Выявление информативных признаков распространения кимберлитовых тел Восточной Сибири и сейсмогенных структур Горного Алтая на основе обработки дистанционных данных в авторской программе "Lineament"

Загубный, Дмитрий Геннадьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Выявление информативных признаков распространения кимберлитовых тел Восточной Сибири и сейсмогенных структур Горного Алтая на основе обработки дистанционных данных в авторской программе "Lineament"
ВАК РФ 25.00.35, Геоинформатика

Автореферат диссертации по теме "Выявление информативных признаков распространения кимберлитовых тел Восточной Сибири и сейсмогенных структур Горного Алтая на основе обработки дистанционных данных в авторской программе "Lineament""

На правах рукописи

00349038 1

Загубный Дмитрий Геннадьевич

ВЫЯВЛЕНИЕ ИНФОРМАТИВНЫХ ПРИЗНАКОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ КИМБЕРЛИТОВЫХ ТЕЛ ВОСТОЧНОЙ СИБИРИ И СЕЙСМОГЕННЫХ СТРУКТУР ГОРНОГО АЛТАЯ НА ОСНОВЕ ОБРАБОТКИ ДИСТАНЦИОННЫХ ДАННЫХ В АВТОРСКОЙ ПРОГРАММЕ «LINEAMENT»

25.00.35 - Геоинформатика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

2 8 ЯНВ 2010

Москва-2010

003490381

Работа выполнена в Институте минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов (ИМГРЭ), на кафедре общей геологии и геологического картирования Российского государственного геологоразведочного университета (РГГРУ) и в Геологическом институте Российской Академии Наук (ГИН РАН)

Научный руководитель:

Доктор геолого-минералогических наук, профессор Корчуганова Нелля Иосифовна

Официальные оппоненты:

Доктор геолого-минералогических наук Ряховский Владимир Михайлович

Кандидат геолого-минералогических наук Карпузов Александр Федорович

Ведущее предприятие:

Научно-исследовательский институт космоаэрогеологических методов (НИИКАМ)

Защита состоится 18 февраля 2010 года в 11:00 на заседании диссертационного совета Д 002.122.02 при Институте геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской Академии Наук (ИГЕМ РАН) по адресу: 119017, Москва, Старомонетный пер., 35.

Автореферат разослан 18 января 2010 года.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГЕМ РАН.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат геол.-мин. наук

Н.Н.Тарасов

Введение

Актуальность работы. Современные программные пакеты предоставляют широкие возможности для обработки космических и аэрофотоснимков, различной картографической и геофизической информации и позволяют проводить оперативное дистанционное исследование территории. Однако для реализации конкретной задачи необходимо доскональное знание этих программ и методов работы с ними. Обычно, возможностей одного пакета программ не хватает, и возникает необходимость использовать сразу несколько пакетов. В то же время, универсальность программного обеспечения обусловливает сложность реализации многих часто используемых преобразований. Стоимость этих программных пакетов довольно высока, в результате чего пользователю обычно доступны только отдельные из них. Поэтому разработка программы для решения конкретных тематических задач, связанных с обработкой снимков и результатов дешифрирования, в том числе и главным образом для решения геологических и геолого-поисковых задач, является актуальной.

Базы данных цифрового рельефа и космические снимки, имеющиеся в Интернете, содержат в себе огромную информацию, которую можно использовать при проведении неотектонических и прогнозно-поисковых исследованиях. Актуальность прогноза новых кимберлитовых тел и алмазоносных россыпей в Западной Якутии несомненна. В связи с этим важна разработка программы оценки информативных признаков для оперативного создания разномасштабных прогнозно-поисковых моделей коренных и россыпных месторождений. Компьютерный прогноз районов распространения кимберлитовых тел, выполненный автором и опирающийся на анализ объективных данных дистанционного ондирования, позволяет по-новому оценить поисковые критерии, не зависящие от мо-ельных научных представлений и неоднозначных трактовок структурного контроля кимберлитовых тел, предложенных разными исследователями.

Задача изучения активных разломов всегда являлась и остается актуальной, осо-енно в сейсмоопасных регионах, к числу которых относится и Горный Алтай. Примене-ие, наряду с традиционными, новых методов изучения активных разломов важно для фогноза землетрясений.

Цель исследований. Провести автоматизированную обработку материалов дис-анционного зондирования и цифрового рельефа в авторской программе Lineament с целю выявления информативных поисковых признаков для прогноза кимберлитовых тел и оссыпей алмазов в Восточной Сибири и изучения новейшего строения и современной ктивности разломов Горного Алтая.

Задачи исследований:

• Разработка компьютерной программы, ориентированной на решение геологических, прежде всего, прогнозно-поисковых, структурно-геоморфологических и неотектонических задач и доступной для специалистов-геологов.

• Разработка, апробация и демонстрация алгоритма работы с материалами дистанционного зондирования на известном объекте, в качестве которого выбрана Попигайская структура.

• Изучение новейшего строения, активных разломов и сейсмогенных структур Чуйско-Курайской системы горных впадин Алтая на основе математической обработки цифрового рельефа и полевых исследований.

• Разработка и апробация программы оценки информативности признаков для оперативного создания разномасштабных прогнозно-поисковых моделей коренных и россыпных месторождений.

• Выявление информативных признаков для прогноза кимберлитовых тел в Восточной Сибири.

• Выбор поисковых критериев и прогноз россыпной алмазоносности Прилен-ского района Западной Якутии.

Научная новизна. Автором разработана компьютерная программа, позволяющая решать многие геологические задачи, связанные с обработкой данных дистанционного зондирования и цифрового рельефа. Программа оценки информативности признаков может использоваться для оперативного создания разномасштабных прогнозно-поисковых моделей коренных и россыпных месторождений. Она апробирована при прогнозировании кимберлитовых тел и алмазоносных россыпей на территории Восточной Сибири.

Обработка в программе цифрового рельефа (на примере районов Горного Алтая) позволяет объективно выделять разломы и линеаменты, определять их кинематику, оконтуривать границы новейших впадин, устанавливать относительную интенсивность современных поднятий и прогибаний различных участков земной коры.

Практическая значимость. Автором выявлены информативные признаки для прогноза районов распространения кимберлитовых тел на территории Восточной Сибири, установлены неотектонические и структурно-геоморфологические поисковые критерии россыпной алмазоносности в Приленском районе Сибири. Выявление активных разломов и линеаментов необходимо при сейсмическом районировании и прогнозе землетрясений. Программа Lineament доступна специалистам-геологам.

Защищаемые положения

1. Алгоритм работы с материалами дистанционного зондирования в авторской программе "Lineament" включает: 1) подготовку изображений и векторных данных для экспертного анализа и дешифрирования; 2) обработку данных дешифрирования - линеа-ментный анализ; 3) оценку информативности признаков и построение прогнозной модели.

2. Получаемые при программной обработке цифрового рельефа количественные параметры позволяют дифференцировать современный рельеф по типам (эрозионный, аккумулятивный, эрозионно-аккумумятивный), а также выполнять первичное ранжирование разломов и линеаментов по степени их активности на современном этапе.

3. Оценка информативности признаков проводится на основании анализа положения объекта на поле признака путем анализа их гистограмм. Построения прогнозных моделей выполняется за счет сложения сеток полей информативных признаков. Программа оценки информативности признаков обеспечивает оперативное создание разномасштабных прогнозно-поисковых моделей коренных и россыпных месторождений.

4. При программной обработке дистанционных данных выделен ряд информативных признаков распространенности кимберлитового магматизма Восточной Сибири: гипсометрическое и морфологическое положение района, степень расчлененности рельефа, плотность и анизотропность линеаментной сети.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на международных конференциях «Новые идеи в науках о Земле» (РГГРУ, 2003 - 2007); Эффективность прогнозирования и поисков месторождений алмазов: прошлое, настоящее и будущее (Алмазы-50) в С-Пб., 2004; на первой международной конференции "Земля из космоса. - наиболее эффективные решения" (М. Инж,- тех. Центр Скан - Экс., 2003); XXXIX и XL Тектоническом совещании (2006 и 2007) и опубликованы в открытой печати.

По теме диссертации опубликованы 17 работ, в том числе 9 в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации результатов кандидатских и докторских диссертаций.

Фактический материал. В основу работы положены многолетние исследования автора по данной проблеме. Основные дистанционные материалы - снимки и цифровой рельеф - получены из открытых источников в Интернете и обрабатывались только в авторской программе. Проведены дешифрирование и автоматизированная обработка огромного количества разнородной информации: космических снимков Landsat и Modis, цифрового рельефа, речной сети. Данные о положении кимберлитовых тел получены ав-юром во время работы в Амакинской и Ботуобинской экспедициях АК «АЛРОССА».

Изучение новейшего строения и современной тектонической активности терри-■ ории Горного Алтая проводилось с помощью дистанционных методов и в полевых ус-

ловиях в составе экспедиции ГИН РАН в 2005-2006 г. Повышенный интерес к неотектоническому строению Горного Алтая вызвало Бельтирское землетрясение 2003 года. Кроме анализа различных геологических, неотектонических и сейсмологических опубликованных материалов, использовались данные об очагах землетрясений, имеющиеся в свободном доступе.

В целом автор в большой степени использовал дистанционные и литературные данные, имеющиеся в Интернете.

Структура и объем. Диссертация состоит из 5 глав, введения и заключения общим объемом 185 е., содержит 164 рис, в том числе 150 авторских. Список литературы насчитывает 129 литературных источников и 21 интернет-ссылку. Первая глава посвящена краткому обзору данных дистанционного зондирования и программному обеспечению. Во второй главе «Программа Lineament для обработки дистанционных данных» приводится краткое описание разработанной автором программы, рассматриваются основные преобразования и фильтрации, выполняемые с сетками данных, растровыми и векторными материалами, приводится краткое описание поддерживаемых программой Интернет-моделей цифрового рельефа и способов работы с ними. В третьей главе на примере Попигайской структуры рассмотрены возможности программы для поиска и выделения кольцевых структур на основании дешифрирования снимков и цифрового рельефа. В четвертой главе изложены возможности обработки цифрового рельефа с целью изучения новейшего строения системы Чуйско-Курайских впадин и результаты полевых исследований сейсмогенных разломов. В пятой главе рассмотрены вопросы программной реализации оценки информативности признаков, приведены данные использования программы Lineament для оценки информативности исходных данных и результатов дешифрирования относительно площадей проявления кимберлитового магматизма на территории восточной Сибири, а также дан прогноз россыпной алмазоносности на северо-востоке Сибири.

Методика исследований. В соответствии с задачами, решаемыми в диссертационной работе, автором разрабатывалась программа для обработки дистанционных данных и цифрового рельефа. Изучение особенностей новейшего строения территории Восточной Сибири и Чуйско-Курайской зоны горного Алтая проведено на основе тематического дешифрирования топографических карт и цифрового рельефа GTOP030, DTM и SRTM, космических снимков «Modis» и «Landsat» и их преобразований, с применением ГИС-технологий. Итоговые материалы представлялись в программе ArcView или непо средственно в программе Lineament. При подготовке иллюстраций использовались такж программы ArcMap, AdobePhotoshop и CorelDRAW. Работы по территории Горного Ал тая выполнялись в два этапа: на первом проводилось тематическое дешифрировани

космоснимков и цифрового рельефа; на втором - полевые исследования (в составе экс 6

педиции ГИН РАН). Изучались особенности геологического строения, разрывная тектоника, районы проявления сейсмодислокаций. Детальные участки были закартированны с применением GPS-технологии, в том числе три участка сейсмодислокаций, возникших в результате землятресения 2003 года.

Автор выражает искреннюю признательность своему научному руководителю профессору Н. И. Корчугановой за постоянное и неустанное внимание, неподдельный интерес, ценные советы в процессе работы и за долготерпение и удивительную выдержку в общении с автором; доктору геолого-минералогических наук Н.В.Межеловскому, доктору геолого-минералогических наук В.И. Пахомову, кандидату геолого-минералогических наук А.И. Кожурину и доктору геолого-минералогических наук В.Г.Трифонову за полезные замечания и советы, а также всем, кто своей поддержкой и содействием способствовал написанию диссертации. Отдельную благодарность хотелось бы выразить H.H. Говоровой за помощь в обработке материалов, тестирование авторской программы, совместные полевые работы, постоянное внимание и помощь на всех этапах работы.

