автореферат диссертации по геодезии, 05.24.02, диссертация на тему:Разработка методики поисков полезных ископаемых по материалам дистанционного зондирования поверхности земли применительно к территории Йемена

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВШИЭДУ ОБРАЗОВАНИИ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГЕОДЕЗИИ И КАРТОГРАФИИ

На правах рукописи УДК 528.77

КАХТАН АМИН АЛИ

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПОИСКОВ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ТЕРРИТОРИИ ЙЕМЕНА

05.24.02 - АЭРОКОСМИЧЕСКИЕ СЪЕМКИ, ФОТОГРАММЕТРИЯ, ФОТОТОПОГРАФИЯ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 1996

Работа выполнена на кафедре физической географии и ландшафтного дешифрирования Московского государственного университета геодезии и картографии.

Научный руководитель - доктор геолого-минералогических

наук, профессор А,Т.ЗВЕРЕВ

Официальные оппоненты - доктор технических наук

В.И.АКОВЕЦКИЙ; кандидат технических наук А.Ф.СТЕЦЕНКО

Ведущая организация - Государственный институт прикладной

экологии

Защита состоится " 1дд6 г> в /¿Э час.

на заседании специализированного Совета К.063.01.02 в Московском Государственном Университете геодезии и картографии по адресу: 103064, Москва, К-64, Гороховский пер., 4 (ауд.321).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИИГАиК.

Автореферат разослан " / " ^дде г\

Ученый секретарь диссертационного Совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы

Молодая Йеменская Республика встала на прогрессивный путь развития. В настоящее время уделяется большое внимание планомерному развитию экономики и, как следствие, исследованию природных ресурсов. Для этого требуется проведение комплексных геологических исследований для поисков полезных ископаемых. Очень много сил и материальных затрат уходит на исследования по традиционным методикам. Поэтому для Йемена эффективно и экономически целесообразно применять дистанционные методы, поскольку при использовании этих методов выигрывают во времени и снижают стоимость работ по сравнению с традиционными методами. Уже сегодня дистанционные методы приобрели большое значение в решении геологических задач, стоящих перед разведчиками недр.

Широкое внедрение этих методов в практику во многих странах сопровождаются интенсивными научными изысканиями, разработкой соответствующей аппаратуры и экспериментами, проводимыми с помощью спутников, самолетов и непосредственно на земле.

В РФ и за рубежом за последние годы появилось очень много публикаций по различным аспектам проблемы дистанционных методов для геологических целей. Опыт этих стран доказал высокую эффективность использования аэрокосмических снимков для изучения геологического строения и поисков полезных ископаемых. При этом для извлечения информации со снимков используют два основных метода: аналоговый и цифровой.

Разработка и совершенствование цифровых методов обработки определяется в настоящее время как одно из актуальных направлений развития когмогеологических исследований, прежде всего, в области совершенствования систем регионального прогнозирования полезных ископаемых.

В Йемене космические методы исследований применяются в ограниченных масштабах в основном на визуальном уровне дешифрирования. Поэтому тема диссертационной работы для Йемена является очень актуальной. Обработка методики геологического дешифрирования материалов дистанционного зондирования поверхности Земли позволит значительно сократить время проведения поисково-разведочных работ, что дает несомненный высокий экономический эффект.

Цель диссертационной работы состояла в разработке методики поисков полезных ископаемых по материалам дистанционного зондирования поверхности Земли применительно к геолого-географическим условиям Йемена. В связи с этим в процессе работы решались следующие задачи:

1. Анализ и систематика мирового опыта по использованию материалов дистанционного зондирования поверхности Земли для поисков полезных ископаемых.

2. Изучение современных аналоговых и цифровых способов геологического дешифрирования космических изображений.

3. Выявление дешифровочных признаков и разработка системы классификаторов геологических объектов на космических снимках.

4. Отработка методики дешифрирования космических изображений с целью обнаружения месторождений рудных полезных ископаемых (на примере месторождений медной руды) применительно к геолого-географическим условиям Йемена.

5. Отработка методики дешифрирования космических изображений с целью обнаружения месторождений нефти и газа.

Общая методика работы

Методика исследований включала в себя анализ и научное обобщение мирового опыта использования материалов дистанционного зондирования поверхности Земли для поисков месторождений полезных ископаемых, проведение на этой основе целенаправленной фотометрической обработки космических изображений при помощи аналогового и цифрового способов, разработки классификаторов, необходимых для прогноза полезных ископаемых геологических объектов, выявление перспективных металлогенических и нефтеносных областей с помощью визуального, визуально-инструментального и автоматизированного способов дешифрирования.

В процессе исследований использовались преимущественно многозональные сканерные снимки "Ьапс)за1" масштаба 1:1 ООО ООО, полученные в 1985 г., а также единичные снимки КАТЭ масштаба 1:2 500 ООО.

