Question

物理模型研究

Answer 1

岩石矿物物化属性与光谱特征相关性分析是建立在统计分析的基础上，岩矿光谱反射物理模型研究是进一步从物理原理入手、从本质上理解认识岩矿光谱的物理机制与物理过程，建立光谱数学物理模型，识别并定量提取岩矿信息。Mustard等（1989）利用光度相函数（Photometric phase function），根据岩矿光谱特征，以Hapke（1981）双向反射模型量化紧致混合物（非线性）组成的单矿物质量丰度。在该模型中引入经验散射方程，定量分析橄榄石、顽火辉石和钙长石三元混合组分的质量百分比，其误差为7%。在此基础上，进一步在0.5～1.6μm光谱区间和17种不同的几何视场下，测量了不同粒度（45～75μm 之间）的橄榄石、顽火辉石、钙长石、磁铁矿、赤铁矿、90%橄榄石 +10%磁铁矿以及25%橄榄石+75%磁铁矿的光谱，验证并分析利用经验散射方程取代物质实际表面微粒散射行为，尤其是光度参数（单散射反照率、单微粒相函数）的可行性。研究后认为，对表面散射特征的特征化以及对特征理解的深度将在很大程度上影响物质组成丰度的估计精度。由于该模型需要进行一系列的双向反射测量以求出混合各组成的光度相函数，尤其是难以独立地测量与颗粒大小和相函数（Phase function）相对应的光谱，因而直接在遥感应用中的可能性不大。针对其缺陷John-son等（1992）做了简化，把直接测量的多组分混合物在不同表面颗粒大小、不同明度以及不同几何视场下的反射光谱导入以端元丰度、颗粒大小、明度或几何视场作为参数的光谱模型，进行定量化信息提取。该模型采用的是直接测量混合物而不是单矿物的物化参数与光谱，以最少的必要输入提取更有用的结果，从而有可能更容易地应用于遥感信息处理中。Lucey（1998）通过对橄榄石、低钙斜方辉石和高钙单斜辉石折射的复指数虚部与光谱特征关系研究，认为镁铁质矿物近红外区的反射或吸收光谱特征可主要由反射复指数虚部加以描述。以上述粉末样品在0.4～2.5μm光谱区的波谱特征作为Hapke辐射传输理论模型的参数，求解橄榄石、低钙斜方辉石和高钙单斜辉石在短波红外区铁含量模型光学常数（model optical constants），量化铁的含量。Sunshine等（1990，1993，1994，1998）以及Cloutis（1996）为避免Hapke辐射传输理论过多对光学环境的依赖，从矿物晶体场理论出发，认为引起电子跃迁的随机变量并不是吸收能量而是平均键长，从而利用晶体场理论把平均键长的高斯分布映射成吸收能量的一种高斯分布，即建立高斯模型，成功地对不同比例的辉石族矿物混合物以及橄榄石族矿物混合物进行光谱分解，并与已知矿物成分光谱对照分析确定测试矿物种类以及在混合物中的成分比值。Mustard（1992）利用改进的高斯模型，并结合Fe²⁺，Fe³⁺和Mg所处的不同晶体位置，研究透闪石-阳起石-铁透闪石系列的高斯分解光谱，定量化类质同象中Fe：Mg以及Fe：（Mg+Fe）的比例。虽然这里的物理模型是在与遥感探测不同的环境下获得的，在遥感应用实践中直接应用还比较困难，但有助于深入理解岩矿光谱的物理机制和物理过程，对遥感的定量化发展有重要的指导作用。