C5 · 出版卷 15
Mineral Spectroscopy
Absorption features、continuum removal、mixtures
学习目标
本章把反射光谱建立为材料—能量相互作用测量，而不是“指纹”查表。学习者应能把吸收机制关联到特征区间，估计连续谱和特征指标，解释粒度、丰度与混合效应，统一光谱库、野外与影像光谱，设计校准和质量控制，并明确证据能够支持到何种矿物推断层级。
光谱匹配以波长校准、响应、几何、材料状态和尺度为条件。相似曲线可以来自混合物或不同机制；特征缺失也可能由遮蔽、低丰度、不合适粒度、大气或传感器分辨率造成。
吸收机制与诊断区间
电子跃迁与电荷转移过程可在可见光和近红外形成特征，包括与含铁材料相关的响应。振动倍频与组合会在短波红外形成许多与羟基、水、碳酸根和其他分子基团有关的吸收。基频振动和晶格行为则对热红外区有贡献。
同一矿物组可共享特征区，而成分、结晶度或化学置换可使位置与形状改变；同一种矿物也可有多个敏感性不同的特征。鉴定应使用相互一致的一组特征、连续谱与已知传感器响应，而不是只用一个最低点。
大气气体也在特定波长吸收。探测器拼接处、低信号区、杂散光和大气校正残差都可能模拟或扭曲材料特征。在搜索吸收前，必须标记不可用波长区。
连续谱、特征位置、深度与形状
连续谱是在吸收背景上估计的包络。连续谱去除以该包络除原光谱，使特征形状与总体亮度和斜率分开比较。结果取决于锚点和连续谱模型；若锚点位于邻近吸收或噪声区，深度和中心都会偏移。
对连续谱去除后的反射率 R_c(\lambda)，可在选定最低点 \lambda_m 用 D=1-R_c(\lambda_m) 表示波段深度；特征面积是在声明边界内积分 1-R_c；中心可取采样最低点、局部多项式估计或模型参数，三者对采样与噪声的敏感性不同。
应报告边界、连续谱、平滑、插值和不确定度。特征中心精度不得超过光谱校准和响应支持。比较时应检查完整残差与备选拟合，而不是只看最高匹配分数。
粒度、表面状态与混合
反射率取决于粒度、堆积、粗糙度、涂层、孔隙、水分与照明。增加光学路径可使吸收加深直至饱和并降低总体反射，但具体行为随材料和混合方式变化。风化皮或表面涂层即使很薄，也可主导遥感响应。
面积混合由像元内不同地表比例组成，在共同照明下常可用反射率线性混合近似；紧密混合允许光子与多种成分作用，通常是非线性的。阴影加入低能量分量，植被、水和土壤有机质也有自身特征。强特征在低丰度时可能仍可检出，却不能在没有合适辐射模型时直接定量。
丰度估计必须标为模型依赖。高匹配分数不意味着高纯度，特征深度图也不自动等同于浓度图。定量声称需要受控混合试验与独立矿物学测量。
光谱库与跨尺度迁移
完整光谱库记录应包含样品描述、制备、粒度、测量几何、照明、参考标准、仪器、波长校准、光谱分辨率、质量标志与独立成分信息。缺少这些背景的曲线不是可迁移参考。
同影像比较前，应转换为兼容物理量，去除无效波长，把高分辨率光谱卷积到影像响应，并对参考和观测使用同一连续谱或归一化。纯粉末的光谱库记录未必代表风化、混合或植被覆盖的野外表面。
候选集合应包括可能材料、混淆材料和混合物。检验候选经响应卷积和现实噪声后是否仍可分；若两个候选塌缩成同一响应，应报告矿物组或特征类别，而不是强选最高分者。
野外与实验室测量质量
野外光谱需要稳定照明或已表征光源、可追溯反射参考、合适前置光学、已知视场、暗电流与白参考检查，以及几何记录。参考频率应能响应照明变化。操作者或仪器阴影、变化云层与混合支持域可主导微弱地质特征。
实验室测量控制更强，却会引入样品制备选择。应记录样品是否完整、粉碎、筛分、干燥或加热，并保留代表性材料用于独立矿物学分析。各向异性或粗糙样品需重复方向，异质性明显时需重复制备。
质量控制包括波长和辐射检查、重复光谱、参考材料、坏通道掩膜与漂移监控。每条光谱都要关联样品或野外支持域，每个派生特征都要追溯到原始扫描。剔除光谱需记录准则并保留原始数据。
合成算例
三个合成候选均在 2.20\,\mu\mathrm m 附近有吸收。候选 A 在 2.205\,\mu\mathrm m 有对称特征，并在另一诊断区有较弱吸收；B 在 2.215\,\mu\mathrm m 有不对称最低点；C 是覆盖两者区间的宽凹混合物。实验室分辨率下三者不同，卷积到宽影像波段后 A 与 B 不可区分，C 主要以深度有别。
影像像元对 A 的匹配略优于 B，但光谱校准不确定度大于二者卷积后差异，次级特征也未被采样。正确推断是相容矿物组，而不是 A。更精细响应的野外光谱加独立矿物学才是区分性检验。
解释与决策。 应分别报告特征存在性、位置区间、深度、形状、质量与相容候选，并解释混合、粒度、水分和传感器响应如何影响结论。未独立确认时使用“光谱上相容”，信号或出露不足区域应制图为未知。
练习与审计清单
为两个纯候选和三个混合物建立合成光谱，加入连续谱斜率、波长偏移与相关噪声，再卷积到两套传感器响应。比较原始、连续谱去除与导数表示，说明哪些鉴定仍成立，并设计最小野外/实验室验证集。
审计问题：波长与反射率单位是否明确？大气与坏通道是否去除？连续谱是否记录？参考是否卷积到响应？粒度与几何是否兼容？分数不确定度能否区分领先候选？丰度声称是否有混合模型与独立测量支撑？
来源
- 公共光谱库，提供带材料描述和独立分析背景的光谱。
- 光谱库第七版报告，说明矿物、岩石、土壤、混合物等材料的测量、样品与库结构。
- 高分辨率光谱库概览，解释波长分辨率、混合物与遥感材料检测。
- 连续谱与基线处理方法，说明基线去除及其他可复现光谱分析操作。