Аналоговая обработка выполнена на синтезирующих приборах МСП-4 и МСВ-300. Цифровая обработка выполнена по программам "Ш-1?15Г' и "ЬЕЗБА".

Научная новизна разработок обусловлена тем, что они являются первыми теоретическими исследованиями, выполненными в этой области науки для Йемена. Разработанная методика поисков полезных ископаемых позволит в кратчайшие сроки провести ревизию и локализацию всех поисковых работ на территории Йемена.

Практическая ценность разработок состоит в том, что на конкретных примерах известных рудных и нефтегазовых месторождений показана высокая эффективность космических методов поисков полезных ископаемых, которые позволяют очень быстро и с большой достоверностью провести металлогеническую оценку больших площадей и выявить перспективные участки на возможное нахождение как рудных, так и нерудных полезных ископаемых. Комплексное использование космических методов поисков полезных ископаемых совместно с наземными методами еще больше повысит их эффективность.

На защиту выносятся следующие научные положения и разработки автора: •

1. Выявлены дешифровочные признаки и разработаны классификаторы геологических объектов.

2. Разработана методика геологического дешифрирования космических изображений с целью обнаружения месторождений медной руды применительно к геолого-географическим условиям Йемена.

3. Разработана методика геологического дешифрирования космических изображений с целью обнаружения нефтегазовых месторождений применительно к условиям Йемена.

Апробация работы: основные результаты экспериментальных исследований и разработки, изложенные в диссертационной работе, доложены и получили одобрение на 50-й Юбилейной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (МИИГАиК, 1995 г.), а также опубликованы в трех научных статьях.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Ее объем составляет 145 страниц, включая 3 таблицы и 36 рисунков. Список литературы содержит 57 наименований, из них 11 - на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ. Во введении отмечается актуальность темы диссертации, показано ее научное и практическое значение и формулируются цели работы.

ГЛАВА 1. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ И УСЛОВИЯ ЗАЛЕГАНИЯ ТЕЛ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ НА ТЕРРИТОРИИ ЙЕМЕНА

В этой главе рассматривается следующее:

- дано коротко геолого-географическое описание территории Йемена;

- отмечены существующие полезные ископаемые на территории Йемена. Наиболее подробно дано описание закономерностей распространения месторождений медных руд и углеводородов, поскольку далее они отработаны в диссертации на основе использования материалов космической съемки.

ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ В СТРУКТУРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ И ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

В этой главе рассматриваются следующие вопросы:

1. Анализ существующих способов дешифрирования снимков. Основой классификации дешифрирования любых изображений являются средства считывания и анализа информации. Исходя из этого, выделяются следующее основные способы дешифрирования: визуальный, инструментально-визуальный, автоматизированный и автоматический. Все эти способы и их анализ представлены в диссертации.

2. Отражательная и поглотительная способности горных пород. Здесь дается описание возможности использования спектральных характеристик горных пород и их значение для интерпретации аэрокосмических снимков в геологических целях. Рассматриваются результаты экспериментов российских и зарубежных специалистов в этой области.

3. Методические основы использования материалов дистанционного зондирования в структурно-геологических исследованиях и геологической разведке полезных ископаемых применительно к территории Йемена.

Информативность и соответственно методика структурно-геологического анализа космических снимков (КС) неравнозначны в различных регионах. В целом они зависят от типа и возраста изучаемых тектонических элементов, стиля их внутренней структуры и

особенностей рельефа. Йемен расположен в пределах древней платформы.

Плиты древних платформ (восточная часть Йемена) характеризуются широким развитием на поверхности слабодислоцированных осадочных пород. Зачастую это новейшие образования, формирующие аккумулятивный рельеф, сглаживающие особенности геологического строения не только складчатых пород фундамента, но и отложений нижней части чехла. Наземные наблюдения в таких районах дают в основном сведения о литологии и генезисе четвертичных образований или, в лучшем случае, о выходящих на дневную поверхность породах чехла. В этих условиях данные, получаемые при анализе КС, представляют большую ценность.

Щиты древних платформ (западная часть Йемена) представляют собой выходы на поверхность раннедокембрийских интенсивно мета-морфизованных комплексов со своеобразными структурами, свойственными древнейшим этапам развития Земли. Они характеризуются устойчивыми воздыманиями, но невысокой расчлененностью рельефа, свойственной платформенным территориям. Эти явления определяют особенности использования КС на территории древних платформ.

Трудности прямой идентификации горных пород и их комплексов по спектральным характеристикам (по многозональным изображениям) заставили обратить особое внимание на геометрические образы геологических объектов на космических снимках. Эти образы формируются также различным пространственным распределением спектральных яркостей, но в целом отражают иные свойства геологических образований, в значительной мере связанных с их генезисом. К числу таких свойств относятся, во-первых, форма выхода геологического тела на земную поверхность (или форма объектов, соответствующих на земной поверхности геологическому образованию, скрытому на глубине); во-вторых, узор или внутренняя текстура его изображения; в-третьих, рисунок поверхности, образуемый тем или иным сочетанием геологических объектов (например, молодыми вулканитами или гнейсовым комплексом в западной части Йемена).

