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引言

地物光譜儀測(cè)量原理是利用不同地物對(duì)太陽(yáng)光的反射不同，根據(jù)反射率與入射波長(zhǎng)之間的變化規(guī)律，將反射率與波長(zhǎng)之間的關(guān)系繪成地物反射光譜曲線，基于此原理設(shè)計(jì)的地物光譜儀可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體反射光譜的快捷表征。光譜儀應(yīng)用于熱致變色材料表征中的結(jié)果表明其可以準(zhǔn)確快速地記錄顏色的改變過程，并利用成像系統(tǒng)進(jìn)行顏色變化的描述,可利用光譜對(duì)油畫顏色進(jìn)行測(cè)量，分析不同顏色的波長(zhǎng)關(guān)系;通過對(duì)茶葉表面反射率的三刺激值計(jì)算，快速檢測(cè)茶葉表面總顏色，此外，在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中，光譜反射率多用于光譜匹配，進(jìn)一步定量估算牛羊肉肌紅蛋白、水稻氮素或植物葉綠素等指標(biāo)。

江盆地紅層顏色系統(tǒng)建立與呈色分析

2.1 紅層顏色分布與系統(tǒng)建立

2.1.1 河口組顏色分布

信江盆地河口組巖層主要出露于盆地南北邊緣，采樣區(qū)從東部上饒玉山-信州，中部弋陽(yáng)龜峰，向西到鷹潭貴溪-龍虎山一線，范圍較廣。按采集地點(diǎn)分為Ι、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)(圖1)，河口組采集樣品67個(gè)，野外露頭情況如圖2所示。統(tǒng)計(jì)該沉積地層樣品顏色表征參數(shù)情況，計(jì)算其最大值、最小值、平均值及標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)果如表1所示。

圖 1 河口組采樣區(qū)分布圖

表 1 河口組紅層顏色表征參數(shù)表

河口組紅層顏色敏感強(qiáng)度L*的范圍在31.03~52.68之間，咖啡棕色樣品YT-14為最小值，陶土紅棕色樣品GUIX-11為最大值，亮度逐漸升高。紅綠色值a*的范圍在11.62~25.47之間，佛羅倫薩棕色樣品YT-16為最小值，鐵銹色樣品YY-17-2為最大值，由黃褐色系到橙粉色系，紅色調(diào)加深。黃藍(lán)色值b*的范圍在 7.99~23.07之間，梵戴克棕色樣品GUIX-17為最小值，鐵銹色樣品YUS-03為最大值，由棕紅色系到橙粉色系，黃色調(diào)逐漸加深。計(jì)算樣品的L*、a*、b*和色差值的標(biāo)準(zhǔn)差分別為5.43、 3.79、5.09和1.12.L*、b*離散性大于a*，說明亮度和黃藍(lán)色調(diào)差異較明顯，紅綠色調(diào)變化較不明顯;色差值離散性較小，說明顏色匹配效果較好。

圖 2 河口組紅層野外露頭照片

a-貴溪石背壟河口組(GUIX-06);b-信州饒東路天王殿河口組(XZ-05)，發(fā)育正序?qū)永順?gòu)造;c-玉山姜家山河口組(YUS-04);d-貴溪白楊嶺河口組(GUIX-18);e-弋陽(yáng)童家河口組(YY-01);f-鉛山上萬家河口組(YANS-33)

圖 3 河口組4個(gè)采樣區(qū)碎屑巖顏色表征參數(shù)變化規(guī)律

分別將巖石樣品按采集地點(diǎn)由東向西的順序排列，據(jù)圖3可以看出，區(qū)域范圍內(nèi)河口組巖石顏色表征參數(shù)在方向上變化明顯，L*、a*、b*值波動(dòng)呈鋸齒狀分布，亮度大的樣品顏色較淺(發(fā)白)，亮度小的樣品顏色較深。此外，a*值與b*值波動(dòng)態(tài)勢(shì)大致相同，表征參數(shù)變化幅度較小，局部呈現(xiàn)相反情況，L*值、與 a*、b*值整體變化無相關(guān)性。當(dāng)0﹤△E2000﹤4 時(shí)，色差值在可接受范圍，表明與標(biāo)準(zhǔn)色卡中的顏色差距小，顏色匹配效果較好。在河口組67個(gè)樣品中，47個(gè)樣品色差值在0~4范圍內(nèi)，20個(gè)樣品色差值大于4.實(shí)際根據(jù)這47個(gè)樣品建立仿真顏色體系。得到瑪瑙棕色顏色仿真樣品13個(gè)，鐵銹色顏色仿真樣品10個(gè)，梵戴克棕色顏色仿真樣品9個(gè)、曼越莓紅色顏色仿真樣品6個(gè)，其余顏色佛羅倫薩棕色、咖啡棕色、栗棕色、陶土紅棕色、磚褐色等樣品較少。因此，信江盆地河口組礫巖、砂礫巖主要呈現(xiàn)瑪瑙棕色、鐵銹色、梵戴克棕色及曼越莓紅色，顏色分屬橙粉色系和棕紅色系。黃褐色系出露較少。整體上從盆地東北盆緣至盆南緣，河口紅層顏色呈現(xiàn)橙粉色系、棕紅色系—橙粉色系—棕紅色系的變化規(guī)律。

