Кронберг П.
Дистанційне вивчення Землі: Основи і методи дистанційних досліджень в геології

Відбиваюча і поглинальна здатності гірських порід покритих рослинністю. Частина 4

Поза межами аридної зони поверхні гірських порід і грунтів майже завжди приховані рослинністю. Її вигляд і щільність змінюються від району до району. Відповідно змінюється і площа вільних від рослин поверхонь гірських порід або ґрунтів. Наскільки спектральний сигнал, що йде від поверхні Землі і реєструється приймачем, буде визначатися спектральними ознаками рослинності або власними характеристиками прихованих під її покровом порід і грунтів, залежить від густоти і розподілу рослинності по поверхні місцевості, що знімається. Відповідно треба врахувати і просторову роздільну здатність (по площі) елементів, що реєструюються у використовуваному приймачі. У більшості випадків у «поле зору» приймача потрапляє ділянка місцевості з тим або іншим видом рослинності і з різною її густотою. Якщо просторова роздільна здатність реєструючого елементу складає, наприклад, дециметри або метри, то можна отримати роздільну реєстрацію сигналів від ділянок, покритих рослинами, і від вільних від рослин поверхонь порід або ґрунтів. Якщо ж роздільна здатність низька, сотні-тисячі метрів (наприклад, для сканера на супутнику «Landsat» близько 6000 м кв), то приймачем буде одночасно сприйматися випромінювання, відбите рослинністю і поверхнями, без неї, тобто в більшості випадків буде реєструватися змішаний сигнал.

Поряд з вивченням спектральної відбивної здатності гірських порід в останній час збільшилася кількість досліджень поглинання падаючої енергії Сонця певними мінералами і його можливого значення для дистанційного зондування.

Численними дослідниками [1, 87, 89, 233, 257, 260] було показано, що мінерали, що містять залізо і шаруваті силікати з групами AL-OH і Mg-OH (глинисті мінерали і гідрослюди) в певній частині спектру електромагнітної енергії, перш за все у відбитому середньому діапазоні інфрачервоного випромінювання, сильно поглинають падаючий потік енергії. Цей ефект виражається мінімумом відбивання у відповідній частині спектру або смугою поглинання, за якою можна діагностувати мінерали і гірські породи. Так, дво- і тривалентним залізом створюються сильні смуги поглинання близько 1,0 мкм, близько 0,92 мкм і більш тонкі, розташовані поруч один з одним смуги поглинання в інтервалі 0,40-0,55 мкм [119]. Тому спектр відбивання гірської породи може бути її спектральною характеристикою, яка визначається залізистими мінералами. Так, наприклад, червоний колір деяких порід і грунту зумовлений великим вмістом гематиту і гетиту (див., наприклад, графік відбивної здатності червоного аргіліту на рис. 7).

Смуги поглинання енергії виділяються насамперед у спектрах залізо-магнієвих і водних мінералів. Вплив цих мінералів на спектральні характеристики гірських порід зменшується, якщо в складі гірської породи є разом з мінералами, що містять залізо, або гідроксильну групу, або і ті й інші, кварц і польові шпати. Однак і в цьому випадку вищевказані смуги поглинання проявляться на графіку відбивної здатності породи.

Відбивна здатність мафічних та ультрамафічних гірських порід слабо змінюється в діапазоні 0,4-1,1 мкм. На противагу їм відбивна здатність фельзитових порід зростає безперервно у міру збільшення довжини хвилі [260], хоча є деякі мінімуми і максимуми в інтервалі 0,7-1,1 мкм (рис. 11). Мабуть, породи зі складом, середнім між мафічним і фельзитовим, повинні мати і спектральні характеристики проміжного типу [256].

Спектральна яскравість лужних, ультралужних і кислих гірських порід
Рис. 11. Спектральна яскравість лужних, ультралужних (внизу) і кислих гірських порід (вгорі)

Ріоліт (12), граніт (14), ріоліт (4), гранодіорит (2) зі збільшенням довжини хвилі випромінювання збільшують свою спектральну яскравість.

