江西信江盆地红层标准颜色系统的建立研究 V2.0

莱森光学 2023-10-18 599

电子说

1.3w人已加入

描述

引言

地物光谱仪测量原理是利用不同地物对太阳光的反射不同，根据反射率与入射波长之间的变化规律，将反射率与波长之间的关系绘成地物反射光谱曲线，基于此原理设计的地物光谱仪可实现目标物体反射光谱的快捷表征。光谱仪应用于热致变色材料表征中的结果表明其可以准确快速地记录颜色的改变过程，并利用成像系统进行颜色变化的描述,可利用光谱对油画颜色进行测量，分析不同颜色的波长关系;通过对茶叶表面反射率的三刺激值计算，快速检测茶叶表面总颜色，此外，在农业应用中，光谱反射率多用于光谱匹配，进一步定量估算牛羊肉肌红蛋白、水稻氮素或植物叶绿素等指标。

江盆地红层颜色系统建立与呈色分析

2.1 红层颜色分布与系统建立

2.1.1 河口组颜色分布

信江盆地河口组岩层主要出露于盆地南北边缘，采样区从东部上饶玉山-信州，中部弋阳龟峰，向西到鹰潭贵溪-龙虎山一线，范围较广。按采集地点分为Ι、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区(图1)，河口组采集样品67个，野外露头情况如图2所示。统计该沉积地层样品颜色表征参数情况，计算其最大值、最小值、平均值及标准差，结果如表1所示。

图 1 河口组采样区分布图

表 1 河口组红层颜色表征参数表

河口组红层颜色敏感强度L*的范围在31.03~52.68之间，咖啡棕色样品YT-14为最小值，陶土红棕色样品GUIX-11为最大值，亮度逐渐升高。红绿色值a*的范围在11.62~25.47之间，佛罗伦萨棕色样品YT-16为最小值，铁锈色样品YY-17-2为最大值，由黄褐色系到橙粉色系，红色调加深。黄蓝色值b*的范围在 7.99~23.07之间，梵戴克棕色样品GUIX-17为最小值，铁锈色样品YUS-03为最大值，由棕红色系到橙粉色系，黄色调逐渐加深。计算样品的L*、a*、b*和色差值的标准差分别为5.43、 3.79、5.09和1.12.L*、b*离散性大于a*，说明亮度和黄蓝色调差异较明显，红绿色调变化较不明显;色差值离散性较小，说明颜色匹配效果较好。

图 2 河口组红层野外露头照片

a-贵溪石背垄河口组(GUIX-06);b-信州饶东路天王殿河口组(XZ-05)，发育正序层理构造;c-玉山姜家山河口组(YUS-04);d-贵溪白杨岭河口组(GUIX-18);e-弋阳童家河口组(YY-01);f-铅山上万家河口组(YANS-33)

图 3 河口组4个采样区碎屑岩颜色表征参数变化规律

分别将岩石样品按采集地点由东向西的顺序排列，据图3可以看出，区域范围内河口组岩石颜色表征参数在方向上变化明显，L*、a*、b*值波动呈锯齿状分布，亮度大的样品颜色较浅(发白)，亮度小的样品颜色较深。此外，a*值与b*值波动态势大致相同，表征参数变化幅度较小，局部呈现相反情况，L*值、与 a*、b*值整体变化无相关性。当0﹤△E2000﹤4 时，色差值在可接受范围，表明与标准色卡中的颜色差距小，颜色匹配效果较好。在河口组67个样品中，47个样品色差值在0~4范围内，20个样品色差值大于4.实际根据这47个样品建立仿真颜色体系。得到玛瑙棕色颜色仿真样品13个，铁锈色颜色仿真样品10个，梵戴克棕色颜色仿真样品9个、曼越莓红色颜色仿真样品6个，其余颜色佛罗伦萨棕色、咖啡棕色、栗棕色、陶土红棕色、砖褐色等样品较少。因此，信江盆地河口组砾岩、砂砾岩主要呈现玛瑙棕色、铁锈色、梵戴克棕色及曼越莓红色，颜色分属橙粉色系和棕红色系。黄褐色系出露较少。整体上从盆地东北盆缘至盆南缘，河口红层颜色呈现橙粉色系、棕红色系—橙粉色系—棕红色系的变化规律。

2.1.2 塘边组颜色分布

信江盆地塘边组岩层主要沿信江河出露于盆地中部，采样区从东部上饶铅山，中部弋阳南岩寺-龟峰，向西到鹰潭贵溪一线，范围较广。按采集地点分为Ι、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区(图4)，地层整合于河口组之上、莲荷组之下。塘边组采集样品68个，统计该沉积地层样品颜色表征参数情况，计算其最大值、最小值、平均值及标准差，结果如表3所示。

