Кронберг П.
Дистанционное изучение Земли: Основы и методы дистанционных исследований в геологии

Отражательная и поглотительная способности горных пород. Часть 1

3.2. Горные породы

3.2.1. Отражательная и поглотительная способности горных пород.

К числу первых работ, в которых приведены спектральные яркости поверхностей горных пород и доказано значение их выборочных измерений для интерпретации аэрофотоснимков, относится публикация Рея и Фишера [308]. На основании экспериментов ими было установлено, что литофациальные различия между горными породами некоего ландшафтного района не всегда контрастны и поэтому они не всегда уверенно могут быть выделены повторно на аэрофотоснимке, сделанном на нормальной черно-белой панхроматической пленке. Эти исследователи искали технику съемки и обработки, которая позволила бы лучше использовать отражательную и поглотительную способность различных типов горных пород и тем самым получить улучшенные по контрастности вторичные данные для определенных разностей горных пород на черно-белых аэрофотоснимках. Рей и Фишер искали спектральный канал, соответственно диапазон длин волн, в котором отражательные способности определенных разновидностей пород были бы наиболее различны. С помощью колориметра они исследовали отражательные способности выветрелых и свежих проб глинистых сланцев, известняков и песчаников из Нью-Мексико. Они установили, как изменяется отражательная способность отдельной поверхности горной породы, и построили по этим данным графики отражения по спектру. Форма и положение кривой на нем показывают, сколько процентов энергии светового потока отразилось от поверхности горной породы в определенном интервале длин волн (рис. 6 и 7).

Рис. 6. Спектральные отражательные способности четырех типов горных пород: светло-коричневого песчаника (А), серого известняка (В), красного алевролита (С) и серого песчаника (D) [249]. (доступно только при скачивании полной версии)

Рис. 7. Спектральные отражательные способности двух типов пород: красного алевролита (А) и выветрелого серого известняка (В) [249]. (доступно только при скачивании полной версии)

