مقاله ژئو شیمی زمین شناسی

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله ژئو شیمی زمین شناسی دارای ۲۰ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله ژئو شیمی زمین شناسی  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله ژئو شیمی زمین شناسی،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله ژئو شیمی زمین شناسی :

ژئو شیمی زمین شناسی

خلاصه مقاله :
انعکاس طیفها در طول موجهای مرئی و نزدیک به مادون قرمز وسیله ای سریع و کم خرج جهت بیان کانی شناسی نمونه ها و به دست آوردن اطلاعات درباره ترکیب شیمیایی ، فراهم می آورد .
پارامترهای نوار جذب از قبیل موقعیت ، عمق ، عرض و عدم تقارن ترکیب(ترکیب شیمیایی )جهت تخمین تقریبی ترکیب نمونه ها از میدان ماوراء طیفی استفاده شده است . این امر منجر به فراهم آمدن اطلاعات تکنیکهای کانی شناسی سطح( مانند طبقه بندی ) در استفاده از موقعیت و عمق باند جذب می شود.
به هر حال هیچ تلاشی برای فراهم کردن تصاویر پارامترهای باند جذب صورت نگرفته است . در این مقاله یک تکنیک درون یابی خطی ساده به منظور استنتاج عدم تقارن ،عمق و موقعیت باند جذب از اطلاعات تصویری ماوراء طیفی پیشنهاد می شود .

اطلاعات AVIRIS بدست آمده در سال۱۹۹۵ در روی منطقه معدن کاری کاپریت (نوآدا در ایالت متحده امریکا )جهت اثبات تکنیک و تفسیر کردن اطلاعات بر حسب فاز های دگرگونی شناخته شده منطقه استفاده می شود .تحلیل حساسیت روشهای پیشنهاد شده نشان داد که نتایج خوبی می تواند برای تخمین موقعیت طول موج جذب بد ست آید ، اگر چه عمق تخمین زده شده نوار جذب نسبت به پارامترهای ورودی انتخاب شده حساس می باشد .

تصاویرپا رامتری (عمق ، موقعیت ، عدم تقارن جذب ) هنگامی که به دقت توسط مشاهدات جزیی تجزیه شده به وسیله یک زمین شناس ،آزمایش و تفسیر می شود ،اطلاعات کلیدی درباره کان شناسی سطح فراهم می آورد .تخمین عمق و موقعیت می تواند مر تب باشیمی نمونه ها باشد و بنابراین اجازه ارتباط بین فضای میان بین میدان“ زمین شیمی و مشاهدات جزیی“ فراهم می آورد .

لغات کلیدی مؤلف :
طیفهای ماوراء، مشاهدات جزیی ، طیف نمایی، تحلیل ترکیت جذبی ، دگرگونی گرمابی.

۱- مقدمه :
هنگامی که فعل و انفعالات داخلی نوری توسط یک سنگ یا ماده معدنی ، نوری باطول موجهای معین ، توسط سایر طول موجها جذب می شود ، می تواند به جسم ماده اصلی ارسال شود .انعکاس به عنوان ضریبی از شدت نور منعکس شده از یک نمونه به شدت نور ساتع شده بر روی آن .
تحول الکترونیک و مراحل انقال شارج (به عنوان مثال تغییرات در حالات انرژی الکترونها به اتمها یا ملکولها )وابسته به تحول یونهای فلزی از قبیل Cr ،Ti،Fe .حالات تشخیصی ترکیبات جذبی با طول موج مرئی و نزدیک به مادون قرمز در منطقه طیف مواد معدنی ،را بیان می کند .(برنز ۱۹۹۳ ،آدامز ۱۹۷۴و آدامز ۱۹۷۵) علاوه بر این مراحل جهشی H2O ،OH ( به عنوان مثال جابجایی های کوچک اتمها نسبت به موقعیتها ی آرامش خود).

جذبهای قوی اساسی در بخشی از طیف با امواج متوسط تا کوتاه مادون قرمز (هانت ۱۹۷۷) تولید می کنند. موقعیت شکل و عمق و عرض این ترکیبات جذبی توسط ساختار کریستالی مشخص کنترل می شود که در آن گونه های جذبی و ساختار شیمیایی مواد شامل می شود .
بنابر این ترکیبات جذبی مختلف می توانند مستقیما با شیمی و ساختار ساده در ارتباط باشند عمق جذب ، نشانگری جهت مقدار ماده ای است که سبب جذب حاضر در یک نمونه می شود .
علاوه بر این عمق نوار جذبی با اندازه ذره یا دانه در ارتباط است همانطور که مقدار نور پراکنده شده و جذب شده توسط یک دانه بستگی به اندازه دانه دارد.یک دانه بزرگتر مسیر درونی بزرگتری بر اساس قانون بیرز دارند که فوتونها ممکن است در آن جذب شده باشند .