Программа Lineament для обработки дистанционных материалов

Разработанная автором программа Lineament предназначена для обработки различных видов дистанционных материалов, геофизических и геохимических полей. Основные принципы разработки программы можно сформулировать следующим образом:

• реализация полного комплекса процедур обработки ДДЗ для геологических целей;

• простота и наглядность русскоязычного интерфейса;

• поддержка трех основных типов данных: растровых, векторных и Grid;

• совместимость с пакетом ArcView, поддержка географически привязанных данных;

• поддержка различных картографических проекций, изменение проекции любых типов данных

• взаимные переводы различных типов данных и широкие возможности их редактирования;

• поддержка Интернет форматов цифрового рельефа;

• осуществление сложных операций «одним нажатием».

• реализация наиболее простых и понятных алгоритмов

Созданная программа получила название "Lineament" (рис. 1). Она поддерживает три основных типа данных: растровые, векторные и сетки, в обработке, расчетах и преобразованиях которых состоит одна из основных задач программы. Также поддерживаются сетки роз-диаграмм, палитры цветов, графические фильтры, файлы проекций и др. В программе заложена возможность быстрого ("одним нажатием") перепроецирования векторных и растровых данных.

щшяяш

Проект Вид Слои Сетки Розы Растр Рамка Рельеф Линеаменты Параметры Редактирование

-1п|х|

Утилиты Справка

{К

SU а

RM \ } PR

^ <

т ¿Я

¿я* т

"d ч и Н1

1 1 rill

VL -л р и * лш

9Г1

д3Б 1 -к ш -г

F51 IB LZJ из щ a j 71 "

X: 20669 km Y: 7816 km Гран. Метры| Км

Рис. 1. Главное окно программы "Lineament".

Сетка представляет собой пространственно привязанную двухмерную матрицу данных с фиксированным шагом между точками по осям X и Y. Она может быть получена различными способами по векторным или растровым данным или загружена из файла *.grd, *.dat, или *,asc. В программу заложены возможности ее визуализации в любом из' слоев, в точечном, изолинейном или растровом виде (рис. 2). На панели настройки параметров сетки выводится основная информация о загруженной сетке и ее гистограмма. L-Основные операции с сетками можно разделить на два класса: 1 - различные! фильтрации, выполняемые с одной сеткой (сглаживание, выравнивание, градиент, выде-1 ление областей min, max и близких значений), 2 - арифметические операции, выполняе-1 мые между сетками. Для фильтраций используется алгоритм "прохождения" плавающим окном и присвоения центральной точке нового значения. В зависимости от размера окна будут выделяться структуры разного ранга или размера, а в зависимости от типа фильтрации - различные типы структур. "Сглаживание "- вычисляет среднее арифметическое1

значений в окне и позволяет выделить фоновую составляющую; "выравнивание" - вычисляет разность между значением в точке и средним арифметическим значений в окне, выделяет локальную составляющую; "градиент" - вычисляет сумму модулей разности между значениями и средним арифметическим значений в окне, подчеркивает зоны резкого изменения значений; "стандартное отклонение" - рассчитывает величину квадратичного стандартного отклонения для значений окна, характеризует величину разброса значений, аналогично градиенту, подчеркивает зоны резкого изменения значений.

Настройка параметров

Параметры сетки Колонок, (по X) I

Строк (го У]

Размер ячейки '-Размер ячейки 5000 5000

Минимальное Х~ гМаксимальное Х~| 19998837.908569

- Минимальное У 6654073,3805542

Минимальное

О_________ .

- Среднее 7-

310555.07143221

20843837,908569'

Максимальное 8249073.3805542

-Максимальное 2г\ 900852,25

Станд. откл.-1

139833,48462294

Интервал

/ \

/ V

12.9% 64.6%

Рисовать Г Нет

Г Сетку

<• Изолинии

С Растр

Прозрачность Р < миним.

> максим.

Слой-

(Г Р Г Все

Г > среднего

Г 1. С < среднего

Интервал

Г | С Со значения

С Станд. откл.

Г 5 Введенные

Г Я С Эквализац.

(** Логарифм.

Со значения Начиная с

"Интервал—

По—

[-Стандартное отклонение-

Начиная с среднего 7+ ст.сгткл.-

(Г-ЗГ-2Г-1Г0Г1 Г 2 С г

С интервалом в ст. откл ~ Г 0.1 Г 0.2 I" 0.5 № 1.0 С 2.0 <~ 5.0

Веещеные

01 2 510 20 50 100 200 5001000 2000 50001

Л огарифмическая------

(* —> С <— Со знач. 10 0.001

М нож. 10

¡-Инг. изолиний 46574,061325

Кол-во изолиний

гОт—

116209.94025

До— 581950,5535

Изолинии-

|116209,94025

Рис. 2. Окно настройки параметров отображения сетки.

Кроме того, в программе есть возможности фильтраций фиксированным окном 5*5, использующие стандартные матричные изотропные или направленные редактируемые графические фильтры. Функции меню "Выделение" расширяют возможности визуализации различных типов структурных элементов. При такой обработке значимыми остаются только значения, удовлетворяющие определенным условиям, остальные отбрасываются и не визуализируются. Например, выделяются области минимальных, максимальных или близких значений, области резкой смены величины приращения.

Растровые данные можно разделить на два типа. Первый - схемы, рисунки и карты, в которых цветовая информация несет качественную нагрузку. Растры этого типа

часто нуждаются в векторизации. Во втором типе растра цветовая составляющая несет количественную информацию об отражающей способности или других физических параметрах местности (аэрофото-, космоснимки или другие ДДЗ). Они подвергаются дальнейшей обработке с целью получения дополнительной информации. В программе заложено большое количество различных преобразований с растровыми данными.

Синтез цветного изображения (RGB). Как правило, исходные изображения представлены в виде отдельных спектральных каналов. Красному (red), зеленому (green) и синему (blue) каналам изображения придаются значения каналов исходного снимка. Информативные изображения отыскиваются путем перебора различных вариантов. Подпрограмма выполняет не только синтез из монохромных изображений, но и различные арифметические операции с RGB каналами одного или двух изображений. В комплексе с поддерживаемым предпросмотром, масштабированием и перемещением по изображению это существенно расширяет возможности еще на этапе синтеза.

Цветокоррекция включает контрастирование, изменение яркости и цветовой гаммы изображения. Суть этих преобразований состоит в изменении (подрезке, растяжении, смещение или инверсии) суммарной или канальной гистограммы. Изображения со слабыми тоновыми различиями могут быть представлены в более контрастной форме. Для этого формируют изображение в узком диапазоне гистограммы яркости, в пределах которого расположены объекты дешифрирования. В программе используется наиболее простой и наглядный способ линейного повышения контраста всех каналов одновременно или поканально, предусмотрена возможность инверсии изображения или канала.

Межканалъные (арифметические) преобразования. Информация, имеющаяся в материалах многоспектральной и гиперспектральной съемок, может быть извлечена при осуществлении арифметических операций (сложения, вычитания, деления, умножения) с данными разных спектральных каналов. Возможны и более сложные манипуляции, целесообразность которых часто определяется визуально.

Фильтрации. Различные алгоритмы фильтрации подчеркивают и усиливают природные или антропогенные неоднородности изображения. При использовании направленных фильтров структуры одних направлений передаются в усиленном виде, другие напротив подавляются. Используются те же матричные фильтры, что и при работе с сетками, различие состоит в дополнительной настройке параметров и интервалов фильтрации. Появляется возможность поканальной фильтрации, выбора интервала фильтрации, устранения случайных шумов путем регулирования величины минимального допуска. Гистограммы исходного и получаемого изображения, информация о количестве измененных значений позволяют лучше контролировать процесс фильтрации.

Классификации. Описание методов и алгоритмов кластеризации и классификации

часто встречаются в литературе, они четко не разграничены, и вероятно, эти термины 10

можно считать синонимами. В программе реализован наиболее простой алгоритм классификации с визуальным контролем результатов. Число классов и интервал обработки в каждом спектральном канале регулируется пользователем, выделенный интервал разбивается равномерно на выбранное целое число классов. Имеется алгоритм классификации и выделения по эталонам.

Дополнительно в программе реализованы гибкие функции редактирования растра путем замены цвета, алгоритмы повышения разрешения космоснимков путем приведения их к разрешению панхроматического канала, созданы подпрограммы составления мозаик из привязанных снимков с фильтрацией облачности и с использованием полутоновых масок, загрузки фрагментов изображений из больших файлов TIFF и BMP, трансформирования растровых и векторных материалов по сети опорных точек.

Векторные данные. Программой поддерживается 5 слоев, в каждый из которых могут быть загружены векторные данные (точечные, линейные или полигональные). Имеется большое количество утилит для их создания и редактирования. Линеаментная сеть, полученная при дешифрировании, нуждается в специализированной обработке. Расчеты могут выполняться только по спроектированным (переведенным в метры) данным. Наиболее актуальными представляются следующие возможности: фильтрации линеаментов по направлениям; выделение наиболее протяженных, сближенных или взаимоперпендикулярных линеаментов; выделение радиально-концентрических структур; разделение дуговых и линейных линеаментов; построение роз-диаграмм и сеток роз-диаграмм.

Для расчета распределения на площади значений плотности и анизотропии линеаментов, поиска центров кольцевых структур, выделения линеаментных зон, в отличие от указанных выше преобразований, требуется построение регулярной сетки. Программой поддерживаются алгоритмы позволяющие рассчитать: плотность всех линеаментов; плотность в выбранном интервале азимутов; величину анизотропии направлений линеа-ментной сети; положение центров радиально-концентрических структур; наличие и количество точек, линий или полигонов. В зависимости от выбранной опции программа сама проведет необходимую фильтрацию линеаментов и выдаст значение интенсивности искомого признака для точки сетки.

Поддержка Интернет-форматов цифрового рельефа. Основой для построения сетки рельефа могут служить доступные в Интернете базы высотных отметок (глобальная цифровую модель высотных отметок GTOP030 с интервалом сетки 30 секунд, 500-метровая модель рельефа DTM, данные SRTM с 3-ех секундным разрешением), или же оцифрованные по топокартам горизонтали. Исходные форматы этих данных сильно различается. Они могут быть прочитаны некоторыми ГИС - системами, но их загрузка и дальнейшая обработка связана с целым рядом сложностей.

Автором в рамках программы были созданы специальные модули, позволяющие загружать и сохранять сетку на интересующую площадь. Программа осуществляет выборку данных по высотам рельефа из соответствующих файлов, состыковывает их при необходимости и создает привязанную к географическим координатам сетку рельефа, которую можно загрузить в память программы или сохранить в стандартный формат сеток пакета Surfer. Основные характеристики баз высотных отметок приведены в таблице 1.

GTOPO30 ОТМ 500 БЯТМ

Источ. в Интернете usgs.gov computamaps.com nasa.gov

Исходная проекция Географическая итм Географическая

Разрешение исходное 30 секунд 500 метров 3 секунды

Разр. по меридиану Около 1 километра 500 метров Около 90 метров

Покрытие Полное Суша, кроме Антарктиды и севернее 72° с.ш. Суша, между 56° ю.ш.-60°с.ш. (около 80% суши)

Размер файла (д*ш) 40 * 50 градусов 6*8 градусов 1*1 градус

Размер файла (точек) 43200* 21600 600-1350*1800 1201*1201

Размер файла 54 Mb 2-5 МЬ 2,8 МЬ

Количество файлов 34 483 13405

Общий объем 1,8 Gb 1,8 вЬ 38 вЬ

Таблица 1. Сравнительные характеристики баз данных цифрового рельефа.

Для получения дополнительной информации о рельефе в программу встроен модуль построения профилей. Профили можно строить по заданной ранее линии или воспользоваться возможностью построения серии профилей по горизонтали или по вертикали с заданным по сетке шагом и получить объемную модель рельефа с интересующего нас направления взгляда.

С помощью инструментов программы "Lineament" базы данных цифрового рельефа становятся доступными и простыми в использовании для геологических целей.

