第二章 矿物的反射率及反射色 - 副本

2.影响反射率的因素
• 根据Fresnel公式可以推导出透明矿物的反射率 公式： R=(N-n1)2/(N+n1)2 （1） N为矿物的折射率，n1为传播介质（如油，空气） 的折射率。当介质为空气时，则 R=(N-1)2/(N+1)2 不透明的金属矿物，其折射率为复数折射率N’=NiK, K为吸收系数，i=√-1,代入（1）式得 R=[(N-n1)2＋K2 ] /[ (N+n1)2 ＋ K2 ] (2) 空气中（n1＝1）则为 R=[(N-1)2＋K2]/[(N+1)2 ＋ K2] (3)
第二章 矿物的反射率及反射色
• 一、矿物的反射率 • 二、矿物的反射色
一、矿物的反射率（Reflectance)
• 1.反射率的概念 反射率是鉴定金属矿物的一个重要性质.系 指在反光显微镜下垂直入射光经过矿物光面反 射后的反射光强(Ir)与入射光强(Ii)之比. R=Ir/Ii×100％ 由此可见，矿物反射率的大小与反射光的 强度成正比。反射率的大小，在镜下表现为不 同程度的亮度。 反射光强度大，反射率大，镜下视域明亮； 反射光强度小，反射率小，镜下视域亦暗。天 然矿物中以自然银的反射率为最高（95%）， 以萤石的反射率为最低（3%）。
表3 磁黄铁矿不同异种的反射率特征
③对于金属矿物的标型性研究具有重要意义。 不同的成矿物理化学条件形成的金属矿物具有 不同的微量元素特征，
磁铁矿为例：区域变质的较纯（20.5％）；热液 成因的富含Mg（18.7％），岩浆的富含Ti （16.1 ％）,以上化学成分的特点反映在磁铁矿的反射率方 面具有表4的特征。
能带理论
带。
4.反射率的研究意义
①R是表征矿物反射能力的重要参数。矿物不同，反射能力也 不同，反射率也是不一样的，因此可以根据R来鉴定矿物。 ②反射率是金属矿物的最重要鉴定特征，它不仅能鉴定金属矿 物的矿物种，对于鉴定矿物的“变种”、“异种”以至“多型 ”都具有实际意义（表2，3）。
表2 闪锌矿不同变种的反射率特征
表4 不同成因类型铁矿床中磁铁矿的反射率特征
5.反射率的测定方法
• 1）视测对比法 反射率的高低在镜下表现为明亮程度。将 未知矿物与已知反射率的标准矿物进行对比， 根据对比结果确定未知矿物的反射率级别 。 特点：⑴一种定性或半定量的测定方法 ⑵不需要任何专门仪器，操作简单 ⑶应用广泛 标准矿物的选择： 常见的、均质的、化学性质比较稳定的、 反射率有一定间隔的矿物，如： 黄铁矿和方铅矿之间有10%的间隔。
4个标准矿物 • 黄铁矿 R=53% • 方铅矿R=43% • 黝铜矿R=31% • 闪锌矿R=17%
5个反射率级别 Ⅰ R＞黄铁矿 Ⅱ 黄铁矿>R>方铅矿
Ⅲ 方铅矿>R>黝铜矿 Ⅳ 黝铜矿>R>闪锌矿 Ⅴ R ＜闪锌矿
2） 光电法
• 定量测定矿物反射率的方法。光电法有多种， 现今最先进的方法为光电倍增管显微光度计法， 其原理是利用光电效应。光电元件受到矿物反 射光的照射会释放出光电子，这种微弱的电信 号通过光电倍增管时可以放大几百万倍，从而 被仪器检测出来，经计算机对数据加工处理后 得出矿物的定量反射率数值。
表1 矿物的反射率随λ 波长的变化
数据 在不同单色光（波长单位为nm）下的反射率（%） 460（蓝） 矿物 自然金 37.0 73.7 82.6 89.4 540（绿） 580（橙） 660（红）
金银矿
自然银
71.9
84.3
80.6
88.2
83.3
89.4
86.7
90.7
总结－影响矿物反射率的因素
常见矿物的反射色
黄铁矿 浅黄白
色
镍黄铁矿 磁黄铁矿 方铅矿 辉银矿 砷黝铜矿
浅黄白微带 棕 乳黄色微带 玫瑰棕 纯白色
赤铁矿 磁铁矿 钛铁矿 闪锌矿 石英 方解石
灰白微带 蓝 灰白色微 带棕 灰白色带 棕 灰色微带 棕 深灰色 深灰色 天蓝色
毒砂
白色微 带玫瑰 黄
自然银 亮白色
微带乳 黄色
自然金 亮金黄
铁闪锌矿
富镁铬铁矿 0.2419 方解石 石英 萤石 ＜0.025 ＜0.025 ＜0.025
1.486-1.658 1.544-1.553 1.434
• 当矿物的吸收系数很大时（K＞2.0），矿物 的反射率主要取决于吸收系数，R曲线近于水 平，即与N关系不大，且一律大于38%。当 矿物的吸收系数介于0.5～2.0之间时，吸收 系数和折射率对反射率的影响同等重要。 • 单以吸收系数而言， K＞1,R＞16%； K＞ 1.5,R＞30%； K＞2.5,R＞46%。 • 单就折射率而言，当N值大于1.5时,R值必大 于4％；N值大于2时，R值必大于11％；N值 大于2.5时,N值必大于18％。
• 当矿物对白光中的某种色光 反射率最大时，矿物的反射 色就显示那种色光的颜色 ， 如自然铜.