2.1.2 塘邊組顏色分布

信江盆地塘邊組巖層主要沿信江河出露于盆地中部，采樣區(qū)從東部上饒鉛山，中部弋陽(yáng)南巖寺-龜峰，向西到鷹潭貴溪一線，范圍較廣。按采集地點(diǎn)分為Ι、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)(圖4)，地層整合于河口組之上、蓮荷組之下。塘邊組采集樣品68個(gè)，統(tǒng)計(jì)該沉積地層樣品顏色表征參數(shù)情況，計(jì)算其最大值、最小值、平均值及標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)果如表3所示。

圖 4 塘邊組采樣區(qū)分布圖

表 2 塘邊組紅層顏色表征參數(shù)表

塘邊組紅層顏色敏感強(qiáng)度L*的范圍在26.74~56.49之間，咖啡棕色樣品GUIX-21-2為最小值，中棕色樣品YANS-03為最大值，亮度逐漸升高。紅綠色值a*的范圍在8.97~25.30之間，咖啡棕色樣品GUIX-21-2為最小值，土地橙色色樣品YANS-21為最大值，由棕紅色系到為橙粉色系，紅色調(diào)變化不明顯。黃藍(lán)色值b*的范圍在2.07~24.03之間，胡桃棕色樣品YY-19為最小值，金棕色樣品YANS-14為最大值，由灰紫色系到黃褐色系，黃色調(diào)逐漸加深。計(jì)算樣品的L*、a*、b*和色差值的標(biāo)準(zhǔn)差分別為5.75、3.90、5.33和1.13.L*、b*離散性大于a*，亮度和黃藍(lán)色調(diào)差異較明顯，紅綠色調(diào)變化較不明顯;色差值離散性較小，說明顏色匹配效果較好。

圖 5 塘邊組4個(gè)采樣區(qū)碎屑巖顏色表征參數(shù)變化規(guī)律

分別將巖石樣品按采集地點(diǎn)由東向西的順序排列，據(jù)圖5可以看出，區(qū)域范圍內(nèi)塘邊組巖石顏色表征參數(shù)在方向上變化明顯，L*值波動(dòng)呈鋸齒狀分布，a*值與 b*值波動(dòng)態(tài)勢(shì)大致相同，表征參數(shù)變化幅度較小，局部呈現(xiàn)相反情況，L*值、與a*、 b*值整體變化無相關(guān)性。在鉛山塘邊組68個(gè)樣品中，51個(gè)樣品色差值在0~4范圍內(nèi)，18個(gè)樣品色差值大于4.實(shí)際根據(jù)這51個(gè)樣品建立仿真顏色體系。得到鐵銹色顏色仿真樣品10個(gè)，瑪瑙棕色顏色仿真樣品9個(gè)，金棕色顏色仿真樣品8個(gè)，栗棕色顏色仿真樣品7個(gè)、范戴克棕色顏色仿真樣品5個(gè)，其余顏色零星分布。因此，此區(qū)域范圍內(nèi)塘邊組砂、粉砂巖主要呈現(xiàn)鐵銹色、瑪瑙棕色和金棕色，顏色分屬黃褐色系和橙粉色系。整體上盆地中部從東至西，塘邊組紅層顏色呈現(xiàn)黃褐色系、橙粉色系—橙粉色系 —橙粉色系、棕紅色系—棕紅色系的變化規(guī)律。盆內(nèi)粉砂巖、泥巖多呈金棕色(黃褐色系)，而砂巖多呈鐵銹色、栗棕色等。