در دانه های کوچکتر سطوح انعکاسی بیشتری در مقایسه با طولهای مسیر فوتون در داخل وجود دارد ، چنانچه ضریب پخش فرا تر رود انعکاس با افزایش دانه کاهش می یابد .
میدان وطیف آزمایشگاهی برای ارتباط دادن ترکیبات جذبی با حالات شیمیایی نمونه ها هم در گرایش خاک شناسی و هم کانی شناسی به مانند علم پوشش گیاهی استفاده میشود .
جهت تحلیل اطلاعات تصویری ماوراء طیفی چندین تکنیک موجود می باشند تا ترکیب سطح را (به عنوان مثال کانی شناسی سطح ) از ترکیبی از عمق و موقعیت نوار جذبی استنتاج کند . به هر حال این قبیل تکنیک ها اطلاعات سه بعدی در رابطه با تغییرات شکل موقعیت و عمق نوار جذبی به وجود نمی آورند .
علی رقم این حقیقت که این پارامترها استفاده حیاتی در نقشه برداری ترکیبی سطح دارند در این مقاله در ابتدا مروری درباره استفاده از انعکاس طیف نما جهت تخمین ژئو شیمی سنگ ، خاک و استفاده از طیف نمای آزمایشگاهی و میدان برای بیو شیمی های برگ مانند ارائه شده است .

سپس تکنیکهای تحلیلی ترکیب سه بعدی موجود نسبت به ترکیبات جذبی نقشه در اطلاعات تصویری ماوراءطیفی ارز یابی می شود . پس از آن یک روش انتر پله خطی ساده جهت تخمین زدن پارامترهای نوار جذبی از طریق اطلاعات تصویری ماوراء طیفی معرفی می شود . در پایان در یک مطالعه موردی استفاده از یک تکنیک در تحلیل اطلاعات تصویری ماوراء طیفی هوا برد برای نقشه برداری ترکیبی سطح به اثبات می رسد .

۲- تحلیل ترکیب جذبی طیفی بر روی اطلاعا ت طیفی انعکاسی
طیف انعکاسی مواد معدنی در گستره طول موج مرئی تا نزدیک مادون قرمز توسط حضور یافقدان یونهای فلزی تحول یافته (مانند آهن، کروم،منواکسید کربن ،نیکل ،“ هانت ۱۹۷۷ و برنز ۱۹۷۳“ ) ظاهر می شود .
حضور و فقدان آب و هیدروکسی ، کربنات و سولفات ترکیبات جذبی را در منطقه SWIR بیان می کند . مولکول آب با عث می شود تا نسبت مواد معدنی – آب در طیف انعکاسی قوی دیده شوند .قدت اولیه انبساط OH در حدود یک چهارم میکرو متر و ترکیبات H-O-H با انبساط OH نزدیک به یک نهم میکرومتر یافت شده است .
گروههای OH معمولا در چندین سایت بلور شناسی از یک ماده معدنی مخصوص رخ می دهند و اساسا به یونهای فلزی متصل می شوند .بنابراین ممکن است بیش از یک ترکیب OH وجود داشته باشد.

ترکیب فلز OHبه علاوه انبساط OH حدود ۲/۲ تا ۳/۲ میکرو متر اتفاق می افتدو این تشخیص کانی شناسی می باشد .
کربناتها همچنین باندهای جذبی ارتعاشی را از طریق یون CO3 ( دوبار منفی) در ۵/۲ تا ۵۵/۲ و ۳/۲ تا ۳۵/۲ میکرو متر نشان می دهند و سه باند ضعیفتر نزدیک ۱۲/۲ تا ۱۶/۲ و ۹۷/۱ تا ۲ و ۸۵/۱ تا ۸۷/۱ میکرو متر اتفاق می افتد .تخمین های مقداری ترکیبهای کانی شناسی و تحلیل شیمیایی بر پایه اطلاعا ت طیف نمایی توسط بسیاری از مولفان ثابت شده است .(آدامز ۱۹۷۵ و کلارک۱۹۹۰ )

