Определение состава горных пород по тепловым снимкам

Инфракрасная спектрометрия — хорошо известный метод, применяемый в лабораторных условиях для минералогического анализа горных пород. Разные минералы имеют разные спектральные особенности в инфракрасной тепловой области спектра электромагнитных волн. Эти особенности позволяют идентифицировать, например, такие породообразующие минералы, как силикаты, сульфаты, карбонаты. Например, спектрорадиометр ASTER, установленный на спутнике Terra, специально предназначен для картографирования горных пород, содержащих эти минералы. Спектральные зоны 10, 11 и 12 теплового инфракрасного диапазона ASTER (8,125 — 8,475 мкм, 8,475 — 8,825 мкм, и 8,925 — 9,275 мкм) ориентированы на распознавание сульфатов и кремнеземов. Спектральная зона 14 (10,95 — 11,65 мкм) расположена на полосе поглощения карбонатных минералов.

Создаются библиотеки спектров отражения и излучения разных типов земных объектов. Спектры, аналогичные приведенным на Рис. 1, помогают разобраться в разнообразии цветов на синтезированных из зон теплового инфракрасного диапазона снимков ASTER и выявить горные породы разного состава.

Рис. 1 Примеры спектров отражения различных горных пород, цветом
выделены спектральные зоны ASTER в тепловом ИК диапазоне.

В целом спектральные зоны ASTER в тепловом инфракрасном диапазоне позволяют картографировать литологические характеристики различных минералов, вариации в составе горных пород и распространение областей гидротермального метаморфизма. Cъемка ASTER проводится и в ночное время, что позволяет заметно улучшить дешифрируемость геологических объектов за счет уменьшения неравномерности нагрева Солнцем освещенных и затененных поверхностей.

Первые результаты применения этого измерительного метода дистанционного зондирования показали его высокую эффективность в дистанционном картографировании вещественного состава пород и аэротехногенных загрязнений окружающей среды крупными промышленными предприятиями, такими как Норильский горнометаллургический комбинат, Астраханский газовый промысел, Орско-Халиловский горнодобывающий район, Череповецкий металлургический комбинат.

На Рис. 2 изображена трехмерная модель рельефа Долины Смерти (США), с наложенным на нее синтезированным по тепловым инфракрасным каналам (13, 12 и 10) снимком, полученным сканером ASTER. Эти данные позволяют подчеркнуть различия в состав горных пород, слагающих Долину Смерти.

Исходный снимок был получен в ночное время 7 апреля 2000 г. Было проведено контрастирование снимка для подчеркивания различий в типе материалов, залегающих на поверхности. Солевые отложения на дне Долины Смерти изобразились желтыми, зелеными, сиреневыми и розовыми оттенками, указывающими на присутствие карбонатных, сульфатных и хлоридных минералов. Горы Панаминт в западной части изображения и Черные Горы в восточной части состоят из осадочных пород — известняков, песчаников, сланцев, а также из метаморфических пород. На участках, изобразившихся ярко-красным цветом, на поверхности преобладает кварц, входящий в состав песчаников; на участках зеленого цвета доминируют известняки. В середине нижней части изображения находится Бэдуотер, самая низкая точка Северной Америки.

Рис. 2 Перспективное изображение Долины Смерти в Калифорнии, полученное
путем наложения на цифровую модель местности (созданную в
Геологической съемке США) изображения, синтезированного по
спектральным зонам ASTER 13, 12 и 10 в тепловом инфракрасном
диапазоне, 7 апреля 2000 г. (http://visibleearth.nasa.gov)

Другим синтезированным тепловым инфракрасным изображением представлен вулкан Мауна Лоа (Гавайские острова). На снимке (Рис. 3) хорошо выделяются лавовые потоки, отобразившиеся различными цветами, что свидетельствует об их различном относительном возрасте. Это помогает понять историю извержений вулкана, а также в случае необходимости поможет спрогнозировать опасность и риск, связанные с возможными будущими извержениями.

Рис. 3 Синтезированный в тепловых каналах снимок на территорию вулкана Мауна Лоа,
полученный с помощью спектрометра ASTER/Terra 18 апреля 2000 г. (http://visibleearth.nasa.gov)