Тепловые снимки. Геологическое содержание изображения, примеры интерпретации. Часть 1

6.4. Тепловые снимки

(Геологическое содержание изображения, примеры интерпретации.)

Съемки с помощью теплового сканера проводятся в рамках решения разнообразных геологических задач: для выявления геотермических аномалий и картирования различных литофациальных комплексов, при структурной съемке и изучении свойств почв и геологических особенностей залегающего близко от поверхности фундамента, для локализации выходов пресных вод в прибрежных зонах и для изучения процессов течения и смещения внутренних вод.
Понятна возможность применения тепловых сканеров в районах повышенных температур почвы и пород, проявляющихся, например, в вулканически активных областях. Здесь обычны излияния лавы, лавовые озера, шлаковые и пепловые конусы, выходы вулканического пара и фумарол и другие явления вулканической активности. С помощью радиометров проводились локальные замеры пород, лав и выходов вулканического пара. Не хватало возможности синхронной поверхностной или пространственной регистрации температур поверхности исследуемой области и возможности повторных площадных измерений температур, чтобы постичь изменения температурного режима во времени и пространстве и тем самым вместе с другими геологическими и геофизическими данными получить более полный обзор протекающих процессов. Иногда это может иметь значение для предсказания вулканического извержения.
На рис. 209 вверху показан панхроматический аэрофотоснимок района вершины Килауэа – одного из крупных стратовулканов острова Гавайи, приуроченных к рифтовой зоне и извергающих базальты. Кальдера имеет диаметр около 4 км. Ее дно сложено застывшей лавой, излившейся после 1954 г. Аэрофотоснимок сделан в 1962 г. На дне кратера, в левой части его кольцевой структуры, наблюдается кратер Халемаумау, который был активен в течение примерно 20 лет. Долгое время он был заполнен жидкой лавой. Однако к моменту съемки она застыла, по крайней мере сверху. В кратере видны кольцеобразные структуры обрушения. В правый нижний угол снимка попадает Килауэа-Ики – вулканический кратер, который во время грандиозного извержения в 1959 г. заполнился лавой. На левой стенке кратера Килауэа-Ики отмечаются паразитические кратеры: туфовые и шлаковые конусы, отчасти с пневматолитовыми изменениями и вулканическими налетами (светлые пятна на левом борту кратера). Килауэа возник в течение нескольких фаз извержений в 1959-1960 гг. Верхняя часть лавового озера (глубиной около 110 м) ко времени съемки уже застыла [15].

Рис. 209. Панхроматический аэрофотоснимок вершинной области Килауэа (вверху) и тепловой снимок той же области (внизу). Диапазон съемки теплового сканера 4,5-5,5 мкм. Пояснения в тексте [75].

Тепловой снимок центральной части вулкана Килауэа (рис. 209, внизу) сделан 28 января 1962 г. с высоты 1800 м в 7 ч утра местного времени. Детектор ИК-сканера уловил излученный вулканической областью тепловой поток в интервале волн длиной 4,5-5,5 мкм. Светлоокрашенные части снимка отображают районы с высоким тепловым излучением. Темнее окрашенные участки снимка соответствуют районам с относительно низкими температурами поверхности. Следует при этом напомнить, что в диапазоне 4,5-5,5 мкм улавливаются лишь источники излучения весьма высоких собственных температур.
При рассмотрении теплового снимка сперва привлекают внимание светлые округлые участки в районах кратера Халемаумау и Килауэа-Ики. В первом случае светлый участок отвечает области жерла извержения в июле 1961 г., т.е. примерно за 6 месяцев до съемки. На ИК-изображении сканера вырисовывается застывшая на дне кратера, однако еще весьма горячая лава. По Фишеру и др. [75], на высоте примерно 1 м над дном кратера была замерена температура 100 К. О толщине лавовой корки ничего не сообщается. Извержение Халемаумау произошло в 1961 г. в том месте, где юго-западная рифтовая зона на Гавайях пересекает стенку кратера. На тепловом снимке (внизу) сквозь овальное светлое пятно на дне кратера Килауэа-Ики вырисовывается пепловый конус извержения 1959 г. Лавовая корка на лавовом озере Килауэа-Ики, образующем дно кратера, по наблюдениям Фишера и др. ко времени съемки (1962 г.) имела мощность около 15 м. Расплавленная лава под коркой достигала температуры примерно 1065 К.
В центральной части снимка отдельными светлыми участками дугообразной или почти круглой формы вырисовываются более древние участки жерла и лавовый бассейн, возникшие в конце прошлого века. Криволинейные и более или менее вытянутые площади и полосы теплового снимка маркируют места выходов водяного пара и горячих газов, которые известны по маршрутным обследованиям, но никогда картографически в таком виде не представлялись. Следует упомянуть, что оригинал теплового снимка со своими ступенями серого тона выглядит намного дифференцированней, чем представленная в настоящем издании копия-оригинальное изображение предоставляет дополнительную информацию об относительных различиях поверхностных температур на дне кратера. Абсолютные поверхностные температуры и их изменения в заснятом районе можно было бы представить себе, если бы при съемке одновременно регистрировались показания эталонного излучения, а на дне кратера были проведены измерения температур отдельных представительных участков.
Публикация Фишера и др. [75], на которой базируются приведенные выше выводы, содержит другие примеры и данные тепловой съемки вулканов на Гавайях. Весьма активно интерпретацией тепловой съемки в областях действующих вулканов (в том числе – Этны, Сёртсей, Сент-Хеленс) занимался Фридман, посвятив этому ряд публикаций. Фридман с сотрудниками изучали также возможности количественной интерпретации данных тепловой съемки для измерения повышенного теплового потока в активных вулканических областях, в том числе на примере вулкана Сент-Хеленс (Friedman et al, 1970 [66], Friedman et al., 1969 [67, 68]). Рис. 210 дает сопоставление аэрофотоснимка и теплового снимка Этны (съемка 19 июня 1961 г., 14 ч 57 мин, высота полета 8100 м).

Рис. 210. Аэрофотоснимок (а) и тепловой снимок (б) Этны, Сицилия. Пояснения в тексте [70].