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岩石光谱特征分析

岩石光谱基本特征

地表岩石的物理化学组成千差万别,光谱特征也相当复杂。一般可将地表岩石概括为三大类:沉积岩、火山岩和变质岩。几种典型的地表岩石反射光谱特征如下图所示。地表岩石光谱本质上是矿物的混合光谱,其光谱特征受成分、结构、构造和表面状态等因素的影响。因此,通过地表矿物光谱反射曲线识别矿物,能够达到判定岩石类型的目的。

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地表三种岩石类型及光谱曲线

岩石矿物的光谱特征主要由组成成分、物质内部晶体结构和物理化学特性所决定,化学成分的不同在光谱反射曲线上会有明显的反映。岩石的反射波谱主要由矿物成分、矿物含量、物质结构等决定,在地表岩石中普遍存在有明显吸收峰的主要包括羟基矿物(2.10~2.40μm)、结晶水矿物(1.40μm、2.40μm)、碳酸盐矿物(1.90μm、2.35μm、2.5μm)和铁矿(0.5μm、1.1μm)等。例如岩矿在3~5μm波段的光谱特性是由氧硅、氧铝等分子键的振动模式决定的。除物质组成外,环境、岩矿表面特性和物理风化等因素也会引起岩石反射光谱的变化,如反射率值大小的变化,谱带位置、宽度、吸收深度和形态的变化等。

高光谱遥感能提供的精细光谱特征对岩石分类和矿物填图具有巨大的潜力。但是对岩石和矿物的光谱分析具有很大的困难,主要表现在以下几个方面:

(1)    岩石的光谱表现非常复杂。其中最重要的原因是岩石光谱本质上是矿物的混合光谱,并受其结构、构造和表面形态等因素的很大影响,并且研究表明这些混合效应为非线性的(Hapke,1981)。这对高光谱图像的数据处理和岩矿信息提取带来了不便。从某种意义上说,关于高光谱地物遥感的算法模型层出不穷就是这一难点的反映。

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部分地层岩性单元影像特征及野外照片

          (2)尽管人们已经认识到吸收带的特征是最有效的诊断参数,但是事实上这些吸收带因受各种因素的影响而显得很复杂,吸收带的形状和极值位置都可能有很大的变化和漂移,要提取准确的参数和强度参数并不容易,Huguenin(1986)提出引起确定吸收带中心位置复杂度的原因很多,包括各组成吸收带的不同程度掩盖、背景影响、相位角效应、吸收带本身的变形、散射效应、测定时的定标错误、光谱分辨率和噪声等。

          (3)岩石的光谱受表面覆盖影响很大。 




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