图 4 塘边组采样区分布图

表 2 塘边组红层颜色表征参数表

塘边组红层颜色敏感强度L*的范围在26.74~56.49之间，咖啡棕色样品GUIX-21-2为最小值，中棕色样品YANS-03为最大值，亮度逐渐升高。红绿色值a*的范围在8.97~25.30之间，咖啡棕色样品GUIX-21-2为最小值，土地橙色色样品YANS-21为最大值，由棕红色系到为橙粉色系，红色调变化不明显。黄蓝色值b*的范围在2.07~24.03之间，胡桃棕色样品YY-19为最小值，金棕色样品YANS-14为最大值，由灰紫色系到黄褐色系，黄色调逐渐加深。计算样品的L*、a*、b*和色差值的标准差分别为5.75、3.90、5.33和1.13.L*、b*离散性大于a*，亮度和黄蓝色调差异较明显，红绿色调变化较不明显;色差值离散性较小，说明颜色匹配效果较好。

图 5 塘边组4个采样区碎屑岩颜色表征参数变化规律

分别将岩石样品按采集地点由东向西的顺序排列，据图5可以看出，区域范围内塘边组岩石颜色表征参数在方向上变化明显，L*值波动呈锯齿状分布，a*值与 b*值波动态势大致相同，表征参数变化幅度较小，局部呈现相反情况，L*值、与a*、 b*值整体变化无相关性。在铅山塘边组68个样品中，51个样品色差值在0~4范围内，18个样品色差值大于4.实际根据这51个样品建立仿真颜色体系。得到铁锈色颜色仿真样品10个，玛瑙棕色颜色仿真样品9个，金棕色颜色仿真样品8个，栗棕色颜色仿真样品7个、范戴克棕色颜色仿真样品5个，其余颜色零星分布。因此，此区域范围内塘边组砂、粉砂岩主要呈现铁锈色、玛瑙棕色和金棕色，颜色分属黄褐色系和橙粉色系。整体上盆地中部从东至西，塘边组红层颜色呈现黄褐色系、橙粉色系—橙粉色系 —橙粉色系、棕红色系—棕红色系的变化规律。盆内粉砂岩、泥岩多呈金棕色(黄褐色系)，而砂岩多呈铁锈色、栗棕色等。

2.1.3 标准颜色系统建立

由于人眼对颜色的感知是光源、物体和观察者之间交互的结果，既与物体本身的分光特性有关，又取决于照明条件、观测条件、观察者的视觉特性等。从图2可知，受自然光照、水流、植被等影响，使用目视测色很难统一颜色淡、浅及复杂色命名。野外工作初期，尝试使用213色的劳尔(RAL K5)标准比色卡，对红层的颜色进行精确描述，却发现标准色卡的对色工作进行较为困难。终其原因是标准色卡的标准并不是为红层量身打造。因此，在野外作业的后期，改用以标准比色卡为参考，选择具有代表性颜色的红层点位进行红色碎屑岩样品采集。室内对不同呈色的样品进行光谱信号采集，经信号处理后显示数据，得到精度较高的颜色参数。根据在信江盆地上白垩统河口组、塘边组红层样品进行颜色仿真提取，将色差值在符合色差评级标准范围内的标准颜色视为信江盆地野外标准颜色系统，并制作了标准颜色色环，如图6所示。如此一来，通过标准颜色的提取，初步完成了信江盆地红层呈色的精确描述。后续野外工作中，使用此标准颜色色环作为参照，可在一定程度上优化红层颜色的描述过程。

图 6 信江盆地红层野外标准颜色色环

2.2 岩性与呈色的关系

2.2.1 河口组

河口组岩性主要为厚层状砾岩、砂砾岩、含砾砂岩夹少量砂岩及粉砂岩，以铁质胶结为主，局部少量泥质胶结。根据研究发现，河口组岩石样品主要呈现玛瑙棕色、铁锈色、梵戴克棕色及曼越莓红色四种颜色，根据这四种主要颜色统计样品采样位置、岩性及出露区地貌情况(见表 3)

