蚀变矿物的近红外（1.3-2.4μm）光谱 ——在遥感中潜在的应用外文翻译资料

 2023-01-01 19:21:02

蚀变矿物的近红外（1.3-2.4mu;m）光谱

——在遥感中潜在的应用

原文作者：Graham R. Hunt[1]

摘要：矿物颗粒样品的反射光谱通常发生在热液蚀变岩，被记录的土壤显示了它们在1.3-2.4mu;m之间的近红外的自然光谱带的特点。在越限的相同波长段区域内，被记录的大气传输光谱表明一些发生强烈吸收的诊断矿物带地区的可用性。由仪器因素引起的所有这些光谱出现变化，比如低于适当的分辨率和反应时间。矿物光谱的特点是足够典型的被作为分析用途而使用，尤其是包含接近1.4微米的一些由于大气遮蔽而难以利用遥感技术获得的光谱。基于遥感的用途，在2.2纳米区域内的特征是着重作为特别珍贵的，因为它们是与蚀变矿物共用的，而且只允许从规定特征与2.4微米一样的非蚀变矿物分辨。探测具有独特特征的接近1.76微米的波段，只出现在明矾石和石膏，是可能穿过大气层，因此提供了诊断的潜力。矿物光谱特征的位置和形状在岩石的光谱中是保持不变的，而且强度的出现是由于特定的可访问性矿物岩石的相互辐射作用。以遥感为目的，似乎至少有两个0.1微米宽近红外透过2.2微米的区域，这将有必要明确地确定蚀变矿物的存在与否，明智的选择正确的透过位置，这可以提供更精细的分辨率。

引言

能够区分热水地改变和不变的应考虑实用价值的地质材料，尤其是在矿物探测和评估研究下。热液蚀变常表示由氧化铁和硫酸盐化矿物质，产生典型的鲜明特征贯穿在整个可见光和在近红外范围，作为电子过程的结果，其涉及了铁（Hunt 等，197la，b；Hunt，1977；Hunt和Ashley，1979）。以广泛使用由氧化铁组成的物质为核心目的，使用领域和卫星数据（如：Rowan 等，1974，1977；Goetz 等，1975；Raines 等，1978；Cone] 等，1978）即使陆地卫星带通滤波器，选择主要的作为农业遥感的目的，不是从地质材料中选择最优的可利用的内在信息。

除了在0.4到1.1微米范围内可利用的信息外，非常有用的信息存在与近红外范围内（即1.1到2.5微米），这是由于振动过程而引起的发生在一些由分子群组成的矿物和岩石。许多这些泛音和组合声调特点是用一般的方法就能被知道的；然而，几乎在文献中的所有的可用的光谱数据由于仪器参数限制，尤其是缺乏分辨率和能量限制而产生影响。它们被设计出来是为了服务数据。在探测器中需要快速进步是激光和计算机数据处理技术，需要能提供更精确和特定的光谱数据。改进的数据将导致更好的优化实验和仪器仪表以分析和遥感为目的。本文的目的是提供在近红外波段蚀变矿物和一些典型的大气传输的数据信息。

实验描述

一个矿物和岩石样品颗粒尺寸在74至250微米的反射光谱，它被贝克曼模型5270分光光度计安装双向反射附属装置所记录(Hunt和ROSS，1967)，该设计允许顶部表面的水平观察颗粒物。大气传输光谱非常的有限，记录太阳光通过一系列的镜子反射到分光光度计的样品束上的波长范围，平衡其强度在没有大气吸收的3200°K钨灯区域内，记录光谱，钨灯的光的散发是作为参考光束。实验的目的是定位和记录大气吸收的相对强度。

结果和讨论

光谱是记录电磁辐射与电磁波的相互作用的波长强度。典型地，它们包含光谱“特征”，线，带，或斜坡变化，它们的的位置，形状和强度值，从根本上是一种特殊的化学物质组成的结果，原子几何，和相。对于固体，光谱由反射、传输、发散，弹性和非弹性成分组成。光谱被记录在一个标准的特殊实验设计模式里，以最大限度地提高这些组件中的任何一个，同时最大限度地减少其他。因此，在相同的样品，不同的实验模型下，光谱被记录的外观可能有巨大的不同。例如，由一个特定的相互作用引起的特征可能会以一个最小值出现在一个实验模型中（如：传输装置）或者作为波长位移的最大值（如：排放）。除了化学成分的材料，物理条件提供了不同的边界条件，将影响光谱的外观。这是特别真实的固体样品，可能是准备或发生作为抛光表面，粗糙表面，或为不同尺寸分布的颗粒。环境参数，如温度、压力和方向也会影响光谱的外观。所有这些因素必须能够解释任何被保证的光谱。上面提到的因素，实验参数也影响了频谱的外观。对于一个给定的样本和环境条件，一个给定材料的光谱的外观是不变的。作为某个实验的最小条件，要求记录光谱，不管怎样，任何东西都可能导致记录的光谱信息质量降级，提高实验要求远远不止于这些最小条件，将不能提高或改变光谱的质量。在实验室里，那里相当大可以灵活的确定根源、样品、探测器和分辨率普遍存在的特征，通常很容易满足记录地质材料的固有的光谱特征的最低要求。这是因为大多数的功能是相当广泛的，特别是在红外波段。然而，这种灵活性通常在遥感领域是不可利用的，精力和时间的也许是限制收集数据的主要原因，使最佳效果降级。这些他们收集的数据满足他们特殊的目的往往是足够的，但为了充分有益的利用潜在可利用的信息，我们必须获得最高质量数据。

