BÀI GIẢNG THẠCH HỌC CƠ SỞ pptx

1
bi giảng thạch học cơ sở

Mở đầu

1- Đối tợng nghiên cứu của môn học:
+ Khái niệm chung về đất đá:
Theo quan niệm thông thờng thì trên bề mặt Trái đất bao gồm hai loại
đất và đá. Chúng có thể là hai đối tợng của hai lĩnh vực khoa học khác nhau,
cũng có thể là đối tợng của cùng một lĩnh vực khoa học. Ví dụ: đất là đối
tợng của ngành Thổ nhỡng học (lu ý đó là đất thổ nhỡng), đá là đối tợng
của ngành Thạch học-Khoáng vật, nhng cả đá và đất đều là một trong các đối
tợng của ngành Xây dựng, đặc biệt là chuyên sâu Đất xây dựng-Địa chất công
trình.
Theo chuyên sâu Đất xây dựng-Địa chất công trình thì trong tự nhiên đất
đá bao gồm các loại sau:
- Đá cứng: là các đá có liên kết kiến trúc bền (mà bản chất là liên kết hóa
học). Chúng thờng có độ bền cao và ít thay đổi khi bão hoà nớc. Trong đá
cứng có các loại đá magma, trầm tích, biến chất.
- Đất phân tán: bao gồm các đất có liên kết kiến trúc bản chất vật lý (liên
kết phân tử, liên kết ion-tĩnh điện, mao dẫn và từ tính). Chúng có độ bền thấp
và thay đổi nhiều khi bão hoà nớc.
- Ngoài ra trong tự nhiên còn tồn tại những nhóm đất đặc biệt nh bùn,
đất thổ nhỡng (có độ phì nhất định), đá nhân tạo (đất đá đợc đầm nén bằng
nhiều phơng pháp khác nhau hoặc gia cố bằng phơng pháp xi măng hóa, vôi
hóa, kiềm hóa.
+ Khái niệm về đá theo chuyên ngành Thạch học:
Thạch học là môn học nghiên cứu các đá cấu tạo nên Vỏ Trái đất. Đá là
tập hợp có quy luật của một hay nhiều khoáng vật tạo thành các thể địa chất
độc lập. Mỗi thể địa chất độc lập phải có 3 điều kiện:

- Thể đó phải đợc phân biệt rõ rệt với các khối xung quanh và chứng tỏ
rằng nguồn gốc thành tạo của nó phải do những quá trình địa chất riêng (dạng
nằm của đá)
- Thể đó có thành phần vật chất xác định, khác biệt với thành phần vật
chất của các khối khác bao quanh (thành phần hóa học và thành phần khoáng
vật).

2
- Giữa các hợp phần tạo đá có một cách thức kết hợp riêng biệt (cấu tạo
và kiến trúc).
Đá có thể tồn tại dới dạng rắn (nh đá granit, đá vôi, đá bazan), dạng bở
rời (nh cát, bột ) hoặc dạng dẻo (sét).
+ Phân biệt các khái niệm khoáng vật, đất, quặng:
- Khoáng vật là một hợp chất hóa học tự nhiên có công thức hóa học và
cấu trúc nhất định. Ví dụ canxit có thành phần hóa học là CaCO
3
, cấu trúc
tinh thể hệ 3 phơng. Nó là thành phần khoáng vật chủ yếu của đá vôi và đá
hoa.
- Quặng là những thành tạo khoáng vật hoặc đá mà ta có thể dùng trực
tiếp hoặc lấy ra những chất có ích phục vụ cho nền kinh tế quốc dân. Chính vì
vậy mà có những loại đá hay khoáng vật vào thời điểm nào đó không phải là
quặng nhng vào thời điểm khác lại trở thành quặng cho 1 quốc gia vì nó có thể
dùng cho nền kinh tế của quốc gia đó.
- Đất là sản phẩm phong hóa của các đá.

2- Vị trí của môn học và tơng quan của nó với các khoa học khác:
- Thạch học nghiên cứu các loại đá không những về phơng diện thành
phần, cấu trúc mà còn về phơng diện thế nằm địa chất, nguồn gốc và ý nghĩa
của chúng đối với nền kinh tế quốc dân. Vì vậy nó là một khoa học địa chất,

một môn khoa học không thể thiếu đợc đối với các ngành khoa học có liên
quan đến Vỏ Trái đất: Địa chất công trình, Địa chất thủy văn, Địa chất thăm
dò, Địa chất khoáng sản, Địa vật lý, Địa chất dầu, Địa chất mỏ
Đặc biệt đối với Địa chất công trình, việc phân biệt đợc các loại đá sẽ có
nhiều thuận lợi cho việc sử lý nền móng khi xây dựng các công trình.
Để nghiên cứu đợc môn thạch học thì nhà nghiên cứu cần phải có kiến
thức của các môn học Hóa, Hóa-lý, Hóa phân tích, Vật lý, Địa chất đại cơng,
Tinh thể-khoáng vật
- Chuyên ngành thạch học bao gồm hai bộ phận: thạch học mô tả
(petrographie) và thạch luận (petrologie).

