RU2031398C1

RU2031398C1 - Method of measuring optical anisotropy of rocks and ores

Info

Publication number: RU2031398C1
Authority: RU
Inventors: А.Х. Зильберштейн; Г.М. Ромм
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им.А.П.Карпинского
Priority date: 1990-11-11
Filing date: 1990-11-11
Publication date: 1995-03-20

Abstract

FIELD: investigation of rocks. SUBSTANCE: mineral aggregate is investigated by means of integral polarization-optical method due to measuring of intensity of light reflected from metallographic specimen of rocks or ores. EFFECT: improved precision; improved reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к геолого-минералогическим методам исследования горных пород и руд и может быть использовано для восстановления термодинамических условий образования и последующих деформаций рудных и других геологических тел и решения различных структурно-петрологических задач. The invention relates to geological and mineralogical methods for the study of rocks and ores and can be used to restore the thermodynamic conditions of formation and subsequent deformations of ore and other geological bodies and to solve various structural and petrological problems.

Известен способ определения анизотропии нормального отражения света кристаллами [1]. A known method for determining the anisotropy of the normal reflection of light by crystals [1].

Однако этот способ позволяет определять анизотропию отражения лишь в отдельных кристаллах и не применим для определения оптической анизотропии горных пород в общем случае. However, this method allows determining the reflection anisotropy only in individual crystals and is not applicable for determining the optical anisotropy of rocks in the general case.

Известен также способ определения оптической анизотропии горных пород, который по совокупности существующих признаков наиболее близок к заявляемому и принят за прототип. Этот способ основан на поляризационно-оптическом изучении шлифов горных пород и позволяет определить преимущественную оптическую ориентировку индивидов в шлифе, среднее значение двупреломления индивидов в сечении шлифа и интегральное значение степени оптической анизотропии шлифа в целом [2]. There is also a method of determining the optical anisotropy of rocks, which, by the totality of existing features, is closest to the claimed one and adopted as a prototype. This method is based on the polarization-optical study of thin sections of rocks and allows you to determine the preferred optical orientation of individuals in the section, the average birefringence of individuals in the section of the section and the integral value of the degree of optical anisotropy of the section as a whole [2].

Однако этот способ не позволяет получить характеристику параметров оптической анизотропии существенно поглощающих минеральных агрегатов, так как основан на поляризационно-оптическом излучении шлифов в проходящем свете и не приспособлен для определения оптической анизотропии в отраженном свете. However, this method does not allow to characterize the optical anisotropy parameters of substantially absorbing mineral aggregates, since it is based on the polarization-optical radiation of thin sections in transmitted light and is not suitable for determining optical anisotropy in reflected light.

Цель изобретения - существенное расширение круга анализируемых объектов и повышение правильности определения преимущественной оптической ориентировки индивидов в минеральном агрегате (горной породе, руде). The purpose of the invention is a significant expansion of the range of analyzed objects and improving the accuracy of determining the preferred optical orientation of individuals in a mineral aggregate (rock, ore).

Цель достигается тем, что для определения оптической анизотропии горных пород и руд их аншлиф помещают в широкий параллельный пучок плоскополяризованного монохроматического света, регистрируют интенсивность I нормально отраженного света (прямопропорциональную отражательной способности R объекта) при различных углах поворота α аншлифа вокруг нормали к отражающей плоскости аншлифа относительно плоскости поляризации падающего света. Направление преимущественной оптической ориентировки индивидов в плоскости аншлифа определяют по угловому положению α^max максимального I^max за один полуоборот значения зависимости I(α ), сдвинутого относительно углового положения α^minзначения минимального I^min за один полуоборот значения зависимости I( α). Степень анизотропии нормального отражения, определяемая согласно выражения Q^R =

=

, является количественной мерой оптической анизотропии сечения горной породы плоскостью аншлифа.The goal is achieved in that to determine the optical anisotropy of rocks and ores, their polished sections are placed in a wide parallel beam of plane-polarized monochromatic light, the intensity I of normally reflected light (directly proportional to the reflectivity R of the object) is recorded at various angles of rotation α of the polished section around the normal to the polished plane of the polished section relative to plane of polarization of the incident light. The direction of the preferred optical orientation of individuals in the polished plane is determined by the angular position α ^{max of the} maximum I ^max for one half-turn of the value of the dependence I (α) shifted relative to the angular position α ^{min of} the minimum I ^min for one half-turn of the value of the dependence I (α). The degree of anisotropy of normal reflection, determined according to the expression Q ^R =

=

is a quantitative measure of the optical anisotropy of the rock section by the polished section plane.