Кроме описанных возможностей программы, под пунктами главного меню "Редактирование " и "Утилиты" в программе заложено большое количество необходимых при работе функций. Отдельно стоит отметить утилиты для построения координатных и километровых сеток, реактор крапов и различные возможности обработки DBF-таблиц.

Конечным продуктом программы "Lineament" становятся векторные и растровые материалы в стандартных ГИС-форматах, готовые для дальнейшего использования в таких программах, как: ARCVIEW, ARCMAP, ERDAS, GEOSOFT, SURFER и др. Простая

система меню на русском языке позволяет легко освоить программу. Настройки функций, производящиеся в широком диапазоне и по нескольким параметрам, позволяют получить много вариантов отображения интересующих нас особенностей строения территории и выбрать наиболее наглядные для решения конкретных задач.

Анализ растровых и векторных данных на примере Попигайской структуры

Попигайская структура хорошо проявлена геологически, открыта и может являться эталонной для дешифрирования структур кольцевого типа. Выявленная Д.В. Кожевиным в 1946 г., она расположена в бассейне среднего течения р. Попигай. Это округлая в плане впадина диаметром около 80 км и глубиной до 2,5 км, выполнена специфическим комплексом пород палеогенового возраста и четвертичными отложениями. Впадина осложнена внутренним кольцевым поднятием, разделяющим центральную опущенную часть структуры и окраинный кольцевой жёлоб. С севера и востока она обрамляется полого залегающими верхнепротерозойскими, кембрийскими, пермскими и юрско-меловыми карбонатными и терригенными отложениями, а с юга и юго-запада — интенсивно дислоцированными архейско-раннепротерозойскими кристаллическими образованиями фундамента.

Структура чётко маркируется отрицательным гравитационным полем концентрически зонального строения и отрицательным магнитным полем небольшой интенсивности. Ограничивающая Попигайскую депрессию кольцевая зона разломов имеет ширину от 200 - 300 м до 1,5 - 2 км и состоит из нескольких параллельных друг другу, иногда ку-лисно расположенных сбросов. В ряде обнажений на поверхность выходят отложения, претерпевшие дробление и ударное плавление. В 1970 г. В. А. Масайтисом впервые было высказано предположение о метеоритном происхождении Попигайской структуры. Сейчас большинство исследователей придерживаются того же мнения. Гипотеза эндогенного происхождения Попигайской структуры активно поддерживается некоторыми крупными учеными (В. И. Ваганов, А. А. Маракушев).

Попигайская астроблема - сложный метеоритный кратер с центральным и кольцевым поднятиями, образовавшийся в палеогене 35,7 млн. лет назад, представляет дополнительный интерес, как крупнейшее в мире месторождение технических алмазов. В этой связи, разумно оценить выраженность структуры на преобразованиях космических снимков и цифрового рельефа, подчеркивающих неявные особенности ее строения. Рассмотрим некоторые типы преобразований и их реализацию в программе «Lineament» на примере космического снимка Modis и цифрового рельефа GTOPO.

Анализ снимка «Modis». В синтезе цветного изображения используются 1-ый (красный) и 2-ой (инфракрасный) канал из снимка Modis имеющее 250-метровое разрешение и рассчитанный из них индекс NDVI (Normalized Difference Vegetation Index -

нормализованно-разностный вегетационный индекс). Наиболее четко котловина кратера отражается в индексе Ж)У1. Это вполне закономерно, так как котловина поросла лесом. Различные межканальные преобразования и фильтрации выполняемые со снимком Мо<Лб подчеркивают геологические и структурные границы и особенности, проявленность которых на исходном снимке не очевидна.

Из данных цифрового рельефа на район Попигайской структуры доступны только СГОРОЗО и БТМ. Преобразование выравнивания показывает, что рельеф внутри котловины лучше проявлен на участках выходов переплавленных пород основания. Края кратера и характерное для ударных структур центральное поднятие маркируются зонами повышенного градиента. Значительный градиент в юго-западной части кратера свидетельствует о наибольшем задире пород мишени и выбросе в этом направлении значительных количеств пород кратера, что соответствует предполагаемому направлению падения метеорита. На преобразованиях, выполненных при помощи подпрограммы фильтрации, хорошо видны ограничения кратера, изменение характера речной сети, выходы в кратере импактитов и пород мишени.

Анализ результатов дешифрирования. По речной сети, минимумам рельефа и схемам дешифрирования производился поиск центров радиально-концентрических структур. При расчетах суммируются все длинны линеаментов, направленных на центр (радиальных) или перпендикулярных к направлению на центр (концентрических). Был получен ряд интересных данных о положении центра и выраженности структуры, кратко охарактеризованных ниже. Можно утверждать, что пока наилучшим исходным материалом для поиска кольцевых структур остаются схемы экспертного дешифрирования. При всей субъективности таких данных, они являются наиболее точными и информативными. Таким образом:

• преобразования и фильтрации позволяют провести более качественное дешифрирование, подчеркивают скрытые особенности строения Попигайской структуры, характерные для кратеров метеоритного происхождения;

• на снимке МосИб котловина кратера наиболее четко проявлена в канале, соответствующим индексу КОУ1;

• различные преобразования снимка МосШ подчеркивают концентрическое строение и подтверждают предполагаемое падение метеорита с северо-востока;

• на преобразованиях рельефа концентрическое строение четко проявляется при выделении минимумов и максимумов, а котловина кратера - при выделении плоскостей;

• преобразования относительного градиента по рельефу выделяют не четко проявленное в рельефе центральное поднятие и область наибольшего расчленения на юго-западной границе кратера;

• поиск центров концентрических структур малого радиуса подчеркивает концентрическое строение более крупных структур;

® поиск центров радиальных структур выявляет линеаментные зоны различного ранга в зависимости от диаметра поиска;

• положение центра Попигайской структуры точно фиксируется при поиске центров концентрических структур по данным дешифрирования для диаметров 60 - 150 км, с наиболее четкой фиксацией для диаметров 80 и 100 км;

• при поиске концентрических структур по минимумам рельефа выделяется более крупная структура диаметром 120 - 130 км;

• при анализе минимумов рельефа центр Попигайской структуры наиболее четко выделяется при поиске радиальных структур диаметром 100 - 140 км.

Использование цифрового рельефа для анализа неотектонического строения системы Чуйско-Куранской впадин Горного Алтая

Чуйская и Курайская впадины находятся на юго-востоке Горного Алтая. Заложение этой системы прогибов относят к концу кайнозоя, наиболее интенсивное прогибание установлено для неогена. С северо-востока впадины ограничены серией плейстоценовых разрывов. Кобдинский сдвиг, проходящий севернее, является основным структурообразующим элементом. С юго-запада система ограничивается Чарышско-Теректинским глубинным разломом. Чуйскую и Курайскую впадины разделяет Чаган-Узунский выступ, имеющий тектонические ограничения. Современная структура Горного Алтая сформировалась в результате сближения Джунгарской и Монголо-Тувинской микроплит. Район интересен тем, что располагается на пересечении субширотных "байкальских" и юго-восточных "монгольских" структур. Разнообразие тектонических планов и их взаимодействие обусловливает сложное тектоническое строение региона.

Обработка данных цифрового рельефа. В работе рассмотрены примеры обработки данных дистанционного зондирования: цифрового рельефа SRTM и DTM, визуализация и обработка которых выполнялась в программе "Lineament". По многочисленным результатам обработки рельефа было проведено визуальное дешифрирование ли-неаментной сети. По преобразованиям рельефа DTM удается выделить только наиболее крупные и протяженные линеаменты, по рельефу SRTM, кроме уточнения положения основных линеаментов, можно выделить более мелкие, разделить нарушения на главные и второстепенные, а иногда и установить направления и величины смещения.

Для целей морфоструктурного анализа значимыми элементами рельефа являются густота речной сети и глубина эрозионного вреза. Сетка рельефа SRTM обработана подпрограммами "Выделения" с различными пороговыми значениями. Удаляя точки сетки

рельефа в зависимости от соотношения с ближайшими точками, можно получить изо-

бражения различных элементов рельефа. Были рассчитаны сетки густоты отфильтрованных точек минимальных и максимальных значений рельефа, отобраны наиболее информативные и не перегруженные деталями. На полученной сетке отчетливо выделились области аккумуляции, наиболее интенсивной денудации и смешанный тип эрозионно-аккумулятивного рельефа.

При наложении на визуализированную сетку схемы дешифрирования линеамен-тов появляется возможность их объективного разделения на активные и пассивные на современном этапе. Первые, как правило, разделяют различные зоны, а вторые располагаются внутри зон или пересекают их. Области максимальной денудации по линиям активных разломов контактируют непосредственно с впадинами, подчеркивая их линейные ограничения. Большинство разрывов субширотного и северо-западного простирания по данной схеме являются активными, а большинство линеаментов северо-восточного и восток-северо-восточного простирания пресекают области с различными типами рельефа и пассивны на современном этапе.

При расчете сетки плотности точек выделенных поверхностей наилучшим образом выделяются впадины и системы впадин, поверхности выравнивания. Выделенные плоскости разделяются на несколько гипсометрических уровней. На западе Курайской впадины обозначилась резкая граница между аккумулятивным и эрозионным участками долины реки Чуй. Проявились три тектонические ступени на южном склоне Курайского хребта, лучше всего выраженные на участке сочленения Курайского хребта и Чаган-Узунского блока.

Расчет градиента по выделенным плоскостям характеризует величину расчлененности этих поверхностей. Анализ величины градиента на границах выделенных поверхностей показывает, что присутствие среднерасчлененной поверхности по границам впадин маркирует вовлекаемые в поднятие участки впадин. Это характерно для юга Курайской впадины, севера Чуйской впадины и территорий, прилегающих к поднятию Чихачева. Отсутствие среднерасчлененной поверхности говорит о стратиграфическом налегании отложений впадины на породы основания, и соответственно о неактивности этой границы.

Анализ величины стандартного отклонения выявляет три зоны с различной степенью расчлененности поверхности: слабой - соответствующей днищам впадин, широким участкам русел и сохранившимся фрагментам поверхностей выравнивания, средней - невысоким частям хребтов и высокой - высокогорным частям хребтов, испытывающим наибольшее воздымание. Видно, что вытянутое западное продолжение Курайской впадины—урочище Ештык-Коль смещено влево примерно на 3 км по линии, совпадающей с участком реки Мажой. Выявились четкие линейные ограничения южного борта Чуйской впадины и блоковость строения ее северного борта на северо-востоке.

На южном склоне Курайского хребта в районе Чаган-Узунского блока, при анализе изображений, составленных из параллельных профилей, отчетливо проявилась, серия субпараллельных тектонических уступов, последовательно повышающихся на север. Четко выделяются линии современных разломов, образующие прямолинейные зоны, разделяющие ступени. Таким образом:

• Разнообразные преобразования, производимые с базами высотных отметок, расширяют возможности экспертного дешифрирования, акцентируя внимание на различных деталях и особенностях рельефа.

• Изображения, составленные из серий параллельных профилей разной ориентировки, дают объемную картину. Профили рельефа, построенные поперек южного склона Курайского хребта, четко выявляют тектонические ступени.

• Применение выделений и фильтраций дает возможность наглядной визуализации и объективной количественной оценки параметров рельефа.

• По плотности распределения мах и мш высотных отметок построена схема, позволяющая разделить области современной аккумуляции и денудации.

• Используя построенные схемы плотностей, можно объективно разделить отде-шифрированные или полученные из других источников линеаменты и разломы на активные и пассивные на современном этапе.

Детальная обработка цифрового рельефа позволила наметить наиболее интересные участки для полевых исследований и определить круг решаемых задач.

Полевые исследования. Интерес к данному району связан также с произошедшим в 2003 году крупным Чуйским землетрясением, эпицентр которого располагался к югу от Чаган-Узунского блока, и продолжающейся сейсмической активностью. В ходе полевых работ 2004 - 2006 годов, проводимых совместно с Н. Н. Говоровой и А. И. Ко-журиным, были исследованы многие ранее отдешифрированные дислокации. Основное внимание уделялось разрывам, ограничивающим Чуйскую и Курайскую впадины с севера и с юга, пассивным и активным на современном этапе границам впадин. Особое внимание было уделено неотектонической структуре Чаган-Узунского блока и особенностям его развития. Также были детально закартированы три участка развития сейсмодислока-ций, образовавшихся в результате Бельтирского землятрясения. Полевые исследования показали хорошую сходимость данных, полученных при обработке цифрового рельефа, с геологическими и структурными наблюдениями на местности. Подтвердился характер и относительная интенсивность перемещений по основным выделенным нарушениям.