Серпентиніт (15), габро (9), перидотит (8) і базальт (13) зменшують спектральну яскравість при збільшенні довжини хвилі випромінювання [260].

Вивчення спектральних характеристик природних об'єктів сприяло вибору двох найбільш оптимальних інтервалів довжин хвиль: 1,2-1,3 і 1,6-2,2 мкм, в яких можливий пошук мідно-порфірового зруденіння в незмінених інтрузивних, вулканогенних і осадових породах за зонами вторинних мінералів і порід, що утворюються в результаті гідротермальних змін [85, 89].

В результаті лабораторних вимірювань було встановлено [86, 87], що певні мінерали, які зустрічаються в зонах гідротермально змінених порід поблизу родовищ, наприклад, мідно-порфірових руд, мають специфічні спектральні ознаки, особливо в інтервалі довжин хвиль 2,1-2,4 мкм. Ці ознаки можна використовувати для дистанційного зондування. Так, каолініт, монтморилоніт, алуніт і кальцит розпізнаються за характерними вузьким і широким смугах поглинання енергії в середньому інфрачервоному діапазоні (рис. 12). Виходячи з припущення, що за допомогою десятиканального радіометра з діапазоном вимірювань 0,5-2,3 мкм вдасться відшукати для початку хоча б каолін або карбонатні породи за їх спектральними характеристиками, були проведені експериментальні зйомки з борту космічного корабля багаторазового використання «Space Shuttle «Columbia» [88]. Поряд з вимірами в специфічних вузьких ділянках спектру були запропоновані [86] і вимірювання в певній комбінації зон або каналів для доказу можливості визначення досліджуваних мінералів. Проведеними на тестовій ділянці дослідженнями була доведена ефективність запропонованої комбінації двох каналів; 1,6 і 2,2 мкм. Перший з них дуже важливий для виявлення гідроксильних груп в мінералах, типових для гідротермально змінених зон родовищ. За даними проведених вимірювань в обох цих каналах виявилося можливим розрізняти лімонітізовані, гідротермально змінені породи і магматичні породи в більшості випадків теж з лімонітом, який утворюється в результаті окислення залізо-магнієвих мінералів і декристалізації скла. Крім того, виявилися сильно освітлені гідротермально змінені породи без лімоніту, якщо вони мали в своєму складі мінерали з гідроксильною групою OH-.

Спектральна відбивна здатність деяких мінералів, що зустрічаються на ділянках розвитку гідротермальних змін у гірських породах
Рис. 12. Спектральна відбивна здатність деяких мінералів, що зустрічаються на ділянках розвитку гідротермальних змін у гірських породах
Для визначення мінералів важливим виявилося положення спектральних смуг поглинання
  1. каолініт;
  2. монтморилоніт;
  3. алуніт;
  4. кальцит

Використання середнього інфрачервоного діапазону стало можливим лише в останні роки завдяки розробці таких приймачів, які дозволили провести ці виміри. Тематичні зображення-схеми отримують багатозональним сканером супутника «Landsat-4», що має спеціальний канал 2,2 мкм, призначений для складання карт літофацій або мінеральних фацій. Мультиспектральні сканери попередніх супутників цієї групи могли зареєструвати від поверхні Землі потоки сонячної енергії лише в діапазоні 0,5-1,1 мкм. При випробуванні мультиспектрального сканера для отримання тематичних зображень в районі мідно-порфірових родовищ Сеффорд, штат Арізона, виявлені зони вторинних гидротермальних змін порід: кварц-серицитового, хлоритизація та пропіліталізація. За даними дистанційного зондування було вказано каолініт та монтмориллоніт у вторинно зміненних породах іншого мідно-порфірового родовища – Мерісвейл, штат Юта [233]. Тут змінені породи були виявлені за ознаками поглинання – смугами абсорбції між 2,17 і 2,22 мкм, які виявляються завдяки алюмо-гідроксильній групі вищезгаданих мінералів. У спектральних характеристиках гідротермально незмінених порід відсутні відповідні смуги поглинання або ж вони виражені дуже слабо.