3- Cơ sở chung để phân loại đá:
Việc phân loại đá có tầm quan trọng đặc biệt. Cũng nh các ngành khoa
học khác, việc phân loại phải đợc dựa trên những đặc điểm cơ bản và quan
trọng nhất của đá. Đối với đá thì nguồn gốc thành tạo có một ý nghĩa đặc biệt.
Chính sự nghiên cứu các quá trình địa chất dẫn tới sự thành tạo các loại đá đã

3
cho phép phân loại đá thành 3 nhánh chính: đá magma, đá trầm tích và đá
biến chất.
- Đá magma: là loại đá đợc thành tạo do sự đông đặc các dung thể
magma. Nếu quá trình đông đặc xảy ra ở dới sâu ta có đá magma xâm nhập
sâu. Nếu magma phun trào ra bề mặt Trái đất dới dạng núi lửa và đông đặc
tại đó ta có đá magma phun trào. Nếu magma có dạng mạch nằm gần bề mặt
Trái đất ta có đá mạch hoặc đá xâm nhập nông. Chúng có nguồn gốc nội sinh.
Ví dụ: đá bazan, đá granit, gabro là những đá magma.
- Đá trầm tích là sản phẩm của các quá trình ngoại sinh: phong hóa, vận
chuyển, lắng đọng và gắn kết các vật liệu vụn cơ học hoặc do lắng đọng các
muối từ dung dịch thật hoặc dung dịch keo có sự tham gia trực tiếp hay gián
tiếp của sinh vật. Chúng đợc thành tạo ngay trên bề mặt của Trái đất. Ví dụ:

đá vôi, đá cát kết, đá sét, than là các đá trầm tích.
- Đá biến chất là sản phẩm biến đổi các đá có trớc do tác dụng nội sinh
(sự nâng cao nhiệt độ, áp suất trong vỏ Trái đất) và xảy ra ở trạng thái cứng.
Ví dụ: đá hoa là đá biến chất từ đá vôi, đá gneis là đá biến chất từ các đá
magma axit

Trong tự nhiên, giữa 3 nhánh đá này luôn tồn tại 1 quá trình chuyển hóa
lẫn nhau trong lịch sử phát triển của Vỏ Trái đất, và trên thực tế luôn tồn tại
các biến thể đá trung gian giữa 3 nhánh đá này:














Khi nghiên cứu bất kỳ một loại đá nào thì cũng phải đề cập đến 3 vấn đề
chính sau:

- Dạng nằm của đá: đá đó gặp trong tự nhiên nh thế nào, quan hệ với đá
vây quanh ra sao.
Magma
biến chất

Trầm tích
Trầm tíc
h
phu
n
tr
o
Siêu biến chất
biến chất thấp

4

- Thành phần vật chất cuả đá: đá đó đợc tạo nên bằng gì.

- Cấu tạo và kiến trúc của đá: các phần tử hợp thành đá đợc sắp xếp
trong không gian nh thế nào, quan hệ giữa chúng ra sao.
4- Các phơng pháp thạch học nghiên cứu các đá:
Bao gồm 2 hệ phơng pháp:
a- Hệ phơng pháp ngoài trời:
- Khảo sát thực địa, quan sát dạng nằm, sự phân bố và quan hệ của các đá
về không gian và thời gian, đo vẽ các mặt cắt, bản đồ thạch học cấu trúc,
thạch-kiến tạo
- Thu thập các loại mẫu.
Ngoài thực địa nhà nghiên cứu có thể biết đợc dạng nằm của đá, cấu tạo
của đá cũng nh màu sắc, diện phân bố
b- Hệ phơng pháp trong phòng:
- Phân tích các loại mẫu: hóa silicat, quang phổ hấp phụ nguyên tử, thạch
học lát mỏng, microsond, plasma, hiển vi điện tử
- Sử lý các số liệu, đối sánh chuẩn hóa
- Vẽ chi tiết các mặt cắt, bản đồ

Một trong các phơng pháp nghiên cứu đá truyền thống đó là thạch học
lát mỏng, sử dụng kính hiển vi phân cực.
Dới kính hiển vi phân cực nhà nghiên cứu có thể xác định đợc kiến trúc
của đá, thành phần khoáng vật định lợng của đá, các quá trình biến đổi của
đá
Muốn nghiên cứu thạch học lát mỏng thì phải nắm đợc những kiến thức
về tính chất quang học của các tinh thể của các khoáng vật tạo đá thông qua
môn học Quang học tinh thể