4. Особенности дистанционного изучения нефтегазоносных территорий - для уточнения нефтегеологического районирования изучаемых территорий, выяснения закономерностей распространения залежей углеводородов (УВ), оценки их фазового состояния и роли неотектонических движений при формировании и сохранении залежей УВ и т.д., т.е. вопросов, требующих углубленного анализа факторов,

контролирующих процессы формирования и разрушения промышленных скоплений УВ. Их рассмотрение с привлечением результатов дешифрирования КС еще требует постановки специальных исследований и глубокого анализа на примерах различных геологических регионов.

Обработка аэрокосмических данных совместно с геолого-геофизическими должна проводиться с учетом выявленных геоиндикаторов, отражающих наличие погребенных структурных форм.

Приводятся методы изучения дизъюнктивных нарушений на основе аэрокосмических данных, излагается последовательность операций при дешифрировании разломов, проводится их типизация, даются характерные дешифровочные признаки разломов различных типов.

Подчеркивается, что в геологической теории линеаменты служат достаточно надежным инструментом познания современной геодинамики, т.е. совокупность линеаментов может существенно влиять на развитие регионов в целом и на характер развития их отдельных этажей, а в геологической практике линеаменты могут отражать подводящие каналы различных металлоносных флюидов и растворов, т.е. служить индикаторами при поиске различных месторождений.

Поскольку линеаменты достаточно отчетливо обнаруживаются на материалах дистанционных съемок, то, очевидно, что они так или иначе проявлены в рельефе и в других элементах ландшафта земной поверхности.

При поисках залежей полезных ископаемых первостепенный интерес представляют как зоны линеаментов, так и особенно узлы пересечения локальных линеаментных зон, рассматриваемые в качестве зон земной коры максимальной проницаемости.

Выделение линеаментов возможно двумя способами: визуальным дешифрированием материалов и автоматизированным дешифрированием с необходимой статистической обработкой исходной информации.

Второй способ представляется более предпочтительным, так как позволяет в значительной степени избежать субъективности, хотя достоверность и этого способа зависит от качества признаковых характеристик и правильности составленных программ обработки МДС.

Главным в линеаментном анализе для практики нефтегазопоис-ковых работ является установление их связи с зонами нарушений и повышенной трещиноватости осадочного разреза и его основания, для чего необходимо детальное сопоставление результатов дешифрирования с имеющимися геолого-геофизическими данными. Не менее

важен учет линеаментов и при обработке получаемой геолого-геофизической информации, т.е. нужно тщательное и комплексное осмысливание дистанционных и геолого-геофизических материалов с целью повышения достоверности наших представлений об особенностях строения изучаемых территорий.

Использование информации, полученной с КС с целью прогнозирования перспективных нефтегазоносных пликативных структур, на современном этапе, также осуществляется в комплексе с геолого-геофизическими данными, получаемыми по результатам геолого-съемочных, геофизических и буровых работ, литолого-фациально-го и палеотектонического анализа, геохимических исследований, данных анализа новейшей тектоники с выделением новейших структур первого (зон, испытывающих новейшие опускания и воздымания), второго (валов, крупных кольцевых структур и др.) и третьего (локальных поднятий) порядков.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ДЕШИФРИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ ТЕРРИТОРИИ ЙЕМЕНА

Особенности дешифрирования в природных условиях Йемена обусловлены засушливым (аридным) климатом. Последнее обуславливает слабое развитие растительного покрова и сухость горных пород.

Данные обстоятельства (отсутствие растительного покрова и сухость пород) способствуют хорошей обнаженности горных пород и интенсивному развитию щебенчатого "коренного" элювия (в пределах выхода на поверхность гнейсовых толщ и вулканитов). Это позволяет широко использовать прямые дешифровочные признаки, связанные с формой, цветом, структурой, текстурой и геоморфологией осадочных, вулканических, интрузивных и метаморфических горных пород.

Геологическое дешифрирование территории Йемена выполнено преимущегт'^нн'- по многозональным сканерным изображениям "Landsat" масштаба 1:1 ООО ООО. При дешифрировании использованы изображения в 4-х оптических зонах: 1 зона (0,5-0,6); 2 зона (0,6-0,7); 3 зона (0,7-0,8); 4 зона (0,8-1,1), полученные в 1985 г.

Дешифрирование выполнено визуальным и инструментально-визуальным способами при помощи синтезирующих приборов МСП-4, МСВ-300 и кластеризации изображения на ЭВМ по программе "1DRI-SI". В диссертации приведены краткие описания этих приборов и программ.

При составлении синтезированного изображения на МСП-4 ис-

пользован весь спектр светофильтров. Было получено значительное число вариантов.