Чуйская и Курайская впадины на современном этапе развития имеют единое северное ограничение северо-западного простирания. Возможно, предположить заложение двух различных впадин в субширотном направлении, и разделенных приподнятым Ча-

ган-Узунским блоком. Основные узлы сейсмической активности связаны с пересечения-

ми северо-западных, северо-восточных и субширотных тектонических направлений на участках близ Бельтира и южнее Акташа. Сейсмоактивным остается и зона Кобдинского сдвига, в кинематике которой существенна роль взбросовых и надвиговых перемещений.

Подпрограмма оценки информативности признаков

Для оценки информативности признаков была разработана специальная подпрограмма, позволяющая быстро оценить положение интересующего объекта на поле признака и определить, контролирует ли он искомые объекты. Под полем признака понимается сетка или матрица данных (снимки, цифровая модель рельефа, геофизические или геохимические поля, а также результаты их преобразований и обработки), а также обработанные векторные и растровые материалы (схемы дешифрирования, геологические, тектонические, металлогенические и др. карты). При обработке векторных схем выполняется построение сетки интенсивности проявления определенного признака: плотности, густоты, анизотропии, азимутальной направленности, сходимости к центру и пр. По растровым данным и сеткам рассчитываются региональные и локальные составляющие, градиенты, проводятся различные изотропные и направленные фильтрации. Полученные сетки анализируются на информативность относительно объектов поиска.

Объектами, могут быть месторождения или рудопроявления полезных ископаемых, область распространения или структура, их контролирующая. Объект задается отдельной точкой или группой точек (при одинаковой значимости точек это дает возможность задать неравномерное по значимости поле объекта). Для каждой точки объекта, попадающей в поле признака, рассчитывается величина значения поля исследуемого признака. Для всего поля сетки и для значений точек объекта строятся гистограммы распределения (рис. 3).

На нижнем графике отображается распределение количества точек сетки в процентных долях от минимального до максимального значения. Верхний график отражает распределение точек объекта по попаданию точки в поле исследуемого признака. Для оценки информативности признака гистограммы могут быть проанализированы визуально и количественно. Если гистограммы распределения в верхнем и нижнем окне подобны, то признак для данного объекта не информативен. Точки объекта в этом случае равномерно распределены по различным значениям поля признака. Если гистограммы различаются, то необходимо выделить интервал, на котором максимальное количество точек объекта соответствует минимальной площади на поле признака.

Коэффициент информативности (К) рассчитывается как отношение процентов попадания в выделенный интервал точек объекта и точек поля признака. Эмпирически можно говорить о том, что для информативного признака процент попадания должен быть не менее 70%, а коэффициент информативности не менее 2 (на 35% площади распространения признака должно приходиться не менее 70% исследуемых объектов). 18

Распределение точек по сетке E:\SIBIR\DESIFRIR\MODIS_NIK\pLZ5x25km_ds_mod_nik_prll7.grd

Точки слоя

Точки сетки

г Интервал---

К: 3.09 Количество: 494 Процент: 21.774

4 J

45* 100*

Интервал от среднего в стандартных отклонениях--

Г 0.0 С 0.5 Г 1.0 Г 1.5 Г 2.0 Г 2.5 Г 3.0 Г 3.5

Вид диаграммы

С Линейная <• Столбчатая 1 Г 2 Г 5 С 10

Шаг диаграмм в %

Параметры слоя г Кол-во точек-

С Кол-во значимых 433

Минимальное Z Максимальное 7.

102221.8828125

423487.15625

Параметры сетки

I Колонок (по X)-1 ; Строк (по У)

_39 | _65

Размер ячейки X-25000

Размер ячейки У 25000

Кол-во точек

2535

Кол-во значимых 1779

Минимальное 7. Максимальное 7. 0 423487.15Б25

Слой исход, точек С 0-слой С (.-слой С 1-слой (• Б-слой

Слой для контура-(* О-слой

С (.-слой С 1-слой С Б елой

(7 Очистить слой для контура

Сглаживание Выравнивание Обострение

Градиент Станд. огкл. Фильтрации

;; Загрузить сетку Обвести интервал

Рис. 3. Окно подпрограммы выделения информативного интервала.

При выделении информативного интервала надо учитывать тип поля признака. Например, если поле получено по фототону изображения, возможно выделение интервала, ограниченного и снизу и сверху, и целесообразно попытаться найти именно этот интервал. Для полей, направленных прямо на выделение объекта (тектоническая нарушен-ность или геохимический ореол), объекты должны попадать либо в максимальные, либо в минимальные значения поля признака. Выделяемый интервал должен, соответственно, либо начинаться с минимальных, либо заканчиваться на максимальных значениях поля признака.

Оценка информативности дистанционных данных и результатов их дешифрирования относительно площадей проявления кимберлитового магматизма

Восточной Сибири

В настоящее время в мире известно около 2000 кимберлитовых тел и только в нескольких десятках из них концентрации алмазов являются промышленными. Выделяют три генетических типа месторождений: эксплозивный (трубки взрыва), интрузивный

(дайки, силлы, штоки) и импактный, связанный со своеобразными породами ударного метаморфизма. Почти все коренные месторождения алмазов мантийного происхождения располагаются в пределах древних платформ или кратонов с возрастом фундамента более 1,5 млрд. лет (правило Клиффорда). Однако в последнее время открыты промышленные месторождения в протерозойских и верхнепротерозойских подвижных поясах. Промышленные месторождения приурочены главным образом к трубкам взрыва. На территории России известны три алмазоносных провинции с коренными и россыпными месторождениями: Архангельская, Уральская и Якутская. На территории России почти все балансовые запасы (81,6%) и добыча алмазов (99,8%) сосредоточены в Республике Саха (Якутия). В последние годы прирост запасов обеспечивается в основном за счет дораз-ведки глубоких горизонтов эксплуатируемых месторождений. Несмотря на повышенный интерес и хорошую изученность кимберлитовых трубок, в вопросах их образования и структурного контроля среди геологов нет единого мнения. Представляется целесообразным провести прогноз расположения кимберлитов, опираясь на независимые объективные характеристики региона, такие как, дистанционные данные, речная сеть, рельеф и др., с использованием методов компьютерного моделирования.

Данные и объекты. Основными дистанционными материалами при мелкомасштабном прогнозе кимберлитоконтролирующих структур и прогноза областей распространения кимберлитовых тел были: цифровой рельеф СГОРОЗО и БТМ, оцифрованная речная сеть 1:1000000 масштаба и мозаика, составленная из снимков МосНв, схемы дешифрирования дистанционных материалов, составленные Н.И. Корчугановой. Объектами для оценки информативности могут быть: кимберлитовые тела, области их распространения, районы кимберлитового магматизма или структуры его контролирующие. В данной работе в качестве объекта, относительно которого рассматривалась информативность полей густоты линеаментов, были выбраны сами трубки и области их распространения.

Анализ цифрового рельефа. При визуализации рельефа СГОРОЗО и его сглаживании получены изображения, на которых видно, что большинство районов кимберлитового магматизма располагается на одном гипсометрическом уровне, более того, большинство тел располагается на границе современных поднятий и впадин. Это четко проявлено в северной части территории, где трубки располагаются у подножия Анабарского и Муна-Оленекского поднятия. Можно ожидать выходы кимберлитовых тел и по восточному ограничению Муна-Оленекского поднятия, что косвенно подтверждается находками россыпей алмазов в этом районе. Самый узкий информативный интервал по рельефу удается выделить для мезозойских трубок, более широкий, для всех известных трубок, и нельзя выделить интервал для палеозойских трубок. По общему расположению палеозойских трубок на рельефе хорошо прослеживается зона северо-восточного простирания, контролирующая кимберлитовый магматизм. Анализ сеток градиента рельефа 20

с различным размером окна выявил информативность этого признака. Палеозойские трубки тяготеют к наиболее изрезанным областям рельефа, в то время как мезозойские занимают промежуточное положение.

Анализ речной сети. Для математической обработки по различным алгоритмам было построено несколько вариантов генерализованной речной сети масштаба 1:1000000. По ним было рассчитано огромное количество сеток плотности, анизотропии, поиска кольцевых и радиальных элементов, с различными параметрами и диаметром скользящего окна. Большая часть преобразований, не может быть признана информативными, и их нельзя использовать для построения прогнозной модели. Однако, на визуализированных сетках поиска центров кольцевых структур хорошо видно закономерное расположение кимберлитов на полях интенсивности этого признака. Дать уверенное геологическое объяснение этого явления пока довольно сложно.

Анализ снимка «Modis». При сопоставлении осредненных значений каналов снимка «Modis» с районами распространения кимберлитовых трубок выяснилось, что R-канал изображения обладает высокой степенью информативности. Для G-канапа выделить интервал с приемлемым коэффициентом информативности не представляется возможным. В-канал, являющийся производным от двух первых, дает удовлетворительные результаты. Ожидать, что на снимке низкого разрешения будут выделяться точечные выходы кимберлитовых тел нельзя, но можно предполагать отличие общего тона изображения в областях развития кимберлитов. Сглаживание исходной сетки с различным размером окна показало, что при увеличении диаметра окна сглаживания возрастает информативность. Анализ различных межканальных преобразований не дает лучших результатов. Сложением информативных интервалов R и В канала была получена прогнозная модель для снимка Modis. Для уточнения прогноза целесообразно рассмотреть информативность других 500 и 1000 метровых каналов снимка или использовать данные с других спутниковых систем, имеющихся в открытом доступе.

Анализ результатов экспертного дешифрирования. Сводные схемы линеамен-тов, построенные при дешифрировании космических снимков, речной сети, рельефа содержат в себе суммарную информацию обо всех тектонических процессах, произошедших на площади к настоящему времени. В общем случае их можно рассматривать как поля трещиноватости земной коры. С помощью программы Lineament были проанализированы многочисленные параметры поля линеаментов. Наиболее очевидный и оказавшийся информативным параметр - густота линеаментной сети. Сетки анизотропии, рассчитанные по результатам дешифрирования различных дистанционных материалов, также дают положительный результат. Их информативность выше, чем полученных по речной сети. Прогнозные модели, построенные по этому признаку, вошли в качестве составляющей в общую модель прогноза. Кроме исходной сети линеаментов, анализировались

полученные из нее всевозможные фильтрации. Выделялись сближенные параллельные, ортогональные, протяженные, дуговые и др. типы линеаментов. Расчеты плотности и анизотропии по ортогональным и сближенным линеаментам показали приблизительно то же распределение, что и для всех линеаментов. В распределении трубок относительно наиболее протяженных линеаментов наблюдалась обратная закономерность - большая часть трубок тяготеют к местам их пониженной плотности, при этом закономерность отмечается как для палеозойских, так и для мезозойских трубок. Это логично связано с анизотропией. В наиболее изотропных районах не должно быть хорошо проявленных протяженных линейных зон. Трубки, таким образом, зачастую располагаются между зонами повышенной плотности протяженных линеаментов.

Выводы. При обработке дистанционных данных и схем линеаментов выявлены признаки, которые могут считаться информативными для анализа распространенности кимберлитовых тел Западной Якутии:

• большинство районов кимберлитового магматизма располагается на одном гипсометрическом уровне и находится на границе современных поднятий и впадин;

• палеозойские трубки тяготеют к наиболее расчлененным областям рельефа, в то время как мезозойские занимают промежуточное положение;

• выделяется интервал 1-го канала снимка «МосПэ», маркирующий основные области распространения кимберлитов;

• области сгущения линеаментов имеют высокую степень совпадения с областями распространения палеозойских трубок;

• анизотропность линеаментной сети является отрицательным признаком, и трубки тяготеют к изотропным областям;

• кимберлиты мезозойского и палеозойского возраста имеют различный структурный контроль, что отражается в различных информативных интервалах.

