Tr−ớc năm 1993, chủ yếu giải đoán ảnh viễn thám trực tiếp bằng mắt th−ờng hoặc đ−ợc trợ giúp bởi các công cụ quang học đơn giản nh− kính lập thể..
Từ năm 1993 đến nay, một số đơn vị trong ngành địa chất đã đ−ợc trang bị các phần mềm thích hợp và việc xử lý ảnh viễn thám bằng công nghệ tin học mới đ−ợc phát triển và đóng vai trò quan trọng trong công tác điều tra địa chất và khoáng sản.
Các ảnh số có thể thu nhận trực tiếp từ các hệ thống chụp ảnh quét đa phổ, hoặc từ các hệ thống chụp ảnh th−ờng đ−ợc số hoá qua các máy quét quang học.
ảnh số bao gồm vô số các yếu tố ảnh (điểm ảnh, phần tử ảnh) mà ng−ời ta gọi là pixel. Trong chụp ảnh đa phổ, mỗi một pixel (điểm ảnh) ứng với một đơn vị diện tích (S) trên bề mặt trái đất : ảnh Landsat – 5 - TM (Mỹ) có S = 30 x 30 m ; ảnh Spot - XS (Pháp) có S = 20 x 20 m ; ảnh Spot - pan (Pháp) có S = 10 x 10 m … Mỗi pixel có 3 thông số: toạ độ (x, y) và phổ (z) hay còn gọi là độ xám. Trong ảnh đa phổ mỗi một pixel có nhiều giá trị độ xám (DN). Thí dụ một pixel trên ảnh Landsat - 5 TM có DN1 = 30 (kênh 1), DN2 = 70 (kênh 2), DN3 = 150 (kênh 3), DN4 = 200 (kênh 4), DN5 = 167 (kênh 5), DN6 = 220 (kênh 6) và DN7 = 16 (kênh 7).
Giá trị độ xám có 256 cấp dao động từ 0 đến 255 tức. Xử lý, phân tích ảnh viễn thám với mục đích phân chia các thành tạo địa chất trên máy vi tính, t−ơng tự nh− xử lý, phân tích tài liệu địa vật lý gồm 2 dạng chính: phân lớp không có giám sát (không có mẫu chuẩn), phân lớp có giám sát (có mẫu chuẩn). Hai cách phân lớp này có thể đ−ợc tiến hành đồng thời hoặc riêng rẽ tuỳ theo mức độ phức tạp của khu vực nghiên cứu.
Xử lý, phân tích ảnh viễn thám đã và đang đ−ợc áp dụng rộng rãi, có hiệu quả và là hệ ph−ơng pháp không thể thiếu trong công tác lập bản đồ địa chất và điều tra khoáng sản tỷ lệ trung bình và lớn.
Ch−ơng III
xử lý, phân tích tổng hợp tài liệu địa vật lý và ảnh viễn thám
I. Quy trình xử lý, phân tích tổng hợp tài liệu địa vật lý và ảnh viễn thám
Nh− đã trình bày, việc xử lý, phân tích tài liệu địa vật lý và ảnh viễn thám đã có b−ớc phát triển khá tốt từ năm 1995 đến nay và đ−ợc nâng cao hiệu quả một cách đáng kể. Tuy vậy do mỗi loại tài liệu đều có mặt hạn chế của riêng mình, ví dụ: tài liệu viễn thám hạn chế bởi chiều sâu nghiên cứu, nh−ng −u điểm là phản ánh các lớp trên tầng địa quyển và gắn đ−ợc với địa hình địa mạo hiện đại. Trong khi đó, tài liệu địa vật lý cho phép nghiên cứu sâu, nh−ng phần trên bị ảnh h−ởng tính đa nghiệm do có các thành tạo địa chất khác nhau nh−ng có tính chất vật lý gần giống nhau.