铜蓝Ro：蓝紫色
λ/nm
• 矿物对白光中的某几种色光 同时显示较大反射率时，矿 物的反射色就显示几种色光 的混合色
3.反射色的视测分级 （定性） 颜色级别 • 显著颜色类 有明显颜色的矿物，如黄色、蓝色、 玫瑰色等。 • 无色类 如亮白色、白色、灰白色、灰色、暗灰色 等。 • 微弱颜色类 无色类但带有很轻微的某种颜色的色 调。如磁铁矿，灰白色带棕色色调；砷黝铜矿，灰 白色带灰绿色色调。辉银矿灰白色带橄榄绿色调； • 有些矿物会出现在两个相邻的颜色类别中，其原因， 一方面这些矿物反射色处于中间过渡状态；矿物本 身所含类质同象混入物杂质的种类数量不同造成的。 如辉铜矿，若含少量的铜蓝或蓝辉铜矿而呈现浅灰 色微带蓝色色调（微弱颜色类），含较多的斑铜矿 呈浅黄棕色（显著颜色类）
二、矿物的反射色
• 1.概念 矿物光面在反光显微镜垂直照射下所显示的颜色。它 是人工矿物光面对镜下直射光线选择性反射作用造成 的“表色”，与矿物的自然表面在普通光线下肉眼观 察到的矿物的“颜色”不同。 • 2.反射色的形成 反射色是矿物对入射的白光选择性反射的结果。可 以由反射率色散曲线特征来表征。色散曲线是以波长 为横坐标，反射率为纵坐标。曲线位置高低表征反射 率的大小，曲线的形态表征反射色的色调特征。不仅 可以表示颜色的一般特征，而且可以表示颜色的细节 组成。用光度计定量测定。
红砷镍 矿
0.4209
2.3999 2.575
2.369
1.5075 1.6775
17.80
49.95 51.38
5.94
38.67 39.57
3）矿物的反射率与入射光波长的关系
• 以上的讨论均对白光的反射率而言，事实上， 矿物的反射率随入射光的波长不同（不同的 单色光）而变化。其实这也是矿物反射色形 成的原因。 • 国际矿相学委员会把470(蓝），546（绿）， 589（橙），650nm（红）单色光测定的 反射率规定为鉴定矿物的特征反射率。
电子跃迁理论
• 透明矿物 禁带宽度比可见光最 大能量值大，可见光能量不足于 激发价带电子进入导带，所以， 可见光不被吸收，透射作用强， 反射率低。 • 不透明矿物 自然金属导体矿物 导带 的能带是重叠的，它可以吸收各 种能量的可见光，并在返回时电 e 子的能量大多仍以光的形势释放 禁带 出来，所以反射率高（一般＞60 e ％）。半导体矿物禁带宽度小于 可见光能量,电子吸收可见光能量 价带 从价带到导带.同时 返回时释放出 E 反射光,具有高反射率（如黄铁矿 能带理论认为，固体物质中的电子不束 和方铅矿40％～60％);禁带宽度 缚于个别原子，而是在整个固体内运动。 中等时,则可吸收部分能量,释放少 每个原子的外层电子具有一定的宽度范 围的能带。完全被电子占据的为价带， 量 的反射光,具有中等反射率(如 部分占据的为导带，相邻能带之间为禁 雄黄、雌黄20％～30％）.
