Исследование структуры кимберлитовых полей в масштабе 1:25 000 на основе обработки и интерпретации материалов космической съемки

1. Создание прогнозно-поисковой модели ранга «куст» кимберлитовых тел. Поиск известных форм проявления кимберлитов на материалах ДЗЗ, а также новых форм контроля «куста» кимберлитовых тел. Выявлением структур, способных определять рудоконтролирующие и рудовмещающие (рудоформирующие) процессы для таксона ранга «куста» кимберлитовых тел: установлением их связи с разломами определенного ранга и простирания, узлами пересечения и сочленения между собой.
2. Апробирование методов ДЗЗ по поиску эпитермальных медно-золотных месторождений для выявления кимберлитовых тел.
3. Выявление возможностей применения космических снимков сверхвысокого разрешения, а также каналов SWIR КА WorldView-3, для выявления кимберлитовых тел в совокупности с инструментами автоматизированного анализа.

Механизм реализации

Метод № 1: Анализ мультиспектральных снимков.
Метод № 2: Линеаметный анализ.

Ограничения

1. Отсутствие архивных данных космической съемки на рассматриваемые участки.
2. Наличие осадочного чехла большой мощности

Метод № 1:

Экспериментально воспроизведено выявление спектральных аномалий по методике Ишмухаметовой. Апробирование метода на территориях эталонных участков.

Эмпирически выявлен алгоритм, позволяющий идентифицировать спектральные аномалии, предположительно связанные с алмазоносным кимберлитовым телом. При этом использованы данные высокодетальной мультиспектральной космической съемки с КА WorldView-3, впервые полученные на территории эталонных участков.

При решении задач, поставленных в ТЗ, использовались следующие методы анализа спектральных композитов:

1. Визуальное дешифрирование.
2. Построение индексных изображений, включая частные.
3. Статистические методы, в том числе классификация.

Обработка выполнялась в программной среде ERDAS Imagine и ENVI – специализированном ПО, поддерживающем обработку множества типов сенсоров и включающих набор инструментов для полного цикла обработки.

Предварительная (первичная) обработка данных

Первичная обработка космических снимков – важный этап, позволяющий превратить исходное изображение (набор яркостей пикселов, DN) в откалиброванный материал для качественных и количественных измерений.

В целях подготовки материалов многозональной космической съёмки для дальнейшей работы были произведены следующие виды предварительной обработки:

1. Сведение отдельных каналов и групп каналов в единый композит
2. Радиометрическая калибровка;
3. Атмосферная коррекция;

Задача радиометрической калибровки заключается в приведении значений яркости пикселов (DN) в физические единицы. Пересчёт яркостных DN в значения отражательной способности мкВт / (см2 * ср * нм) производился с учётом калибровочных коэффициентов (Gain, Offset), индивидуальных для каждого сенсора.

Построение минеральных индексов по высокодетальной съёмке WorldView-3

По данным геологических исследований кимберлитовые тела характеризуются повышенным содержанием Fe, Cr, Mg, как в первичных, так и во вторичных ореолах. С учетом этого, мы предполагаем, что обработка мультиспектральной съёмки позволит выделить участки с повышенным содержанием указанного комплекса элементов (в частности, присутствие Mg-OH, Fe-OH), что в комплексе с другими методами позволит существенно локализовать область поисков.

Нюрбинская трубка - индекс наличия MgOH: дайкообразная положительная аномалия

Используемые каналы:

1. SWIR 4 (1.710 - 1.75 мкм)
2. SWIR 6 (2.185 - 2.225 мкм)
3. SWIR 8 (2.295 - 2.365 мкм)

По космическим снимкам WorldView-3 была выявлена: дайкообразная положительная аномалия на основе минеральных индексов Рис 7.

Статистический анализ/построение композитов по Landsat-7

Далее были проведены исследования по изучению характеристик многозональной космической съёмки в целях выявления кимберлитовых тел на фоне вмещающих их пород.