- Các ch−ơng trình và quy trình xử lý, phân tích đều t−ơng tự nhau ví dụ: để phân chia các đối t−ợng địa chất: đều sử dụng các ph−ơng pháp phân lớp không giám sát, hoặc có giám sát trong các bộ ch−ơng trình đã có: E.R. Mapper, Didactim, Coscad… hoặc xác định chi tiết các yếu tố, ví dụ nh− đứt gãy.. cũng đều áp dụng các ch−ơng trình biến đổi tr−ờng nh− các phép lọc tr−ờng…
- Tr−ờng quan sát địa vật lý và ảnh viễn thám đều là tr−ờng quan sát từ trên cao, vì vậy mỗi điểm quan sát phản ánh một không gian với bán kính nhất định, tuỳ theo mạng l−ới khảo sát (hoặc độ phân giải của ảnh).
Trên cơ sở nghiên cứu, thử nghiệm các tác giả đã xây dựng quy trình xử lý, phân tích tổng hợp tài liệu địa vật lý và ảnh viễn thám với mục đích điều tra địa chất và khoáng san.
D−ới đây là các nội dung cơ bản của quy trình:
Quy trình xử lý, phân tích tổng hợp tài liêu địa vật lý và ảnh viển thám với mục đích điều tra địa chất, khoáng sản áp dụng cho xử lý, phân tích tổng hợp tài liệu bay đo từ phổ gamma, tài liệu trọng lực tỷ lệ 1:50.000, 1: 25.000 và lớn hơn; tài liệu ảnh viễn thám đa phổ d−ới dạng ảnh số hoặc ảnh t−ơng tự đã đ−ợc số hoá; sử dụng các phần mềm E.R Mapper, Coscad 8.0, Coscad 3D, DIDACTIM, ERGOVISTA, Idrisi, Tr−ờng thế và các phần mềm khác có tính năng t−ơng tự .
1. Thành lập bản đồ địa chất theo tài liệu địa vật lý - ảnh viễn thám
a – Xác định và phân loai đứt gẫy địa chất .
- Xác định vị trí đứt gẫy địa chất theo tài liệu địa vật lý. Để xác định đứt gẫy địa chất theo tài liệu địa vật lý phải sử dụng các bản đồ tr−ờng vật lý : tr−ờng từ T, ∆Ta, bản đồ hàm l−ợng uran, thôri, kali, bản đồ dị th−ờng trọng lực Bughe, dị th−ờng Fai và các tài liệu biến đổi tr−ờng từ và tr−ờng trọng lực.
Các phép biến đổi tr−ờng từ và trọng lực th−ờng áp dụng là :
Nâng tr−ờng lên các độ cao khác nhau, Lọc tr−ờng với bán kính khác nhau bằng các bộ lọc: lọc năng l−ợng, lọc Komogov- Vinhe, lọc tần số, tính Trend, Tính građiênt tr−ờng theo các ph−ơng khác nhau và građiênt toàn phần … .Việc lựa chọn các phép biến đổi cụ thể phụ thuộc vào đặc điểm các tr−ờng và cấu trúc địa chất vùng nghiên cứu .
Dấu hiệu để xác định vị trí đứt gẫy gồm :
+ Ranh giới các miền tr−ờng có đặc tính khác biệt nhau về cấu trúc tr−ờng và c−ờng độ. + Chuỗi các dị th−ờng kích th−ớc không lớn phân bố kéo dài theo một ph−ơng. + Các đ−ờng đảng trị song song kéo dài.
+ Dải građiênt tr−ờng lớn kéo dài.
Vị trí của các đứt gãy đ−ợc coi là tin cậy khi chúng xác định đ−ợc trên tất cả hoặc đa số các tr−ờng.
Để xác định các photolineament từ ảnh đa phổ quét cần tiến hành chiết xuất tự động bằng các phần mềm xử lý ảnh số. Trên ảnh số, photolineament là tập hợp yếu tố tuyến tính hoặc gần tuyến tính có giá trị số độ xám gần giống nhau theo các h−ớng nhất định với kích th−ớc thay đổi từ 1 vài pixel đến hàng trăm pixel hoặc dài hơn. Để việc chiết xuất có hiệu quả cần chọn kênh ảnh số có giá trị ph−ơng sai cao (thí dụ Landsat kênh 4,6; ảnh ACP, ảnh IHS,...). Dùng ph−ơng pháp lọc Sobel để biến ảnh số gốc thành ảnh gradient (ảnh GRADI), từ ảnh gradient cần tạo ảnh nhị phân (BINAR). Sau đó giãn phân phối đều [EQVIPOP] và cuối cùng là tạo ảnh GRADI từ ảnh nhị phân đã giãn phân phối đều. Kết quả là ta có 1 file ảnh với các photolineament theo h−ớng chọn tr−ớc khác nhau.
- Từ kết quả xác định đứt gẫy địa chất theo tài liệu địa vật lý và các lineamnt theo ảnh đa phổ sẽ tiến hành đối sánh chúng với nhau để xác định các đứt gẫy theo tổ hợp tài liệu. Các đứt gẫy địa chất đ−ợc xem là tin cậy khi xác định theo tài liệu địa vật lý và lineament phù hợp nhau, thông th−ờng các đứt gẫy sâu, có chiều dài lớn các kết quả này phù hợp nhau, còn các đứt gẫy cổ và bị phủ th−ờng phản ánh rõ trên tài liệu từ và trọng lực còn trên ảnh và tài liệu phổ gamma th−ờng bị mờ, ng−ợc lại các đứt gẫy trẻ, ngắn th−ờng phản ảnh tốt hơn trên tài liệu ảnh và phổ gamma, vì vậy trong tr−ờng hợp một số đứt gẫy xác định theo các tài liệu không hoàn toàn phù hợp thì căn cứ vào điều kiện địa chất, địa mạo vùng nghiên cứu để lựa chọn.
- Phân tích định l−ợng các yếu tố cửa đứt gẫy địa chất.
Mục đích phân tích định l−ợng các yếu tố của đứt gẫy địa chất là xác định chiều sâu phát triển, h−ớng cắm, góc dốc, biên độ dịch chuyển đứng, ngang v.v. của chúng. Để xác định các yếu tố trên phải kết hợp đồng thời các tài liệu biến đổi tr−ờng từ , trọng l−c và kết quả tính toán tài liệu từ và trọng l−c theo một số ph−ơng pháp trong các ch−ơng trình: ph−ơng pháp Andreev, đạo hàm đứng, đạo hàm ngang, ph−ơng pháp F.S. Grand – G.E.West, các ph−ơng pháp phân tích thống kê 2D, 3D, giải bài toán ng−ợc địa vật lý bằng ph−ơng pháp thống kê 2D, 3D và ph−ơng pháp mô hình hoá v.v.
- Phân loại đứt gẫy .
Trên cơ sở các kết quả đã đã thực hiện theo các điều nêu trên, dựa vào chiều sâu phát triển cũng nh− chiều dài của đứt gãy địa chất để phân thành các cấp sau :
- Đứt gẫy cấp I là đứt gẫy có độ dài lớn, quan sát đ−ợc rõ trên các bản đồ đẳng trị tr−ờng phông có bán kính biến đổi lớn nhất, th−ờng là các đứt gẫy phân miền cấu trúc. - Đứt gẫy cấp II là các đứt gẫy có độ dài lớn và quan sát rõ trên các bản đồ phông biến đổi bậc 2, th−ờng là các đứt gẫy phân đới cấu trúc. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Các đứt gẫy bậc cao hơn t−ơng ứng theo dõi đ−ợc trên các bản đồ phông biến đổi bán kính nhỏ, hoặc trên các tr−ờng d− biến đổi bán kính nhỏ.
b- Xác định các thành tạo magma ẩn
- Khoanh định các thành tạo magma ẩn .
Xác định các thành tạo magma ẩn chủ yếu dựa vào các tr−ờng d− biến đổi tr−ờng từ và tr−ờng trọng lực . Các dấu hiệu chủ yếu để khoanh định magma ẩn là :
Các dị th−ờng từ, trọng lực có dạng đẳng th−ớc hoặc gần đẳng th−ớc ;
Dị th−ờng trọng lực có thể là dị th−ờng d−ơng hoặc dị th−ờng âm t−ơng đối tuỳ theo sự khác biệt mật độ của thành tạo magma và các đất đá vây quanh .