Исследования показали, что наиболее интересный в геологическом отношении синтез образуется при сочетании синего, зеленого, оранжевого и красного светофильтров. Используя эти светофильтры, получили 24 варианта, из них было отобрано 14 вариантов, как наиболее выразительных.

При дешифрировании эти синтезирующие варианты дали близкие результаты, а основное их отличие было связано лишь с некоторыми различиями в сочетании цветов. На синтезирующих изображениях четко различаются два комплекса пород: осадочные и вулканоген-но-интрузивные. Их типы хорошо выделяются в тех местах, где они имеют крупные структурные формы или находятся в однородном виде, образуя четко выраженные структурные образования. Результаты обработки обобщены в диссертации.

Результаты показали, что степень дешифрируемости горных пород разного состава различна. Наиболее хорошо дешифрируются те породы, которые имеют специфические черты выражения на поверхности, обусловленные их пространственной обособленностью, структурным положением, формой, цветом и наличием характерных присущих им черт или наложенных явлений (слоистость, массивность, трещиноватость, полосчатость, специфика развитой на них эрозионной сети и др.). Интересный результат получился по вулканитам одного состава, но разного возраста. Степень их дешифрируемости оказалась различной.

На основании выполненного эксперимента можно сделать вывод о том, что синтезирующий прибор МСП-4 в климатических и геологических условиях Йемена наиболее пригоден для выявления следующих типов горных пород: базальтов, их туфов и пеплов, имеющих возраст вОг-з и в04, фельзитов, андезитов и трахитов, имеющих возраст Рг-М10з, а также гранитов, гнейсов, амфиболитов, современных аллювиальных песков, древних морских карбонатных пород и некоторых других образований.

На МСВ-300 выполнен анализ степени дешифрируемости тех же самых горных пород, что и на МСП-4. Это сделано сознательно, с целью изучения возможностей данных двух синтезирующих систем, отличающихся по стоимости и сложности устройства.

Результаты на МСВ-300 и МСП-4 должны быть близки, так как эксперимент на МСП-4 показал, что наибольшая геологическая ий-

- Ii -

формация получается при использовании светофильтров синего, зеленого, красного и оранжевого цветов, а первые три светофильтра как раз и используются на МСВ-300.

И действительно, полученные результаты показали, что результаты очень близки, т.е. на МСВ-300 хорошо дешифрируются те породы, что и на МСП-4.

Однако есть и некоторые различия. Так, если на МСВ-300 ба-зальтоиды ßQi-2 и ВОз практически не дешифрируются, то благодаря добавлению оранжевого светофильтра на МСП-4 можно их выявлять и отличать от других горных пород.

Использование на МСВ-300 разных сочетаний спектральных зон многозональных космических изображений не дает особого прироста информативности. Это опять же подчеркивает ранее полученный нами вывод о том, что в условиях сухости климата на территории Йемена различия горных пород в разных зонах оптического спектра мало заметны. Безусловно, они должны иметься, так как горные породы имеют нередко разный цвет и другие физические отличия. Но для их выявления, по-видимому, требуется более тонкие фотометрические способы обработки космических изображений, чем те, которые используются в синтезирующих системах МСП-4, МСВ-300 и других аналогичных приборах и фотометрических приемах.

Для создания композиционных изображений использована геоинформационная система (GIS) IDRISI и модуль "Clastur".

Для создания композиционного изображения используются изображения в трех спектральных зонах для одной и той же площади.

Композиционное изображение используется для создания кластерных изображений при помощи модуля "Clastur". При работе с модулем "Clastur" мы можем выбрать два вида работ, а именно: широкая и детальная классификация. Широкая классификация дает общую картину спектра?: ных классов, которая затем уточняется в режиме детальной классификации.

В результате кластеризации исследуемых изображений в случае широкой кластеризации было выделено 5 классов объектов, а в случае детальной - 20 классов объектов.

Для удобства анализа полученных результатов кластеризованные изображения представлены в условных цветах. С использованием разных палеток цветов с использованием программы "ФотоГmich". Эта программа позволила получить 7 изображений в разных палетках, четыре из них получены от первого варианта, а остальные -

от второго варианта.

Результаты широкой кластеризации синтезированных космических изображений обобщены в диссертации.

Первый вариант синтезированного изображения. Из широкой кластеризации четко различаются два комплекса пород: осадочный и вулканогенно-интрузивный.

Осадочный комплекс включает в себя терригенные и карбонатные отложения антропогена, мела и юры. Выразительность разных осадочных отложений получена примерно одинаковая, несмотря на их достаточно резкие литологические отличия.

Вулканогенно-интрузивные породы хорошо различаются на кластеризованном изображении благодаря присущему им контрастному сочетанию белого и красного цветов.

Наиболее отчетливо выделяются поля развития четвертичных базальтоидов. Это широкое поле базальтов к северу от г.Сана и поле андезито-базальтов, развитых в междуречье рек.