آدامز در ۱۹۷۵ و کلوتیز ۱۹۸۶ نشان دادن که نوارهای جذبی آهن نزدیک ۲/۱ میکرومتر بر اساس تابعی از ضریب (آهن + منیزیم ) آهن عمل میکند .
به طور مشابه کنیگ و ریدلی ۱۹۸۷ این تاثیر را زبرجدها نشان دادن (موستارت ۱۹۹۲ )نشان داد که ضر یب آهن + منیزیم می تواند از طریق طیف انعکاسی محاسبه شود . (دوک ۱۹۹۴ )شیفت های ماهرانه ای از آلومینیوم ، OH در نوار جذبی طبق نظر روسها با ترکیب آلومینیوم یافت .هنگامی که آلومینوم یا منیزیم جایگزین می شود کریستال به علت تغییرات اندک در طولهای آلومینیوم OH تخریب شده و بنابر این طولهای جذبی به اندازه ۲/۲ میکرومتر در موقعیت نوار جذبی به وجود می آیند (دوک ۱۹۹۴) .
از این رو (دوک۱۹۹۴) راه مقدار یابی ترکیب روسی آلومینیوم را از موقعیت نوار جذبی آلومینیوم OH بدست آورد .(وندرمیر ۱۹۹۴ و ۱۹۹۵ )ثابت کرد که طیف نمایی انعکاسی میزانی برای ضریب کلسیت فراهم می آورد .“ دولومیت در سنگ آهک “.

در علم خاک طیف نمایی انعکاسی جهت مقدار یابی پارامترهای خاک از قبیل مسئله ارگانیک ، آهن کل،منیزیم و کلسیم قابل معاوضه و PH استفاده شده است .اخیر کاریوکی ۲۰۰۳ نشان می دهد که تعویض ظرفیت کاتیون CEC می تواند از طریق طیف انعکاسی تخمین زده شود .

در علوم گیاهی طیف انعکاسی برای سالها جهت تخمین بیوشیمی استفاده می شده است .از زمان کار پیش قدمانه کوران ۱۹۸۲ بر روی بیو شیمی برگ و وسمن ۱۹۷۸ بر روی مشاهدات جزیی بیو شیمی ، بسیاری از مولفان ثابت کرده اند که سازنده های برگ ( مخصوصا رنگدانه ها ی برگ) می تواند اندکی از طریق اطلاعات طیفی تعیین شود .به عنوان مثال کوران ۱۹۹۲ و فورتی ۱۹۹۶ نمونه های بیوشیمی که تخمین زده می شوند شامل آب برگ (بومن ۱۹۸۹) کلروفیل ۲ (لیچتن تالر ۱۹۹۶) و نیتروژن (یودرو کراسبی ۱۹۹۵ )می باشند .اخیرا (کوکالی و کلارک ۱۹۹۹ ) مدلی برای بیان غلظت ترکیبات FOLIAR از طیف انعکاسی با استفاده از تحلیل عمق نوار جذبی و مضرب خطی رگرسیون برگشتی ارائه می دهند تا رابطه ای بین انعکاس و غلظت چندین مولفه (نیتروژن و سلولز ) تخمین بزنند.

کوران ۲۰۰۱ نمونه از تحلیل بیوشیمی طیف انعکاسی برگ که با استفاده از تحلیل عمق و موقعیت نوار جذبی نشان داد .

۳- تحلیل ترکیبات جذبی طیفی در اطلاعا ت تصویری ماوراء طیفی :
تکنیکهای مختلفی برای پروسه کردن شبه سازی ماوراء طیفی به منظور به دست آوردن اطلاعات ترکیبی سطح بر روی یک بستر پیکسل به پیکسل برا ی تمامی تصاویر وجود دارد .تکنیکهایی که به طور ویژه از عمق و موقعیت نوار جذبی استفاده می کنند شامل :

۱- عمق نوار جذبی مرتبط (RBD)
۲- تناسب ترکیب طیفی (SFF) به صورت تکنیکی .
۳-تری کوردر و تترا کوردر به صورت الگوریتمی در آزمایشگاه طیفی سازمان نقشه بردار امریکا توسعه یافت .

