Question

矿物发射光谱特征

Answer 1

发射率光谱是表征物体向周围环境辐射能力的物理量，矿物岩石发射率光谱与其成分及结构有关，是矿物晶格中原子基团各种振动的反映，热红外波段发射率光谱特征与晶格中原子基团的基频振动有关。

前述的可见光与近红外区反映的是矿物的反射光谱特征，在此区间的矿物光谱主要表现为过渡元素 ( 如 Fe，Mn，Cu，Ni，Cr) 的电子过程，而一些造岩矿物，如硅酸盐、碳酸盐、氧化物、磷酸盐、硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、氢氧根等矿物在该波段都没有明显的光谱特征。热红外遥感正好弥补这一缺陷，它能很好地探测 Si_nO_k，SO₄，CO₃，PO₄等原子基团基频振动及其微小变化，从而很容易区分识别硅酸盐、硫酸盐、碳酸盐、磷酸盐、氧化物、氢氧化物等矿物。

图 7-6 为矿物大类代表性的光谱曲线，由图可知，各矿物大类的光谱差异较大，容易区分识别。如碳酸盐在 6. 7 μm 表现出特征性吸收，但是此特性位于大气窗口 ( 8 ～14 μm) 之外，因此它不能被遥感使用; 相反在 11. 3 μm 处的弱吸收特征有可能被探测到。硫酸盐类在8. 7 μm 和16 μm 处有明显的吸收特征; 硅酸盐类在8. 3 ～12 μm，16. 7 ～25 μm，磷酸盐类在 8. 7 ～ 10 μm，有明显的吸收波段区间; 卤化物类在 6. 7 ～ 8. 7 μm，氧化物类在 12. 5 ～25 μm 均有宽缓的吸收特征。

图 7-6 矿物大类发射率光谱曲线

值得注意的是，在众多具有发射光谱特征的矿物中，SiO₂是地壳的主要成分，其含量是地质体分类及分析其成因演化的重要化学参量，因此在遥感地质应用中，人们一直努力寻找光谱特征与矿物岩石 SiO₂含量的相关关系，并以此作为 SiO₂含量遥感定量反演的依据。Si—O 键在可见光、反射红外波段 ( 0. 4 ～ 2. 5 μm) 没有光谱特征，而在热红外大气窗口 ( 8 ～12 μm) 有强烈的基频振动。研究表明，岩石矿物 SiO₂含量与发射光谱有一定对应关系。Lyon ( 1965) 研究了 25 个岩浆岩样品 ( 从酸性至超基性)的发射光谱吸收特征位置及其与 SiO₂含量的关系，发现随着 SiO₂含量增加，发射光谱吸收特征会向短波方向偏移 ( 图 7-7) 。例如，酸性花岗岩在 8. 8 μm 处，中性安山岩在9. 6 μm 处，基性玄武岩在 10. 4 μm 处，超基性纯橄岩在 10. 7 μm 处，随着 SiO₂含量的减少，最小发射率值对应的波长将随之增大，因此可以利用热红外遥感进行岩浆岩的解译。