Phần quang học tinh thể


Bi 1: Các khái niệm chung
1- ánh sáng thờng và ánh sáng phân cực:
a- ánh sáng tự nhiên:
- Các ánh sáng phát ra từ các nguồn sáng khác nhau nh mặt trời, đèn
điện, nến truyền đi tất cả mọi phơng mà phơng dao động của sóng ánh

5
sáng luôn vuông góc với phơng truyền. Trong quá trình truyền sóng sáng của
ánh sáng tự nhiên, phơng dao động của sóng sáng vuông góc với phơng
truyền và tia sáng xoay xung quanh phơng truyền với tốc độ cao mà tại mọi
thời điểm ngời ta thấy phơng dao động của sóng sáng trùng với đờng kính
của vòng tròn vuông góc với phơng truyền (hình vẽ). Đó là ánh sáng thờng
và ta có thể nhận biết chúng bằng mắt thờng.


S

b- ánh sáng phân cực:
- Có một loại ánh sáng mà phơng dao động của của nó chỉ là 1 phơng
duy nhất, mặt phẳng dao động cố định. Đó là ánh sáng phân cực. Ta chỉ có thể
nhận biết đợc ánh sáng phân cực nhờ 1 dụng cụ quang học gọi là nicon.
Nicon sẽ biến ánh sáng tự nhiên thành ánh sáng phân cực. Ngoài ra có 1
số ánh sáng phản xạ là ánh sáng phân cực.


o s o s



2- Chiết suất. Hiện tợng phản xạ toàn phần.
a- Khái niệm chiết suất:
- Chiết suất là một đại lợng không thứ nguyên, đợc tính bằng tỷ số giữa
hai tốc độ của ánh sáng truyền trong hai môi trờng khác nhau.
- Chiết suất tuyệt đối: chiết suất của một chất (N
1
) là một đại lợng không
thứ nguyên, tính bằng tỷ số giữa tốc độ của ánh sáng truyền trong chân không
và tốc độ của ánh sáng truyền trong chất đó (V
1
).
1
0
1
V
V

N =

Vì V
0
là lớn nhất nên N
1
>>1.
Chiết suất của môi trờng càng cao thì ánh sáng truyền trong môi trờng
đó càng chậm.
- Chiết suất tơng đối: chiết suất giữa hai chất n
1
và n
2
là một đại lợng
không thứ nguyên tính bằng tỷ số giữa tốc độ của ánh sáng truyền trong môi
trờng chất n
2
với tốc độ của ánh sáng truyền trong môi trờng chất n
1
.

6
1
2
2
1
n
n
v
v

n ==

b- Hiện tợng phản xạ toàn phần:
Để đo chiết suất của một môi trờng ngời ta dựa vào công thức :
N
1
sin i = N
2
sin r
Khi một tia sáng truyền từ một môi trờng có chiết suất thấp n
1
sang môi
trờng có chiết suất cao hơn n
2
sẽ khúc xạ với góc khúc xạ r nhỏ hơn góc tới i.
Ta có sin r=
i
n
n
sin
2
1

Khi góc tới i lớn dần tới 90
0
thì góc khúc xạ r lớn dần đến góc tới hạn , ta
có
sin =
0
2

1
90sin
n
n
=
2
1
n
n

Ngợc lại một tia sáng truyền từ môi trờng có chiết suất cao n
2
sang môi
trờng có chiết suất thấp n
1
sẽ có góc tới nhỏ hơn góc khúc xạ. Khi góc tới lớn
dần tới giá trị tới hạn , góc khúc xạ lớn dần tới giá trị 90
0
. Nếu góc tới lớn hơn
, tia sáng không qua đợc môi trờng có chiết suất thấp mà phản xạ toàn
phần.
Nh vậy điều kiện để có phản xạ toàn phần là: ánh sáng truyền từ môi
trờng có chiết suất tuyệt đối lớn hơn n
1
sang môi trờng có chiết suất tuyệt đối
nhỏ hơn n
2
(n
1
>n

2
) và góc tới lớn hơn góc tới hạn (i> ).
Dựa vào hiện tợng phản xạ toàn phần ngời ta đã chế tạo ra khúc xạ kế
để đo chiết suất của 1 môi trờng.

3- Hiện tợng khúc xạ kép trong tinh thể. Mặt chiết suất.
a- Hiện tợng khúc xạ kép trong tinh thể:
+ Trong những môi trờng vô định hình và những tinh thể hệ lập phơng,
ánh sáng tự nhiên truyền vào có tốc độ không đổi theo mọi phơng, khi ra khỏi
tinh thể chúng vẫn đi thẳng. Chúng chỉ có 1 đại lợng chiết suất và đợc gọi là
những chất đẳng hớng quang học. Và tinh thể hạng cao có vô số trục quang.





