應用方案—通過紅外熱成像技術檢測完整巖石橋

巖體中的侵蝕過程取決于完整巖石的特性和脆性結構，例如節理和其他不連續性。在陡峭的基巖景觀中，落石是調節總體侵蝕率的主要過程。在某些地形（特別是花崗巖）中，巖石崩落通常是由沿著表面平行的裂縫形成的假巖塊脫落而形成的，這些裂縫被稱為薄片縫。剝離片通常通過所謂的“巖石橋”與巖石連接，其中片狀節理尚未傳播。

最近的工作已經開始探索巖石橋梁在確定各種落石和滑坡破壞模式方面的作用。這些研究清楚地表明，巖橋的空間分布對于理解節理巖體的穩定性至關重要。人們已經認識到巖石橋梁和階梯路徑幾何形狀對于邊坡穩定性分析的重要性。近年來，用于在圖像和帶紋理的3D點云上繪制巖橋的技術已得到顯著改善。然而，這些落石后測繪方法受到暴露偏差的影響取決于露頭的可及性和可見性。最近的一項研究提議在巖崩事件發生之前直接進行工作，以結合遙感和菲爾德制圖研究的觀測結果，繪制完整的巖石橋梁。并且到目前為止，尚未對實際完整的巖石橋梁進行遠程檢測。

圖1為紅外熱像儀拍攝的山體東南面正視圖

為了滿足這一需求，瑞士洛桑大學地球科學研究所通過將紅外熱成像技術與地面激光掃描技術結合起來，遠程檢測位于優勝美地山谷（美國加利福尼亞州）的El Capitan的東南面完整的巖石橋。在1000米高的懸崖上進行了四個小時的紅外熱監測，該溫度已在溫度下校準并進行了發射率效應校正。在兩個定界的剝落薄片表面上出現的熱異常現象解釋為巖石橋存在的跡象，得出了可能的巖石橋梁大小的估計值，然后將其用于評估兩個受監控的剝離薄片的穩定性條件。

圖2為紅外熱像儀拍攝的山體全景圖

紅外熱全景圖顯示了兩個花崗巖剝落板表面的冷熱特征，這與空氣循環冷卻部分分離的板背面的預期一致。科學家發現，兩個受監控的假巖塊始終比周圍的圍墻溫度更低，這種較冷的熱信號解釋為空氣循環的結果，該空氣循環包裹并冷卻了來自分離零件。即使在夜間巖石冷卻期間，這些相同的表層上仍存在小范圍的熱異常溫度。通過巖石橋梁的巖石附著可能是熱數據異常溫暖的原因。基于熱激光和地面激光雷達的組合成像，并使用幾何和巖石斷裂力學分析，能夠量化兩張板的穩定性。通過分析表明，熱成像技術可以遠程檢測完整的巖石橋梁，從而大大改善了落石危險性評估。

參考資料：

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.