Dị th−ờng từ toàn phần (T) có phần âm và phần d−ơng. Trong một số tr−ờng hợp thành tạo magma biểu hiện bởi tập hợp các dị th−ờng d−ơng âm xen kẽ kích th−ớc nhỏ phân bố dạng đẳng th−ớc hoặc gần đẳng th−ớc .
- Xác định các yếu tố của khối magma ẩn
Xác định các yếu tố của các khối magma ẩn bao gồm hình dạng, kích th−ớc, chiều sâu đến tâm hoặc mép trên của khối, hình thái mặt trên và các tính chất vật lý ( mật độ, từ tính ) của chúng .
Trình tự đ−ợc tiến hành nh− sau :
+áp dụng các ph−ơng pháp phân tích định tính 3D nh−: Tính các đặc tính thống kê ( độ lệch chuẩn, tính đối xứng ), các môment thống kê, gradient, hàm t−ơng quan, hàm liên kết, các phép lọc ( lọc năng l−ợng, loc đa thức, lọc Komogorov – Vinher, lọc entropy ), v.v.. để xác định định tính về hình dạng, quy mô phân bố theo chiều sâu của các thể magma;
+ Trên cơ sở kết quả định tính tiến hành xây dựng mô hình và áp dụng các bài toán lựa chọn dạng 3D trong bộ ch−ơng trình Tr−ờng thế để tính chính xác các yếu tố hình học và tính chất vật lý của chúng. ( trong tr−ờng hợp chỉ cần xác định một số mặt cắt qua thể magma có thể áp dụng ch−ơng trình 2.5 D ). Kết quả lựa chọn đ−ợc xem là phù hợp khi sự sai khác giữa tr−ờng ban đầu và tr−ờng tính toán nhỏ nhất.
- Phân loại magma
Phân loại các thể magma chủ yếu dựa váo tính chất vật lý xác định đ−ợc khi phân tích định l−ợng, đồng thời có kết hợp với c−ờng độ các trừơng từ, trọng lực, tr−ờng xạ phổ gamma thể hiện trên chúng, để phân chia thành các thành tạo magma có tính chất vật lý khác nhau. Gắn tên tuổi thành tạo magma bằng cách đối chiếu các thành tạo magma t−ơng ứng theo tài liệu địa chất đã quan sát đ−ợc theo mẫu chuẩn.
c Phân lớp đối t−ợng địa chất - địa vật lý - ảnh viễn thám
- Các tài liệu sử dụng để phân lớp
Tài liệu địa vật lý gồm các tr−ờng địa vật lý: tr−ờng phổ gamma, tr−ờng d− từ, tr−ờng d− trọng lực, và các tham số biến đổi của chúng nh− các tỷ số U/K; Th/U; K/Th; F = K.U /Th; Jk,Jth, Ju; hàm l−ợng riêng các nguyên tố Qi,j, các đặc tr−ng thống kê nh− građient; độ lệch chuẩn; đặc tr−ng phổ; thành phần chính v.v.
Tài liệu ảnh viễn thám gồm cấp độ xám theo các kênh và các tham số biến đổi của chúng nh− các tỷ số, kết quả thực hiện các phép lọc tr−ờng v.v..
Đối với mỗi vùng nghiên cứu tiến hành tính hàm t−ơng quan gi−ã các tr−ờng và các tham số biến đổi để xác định các tài liệu có t−ơng quan lớn đ−a vào phân lớp .
Phân lớp đối t−ợng có thể tiến hành theo 2 cách: phân lớp có giám sát và phân lớp không có giám sát .
