引言

本文選取江西信江盆地晚白堊世龜峰群河口組、塘邊組地層作為研究對(duì)象，測(cè)定紅層巖石光譜數(shù)據(jù)，分析巖石光譜特征，通過(guò)光譜三刺激值，實(shí)現(xiàn)光譜與色彩空間轉(zhuǎn)換，利用比色法、色差法和三維空間法劃分信江盆地紅層顏色色系。結(jié)合樣品巖性特征，分析不同地層、巖性、風(fēng)化程度與呈色的關(guān)系，最終建立紅層野外標(biāo)準(zhǔn)顏色系統(tǒng)。

區(qū)域概況

2.1 自然地理概況

信江盆地位于江西省東北部，地處懷玉山南和武夷山北麓之間，西起撫州東鄉(xiāng)，連通崇仁盆地，東至上饒廣豐，連接金衢盆地。整體呈近東西向展布，東西長(zhǎng)約180km，南北寬約10～40km，面積約為3148km2。地勢(shì)上邊緣向內(nèi)降低，為中小型陸相沉積盆地，區(qū)內(nèi)多為丘陵崗地地貌和丹霞地貌，信江流經(jīng)盆地中部。行政區(qū)域上主要隸屬于上饒市和鷹潭市，部分隸屬于撫州市東鄉(xiāng)縣。研究區(qū)氣候溫潤(rùn)，屬中亞熱帶季風(fēng)性氣候，全年溫差較大，4.6℃≦全年氣溫≦36℃，多年平均氣溫約為18℃，夏季日均氣溫不低于29℃，冬季日均氣溫不超過(guò)17℃。全年各季度降水量分布不均，雨熱同期，3月下旬至8月高溫多雨，暴雨季主要集中在4~6 月，汛期易澇，9月至次年2月溫和少雨。年均降水量在1800mm以上，屬于濕潤(rùn)區(qū)。盆地內(nèi)水系發(fā)育，分布鄱陽(yáng)湖流域五大水系之一信江。信江盆地礦產(chǎn)資源豐富，種類(lèi)繁多，已探明的主要能源礦產(chǎn)有煤、油氣等；貴金屬礦產(chǎn)有金、銀等；黑色金屬礦產(chǎn)鐵；有色金屬礦產(chǎn)有銅、鉛、鋅等；貴金屬礦產(chǎn)有金、銀等；稀有稀土金屬礦產(chǎn)有重稀土、鈮、鉭等；非金屬礦產(chǎn)有磷、蛇紋石等及放射性礦產(chǎn)鈾等，共發(fā)現(xiàn)24種礦產(chǎn)資源。其中銅、鈾、稀土礦規(guī)模較大，具有特征性。

2.2 地層

信江盆地地層出露廣泛，化石豐富，保存相對(duì)完整。其中盆地基底地層由褶皺基底地層和震旦系至三疊系地層組成，是信江盆地沉積的主要物源。盆地充填巖系由三疊系至第四系地層組成，自下而上依次為一套含煤地層、火山-沉積巖灰色巖系和紅層沉積，其中上白堊統(tǒng)紅色沉積地層是信江盆地丹霞地貌的主要成景地層（圖1）。

圖 2.1 信江盆地地層分布圖

2.3 丹霞地貌分布

信江盆地內(nèi)丹霞地貌總體上呈現(xiàn)邊緣聚集、盆中及過(guò)渡帶分散的分布特征，從丹霞地貌發(fā)育過(guò)程來(lái)看，盆地邊緣一帶是典型的壯年-老年早期丹霞地貌，主要形成斜頂?shù)姆辶?、峰叢、陡崖、巖洞等景觀類(lèi)型，如南緣的龍虎山、龜峰、廣豐九仙山、六巖石，北緣橫峰-上饒一帶的油桐山、天王殿、月巖等；盆中一帶則是典型的幼年―青年期丹霞地貌，主要形成頂圓的石墻、石梁等景觀類(lèi)型，如九獅山、南巖寺、赭亭山、掛榜山等。信江盆地內(nèi)出露新生代第四紀(jì)地層，且以中生代侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)地層出露最為齊全。尤其是，信江盆地內(nèi)晚白堊世紅色巖系分布最廣、出露良好、層序清晰、特征明顯。因此，贛州群的茅店組(K2m)，龜峰群河口組(K2h)、塘邊組(K2t)和蓮荷組(K2lh)是信江盆地丹霞地貌的主要成景地層。