+ Một tia sáng AB truyền vào một tinh thể hạng vừa hoặc hạng thấp
thờng tách thành 2 tia khúc xạ BC và CD. Hai tia này truyền trong tinh thể

7
với hai tốc độ khác nhau, cả hai sóng ứng với hai tia này đều phân cực và có
phơng dao động vuông góc với nhau (đồng thời vuông góc với phơng truyền
sóng). Nh vậy theo mỗi phơng truyền cho trớc tinh thể có 2 đại lợng chiết
suất.
+ Đối với tinh thể hạng vừa, ánh sáng tự nhiên chiếu vào tinh thể khi đi ra
khỏi tinh thể sẽ tách thành 2 tia: tia thờng S
o
đi thẳng và tia bất thờng S
e
đi

lệch. S
o
và S
e
có phơng dao động vuông góc với nhau. Tinh thể hạng vừa có 1
phơng mà ánh sáng chiếu vào sẽ không bị phân cực, ta gọi đó là tinh thể 1
trục quang.







+ Đối với tinh thể hạng thấp, ánh sáng tự nhiên khi ra khỏi tinh thể bị
tách làm 2 tia phân cực và đều đi lệch. Tinh thể hạng thấp có 2 phơng mà ánh
sáng chiếu vào không bị phân cực, ta gọi đó là tinh thể 2 trục quang.







b- Mặt chiết suất: đợc đa ra dới dạng mô hình: nếu từ 1 điểm O trong
tinh thể, trên mỗi phơng truyền sóng khác nhau ta đặt một vectơ có độ dài
ứng với giá trị chiết suất đo đợc theo phơng đó rồi nối tất cả các đầu mút của
các vectơ đó ta đợc mặt chiết suất của tinh thể.
Mặt chiết suất của môi trờng đẳng hớng là một hình cầu.
Mặt chiết suất của môi trờng dị hớng là một mặt kép có 2 vỏ lồng vào

nhau.

4- Mặt quang suất:
Khi thực hành để tiện lợi ngời ta dùng một mô hình khác có tên gọi là
mặt quang suất để thay thế cho mặt chiết suất vì hình dạng của mặt quang suất
đơn giản hơn, ứng với một phơng truyền cho trớc ta có thể suy đợc chiết
suất và phơng dao động của hai sóng.
S
0

S
e

8
Trong một môi trờng tinh thể hạng vừa và hạng thấp, theo mỗi phơng
truyền có hai sóng sáng. Phơng dao động của chúng vuông góc với nhau và
cùng vuông góc với phơng truyền.
Tại một điểm O trong tinh thể, theo phơng OM có hai sóng truyền đi
ứng với hai chiết suất n
1
và n
2
. Qua O ta có thể vạch các đoạn thẳng A
1
A
1
và
A
2
A

2
biểu diễn phơng dao động của 2 sóng, đồng thời có OA
1
=n
1
, OA
2
=n
2
.
Tơng tự ta có các điểm có tính chất tơng tự A
1
, A
2
Nối tất cả các điểm trên
ta đợc một mặt cầu, mặt elipxoit tròn xoay hoặc elipxoit ba trục và đợc gọi là
mặt quang suất. Qua điểm O ta vạch một mặt phẳng thẳng góc với phơng
truyền, mặt này sẽ cắt mặt quang suất theo một hình elip. Phơng và độ dài
của hai bán trục của tiết diện elip chính là phơng dao động và chiết suất của
hai sóng truyền theo phơng cho trớc.
Ngời ta sử dụng giá trị tuyệt đối hiệu số giữa hai đại lợng chiết suất của
tinh thể và gọi là lỡng chiết suất. Đại lợng lỡng chiết suất lớn nhất gọi là
lỡng chiết suất chính của tinh thể.


a- Mặt quang suất của tinh thể một trục quang:
Đối với tinh thể một trục, phơng dao động của sóng bất thờng nằm
trong mặt phẳng tạo bởi trục quang và phơng truyền.
Mặt quang suất của những tinh thể một trục (sáu phơng, bốn phơng và
ba phơng) có dạng elipxoit tròn xoay có trục xoay trùng với trục quang của

tinh thể và trùng với phơng dao động của sóng bất thờng N
e
. Phơng dao
động N
e
bao giờ cũng dao động trong mặt phẳng chứa trục quang và phơng
truyền. Tiết diện vuông góc với trục quang là một hình tròn có bán kính không
đổi, đợc gọi là tiết diện chính. Các tiết diện khác không vuông góc với trục
quang sẽ có hai bán trục tơng ứng với n
0
' và n
e
'
.