Анализ первого варианта показывает, что на данном кластеризованном изображении наиболее четко выражены скальные горные породы. И чем большие поля они образуют, тем ярче они выражены. Поэтому и нашли свое отражение прежде всего мощные толщи четвертичных базальтов и андезито-базальтов. Несколько хуже выражены менее крупные тела гранитоидов и еще менее отчетливо отражены слоистые гнейсовые и осадочные комплексы горных пород.

Второй вариант широкой кластеризации синтезированного космического изображения показал, что в целом его геологическая информативность сходна с информативностью первого варианта. Главное отличие состоит лишь в раскраске условных цветов.

Четко различаются те же комплексы горных пород, что и в первом варианте: антропогенные, меловые и юрские комплексы осадочных пород, четвертичные вулканиты, разновозрастные гранитоиды и древние полосчатые гнейсовые комплексы.

Третий вариант кластеризации синтезированного космического изображения. По своим характеристикам он очень близок ко второму варианту и отличается от него лишь более тусклой раскраской.

Меньшая насыщенность цветов позволяет лучше рассмотреть детали изображения, что очень важно для анализа мелких деталей осадочных и вулканогенных толщ.

Четвертый вариант широкой кластеризации синтезированного космического изображения. От других вариантов он отличается на-

сыщенностью цветовых тонов изображения осадочного комплекса парных пород антропогенной, меловой и юрской систем и значительней приглушенностью цвета вулканогенных, интрузивных и метаморфических горных пород.

Выполненный анализ изображений, полученных при широкой кластеризации космических снимков, показал, что они позволяют разделить осадочные, вулканогенные, интрузивные и метаморфоген-ные комплексы горных пород, а в ряде случаев и изучить особенности их внутреннего строения и закономерности пространственного размещения.

Результаты детальной кластеризации синтезированного космического изображения:

- первый вариант детальной кластеризации. Хорошо выделяются поля развития осадочных толщ горных пород четвертичной меловой и юрской систем (красные тона). Остальные типы горных пород (вулканогенные, интрузивные и метаморфические) практически друг от друга не отличаются. Для них характерен мелкопятнистый (точечный) рисунок из синих, красных и реже желтовато-коричневых оттенков.

По сравнению с изображениями, полученными при широкой кластеризации, первый вариант детальной кластеризации отличается более. устойчивой и однообразной раскраской площадей развития осадочных толщ. Особенно устойчивый цвет (красный) присущ юрским карбонатным отложениям. Для четвертичных и меловых отложений раскраска более пятнистая, хотя также достаточно устойчивая.

Среди вулканогенных пород есть также заметные различия в раскраске базальтовых и андезито-базальтовых толщ. Для андези-то-базальтовых толщ характерно явное преобладание синей раскраски.

Гранитные тела и метаморфические горные породы трудно различимы. В гнейсах полосчатая цветовая раскраска расплывчата и выявляется с трудом;

- второй вариант детальной кластеризации синтезированного космического изображения. Он отличается от первого варианта более темной насыщенной раскраской в условных цветах;

- третий вариант детальной кластеризации синтезированного космического изображения. За счет большей густоты (темноты) всех цветов геологическая информативность данного варианта самая низкая.

Подводя итоги анализа результатов кластеризации синтезированных космических изображений, следует отметить, что данный метод получения новой геологической информации вполне надежен и помогает в ряде случаев лучше изучать структуру и вещественный состав земной коры. Однако он, как и многие другие методы, нуждается в контрольной проверке и комплексировании с другими методами обработки космических изображений с целью получения интересующей пользователя информации.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ПОИСКОВ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ

Для поисков месторождений полезных ископаемых нами использован автоматизированный линеаментный анализ с использованием пакета прикладных задач 'ЧЕББА", разработанный в ПО "Аэрогеология" (г.Москва). На основании данного метода отработана методика поисков месторождений полезных ископаемых применительно к геолого-геофизическим условиям Йемена на примере поиска месторождений медных руд и залежей углеводородных тел. Пакет прикладных программ "ЬЕББА" является одной из наиболее удачных разработок программного обеспечения автоматизированного метода дешифрирования разрывов (линеаментов) земной коры. Он позволяет выявлять в изображении мелкие фотолинеаменты, штрихи и осуществлять их статистический анализ.

При использовании комплекса программ "и^БА" исходное изображение должно представлять из себя матрицу размером 512x512 байтовых чисел, записанную в виде файла на диске. Результатами работы комплекса являются изображения сквозных линеаментов разных направлений и полей статистических характеристик, которые пользователь может просматривать в интерактивном режиме. В скользящем окне (50 элементов) рассчитываются и строятся розы-диаграммы линеаментов, вектора вытянутости роз-диаграмм и степень их отличия от круга. Последние характеризуют степень анизотропности линеаментных систем.

Результаты поисков месторождений медной руды на основе использования автоматизированного линеаментного анализа космических изображений.

