Мультиспектральное дистанционное зондирование территории

Цель проекта

Выполненные работы

1. Сбор, систематизация, анализ данных дистанционного зондирования (со спутников: Terra, Landsat – 7, Landsat – 8, SPOT – 6, SRTM, WorldView – 2, 3 и других), принятых Заказчиком для создания минералогических карт.
2. Создание дистанционных основ (по материалам ДЗЗ) с разрешением 10-15 м/пикс, масштаба 1:100 000 и их дешифрирование.
3. Создание трехмерной модели заданной территории.
4. Выполнение структурного дешифрирования космических снимков заданной территории в масштабе 1:100 000.
5. Выполнение спектрального дешифрирования космических снимков заданной территории в масштабе 1:100 000.
6. Выбор эталонной библиотеки спектров минералов и горных пород зон околорудных изменений по известному месторождению/рудопроявлению, подбор наиболее информативных минералов-индикаторов.
7. Создание и дешифрирование гиперспектральной дистанционной основы детального участка с разрешением 0,5-2 м/пикс, площадью 120 км2 масштаба 1:25 000. Построение схем аномалий (в том числе комплексных), созданных по принципу аналогий с эталонным объектом.
8. Разработка рекомендации о применимости метода исследований для складчатой области

Описание работ

Выполнен комплексный экспертно-компьютерный анализ результатов космических съемок и геолого-геофизической информации и произведены следующие виды работ:

Результат

1. 1. Создана комплексная дистанционная основа масштаба 1:100 000 для всей изучаемой площади, с выделением участков, перспективных на выявление месторождений ПИ для последующей заверки;
2. 2. Произведен сбор, систематизация, анализ данных дистанционного зондирования Terra ASTER, Landsat-8, SRTM, WorldView-3, Sentinel-1 и других) для создания минералогических карт;
3. 3. Выполнено создание дистанционных основ (по материалам ДЗЗ) с разрешением 10 15 м/пикс, масштаба 1: 100 000 и их дешифрирование;
4. 4. Выбраны эталонные библиотеки спектров минералов и горных пород зон околорудных изменений по известному месторождению/рудопроявлению, проведен подбор наиболее информативных минералов-индикаторов;
5. 5. Выдвинута гипотеза о предполагаемом типе оруденения (золото-ртуть-сурьмяная формация, аналог тип Карлин);
6. 6. Выполнен литературный обзор опыта изучения и прогнозирования месторождений типа Карлин;
7. 7. Сделаны выводы о вероятности локализации данного типа оруденения на территории Заказчика.

1. Произведен сбор, систематизация, анализ данных дистанционного зондирования Terra ASTER, Landsat-8, SRTM, WorldView-3, Sentinel-1 и других) для создания минералогических карт.

Сформирование перечня материалов ДЗЗ, оптимальных для решения поставленных прогнозных задач на территории. После согласования с Заказчиком, принято решение помимо КС ASTER, Sentinel-1 использовать данные Landsat-8 и (или) Sentinel-1 в качестве картографической основы при составлении геолого-структурных схем, а также при создании дистанционных основ на территорию интереса. Результатом создания дистанционных основ масштаба 1:100000 и их дешифрирования стала локализация рудоперспективного участка, благоприятного для обнаружения полезных ископаемых (ПИ), а также подбор и заказ съемки высокого разрешения WorldView-3 (120 км²).

2. Выполнено создание дистанционных основ (по материалам ДЗЗ) с разрешением 10‑15 м/пикс, масштаба 1: 100 000 и их дешифрирование.

Для интерпретации физико-географического и геологического строения были построены поканальные дистанционные основы космических снимков ASTER и Landsat-8 в масштабе 1:100000. Поканальные материалы дистанционных основ (ПМДО) представляют собой космические снимки, состоящие из одного канала. Необходимость создания поканальных материалов заключается в том, что в различных диапазонах спектра видны разные особенности дневной поверхности. Поканальные материалы по данным ASTER и Landsat-8 оформлялись в программном обеспечении ArcMap 10.6. На Рисунке 3 приведен фрагмент ПМДО Landsat-8 канал 1.

Помимо поканальных дистанционных основ были созданы цветосинтезированные композиты, как в естественных (RGB), так и в псевдоцветах. Для создания синтезированных композитов используются три поканальных изображения, соединяются и отображаются в красном, зеленом и синем цветах.

3. Создание трехмерной модели заданной территории.

Для решения поставленной задачи было создано анаглифическое изображение по подготовленной мозаике из снимков Landsat-8, в системе координат WGS 84 / UTM zone 46N. На Рисунке 4 приведен фрагмент полученной анаглифической трехмерной модели.