光譜數(shù)據(jù)采集

3.1 地物光譜儀野外采集

便攜式地物光譜儀在實(shí)際測(cè)量中，要盡量避免測(cè)試結(jié)果受自然因素和人為因素的干擾。尤其是環(huán)境條件，較為苛刻，須擇一天中陽(yáng)光充足、光照穩(wěn)定的時(shí)間，大致為上午十點(diǎn)至下午三點(diǎn)之間,太陽(yáng)立體角90°，風(fēng)速小于三級(jí)，晴空無(wú)云，無(wú)明顯霧和霾，水平能見(jiàn)度不小于10km，相對(duì)濕度小于70％。測(cè)量時(shí)測(cè)試人員應(yīng)身著黑色，即暗色衣物，避免淺色及彩色衣物反射光譜被光譜儀誤測(cè)，對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)生干擾，選擇在空曠開(kāi)闊的場(chǎng)地，測(cè)試人員面向太陽(yáng)，光纖探頭避免陰影，垂直向下（至少保持光纖探頭與被測(cè)樣品水平截面的法線(xiàn) 夾角不大于 10°）距被測(cè)樣品2～3cm處進(jìn)行測(cè)量，在夏季溫度過(guò)高時(shí)， 避免儀器長(zhǎng)時(shí)間暴露在陽(yáng)光下，導(dǎo)致溫度過(guò)高損傷儀器，加速電池耗電量。

3.2 測(cè)試結(jié)論分析

圖2至5為4個(gè)具有代表性的樣品光譜圖，對(duì)比這些光譜曲線(xiàn)表明，數(shù)據(jù)具有較相似的曲線(xiàn)特征，如新鮮樣品YY-07、YANS-23號(hào)、圖3.5中樣品所示，其反射光譜波形相似,主要區(qū)別在于反射率的值不同（在551.31nm，YY-07號(hào)樣品反射率是13.5而YANS-23號(hào)樣品反射率是8.12）。新鮮樣品的反射光譜曲線(xiàn)在551～608nm光譜區(qū)間迅速上升，形成1個(gè)反射陡坡。而風(fēng)化樣品YT-02、GF-51號(hào)則在551～608nm光譜區(qū)間緩慢上升，在682nm附近有明顯吸收谷，表面風(fēng)化嚴(yán)重的樣品大都呈此特征。

圖 2YT-02 樣品平均光譜曲線(xiàn)

圖 3 YY-07 樣品平均光譜曲線(xiàn)

圖 4 GF-51 樣品平均光譜曲線(xiàn)

圖 5 YANS-23 樣品平均光譜曲線(xiàn)

3.3 色彩空間理論

顏色既是信息的載體又是信息的表現(xiàn)形式。從物理學(xué)的角度出發(fā)，顏色的本質(zhì)是一種光（電磁波），其中能夠被人眼捕獲并引起視覺(jué)感知的光稱(chēng)為可見(jiàn)光，波長(zhǎng)范圍大約在380～780nm之間，光的波長(zhǎng)反映了組成發(fā)光體的物質(zhì)的電子躍遷情況，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，躍遷能量越小。具有單一頻率（或波長(zhǎng)）的光稱(chēng)為單色光，在17世紀(jì)中葉，英國(guó)科學(xué)家牛頓利用三棱鏡將太陽(yáng)光分解為紅橙黃綠藍(lán)靛紫的彩色光譜帶，通過(guò)色散實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了白光是由多種單色光混合而成的。