Методика поисков месторождений медной руды обрабатывалась на двух участках, один из которых расположен в окрестностях г. Сана, а другой - г.Адена. Каждый из участков имеет площадь 100-100 В исследованиях использованы космические изображе-

ния "Landsat" в масштабе 1:1 ООО ООО.

Результаты поисков месторождений медных руд в окрестностях г. Сана.

В окрестностях г.Сана в пределах обследованной области развиты метаморфические породы архея и протерозоя, на большей части территории перекрытые мезозойско-кайнозойским осадочным чехлом и прорванные неогеновыми гранитоидами и четвертичными базальтоида-ми. Мезозойские отложения, выходящие на дневную поверхность в северо-западной и северо-восточной областях обследованной области, представлены обломочно-карбонатными породами, а кайнозойские (палеоген-четвертичные) преимущественно вулканитами смешанного (средний эоцен - миоценовые) и базальтового (плейстоценовые) состава.

В пределах исследованной области, которая охватывает площадь около 10000 км2, известно три гидротермальных месторождения медных руд, одно из которых находится в 20 км к северо-западу от г.Сала, другое - в 7 км к северо-востоку, а третье - в 20 км к юго-востоку от г.Сана. Все три месторождения приурочены к кайнозойским вулканитам: два первых к толще базальтоидов плейстоцена, а последнее - к фельзит-андезит-трахит-базальтовой толще среднего эоцена-нижнего миоцена. В пределах площади расположения месторождений имеется несколько крупных дугообразных зон разрывных нарушений, ориентированных выпуклой частью в разные стороны. Потенциально перспективной на обнаружение месторождений медной руды является вся площадь распространения кайнозойских вулканитов, т.е. большая часть изученной области.

Сравнение зон разрывных дислокаций, выявленных автоматизированным путем, с разрывными нарушениями, показанными на геологической карте масштаба 1:1 ООО ООО, показывает пространственное совпадение лишь разрывов северо-восточного простирания, а северо-западные не совпадают. Крупные меридиональные разрывные нарушения, показанные на геологической карте, не нашли своего отражения в результатах автоматизированного анализа.

Причины отличия выраженности зон разрывных дислокаций на космических снимках и по геолого-геофизическим данным широко обсуждались в научной литературе. Они обусловлены прежде всего отличиями в способах их выявления. Геологические и геофизические способы позволяют выявить чаще всего лишь те разрывные нарушения, которые характеризуются ощутимыми амплитудами смещений со-

седних блоков земной коры. Выявление (дешифрирование) разрывных нарушений по космическим снимкам основано на текстурных особенностях космического изображения в зонах разрывных дислокаций, обусловленных прежде всего микроландшафтными неоднородностями, вызванными аномалиями гидрогеологического, геохимического, геофизического, геоморфологического и биогеохимического характера.

Поле плотности локальных линеаментов, выявленных автоматизированным анализом космического снимка, выражена в максимальной и минимальной шкале. Максимальные и минимальные значения плотности наблюдаются как в районах развития вулканических, так и обломочно-хемогенных осадочных горных пород. Это говорит о близких условиях формирования современных линеаментов на всей изученной площади вне зависимости от возраста и состава пород. Анализ поля плотностей линеаментов, отражающих степень локальной раздробленности земной коры, показывает, что плотность линеаментов мало зависит от состава горных пород.

Обращает на себя внимание достаточно высокая плотность локальных разрывов на территории расположения г.Сана, что указывает на наличие для него определенной сейсмической опасности.

Поле степени вытянутости роз-диаграмм локальных линеаментов, так же как и поле плотности линеаментов, весьма изменчиво. Оно не зависит ни от возраста и состава горных пород, ни от плотности линеаментов.

При интерпретации поля вытянутости роз-диаграмм линеаментов следует помнить, что минимальные величины вытянутости соответствуют изотропному полю линеаментов, т.е. у линеаментов отсутствует преимущественная (однонаправленная) ориентировка, а максимальные величины отвечают анизотропному полю линеаментов, т.е. имеется предпочтительная явно выраженная ориентировка линеаментов.

Ноле степени отличия роз-диаграмм линеаментов от круга так же, как и предыдущие поля, характеризуется большим разнообразием. Однако явно преобладают значения величин ниже средних. Это также свидетельствует в пользу достаточно высокой изотропности поля линеаментов на большей части исследованной площади.

Анализ поля линеаментов и его статистических характеристик позволяет наметить площади, потенциально перспективные на обнаружение месторождений медной руды. Перспективные участки характеризуются величинами плотности линеаментов 57-65, степени вытя-

нутости роз-диаграмм линеаментов 19-31 и степени отличия роз-диаграмм линеаментов от круга 21-30.

Выполненный анализ показал наличие на исследованной территории нескольких участков, которые характеризуются всей совокупностью индикационных статистических признаков (рис..1). Самые крупные перспективные на медные руды участки, расположенные в северо-восточной части территории, пространственно совпадают с рудным полем полиметаллических сульфидных (серебряно-свинцо-во-цинковых) месторождений. Остальные участки (на севере и юге региона) находятся в стороне от известных рудных полей и поэтому представляют особый интерес.