На Рисунке 5 представлен 3D макет территории в системе координат WGS84, который был создан путем синтезирования геологической основы (карты, привязанные по характерным объектам и координатной сетке в программном обеспечении, в целях сопоставления системы координат карты с системой координат проекта) и общедоступной цифровой модели рельефа AW3D30 в системе координат WGS84, с размером ячеек сетки 30x30м и с относительной точностью по высоте LE90 более 10 м.

Данная иллюстрация носит информационный характер и позволяет наглядно оценить ландшафт территории.

4 Выполнение структурного дешифрирования космических снимков заданной территории в масштабе 1:100 000

Для изучения особенностей строения площади проведён формальный и специализированный линеаментный анализ радарных снимков Sentinel-1 и цифровой модели рельефа (ЦМР). Линеаментный анализ заключался в выделении линеаментов по стандартным признакам и выявил густую сеть разрывных нарушений. В итоге проведенного анализа получена схема дешифрирования линейных элементов, которые в различной степени проявляют интересующие нас следы активизационных процессов.

Дешифрирование многочисленных «композитов» (синтез, бинаризация кластеризация, различные фильтрации) позволило визуализировать отдельные дискретные и площадные элементы ландшафта, а также установить обобщённые образы глубинных структур.

Структурно-тектонический рисунок, выраженный в линейных зонах неоднородности земной поверхности, превалирующего северо-восточного простирания, что соответствует общему тренду, зафиксированному по геологическим данным. Космоструктурная схема перспективной площади масштаба 1:100 000 территории интереса Заказчика составляет 11323 км². В иллюстративных целях ее фрагмент представлен на Рисунке 6.

Отчетливое выражение в рельефе получили разломы северо-восточного простирания, которые подчеркиваются выдержанностью направлений речных долин, благодаря чему однозначно дешифрируются по материалам космической съемки.

5. Выполнение спектрального дешифрирования космических снимков заданной территории в масштабе 1:100 000

Применив метод спектрального угла (SAM) на снимках ASTER для территории интереса Заказчика, удалось выявить ареалы распространения пирита. На рисунке 7 представлен фрагмент итоговой схемы зон распространения пирита по методу спектрального угла, в качестве подложки был использован снимок Sentinel-2.

Рисунок 7 показывает, что ареалы распространения пирита, выявленные по спектральной библиотеке ASTER, приурочены к руслам рек. Скорее всего, речь идет о зонах FeS2, а также других минералов семейства пирит-марказит и группы сульфидов.

Другие минералы, такие как, антимонит, киноварь, реальгар и др. с помощью метода спектрального угла по данным ASTER обнаружить не удалось. Одной из причин низкой информативности результатов спектрального дешифрирования является недостаточное разрешение (спектральное и пространственное) исходных снимков.

На Рисунке 8 представлен фрагмент схемы вероятностного распространения минералов группы каолинитов по данным ASTER на территории Заказчика.

Минералы группы каолинита или глинистые минералы обладают большим разнообразием и чрезвычайно широко распространены в земной коре. Они входят в состав разнообразных глинистых пород – пелитовых, алевритовых, частью и мергелистых. Чаще всего каолинит представлен, как продукт выветривания глиноземсодержащих минералов (полевых шпатов, нефелина и других) в составе магматических и метаморфических пород, также в разнообразных рудных и нерудных жилах.

Очень близки к каолиниту по своим спектральным свойствам диккит (гидротермальный минерал, часто в рудных образованиях представленный в модификации накрит).

Рисунок 8 демонстрирует справедливость и достоверность метода спектральных минералогических индексов – зоны распространения минералов группы каолинита логично располагаются на горных хребтах, особенно подверженных выветриванию.

Был проведен полный спектральный анализ всей территории, результатом которого стало выделение малого количества минералогических разностей. Одной из причин является низкое пространственное разрешение исходных снимков ASTER, а также данный район сложен для применения методов ДЗЗ, основанных на снимках среднего разрешения.

6 Выбраны эталонные библиотеки спектров минералов и горных пород зон околорудных изменений по известному месторождению / рудопроявлению, проведен подбор наиболее информативных минералов-индикаторов.

Осуществлен подбор эталонной библиотеки спектров минералов и горных пород зон околорудных изменений по известному месторождению/рудопроявлению. Эталонный участок показан на Рисунке 9. К эталонным минералам отнесены – реальгар, аурипигмент, киноварь, молибденит, антимонит, пирит, кварц. Данные минералы характерны для карлинского типа.