- Phân lớp có giám sát
Phân lớp có giám sát áp dụng trong tr−ờng hợp có tài liệu địa chất cơ sở đủ chi tiết và tin cậy để lựa chọn các ô chuẩn cho mỗi lớp nh− bản đồ địa chất tỷ lệ t−ơng ứng tỷ lệ khảo sát hoặc lớn hơn. Trình tự tiến hành nh− sau:
Trên bản đồ địa chất mỗi thành tạo địa chất chọn một ô chuẩn là vị trí theo tài liệu địa chất xác định tin cậy nhất thành tạo đó. Ô chuẩn có thể là hình vuông, hình chữ nhật hoăc hình dạng bất kỳ kích th−ớc th−ờng theo tỷ lệ bản đồ điều tra.
áp dụng các ch−ơng trình phân lớp có giám sát tiến hành nhận dạng từng thành tạo địa chất cho đến hết tất cả các thành tạo địa chất có mặt trong diện tích nghiên cứu. - Phân lớp không có giám sát.
Ph−ơng pháp phân lớp không có giám sát th−ờng đ−ợc áp dụng phổ biến, nhất là khi tài liệu địa chất ch−a bảo đảm mức độ chi tiết và tin cậy nh−: bản đồ địa chất có tỷ lệ nhỏ hơn tỷ lệ điều tra v.v. Phân lớp không có giám sát tiến hành theo trình tự sau:
áp dụng các ch−ơng trình phân lớp tự động không có thông tin tiên nghiệm về số lớp cần phân chia ví dụ các ch−ơng trình: Phân lớp Petrov, phân lớp bằng ph−ơng pháp khoảng cách chung, v.v. Trên cơ sở kết quả này xác định đ−ợc số l−ợng lớp có thể phân chia đ−ợc.
Tiến hành phân lớp theo tổ hợp các tài liệu đã chọn bằng ch−ơng trình với thông tin tiên nghiệm là số l−ợng lớp cho tr−ớc với số l−ợng lớp đã xác định ở trên. Kết quả đ−a ra là số l−ợng các lớp đã xác định, diện phân bố, và tính chất vật lý, tham số ảnh đa phổ của mỗi lớp .-
Xác định thành tạo địa chất t−ơng ứng mỗi lớp.
Kết quả phân lớp theo tài liệu địa vật lý và ảnh viễn thám phản ảnh sự khác nhau về thành phần và tính chất vật lý của đất đá, vì vậy nó phù hợp hơn với cách phân chia thạch địa tầng, ít phù hợp với cách phân chia thời địa tầng. Xác định thành tạo địa chất t−ơng ứng mỗi lớp tức là so sánh kết quả phân lớp địa vật lý và ảnh viễn thám với tài liệu địa chất đã có để xác định đối t−ợng địa chất t−ơng ứng mỗi lớp. Việc xác định này đôi khi là hình thức chỉ nhằm mục đích đối sánh các lớp đã phân chia với tài liệu địa chất đã có .
d. Thành lập bản đồ địa chất theo tài liệu địa vật lý và ảnh viễn thám (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bản đồ địa chất thành lập theo tài liệu địa vật lý và ảnh viễn thám là tổng hợp các kết quả phân tích đứt gẫy, magma, và phân lớp đối t−ợng địa chất - địa vật lý - ảnh viễn thám đã trình bày ở trên.
-Phân vùng cấu trúc
Phân vùng cấu trúc địa chất theo tài liệu địa vật lý và ảnh viễn thám dựa vào các dấu hiệu sau :
Ranh giới các vùng ( có thể là miền hoặc đới ) cấu trúc là các đứt gẫy sâu, đóng vai trò là ranh giới phân chia các miền tr−ờng địa vật lý có đặc tính khác biệt nhău cả về cấu trúc tr−ờng và c−ờng độ .
Mỗi vùng cấu trúc thể hiện bởi một miền tr−ờng đồng nhất hoặc t−ơng đối đồng nhất về cấu trúc tr−ờng và c−ờng độ và khác biệt với các vùng xung quanh, đặc biệt thể hiện rõ trên các tr−ờng phông bậc thấp của tr−ờng từ và tr−ờng trọng lực
Có sự phân chia các thành tạo địa chất khác biệt nhau theo kết quả phân lớp đối t−ợng địa chất - địa vật lý - ảnh viễn thám và các thành tạo magma ẩn.