通过红外热成像技术检测完整岩石桥

应用方案—通过红外热成像技术检测完整岩石桥

岩体中的侵蚀过程取决于完整岩石的特性和脆性结构，例如节理和其他不连续性。在陡峭的基岩景观中，落石是调节总体侵蚀率的主要过程。在某些地形（特别是花岗岩）中，岩石崩落通常是由沿着表面平行的裂缝形成的假岩块脱落而形成的，这些裂缝被称为薄片缝。剥离片通常通过所谓的“岩石桥”与岩石连接，其中片状节理尚未传播。

最近的工作已经开始探索岩石桥梁在确定各种落石和滑坡破坏模式方面的作用。这些研究清楚地表明，岩桥的空间分布对于理解节理岩体的稳定性至关重要。人们已经认识到岩石桥梁和阶梯路径几何形状对于边坡稳定性分析的重要性。近年来，用于在图像和带纹理的3D点云上绘制岩桥的技术已得到显着改善。然而，这些落石后测绘方法受到暴露偏差的影响取决于露头的可及性和可见性。最近的一项研究提议在岩崩事件发生之前直接进行工作，以结合遥感和菲尔德制图研究的观测结果，绘制完整的岩石桥梁。并且到目前为止，尚未对实际完整的岩石桥梁进行远程检测。

图1为红外热像仪拍摄的山体东南面正视图

为了满足这一需求，瑞士洛桑大学地球科学研究所通过将红外热成像技术与地面激光扫描技术结合起来，远程检测位于优胜美地山谷（美国加利福尼亚州）的El Capitan的东南面完整的岩石桥。在1000米高的悬崖上进行了四个小时的红外热监测，该温度已在温度下校准并进行了发射率效应校正。在两个定界的剥落薄片表面上出现的热异常现象解释为岩石桥存在的迹象，得出了可能的岩石桥梁大小的估计值，然后将其用于评估两个受监控的剥离薄片的稳定性条件。

图2为红外热像仪拍摄的山体全景图

红外热全景图显示了两个花岗岩剥落板表面的冷热特征，这与空气循环冷却部分分离的板背面的预期一致。科学家发现，两个受监控的假岩块始终比周围的围墙温度更低，这种较冷的热信号解释为空气循环的结果，该空气循环包裹并冷却了来自分离零件。即使在夜间岩石冷却期间，这些相同的表层上仍存在小范围的热异常温度。通过岩石桥梁的岩石附着可能是热数据异常温暖的原因。基于热激光和地面激光雷达的组合成像，并使用几何和岩石断裂力学分析，能够量化两张板的稳定性。通过分析表明，热成像技术可以远程检测完整的岩石桥梁，从而大大改善了落石危险性评估。

参考资料：

Antoine Guerin, Michel Jaboyedof, Brian D. Collins, et al. Detection of rock bridges by infrared thermal imaging and modeling[J]. Scientific Reports. 9, 13138, 2019.