На основании эталонного объекта произведена управляемая классификация на участке площадью 100 км², координаты которого согласованы с Заказчиком. Участок исследования представлен на Рисунке 10.

Метод сводится к разделению пикселов изображения на основе заранее определенных эталонных объектов, либо по спектральным библиотекам. Наиболее распространенными способами разделения пикселов на группы по эталонам являются: способ минимального расстояния, способ параллелепипедов, способ максимального правдоподобия, способ расстояния Махаланобиса, способ спектрального угла. Каждый из приведенных выше способов классификации имеют свои особенности, достоинства, недостатки и области применения.

7. Создание и дешифрирование гиперспектральной дистанционной основы детального участка с разрешением 0,5-2 м/пикс, площадью 120 км² масштаба 1:25 000. Построение схем аномалий (в том числе комплексных), созданных по принципу аналогий с эталонным объектом.

Для достижения лучшего результата, на участках, согласованных с Заказчиком, общей площадью 125 км² проведен аналогичный анализ, как и для масштаба 1: 100 000 (спектральный и структурный), но на съемке высокого разрешения WorldView-3, применение которой позволило получить результат соответствующий заявленному в Техническом задании требованиям, а также значительно повысить достоверность и информативность результата как структурного дешифрирования, так и спектрального.

Выделен эталонный участок (25 км²), в котором предшественниками обнаружен объект, предположительно, карлинского типа. Данная площадь использована в качестве эталонной, для проведения классификации с обучением на участке 100 км². На эти участки выполнен заказ снимков высокого разрешения WorldView-3 в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. Контуры площадей, выбранных для заказа съемки высокого разрешения, показаны на Рисунке 11.

Зеленой областью обозначен участок для проведения управляемой классификации (100 км²). Красной областью обозначен участок-эталон для проведения управляемой классификации (25 км²).

Структурный анализ заключался в выделении линеаментов по стандартном признакам и выявил густую сеть, которая показана на космоструктурной схеме на Рисунках 12 и 13.

Выявленные линеаменты ранжированы по морфологии (линейные, кольцевые), а также по рангу (структуры первого и второго ранга). Таким образом на исследуемой территории хорошо рисуется структурно-тектонических рисунок региона.

Схема свидетельствует о присутствии на площади нарушений разных направлений, а также множество кольцевых элементов разного радиуса, образующих различные сообщества. Этот материал можно подвергать дальнейшему качественному и количественному анализу для выделения скрытой информации (зоны однонаправленных линеаментов, позиция очаговых структур, тоновых и цветовые аномалии и т. д.).

Используя в качестве сравнения эталонные спектры Spectral Library, которые были преобразованы согласно набору данных ASTER, метод спектрального угла на данной территории обнаружил, возможное, расположение аурипигмента, реальгара, халькопирита, пирита, молибденита, пиролюзита, антимонита, хлорита.

Данные минералы были выделены на эталонном участке, после чего при помощи классификации с обучением была предпринята попытка их обнаружения на участке интереса площадью 100 км². Результаты работы продемонстрировали возможность выделить флюорит, пирит, магнезит, реальгар, молибденит, пиролюзит, аурипигмент, сидерит, антимонит, халькопирит и эпидот.

8 Разработка рекомендации о применимости метода исследований для складчатой области

Составлены прогнозные рекомендации на основе опыта применения данных дистанционного зондирования, в которых сформулированы основные прогнозно-поисковые критерии и признаки оруднения карлинского типа.

Комплексный анализ, включающий методы дистанционного зондирования Земли (структурное и спектральное дешифрирование), а также интерпретацию имеющихся геологических данных позволили провести контролируемую классификацию на основе эталонного участка.

Сеть линеаментов фрагментами проявляет тектонические нарушения разного ранга и элементы вулканотектонических структур по неоднородностям ландшафтов. Количественная обработка этих данных и использование методик специализированного дешифрирования позволяют трассировать основные зоны, которые контролируют эпицентры вулканотектонических структур. Контуры последних сильно деформированы, внутреннее строение сложное, что указывает на многоэтапность их формирования и значительный эрозионный срез.

Учитывая результаты спектрального и структурного дешифрирования на прогнозной площади, наиболее ожидаемо установление золото-редкометального, а также золото-ртуть-мышьяковистого формационного типов.

В качестве основного метода поисков эффективна геохимическая съемка, однако для выявления неэродированных частей рудоносной формации необходимы поисковое бурение и специальные палеотектонические и литолого-фациальные реконструкции.

Результат

В ходе выполнения проекта получены следующие научные результаты: