Дистанционные методы при геологических исследованиях

Авторы курса:
доц. Макарова Наталия Валентиновна
с.н.с. Никитин Михаил Юрьевич (Кафедра исторической и региональной геологии, тел.: 939-21-62, 939-49-31)
доц. Панина Людмила Викторовна
инж. Констандогло Юрий Владимирович (Кафедра исторической и региональной геологии,939-49-31)

Курс читается для студентов групп 401 и 402, обучающихся по профилю  "Геология" в 7 семестре.
Объем курса 28 часов: лекции 14 часов, лабораторные занятия - 14 часов. 
Форма контроля - сдача студентами работ по дешифрированию аэро- и космоснимков. Курс завершается зачетом.

Аннотация.

Понятие «методы дистанционного зондирования»,  их место среди других  методов  изучения  Земли. Физические основы      дистанционного     зондирования. Виды съемок; способы получения изображений; уровни генерализации. Способы обработки и преобразования  космических изображений. Методика геологического дешифрирования. Комплексное геологическое дешифрирование аэро-   космо- и   фототеодолитных снимков. Дешифрирование материалов космической и высотной съемки для изучения геологической структуры. Линеаменты и кольцевые структуры, их классификация. Новейшие структуры горных и платформенных областей. Изучение современных и новейших геологических  процессов  из  космоса (сейсмичность,  вулканизм, экзогенные процессы). Компьютерные методы обработки данных дистанционного зондирования Земли. Применение космических методов исследования при поисках полезных ископаемых, решении задач охраны и рационального использования окружающей среды и др. Практические занятия посвящены  тематическому дешифрированию аэро- и космоснимков.

Содержание курса.

ВВЕДЕНИЕ
Понятие "методы дистанционного зондирования",  их место среди других  методов  изучения  Земли.  Задачи  и   области применения дистанционных     методов    при    геологических исследованиях. История и эволюция аэро- и космических методов в связи   с   развитием   самолетостроения  и  космонавтики. Современные космические изображения.  Комплексирование методов   дистанционного   зондирования   с другими методами изучения Земли, их значение и эффективность использования при решении геологических задач.


 1.МЕТОДЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ПРИ  ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ФОТОСЪЕМКЕ               
1.1.Физические основы      дистанционного     зондирования. Параметры электромагнитного излучения: частота, длина волны. Характеристики излучения: лучистая энергия, лучистый поток, сила и плотность излучения, энергетическая яркость, альбедо, коэффициент яркости. Шкала электромагнитных волн. Специфика и возможности использования материалов различных  диапазонов  спектра  для геологических исследований.
1.2. Методы дистанционного зондирования. Воздушная, наземная (фототеодолитная), космическая съемки. Виды съемок  по положению оптической оси: плановая, высоко- и низкоперспективная съемки. Способы получения фотоизображения: оптический и  фотоэлектронный.
1.3. Аэро- и   космическая   фотосъемки   земной   поверхности. Фотосъемка широкого  спектрального  диапазона:  черно-белая, цветная и спектрозональная.  Многозональная  фотосъемка  и способы получения изображений.
1.4.Фототеодолитная  съемка, ее специфика.
1.5.Телевизионная    съемка.   Виды   телевизионных систем: оптические и сканерные. Диапазоны     съемок. Многозональная телевизионная    съемка.   
1.6. Инфракрасная (тепловая) съемка, области применения.  Диапазоны теплового зондирования. Преобразование инфракрасного излучения в фотоизображение. 
1.7.Радиолокационная (радарная) съемка. Физические основы получения изображений. Используемый диапазон  спектра. Виды съемки: пассивная радиотепловая и собственно радарная. Преимущества радарной съемки. Особенности полученных изображений и информативность.
1.8. Спектрометрическая съемка, методика и цель ее проведения. Диапазоны съемки. Особенности использования спектрометрической съемки. Геофизические   (магнитная и гравитационная съемки)  и  геодезические  (лазерная съемка) исследования Земли из космоса.   Их   роль   при   решении геодинамических задач.