В общем отражательная способность изученных горных пород уменьшается с уменьшением длины волны (рис. 6). Каждый раз спектральная составляющая интенсивности отражения определяется уровнем и формой отдельной спектральной кривой. Различное положение этих кривых на графике для четырех типов горных пород показывает, что отражательная и поглотительная способности горных пород зависят от вещества. Если сравнивать положение отдельных спектральных кривых этого графика, то можно определить, с одной стороны, области спектра, в которых кривые подходят близко друг к другу или пересекаются, и области спектра или, вернее, зоны спектра, в которых отражательные способности изученных горных пород явно сходны, и, с другой стороны, зоны спектра, в которых кривые отражения разных пород со всей очевидностью расходятся между собой. В этой спектральной зоне изученные типы пород отражают падающий световой поток с наибольшим различием. Эта ситуация поясняется графиком рис. 7, на котором представлены кривые отражения красного алевролита (А) и выветрелого серого известняка (В). В зоне спектра 0,45-0,5 мкм, так же как в зоне 0,65-0,7 кмк, различие в отражательной способности обоих типов горных пород особенно четко выражено. В зоне 0,45-0,5 мкм (голубой) известняк (5) отражает падающий на него световой поток намного сильнее, чем красный алевролит (А). Напротив, в зоне 0,65-0,7 мкм (красной) отражение красного алевролита (А) намного больше, чем известняка (В). В зоне 0,575 мкм отражательная способность обеих пород одинакова, здесь пересекаются их спектральные кривые. На этом примере выясняется, что: а) различие в отражательной способности двух типов горных пород в определенном интервале длин волн или части спектре выражено сильнее, чем в других; б) отношение отражательных способностей двух типов горных пород в диапазоне видимого излучения может обращаться; в) спектральные характеристики различных горных пород в определенном интервале длин волн могут быть похожи или одинаковы. Из анализа графиков (рис. 6) следует, что различия отражательных способностей двух или более типов горных пород в видимом диапазоне электромагнитного излучения могут более или менее меняться. Так, в коротковолновой части спектра кривые спектральной яркости светло-коричневого песчаника (А), серого известняка (В) и серого песчаника (D) находятся близко друг к другу. Породы, имеющие разные цвет, минеральный состав и величину зерен, имеют похожие формы кривых спектральной яркости. С другой стороны, эти три разности пород отражают падающий на них световой поток в голубой части спектра сильнее, чем красный алевролит (С). В красной части спектра (около 0,65-0,7 мкм) светло-коричневый песчаник (А) отражает падающий на него световой поток сильнее, чем серый известняк (В), красный алевролит (S) и серый песчаник ( D), которые в этой части спектра обнаруживают близкие спектральные характеристики.
Рей и Фишер [308] по данным анализа полученных ими отражательных способностей горных пород установили, что выделение различных типов пород на выбранном тестовом участке по черно-белому аэрофотоснимку, снятому на панхроматическую пленку с желтым фильтром, возможно только по очень небольшой разнице серых тонов. Это обусловлено тем, что черно-белая пленка с установленным перед ней желтым фильтром воспринимает отраженный от ландшафта поток света в относительно широком диапазоне спектра, в интервале длин волн 0,5-0,7 мкм, т. е. в таком спектральном диапазоне, в котором спектральные яркости горных пород типа А и В (рис. 7) примерно одинаковы. Таким же образом (незначительными контрастами оттенков серого тона) на аэрофотоснимках выделялись четыре типа горных пород с другой отражательной способностью (рис. 6). Но если бы для съемки местности с обнажениями пород типа А и В была применена комбинация фильтр-пленка, при которой через светофильтр на пленку попадали бы лучи определенного цвета, т.е. длины волны, например, голубые (0,4-0,5 мкм) или красные (0,6-0,7 мкм), то можно было бы ожидать, что на такой спектрозональной (узкозональной) фотографии резкими контрастами оттенков серого тона выделятся красные аргиллиты (А) и серые известняки (В). На таком снимке, сделанном в голубой зоне спектра, темно-серые известняки выделились бы более светлыми, а красные аргиллиты – более темными оттенками. На аэрофотоснимке, сделанном в красной зоне спектра, фототона изменились бы на противоположные, но сохранилась бы величина контрастности между ними.
Если местность с четырьмя выделенными типами пород (рис. 6) сфотографировать в лучах голубой зоны спектра, то на аэрофотоснимке обнажения пород типа С выделятся самым темным оттенком серого тона среди более светлых оттенков, соответствующих более сильно отражающим выходам пород других типов (А, В и D). При соответствующей пропусканию красных лучей комбинации фильтр-пленка на узкозональном снимке обнажения пород типа А выделятся самыми светлыми тонами среди более темных в этот раз выходов пород типа В или C/D. Основываясь на этих сведениях и используя подходящие комбинации фильтр-пленка, Рей и Фишер добивались наиболее контрастных изображений различных типов горных пород на аэрофотоснимках. Их исследования показали прежде всего, как важна технология съемки, тот спектральный диапазон, в котором производится съемка местности и который определяется спектральными характеристиками (каждый раз своими) материалов или сред – поверхностей природных и антропогенных объектов съемок. В методике исследований и использовании экспериментальных данных, примененных Рейем и Фишером, были заложены важнейшие начала для развития, начавшегося несколькими годами позднее развития многозональных съемок и способов обработки и данных при дистанционном зондировании.
Для контрастного изображения оттенками серого тона соседних поверхностей разных литофациальных единиц на аэрофотоснимках (соответственно на узкозональных спектральных снимках) имеет значение величина различия в отражении поверхностями этих горных пород выбранного для съемок диапазона электромагнитных волн (см. разд. 4.1 и рис. 53). Улучшенное по контрастности изображение интересующих исследователя поверхностей горных пород на узкозональном аэрофотоснимке следует ожидать прежде всего в таком диапазоне длин волн, в котором эти типы горных пород наиболее сильно отражают или поглощают (по сравнению с соседними обнаженными разностями) падающий на- них поток электромагнитного излучения.
Для выбора оптимального спектрального канала или диапазона съемки и получения оптимального изображения при обработке данных дистанционного зондирования прежде всего необходимо знать отражательные и поглотительные способности интересующих материалов (объектов съемки) в предполагаемом диапазоне длин волн. В 1960-1970 гг. изучению этих закономерностей были посвящены измерения отражательных способностей (альбедо) важнейших минералов и горных пород в лабораториях, на местности, а также с самолетов и спутников. Исследования ограничивались сначала измерениями в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах электромагнитного излучения. Позднее стали изучать спектральные яркости минералов и пород в среднем ИК-диапазоне, а также их эмиссионную способность (или коэффициенты теплового излучения) их в температурном, или тепловом, диапазоне инфракрасного излучения.

Скачати повну версію книжки (з малюнками, картами, схемами і таблицями) одним файлом