Радиолокационные снимки. Геологическое содержание изображений, примеры интерпретации. Часть 5

Сравнение рис. 241 и 242а особенно четко показывает выигрыш в информации при использовании для аридных областей радиолокационных снимков в L-диапазоне. Отображение выявленного ландшафта на снимке «Лэндсат» (рис. 241) базируется исключительно на спектральном отражении падающего светового излучения поверхностью местности. Изображение МСС позволяет увидеть, что обширные районы пологоволнистого ландшафта покрыты рыхлыми осадками (продукты сноса и прежде всего подвижные пески). При этом в правой части снимка сквозь тонкий чехол подвижных песков и почвенный покров просвечивают определенные структурные тенденции и литофациальные различия основания. В средней и левой частях изображения песчаный покров явно более мощный. Здесь по снимку «Лэндсат» никакой информации по геологии основания получить нельзя. На радиолокационном же изображении (рис. 242а), напротив, границы литофациальных комплексов, залегание слоев и разрывные структуры основания вырисовываются ясно и в картируемом виде. Оказалось, что длинноволновое радиолокационное излучение может проникнуть сквозь песчаный покров. Падающее радиолокационное излучение было отражено лишь поверхностью кристаллических пород. О мощности осадочного перекрытия ничего не известно. Однако она может достигать нескольких дециметров, возможно даже превышать 1 м. Области более значительных мощностей осадков, в которых радиолокационное излучение более не достигало поверхности кристаллических пород, на рис. 242б покрыты крапом. Карта позволяет также представить себе рельеф поверхности кристаллического основания под осадками. На значительных площадях по характерным формам рельефа удается выделить граниты (G), залегающие в крутопадающих свитах метаморфических пород (g – гнейсы, кварциты, амфиболиты). Переходы между гранитами и гнейсами позволяют предполагать, что в случае с более крупными гранитными комплексами речь идет о синтектонических гранитах, хотя местами и отмечаются дискордантные контакты. Две небольшие и округлые интрузии гранитов в верхней части изображения на рис. 242а, судя по их дискордантному контакту, должны быть более молодыми. В правой верхней части снимка выделяется трансгрессивно залегающая на метаморфических сериях свита осадков (S и s; ср. рис. 242б).

Рис. 241. Снимок «Лэндсат» участка нагорья Ахаггар, Алжир. Масштаб около 1:500000 (NASA).

Рис. 242а. Снимок SIR-A территории, изображенной на рис. 241. Пояснения в тексте. Масштаб около 1:500000 (NASA/JPL).

Рис. 242б. Фотогеологическая карта территории с рис. 242а.

На другом примере из семиаридной области (рис. 243) показано, сколь дифференцированно выражаются литофациальные различия и тектонические структуры на изображении SIR, если они выражены в рельефе местности, равно как и в различиях свойств поверхности рельефа. Здесь это гнейсы и тектонические структуры докембрийского фундамента, в которых располагаются дискордантные (?) интрузии (округлые структуры). Внутри гнейсовых единиц, в которых распознаются слоистость и крутое залегание, наблюдаются площади выходов гранитных комплексов с характерным рельефом поверхности и конкордантными контактами. Обрамление их явно тектонически переработано. Граниты могут иметь синтектонический характер. Выделяющиеся прямолинейные и криволинейные полоски серого тона маркируют нарушения. Темные серые тона в долинах груборазветвленной сети рек указывают на песчаные и алевритовые отложения, светлые серые тона – на грубые рыхлые осадки (гравий, щебень), которые рассеянно отражают излучение в L-диапазоне.

Рис. 243. Снимок SIR-A полосы местности в Мали, плато Адрар-Ифорас. Пояснения в тексте. Масштаб около 1:500000 (NASA/JPL).