2. ПАРАМЕТРЫ ДИСТАНЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ.
Обзорность, разрешающая способность, уровень генерализации, ширина захвата земной поверхности. Высота фотографирования, масштаб изображения, площадь снимка.  Глобальный,   континентальный,  региональный, локальный и детальный уровни генерализации. Особенности применения снимков разных уровней генерализации для решения геологических задач.

3. МЕТОДИКА ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ДЕШИФРИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
Аналоговый и  цифровой  способы  обработки  космической  информации. Методы преобразования  первичных  изображений  на  ЭВМ.  Квантование, фильтрация, эквализация. Дистанционное изображение - модель поверхности земной коры.  Методы дешифрирования:  визуальное и автоматизированное. Геологические объекты на материалах дистанционного  зондирования. Дешифровочные признаки: прямые и косвенные. Ландшафтно-индикационный и контрастно-аналоговый методы дешифрирования.


4. ДЕШИФРИРОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ КОСМИЧЕСКИХ И ВЫСОТНОЙ СЪЕМКИ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ
Геологическая информация, получаемая с космических изображений. Линеаменты и их  характеристика.  Классификация линеаментов.  Ориентировка, иерархия линеаментов, их возраст. Линеаменты и разрывные нарушения. Планетарная трещиноватость. Кольцевые структуры.  Классификация кольцевых  структур.  Генетические типы кольцевых структур.  Связь кольцевых структур и линеаментов.  Полезные ископаемые, связанные с кольцевыми структурами. Дешифрирование рельефа  и  четвертичных отложений по космическим снимкам. Рельеф и четвертичные отложения платформенных и горных областей. Различные генетические  типы четвертичных отложений и их дешифровочные признаки в горных условиях и на платформах. Структурно-геоморфологическое дешифрирование  горно-складчатых областей по космическим снимкам.  Рельеф,  как отражение  новейших  структурных форм. Новейшая  структура  горных  районов на мелко- средне- и крупномасштабных космических снимках. Положительные (поднятия) и отрицательные (впадины) структурные формы. Структурно-геоморфологическое дешифрирование платформенных областей по космическим снимкам.   Ландшафтно-индикационный  метод  дешифрирования закрытых территорий. Использование рельефа, растительности, четвертичных отложений, антропогенных  ландшафтов  при выделении новейших структурных форм.  Денудационный и аккумулятивный рельеф. Новейшие структурные формы платформенных территорий. Геологическая структура,  глубинное строение и тектоническая расслоенность литосферы по космическим снимкам. Комплексирование космогеологических исследований с геофизическими и геохимическими данными.  Космофотогеологическая карта и методика ее составления.  Использование космических синтезированных многозональных фото- и телевизионных  снимков для составления космофотогеологических карт. Изучение современных и новейших геологических  процессов  из  космоса. Применение космических изображений для решения задач охраны и рационального использования окружающей среды. Применение космических методов исследования при поисках полезных ископаемых. Прямые и косвенные методы поисков полезных ископаемых.


5. КОМПЛЕКСНОЕ ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕШИФРИРОВАНИЕ.
Комплексное дешифрирование аэро-,  космо- и фототеодолитных снимков при  составлении геологических,  геоморфологических и карт четвертичных отложений разного масштаба. Особенности дешифрирования фототеодолитных снимков  и  эффективность  их использования в горных районах на примере Дагестана. Составление геологических крупномасштабных карт и  детальных  разрезов по аэро-  и фототеодолитным снимкам на универсальных стереоприборах.  Возможность стереоизмерений превышений,  мощностей,  элементов залегания горных пород, амплитуд и наклонов поверхностей, сместителей разрывных нарушений. Степень достоверности материалов,  полученных в результате  комплексного дешифрирования  наземных  фотопанорам и крупномасштабных аэроснимков при составлении детальных карт. Примеры комплексного использования аэро-,  космо-  и фототеодолитных снимков при составлении разного вида карт в различных районах. Дешифрирование складчатой  структуры в равнинных и горных условиях. Факторы,  влияющие на информативность дешифрирования: литологический, геоморфологический,  гидрографический,  геоботанический,  а также степень обнаженности и заселенность.  Особенности  дешифрирования  отдельных складок,  складчатых систем и складчатых поясов по аэро-, космо- и фототеодолитным снимкам. Дешифрирование районов развития различных типов складчатости:  регионального сжатия (альпинотипной), приразломной, облекания (отраженной, штамповой), нагнетания. Примеры. Выражение разрывных  нарушений  разного ранга на аэро-,  космо- и фототеодолитных снимках.  Признаки и примеры дешифрирования  трещин  и разрывов со  смещением:  сбросов,  взбросов и их комбинаций (горстов и грабенов), надвигов,  покровов,  сдвигов, раздвигов. Локальные, региональные и  трансформные  разломы  и их отражение на материалах космо-, аэро- и фототеодолитной съемки.  Построение карт разрывной тектоники и трещиноватости. Анализ роз-диаграмм трещиноватости. Рисунок фотоизображения и структур парагенеза сжатия - комбинации складок, надвигов, сдвигов. Примеры дешифрирования районов складчатости срыва.

6. ИЗУЧЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.
Современные геологические процессы, их классификация по А.И.Шеко, В.С.Круподерову. Система территориальных центров мониторинга России; цели и задачи службы мониторинга для анализа и предсказания опасных природных процессов. Виды аэросъемок, применяемых при изучении геологических процессов: цифровая плановая и перспективная аэросъемка горных территорий. Оборудование, методы съемочных работ. Дистанционный мониторинг опасных геологических процессов. Использование спутникового позиционирования при ведении дистанционных съемок объектов. Геоинформационные технологии для стереоизмерительной обработки результатов съемок; дешифрирование активных склоновых процессов, участков с боковой эрозией в речных долинах по материалам крупномасштабной аэрофотосъемки территории республики Северная Осетия – Алания.

7. КОМПЬЮТЕРНЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ (ДДЗ).
Обзор современного состояния в области получения и обработки ДДЗ: характеристика съемочной аппаратуры, применяемой для получения снимков земной поверхности; количество спутников, ведущих съемку и их принадлежность различным государствам. Перспективы ближайшего будущего в области запусков новых спутников и их технические параметры. Использование сети Интернет для развития дистрибуции ДДЗ и возможности потребителей таких данных по отбору, получению и их обработке. Обработка ДДЗ на компьютере: обзор программных продуктов, применяемых для обработки ДДЗ на компьютере; технология обработки данных ДДЗ на примере программы Erdas Imagine 9.1 с использованием тестовых снимков, поставляемых вместе с дистрибутивом программы и на примере снимка, полученного по каналам Интернета. Использование Google Earth и перспективы развития отрасли в связи с появлением таких программных продуктов.

ЛИТЕРАТУРА
1. Корчуганова Н.И. Аэрокосмические методы в геологии. Москва: Геокарт, ГЕОС, 2006. 243 с.
2. Рябухин А. Г., Макаров В. И., Макарова Н. В. Космические методы в геологии. М.: МГУ. 1988. 145 с.
3. Петрусевич М.  Н., Казик Л. И. Практическое руководство по аэрофотогеологии. М.: МГУ. 1976. 192 с.
4. Петрусевич М. Н.  Аэрометоды при геологических исследованиях. М.: МГУ. 1962. 407 с.
5. Петрусевич М. Н. Воздушная и наземная стереофотосъемка при геологических исследованиях. М.: МГУ. 1976. 263 с.

           