2.1.3 標(biāo)準(zhǔn)顏色系統(tǒng)建立

由于人眼對(duì)顏色的感知是光源、物體和觀察者之間交互的結(jié)果，既與物體本身的分光特性有關(guān)，又取決于照明條件、觀測(cè)條件、觀察者的視覺特性等。從圖2可知，受自然光照、水流、植被等影響，使用目視測(cè)色很難統(tǒng)一顏色淡、淺及復(fù)雜色命名。野外工作初期，嘗試使用213色的勞爾(RAL K5)標(biāo)準(zhǔn)比色卡，對(duì)紅層的顏色進(jìn)行精確描述，卻發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)色卡的對(duì)色工作進(jìn)行較為困難。終其原因是標(biāo)準(zhǔn)色卡的標(biāo)準(zhǔn)并不是為紅層量身打造。因此，在野外作業(yè)的后期，改用以標(biāo)準(zhǔn)比色卡為參考，選擇具有代表性顏色的紅層點(diǎn)位進(jìn)行紅色碎屑巖樣品采集。室內(nèi)對(duì)不同呈色的樣品進(jìn)行光譜信號(hào)采集，經(jīng)信號(hào)處理后顯示數(shù)據(jù)，得到精度較高的顏色參數(shù)。根據(jù)在信江盆地上白堊統(tǒng)河口組、塘邊組紅層樣品進(jìn)行顏色仿真提取，將色差值在符合色差評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)顏色視為信江盆地野外標(biāo)準(zhǔn)顏色系統(tǒng)，并制作了標(biāo)準(zhǔn)顏色色環(huán)，如圖6所示。如此一來，通過標(biāo)準(zhǔn)顏色的提取，初步完成了信江盆地紅層呈色的精確描述。后續(xù)野外工作中，使用此標(biāo)準(zhǔn)顏色色環(huán)作為參照，可在一定程度上優(yōu)化紅層顏色的描述過程。

圖 6 信江盆地紅層野外標(biāo)準(zhǔn)顏色色環(huán)

2.2 巖性與呈色的關(guān)系

2.2.1 河口組

河口組巖性主要為厚層狀礫巖、砂礫巖、含礫砂巖夾少量砂巖及粉砂巖，以鐵質(zhì)膠結(jié)為主，局部少量泥質(zhì)膠結(jié)。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，河口組巖石樣品主要呈現(xiàn)瑪瑙棕色、鐵銹色、梵戴克棕色及曼越莓紅色四種顏色，根據(jù)這四種主要顏色統(tǒng)計(jì)樣品采樣位置、巖性及出露區(qū)地貌情況(見表 3)

表 3 河口組紅層呈色研究樣品信息

由上表可知，河口組樣品顏色敏感強(qiáng)度L*范圍為 36.79~43.57.紅綠色值a*的范圍為13.34~18.95.黃藍(lán)色值b*的范圍為 8.24~13.88.砂巖樣品主要呈瑪瑙棕色、鐵銹色，顏色分屬橙粉色系，顏色敏感強(qiáng)度L*的范圍為45.37~52.26.紅綠色值a*的范圍為15.29~25.47.黃藍(lán)色值b*的范圍為12.33~23.07.丹霞和紅層中的砂礫巖可呈現(xiàn)瑪瑙棕色、鐵銹色、梵戴克棕色及曼越莓紅色四種顏色，顏色敏感強(qiáng)度L*的范圍為38.86~51.37.紅綠色值a*的范圍為12.80~21.73.黃藍(lán)色值b*范圍為 9.02~18.94. 三個(gè)表征參數(shù)值介于砂巖樣品之間，其中礫石含量少于百分之五，顆粒粒徑較小的含礫砂巖主要呈現(xiàn)瑪瑙棕色、鐵銹色;礫石含量大于百分之五，顆粒粒徑較大的砂礫巖則主要呈現(xiàn)曼越莓紅、梵戴克棕色，這與河口組礫巖、砂巖呈色特征相似。

2.2.2 塘邊組

塘邊組巖性主要為砂巖、細(xì)砂巖和粉砂巖，成分主要為石英、長(zhǎng)石及巖屑，以鈣質(zhì)膠結(jié)為主，填隙物為黏土礦物。此外，部分地區(qū)出露砂質(zhì)細(xì)礫巖，中層狀，礫石粒徑在0.2～0.4cm 之間，分選性較好，磨圓度較好，以鐵質(zhì)膠結(jié)與鈣質(zhì)膠結(jié)為主。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，塘邊組巖石樣品主要呈現(xiàn)瑪瑙棕色、鐵銹色、栗棕色、梵戴克棕色及曼越莓紅色五種顏色，根據(jù)這五種主要顏色統(tǒng)計(jì)樣品采樣位置、巖性及出露區(qū)地貌情況 (見表 4)。