Особенно полезным для представления и обработки данных мультиспектрального сканирования в среднем инфракрасном диапазоне при составлении литофациальных карт или карт минеральных ассоциаций оказалось внедрение компьютерной, или машинной, обработки, в результате которой получают так называемые числовые изображения. Они представляют собой специальные шаги в обработке данных путем деления для одной плоскости данных измерений в двух диапазонах (см. разд. 5.3.11). Как правило, для таких преобразований изображения используются данные синхронных измерений, полученные многоканальной аппаратурой. Для распознавания минералов с гидроксильной группой ОН наиболее оптимальным оказался вариант числового изображения, составленный методом частного по данным измерений в каналах 1,6 и 2,2 мкм [1, 81, 86,89]. Во время полета космического корабля «Спейс шаттл Колумбия» в ноябре 1981 г. была проведена спектрометрическая съемка пятиканальным спектрорадиометром. После соответствующей обработки на ЭВМ по данным измерений в пяти каналах было проведено распознавание и отождествление каолинита, алунита, кальцита и монтмориллонита [88].

В другом случае для распознавания каолинита, монтмориллонита, алунита, кальцита, гипса, илита, серпентинита и хлорита потребовались только три варианта числовых ратио-изображений [323]. Из этих приведенных примеров становится очевидным значение спектрометрирования в среднем ИК-диапазоне для составления литофациальных карт и поисков определенных групп минералов или мономинеральных пород методами дистанционного зондирования. Другие данные и критические замечания по поводу еще слабо используемого в дистанционном зондировании диапазона электромагнитных волн можно найти в вышеуказанных работах, а также в специальной литературе по дистанционному зондированию, добыче и разведке минерального сырья.

По результатам одного из экспериментов, проведенного для решения геологических задач дистанционными методами, был сделан вывод об эффективности спектрометрирования в следующих зонах спектра: 1,18-1,3; 4,0-4,75; 0,46-0,50; 1,52-1,73; 2,10-2,36 мкм [280]. Этот вывод основан на результатах обработки данных с одного тестового участка в шт. Юта. Измерения проводились многозональным сканером во время облета территории участка с обнаженными выходами пород основных типов – осадочных и интрузивных, а также с зонами их вторичных гидротермальных изменений. Размер поля измерения по поверхности изучаемой породы составлял около 0,24 км кв. Для всех типов пород измерения проводились по 15 каналам с интервалом между ними 0,34-0,75 мкм. С помощью дискриминантного анализа были выявлены зоны, в которых чаще всего проводилась съемка всех разностей пород с оптимальным контрастом специфических разностей пород по отношению к другим типам. Запись выделенных зон предназначалась для повторного изучения и картирования литофациальных разностей. Использованный мультиспектральный сканер имел спектральное разрешение в видимом диапазоне 0,04-0,06 мкм, в ближнем ИК-диапазоне 0,05-0,26 мкм и в тепловом диапазоне 0,25-0,36 мкм. Только один из спектральных каналов этого сканера действовал в том же спектральном диапазоне, что и сканеры первых спутников «Лэндсат» – от 0,4 до 1,1 мкм, остальные четыре оптимальных канала работали в длинноволновой, инфракрасной, области излучения, значение которой подчеркивалось вышеприведенными примерами.

Исследованиями спектральных характеристик неизмененных и измененных пород близ урановых месторождений установлен ряд спектральных зон: 1,25; 0,95; 2,20; 2,15; 1,75; 2,45; 2,10; 1,60; 1,55 и 0,75 мкм, измерения в которых, проведенные в указанной последовательности, наиболее эффективны для разделения литофаций в районах урановых месторождений [54]. Этот пример подчеркивает значение спектральных съемок в строго ограниченных узких зонах спектра, в которых более или менее эффективно можно использовать методы дистанционного зондирования при поисково-разведочных работах.

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