Mặt quang suất của tinh thể 1 trục:
N
g
N
e
N
p
N
e




N

p
=const=N
o
N
g=const





Tinh thể quang dơng Tinh thể quang âm


9
Để xác định phơng dao động và giá trị chiết suất ứng với phơng truyền
sáng bất kỳ ngời ta vẽ 1 mặt phẳng vuông góc với phơng truyền tại tâm của
mặt quang suất. Mặt phẳng này sẽ cắt mặt quang suất theo 1 hình elip. Độ dài
2 bán trục elip này chính là giá trị chiết suất n
0
' và n
e
'. Phơng của hai bán
trục là phơng dao động của hai sóng lỡng chiết.

b- Mặt quang suất của tinh thể 2 trục quang:
Đối với tinh thể hai trục, phơng dao động của hai sóng nằm trong hai
mặt phân giác của nhị diện tạo bởi hai trục quang và phơng truyền với đỉnh là
phơng truyền.
- Mặt quang suất của những tinh thể hai trục (thoi, một xiên, ba xiên) có
dạng elipxoit ba trục.

Ngời ta dùng các ký hiệu N
g
, N
p
, N
m
để chỉ trục dài, trục ngắn và trục
trung bình của mặt quang suất, tơng ứng có các giá trị chiết suất n
g
, n
p
, n
m
.



Mặt quang suất của tinh thể 2 trục:
N
g
N
g

Tinh thể quang dơng Tinh thể quang âm


Mặt trục quang là mặt phẳng chứa N
g
và N
p
. Tiết diện cắt qua tâm O của
mặt quang suất và vuông góc với 2 trục quang là 1 hình tròn. Góc tạo bởi 2
trục quang là góc 2V.
Để xác định phơng dao động của sóng sáng và độ lớn của giá trị chiết
suất ứng với một phơng truyền bất kỳ, ta cắt mặt quang suất bằng một mặt
phẳng qua tâm O và vuông góc với phơng truyền, ta đợc 1 hình elip có hai

10
bán trục N
g
' và N
p
'. Phơng của hai bán trục là phơng dao động của sóng
sáng, độ lớn của hai bán trục là giá trị chiết suất.

Bi 2: Cấu tạo của kính hiển vi phân cực

Bi 3: Nicon v hệ thống hai nicon

1- Nicon:
Nicon là một dụng cụ quang học chuyển ánh sáng tự nhiên thành ánh
sáng phân cực.
Nicon đợc làm bằng tấm canxit trong suốt ca ra làm đôi theo trục ngắn
rồi lại đợc gắn lại bằng lớp nhựa Canada có chiết suất n
n
=1,537. Khi ánh sáng
tự nhiên chiếu vào tinh thể canxit thì sẽ xuất hiện 2 sóng sáng. Ngời ta bố trí
cho tia thờng khi tiếp xúc với ranh giới lớp nhựa có góc tới lớn hơn góc giới
hạn nên xảy ra phản xạ toàn phần, tia sáng không đi qua đợc lớp nhựa mà sẽ
bị hấp thụ sau khi phản xạ toàn phần ở rìa của nicon bởi lớp nhựa màu đen.
Còn tia bất thờng có chiết suất n=1,516 truyền tới lớp nhựa canada có
n
n
=1,537

lớn hơn nên tia sáng này xuyên qua môi trờng nhựa và đi thẳng ra
ngoài. Đây là tia sáng phân cực.
Ngày nay thờng sử dụng những bản polaroit làm bằng xenluloit trong
suốt, trên mặt phủ những tinh thể hình kim trong suốt có tính chất nh tinh
thể canxit.

Trong kính hiển vi có hai nicon: nicon phân cực và nicon phân tích. Tinh
thể của 1 khoáng vật dới kính hiển vi đợc nghiên cứu các tính chất quang
học ở các vị trí sau: vị trí chỉ có 1 nicon phân cực, vị trí 2 nicon vuông góc dùng
ánh sáng song song và vị trí 2 nicon vuông góc dùng ánh sáng hình nón.

11
Khi nghiên cứu các tính chất quang học của tinh thể, yêu cầu: phơng dao
động của nicon phân cực (PP) ở vị trí thẳng đứng, phơng dao động của nicon
phân tích (AA) ở vị trí nằm ngang. Có nh vậy thì các tính chất quang học của
tinh thể mới thể hiện đầy đủ và ta có thể phân biệt đợc các khoáng vật.

2- Hệ thống hai nicon:
- Nếu ta đặt 2 nicon có phơng dao động song song với nhau thì biên độ
của sóng khi đi qua nicon thứ nhất bằng biên độ sóng khi đi qua nicon thứ hai.
- Nếu ta đặt nicon thứ 2 sao cho phơng dao động của nó lệch với phơng
dao động của nicon thứ nhất một góc thì biên độ của sóng sáng khi đi qua
nicon thứ 2 yếu dần với giá trị a'=a.cos (a-biên độ sóng ban đầu; -góc lệch
giữa phơng dao động của 2 nicon).
- Nếu ta đặt 2 nicon vuông góc với nhau thì ánh sáng qua nicon thứ nhất
gặp nicon thứ 2 sẽ hoàn toàn bị chặn lại (a'=0) và thị trờng tối đen.