Результаты поисков месторождений медных руд в окрестностях г.Адена.

Проанализирована область, прилегающая к г.Адену. В пределах данной области, имеющей площадь около 10000 км2, развиты мета-морфизированные отложения архея и нижнего протерозоя, и мезо-зойско-кайнозойские породы осадочного чехла. Отложения мезозоя представлены в основном кварцевыми песками (меловая система) и известняками (юрская система), а кайнозоя - в основном вулканитами, прорванными в отдельных местах неогеновыми гранитоидами.

Известные здесь гидротермальные месторождения медных руд приурочены, как правило, к зонам разрывных нарушений, развитых как в толще докембрийских отложений фундамента, так и в осадочном чехле.

Региональные зоны расколов (разрывных нарушений и трещин), выявлены при автоматизированном дешифрировании космического снимка Ьапс1за1. Результаты автоматизированного дешифрирования согласуются с геологическими данными, полученными наземными методами. Диагональных расколов, связанных с месторождениями, автоматизированным методом не выявлено. Это, видимо, обусловлено плохой их выраженностью в современных ландшафтах и поэтому машина их не различает.

Изученные статистические характеристики (плотность линеаментов, степень вытянутости роз-диаграмм и степень их отличия от круга) являются тектонофизическими показателями условий образования месторождений. Поэтому в пределах изученной площади имеются участки, характеризующиеся сходными статистическими показателями с месторождениями, то, следовательно, там имеются аналогичные тектонофизические условия и мы можем ожидать появление мес-

©Со

-I

Рис Л.прогнозная карта на потенциальные перспективные участки обнаружения гидротермальных месторождений медной руды

1 - известные месторождения медной руды;

2 - перспективные участки

торождений.

Данное теоретическое положение лежит в основе наших оценочно- прогнозных работ, выполняемых на базе статистической обработки результатов автоматизированного дешифрирования космических снимков.

В нашем случае известные месторождения приурочены к региональным субширотным и диагональным зонам расколов земной коры и характеризуются статистическими показателями: плотность локальных линеаментов - 15,7-30,4, степень вытянутости роз-диаграмм -30,4-76,0, отличие роз-диаграмм от круга - 66,5-125,0.

Совместив все три показателя в изолиниях на одной карте, найдем места их совпадений на карте. Данные места будут характеризоваться теми же тектонофизическими показателями, что и районы месторождений. Поэтому они являются наиболее перспективными участками на поиски и обнаружение месторождений полезных ископаемых.

Проделав подобную работу, мы составили прогнозную карту на южную часть Йемена, на которой выделены места, наиболее благоприятные для проведения поисково-разведочных работ на месторождениях медных руд.

Как показано на рис.2, перспективные участки расположены в северной части изученной территории. Самая крупная перспективная площадь охватывает все известные месторождения медной руды. Обнаруженные нами новые перспективные площади расположены к востоку от нее. Они охватывают приграничные территории развития кайнозойских вулканитов осадочного чехла и докембрийских метаморфических комплексов.

Результаты использования космических снимков для оценки нефтегазоносности территории Йемена.

Космические снимки в нефтеразведке используются достаточно широко. Главное их назначение - выявление положительных (антиклинальных) тектонических структур, являющихся возможными потенциальными ловушками для углеводородов. Большое внимание при этом уделяется дешифрированию разрывных нарушений, как зон миграции углеводородов и как зон нахождения благоприятных условий для концентрации углеводородов, обусловленных возникновением в них приразломных антиклинальных складок и структурных экранов.

В геологоразведочной практике принято выделять на картах и дешифрировать на аэрокосмоснимках лишь разрывные нарушения. На это нацелены геология и полевая геофизика. Зоны трещин обычно не

(Ю)

Известные месторо- Перспективные ждения медной руды участки

I ас.2.Прогнозная карта на потенциальные перспективные участки обнаружения гидротермальных месторождений медной руды

("1 4 ~ £.1 ~

выделяются и не картируются.

Однако углеводороды мигрируют как по тем, так и по другим типам разрывов земной коры. Поэтому для нефтеразведки оба эти типа представляют вполне определенный интерес. Совместный их учет необходим для получения общей картины закономерности размещения залежей углеводородов.

Автоматизированное дешифрирование линеаментов выявляет всю совокупность разрывных нарушений и трещин на космических снимках. Как показывает опыт, автоматизированное дешифрирование позволяет восстановить достаточно полную картину раздробленности земной коры. Наши исследования показали, что при этом достигается нередко гораздо большее приближение к действительной картине дискретного строения коры, чем при помощи визуальных методов дешифрирования .

Методика оценки нефтегазоносности основана на изучении статистических закономерностей развития системы линеаментов на тестовых участках распространения известных нефтяных месторождений. Выявленные статистические закономерности являются индикаторами тектонофизических условий залегания месторождений.

