)于鑒定礦物的“變種”、“異種”以至礦物的“多型”也具有實(shí)際價(jià)值。如閃鋅礦、鐵閃鋅礦、汞閃鋅礦等變種可由其反射率的差異(表2-4)加以鑒別；磁黃鐵礦的不同異種(六方磁黃鐵礦和單斜磁黃鐵礦)具有不同的反射率數(shù)值(表2-5)。二層型多型輝鉬礦(2H-MoS2)的反射率明顯地高于三層型多型輝鉬礦(3R-MoS2)(表2-6)。

在單色光（波長(zhǎng)單位為nm）下的反射率R（%）460540580660閃鋅礦(含F(xiàn)e0.28%)鐵閃鋅礦(含F(xiàn)e14.28%)汞閃鋅礦(含Hg達(dá)38%)16.918.619.816.117.518.015.917.117.215.516.917.22/4/20235反射率對(duì)于金屬礦物的標(biāo)型性研究具有實(shí)用意義。在一定的地質(zhì)條件和物理—化學(xué)條件下形成的金屬礦物具有特定的化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)以至形態(tài)和包裹體特征。如巖漿成因的磁鐵礦在化學(xué)成分上以TiO2含量高(系磁鐵礦-鈦鐵晶石固溶體)為特征，熱液成因的磁鐵礦較富含MgO(系磁鐵礦-鎂鐵礦固溶體)，區(qū)域變質(zhì)磁鐵礦則以質(zhì)地純凈為特點(diǎn)(接近純磁鐵礦)。以上化學(xué)成分的特點(diǎn)反映在磁鐵礦的反射率方面則具有表2-7所示的特征?？傊?，準(zhǔn)確地測(cè)定金屬礦物的反射率，乃是礦相學(xué)一項(xiàng)基本的、重要的任務(wù)。表2-5磁黃鐵礦不同異種的反射率特征

在單色光（波長(zhǎng)單位為nm）下的平均反射率R（%）470546589650六方磁黃鐵礦α-FenSn+133.636.638.340.6單斜磁黃鐵礦β-FenSn+132.337.539.842.22/4/20236表2-6輝鉬礦不同“多型”的反射率特征

在單色光（波長(zhǎng)單位為nm）下的反射率R（%）4605405806602H-MoS2Ro56.246.644.64.50Re＇25.621.420.519.62R-MoS2Ro47.539.537.638.2Re＇19.918.217.818.1表2-7不同成因類型鐵礦床中磁鐵礦的反射特征

在單色光（波長(zhǎng)單位為nm）下的反射率R（%）480550580640巖漿礦床磁鐵礦熱液礦床磁鐵礦區(qū)域變質(zhì)磁鐵礦16.619.219.217.019.221.117.219.122.016.118.720.52/4/20237現(xiàn)將常見的幾十種金屬礦物(包括三種非金屬礦物)的四種規(guī)定波長(zhǎng)之反射率數(shù)據(jù)列出(表2-8)供參考。表2-8常見金屬礦物在不同單色光（波長(zhǎng)單位為nm）下的反射率R（%）

470546589850自然銀92.294.395.194.8自然金38.577.885.590.0自然鉍62.566.768.871.2自然銅52.960.787.094.8毒砂48.7－55.351.9－53.750.9—54.449.5—53.7黃鐵礦45.652.053.454.3白鐵礦43.1—50.647.4—56.348.3—54.647.8－53.7紅砷鎳礦38.5—46.848.9—52.954.4－56.959.6－62.4鎳黃鐵礦40.547.850.042.3輝鉍礦39.6—48.938.5—48.838.1—47.937.6—46.6方鉛礦46.342.742.241.7黃銅礦31.042.544.745.8紫硫鎳礦38.342.344.142.3方黃銅礦30.1—32.237.8—40.340.0—42.442.4—44.4磁黃鐵礦30.8—35.534.8—39.936.9—41.639.5一43.3軟錳礦30.5—39.929.0—40.028.1—39.327.5—38.1輝銅礦35.5—36.732.5—33.430.5—31.828.7—30.2黝銅礦31.632.231.830.22/4/20238螺狀硫銀礦32.5—34.030.3—31.329.0—29.828.3—20.0鋇硬錳礦28.7—36.926.4—36.925.2—31.224.5－29.7砷黝銅礦31.530.029.828.8輝鉬礦22.0—46.919.8—40.419.2－38.818.9－40.0赤鐵礦27.4—32.626.0—31.025.3—29.623.1—26.3辰砂27.4—29.925.0—29.324.5—28.223.9—26.6黝(黃)錫礦25.1—25.727.2—27.827.1－27.727.0－27.4赤銅礦30.9—31.126.4—26.624.6—25.123.0－23.4硫砷銅礦26.0—28.825.1－28.424.6—28.325.6－28.2藍(lán)輝銅礦27.223.121.018.3硫錳礦24.422.822.321.9斑銅礦17.820.122.426.0磁鐵礦20.220.020.820.7鈦鐵礦15.5—20.515.8—20.116.4—20.217.1－20.4閃鋅礦17.716.616.416.1黑鎢礦15.5—16.615.0—16.214.7－15.914.6—15.8針鐵礦15.3—18.114.2—16.514.3—15.513.1—14.8銅藍(lán)13.4—29.17.2—23.74.2—21.25.9－23.0石墨6.6—16.16.8—17.47.0—18.17.3－19.3錫石12.0—12.811.5—12.411.3－12.211.2－12.2方解石4.0—3.04.0—6.04.0—6.04.0－6.0石英～4.5～4.5～4.5～4.5螢石～3.0～3.0～3.0～3.02/4/20239四、反射率的測(cè)定方法1、“反射率的光學(xué)測(cè)定方法”是應(yīng)用光學(xué)儀器對(duì)礦物反光強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的反光強(qiáng)度比較，調(diào)節(jié)儀器并憑借觀察者視覺，判斷找出二者強(qiáng)度相等的儀器指數(shù)以計(jì)算礦物的反射率。2、“光電法”是應(yīng)用光電原理、利用同一光源使礦物反光強(qiáng)度與另一已知強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)比較找出二者強(qiáng)度的比例以計(jì)算礦物的反射率。

