Дистанционное зондирование в разведке и других областях

Наряду с традиционными методами исследований и картографирования исследуемых объектов в современной геологии, горном деле, рекультивации широкое распространение приобретает так называемое дистанционное зондирование (англ. remote sensing), то есть сбор, обработка и интерпретация изображений и данных, полученных путем съёмок с авиационных и космических носителей.

Типы и применение

Способы дистанционного зондирования можно классифицировать на несколько типов в зависимости от:

1. Источника энергии:

• - пассивные — использование сенсоров, распознающих отраженное или испускаемое электромагнитное излучение естественными источниками (оптические и сканирующие устройства, действующие в диапазоне отраженного солнечного излучения, включая ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазоны);
• - активные — использование сенсоров, распознающих отражение от объектов, подвергшихся излучению от искусственных источников энергии (радарные устройства, сканирующие лазеры, микроволновые радиометры и др.).

2. Области длины волны:

• - дистанционные измерения волн видимой или отражающей инфракрасной области (0,38–3,0 нм);
• - дистанционные измерения волн тепловой инфракрасной области (7,0–15,0 нм);
• дистанционные измерения волн микроволновой области (1,0–1000 мм).

Дистанционное зондирование имеет несколько основных областей применения: геологическое картографирование, структурное картографирование, картографирование литологии, изучение гидрологии, а также ряд второстепенных, например, логистическое обеспечение, рекультивация и т.п.

Помимо сказанного выше, дистанционное зондирование дает возможность изучения различных гидрологических особенностей, в частности пространственного распределения и динамики гидрологических явлений. Среди примеров использования данных методов в области гидрологии можно выделить оценку влажности почвы, изучение снежного покрова, мониторинг оледенения рек и озер, картирование и мониторинг наводнений, мониторинг динамики ледников, картографирование дренажных бассейнов и т.д.

Существует достаточно много различных систем дистанционного зондирования, например, многоспектральных и гиперспектральных:

- спутниковые системы ALI, EOS, EOS (Terra), Landsat (рис. 1), Hyperion;

- авиационные системы — MASTER, SEBASS, AVIRIS, HyMAP.

Рис. 1. Варианты спутниковых изображений участка в Северной Австралии, полученные с помощью спутника Landsat 8. Cлева: оттенками пурпурного и синего цвета отмечены выходы пород (кварцевого порфира, базальта и кварцита); оттенками желтого, коричневого и зеленого — изменения геологии реголита. Справа: отмечено высокое содержания в почве оксидов железа естественного цвета; оттенки синего, серого и бежевого — отмечены выходы пород (Источник: «MICROMINE»)

Дистанционное зондирование в разведке

Разведка месторождений полезных ископаемых — сложная и комплексная задача, для эффективного решения которой специалист нуждается в максимально возможном количестве актуальной информации об исследуемом объекте или участке.

Дистанционное зондирование — это не какая-то отдельная технология, это целый спектр разнообразных методов и инструментов, позволяющих получать ценную визуальную и спектральную информацию. Данные анализируются, на их основе составляется оценка участка на возможное наличие месторождений.

В комбинации с традиционными (геологическими, геофизическими, геохимическими и др.) методы дистанционного зондирования позволяют повысить объективность геологических знаний о структуре литосферы, проявлениях геологических процессов, эффективность разведки месторождений, анализа техногенного воздействия на окружающую среду.

Как направление, дистанционное зондирование сформировалось после окончания Второй мировой войны, однако быстро развиваться стало лишь в последнее время на волне современных цифровых технологий. Изначально основной сферой применения методов дистанционного зондирования были сравнительные исследования. Так, если в определенном районе находили месторождение золота, аэрофотоснимки участка сравнивали со снимками других районов для поиска общих геологических особенностей, которые могут служить указанием на наличие запасов ценного сырья.

Разработка методов создания многоспектральных изображений и составления специальных карт открыла возможность дистанционного картографирования поверхности. Они позволяют быстро и экономично составлять карты участков большой площади. Благодаря спектрам сканирования ученые научились каталогизировать различные свойства грунтов, пород и растительности. Среди наиболее ценных данных, которые можно получить таким способом, являются сведения, указывающие на выветривание и геологические изменения месторождений. Так, например, на основе спектров можно с высокой долей уверенности различать глинистые и оксидные материалы.

Фундамент любой геологоразведочной программы — геологическое картографирование. Этот процесс включает в себя изучение элементов ландшафта, различных образований, недр, позволяет составить понимание физических процессов формирования и изменения земной коры. При этом данные дистанционного зондирования в сочетании с информацией из других источников предоставляют важные сведения по литологии, составу и видоизменению пород, топографии поверхности, геоморфологии и пр.

Дистанционное зондирование при геологических изысканиях используют в частности для выполнения следующих задач:

- Картографирование месторождений и коренной породы (рис. 2).

- Литологическое картографирование.

- Структурное картирование.

- Разведка месторождений минерального сырья.

- Нефтегазопоисковая разведка.

- Изучение геологии окружающей среды.

- Изучение геоботаники.

- Картографирование и мониторинг осадочных отложений.

- Картографирование и мониторинг возможных источников опасности.

Рис. 2. Результаты картографирования путем анализа в ближнем инфракрасном диапазоне участка в Неваде, США (по Bedini, 2017)

К числу актуальных примеров использования дистанционного зондирования в разведке можно отнести работу исследователя из Университета Алабамы в Бирмингеме (англ. University of Alabama Birmingham) в США Реда Эль-Арафи (Reda El-Arafy), который занимается разработкой методов использования спутниковых данных наблюдения за поверхностью Земли для поиска руд урана и других металлов. Используемые на спутниках георадары способны анализировать грунт на глубину не больше пары сантиметров, однако ценное сырье залегает, как правило, значительно глубже. Согласно университетской онлайн-публикации, Р. Эль-Арафи удалось идентифицировать определенные электромагнитные спектры, служащие своего рода «подписью» наличия на некоторой глубине урана и золота, при этом точность разработанного метода достигает 90%.

Основные преимущества и недостатки

Дистанционное зондирование — ценный инструмент в активе геологоразведчика, предоставляющий релевантную информацию с экономией времени и средств. Лучше всего этот метод подходит для поиска месторождений минерального сырья высокой стоимости, например алмазов и золота. Хотя дистанционное зондирование не может точно указать на местоположение крупной залежи, полученные с его помощью данные могут быть использованы для проведения узких изысканий на более мелких участках.

Также применение методов и инструментов дистанционного зондирования сокращает риск реализации геологоразведочного проекта, помогая установить очередность разведки различных участков по их перспективности. Уже после завершения работ такого типа прибегают к более дорогостоящим методам разведки, в частности буровым работам.

Появление возможности синтезировать данные различного типа стало для геологоразведки огромным шагом вперед. Так, результаты бурового опробования можно скомбинировать с топографическими картами, аэрофотоснимками, структурными картами, данными по содержанию ценного компонента. Синтез имеющихся данных существенно увеличивает точность и эффективность разведочных работ.

Здесь необходимо отметить одно из основных ограничений применения методов дистанционного зондирования в разведке, а именно глубину исследования поверхности: от нескольких микрометров с использованием датчиков близкой инфракрасной области спектра до нескольких сантиметров с использованием датчиков тепловой инфракрасной и микроволновой области спектра. По этой причине в процессе интерпретации данных в определенной мере приходится полагаться на косвенные свидетельства наличия месторождения, например геологические условия, зоны измененных пород, связанные породы, продукты окисления, морфологию и т.п. С этой точки зрения, по всей видимости, все более важную роль будут играть мульти-спектральные и гиперспектральные методы, позволяющие описывать минералогию (рис. 3).

Рис. 3. Схема получения гиперспектральных изображений: (1) космическая гиперспектральная система; (2) полоса обзора; (3) поверхность Земли; (4) разрешение по путевой дальности космического аппарата; (5) спектральное разрешение; (6) полоса обзора; (7) спектральные изображения фиксируются одновременно; (8) каждый пиксель содержит отобранный спектр, используемый для определения типов присутствующих материалов по их отражательной способности (по Bedini, 2017)

Примеры использования дистанционного зондирования в других областях

Отдельно следует выделить использование дистанционного зондирования в защите окружающей среды и рекультивации (например, на нескольких рудниках в ЮАР), в частности в регулярном анализе наличия и распределения влаги в материале хвостохранилища, в определении утечек, контроле выхода подземных вод на поверхность, что позволяет повысить качество проектирования и экономичного обслуживания объектов такого рода на горнодобывающих предприятиях.

Несколько любопытных проектов по дистанционному зондированию есть в активе Совета по научно-промышленным исследованиям ЮАР (англ. Council for Scientific and Industrial Research, CSIR). К примерам можно отнести систему обнаружения деформации поверхности в районах добычи площадью до 150х150 км под названием «Azimuth», работа которой основана на использовании данных со спутника-носителя радиолокационной станции с синтезированной апертурой; использование спутниковых данных для контроля рекультивации открытых рудников.

Спутниковые данные легли в основу исследования Южноафриканского национального космического агентства (англ. South African National Space Agency, Sansa) земли и растительного покрова в районе добычи угля, мониторинга разработки месторождений, динамики развития примыкающих к ним заселенных участков, влияния добычи на земли сельскохозяйственного назначения и экосистемы методами радарной дифференциальной интерферометрии (англ. differential interferometry SAR, dinSAR).

В Индии спутниковые данные используют в совершенно иной области, а именно для борьбы с незаконной добычей. При совместном участии горного бюро Индии (одно из агентств министерства горнодобывающей промышленности), министерства электронной промышленности и информационных технологий, Института космоса и геоинформатики (англ. Bhaskaracharya Institute for Space Application and. Geoinformatics, BISAG) была разработана система наблюдения, которая покрывает всю территорию страны.

Список литературы в журнале "Золотодобыча"

-3+4

• Содержание сайта
• Комментарии
• Главная страница