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SWIR光谱特征与矿物相变多指标协同响应对花岗岩风化分级的指示
1
作者
张硕
李宇
+5 位作者
姜彤
黄健瀚
黄银伟
田景春
山茂钰
李佩瑶
《光谱学与光谱分析》
北大核心
2025年第11期3235-3245,共11页
花岗岩的风化程度是控制岩体工程地质特性与灾害风险的关键因素,但传统评估方法存在单维度参数表征不足及侵入式采样破坏岩体完整性的缺陷。为此,融合化学风化指标及短波红外光谱(SWIR)技术所表征的矿物学特征,构建了多维度花岗岩风化...
花岗岩的风化程度是控制岩体工程地质特性与灾害风险的关键因素,但传统评估方法存在单维度参数表征不足及侵入式采样破坏岩体完整性的缺陷。为此,融合化学风化指标及短波红外光谱(SWIR)技术所表征的矿物学特征,构建了多维度花岗岩风化程度无损评价体系。以广德市典型花岗岩风化剖面为研究对象,结合了物理力学试验、X射线荧光光谱(XRF)和SWIR光谱分析,系统揭示了风化过程中元素迁移-矿物相变-力学劣化的协同演化机制。研究表明,不同风化程度花岗岩物理力学性质与化学风化指标的变化之间存在着明显的相关性。STI指标与孔隙率呈现明显相关性,而CIA、CIX、WIC、WIG和Rb/Sr指标与干密度、吸水率、抗压强度和超声波速之间有显著的线性关系;SWIR光谱特征可动态表征矿物转化序列,全风化层是以蒙脱石和高岭石为主的吸收特征,强风化层呈现出蒙脱石和伊利石为主的吸收特征,弱/微风化层显示出相似的蒙脱石和葡萄石的吸收特征,但微风化层的蒙脱石和葡萄石的含量更低会导致吸收峰深度显著降低,可作为弱/微风化层的鉴别特征;矿物的光谱吸收峰形态、深度和比值等特征与化学风化指标定量对应,在矿物相变过程SWIR光谱显示,d_(1400)和d_(2200)随着黏土矿物含量变多而增大,d_(1400)/d_(1900)和d_(2200)/d_(1900)比值越大指示黏土矿物风化越严重。同时吸收峰深度及其比值与可移动氧化物定义的化学风化指标比Si-Ti和Rb/Sr指标对花岗岩风化程度评估更具优势。基于矿物相变与光谱特征协同响应构建的风化层定量划分框架的研究,为花岗岩风化等级的快速识别与灾害风险防控提供了理论及方法支持。
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关键词
风化花岗岩
风化程度分级
X射线荧光光谱
短波近红外光谱
多指标协同
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职称材料
题名
SWIR光谱特征与矿物相变多指标协同响应对花岗岩风化分级的指示
1
作者
张硕
李宇
姜彤
黄健瀚
黄银伟
田景春
山茂钰
李佩瑶
机构
华北水利水电大学
地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学)
成都理工大学沉积地质研究院
浙江华东岩土勘察设计研究院有限公司
出处
《光谱学与光谱分析》
北大核心
2025年第11期3235-3245,共11页
基金
国家自然科学基金项目(42107169,42003033)
河南省青年人才托举工程项目(2024HYTP013)
+1 种基金
河南省科技攻关项目(252102321004)
河南省高等学校重点科研项目计划(26A410004)资助。
文摘
花岗岩的风化程度是控制岩体工程地质特性与灾害风险的关键因素,但传统评估方法存在单维度参数表征不足及侵入式采样破坏岩体完整性的缺陷。为此,融合化学风化指标及短波红外光谱(SWIR)技术所表征的矿物学特征,构建了多维度花岗岩风化程度无损评价体系。以广德市典型花岗岩风化剖面为研究对象,结合了物理力学试验、X射线荧光光谱(XRF)和SWIR光谱分析,系统揭示了风化过程中元素迁移-矿物相变-力学劣化的协同演化机制。研究表明,不同风化程度花岗岩物理力学性质与化学风化指标的变化之间存在着明显的相关性。STI指标与孔隙率呈现明显相关性,而CIA、CIX、WIC、WIG和Rb/Sr指标与干密度、吸水率、抗压强度和超声波速之间有显著的线性关系;SWIR光谱特征可动态表征矿物转化序列,全风化层是以蒙脱石和高岭石为主的吸收特征,强风化层呈现出蒙脱石和伊利石为主的吸收特征,弱/微风化层显示出相似的蒙脱石和葡萄石的吸收特征,但微风化层的蒙脱石和葡萄石的含量更低会导致吸收峰深度显著降低,可作为弱/微风化层的鉴别特征;矿物的光谱吸收峰形态、深度和比值等特征与化学风化指标定量对应,在矿物相变过程SWIR光谱显示,d_(1400)和d_(2200)随着黏土矿物含量变多而增大,d_(1400)/d_(1900)和d_(2200)/d_(1900)比值越大指示黏土矿物风化越严重。同时吸收峰深度及其比值与可移动氧化物定义的化学风化指标比Si-Ti和Rb/Sr指标对花岗岩风化程度评估更具优势。基于矿物相变与光谱特征协同响应构建的风化层定量划分框架的研究,为花岗岩风化等级的快速识别与灾害风险防控提供了理论及方法支持。
关键词
风化花岗岩
风化程度分级
X射线荧光光谱
短波近红外光谱
多指标协同
Keywords
Weathered granite
Weathering grade Classification
X-ray fluorescence spectroscopy(XRF)
Short-wave infrared reflectance spectra(SWIR)
Multi-indicator synergy
分类号
P584 [天文地球—岩石学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
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1
SWIR光谱特征与矿物相变多指标协同响应对花岗岩风化分级的指示
张硕
李宇
姜彤
黄健瀚
黄银伟
田景春
山茂钰
李佩瑶
《光谱学与光谱分析》
北大核心
2025
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