光谱质量

波长范围最尖锐特征的自然带宽(NBW)的知识是最重要的是在确定实验最小条件，要求记录本质的或真正的光谱。一个样品带的NBW被定义为中间带宽度的一半，在背景和峰值强度之间（最大值或最小值）被一个无限分辨率仪器记录。分辨率是光谱的一种度量细节，可以用一个仪器分离，对于传统的棱镜或光栅仪器，它是一个色散和狭缝宽度的函数。光谱带宽（SBW）可以定义为离差(nm/mm)和夹缝宽度(mm)的产物，在实践中，一个记录到的观察带宽(OBW)可能更广泛，但从来没有比NBW更窄的带宽。SBW越窄，OBW越接近与NBW，越接近仪器越能记录真实的波段形状和强度。不幸的是，狭窄的缝隙，较小的探测器（信号），能量下降，因此，较小的信号-噪声比。

图1在叶蜡石样本大小的反射光谱特征的外观变化，在74至250微米范围内作为一个函数的记录不同的频谱带宽。（a）记录使用氧化镁参考的光谱。(b）相同的光谱垂直位置的主要特征的最小反射率值匹配

在图1中，可说明SBW对OBW的影响，该图显示叶蜡石样品的双向反射光谱的出现的范围在74到250微米之间。左边的图(A)，显示出来的光谱被记录，在右边的图（B），光谱已经重新清晰的垂直定位，以至于他们在最少值时进行强度匹配。最广泛的SBW(20nm)，其频谱由一个单一的无噪音的宽广的最低限度组成。在10nm的SBW中，两个附属的条带（接近1.36和1.41mu;m）开始出现界限清楚的痕迹，在两个最狭窄（(1.25 和0.6 nm)的SBW上。关于这两种痕迹的噪音已经变得明显。随着SBW的降低，最主要的特点是OBW也降低，然而，SBW的降低少于0.6mu;m，结果大大增加了噪声，OBW没有明显下降。因此，它是假定这个特定的叶蜡石条带的OBW，这是在检测的样本中最窄处观察到的特征，仅略高于NBW。这些被记录的光谱是记录速率最慢的，它的速度是需要约26分钟扫描0.1mu;m，在这些实验中，当使用的SHW为0.6 nm（对应的狭缝宽度为0.26 nm）时，光谱变得有有点混乱。使用的反射附属物只允许大约百分之三的正常的能量就能到达检测器，其余的光束被分散的。

在1978年8月11日中午，一小部分光谱（0.02mu;m）记录在丹佛附近的大气传输的不同的SBW，如图2所示。垂直方向上的光谱已被垂直地转移。在粗糙的分辨率中显示（SBW = 1.6 nm），频谱由6个相当宽的频带组成，而最好的分辨率（SBW = 0.2 nm），它似乎包括18个频带，有良好的功能。在这个实验中0.2-nm的SBW是最好的分辨率；然而，使用更窄的SBW会进一步解决这些条带问题，因为这些条带的旋转特点，是由于在NBW中，大气中的气体分子仍然没有被显示出来。事实上，超过7.5条由于地区水的因素，也有17条由于二氧化碳的因素。线条由于水的吸收被重画了，从Atlas的红外线吸收线(Park， 1977)， 在图3中0.2 SBW大气光谱被显示叠加，在这一地区的大气吸收光谱由明确定义的，尖锐的，狭窄的特征和宽的间隔组成。他们之间通过太阳能辐射到达地球的表面，通过反射的能量可以被观察到。在路径中增加吸收气体的浓度（强化）这些功能，但不显著扩大它们，使它们之间的差距仍然是明确的，这是它们在遥感整潜在的有用用途。

图2 在不同光谱波段记录的大气传输 图3 大气传输频谱记录1978年8月11日

光谱。光谱记录于1978年8月11日的 在丹佛，使用的光谱带宽为0.2纳米，在水

丹佛。光谱清晰的显示了垂直移位，使 的吸收线上叠加，重画Atles红外吸收谱线

用的频谱带宽表示在右手边。 (Park，1977).