Для одноосного непоглощающего кристалла с оптической осью с, лежащей в отражательной плоскости, коэффициент нормального отражения R плоскополяризованного света, плоскость поляризации которого параллельна направлению z, согласно данным (Кизель В.А. Отражение света. М.: Наука, 1973, с.352) может быть выражен следующим образом:
при взаимоортогональности поляризации Р падающего света и главной плоскости поляризации А анализатора отраженного света
R = R_sp =

R_e+R_o-2

sin²(2

Z),
при параллельности Р и А
R=R_ss =

4R_ocos⁴(

Z)+4R_esin⁴(

Z)+2

sin²(2

Z)

,
где (с^{^}z) - угол между направлением оптической оси c и направлением z;
R_o, R - отражательные способности обыкновенной и необыкновенной волн в кристалле соответственно.For a uniaxial nonabsorbing crystal with an optical axis c lying in the reflective plane, the normal reflection coefficient R is plane-polarized light, the plane of polarization of which is parallel to the z direction, according to the data (V. Kiesel, Reflection of light. M .: Nauka, 1973, p. 352) can be expressed as follows:
with the mutual orthogonality of the polarization P of the incident light and the main plane of polarization A of the reflected light analyzer
R = R _sp =

R _e + R _o -2

sin ² (2

Z)
with the parallelism of P and A
R = R _ss =

4R _o cos ⁴ (

Z) + 4R _e sin ⁴ (

Z) +2

sin ² (2

Z)

,
where (c ^{^} z) is the angle between the direction of the optical axis c and the direction z;
R _o , R - reflectivity of ordinary and extraordinary waves in the crystal, respectively.

В общем случае для поглощающих и прозрачных кристаллов от кубических классов симметрии до ромбических классов включительно направления главных осей тензора диэлектрической проницаемости и проводимости совпадают, т.е. значения R_e; R_o соответствуют значениям n_e, χ_e ; n_o, χ_o, где n_o, n_e;

,

- обыкновенный и необыкновенный показатели преломления и коэффициента поглощения кристалла соответственно.In the general case, for absorbing and transparent crystals from cubic symmetry classes to rhombic classes inclusive, the directions of the principal axes of the dielectric constant and conductivity tensor coincide, i.e. R _e values; R _o correspond to the values of n _e , χ _e ; n _o , χ _o , where n _o , n _e ;

,

- ordinary and extraordinary refractive indices and absorption coefficient of the crystal, respectively.

В пренебрежении эллиптичностью собственных электромагнитных волн и волн при отражении (см. Гречушников В.Н., Константинова А.Ф. Кристаллооптика поглощающих и гиротропных сред. В кн. Проблемы кристаллографии. М.: Наука, 1987, с. 290-318) в кристаллах указанных классов симметрии для нормального отражения плоскополяризованного света кристаллом в отсутствие анализатора коэффициент нормального отражения можно представить в виде
R= R_ss+R_sp= R_ocos²(

Z)+R_esin²(

Z), где с - направление, соответствующее азимуту эллиптического сечения поверхности, описываемой тензором диэлектрической проницаемости и проводимости, в отсутствие поглощения эта поверхность является вещественным эллипсоидом, называемым оптической индикатрисой.In neglecting the ellipticity of intrinsic electromagnetic waves and reflection waves (see Grechushnikov VN, Konstantinova AF, Crystal optics of absorbing and gyrotropic media. In the book. Problems of crystallography. M .: Nauka, 1987, p. 290-318) crystals of the indicated symmetry classes for the normal reflection of plane-polarized light by a crystal in the absence of an analyzer, the normal reflection coefficient can be represented as
R = R _ss + R _sp = R _o cos ² (

Z) + R _e sin ² (

Z), where c is the direction corresponding to the azimuth of the elliptical section of the surface described by the dielectric constant and conductivity tensor, in the absence of absorption, this surface is a real ellipsoid, called an optical indicatrix.

В случае произвольной ориентировки отражающей поверхности аншлифа относительно главных осей оптической индикатрисы для прозрачных кристаллов направление с параллельно оптической оси или ее проекции на отражающую поверхность. z - направление, параллельное главной плоскости поляризатора (или анализатора), отсчитываемое от плоскости, перпендикулярной оптической оси кристалла. Отражение света в поляризации, параллельной оптической оси, обозначено как R_e в отличие от отражения света в поляризации, перпендикулярной оптической оси, которое обозначено R_o.In the case of arbitrary orientation of the reflecting surface of the polished section relative to the main axes of the optical indicatrix for transparent crystals, the direction is parallel to the optical axis or its projection onto the reflecting surface. z is the direction parallel to the main plane of the polarizer (or analyzer), measured from a plane perpendicular to the optical axis of the crystal. The reflection of light in polarization parallel to the optical axis is denoted by R _e, in contrast to the reflection of light in polarization perpendicular to the optical axis, which is denoted by R _o .