3- Sự truyền sáng qua hệ thống nicon-lát cắt tinh thể-nicon:
Ta có một lát cắt tinh thể đặt giữa hệ thống hai nicon. Theo phơng
truyền thẳng góc với lát cắt này sẽ có 2 sóng truyền đi ứng hai chiết suất n
g
' và
n
p
'. Phơng dao động của 2 sóng nằm theo hai bán trục của tiết diện elip của
mặt quang suất bị cắt bởi lát cắt.

Sóng phân cực ra khỏi nicon PP có
biên độ OB=a. Lát cắt tinh thể lại phân
nó thành hai sóng dao động theo n
g
' và n
p
'
với biên độ OD=acos và OC=asin. Vì
ứng với hai tốc độ khác nhau 1/n
g
' và 1/n
p
'
nên khi chúng ra khỏi lát cắt đã chênh
nhau một hiệu số pha. Khi truyền tới
nicon AA, AA làm với n
g
' một góc , hai
dao động OC và OD lại phân tích thành
OE và OF phân bố trong mặt AA còn EC
và FD phân bố trong mặt phẳng vuông
góc với AA. Hai sóng EC và FD không đi
qua đợc nicon phân tích AA, còn lại OE
và OF có biên độ bằng C.sin và OD.cos
cùng nằm trong mặt phẳng AA, tổng hợp
thành một dao động mới có biên độ và
pha mới. Biên độ A của dao động tổng

12
hợp theo các biên độ a

1
và a
2
của dao
động thành phần

có dạng:
A
2
=a
1
2
+a
2
2
+2a
1
a
2
cos (1)
Trong đó: a
1
= asin.sin
a
2
=a.cos.cos
- hiệu số pha của hai dao động thành phần a
1
và a
2

Từ biểu thức này ngời ta đã tính đợc hiệu số đờng đi giữa hai sóng:
R=(n
g
'-n
p
').d (2)

Và khi đặt hai nicon vuông góc với nhau, tức là = thì ta có:
A
2
=a
2
.sin
2
2.sin
2
R


(3)

Ta xét các trờng hợp dao động tổng hợp có biên độ cực tiểu và cực đại
khi hai nicon vuông góc:
a- ánh sáng hoàn toàn tắt qua hai nicon vuông góc khi A=0 (cực tiểu), tức
là khi:
+ sin
2
2=0
2

=
k

, xảy ra khi phơng dao động của nicon và tinh thể
trùng nhau. Nh vậy khi xoay tinh thể 360
0
trên bàn kính thì sẽ có 4 lần
phơng dao động của tinh thể trùng với phơng dao động của nicon, và tinh
thể có 4 lần tắt.
+ sin
2
R


=0 R=k, đó là trờng hợp hiệu số đờng đi của hai sóng khi
ra khỏi tinh thể vừa bằng số nguyên lần bớc sóng đợc dùng.
+ R=0: n
g
'-n
p
'=0, lát cắt luôn tối đen khi qua hai nicon vuông góc, trờng
hợp của lát cắt vuông góc với trục quang hoặc tinh thể đẳng hớng.
b- ánh sáng sẽ sáng nhất khi A cực đại, nghĩa là:
+ sin
2
2=1 =45
0
, lát cắt sẽ sáng nhất khi phơng dao động của nó làm
với phơng dao động của hai nicon vuông góc 1 góc 45

0
. Khi xoay 360
0
lát cắt
có 4 lần sáng nhất.
+ sin
2
R


=1 R=(2k+1)
2

, lát cắt sáng nhất trong trờng hợp hiệu số
đờng đi bằng một số lẻ lần nửa bớc sóng ánh sáng đợc dùng.


Bi 4: Quan sát tinh thể dới 1 nicon


13
1- Hình dạng, kích thớc của tinh thể:
Các khoáng vật tạo đá đợc hình thành không phải trong điều kiện lý
tởng mà có nhiều yếu tố tác động, vì vậy không đạt đợc những hình dạng lý
tởng. Khi nghiên cứu các tinh thể khoáng vật tạo đá dới kính hiển vi phân
cực là nghiên cứu các lát cắt của tinh thể đó, các lát cắt theo nhiều vị trí khác
nhau của tinh thể, ta gặp các hình dạng tinh thể sau:
- Dạng hạt tròn, đẳng thớc.
- Dạng tấm, dạng lăng trụ, dạng kim, que
- Dạng hạt tha hình.