Создание композита на основе проведенных анализов для дальнейшего выявления кимберлитовых труб.

Выявление спектральных аномалий для нахождения кимберлитовых тел в контурах лицензированных участков

Ограничения метода №1

Ограничением данного метода выявления - аномалий по яркостным характеристикам, соответствующих кимберлитовым трубкам, является наличие перекрывающих отложений мощностью более 10 метров.

Ограничением также является малый размер площади самих кимберлитовых трубок (менее 0.3 га при работе с разным пространственным разрешением). В последнем случае площадь аномалии трудно диагностировать по яркости в связи с техническими характеристиками КС LANDSAT 7 ETM+

Метод №2

Преимущества;

1. Наличие алгоритма математического обеспечения построения и разложения матриц для комплексной интерпретации геолого-геофизических данных и ДЗЗ.
2. Низкие затраты по сравнению с традиционными методами геологических исследований.
3. Геологическое понимание получаемой дистанционными методами информации.
4. Строгое подкрепление получаемых результатов геологофизическими материалами.

Используемые пространственные данные:

1. Карты и рельефы гидросети
2. SRTM90
3. ASTER Global DEM

Линеаментный анализ является одним из наиболее эффективных методов изучения глубинного строения территории.

Пример системного дешифрирования линеаментов

Были выделение линеаменты на территории Западной Якутии по материалам геологической съемки масштаба 1 : 1 000 000 (красным пунктиром показаны границы эталонных кимберлитовых полей)

Иерархия линеаментно-блоковых структур:

Также было произведено системное дешифрирование линеаментов и кольцевых структур на основе открытых данных для выявления разрывов, трещин и иных структурно-тектонических изменений.

Применение системного дешифрирования линеаментов на локальные участки:

Вывод: выделение и оконтуривание блоков проводится при помощи выделения участков (блоков) с примерно одинаковыми направлениями лучей диаграмм. Граница участков, по которой происходит смена направлений лучей роз-диаграмм соответствует разрывному нарушению, которое разграничивает блоки земной коры с разной ориентировкой систем линеаментов, что связано с разными тектонофизическими условиями их развития.

Автоматизированный линеаментный анализ:

Автоматизированный линеаментный анализ космических снимков позволяет выделять блоки разных иерархических уровней за счет либо использования снимков с разным пространственным разрешением, или за счет использования при автоматизированном линеаментном анализе скользящего окна с изменением его размера. В нашем случае использованы диаметры 64,150, 250 и 350 пикселей.

При скользящем окне диаметром 64 пикселя в пределах эталонного участка четко выделяются блоки с резко выраженной анизатропностью, обусловленной преобладанием линеаментов северо-западного простирания.

При размере скользящего окна 250 и 350 пикселей вся территория Накынского эталонного участка располагается в пределах единого блока с четко выраженным преобладанием ортогональных направлений лучей роз-диаграмм, примерно с одинаковым развитием субмеридианальных и субширотных направлений лучей

Результаты работы по методу №1

На основании метода Анализа мультиспектральных снимков выполнены следующие работы по Техническому заданию:

• Созданы карты выявления кимберлитовых тел на основе материалов космической съемки и производных продуктов
• Выработаны рекомендации по типам космической съемки (спектральное и пространственное разрешение)
• Произведено эталонирование дешифровочных признаков, в том числе в виде спектральных сигнатур, минералов индикаторов, определение зависимости между ними (ERDAS Imagine .sig)

Результаты работы по методу №2

На основании метода линеаметного анализа выполнены следующие работы по Техническому заданию:

1. Космоструктурные схемы разрывной тектоники в рамках утвержденных пространственных границ работ с элементами прогноза, масштаба 1:25 000.
2. Изотропности трещиноватости (линеаментов), роз-диаграмм трещиноватости и линеаментов, космогеологической интерпретации структурно-тектонических схем (ГИС-проекты в системе ArcMap).