В предлагаемом способе определения оптической анизотропии горных пород и руд предлагается одновременно омывать параллельным монохроматическим (длина волны λ ) световым пучком сечения S отражающую плоскость, содержащую N индивидов (i), каждый из которых обладает в сечении отражающей плоскостью: главными коэффициентами отражения R_o ⁱ, R_e ⁱ, площадью отражающей поверхности S_i и ориентацией с_iнаправления азимута сечения поверхности, описываемой тензором диэлектрической проницаемости и проводимости индивида.In the proposed method for determining the optical anisotropy of rocks and ores, it is proposed to simultaneously wash with a parallel monochromatic (wavelength λ) light beam of section S a reflecting plane containing N individuals (i), each of which has a reflective plane in section: the main reflection coefficients R _o ⁱ , R _e ^i, an area of the reflecting surface S _i with _i and the orientation azimuth directions sectional surface described by a tensor of permittivity and conductivity of the individual.

Регистрируют интенсивность I нормально отраженного света от всего омываемого светом участка горной породы или руды, содержащего N индивидов, при различных углах α поворота отражающей поверхности вокруг оптической оси системы, перпендикулярной отражающей поверхности, относительно плоскости поляризации падающего света, по которой, используя стандартные эталоны, определяют отражательную способность R всего объекта. The intensity I of normally reflected light is recorded from the entire rock or ore section containing N individuals at various angles α of rotation of the reflecting surface around the optical axis of the system perpendicular to the reflecting surface relative to the plane of polarization of the incident light, which, using standard standards, is determined reflectance R of the entire object.

Зависимость R( α ) (фиг.1) обладает максимумом R^max, соответствующим углу поворота α^max, и минимумом R^min, угловое положение которого ( α^min) сдвинуто на 90^о относительно положения максимума отражения. При этом значение R^max может быть описано в виде
R^max =

S

R

\binom{i}{o}

cos

(

Z)+

+R

\binom{i}{e}

sin

(

Z)+

, а значение R^min представимо в виде
R^min =

S

R

\binom{i}{o}

sin

(

Z)+

+R

\binom{i}{e}

cos

(

Z)+

.The dependence R (α) (Fig. 1) has a maximum R ^max corresponding to a rotation angle α ^max and a minimum R ^min , the angular position of which (α ^min ) is shifted 90 ^° relative to the position of the reflection maximum. The value of R ^max can be described as
R ^max =

S

R

\binom{i}{o}

cos

(

Z) +

+ R

\binom{i}{e}

sin

(

Z) +

, and the value of R ^min is representable in the form
R ^min =

S

R

\binom{i}{o}

sin

(

Z) +

+ R

\binom{i}{e}

cos

(

Z) +

.

Угловые положения α^max и α ^min соответствуют направлениям преимущественной оптической ориентировки индивидов в анализируемом участке (сечения) агрегата плоскостью отражающей поверхности.The angular positions α ^max and α ^min correspond to the directions of the preferred optical orientation of individuals in the analyzed area (section) of the aggregate by the plane of the reflecting surface.

В качестве количественной меры анизотропии горных пород и руд предлагается использовать степень анизотропии отражения Q^R, которая определяется согласно выражению
Q^R=

=

.It is proposed to use the degree of reflection anisotropy Q ^R , which is determined according to the expression, as a quantitative measure of the anisotropy of rocks and ores.
Q ^R =

=

.

Причем для равновеликих индивидов, обладающих в анализируемой отражающей плоскости одинаковыми значениями R_o ⁱ и R_e ⁱ, т.е. при условии
S_i(i)=const₁=S_o;
R_o ⁱ(i)=const₂=R_o;
R_e ⁱ(i)=const₃=R_e выражение для Q^R имеет вид
Q^R =

cos

(

Z)+

, откуда следует, что Q^R может меняться от значения

, соответствующего монокристаллической анизотропии отражения, до нуля.Moreover, for equal individuals with the same values of R _o ⁱ and R _e ⁱ in the analyzed reflective plane, i.e. provided
S _i (i) = const ₁ = S _o ;
R _o ⁱ (i) = const ₂ = R _o ;
R _e ⁱ (i) = const ₃ = R _{e the} expression for Q ^R has the form
Q ^R =

cos

(

Z) +

, whence it follows that Q ^R may vary from the value

corresponding to single-crystal reflection anisotropy to zero.