- Dạng ẩn tinh, vi tinh
Kích thớc các hạt khoáng vật thay đổi, có thể đo đợc dới kính.
2- Tính cát khai (tính dễ tách) của tinh thể. Cách đo góc cát khai.
Dới kính hiển vi có thể quan sát đợc tính cát khai của khoáng vật. Có
các mức độ cát khai sau:
- Cát khai rất hoàn toàn: các khe cát khai mảnh, kéo dài suốt lát cắt tinh
thể (mica, felspat )
- Cát khai hoàn toàn: khe cát khai thô (pyroxen, amphibol )
- Cát khai không hoàn toàn: khe cát khai đứt đoạn (turmalin )
- Không cát khai: không có khe cát khai (olivin, thạch anh )
Nếu lát cắt chỉ có 1 hệ thống khe cát khai thì gọi là cát khai 1 hệ thống,
nếu có hai hệ thống khe cát khai thì gọi là cát khai 2 hệ thống và ta phải đo góc
giữa hai hệ thống cát khai đó.
Cách đo:
Chọn lát cắt có hai hệ thống cát khai, cả hai hệ thống cát khai đều thanh
nét, không nhòe khi nâng hay hạ ống kính. Đa lát cắt vào tâm thị trờng sao
cho \ một hệ thống cát khai về vị trí thẳng đứng trùng với dây dọc của chữ
thập, đọc giá trị trên bàn độ (a), sau đó xoay bàn kính đa hệ thống thứ hai về
trùng với dây dọc của chữ thập, đọc giá trị (b). Góc giữa hai hệ thống cát khai
=
ba .
3- Màu riêng của tinh thể. Tính đa sắc.
ánh sáng khi chiếu vào một vật bất kỳ không nhiều thì ít bị hấp thụ một
phần, do đó khi qua vật ánh sáng trở nên yếu đi. Nếu vật làm yếu đồng đều tất
cả những tia đơn sắc, khi đó vật không có màu riêng, nếu vật hấp thụ những tia
đơn sắc không đồng đều vật trở thành có màu riêng. Độ đậm nhạt của màu
phụ thuộc khả năng hấp thụ của vật và chiều dày của vật.
Dới kính hiển vi, vì lát cắt khoáng vật có chiều dày nhỏ (0,03mm) do đó
nhiều khoáng vật gần nh không màu hoặc màu rất nhạt (phớt hồng, phớt

14
lục ), chỉ có một số ít khoáng vật có khả năng hấp thụ mạnh nên thể hiện rất
rõ màu riêng của nó, ví dụ biotit, horblen
Sự hấp thụ của mỗi khoáng vật dị hớng cũng thay đổi tùy theo vị trí
phơng dao động của ánh sáng phân cực chiếu tới lát mỏng đối với các trục N
g
,
N
p
, N
m
. Do vậy màu riêng của các khoáng vật dới 1 nicon sẽ thay đổi khi ta
xoay bàn kính. Đó là hiện tợng đa sắc của tinh thể.
Cách xác định công thức đa sắc:
Dùng lát cắt biotit để xác định công thức đa sắc. Lát cắt biotit có phơng
dao động N
g
trùng với phơng của khe cát khai, phơng N
p
vuông góc với N
g
.
Đa phơng cát khai (N
g
) của lát cắt biotit về vị trí thẳng đứng ta quan sát
đợc màu của lát cắt theo N
g
-màu nâu sẫm, xoay bàn kính sao cho phơng cát
khai về vị trí nằm ngang, lúc này phơng N
p

của lát cắt ở vị trí thẳng đứng,
quan sát ta đợc màu của lát cắt theo N
p
-màu vàng rơm.
Công thức đa sắc của biotit N
g
(nâu sẫm) > N
p
(vàng nhạt).

4- So sánh chiết suất của 2 vật cạnh nhau


Bi 5: Quan sát tinh thể dới 2 nicon vuông góc,
ánh sáng song song.
1- Màu giao thoa của khoáng vật:
Một lát cắt tinh thể, theo phơng truyền thẳng góc với lát cắt này ta sẽ có
hai sóng truyền đi ứng với hai chiết suất n
g
' và n
p
'. Vì tốc độ của chúng khác
nhau nên khi qua khỏi tinh thể hai sóng này đã chênh nhau một hiệu số pha.
Hiệu số pha đợc tính bằng công thức: R= (n
g
'-n
p
').d
Ngời ta đã tính toán đợc rằng:
+ ánh sáng hoàn toàn tắt qua hai nicon vuông góc khi :

- Phơng dao động của nicon và của tinh thể trùng nhau.
- R=k (hiệu số đờng đi bằng số nguyên lần bớc sóng đợc dùng)
- R=0 (trờng hợp của những vật đẳng hớng quang học)
+ ánh sáng sẽ sáng nhất khi:
- Phơng dao động của lát cắt làm với phơng dao động hai nicon vuông
góc một góc 45
0
.
- R=(2k+1)
2

, nghĩa là ánh sáng sẽ sáng nhất trong trờng hợp hiệu số
đờng đi bằng một số lẻ lần bớc sóng ánh sáng đợc dùng.