Выделенные информативные признаки могут быть связаны с особенностями геологического строения и кимберлитоконтролирующими структурами. На основании выделенных информативных признаков автором составлены предварительные прогнозные модели распространения для кимберлитов палеозойского и мезозойского возраста, и для всех кимберлитовых тел (рис. 4). Модель может корректироваться в зависимости от значимости того или иного признака или за счет включения в нее новых информативных полей. Вероятно, больший интерес представляет анализ дистанционных данных на детальных участках в комплексе с геофизическими и геологическими данными и основанный на более точных знаниях о местоположении кимберлитов.

500 км

Рис. 4. Прогнозная модель (А - для палеозойских; Б - мезозойских; В - кимберлитов всех возрастов) составленная по дистанционным данным при помощи выделения информативных интервалов. Условные обозначения: 1 - прогнозная шкала (вероятность нахождения кимберлиговых тел увеличивается слева — направо); 2 — выходы кимберлитов.

Приведенная на рисунке (рис. 5) принципиальная блок-схема иллюстрирует методику построения прогнозной модели по различным типам дистанционных данных. Одним из примеров ее применения служит описанный выше прогноз кимберлитового магматизма. Допускается многовариантность построения прогнозной модели. Непременным условием является программная оценка информативности и выделение информативных интервалов. Возможность экспертной оценки значимости признака позволяет внести коррективы в итоговую прогнозную модель. В результате программной обработки дистанционных данных, выявляются новые информативные и отбраковываются неинформативные признаки.

Рис. 5. Методика построения прогнозной модели.

Прогноз россыпной алмазоносности Приленского района

Россыпи являются уникальными в отношении возможности их прогнозирования с использованием дистанционных методов. Тематическое дешифрирование позволяет изучать разновозрастные комплексы денудационного рельефа, устанавливать перестройку речной сети, изменения областей размыва и сноса, выявлять структурные ловушки, и тем самым определять стратегию наземных поисковых работ. В формировании аллювиальных россыпей алмазов основную роль играют: наличие коренного источника и/или промежу-

точного коллектора, геолого-структурное строение района и неотектонические деформации. На северо-востоке Сибирской платформы, где до сих пор не обнаружены коренные источники алмазов, находятся многочисленные, в том числе промышленные аллювиальные россыпи. Промышленной алмазоносностью здесь характеризуются прибрежно-морские отложения триаса, аллювиальные отложения неоген-раннечетвертичного и четвертичного возрастов. Современные россыпи алмазов известны в долине рек Молодо, Далдын, Ыры- Юрях , Чорбох и др. Они протягиваются на многие десятки километров, содержания алмазов в них распределены неравномерно. Для поисков алмазоносных россыпей, связанных с промежуточными коллекторами, эффективная методика отсутствует, и поиски в основном базируются на применении крупнообъемного опробования.

В Приленском районе промышленная россыпь алмазов находится в долине р. Молодо. Анализ структурно-геоморфологического строения показывает, что на формировании промышленной россыпи р. Молодо повлияли тектонические и палеогеоморфологи-ческие обстановки неогена-квартера: приуроченность к зоне сочленения положительной и отрицательной долгоживущих региональных тектонических структур (Анабарской ан-теклизы и Предверхоянского прогиба); наличие локального поднятия на пути транзита обломочного материала; наследование плиоценовой прадолины; длительная (с эоплей-стоцена) история формирования современной долины.

Методика прогноза россыпей. Для прогнозирования вероятностного положения алмазоносных россыпей использовалась методика компьютерного расчета сеток по поисковым критериям, выделенным экспертом Н.И. Корчугановой. Всего выделено 8 линейных и 3 полигональных признака. Это разломы (региональные и локальные), которые пересекаются рекой (поперечные) и разломы, разрабатывающиеся реками (согласные), локальные поднятия и впадины (без разрывных ограничений), современные долины, наследующие древние (плейстоценовые и более ранние) долины и пересекающие их, древняя (эоплейстоценовая) часть долины р. Молодо. В качестве дополнительного критерия учтены ранжированные на классы концентрические структуры и водотоки. Для полигональных тем рассчитывалось попадание точки сетки в полигон признака, для линейных -наличие линии на удалении не более 500 метров - для мелкомасштабной карты и 250 метров - для крупномасштабной. Сетки признаков суммировались. Совпадение на площади 3-ех признаков расценивалось как малоперспективное, 4-ех как возможно перспективное, 5-ти как перспективное, 6-ти и более как наиболее перспективное. Отмечено хорошее совпадение мест находок россыпных алмазов и ореолов распространения минера-ов спутников с построенными прогнозными картами. Наиболее информативными ока-ались иеотектонические критерии - разломы и локальные структуры с безразрывными раницами, которые пересекаются реками (ловушки разгрузки и подпруживания) и па-еогеоморфологические (взаимоотношение современных и палеодолин).

Таким образом, программа оценки информативности признаков может использоваться для оперативного создания разномасштабных прогнозно-поисковых моделей коренных и россыпных месторождений.

Публикации по теме диссертации:

1. Корчуганова Н.И, Загубный Д.Г, Нгуен Динь Лунг. Космогеологические исследования при поисках золоторудных месторождений в центральном Вьетнаме// Сб. тезисов первой международной конференции "Земля из космоса - наиболее эффективные решения". М. Инж.- тех. Центр Скан - Экс. 2003. С. 141-142.

2. Загубный Д.Г., Серокуров Ю.Н., Корчуганова Н.И. Использование материалов космического зондирования при прогнозировании россыпей// Сб. тезисов первой международной конференции "Земля из космоса - наиболее эффективные решения". М. Инж,- тех. Центр Скан - Экс. 2003. С. 137-139.

3. Корчуганова Н.И., Загубный Д.Г. Неоген-четвертичная тектоника Лена-Оленекского междуречья (Сибирская платформа) и ее влияние на россыпную алма-зоносность// Изв. Вузов, геология и разведка, 2003. №5. С. 3-7.

4. Загубный Д.Г., Калмыков И.В. Виды космических съемок и компьютерные программы используемые для анализа дистанционной информации при прогнозе месторождений алмазов// Эффективность прогнозирования и поисков месторождений алмазов: прошлое, настоящее и будущее (Алмазы-50). С-Пб., 2004. С. 29-32.

5. Корчуганова Н.И, Лунг Н.Д, Загубный Д.Г. Структурно-тектоническкий контроль потенциально золоторудных полей района Куанг Нам - Да Нанг (Центральный Вьетнам) // Изв. Вузов, геология и разведка, 2004. № 2. С. 43-^7.

6. Загубный Д.Г. Новая программа обработки векторных и растровых дистанционных материалов для ГИС // Исследование Земли из космоса. 2004. № 5. С. 21-27.

7. Загубный Д.Г. Способы обработки цифрового рельефа программой "Lineament" // Исследование Земли из космоса. 2004. № 6. С. 30-58.

8. Говорова H.H., Загубный Д.Г. Использование цифровых моделей рельефа для анализа неотектонического строения территории (на примере района Чуйско-Курайской впадины Горного Алтая) // Научная конференция «Молодые - наукам о земле» М.:РГГРУ, 2005, С. 42-44.

9. Говорова H.H., Загубный Д.Г. Компьютерная обработка выявления особенностей неотектонического развития Чуйско-Курайской зоны (Горный Алтай) // "Материалы XXXIX Тектонического совещания", "Области активного тектогенеза в современной и древней истории Земли" М.:ГЕОС, 2006, С. 56-57.

Ю.Говорова H.H., Загубный Д.Г. Использование цифровых моделей рельефа для анализа неотектонического строения территории (на примере района Чуйско-

Курайской зоны Горного Алтая) //Исследование Земли из космоса, 2006, № 6, С. 10-21.

П.Говорова H.H., Загубный Д.Г. Современные и неотектонические деформации земной поверхности в горном обрамлении Чуйско-Курайской зоны (Горный Алтай)// "Материалы XL Тектонического совещания", Т. 1, М.: ГЕОС, 2007, С.192-195.

12.Загубный Д.Г. Обработка дистанционных материалов и выделение информативных поисковых признаков кимберлитов Западной Якутии.// VIII Международная конференция "Новые идеи в науках о земле" М, 2007, Т. 1, С. 131-134.

13.Говорова H.H., Загубный Д.Г. Проявления современных и неотектонических разрывных дислокаций на Приполярном Урале.// VIII Международная конференция "Новые идеи в науках о земле" М„ 2007, Т. 1, С. 77-80.

И.Головин A.A., Гущин A.B., Загубный Д.Г., Межеловский А.Д. Выделение новых перспективных площадей с использованием коэффициентов геохимической зональности// Разведка и охрана недр, 2007, № 2-3, С. 63-68.

15.Корчуганова Н.И., Межеловский И.Н., Загубный Д.Г. Использование методов новейшей тектоники при поисках полезных ископаемых // Разведка и охрана недр, 2007, № 2-3, С. 79-84.

16.Загубный Д.Г. Прогноз районов кимберлитового магматизма Западной Якутии по дистанционным данным // Изв. Вузов, геология и разведка, 2007. № 3, С 31-36

17.Загубный Д.Г., Корчуганова Р.Г. Компьютерные прогнозно-поисковые модели россыпных месторождений. // Изв. Вузов, геология и разведка, 2008. № 5, с. 69-71.

Подписано в печать 12.01.2010 г. Заказ 1. Тираж 100 экз. 117105, Москва, Варшавское шоссе, 8, ВНИИгеосистем

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Загубный, Дмитрий Геннадьевич

Введение.

Глава I. Данные дистанционного зондирования и программное обеспечение (краткий обзор).

1.1. Основные типы космических снимков, используемые при геологических и геолого-прогнозных работах.

1.2. MODIS - снимки низкого разрешения.

1.3. LANDS AT - снимки среднего разрешения.

1.4. Характеристики спектральных диапазонов.

1.5. Программное обеспечение для обработки данных дистанционного зондирования

Глава 2. Программа Lineament для обработки дистанционных материалов.

2.1. Причины и принципы разработки программы.

2.2. Сетки.

2.3. Растровые данные.

2.4. Векторные данные

2.5. Поддержка программой Интернет-форматов цифрового рельефа.

Глава 3. Анализ растровых и векторных данных с помощью программы "Lineament"

3.1. Геологическое строение Попигайской структуры.

3.2. Анализ снимка "Modis".

3.3. Анализ цифрового рельефа.

3.4. Анализ результатов дешифрирования.

Глава 4. Использование цифрового рельефа для анализа неотектонического строения системы Чуйско-Курайской впадин Горного Алтая.

4.1. Геологическое строение Чуйско-Курайской зоны.

4.2. Обработка данных цифрового рельефа.

4.3. Полевые исследования.

Глава 5. Подпрограмма оценки информативности признаков для поисков месторождений полезных ископаемых.

5.1. Программная реализация оценки информативности признаков.

5.2. Использование программы Lineament для оценки информативности исходных данных и результатов дешифрирования относительно площадей проявления ким-берлитового магматизма на территории восточной Сибири.

A) Данные и объекты.

Б) Анализ цифрового рельефа.

B) Анализ речной сети.

Г) Анализ снимка "Modis".

Д) Анализ результатов дешифрирования.

Е) Выводы.

5.4. Выбор поисковых критериев и прогноз россыпной алмазоносности Приленского района.

Методика прогноза россыпей.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Выявление информативных признаков распространения кимберлитовых тел Восточной Сибири и сейсмогенных структур Горного Алтая на основе обработки дистанционных данных в авторской программе "Lineament""

Базы данных цифрового рельефа и космические снимки, имеющиеся в Интернете, содержат в себе огромную информацию, которую можно использовать при проведении неотектонических и прогнозно-поисковых исследованиях. Актуальность прогноза новых ким-берлитовых тел и алмазоносных россыпей в Западной Якутии несомненна. В связи с этим важна разработка программы оценки информативных признаков для оперативного создания разномасштабных прогнозно-поисковых моделей коренных и россыпных месторождений. Компьютерный прогноз районов распространения кимберлитовых тел, выполненный автором и опирающийся на анализ объективных данных дистанционного зондирования, позволяет по-новому оценить поисковые критерии, не зависящие от модельных научных представлений и неоднозначных трактовок структурного контроля кимберлитовых тел, предложенных разными исследователями.

Задача изучения активных разломов всегда являлась и остается актуальной, особенно в сейсмоопасных регионах, к числу которых относится и Горный Алтай. Применение, наряду с традиционными, новых методов изучения активных разломов важно для прогноза землетрясений.