این تکنیکها به صورت پی در پی طیف انعکاسی را جابه جا می کند .
بنابر این دانستن این که جذب در یک طیف از دو بخش تشکیل شده است ، ضروری است :ترکیبهای انفرادی و مداوم .تداوم یا پیش زمینه ، توان بازتاب سراسری انعکاس منحنی شکل می باشد .
جابجایی مقیاسهای موثر طیفی تا صددر صد هنگامی صورت میگیرد که منحنی طیفی به قسمت مداوم و پی در پی نزدیک می شود به صورت ریاضی می تواند به صورت زیر انجام شود که L(W) طیف به صورت تابعی از طول موج W،O : طیف مشاهده شده ، C1 ،C : تداوم برای طیف C0 تداوم برای طیف مشاهده شده ، LC طیف جابجا شده – مداوم O عبارت است از طیف مشاهده شده جابجا شده .

شکل یک تقریبی از تداوم و تداوم انتقالی و تعریفی از ترکیب جذبی می باشد .
توسعه روش نقشه برداری معدنی به وسیله تصویر بردار ی از اطلاعات طیف متر و با استفاده از تصاویر RBD، مستقیما از اطلاعات تابشی ناشی می شود .
اساسا تصاویر RBD یک اصلاح مداوم محلی را فراهم می کند به طوریکه جابجایی کانال به کانال کوچک از انحراف رادیو متریک به خوبی تفاوت جذب اتمسفریک و توقف تابش خورشیدی برای هر پیکسل در مجموعه اطلاعات صورت میگیرد .برای تولید یک تصویر RBD چندین کانال اطلاعاتی از هر دوسوی باند جذبی جمع می شود و سپس توسط مقداری از چندین کانال از مینیمم نوار جذبی تقسیم می شود .

تناسب ترکیب طیفی توسط نرم افزار ENNI (کلارک۱۹۹۰ )از طیف پیکسلی جابجا شده پی در پی استفاده می کند که جهت مقایسه طیف انعکاسی پی در پی از کانی شناسی شناخته شده به کار برده می شود .
یک تصویر مقیاسی جهت هر عضو انتهایی انتخاب شده جهت تحلیل با تفریق اولیه طیف جابجا شده پی در پی از دیگری تولید می شود .بنابر این آنها را معکوس و به صورت صفر پی در پی در می آوریم .یک فاکتور مقیاس ، معادل یک ترکیب طیفی عمیق است ، حال آنکه یک فاکتور مقیاسی کوچک یک ترکیب طیفی ضعیف را نشان می دهد .

خطای RMS کل (میانگین ریشه جذر )برای شکل دهی یک خطای تصویری RMS برای هر عضو انتهایی به کار برده می شود .ضریب مقیاس تصویر و تصویر RMSیک تصویر متناسب را تولید می کند که میزانی از چگونگی انتخاب طیف ناشناخته ازطیف انعکاسی بر روی یک بستر پیکسل به پیکسل می باشد .
تتراکوردر(تری کوردر و عامل موفقیتش) از الگوریتمهای انتخابی طیفی استفاده میکنند که در یک پروسه دو مرحله ای بکار می رود .
ابتدا شیب طیفی محلی (پی درپی) تخمین زده می شود و هر دو از انعکاس دو طیف مشاهده شده جدا می شوند .
در مرحله بعد شناسایی مواد معدنی از طریق طیف آنها انجام داده می شود که این کار توسط فاکتورهای زیر صورت می پذیرد .

۱- خوب بودن تناسب ترکیب یک طیف .
۲- سطح انعکاس.
۳- شیب مداوم .
۴- حضور یافقدان ترکیبات طیفی فرعی کلیدی .

تتراکوردر از این ترکیبات طیفی جابجا شده پی در پی و انعکاسی استفاده می کند تاتناسب سنگینی جهت محاسبه بین طیف ناشناخته و طیف شناخته شده بوجود آورد .با استفاده از یک متخصص سیستم اطلاعات ترکیبی سطح استنتاج می شود و نتایج دارای اعتبار می شوند . این روش نقشه برداری تمامی اطلاعات ترکیبی معتبر شده سطح را توصیف می کند .(اکثر نقشه های کانی شناسی)
اما آنها اطلاعاتی درباره عدم تقارن ، عمق و موقعیت نوار جذبی بر روی یک بستر پیکسل به پیکسل فراهم نمی آورد اگر چه این پارامترها در انتخاب انجام شده استفاده می شود .

۴-عدم تقارن عمق و موقعیت نوار جذبی توسط نقشه برداری از اطلاعات تصویری ماوراء طیفی .

