Способ определения оптической анизотропии горных пород и руд

 

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, а также для решения различных структурно-петрологических задач. Сущность способа заключается в интегральном поляризационно-оптическом излучении минеральных агрегатов путем измерения интенсивности света, отраженного от аншлифа горной породы или руды. 1 ил.

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.

Известен способ определения анизотропии нормального отражения света кристаллами [1].

Однако этот способ позволяет определять анизотропию отражения лишь в отдельных кристаллах и не применим для определения оптической анизотропии горных пород в общем случае.

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].

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.

Цель изобретения - существенное расширение круга анализируемых объектов и повышение правильности определения преимущественной оптической ориентировки индивидов в минеральном агрегате (горной породе, руде).

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.

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-2sin²(2Z), при параллельности Р и А R=R_ss = 4R_ocos⁴(Z)+4R_esin⁴(Z)+2sin²(2Z), где (с^{^}z) - угол между направлением оптической оси c и направлением z; R_o, R - отражательные способности обыкновенной и необыкновенной волн в кристалле соответственно.

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.

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.

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.

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_oⁱ, R_eⁱ, площадью отражающей поверхности S_i и ориентацией с_iнаправления азимута сечения поверхности, описываемой тензором диэлектрической проницаемости и проводимости индивида.

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.

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 = SRⁱ_ocos(Z)++Rⁱ_esin(Z)+, а значение R^min представимо в виде R^min = SRⁱ_osin(Z)++Rⁱ_ecos(Z)+.

Угловые положения α^max и α ^min соответствуют направлениям преимущественной оптической ориентировки индивидов в анализируемом участке (сечения) агрегата плоскостью отражающей поверхности.

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

Причем для равновеликих индивидов, обладающих в анализируемой отражающей плоскости одинаковыми значениями R_oⁱ и R_eⁱ, т.е. при условии
S_i(i)=const₁=S_o;
R_oⁱ(i)=const₂=R_o;
R_eⁱ(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.

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.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

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).

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.

Эффективность предлагаемого способа состоит в возможности изучения поглощающих объектов и большей правильности определения преимущественной оптической ориентировки индивидов в агрегате.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ АНИЗОТРОПИИ ГОРНЫХ ПОРОД И РУД, основанный на поляризационно-оптическом изучении их аншлифов в отраженном свете, отличающийся тем, что, с целью расширения круга анализируемых объектов и повышения правильности определения преимущественно оптической ориентировки индивидов в минеральном агрегате, аншлиф помещают в широкий параллельный пучок плоскополяризованного монохроматического света, регистрируют интенсивность I нормально отраженного света при различных углах поворота α аншлифа вокруг нормали к отражающей плоскости аншлифа относительно плоскости поляризации падающего света, определяют направление преимущественной оптической ориентировки индивидов в плоскости аншлифа по угловому положению α^max максимального J^max за один полуоборот значения зависимости Y(α), сдвинутого на 90° относительно углового положения α^min значения минимального J^min за один полуоборот значения зависимости Y(α), определяют степень анизотропии Q^R нормального отражения

по которому судят об оптической анизотропии сечения горной породы плоскостью аншлифа.

РИСУНКИ

Рисунок 1