Цель исследований. Провести автоматизированную обработку материалов дистанционного зондирования и цифрового рельефа в авторской программе Lineament с целью выявления информативных поисковых признаков для прогноза кимберлитовых тел и россыпей алмазов в Восточной Сибири и изучения новейшего строения и современной активности разломов Горного Алтая.

Задачи исследований:

• Выявление информативных признаков для прогноза кимберлитовых тел в Восточной Сибири.

• Выбор поисковых критериев и прогноз россыпной алмазоносности Приленского района Западной Якутии.

Обработка в программе цифрового рельефа (на примере районов Горного Алтая) позволяет объективно выделять разломы и линеаменты, определять их кинематику, оконту-ривать границы новейших впадин, устанавливать относительную интенсивность современных поднятий и прогибаний различных участков земной коры.

Защищаемые положения

1. Алгоритм работы с материалами дистанционного зондирования в авторской программе "Lineament" включает: 1) подготовку изображений и векторных данных для экспертного анализа и дешифрирования; 2) обработку данных дешифрирования — линеаментный анализ; 3) оценку информативности признаков и построение прогнозной модели.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на международных конференциях «Новые идеи в науках о Земле» (РГГРУ, 2003 - 2007); Эффективность прогнозирования и поисков месторождений алмазов: прошлое, настоящее и будущее (Алмазы-50) в С-Пб., 2004; на первой международной конференции "Земля из космоса. -наиболее эффективные решения" (М. Инж.- тех. Центр Скан - Экс., 2003); XXXIX и XL Тектоническом совещании (2006 и 2007) и опубликованы в открытой печати.

Фактический материал. В основу работы положены многолетние исследования автора по данной проблеме. Основные дистанционные материалы - снимки и цифровой рельеф — получены из открытых источников в Интернете и обрабатывались только в авторской программе. Проведены дешифрирование и автоматизированная обработка огромного количества разнородной информации: космических снимков Landsat и Modis, цифрового рельефа, речной сети. Данные о положении кимберлитовых тел получены автором во время работы в Амакинской и Ботуобинской экспедициях АК «АЛРОССА».

Изучение новейшего строения и современной тектонической активности территории Горного Алтая проводилось с помощью дистанционных методов и в полевых условиях в составе экспедиции ГИН РАН в 2005-2006 г. Повышенный интерес к неотектоническому строению Горного Алтая вызвало Бельтирское землетрясение 2003 года. Кроме анализа различных геологических, неотектонических и сейсмологических опубликованных материалов, использовались данные об очагах землетрясений, имеющиеся в свободном доступе.

В целом автор в большой степени использовал дистанционные и литературные данные, имеющиеся в Интернете.

Структура и объем. Диссертация состоит из 5 глав, введения и заключения общим объемом 185 е., содержит 164 рис, в том числе 150 авторских. Список литературы насчитывает 129 литературных источников и 21 интернет-ссылку. Первая глава посвящена краткому обзору данных дистанционного зондирования и программному обеспечению. Во второй главе «Программа Lineament для обработки дистанционных данных» приводится краткое описание разработанной автором программы, рассматриваются основные преобразования и фильтрации, выполняемые с сетками данных, растровыми и векторными материалами, приводится краткое описание поддерживаемых программой Интернет-моделей цифрового рельефа и способов работы с ними. В третьей главе на примере Попигайской структуры рассмотрены возможности программы для поиска и выделения кольцевых структур на основании дешифрирования снимков и цифрового рельефа. В четвертой главе изложены возможности обработки цифрового рельефа с целью изучения новейшего строения системы Чуйско-Курайских впадин и результаты полевых исследований сейсмогенных разломов. В пятой главе рассмотрены вопросы программной реализации оценки информативности признаков, приведены данные использования программы Lineament для оценки информативности исходных данных и результатов дешифрирования относительно площадей проявления кимбер-литового магматизма на территории восточной Сибири, а также дан прогноз россыпной ал-мазоносности на северо-востоке Сибири.

Итоговые материалы представлялись в программе Arc View или непосредственно в программе Lineament. При подготовке иллюстраций использовались также программы АгсМар, AdobePhotoshop и CorelDRAW. Работы по территории Горного Алтая выполнялись в два этапа: на первом проводилось тематическое дешифрирование космоснимков и цифрового рельефа; на втором - полевые исследования (в составе экспедиции ГИН РАН). Изучались особенности геологического строения, разрывная тектоника, районы проявления сейсмодис-локаций. Детальные участки были закартированны с применением GPS-технологии, в том числе три участка сейсмодислокаций, возникших в результате землятресения 2003 года.

Автор выражает искреннюю признательность своему научному руководителю профессору Н. И. Корчугановой за постоянное и неустанное внимание, неподдельный интерес, ценные советы в процессе работы и за долготерпение и удивительную выдержку в общении с автором; доктору геолого-минералогических наук Н.В.Межеловскому, доктору геолого-минералогических наук В.И. Пахомову, кандидату геолого-минералогических наук А.И. Ко-журину и доктору геолого-минералогических наук В.Г.Трифонову за полезные замечания и советы, а также всем, кто своей поддержкой и содействием способствовал написанию диссертации. Отдельную благодарность хотелось бы выразить Н.Н. Говоровой за помощь в обработке материалов, тестирование авторской программы, совместные полевые работы, постоянное внимание и помощь на всех этапах работы.

Заключение Диссертация по теме "Геоинформатика", Загубный, Дмитрий Геннадьевич

Е) Выводы:

При обработке дистанционных данных и схем линеаментов выявлены признаки, которые могут считаться информативными для анализа распространенности кимберлитовых тел Западной Якутии:

• большинство районов кимберлитового магматизма располагается па одном гипсометрическом уровне и находится на границе современных поднятий и впадин;

• выделяется интервал 1-го канала снимка «Modis», маркирующий основные области распространения кимберлитов;

• кимберлиты мезозойского и палеозойского возраста имеют различный структурный контроль, что зачастую отражается в различных информативных интервалах.

Рис. 5.37. Прогнозная модель (I — для палеозойских; 2 - мезозойских; 3 - кимберлитов всех возрастов) составленная по дистанционным данным при помощи выделения информативных интервалов. Условные обозначения: а — прогнозная шкала (вероятность нахождения кимберлитовых тел увеличивается слева направо); б - выходы кимберлитов.

Надо отметить, что наибольшая информативность поля прогнозной модели наблюдается для мезозойских трубок (Кин=7.2 для 87% трубок), средняя для всех трубок (Кип^б. I для 74% трубок), и наименьшая для палеозойских {Кин=2.5 для 96% трубок). Это вполне закономерно, так как исследуются поля дистанционных данных отражающие современное состояние местности. Образование мезозойских 1рубок наименее оторвано по времени от современного, и логично ожидать, в первую очередь, выраженность этого этапа кимберлитообразования. Увеличение информативности поля прогнозной модели, относительно информативности исходных полей, косвенно подтверждает ее достоверность. В случае использования для прогноза неинформативных полей или же небольшого количества объектов информативность итогового прогноза становится меньше, что было неоднократно подтверждено экспериментально.

Из прогноза может быть дополнительно выведена часть территории, перекрытая значительным чехлом посткимберлитовых отложений и складчатая область Верхоянского хребта. Модель может корректироваться в зависимости от значимости того или иного признака или за счет включения в нее новых информативных полей. Вероятно, больший интерес представляет анализ дистанционных данных на детальных участках в комплексе с геофизическими и геологическими данными и основанный на более точных знаниях о местоположении кимберлитов.

Рис. 5.38. Принципиальная блок-схема построения прогнозной модели.

На рисунке (рис. 5.38) приведена принципиальная блок-схема построения прогнозной модели по различным типам дистанционных данных, одним из примеров применения которой служит описанный выше прогноз кимберлитового магматизма. Допускается многовариантность построения прогнозной модели. Непременным условием служит программная оценка информативности и выделение информативных интервалов. Возможность экспертной оценки значимости признака позволяет внести коррективы в итоговую прогнозную модель. Несомненным является то, что в результате таких исследований, выявляются новые информативные признаки и отбраковываются неинформативные.

Защищаемое положение

При программной обработке дистанционных данных выделен ряд информативных признаков распространенности кимберлитового магматизма Восточной Сибири: гипсометрическое и морфологическое положение района, степень расчлененности рельефа, плотность и анизотропность линеаментной сети.

5.4. Выбор поисковых критериев и прогноз россыпной алмазоносности Прилеи-ского района.

Известно, что для формирования россыпей алмазов основную роль играют наличие коренного источника и/или промежуточного коллектора, геолого-структурное строение района и неотектонические деформации [10, 49, 55, 57, 60, 107]. Наличием высоких содержаний алмазов в россыпях обычно определяется и стратегия поисковых работ на коренные месторождения алмазов.

На северо-востоке Сибирской платформы, где до сих пор не обнаружены коренные источники алмазов, находятся многочисленные, в том числе промышленные аллювиальные россыпи [9]. Промышленной алмазоносностью здесь характеризуются прибрежно-морские отложения триаса, аллювиальные отложения неоген-раннечетвертичного и четвертичного возрастов [27, 111]. Формирование их происходило за счет перемыва промежуточных коллекторов, особенно интенсивного, по данным Граханова [28, 29, 30, 31], в неоген-четвертичное время. Известные россыпи протягиваются на многие десятки километров, содержания алмазов в них распределены неравномерно. Замечено, что пространственное положение россыпей часто контролируется зонами сопряжения положительных и отрицательных структур как крупных, так и высоких порядков, имеющих длительное унаследованное развитие. В связи с высокой миграционной способностью алмазов при формировании россыпей существенная роль принадлежит локальным структурам-ловушкам [60].

Наиболее эффективно применение материалов дистанционного зондирования при поисках аллювиальных россыпей и, прежде всего для выявления структурно-геоморфологических и неотектонических критериев их поисков [25, 40, 50, 113].

Зоны обогащения аллювия алмазами могут быть непосредственно связаны с размывом источников питания и/или быть обусловлены литодинамикой потока при пересечении различных морфоструктур. Как отмечается в [107], для поисков алмазоносных россыпей, связанных с промежуточными коллекторами (т.е. для месторождений, характеризующихся наиболее высокосортными алмазами), и особенно для древних и погребенных, эффективная методика отсутствует, и поиски россыпей в основном базируются на применении крупнообъемного опробования.

Приленский район, в котором известны россыпи алмазов, расположен в северо-восточной части Сибирской платформы на Лено-Оленекском междуречье в пределах северо-восточной части Средне-Сибирского плоскогорья, представляющего собой расчленённое низкое денудационное плато. Он входит в Приленскую алмазоносную субпровинцию (зону) протяженностью до 1500 км, которая протягивается по восточному обрамлению Сибирской платформы и занимает восточный склон Анабарской антеклизы, Предверхоянский прогиб и частично Хараулахский антиклинорий. З

100 150 200 250 300 350. aJ г

2йв

7 В

Рис. 5.39. Новейшие структуры Прнленского района (составлено Н.И. КорчугановоЙ).

1 - структурно-орографическнс формы и суммарные амплитуды конэрозионных поднятий, м, 2 -границы новейших структур района первого порядка, 3 - лннеаментная зона, отражающаяся глубинный разлом древнего заложения, 4 - лннеаментная зона - предполагаемый разлом фундамента (флексура) в области сочленения Анабарской антеклнзы и Приверхоянского прогиба, 5 —зоны разрывов Мерчимленского поднятия : а-продольные, б — секущие, 6- внутриблоковые малоамплитудные разрывы и зоны трещиноватостн, 7-9 - орографически проявленные концентрические структуры них луговые элементы: 7 -Беечименская, 8 - крупные (в тексте ), 9 мелкие.

Изучение новейшего структурного плана Приленского района (рис. 5.39) позволяет сделать некоторые выводы [40, 55]:

1. Новейшими структурами Приленского района первого порядка являются Оленекский свод и Мерчимденское валообразное поднятия общего северо-восточного простирания, разделенные Кютюнгдинским грабеном и соединенные Беечименской син-формой. На юго-востоке поднятия граничат с Предверхоянским прогибом. Борт прогиба, сложенный палеозойскими и юрскими отложениями, втянут в неоген-четвертичное время в слабое воздымание, формируя Молодовскую моноклиналь. В зоне сочленения Мерчимденского поднятия и Предверхоянскорго прогиба выявляются малоамплитудные четвертичные поднятия.