همانطور که در بخشهای قبلی بحث شد میدان و طیف انعکاسی آزمایشگاهی برای استنتاج اطلاعات ترکیبی روی نمونه ها استفاده می شده است .
معمولا این امر شامل یک ضریب رگرسیون خطی از پارامترهای نوار جذبی و ترکیب شیمیایی می باشند .
پارامترهای نوار جذبی زیر که توسط طیف جابجایی شده پی در پی (شکل ۱) محاسبه شده ،اغلب استفاده می شود :

۱- موقعیت نوار جذبی .
۲- عمق نوار جذبی .
۳- عدم تقارن نوار جذبی ، عمق مرتبط ، D ، از ترکیب جذبی به عنوان ارزش انعکاسی تعریف می شود و در شانه ها مقدار انعکاس در نوار جذبی مینیمم تفریق می شود.

عمق یک نوار جذبی D می تواند در ارتباط با RC به صورت پی در پی تعریف شود :

که Rb انعکاس د رانتهای باند است و RC انعکاس پی در پی در همان طول موج مانند Rb می باشد . این طیفها (همچنین به طیف انتقالی پی در پی بر میگردد)جهت ترکیبات جذبی استفاده می شود ، که برای یک ماده معدنی معین ، بر اساس عدم تقارن ، عرض ، عمق و موقعیت منسوب می شود .
موقعیت باند جذبی لاندا به عنوان باندی که حداقل مقدار انعکاس را درگستره ترکیب جذبی و بر روی طول موج دارد تعریف می شود .

فاکتور عدم تقارن ، S، معروف به صورت زیر تعریف می شود که ALEFT منطقه جذب از نقطه شروع تا نقطه ماکزیمم می باشد و ARIGHT منطقه جذب از نقطه جذبی ماکزیمم تا نقطه انتهای جذب (شانه )می باشد . مقادیر برا ی Sاز صفر تا بی نهایت تغییر می کند و مقدار یک برای S به معنای تقارن ترکیب جذبی می باشد.
ترکیباتی که در آنها منطقه دست چپ بزرگتر از دست راست است (ترکیبات جذبی ، اریب به سمت طول موج طولانی تر )منجر به مقادیر بزرگتر از یک در عدم تقارن می شود .ترکیباتی که منطقه سمت چپ کوچکتر از منطقه سمت راست است (ترکیبات جذبی اریب به سمت طول موج کوتاهتر ) منجر به مقادیر بین صفر ویک در عدم تقارن خواهد شد .
(اوکادا و ایواشیتا۱۹۹۲) تولید موج مانندی بر روی تصاویر ماوراء طیفی می کنند اگر چه الگوریتمهای بسیار خوب مستند نشده اند .

تعریف پارامترباند جذبی آنگونه که در بالا توضیح داده شد اطلاعات طیفی نسبتا مداومی را مرقوم می کند که اطلاعات بدست آمده از طیف مترهای تصویری در یک مقدار بزرگ از باندهای طیفی گسسته قرار دارد .
طیف آزمایشگاهی مانند ASD،۳۷۰۰GER از طیف مترهای میدانی منتج می شود و می تواند مداوم در نظر گرفته شوند . و سایل تصویر بردار ی طیف را به چند ناحیه تقسیم می کنند (۱۰ الی ۲۰ نانو متر عرض )باندها و نمونه طیفها هر کدام ۱۰ تا ۲۰ نانومتر هستند بنابر این روابط ۲ و ۳ نیازمند تصویر برداری اطلاعات طیف متر می باشد .
در اینجا ما یک روش تقریبی خطی ساده از پارامترهای ترکیب جذبی پیش نهاد می کنیم .ما تمامی محاسبات را بر روی اطلاعات تصویری با استفاده از اسکریپتهایی که می توانند بر روی اپراتور ریاضی باند بااستفاده از نرم افزار ENVI انجام داده ایم .

موقعیت طول موج مرکز باند معمولا جهت محاسبات بیشتر استفاده می شود بنابر این فراهم آوردن موقعیت طول موج طیفی بر روی تعدای از موقعیتهای طول موجی یک ترکیب جذبی صورت می گیرد .
برای تطبیق این موضوع یک روش خطی ساده جهت محاسبه پارامترهای ترکیب جذبی از طریق اطلاعات تصویری پیشنهاد می شود .
شکل ۲ به صورت گرافیکی این روند را توضیح می دهد .