代码：s，强；m，中；w，弱；v，非常；sh，肩；b，宽

需要一个适当的狭缝宽度记录在NBW上的光谱特征，在记录光谱在足够慢的速率下，允许检测器记录仪系统全面回应是有必要的。图4中示出了扫描速率对特征外观的影响。使用扫描速率为0.5 nm/sec的仪器，显示的特征非常接近于NBW。记录的频谱从0.4至2.4mu;m以这一速度需要超过一个小时。在以更快的速率记录光谱（最大显示在这里的是8纳米/秒，它记录从0.4到2.4mu;m需要大约4分钟）的特征中变得越来越广泛和较浅的同时转移到较短的波长。在叶蜡石的主要特征的情况下，转移是6 nm，特征多为半宽度的矿物光谱。

矿物光谱

极小的光谱特征位置，发生在矿物热液蚀变岩中，可见表1。这些功能的相对强度也被显示出来。光谱本身通过11，被显示在图5中。在考虑的范围之内（从1.3到2.4mu;m）两个区域是完全被大气吸收所遮蔽的，主要是由于通过与水和二氧化碳和转动精细结构组合音振动泛音而产生特征。这些模糊区域发生接近于1.4和1.9mu;m。因此，当太阳被当作能量来源，在这些范围内的矿物光谱特征在以遥感目的使用时是极为有限的。然而，接近1.4mu;m的狭窄范围内，这些矿物的可利用的特征是以用于分析目的而诊断的，以及一个积极的来源对于遥感应用来说是显而易见的，如可调谐激光器，可以被采用。为了便于演示和讨论，光谱被分为三个部分：从1.3到1.6mu;m，从1.6到2mu;m，从2到2.4mu;m。这些都将被分别考虑。

1.3到1.6mu;m范围内，矿物的光谱特征被显示在图4图5中，这是由于基本OH-伸缩模式的泛音和组合音。叶蜡石光谱（图5）显示在1.392mu;m一个最狭窄的NBW(~60A)单一的强烈最小值，在矿物光谱中被显示的任何特征。伴有少于四个的强烈特点。高岭石（图5）被显示在接近1.4mu;m附近有三个强烈的特点，这能使足够接近彼此，他们的出现被当做具有三个定义良好的最小值的单波段。在波长（1.394mu;m）最短的一个对应的主要叶蜡石光谱带紧密的位置，在波长（(1.413mu;m）最长中，白云母(1.412mu;m)和蒙脱土(1.408mu;m) 符合单一最小值，他们的光谱在图6中显示。明矾石光谱中有两个主要的特征，都发生在较长的波长（1.424和1.476mu;m）中，都显示的相当明确。黄钾铁矾谱（图6）在1.475mu;m下显示一个非常强烈的特征，对应的长波特征发生一些地区里的明矾石上，一个特征显示在1.468mu;m。目前石膏显示三条相对广泛和强烈的条带，这是由于由组成水分子的OH基团的组合。

图4 叶蜡石，在1.392微米条带上 图5 颗粒大小为74到250微米的叶蜡石、

扫描速度对光谱外观和位置的影响 高岭石、明矾石在1.3到1.6微米范围内的反射光谱，叶蜡石光谱垂直位移。

图6 颗粒大小为74到250微米的叶蜡 图7 在1.6到2微米的范围内明矾石、高

高岭石、明矾石在1.3到1.6微米范围内 岭石、叶蜡石和黄钾铁矾的反射光谱，相对

的反射光谱，相对于其他两个，蒙脱石和 于其他三个光谱，明矾光谱是垂直移动

云母光谱垂直移动

1.6 到2.0mu;m范围内，图7和8中包含六中矿物的光谱，出现在图5，6中和以及方解石的光谱。这不包括在先前的图片中，因为它在1.3和1.6mu;m范围内没有显示任何功能。接近1.6mu;m的波段范围是特别重要的区域，对于遥感目的而言，因为地质材料通常不显示在他们的附近1.6mu;m的光谱波段，他们往往表现出最大的射值附近的波长。测量的值将在某种程度上依赖于样品的粒径；因为没有具体的吸收发生位置，它被发现，一般粒径越小，反射率越大。接近1.6mu;m的反射率，对于一个给定的颗粒尺寸样品的反射率也会给一些组成整体的指示，因为反射率会下降当长英矿物通过中间质变成超铁镁质和基性岩(Hunt和Salisbury，

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