2. Среди новейших сводовых и разрывных структур выявляются как наложенные, так и унаследованные по отношению к докайнозойским структурам фундамента и платформенного чехла. Оленекский новейший свод наследует Сололийское поднятие фундамента и чехла, тогда как Мерчимденское валообразное поднятие северовосточного простирания наложено на Оленекское и Муна-Тюнгское поднятия и Би-ректинскую впадину. Новейшие структуры высоких порядков - северо-восточное окончание Мерчимденского поднятия, в пределах которого открыты кимберлитовые трубки, - в целом наследует Куойско-Далдынское поднятие, однако полностью не согласуется с простиранием древней структуры.

3. Региональные разломы фундамента реанимированы на новейшем этапе. По некотором из них устанавливаются значительные амплитуды вертикальных тектонических движений (Северо- Южно- и Средне-Кютюнгдинский, Сарынах-Эекитская субширотная зона, к которой приурочен широтный отрезок р. Оленек), другие (Могдин-ский глубинный разлом северо-восточного простирания, выявленный по геофизическим данным [26] ) проявлены в новейшей структуре диаклазами. В новейшем структурном плане проявлены также концентрические структуры: Беечименская, Толу-опская, Далдынская и Салабынская.

4. Морфология, простирание, асимметричное строение Мерчимденского и поднятий высоких рангов (Приленский блок и малоамплитудные локальные поднятия в пределах Молодовской моноклинали) и кинематика региональных разломов в неоген-четвертичное время позволяют предполагать формирование новейших структур в условиях латерального сжатия (возможно, косо ориентированного) со стороны Верхоянского хребта.

Формирование рельефа и морфологического становления новейших структур происходило стадийно Новейшая тектоническая активизация, проявившаяся в Прилен-ском районе предположительно в миоцене, проявилась поднятием и расчленением предконэрозионной динамической поверхности выравнивания, которая в современном рельефе сохранилась фрагментарно. Прерывисто-непрерывное воздымание в течение неогена-квартера и экзогенные процессы обусловили формирование ярусного рельефа. Эта ярусность проявлена слабо заметно, что объясняется как малыми амплитудами поднятий, так и положением Приленского района в области сочленения с Предверхоян-ским прогибом. Но эта стадийность становления новейших структур в рельефе определила области размыва, пути транспортировки обломочного материала и его аккумуляции.

Плиоцен-четвертичная активизация новейших тектонических движений, приведшая к формированию современного рельефа и новейших структур Приленского района, обусловила перестройку речной сети, формирование частных структур на пути транспортировки аллювиального материала и локальных участков, наиболее благоприятных для формирования россыпей.

Проведенные разномасштабные исследования позволяют провести анализ пространственного положения россыпей алмазов и аномально повышенных концентраций минералов-спутников алмазов в аллювии современных рек с новейшими структурами.

Формирование современных алмазоносных россыпей Приленского района предопределено историей геологического и геоморфологического развития. Известно, что распределение и концентрация алмазов в россыпях находится в прямой зависимости от коренного источника и/или промежуточных коллекторов и степени их размыва, геоморфологии речных долин и тектонических движений, синхронных этапам формирования алмазоносного аллювия [52, 55, 96]. В Приленском районе известны россыпи дальнего сноса и переотложения из промежуточных слабоалмазоносных коллекторов, имеющих широкое площадное распространение [2]. Промежуточными коллекторами в Западной Якутии являются прибрежно-морские, прибрежно-озерные и аллювиальные отложения средне - верхнепалеозойского и преимущественно нижне - среднемезозой-ского возраста.

Современные россыпи на северо-востоке Сибирской платформы сформированы за счет перемыва промежуточных коллекторов; особенно интенсивный перемыв, по данным Граханова [29, 31], происходил в неоген-четвертичное время. Неоген - нижнечетвертичные отложения имели большую мощность и широкое распространение и в настоящее время сохранились на водоразделах и в переуглубленных эрозионно-карстовых формах в днищах современных долин. Площади распространения этих осадков, так называемых «водораздельных галечников», контролируют промышленную ал-мазоносность [28]. Известно, что на накопление алмазов в аллювии влияют геологическое строение плотика (закарстованность, трещиноватость и пр.) и гидродинамика потока в связи с экзогенными факторами. Но эти аспекты в данной работе не рассматриваются.

В Приленском районе известны современные россыпи алмазов в долине рек Молодо (2 - Молодо, 3 - Среднее Молодо, 4 - Верхнее Молодо), Далдын (5), Ыры-Юрях (6), Чорбох (7) (рис. 5.43) и др.

По данным Минорина [96], промышленная россыпь среднего течения р.Молодо сформирована преимущественно в русловом аллювии, реже распространяется на часть поймы реки. Продуктивный плат залегает на ровном или слабо волнистом карбонатном кембрийском или песчаном пермском плотике. Мощность песков -0,3-3 м, торфов - в среднем 0,7 м. При увеличении мощности аллювия содержание и крупность алмазов уменьшается, что является характерной чертой инстративного аллювия (рис. 5.40). Присутствие в россыпях рек Далдын и Молодо неизношенных алмазов кимберлитового типа свидетельствует, по мнению [28], о происхождении их за счет частичного размыва традиционных алмазоносных кимберлитов среднепалеозойского или мезозойского возрастов.

J, ur w я,к

H.u in

90 80 70 0 » « M d,ur

Восточный ежлоы Ляабар с ко й антекмизы

ООЙГ --- Предаерютский прогиб

OMOS —1

0MI1 |--о№Ы------

Btpittt Uaiaia ■ j< — tiC/ihiiMtnU---ji Ueteie-)j<-

HnxMtUtiiit

100 // ■, »

70 Я Я

Рис. 5.40. Изменчивость (тренды) алмпзоносносги ii мощности аллювия но протяженности россыпп р. Молодо [28].

1 - по наблюденным точкам, 2 - по сглаженным значениям; d - средняя масса, п - количество алмазов, С-содержание, т - мощность аллювия, Я-продольный профиль рельефа;

0,0004-0,0012-уклоны продольного профиля, м/м

Долина р. Молодо в среднем течении приурочена к зоне сочленения Анабар-ской антеклизы и Предверхоянского прогиба — крупных долгоживущих положительной и отрицательной тектонических структур. В этой зоне в новейшем структурном плане фиксируется линеаментная зона, которая интерпретируется как разломная или флек-сурно-разрывная зона фундамента. Такое структурное положение участка может являться региональной тектонической предпосылкой поисков как погребенных, так и современных россыпей.

В среднем течении современная долина р. Молодо является унаследованной от плиоценовой палеодолины (отложения которой экспонированы в современном рельефе на абсолютных отметках ~ 200 м на правом борту реки) и наиболее древнего заложения (здесь развиты пятая и четвертая надпойменные террасы эоплейстоценового возраста, отсутствующие в других долинах района).

Структурно-геоморфологическое строение этого участка неоднородно. В плейстоцене в зоне сочленения новейших структур первого порядка в рельефе проявились локальные поднятия, которые вместе формируют структуру северо-восточного простирания, служившую преградой на пути стока вод р. Барка, Салабын и др. В аллювии этих рек на участках пересечения ими молодых поднятий установлены ореолы аномально повышенных концентраций минералов-спутников алмаза.

В связи с высокой миграционной способностью алмазов локальным структурным ловушкам обычно отводится значительная роль в формировании россыпей. Р. Молодо в среднем течение также пересекает локальное поднятие, которое отражено в геоморфологическом строении долины. На этом отрезке долины находится промышленная россыпь Молодо. Более высокие содержания алмазов в этой русловой россыпи приурочены к участку, расположенному в пределах локального четвертичного поднятия и зоне сочленения его с локальной впадиной, расположенной ниже по течению, в которой установлено низкое содержание алмазов в аллювии. «Пики» содержания алмазов на участке Верхнее Молодо совпадают с местами пересечения долиной разрывных нарушений и зон трещиноватости, являющихся ловушками.

Таким образом, на формировании промышленной россыпи р. Молодо повлияли тектонические и палеогеоморфологические обстановки неогена-квартера:

1) приуроченность к зоне сочленения положительной и отрицательной долгоживущих региональных тектонических структур;

2) наличие локального поднятия на пути транзита обломочного материала;

3) наследование плиоценовой прадолины;

4) длительная (с эоплейстоцена) история формирования современной долины.

Не исключено, что в формировании россыпей р. Молодо основная роль принадлежала древней россыпи, которая была размыта и переотложена в благоприятной структурной обстановке плиоценовой, а затем четвертичной долинами [96].

При выборе поисковых критериев и прогнозе россыпной алмазоносности в Приленском районе нами рассматривались исключительно неотектонические и структурно-геоморфологические (рис. 5.41) и рассчитывались в программе Lineament.

Методика прогноза россыпей.

Для прогнозирования вероятностного положения алмазоносных россыпей использовалась методика компьютерного расчета сеток по признакам, выделенным экспертом. Экспертом Н. И. Корчугановой на основании специализированного дешифрирования топокарт, цифрового рельефа, космоснимков были выделены различные признаки благоприятные для локализации россыпей. По методике обработки их можно разделить на две группы. Первая - площадные признаки, выделенные экспертом в виде полигональных тем. Вторая - зоны и разломы, отображенные в линейных темах. Всего было выделено 8 линейных и 3 полигональных признака (рис. 5.41).

10 0 10 20 ЭО 40 50км

Рис. 5.41. Неотектоннческне и структурно-геоморфологические критерии поисков россыпей в

П риле не ком районе.

Для расчета прогноза была выбрана сетка с расстоянием между точками 250 метров. Вес каждого признака был выбран равным единице, то есть значение в точке сетки могло быть равно либо 0 — признак не присутствует, либо 1 — признак присутствует. Для полигональных тем рассчитывалось попадание точки сетки в полигон признака, для линейных наличие линии на удалении не более 500 метров - для мелкомасштабной карты (рис. 5.42) и 250 метров - для крупномасштабной (рис. 5.43). Сетки признаков суммировались и по полученной сетке строились изолинии. Совпадение на площади 3-ех признаков расценивалось как малоперспективное, 4-ех как возможно перспективное, 5-ти как перспективное, 6-ти и более как наиболее перспективное. Надо отметить, что наблюдается хорошее совпадение мест находок россыпных алмазов и ореолов распространения минералов спутников с приведенными прогнозными картами (рис. 5.43). Линейные структуры района кодировались в виде: а) разломов, которые пересекаются рекой (поперечные), разделенные на две категории: региональные и локальные, и б) разломов, разрабатывающихся реками (согласные). Важным, на наш взгляд, критерием является наличие локального поднятия или впадины (без разрывных ограничений), которые пересекаются рекой. Соотношение современных водотоков и прадолин является одним из главных поисковых критериев. Выделены — а) современные долины, наследующие плейстоценовые и более древние долины, б) современные долины, пересекающие плейстоценовые и более древние долины. Отдельно выделена наиболее древняя (эоплейстоценовая) часть долины р. Молодо. В качестве дополнительного критерия учтены концентрические структуры, разделенные по размерам на два класса. Водотоки ранжировались так же на два класса. К первому классу отнесены р. Молодо и Далдын.

10 О 10 20 30 40 50км

1 2 3

Рнс. 5.42. Карта-схема перспективных участков для образования россыпей алмазов (по неотектоническим и структурно-геоморфологическим критериям) в Приленском районе.

1-4 степень перспективности участков (1 - малоперспективные, 2 - умеренноперспективные, 3 перспективные, 4 -высокоперспективные). f5 • 7

Рис. 5.43. Карга-схема перспективных участков для образования россыпей алмазов (но неотектоническим и структурно-геоморфологическим критериям) в Далды но-Сред немолодо в с ком районе

1-4 степень перспективности участков (1 - малоперспективные, 2 - умеренноперспектнвные, 3 -перспективные, 4 -высокоперспективные), 5 - современная россыпь Молодо, 6 - ореолы аномально повышенных концентраций минералов-спутников алмазов, 7 - находки шлиховых алмазов. Цифрами на рисунке указаны современные россыпи алмазов в долинах рек: 2-4 - Молодо (2 - Молодо, 3 - Среднее Молодо, 4 - Верхнее Молодо), 5 - Далдын, 6 - Ыры- Юрях, 7 - Чорбох.