Данные статистические индикаторы являются предпосылками для поисков аналогичных тектонофизических условий земной коры за пределами тестовых участков, которые указывают на возможные места здесь нахождения залежей углеводородов, аналогичные известным.

В качестве тестового участка нами взят нефтегазоносный район, расположенный к югу от г.Тарима между р.Масила и Аденским заливом. В этом районе известно восемь разведанных месторождений нефти в мезозойско-кайноэойском осадочном чехле.

Автоматизированному линеаментному анализу были подвергнуты два космических изображения: Ьагк^эаЬ (масштаб 1:1 ООО ООО) и КА-ТЭ (масштаб 1:2 ООО ООО). Результаты анализа обоих изображений сходны. Отработана территория, имеющая площадь около 10000 км2.

В пределах изученного региона при автоматизированном дешифрировании выделено три системы региональных линеаментов: две диагональные и одна субмеридиональная. Широтные направления разрывов выражены значительно слабее. На геологической карте, опубликованной в Йемене в 1994 г., выделены лишь широтные разрывные нарушения, а три остальные системы отсутствуют.

Корреляций месторождений нефти со степенью анизотропии коры является важным признаком, который ниже будет нами использован в

качестве одного из главных критериев выделения перспективных нефтегазоносных участков в исследованном районе.

Для выделения потенциально перспективных участков на месторождения нефти использованы все статистические индикаторы месторождений, выявленных на тестовых участках. К таким индикаторам относятся: плотность линеаментов (интервалы 0-32,8), степень отличия роз-диаграмм линеаментов (интервалы 46,7-147,8) и характерные для месторождений векторы направленности (интервалы 20-100).

Перспективными участками считаются те, для которых характерно сочетание всех благоприятных для месторождений статистических показателей развития поля линеаментов (рис.3). Как видно из рис.3, большая часть исследованного региона (заштрихованная площадь) является потенциально перспективной на обнаружение месторождений.

Очень благоприятное сочетание тектонофизических условий, установленное по статистическим индикаторам, позволяет сделать прогноз на конкретное местонахождение в этом районе двух новых месторождений нефти (рис.3).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе разработки методики поисков полезных ископаемых по материалам дистанционного зондирования поверхности Земли применительно к геолого-географическим условиям территории Йемена был проанализирован мировой опыт космических методов поисков месторождений полезных ископаемых, освоена работа на синтезирующих приборах МОП-4 и МСВ-300, освоена работа на ЭВМ с использование программных пакетов "Ш1?131" и линеаментного автоматизированного анализа "ЬЕББА", проанализирована геологическая информативность многозональных снимков, выявлены дешифровочные признаки различных горных пород, выявлены перспективные площади для поисков месторождений медных руд, нефти и газа.

Основными результатами теоретических и экспериментальных работ является следующие:

1. Изучены особенности геологического дешифрирования материала дистанционного зондирования поверхности Земли применительно к геолого-географическим условиям Йемена. Установлено, что ь 'условиях сухости климата и отсутствия растительного покро-

1А

А

потенциально перспективные площади на обнаружение месторождений нефти

известные месторождения нефти прогнозируемые месторождения нефти

Рис.3. Прогнозная карта нефтегазоносности

ва и интенсивного развития щебенчатого элювия горные породы на многозональных снимках разных спектральных зон дешифрируются примерно одинаково. Эти же природные условия Йемена позволяют широко использовать прямые дешифровочные признаки.

2. Наиболее хорошо дешифрируются на космических изображениях вулканические, интрузивные и метаморфические породы. Это объясняется тем, что данные породы обладают повышенной прочностью, мощностью, характерными текстурными особенностями и контрастом цвета по отношению к вмещающим породам.

3. Разработана система классификаторов горных пород в зависимости от степени их дешифрируемости.

4. Использование цифровой обработки с целью кластеризации синтезированных космических изображений в условиях Йемена очень перспективно для получения новой геологической информации.

5. Для территории Йемена очень надежным методом поисков месторождений рудных и нерудных полезных ископаемых оказался автоматизированный линеаментный анализ космических изображений. 'Он позволил получать совершенно новую дополнительную информацию о наличии региональных и локальных систем (зон) дробления земной коры и их статистические характеристики, на основании изучения которых и выполнен металлогенический прогноз в пределах трех крупных участков территории Йемена.

6. Составлены прогнозные карты на нахождение месторождений медных руд в окрестностях городов Сана и Аден на основе использования результатов линеаментного автоматизированного анализа космических изображений, охватывающих площадь около 20000 км2.

7. Составлена прогнозная карта нефтегазоносности восточной части территории Йемена с указанием возможного места расположения для двух месторождений нефти.

Поднисаи к печати 26.03.96 Формат 60x90 Бумага иллюстр.

Уч.-изд.л. 1,5 Тираж 80 экз. Заказ № 75 Цена договорная

МИИГАиК 103064 Москва К-64 Гороховский пер. 4