岩石矿物热红外光谱特性与光谱解混实验研究

摘要

热红外发射光谱可探测不含水造岩矿物的Si-O键振动特征，是对可见-近红外遥感技术有效的补充。但精确观测发射率光谱，并从中提取矿物含量信息是热红外定量遥感中的重要问题。本文在总结了影响光谱因素和发射光谱线性解混方法的研究基础上，针对影响光谱的粒度因素和常见岩石发射光谱线性解混效果对比，开展了以多类型岩石、矿物的块状集合体和不同粒径的颗粒样品为研究对象，从发射光谱分类和特征分析、光谱同粒度关系分析和发射光谱线性解混和矿物含量反演三个方面对热红外波段岩石矿物光谱机理及含量反演进行了研究，结果表明:
　　主要造岩矿物在热红外波段（7～14μm）谱形差异明显，识别特征突出，可有效区分硅酸盐（包括不含水造岩矿物）、硫酸盐、碳酸盐、磷酸盐、氧化物、氢氧化物等矿物，遥感岩矿识别的能力和精度得到全面提高。
　　岩石和矿物光谱都随着粒度增大（粒径15mm以下），光谱对比度增强，且颗粒减小到一定程度时(0.04～0.07mm)，光谱形态也发生变化。其原因可归纳为体散射和孔穴效应。体散射和孔穴效应都降低余辉带(RF)的光谱对比度，但孔穴效应使发射率在全波段都增大，而体散射只在余辉带增大发射率，而在一些波段（TF波段）减小发射率。
　　通过对不同类型的矿物端元对岩石光谱的线性解混研究，表明在热红外（7～14μm）区间，室外和实验室实测的岩石和矿物颗粒混合发射光谱严格符合线性加和规律，常温块体端元对岩石的解混效果最优，含量误差小于2％，均方根误差10-3。所以，室外常温条件下即可利用线性解混技术对岩石进行光谱解混和矿物含量反演，大幅度提升了光谱线性解混的准确度和实用性。
　　研究结果为矿物识别、光谱随粒度变化规律和光谱线性解混理论的应用提供了一定的实验理论依据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题依据与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内外热红外光谱库建设情况

1．2．2 矿物、岩石发射光谱特性研究

1．2．3 应用研究

1．2．4 研究现状总结

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第2章 实验测试方案设计

2．1 热红外发射光谱观测技术背景

2．2 测试仪器与技术支持

2．2．1 红外光谱辐射计观测原理

2．2．2 红外光谱观测中的辐射来源及其影响

2．2．3 发射光谱的温度和发射率分离算法

2．3 测试方案

第3章 矿物光谱特征测试及其与粒度关系

3．1 矿物红外光谱机理简介

3．2 实测矿物红外光谱谱形与识别特征分析

3．2．1 矿物光谱谱形分类

3．2．2 矿物发射光谱实测与特征分析

3．3 发射光谱与粒径关系分析

3．3．1 发射光谱随粒径变化的实验分析

3．3．2 光谱随粒度变化规律分析与总结

第4章 发射光谱解混及矿物定量反演

4．1 发射光谱的线性解混理论及技术体系

4．2 颗粒矿物混合光谱与解混试验研究

4．3 块状岩石光谱解混与矿物定量反演

4．4 光谱解混效果的影响因素分析

4．4．1 光谱测量误差对光谱解混的影响

4．4．2 数据获取过程的测量误差对解混结果的影响

第5章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 问题与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文及科学研究经历