Наиболее информативными оказались неотектонические критерии - разломы и локальные структуры с безразрывными границами, которые пересекаются реками, -это ловушки разгрузки и подпруживания, и палеогеоморфопогические (взаимоотношение современных и палеодолин).

Результаты проведенных исследований убеждают, что неотектонические критерии при поисках россыпей являются основными. Россыпи являются уникальными в отношении возможности их прогнозирования с использованием дистанционных методов. Тематическое дешифрирования аэрокосмоснимков и топографических карт позволяет изучать разновозрастные комплексы денудационного рельефа и их относительный возраст, устанавливать перестройку речной сети и изменения областей размыва и сноса, выявлять участки долин, где более всего вероятна концентрация полезного компонента (структурные ловушки), и тем самым определять стратегию наземных поисковых работ и, в первую очередь, места отбора шлиховых проб.

Отдельно хотелось бы подчеркнуть оперативность получения прогнозно-поисковых карт в программе [51, 53, 54, 55] Lineament по выбранным критериям.

Защищаемое положение

Оценка информативности признаков проводится на основании анализа положения объекта на поле признака путем анализа их гистограмм. Построения прогнозных моделей выполняется за счет сложения сеток полей информативных признаков. Программа оценки информативности признаков обеспечивает оперативное создание разномасштабных прогнозно-поисковых моделей коренных и россыпных месторождений.

Заключение.

Разработанная автором программа предназначена для облегчения процесса тематической геологической обработки дистанционных данных. Включает в себя большой комплекс процедур и функций для обработки снимков, цифрового рельефа, геофизических и геохимических полей, линеаментного анализа. Позволяет оперативно провести дистанционное изучение территории, выделить из всего комплекса полей признаков лишь те, которые могут контролировать искомые объекты, и, основываясь на них, создать компьютерною прогнозную модель. Программа может использоваться для различных типов геологических объектов и характеристик местности. Она постоянно модернизируется и совершенствуется под конкретные геологические задачи, появляются дополнительные модули и возможности обработки данных.

При рассмотрении выраженности Попигайской структуры в дистанционных данных были рассмотрены различные алгоритмы обработки линеаментной сети, снимков и цифрового рельефа. Показано, что дистанционные исследования, производимые в программе, позволяют выявить некоторые скрытые особенности строения, получить дополнительные данные в пользу той или иной гипотезы происхождения структуры.

По различным преобразованиям цифрового рельефа Чуйско-Курайской зоны Горного Алтая, удается объективно выделить области денудации и аккумуляции, оконтурить впадины, разделить разломы и линеаменты на активные и пассивные на современном этапе. Подобное изучение позволяет выявить участки наиболее интересные для дальнейших полевых исследований.

Рассмотренные на примере Восточной Сибири прогнозные исследования на локализацию кимберлитовых тел по дистанционным данным позволяют выделить ряд новых признаков и критериев для их поисков. Например, исследование цифрового рельефа указывает на приуроченность трубок разного возраста к границам длительно развивавшихся поднятий и впадин, часть из которых продолжает развиваться на новейшем этапе и находит отражение в современном рельефе. Итоговая прогнозная модель может и должна корректироваться при выявлении новых информативных признаков. Эти исследования имеют, кроме прикладного, также методическое значение. Зачастую прогнозные построения основаны на определенной модели формирования объекта поисков. Главное отличие описанного метода состоит в использовании объективных характеристик местности и проверки их информативности для конкретного типа объекта. Рассмотренная методика делает невозможным использование признаков не являющихся информативными и позволяет избежать субъективного подхода.

Прогноз россыпной алмазоносности Приленского района, основанный на выделенных экспертом признаках, подтвердил высокую значимость неотектонических критериев при поисках россыпей и возможность их уверенного прогнозирования с использованием дистанционных методов.

Публикации по теме диссертации:

1. Корчуганова Н.И, Загубный Д.Г, Нгуен Динь Лунг. Космогеологические исследования при поисках золоторудных месторождений в центральном Вьетнаме//Сб. тезисов первой международной конференции "Земля из космоса - наиболее эффективные решения". М. Инж.- тех. Центр Скан - Экс. 2003. С. 141-142.

2. Загубный Д.Г., Серокуров Ю.Н., Корчуганова Н.И. Использование материалов космического зондирования при прогнозировании россыпей// Сб. тезисов первой международной конференции "Земля из космоса — наиболее эффективные решения". М. Инж,- тех. Центр Скан - Экс. 2003. С. 137-139.

4. Загубный Д.Г., Калмыков И.В. Виды космических съемок и компьютерные программы, используемые для анализа дистанционной информации при прогнозе месторождений алмазов// Эффективность прогнозирования и поисков месторождений алмазов: прошлое, настоящее и будущее (Алмазы-50). С-Пб., 2004. С. 29-32.

6. Загубный Д.Г. Новая программа обработки векторных и растровых дистанционных материалов для ГИС // Исслед. Земли из космоса. 2004. № 5. С. 21-27.

8. Говорова Н.Н., Загубный Д.Г. Использование цифровых моделей рельефа для анализа неотектонического строения территории (на примере района Чуйско-Курайской впадины Горного Алтая) // Научная конференция «Молодые - наукам о земле» М.:РГГРУ, 2005, С. 42-44.

9. Говорова Н.Н., Загубный Д.Г. Компьютерная обработка выявления особенностей неотектонического развития Чуйско-Курайской зоны (Горный Алтай) // "Материалы XXXIX Тектонического совещания", "Области активного тектогенеза в современной и древней истории Земли" М.ТЕОС, 2006, С. 56-57.

10. Говорова Н.Н., Загубный Д.Г. Использование цифровых моделей рельефа для анализа неотектонического строения территории (на примере района Чуйско-Курайской зоны Горного Алтая) //Исследование Земли из космоса, 2006, № 6, С. 10-21.

11. Говорова Н.Н., Загубный Д.Г. Современные и неотектонические деформации земной поверхности в горном обрамлении Чуйско-Курайской зоны (Горный Алтай)// "Материалы XL Тектонического совещания", Т. 1, М.: ГЕОС, 2007, С. 192-195.

12. Загубный Д.Г. Обработка дистанционных материалов и выделение информативных поисковых признаков кимберлитов Западной Якутии.// VIII Международная конференция "Новые идеи в науках о земле" М, 2007, Т. 1, С. 131-134.

13. Говорова Н.Н., Загубный Д.Г. Проявления современных и неотектонических разрывных дислокаций на Приполярном Урале.//УШ Международная конференция "Новые идеи в науках о земле" М., 2007, Т. 1, С. 77-80.

14. Головин А.А., Гущин А.В., Загубный Д.Г., Межеловский А.Д. Выделение новых перспективных площадей с использованием коэффициентов геохимической зональности// Разведка и охрана недр, 2007, № 2-3, С. 63-68.

15. Корчуганова Н.И., Межеловский И.Н., Загубный Д.Г. Использование методов новейшей тектоники при поисках полезных ископаемых // Разведка и охрана недр, 2007, № 2-3, С. 79-84.

16. Загубный Д.Г. Прогноз районов кимберлитового магматизма Западной Якутии по дистанционным данным // Изв. Вузов, геология и разведка, 2007. № 3, С 31-36.

17. Загубный Д.Г., Корчуганова Р.Г. Компьютерные прогнозно-поисковые модели россыпных месторождений. // Изв. Вузов, геология и разведка, 2008. № 5, с. 69-71.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Загубный, Дмитрий Геннадьевич, Москва

1. Алмазные месторождения Якутии. М.: Госгеолтехиздат, 1959. 528 с.

2. Алмазоносные россыпи и методика их прогнозирования и поисков. М.: Недра, 1979, 248 с.

3. Аэрокосмические методы геологических исследований./ Под ред. А.В. Перцова. СПб.: ВСЕГЕИ, 2000,316 с.

4. Базилевский А.Т. и др. Ударные кратеры на Земле и планетах. М., "Наука", 1983, 200 с.

5. Барышев А.С., Егоров К.Н., Скрипин А.И., Галенко В.П., Секерин А.П. Перспективы открытия промышленных месторождений алмазов на юге Сибирской платформы // Разведка и охрана недр. 2004, № 8-9, С. 8-17.

6. Берлянт A.M. Теория геоизображений. М.: ГЕОС, 2006,262 с.

7. Богачкин Б.М. История тектонического развития Горного Алтая в кайнозое. М.: Наука, 1981. 131 с.

8. Божко Н.А. Геотектонические факторы локализации алмазоносных кимберлитов в свете современных данных. В кн: Проблемы., 2003.

9. Брахфогель Ф.Ф. Геологические аспекты кимберлитового магматизма северо-востока Сибирской платформы Якутск, ЯФ СО АН СССР, 1984. 128 с.

10. Брюханов В.Н., Буш В.А., Глуховский М.З. и др. Кольцевые структуры континентов Земли. М.: Недра, 1987. 326 с.

11. Буслов М.М., Зыкин B.C., Новиков И.С., Дельво Д. Структурные и геодинамические особенности формирования Чуйской межгорной впадины Горного Алтая в кайнозое. СО РАН Филиал "Гео", Геология и геофизика, 1999, т. 40, № 12, С. 17201736.

12. Буш В. А. Проблема кольцевых структур Земли // Итоги науки и техники. Сер. Общая геология. М.: ВИНИТИ, 1986. Т 22. 115 с.

13. В.А. Бронштэн (1987). Метеоры, метеориты, метеороиды. М.: Наука, 1987. 173 с.

14. Ваганов В.И., Варламов В.А. Алмазы России: минерально-сырьевая база, проблемы, перспективы. Журн. Минеральные ресурсы России, 1995. С. 8-12.

15. Ваганов В.И., Иванкин П.Ф., Кропоткин П.Н. и др. Взрывные кольцевые структуры щитов и платформ. М.: Наука, 1985. 200 с.

16. Вишневский С.А. (1981). Импактные формации гигантских сложных метеоритных кратеров. В кн.: Импактиты. М.: издательство МГУ. С. 171-184.

17. Вишневский С.А., Афанасьев В.П., Аргунов К.П., Пальчик Н.А. (1997). Импактные алмазы: их особенности, происхождение и значение. Труды ОИГГМ СО РАН, вып. 835. Новосибирск: изд-во СО РАН. 110 с.

18. Геологическая карта Сибирской платформы и прилегающих территорий. Масштаб 1:1 500 ООО, СПб., Изд-во ВСЕГЕИ, 2000, 12 л.

19. Геология астроблем. Л.: Недра. 1980. 231 с.

20. Гладков А.С., Семинский К.Ж. Борняков С.А. и др. Тектонофизический подход к анализу структурного контроля алмазоносных кимберлитовых трубок (на примере трубки Айхал). В кп: Проблемы:., 2003.

21. Говорова Н.Н., Загубный Д.Г. Использование цифровых моделей рельефа для анализа неотектонического строения территории (на примере района Чуйско-Курайской зоны Горного Алтая)// Исследование Земли из космоса 2006, № 6 . С. 10-21.

22. Горина И.Ф. Об источниках россыпных алмазов северо-востока Сибирской платформы // Россыпная алмазоносность Средней Сибири. Л.: 1973. С. 49-54.

23. Граханов С.А. Алмазоносность россыпей северо-востока Сибирской платформы и перспективы поисков их коренных источников // Афтореф. дис. канд. Геол.-мин. наук. Воронеж, 2001. 36 с.

24. Граханов С.А. Особенности формирования и закономерности размещения россыпей алмазов северо-востока Сибирской платформы. Автореферат дис. док. геол.-мин. наук, Якутск, 2007. 40 с.30.

Информация о работе

Загубный, Дмитрий Геннадьевич
кандидата геолого-минералогических наук
Москва, 2010
ВАК 25.00.35

Диссертация

Выявление информативных признаков распространения кимберлитовых тел Восточной Сибири и сейсмогенных структур Горного Алтая на основе обработки дистанционных данных в авторской программе "Lineament" - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы