ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2010, № 1, с. 27-39
30 ЛЕТ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ С ПОМОЩЬЮ КОСМИЧЕСКИХ СРЕДСТВ: ТЕНДЕНЦИИ, ДОСТИЖЕНИЯ,
ПЕРСПЕКТИВЫ
© 2010 г. В. Г. Трифонов
Геологический институт РАН, Москва E-mail: trifonov@ginras.ru
Выявлены основные достижения и тенденции развития за последнее тридцатилетие геологических исследований с применением космических средств: изучения строения приповерхностного слоя земной коры и глубоких горизонтов литосферы, поисков месторождений полезных ископаемых, прогноза геологических бедствий и последствий современных геологических процессов. Показано, как по мере прогресса средств получения и обработки космической информации некоторые методические приемы переходили в разряд рутинных операций, но на смену им открывались новые возможности и методические подходы. Отмечены результаты космогеологических исследований, которые способствовали решению важных геологических задач.
Ключевые слова: обработка космической информации, геологическое строение, глубинные структурные особенности, металлогенетический прогноз, месторождения нефти и газа, неотектоника, сейсмотектоника, прогноз землетрясений, инженерная геология.
ВВЕДЕНИЕ
В статье представлен обзор основных тенденций и результатов геологических исследований с помощью космических средств по материалам статей, опубликованных в журнале "Исследование Земли из космоса" за 30 лет его существования (1980—2009 гг.). Однако работы в этом направлении начались еще в середине 1960-х годов, с появлением первых снимков поверхности Земли, сделанных российскими и американскими космонавтами. Толчком к расширению работ стало массовое поступление изображений Земли, полученных сканированием с ее автоматических спутников. Первыми попытками геологического применения фотоснимков с пилотируемых космических объектов было их использование в геолого-съемочных работах. Оно опиралось на обширный опыт применения материалов аэрофотосъемки при геологическом картировании. Космические снимки (КС) выгодно отличались от них большей обзорностью и возможностью получения многозональных изображений, с которыми связывали надежды на определение состава горных пород по их спектральным характеристикам. Вместе с тем уже ранние КС, и особенно изображения сравнительно низкого разрешения с автоматических спутников, выявили новые структурные элементы — прямые линеаменты и кольцевые или овальные структуры, которые не выделялись при наземной геологической съемке.
В 1970-е годы работы по геологическому использованию космической информации были ориентированы на определение перспективных направлений и методику применения космических изображений. Ограниченность круга исследователей восполняла международная кооперация с 1971 г. в виде Советско-американской рабочей группы по исследованию природной среды с помощью космических средств, а позднее и аналогичной группы ученых социалистических стран при Совете "Интеркосмос". Были выявлены две важные особенности геологической информации, получаемой с КС.
Во-первых, оказалось, что часть линеаментов соответствует разломам, известным по наземным исследованиям. КС помогли их точнее откарти-ровать и выяснить соотношения между разломами, что важно для понимания их происхождения. Некоторые овально-кольцевые формы были идентифицированы как тектоно-магматические структуры центрального типа (СЦТ). Однако гораздо большее число линеаментов и овальных структур не отождествлялось с разломами и СЦТ и, более того, было выделено в областях, для которых они не характерны. Поэтому возникло предположение, подтвердившееся при полигонных исследованиях, что линеаменты представляют собой зоны однообразно ориентированной трещиноватости горных пород, их повышенной проницаемости или границы областей с разным геологическим строением. Сопоставление линеа-
ментов и овальных структур с геолого-геофизическими данными показало, что эти формы земной поверхности могут соответствовать тектоническим границам и телам, скрытым на глубине под осадочным чехлом или слоями земной коры с иным стилем деформаций, причем по мере генерализации космического изображения местности (ухудшения разрешения) скрадываются поверхностные детали и проступают более глубинные структурные элементы (Макаров и др., 1974; Трифонов и др., 1978).
Во-вторых, выраженность геологических объектов и явлений на земной поверхности ухудшается со временем из-за эрозии, выветривания, аккумуляции наносов, наложения других явлений и объектов и т.д. Поэтому на поверхности лучше всего выражены следы новейших геодинамических явлений и геологические новобразования. Даже в тех случаях, когда предметом исследования являлись заведомо древние структуры и комплексы пород, главными диагностическими признаками становились их косвенные молодые проявления в новейших тектонических движениях, рельефе и флюидодинамике (Трифонов и др., 1973).
Указанные обстоятельства определили следующие основные направления геологического применения космической информации, которые в той или иной мере сохраняют актуальность до сих пор (Трифонов и др., 1978; Космическая съемка..., 1979; Садов, Ревзон, 1979; Космическая информация..., 1983):
— уточнение геологического строения территории в интересах геологической съемки и тематических структурно-геологических исследований;
— изучение глубинных геологических образований — объектов, скрытых на большей или меньшей глубине под другим геологическими телами;
— анализ линеаментов и кольцевых структур в целях металлогенического прогноза;
— выделение скрытых структур, перспективных для поисков нефти и газа;
— неотектоника и сейсмотектоника — ландшафтная индикация новейших тектонических движений, следы современных и позднечетвер-тичных землетрясений;
— гидрогеология и инженерная геология — ли-неаменты как элементы флюидных систем и отражение активных разломов, затрудняющих сооружение инженерных объектов; диагностика оползней и карста; прокладка трасс коммуникаций.
Вместе с тем еще в начале космогеологических исследований была сформулирована задача автоматизации получения и интерпретации геологической информации.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ В ПУБЛИКАЦИЯХ ЖУРНАЛА "ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА" (1980-2009 гг.)
Методические успехи космогеологических работ на фоне общего научно-технического прогресса исследований Земли из космоса
Тенденции развития и достижения в указанных направлениях космогеологических исследований определялись в значительной мере общим прогрессом средств получения космической информации и ее обработки:
— увеличением разрешения космических изображений в традиционных спектральных диапазонах и освоением новых диапазонов (ИК-теп-ловая и радиолокационная съемки) при доступности материалов для широкого потребителя в оцифрованной форме;
— появлением материалов геофизических космических съемок (MAGSAT и др.);
— появлением и широким распространением систем космического позиционирования наземных объектов, среди которых ведущей стала система GPS, а в настоящее время начинает набирать силу аналогичная российская система ГЛОНАСС;
— появлением доступных материалов о трехмерных параметрах точек земной поверхности, сначала с разрешением ~500 м (DTM-500), а затем — 3" (FRTM), позволяющим построить модель рельефа М ~ 1 : 100000;
— развитием вычислительной техники и, прежде всего, персональных компьютеров, их программного обеспечения и средств получения и передачи информации.
В итоге появилась и была реализована на уровне современных знаний и развития компьютерной техники возможность всестороннего анализа и сопоставления геолого-геофизической информации, содержащейся в космических изображениях и результатах измерений, моделях рельефа разного масштаба и материалах наземных исследований, которые могли пополняться новыми данными с точными координатными привязками. Предметом разработок стало создание специализированного программного обеспечения, ориентированного на решение геологических задач.
Как известно, существуют два главных способа распознавания и определения параметров природных объектов с помощью космических средств: (1) способ, опирающийся на яркость, цвет и, как наиболее полную информацию, на спектральные характеристики объекта; (2) способ, опирающийся на геометрические характеристики объекта в плане, а именно его очертания, внутреннюю тек-
стуру и так называемый структурный рисунок — особенности пространственного сочетания объектов.
На использование многозональных космических съемок с учетом спектральных характеристик горных пород первоначально возлагались надежды как на инструмент геологического картирования вещественных комплексов и выявления рудоносных образований (Брюханов, 1983). Оптимизм вселяли полигонные исследования. Так, по спектральным характеристикам были выделены поверхностные околорудные изменения как индикаторы скрытой рудной залежи (Ильин, 1982). В ходе комплексного аэрокосмогеологического эксперимента "Тянь-Шань—Интеркосмос-88", ориентированного на изучение активных тектонических зон (Ве-дешин и др., 1989), было показано, что зоны активных разломов выявляются по их спектральным характеристикам даже под относительно мощным делювиальным чехлом благодаря их повышенной раздробленности и, соответственно, увлажненности, причем это проявляется и в растительности, обогащенной тяжелыми металлами (Лукина и др., 1991).
Однако эти разработки не получили существенного применения, и причин тому, помимо трудоемкости дистанционного спектрометриро-вания, две. Во-первых, разнообразные воздействия на горные породы и наложенная информация (например, почвы или растительность) изменяют спектральные характеристики горных пород и часто делают их неотличимыми друг от друга. Выявленные антропогенные спектральные аномалии часто превосходят контрасты между геологическими комплексами (Карпуц и др., 1991). Во-вторых, восприятие информации геологом опирается, прежде всего, на текстуру и форму объекта. Поэтому в подавляющем большинстве геологических исследований с помощью космических средств использовались геометрические характеристики объектов
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.