不同波長(zhǎng)的單色光能夠刺激人眼產(chǎn)生不同的顏色感覺(jué)，彩色光譜帶中的七色光就反映了波長(zhǎng)從長(zhǎng)到短改變引起的顏色感覺(jué)，其中紅光波長(zhǎng)最長(zhǎng)，頻率最小，紫光波長(zhǎng)最短，頻率最高。

然而在可見(jiàn)光光譜中并沒(méi)有包含人眼所能分辨的所有顏色，大部分顏色是通過(guò)不同波長(zhǎng)的單色合成得到的，稱(chēng)為復(fù)合色。自然光源和大多數(shù)人工光源發(fā)出的光就是各種波長(zhǎng)的單色光混合而成的復(fù)合光。光源的顏色取決于自身產(chǎn)生的光波的顏色，非光源體也能呈現(xiàn)豐富的顏色則是對(duì)可見(jiàn)光選擇性吸收的結(jié)果。不同物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)不同，所能吸收光的波長(zhǎng)也不同，當(dāng)光照射時(shí)，物體會(huì)吸收特定波長(zhǎng)的光，透明物體的顏色主要由剩余透過(guò)物體的光譜組成決定，不透明物體的顏色主要由剩余反射的光譜組成決定。物體對(duì)光的選擇性吸收、反射和透射只與材料本身有關(guān)，是一種光學(xué)特性，但不同的光照條件能使物體產(chǎn)生不同的顏色變化，也就是說(shuō)顏色感覺(jué)不僅與光和材料的物理性質(zhì)相關(guān)，也受其他因素的影響。為此科學(xué)家嘗試在色彩研究中引入色彩空間的概念，量化感知特征與顏色之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)顏色的描述、計(jì)算、測(cè)量和復(fù)制。下面介紹幾種最常見(jiàn)的顏色空間。

3.3.1 CIE L*a*b*均勻色彩空間

CIE L*a*b*均勻色彩空間是一種通過(guò)數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到的顏色系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)值描述人眼顏色感受，由亮度和顏色范圍共同表征，L*表示亮度通道，取值范圍通常為0～100，此通道無(wú)法表現(xiàn)色彩變化，僅能保存明暗信息，數(shù)值越大亮度越高，取值為0時(shí)為顏色黑色，取值為100 時(shí)顏色為白色。當(dāng)出現(xiàn)熒光樣品時(shí)，L*值會(huì)大于100；a* 通道代表從綠色到紅色的過(guò)渡，b*通道代表從藍(lán)色到黃色的過(guò)渡，負(fù)值代表冷色，正值代表暖色，通常運(yùn)行在-100～100 或-128～127 范圍之間，在色彩管理中可進(jìn)行顏色的計(jì)算和轉(zhuǎn)換。LAB模式既不受照明條件影響，也不受印刷條件限制，其顏色系統(tǒng)本身與設(shè)備呈色無(wú)關(guān)，是被創(chuàng)建用作獨(dú)立于設(shè)備的色彩空間模型，是均勻色彩空間。它包含了人眼可感知的全部色彩，甚至有一大部分已經(jīng)超出了人類(lèi)視覺(jué)范圍（圖 6），同時(shí)LAB彌補(bǔ)了RGB和CMYK兩種色彩模式的不足，其色域范圍比RGB和CMYK都要大，常用作不同色彩模型之間的交換格式。

圖 6 CIE L*a*b*色彩空間示意圖

本章小結(jié)

本章主要介紹了巖石光譜測(cè)量和顏色空間的理論基礎(chǔ)。先介紹了便攜式地物光譜儀的工作原理、數(shù)據(jù)采集方法及分析所得光譜數(shù)據(jù)；然后著重介紹了國(guó)際照明委員會(huì)CIE制定的L*a*b*均勻色彩空間，用以表征巖石的顏色特征和顏色測(cè)量與管理。

未完待續(xù)。。。。。

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審核編輯 黃宇