Рис. 244 и 245 показывают, насколько по-разному может быть представлена дренажная сеть ландшафта на снимках SIR. На рис. 244 внизу река резко выделяется среди окружения черным тоном, равно как и ее притоки и небольшие водоемы стоячих вод. Долины, бывшие ко времени съемки сухими, на радиолокационном изображении выделяются весьма светлыми серыми тонами, если гравии и галька в русле реки интенсивно рассеивают поступающие радиолокационные сигналы или если сухие долины заросли кустарником, который также обусловливает сильное рассеянное отражение. На рис. 245 дренажная сеть отображена весьма темными серыми тонами. Снимок относится к семиаридной области на границе между Саудовской Аравией и Ираком. Долины древней гидрографической сети, по Форду и др. [79], покрыты мощными эоловыми отложениями. Относительно гладкие поверхности песка и алеврита (применительно к длине волн излучения в L-диапазоне) отражают лишь малую толику энергии сигнала и потому отображаются на изображении SIR темными серыми тонами. При более детальном рассмотрении на оригинале изображения в более широких долинах временных потоков видны также и более светлые серые тона, указывающие на наличие грубых продуктов размыва и переноса в русле реки. Окружающий ландшафт по Форду и др. должен подстилаться известняками и доломитами, неровный поверхностный рельеф которых вызывает рассеянное отражение радиолокационных сигналов, следствием чего являются светлые тона на радиолокационном изображении.

Рис. 244. Снимок SIR-A местности близ Асунсьона, Парагвай. Масштаб около 1:500000 (NASA/JPL).

Рис. 245. Снимок SIR-A полосы местности на границе Саудовской Аравии и Ирака. Пояснения в тексте. Масштаб около 1 : 500 000 (NASA/JPL).

Дренажная сеть ландшафта в субтропической семигумидной климатической области показана на рис. 246а (Минас-Жерайс, Бразилия). Природная растительность характеризуется травянистыми, кустарниковыми и низкодревесными сообществами. Местами видны ограниченные участки, используемые в сельском хозяйстве. Основание на значительную глубину подверглось выветриванию. В гидрографической сети ггологоволнистых пенепленов четко распознаются различия в ориентировке, расчлененности и плотности, которые позволяют сделать заключения о литофациальных различиях и тектонических структурах основания. Точечные линии на рис. 246б отвечают приблизительным границам разных водосборных бассейнов. Одновременно эти линии ограничивают районы различного микрорельефа и различной текстуры. Четко выражено различие между относительно разреженной речной сетью в нижней части середины снимка на рис. 246а (здесь хорошо заметны отрезки, прямолинейные и сочленяющиеся под углом) и примыкающей справа областью с явно более густой и ветвисто расчлененной дренажной сетью. Разреженная речная сеть развивается на ровных мощных покровах латеритов, несколько более густая – на метаморфических сланцах. Благодаря линейно проявляющимся отличиям серого тона, но прежде всего благодаря линейным врезам долин прямолинейные и сочленяющиеся под углом отрезки рек отрисовывают своими очертаниями на снимке SIR-A крутые разрывные структуры основания, главным образом в области развития латеритных покровов. Рис. 246б показывает расположение и ориентировку наиболее заметных структур. В разрывном плане устанавливаются преимущественные направления разрывной тектоники, которые по данным аэромагнитных исследований частично следуют главным структурным направлениям более глубокого основания (ср. Тейлен-Виллиге [291]). Над уровнем поверхности пенеплена в верхней части середины снимка возвышаются в виде останцов кольцевые структуры Серра-Негра и Салитре. Это останцы двух крупных интрузивных комплексов перидотит-пироксенит-карбонатитового состава. Поскольку с этими интрузивными комплексами связаны экономически интересные месторождения (ниобий, титан и редкие земли), заслуживает внимания то обстоятельство, что в площади снимка можно усмотреть несколько других округлых структур, представляющих интерес с точки зрения разведки на рудные полезные ископаемые. При прежних сравнительных исследованиях (Тейлен-Виллиге, 1983) эти округлые структуры не выделялись ни на снимках «Лэндсат», ни на аэрофотоснимках района. В данном случае детальное отражение рельефа охватываемого ландшафта на радиолокационном изображении со спутника добавляет важную дополнительную информацию к данным, которые удается получить по другим материалам дистанционного зондирования и полевым работам.