表 3 河口组红层呈色研究样品信息

由上表可知，河口组样品颜色敏感强度L*范围为 36.79~43.57.红绿色值a*的范围为13.34~18.95.黄蓝色值b*的范围为 8.24~13.88.砂岩样品主要呈玛瑙棕色、铁锈色，颜色分属橙粉色系，颜色敏感强度L*的范围为45.37~52.26.红绿色值a*的范围为15.29~25.47.黄蓝色值b*的范围为12.33~23.07.丹霞和红层中的砂砾岩可呈现玛瑙棕色、铁锈色、梵戴克棕色及曼越莓红色四种颜色，颜色敏感强度L*的范围为38.86~51.37.红绿色值a*的范围为12.80~21.73.黄蓝色值b*范围为 9.02~18.94. 三个表征参数值介于砂岩样品之间，其中砾石含量少于百分之五，颗粒粒径较小的含砾砂岩主要呈现玛瑙棕色、铁锈色;砾石含量大于百分之五，颗粒粒径较大的砂砾岩则主要呈现曼越莓红、梵戴克棕色，这与河口组砾岩、砂岩呈色特征相似。

2.2.2 塘边组

塘边组岩性主要为砂岩、细砂岩和粉砂岩，成分主要为石英、长石及岩屑，以钙质胶结为主，填隙物为黏土矿物。此外，部分地区出露砂质细砾岩，中层状，砾石粒径在0.2～0.4cm 之间，分选性较好，磨圆度较好，以铁质胶结与钙质胶结为主。根据研究发现，塘边组岩石样品主要呈现玛瑙棕色、铁锈色、栗棕色、梵戴克棕色及曼越莓红色五种颜色，根据这五种主要颜色统计样品采样位置、岩性及出露区地貌情况 (见表 4)。

表 4 塘边组红层呈色研究样品信息

由上表可知，塘边组样品颜色敏感强度L*的范围为 36.77~52.58.红绿色值a*的范围为15.16~24.28.黄蓝色值 b*的范围为12.29~23.65.砾岩样品主要呈梵戴克棕色，颜色分属棕红色系，颜色敏感强度L*的范围为 38.56~42.56.红绿色值 a*范围15.28~18.83.黄蓝色值b*的范围为12.02~14.89.粉砂岩、泥岩样品主要呈金棕色，颜色分属黄褐色系，颜色敏感强度 L*范围为46.64~52.29.红绿色值a*的范围为 20.03~23.81.黄蓝色值b*的范围为20.99~24.03.

2.2.3 岩性对红层呈色的影响

岩性是丹霞地貌的物质基础与主要致色机制，砂岩和砾岩中矿物成分、结构特征的差异会直接影响着致色铁离子类型、分布及含量的差异，导致红层呈现不同的颜色。信江盆地红层砾岩主要为红棕色系的曼越莓红和梵戴克棕色，砂岩为橙粉色系的玛瑙棕色、铁锈色和红棕色系的栗棕色，粉砂岩为黄褐色系的金棕色。通过颜色表征参数L*、a*、b*值在河口组、塘边组不同岩性样品中的变化，分析地层颜色与岩性的关系：(1)随着碎屑岩粒径的增大，L*值(亮度)有下降的趋势，在河口组砂岩中样品 L*值明显高于砾岩样品，而 a*值和 b*值无明显变化趋势，表明砂岩中白色成较高分，推测颜色亮度值与石英及胶结物中碳酸盐含量有关。(2)a*、b*分别表示红度值和黄度值，在不同沉积环境中单一表征参数即可很好的区分出颜色差异，但在陆相红色碎屑岩中，无法单独呈现规律，利用红度值与黄度值相关性，分析不同红色与岩性关系，计算 a*(红度)/ b*(黄度)值可知(表 5)，砾岩与砂砾岩样品a*/ b*值范围大于1.表示样品偏红色，粉砂岩样品 a*/ b*值范围小于1.表示样品颜色偏黄色，砂岩样品 a*/ b*值范围介于砾岩与粉砂岩之间，部分样品呈现偏红色，部分样品呈现偏黄色，随岩石粒径增大，红色调逐渐增强，黄色调逐渐变弱，这与实际呈色特征一致。

表 5不同岩性样品a*（红度）/b*（黄度）比值

3、本章小结

上白垩统河口组、塘边组地层受岩性影响，呈现不同颜色变化规律。河口组地层岩石序列较粗，主要呈现铁锈色、玛瑙棕色、梵戴克棕色。从盆地东北盆缘至盆南缘，河口红层颜色呈现橙粉色系、棕红色系—橙粉色系—棕红色系的变化规律。塘边组地层岩石序列较细，主要呈现金棕色、玛瑙棕色、栗棕色，粉砂岩、泥岩多呈现黄褐色调。对比不同岩性样品呈色情况，砾岩样品红度略高于砂岩、粉砂岩，随岩石粒径增大，L*值(亮度)有下降的趋势，而 a*/b*有上升趋势，红色调逐渐增强，黄色调逐渐变弱。本章还分析了岩石风化对红层颜色的影响，风化面黑色与岩壁表面藻类植物消解为有机质有关，白色与矿物水解有关，也一定程度上反映了氧化铁的含量变化。