• 透明矿物 多是离子键、共 价键和分子键矿物，其中的 激发态 电子一般固定在一定的位置 上，电子的基态能级与激发 e 释放能量 态能级之间的能量一般比可 △E 见光光子的能量（3.1eV)大, e 因此，绝大部分可见光进入 基态 矿物透射。透明矿物△E＞ 不透明矿物 自然金属 金属键， 3.1eV,可见光大部分透过， 很多自由电子；不透明的自然金 反射率低.如金刚石是典型的 属(金属键)和金属硫化物(部分金 共价键矿物，从C—C键中移 属键)△E＜3.1eV，吸收可见光 出一个电子需要5.5eV ，远 能量，从基态跃迁到激发态。激 大于可见光能量，所以钻石 的透明度高，反射率相对较 发态不稳定，电子又从激发态返 低。 回到基态，释放的能量一部分成 为热能，大量的能量以反射光的 形式释放，所以具有较高的反射 率.
1）R与K，N的关系
• 根据式（3）可以得出三者的关系曲线
K＞2.5,R＞46% R/% R＞38% K＞1.5,R＞30% K＞1,R＞16% K
N
• 矿物的吸收系数很小时（K＜0.5)时，R取决 于N，R曲线近乎直立，与吸收系数无关。如
矿物
K
0.4209 2.37
2.16
N
R
17.80
14.00 4-6.0 4.5 3.0
• 2）反射率与观察介质的Fra bibliotek系 油浸镜头下矿物的反射率低于干镜头下的反射率， 反射率大的降低少，反射率低的降低多
K
富镁铬铁 矿 0.2419 0.2038
N
2.16 2.38
空气中R(n1＝ 1）/%
浸油中R ( n1 ＝1.515）/%
13.98 16.67
3.5 4.94
纯闪锌 矿
铁闪锌 矿 毒砂
色
灰白色带绿 色 灰白色微带 橄榄绿 灰白色 玫瑰色
自然铜 铜红色
黄铜矿
铜黄色
黝铜矿
斑铜矿
辉铜矿 浅灰微
带蓝
铜蓝
5.反射色的颜色指数（定量数字化表示金属矿物的反射色特征） 亮度（Brilliance)：颜色的明亮程度 。用视觉反射率Rvis表 示 色调(Hue):颜色的种类，颜色主波长λd或反射率色散曲线主 峰值的波长 纯度(Purity)：颜色的饱和程度Pe 。色光与白光的比例表示。 白光为0，光谱色为1. 反射色的颜色指数的研究意义 • 光度计测定反射率色散曲线，计算反射色颜色指数 • 区分自然金－自然银系列矿物 • 鉴别一些难于鉴定的矿物 • 鉴定矿物变种和异种 • 黄铁矿的含金性：含金黄铁矿Rvis：52.67％ ；λd： 577nm， Pe：0.200。不含金黄铁矿： Rvis：53.900 ％ ；λd：574nm， Pe：0.132。 • 颜色指数研究的作用是视测对比法不能比拟的。
矿物的反射率与反射色曲线 • 当矿物对白光中的各种色光
银：亮白色微黄白色 自然铜：淡红色
黄铁矿：淡黄色
反射率相差不大时，色散曲 线呈水平，矿物的反射色呈 现无色，根据所处的位置高 低分别为亮白色、白色、灰 白色、灰色或暗灰色，例如 方铅矿：纯白色；自然银:亮 白色；铬铁矿：灰色。
R/%
方铅矿：微蓝白色
4.反射色定性观察方法
• 观测条件:反光显微镜，自然光下，根据颜色 感觉定性描述 • 视觉色变 矿物的颜色受连生的矿物反射色 的影响产生的一种色变效应。两种颜色同时刺 激视网膜与单一颜色的视觉效应是有所差别的。 如磁铁矿，灰色，但与蓝灰色赤铁矿连生则微 淡粉红色；黄铜矿，铜黄色，与磁黄铁矿连生 则微黄绿色。 • 反射色具有重要的鉴定意义。尤其是显著颜色 类矿物特征的颜色和微弱颜色类矿物所具有的 某种色调特征对于鉴定矿物有重要意义 • 要求光片质量高，显微镜光源达到标准（方铅 矿为纯白色，不带任何色调），才能观察准确。
• 矿物的吸收系数K与折射率N（由矿物固 有性质决定的，如成分、结构、键型) • 观测介质 • 入射光波长
3.反射率的形成机理
• 光线照射矿物的光面可以产生透过、吸收、 折射、反射等光学现象，但是不同矿物产 生这些光学现象的差异可以很大，这主要 与矿物的化学成分和晶体结构，关键是矿 物的“化学键” 特点。 • 电子跃迁理论 • 能带理论