15
Với một lát cắt tinh thể, ứng với phơng truyền thẳng góc với nó, hiệu số
đờng đi là một đại lợng R xác định. Nếu dùng ánh sáng trắng, vị trí hai
nicon vuông góc, điều kiện ánh sáng tắt khi R=k không thể có vì trong ánh
sáng trắng có rất nhiều ánh sáng đơn sắc có bớc sóng khác nhau, vì vậy có
những bớc sóng bị mất đi vì thoả mãn R=k, nhng lại có những bớc sóng
đợc tăng cờng vì thoả mãn điều kiện R=(2k+1)
2

. Do vậy lát cắt trở thành có
màu và gọi là màu giao thoa.
Hiện tợng xuất hiện màu thay thế cho ánh sáng trắng do giao thoa gọi là
hiện tợng phân cực hiện sắc.
Có thể quan sát màu giao thoa ứng với những hiệu số đờng đi khác nhau
từ 0m đến 2000m trên nêm thạch anh. Nêm thạch anh là 1 bản thạch anh
hình chữ nhật vát nhọn theo chiều dài, có (n

g
-n
p
) không đổi, chỉ có d thay đổi.
ứng với R từ 0 tăng dần sẽ thấy lần lợt: tối đen, xám trắng, vàng, da cam, đỏ,
tím, xanh, vàng, lục, vàng, da cam, đỏ Hiệu số đờng đi càng lớn sắc thái của
màu càng nhạt, cuối cùng xuất hiện màu trắng bậc cao vì tất cả các sóng cùng
tổng hợp với nhau và cho ta ấn tợng về ánh sáng trắng. Để nhận định chính
xác màu sắc ta chia chúng thành những bậc, mỗi bậc tận cùng bằng màu đỏ,
các màu đỏ này khác nhau về sắc thái.
Trong thực hành chúng ta sử dụng bảng màu lỡng chiết suất của Misen
Levi (Pháp, 1888).

2- Nguyên lý bù màu. Cách xác định phơng dao động của lát cắt.
Đặt hai bản tinh thể lên nhau sao cho những phơng dao động của chúng
song song với nhau. Có hai trờng hợp có thể xảy ra:
- Các phơng dao động song song cùng tên: N
g1
'//N
g2
' và N
p1
'//N
p2
'
Ta có:R

=R
1
+R

2
, và nh vậy màu giao thoa tổng hợp đợc tăng cờng.
- Các phơng dao động song song ngợc tên: N
g1
'//N
p2
' và N
p1
'//N
g2
'
Ta có:R

=R
1
-R
2
, và nh vậy màu giao thoa tổng hợp giảm.
Trong kính hiển vi ngời ta chế tạo ra một số loại bản bù màu sử dụng
nguyên lý bù màu nêu trên: nêm thạch anh, bản thạch cao hay bản đỏ bậc 1,
bản mica hay bản 1/4.
Cách xác định phơng dao động của lát cắt bằng nêm thạch anh:
- Chọn lát cắt có màu giao thoa sáng rõ.
- Đa lát cắt về vị trí 45
0
. Đa nêm thạch anh từ từ vào, quan sát màu giao
thoa tổng hợp. Nếu màu giao thoa tổng hợp tăng thì ta có phơng dao động của
lát cắt trùng với phơng dao động của nêm. Ngợc lại, màu giao thoa tổng hợp

16

giảm thì phơng dao động của lát cắt song song ngợc tên với phơng dao động
của nêm.
3- Dấu kéo dài. Góc tắt.
a/ Dấu kéo dài:
Đối với những tinh thể có dạng kéo dài (tinh thể dạng tấm, dạng trụ, dạng
que ), ngời ta quy ớc tinh thể có dấu kéo dài dơng nếu phơng kéo dài của
tinh thể trùng hoặc ngả về N
g
nhiều hơn, tinh thể kéo dài âm nếu phơng kéo
dài của tinh thể trùng hoặc ngả về N
p
. Nếu phơng kéo dài của tinh thể trùng
với trục N
m
thì dấu kéo dài không xác định.
b/ Góc tắt:
Góc tắt là góc tạo bởi một trục nào đó của mặt quang suất với một phơng
đặc trng nào đó của tinh thể, có thể là một trục tọa độ, một cạnh, một phơng
cát khai chính Nh vậy, một tinh thể có khá nhiều trị số góc tắt, vì vậy khi
xác định góc tắt của tinh thể phải nói rõ tạo bởi trục nào của mặt quang suất
với phơng nào đặc trng của tinh thể, ví dụ: pyroxen có góc tắt C

N
g
=48
0

Dới kính hiển vi thờng đo góc tắt của các lát cắt tạo bởi phơng dao
động N
g

' hoặc N
p
' với phơng cát khai hoặc một cạnh rõ nét của tinh thể.
Có 3 kiểu tắt khác nhau:
- Tắt đứng: khi phơng dao động của lát cắt trùng với phơng cát khai
hoặc một cạnh rõ nét của tinh thể.
- Tắt xiên: khi hai phơng trên làm với nhau một góc khác 0.
- Tắt đối xứng: khi có hai hệ thống cát khai hoặc hai cạnh bên phân bố
đối xứng đối với phơng dao động của lát cắt.