表 4 塘邊組紅層呈色研究樣品信息

由上表可知，塘邊組樣品顏色敏感強(qiáng)度L*的范圍為 36.77~52.58.紅綠色值a*的范圍為15.16~24.28.黃藍(lán)色值 b*的范圍為12.29~23.65.礫巖樣品主要呈梵戴克棕色，顏色分屬棕紅色系，顏色敏感強(qiáng)度L*的范圍為 38.56~42.56.紅綠色值 a*范圍15.28~18.83.黃藍(lán)色值b*的范圍為12.02~14.89.粉砂巖、泥巖樣品主要呈金棕色，顏色分屬黃褐色系，顏色敏感強(qiáng)度 L*范圍為46.64~52.29.紅綠色值a*的范圍為 20.03~23.81.黃藍(lán)色值b*的范圍為20.99~24.03.

2.2.3 巖性對(duì)紅層呈色的影響

巖性是丹霞地貌的物質(zhì)基礎(chǔ)與主要致色機(jī)制，砂巖和礫巖中礦物成分、結(jié)構(gòu)特征的差異會(huì)直接影響著致色鐵離子類型、分布及含量的差異，導(dǎo)致紅層呈現(xiàn)不同的顏色。信江盆地紅層礫巖主要為紅棕色系的曼越莓紅和梵戴克棕色，砂巖為橙粉色系的瑪瑙棕色、鐵銹色和紅棕色系的栗棕色，粉砂巖為黃褐色系的金棕色。通過顏色表征參數(shù)L*、a*、b*值在河口組、塘邊組不同巖性樣品中的變化，分析地層顏色與巖性的關(guān)系：(1)隨著碎屑巖粒徑的增大，L*值(亮度)有下降的趨勢(shì)，在河口組砂巖中樣品 L*值明顯高于礫巖樣品，而 a*值和 b*值無明顯變化趨勢(shì)，表明砂巖中白色成較高分，推測(cè)顏色亮度值與石英及膠結(jié)物中碳酸鹽含量有關(guān)。(2)a*、b*分別表示紅度值和黃度值，在不同沉積環(huán)境中單一表征參數(shù)即可很好的區(qū)分出顏色差異，但在陸相紅色碎屑巖中，無法單獨(dú)呈現(xiàn)規(guī)律，利用紅度值與黃度值相關(guān)性，分析不同紅色與巖性關(guān)系，計(jì)算 a*(紅度)/ b*(黃度)值可知(表 5)，礫巖與砂礫巖樣品a*/ b*值范圍大于1.表示樣品偏紅色，粉砂巖樣品 a*/ b*值范圍小于1.表示樣品顏色偏黃色，砂巖樣品 a*/ b*值范圍介于礫巖與粉砂巖之間，部分樣品呈現(xiàn)偏紅色，部分樣品呈現(xiàn)偏黃色，隨巖石粒徑增大，紅色調(diào)逐漸增強(qiáng)，黃色調(diào)逐漸變?nèi)?，這與實(shí)際呈色特征一致。

表 5不同巖性樣品a*（紅度）/b*（黃度）比值

3、本章小結(jié)

上白堊統(tǒng)河口組、塘邊組地層受巖性影響，呈現(xiàn)不同顏色變化規(guī)律。河口組地層巖石序列較粗，主要呈現(xiàn)鐵銹色、瑪瑙棕色、梵戴克棕色。從盆地東北盆緣至盆南緣，河口紅層顏色呈現(xiàn)橙粉色系、棕紅色系—橙粉色系—棕紅色系的變化規(guī)律。塘邊組地層巖石序列較細(xì)，主要呈現(xiàn)金棕色、瑪瑙棕色、栗棕色，粉砂巖、泥巖多呈現(xiàn)黃褐色調(diào)。對(duì)比不同巖性樣品呈色情況，礫巖樣品紅度略高于砂巖、粉砂巖，隨巖石粒徑增大，L*值(亮度)有下降的趨勢(shì)，而 a*/b*有上升趨勢(shì)，紅色調(diào)逐漸增強(qiáng)，黃色調(diào)逐漸變?nèi)酢１菊逻€分析了巖石風(fēng)化對(duì)紅層顏色的影響，風(fēng)化面黑色與巖壁表面藻類植物消解為有機(jī)質(zhì)有關(guān)，白色與礦物水解有關(guān)，也一定程度上反映了氧化鐵的含量變化。