Таким образом, отличительным признаком, характеризующим новизну предлагаемого способа по отношению к прототипу, является то, что он позволяет определять оптическую анизотропию минерального агрегата, состоящего как из прозрачных, так и непрозрачных индивидов в отраженном свете, а также то, что повышается правильность определения ориентировки за счет однозначной идентификации углового положения максимального и минимального значений регистрируемой интенсивности I отраженного от объекта света. Thus, the hallmark characterizing the novelty of the proposed method in relation to the prototype is that it allows you to determine the optical anisotropy of the mineral aggregate, consisting of both transparent and opaque individuals in reflected light, as well as the fact that the accuracy of determining the orientation for due to the unambiguous identification of the angular position of the maximum and minimum values of the recorded intensity I of the light reflected from the object.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. The proposed method is as follows.

Аншлиф помещают на поворотный столик макроскопа-спектрофотометра в широкий пучок плоскополяризованного монохроматического света. Регистрируют интенсивность I нормально отраженного света, прямо пропорциональную отражательной способности R объекта при различных углах поворота α отражающей поверхности вокруг оптической оси системы (при неизменном положении плоскости поляризации падающего света). Используя стандартные эталоны отражения, по значениям регистрируемой зависимости I( α ) определяют R( α ). Определяют угловое положение α ^maxмаксимального отражения R^max, сдвинутого на 90^о относительно углового положения α^min углового отражения R^min. Определяют значения R^max(соответствующее α^max) и R^min (соответствующее α ^min. α^max±90). Затем определяют значение степени анизотропии отражения объекта Q^R по формуле Q^R=(R^max-R^min)/(R^max+R^min).The polished section is placed on a turntable of a macroscope spectrophotometer in a wide beam of plane-polarized monochromatic light. The intensity I of the normally reflected light is recorded, which is directly proportional to the reflectivity R of the object at different angles of rotation α of the reflecting surface around the optical axis of the system (with the polarization plane of the incident light unchanged). Using standard reflection standards, R (α) is determined from the values of the recorded dependence I (α). The angular position α ^{max of the} maximum reflection R ^max shifted by 90 ^° relative to the angular position α ^{min of the} angular reflection R ^{min is determined} . The values of R ^max (corresponding to α ^max ) and R ^min (corresponding to α ^min . Α ^max ± 90) are determined. Then determine the value of the degree of reflection anisotropy of the object Q ^R according to the formula Q ^R = (R ^max -R ^min ) / (R ^max + R ^min) .

Предлагаемым способом были проанализированы антрациты из Якутии. В аншлифах, соответствующих различным сечениям, обнаружена анизотропия отражения, степень которой составила Q₁ ^R=0,0346 и Q₂ ^R=0,0241, что позволило оценить стрессовую нагрузку, составившую 104 и 123 бара соответственно, индуцирующую преимущественную оптическую ориентировку с такой степенью анизотропии.The proposed method was analyzed anthracites from Yakutia. Reflection anisotropy was found in the sections corresponding to different sections, the degree of which was Q ₁ ^R = 0.0346 and Q ₂ ^R = 0.0241, which allowed us to estimate the stress load of 104 and 123 bar, respectively, inducing a preferred optical orientation with such a degree anisotropy.

Эффективность предлагаемого способа состоит в возможности изучения поглощающих объектов и большей правильности определения преимущественной оптической ориентировки индивидов в агрегате. The effectiveness of the proposed method consists in the possibility of studying absorbing objects and more correctly determining the preferred optical orientation of individuals in the aggregate.

Claims

METHOD FOR DETERMINING OPTICAL ANISOTROPY OF ROCKS AND ORES, based on polarization-optical study of their polished sections in reflected light, characterized in that, in order to expand the range of analyzed objects and improve the accuracy of determining mainly the optical orientation of individuals in a mineral aggregate, the polished section is placed in a wide parallel beam plane-polarized monochromatic light, record the intensity I of normally reflected light at various angles of rotation α of a section around the normal to zhayuschey polished section plane with respect to the plane of the incident polarized light, determine the direction of preferential optical orientation of individuals in the polished section plane the angular position α ^max maximal J ^m ^a ^x of one half-turn values depending Y (α), shifted by 90 ° relative to the angular position α ^min values of the minimum J ^m ⁱ ⁿ for one half-turn of the value of the dependence Y (α), determine the degree of anisotropy Q ^{R of} normal reflection

which is used to judge the optical anisotropy of the rock section by the polished section plane.