Вопросы к зачету
1. Методы дистанционного зондирования,  их место среди других  методов  изучения  Земли.  Задачи  и   области применения материалов дистанционных съемок при    геологических исследованиях.
2. История и эволюция аэро- и космических методов.
3. Комплексирование методов   дистанционного   зондирования   с другими методами изучения Земли, их значение и эффективность использования при решении геологических задач.
4. Физические основы методов дистанционного зондирования. Характеристики излучения: лучистая энергия, лучистый  поток, сила  и   плотность излучения, энергетическая яркость, альбедо, коэффициент яркости.
5. Шкала электромагнитных    волн. Возможности использования материалов различных  диапазонов  спектра  для геологических исследований.
6. Методы дистанционного  зондирования: воздушные, наземные (фототеодолитные), космические, их специфика. Виды   съемок  по положению оптической      оси:  плановая, высоко-  и низкоперспективная съемки.  Высота фотографирования.
7.Оптический  и   фотоэлектронный способы получения фотоизображения.
8. Аэро- и   космическая   фотосъемки   земной   поверхности. Черно-белая, цветная и   спектрозональная и многозональная фотосъемки.
9. Фототеодолитная  съемка, ее специфика.
10. Телевизионная    съемка. Виды   телевизионных систем: оптические и     сканерные.  Диапазоны     съемок. Многозональные телевизионная    съемка.
11. Инфракрасная (тепловая) съемка, области применения.  Диапазоны теплового зондирования.
12. Радиолокационная (радарная) съемка, ее виды, диапазон спектра. Информативность   полученных изображений.
13. Спектрометрическая съемка, ее диапазоны, особенности  использования.
14.  Геофизические   (магнитная   и гравитационная съемки)  и  геодезические  (лазерная  съемка)
исследования Земли из    космоса.   Их   роль   при   решении геодинамических задач.
15. Уровни генерализации. Глобальный,   континентальный,  региональный, локальный и детальный уровни генерализации.
16. Аналоговый и  цифровой  способы  обработки  космической  информации.
17. Методы преобразования  первичных  изображений  на  ЭВМ. Квантование, фильтрация, эквализация.
18. Визуальное и автоматизированное дешифрирование. Геологические объекты на материалах дистанционного  зондирования.
19. Дешифровочные признаки: прямые и косвенные. Ландшафтно-индикационный и контрастно-аналоговый методы дешифрирования.
20. Комплексное дешифрирование аэро-,  космо- и фототеодолитных снимков при  составлении геологических,  геоморфологических и карт четвертичных отложений разного масштаба.
21. Комплексное использование аэро-,  космо-  и фототеодолитных снимков при составлении разного вида карт в различных районах.
22. Особенности дешифрирования складчатой  структуры в равнинных и горных условиях.
23. Факторы,  влияющие на информативность дешифрирования: литологический, геоморфологический,  гидрографический,  геоботанический,  а также степень обнаженности и заселенность.
24. Особенности  дешифрирования  отдельных складок,  складчатых систем и складчатых поясов по аэро-, космо- и фототеодолитным снимкам.
25. Дешифровочные признаки  разрывных  нарушений  разного ранга на аэро-,  космо- и фототеодолитных снимках.
26. Особенности выражения в рельефе и дешифрирующие признаки структур парагенеза сжатия -  комбинации складок, надвигов, сдвигов.
27. Линеаменты и их общая характеристикка.  Классификация линеаментов.  Линеаменты и разрывные нарушения. Ориентировка, иерархия линеаментов, их возраст. Планетарная трещиноватость.
28. Кольцевые структуры.  Классификация кольцевых  структур.  Генетические типы кольцевых структур. Полезные ископаемые, связанные с кольцевыми структурами.
29.Признаки дешифрирования различных генетических  типов четвертичных отложений по космическим снимкам.
30. Структурно-геоморфологическое дешифрирование платформенных областей по космическим снимкам.
31. Структурно-геоморфологическое дешифрирование горных областей по космическим снимкам.
32. Комплексирование космогеологических исследований с геофизическими и геохимическими данными.
33. Космофотогеологическая карта, ее содержание и методика составления.
34. Изучение современных и новейших геологических  процессов  из  космоса. Оценка опасности стихийных геологических явлений (сейсмичность,  вулканизм, экзогенные процессы).
35. Применение космических методов исследования при поисках полезных ископаемых. Прямые и косвенные методы поисков полезных ископаемых.
36. Специальные виды аэросъемок, применяемые при изучении геологических процессов.
37. Методика проведения и применение материалов синхронной план- перспективной аэрофотосъемки.
38. Аэроцифровая фото- и видеосъемка и ее применение для анализа качественных и количественных характеристик объектов опасных геологических процессов.
39. Компьютерная стереоизмерительная обработка материалов съемок.
40. Дистанционный мониторинг опасных геологических процессов, определение качественных и количественных характеристик объектов.