3、視測(cè)對(duì)比法是將欲測(cè)礦物與標(biāo)準(zhǔn)礦物兩個(gè)光片毗連鑲接在一起壓平(墊用膠泥)，在礦相顯微鏡同一視域中看到兩種礦物(在視域中成倒像)以比較其光亮程度，較亮者反射率較高，較暗者反射率較低。這需要進(jìn)行長(zhǎng)期訓(xùn)練視覺能力，并適應(yīng)各種顯微鏡條件，這種方法操作簡(jiǎn)便，是通用的方法。2/4/202310觀察時(shí)必須使光片清潔，細(xì)粒礦物用高倍接物鏡不能在視域中同時(shí)看到欲測(cè)礦物和標(biāo)準(zhǔn)礦物時(shí)，可利用先看一種礦物以人眼視覺保存其亮度的印象（“視覺暫留”)，再與另—種礦物的光度對(duì)比。顏色顯著不同的礦物可加濾光片觀察以對(duì)比其亮度。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般采用黃鐵礦、方鉛礦、黝銅礦、閃鋅礦等四種標(biāo)準(zhǔn)礦物對(duì)初學(xué)者較為適宜。這樣以欲測(cè)礦物與四種標(biāo)準(zhǔn)礦物進(jìn)行視測(cè)對(duì)比之后可很快測(cè)出欲測(cè)礦物的反射率范圍。其分為以下五級(jí)：Ⅰ、反射率高于黃鐵礦——R＞53％；Ⅱ、反射率介于黃鐵礦和方鉛礦之間——53％＞R＞43％；Ⅲ、反射率介于方鉛礦和黝銅礦之間——43％＞R＞31％；Ⅳ、反射率介于黝銅礦和閃鋅礦之間——31％＞R＞17％；Ⅴ、反射率低于閃鋅礦——R＜17％。2/4/202311五、反射率測(cè)定的影響因素影響反射率測(cè)定精度的因素有：

1.磨光質(zhì)量——應(yīng)用光電倍增管測(cè)微光度計(jì)測(cè)量礦物和標(biāo)樣的反射光強(qiáng)時(shí)要求有高質(zhì)量的磨光；2.光片安裝質(zhì)量——要求安裝精確水平；3.溫差——應(yīng)控制溫差使測(cè)定時(shí)溫度變化不超過5℃；4.準(zhǔn)焦——要求精確準(zhǔn)焦，當(dāng)光源波長(zhǎng)有較大改變時(shí)要重新準(zhǔn)焦；

5.光源電壓、光電倍增管加速電壓－—對(duì)標(biāo)樣和欲測(cè)礦物樣品要求保持一致；6.放大倍率——對(duì)標(biāo)樣和欲測(cè)礦物樣品應(yīng)保持一致；7.標(biāo)樣——目前已淘汰了以前應(yīng)用的黃鐵礦等天然礦物，采用化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、高硬度、色散弱的人造合成物，如西德Zeiss7082Oberhochen的品商標(biāo)樣(表2-9)。2/4/2023128.包裹體——視測(cè)對(duì)比法用于測(cè)量呈包裹體狀之細(xì)粒礦物的反射率時(shí)，應(yīng)注意由于凹凸不一，光線垂直入射之反射光會(huì)發(fā)生擴(kuò)散和集中現(xiàn)象(圖2—4)可能會(huì)歪曲欲測(cè)礦物的反射率。2/4/202313第二節(jié)