Рис. 246а. Снимок SIR-A полосы местности в штате Минас-Жерайс, Бразилия. Пояснения в тексте. Масштаб около 1:500000 (NASA/JPL).

Рис. 246б. Структурно-геологическая схема к рис. 246а.

В октябре 1984 г. НАСА осуществила второй эксперимент получения радиолокационных изображений «шаттл» (SIR-B) в ходе экспедиции STS-17. Высота орбиты составляла 230 км при наклоне орбиты к экватору 57°. Как и в эксперименте SIR-A, на «Спейс шаттл» была применена система РЛСА в L-диапазоне (к = 23,5 см). Новым в этом эксперименте было то, что угол падения при залетах РЛСА мог меняться благодаря механическому изменению наклона антенны в интервале от 15 до 60°. Благодаря этому можно было, например, в течение следующих друг за другом шести дней снять под шестью различными углами какую-либо полосу местности, изменяя каждый день угол съемки. В соответствующей полосе обзора может быть изучено влияние геометрии и свойств поверхности на обратное рассеяние радиолокационных сигналов как функция геометрии освещения. Впервые были также составлены в цифровом виде количественные (калиброванные) данные изображений под различными углами. Отсюда получаются новые возможности обработки, представления и интерпретации данных по изображениям спутников РЛСА. Поскольку в экспедиции STS-17 на борту была камера с высоким разрешением (крупноформатная камера – КФК), возможны сравнительные тематические интерпретации фотоотпечатков изображения (в видимом и ИК-диапазонах) и данных РЛСА для научных и прикладных исследований. Наконец, может быть установлена благоприятная для получения стереорадиолокационных изображений различных ландшафтов геометрия освещения.
Ширина заснятой при эксперименте SIR-B полосы местности бывает различной. В зависимости от угла падения она составляет от 35 до 50 км. Для картографических целей заснимались полосы шириной 250-300 км. Из смежных полос изображений можно составить радиолокационную схему.
После цифровой обработки данных съемки для полосы изображений SIR-B в направлении съемки (в зависимости от угла падения при съемке) характерно пространственное разрешение между 55 м (при угле падения 15°) и 17 м (при угле падения 60°). Азимутальное разрешение составляет 25 м. Точность определения позиции полосы изображений SIR-B (соответственно максимальное отклонение точек изображения от положения на карте) также варьирует в зависимости от угла падения. В направлении азимута полета она составляет при угле падения 15° около 60 м и около 79 м при угле падения 60°. В направлении съемки (направлении освещения) точность определения положения должна составлять примерно 212 м для угла падения 15° и около 83 м для угла 60°. Данные SIR-B доступны с середины 1985 г.
На 1989 г. планируется экспедиция SIR-C, в которой со «Спейс шаттл» впервые будет использована многочастотная радиолокационная система. Планируемая радиолокационная система должна зондировать одну и ту же территорию одновременно в L-диапазоне (25 см), С-диапазоне (6 см) и Х-диапазоне (3 см). Предусмотрена изменяемая поляризация радиолокационных сигналов. Как и в эксперименте SIR-B, съемочные данные будут записаны и проанализированы в цифровом виде. Калибровка частных систем сделает возможной количественную интерпретацию данных съемки. Благодаря применению многочастотной системы должны улучшиться возможности разделения, разграничения и выделения поверхностных единиц с различными свойствами (породы, почвы и растительные сообщества разного типа и в различных состояниях). Благодаря зондированию одной и той же местности под различными углами (от 15 до 60°) должны быть установлены минимальные углы падения для съемки определенных районов территории или съемки для разрешения специфической тематической задачи.