礦物的反射色一、概述(一)反射色的概念礦物的反射色系指礦物光片在礦相顯微鏡直射光下所顯示的顏色而言。是光線直射時(shí)的選擇性反射作用造成的“表色”，因此，礦物的反射色由其反射率色散曲線決定。表2—13顏色的色調(diào)(波長(zhǎng)單位為nm)波長(zhǎng)λ＜450450－480480－510510－550550－570570－590590－610＞610色調(diào)紫色藍(lán)色青色(藍(lán)綠色)綠色黃綠色黃色橙色紅色2/4/202314如圖2－5所示，反射率色散曲線以曲線所處的位置表征礦物反射率的高低，同時(shí)以曲線的形態(tài)，表征礦物顏色色調(diào)的特點(diǎn)。1、色散曲線呈水平狀態(tài)，根據(jù)其所處位置的高低反射色依次為亮白色、白色、灰白色、灰色、暗灰色。2、色散曲線在紅、橙、黃波段上升反射色依次為紅、橙、黃色；在綠波段上升，反射色略帶綠色；3、在藍(lán)波段上升的帶藍(lán)色，在藍(lán)波段下降的略帶黃色；色散曲線在藍(lán)波段和紅波段都上升的，反射色略帶紫色。2/4/2023152/4/202316圖2—5可出銀、自然銅、白鐵礦、黃鐵礦、方鉛礦和銅藍(lán)等的色散曲線的位置和形態(tài)特點(diǎn)可具體解釋其反射色依次為亮白色微帶黃色、淡紅色、白色微帶綠色、淡色黃、微藍(lán)白色和藍(lán)紫色等。反射率色散曲線不但能夠反映礦物反射色的一般顏色特征，還能夠表示反射色顏色的細(xì)節(jié)(“色調(diào)”)。如砷黝銅礦在綠波段略微上升導(dǎo)致其反射色為灰白色微帶綠色色調(diào)；又如紅砷鎳礦除紅波段上升外在450一460nm呈明顯低谷可解釋其反射色顯玫瑰紅色帶黃色色調(diào)。因此，在日常礦相鑒定工作中應(yīng)對(duì)礦物的反射色進(jìn)行詳細(xì)的描述。

2/4/202317從大的方面來說，礦物的反射色可劃分為無色類、微弱顏色類、顯著顏色類等色類(表2－11）：表2-11礦物的反射色分類（據(jù)R·Galopin,

N·F·M·Henry,1972）無色類(A類)微弱顏色類(B類)顯著顏色類(C類)錫石自然梯毒砂輝鉍礦方鉛礦輝銻礦硫錳礦輝鉬礦白鎢礦雌黃黑鎢礦雄黃針鐵礦輝銀礦閃鋅礦纖鐵礦磁鐵礦自然銀黑鎢礦輝銅礦輝銀礦黝銅礦針鐵礦砷黝銅礦鎳黃鐵礦閃鋅礦自然鉍鉻鐵礦赤鐵礦褐錳礦纖鐵礦石墨軟錳礦磁鐵礦自然金輝鉬礦自然銅針鎳礦方黃銅礦白鐵礦藍(lán)輝銅礦黝黃錫礦黃銅礦硫砷銅礦斑銅礦鈦鐵礦紅砷鎳礦黃鐵礦磁黃鐵礦銅藍(lán)2/4/202318(三)反射色的定性觀察方法反射色的常規(guī)定性觀察是在普通礦相顯微鏡下觀察礦物的顏色。一般是根據(jù)觀察者的色感定性地描述礦物的反射色。但礦物反射色常受連生礦物反射色的影響而產(chǎn)生所謂“視覺色變效應(yīng)”。這是因?yàn)閮煞N礦物的顏色一起刺激觀察者的目視網(wǎng)膜，不同于單看一種礦物的顏色印象。(四)常見金屬礦物的反射色常見金屬礦物(包括石英、方解石兩種常見非金屬礦物)的反射色特征見表2－12。2/4/202319表2—12常見金屬礦物的反射色礦物(反射色特征)礦物(反射色特征)毒砂(白色微帶玫瑰黃色)赤銅礦(淺灰色微帶淺藍(lán)色)黃鐵礦(淺黃白色)赤鐵礦(淺灰白色微帶藍(lán)色)白鐵礦(淺黃白色微帶粉紅至黃綠色)磁鐵礦(灰色微帶棕色)紅砷鎳礦(淺玫瑰色微帶黃色或棕色)黝(黃)錫礦(黃灰色帶橄棋綠色)自然銀(亮白色微帶乳黃色)硫砷銅礦(淺粉紅灰白色)自然金(亮金黃色)斑銅礦(玫瑰色)自然錫(乳白色，易變?yōu)榉奂t乳色)閃鋅礦(灰色微帶淡棕色)自然鋼(銅紅色，易變?yōu)榈厣?藍(lán)輝銅礦(灰藍(lán)色)鎳黃鐵礦(淺黃白色鏡帶棕色)硫錳礦(淺灰色微帶綠色)紫硫鎳礦(白色微帶紫色，黃色或棕色)鈦鐵礦(灰白色帶棕色)黃銅礦(銅黃色)黑鎢礦(灰色)輝鉍礦(白色微帶淡黃色)針鐵礦(灰微帶淡藍(lán)色)方鉛礦(純白色)錫石(灰色帶棕色)