способ картирования содержаний породообразующих минералов интрузивных пород

Формула изобретения

Способ картирования содержаний породообразующих минералов интрузивных пород, выходящих на поверхность Земли и не перекрытых корой выветривания или рыхлыми отложениями, включающий многозональную космическую съемку спектральной яркости пород, петрографические исследования по определению количественного минералогического состава пород эталонных участков, характеризующихся однотипным ландшафтом и однотипным качественным минералогическим составом пород, отличающийся тем, что используются уравнения многомерной линейной регрессии, связывающие спектральные яркости и содержания породообразующих минералов, и по данным многозональной съемки спектральной яркости рельефа строят карты изолиний содержаний породообразующих минералов интрузивных пород.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к применению в геологии зондирования поверхности Земли из космоса. Преимущественная область его использования геологическое картирование.

Известен способ определения количественного минералогического состава кристаллических пород, который сводится к определению в шлифах под микроскопом содержаний породообразующих минералов (количественно-минералогический подсчет).

Недостатком этого способа является то, что он позволяет определять минералогический состав небольших (до 2-3 см в поперечнике) шлифов горных пород и к тому же является очень трудоемким. По этим причинам данный способ не используется для количественного минералогического картирования интрузивных массивов.

Известны визуальные способы геологического дешифрирования космических снимков поверхности Земли, которые позволяют выделить площади развития отдельных типов горных пород (структурное картирование [1]). Известны также способы выделения площади с повышенной концентрацией некоторых рудных минералов на основе цифровой обработки материалов многозональной космической съемки. К ним, в частности, относится способ обнаружения сульфидного оруднения и гидротермально измененных пород по данным космической съемки мультиспектральным сканером (МСС) "Лэндсат 1", который является наиболее близким к описываемому изобретению [2] Этот способ сводится к следующему. На площади известного меднорудного месторождения Саиндак в Пакистане была произведена классификация пород (в том числе орудненных) по спектральной яркости 4-х диапазонов снимков "Лэндсат". Эта классификация затем была использована в соседнем районе Машки-шах для выделения площадей развития пород, сходных по характеристикам спектральной яркости с оруденелыми кварцевыми диоритами и пиритизированными породами. В результате последующей проверки было установлено, что участки оруднения в большинстве случаев идентифицировались правильно.

Недостатком этого способа, так как и всех других, является то, что он позволяет построить только лишь карты предполагаемого распространения рудных минералов, имеющие качественный характер, а решить задачу количественного минералогического картирования интрузивов они не могут.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности и информативности карт интрузивных массивов и сокращение временных и материальных затрат при картировании.

Технический результат достигается следующим образом. Теоретически и эмпирические исследования показали, что многозональные космические снимки содержат количественную информацию о минералогическом составе интруэивных пород. В частности, были установлены связи между содержаниями породообразующих минералов и спектральной яркостью интрузивных пород, определяемой на космоснимках.

Использование зависимости спектральной яркости пород от содержаний породообразующих минералов делает возможным проведение количественного минералогического картирования интрузивных массивов по данным многозональной космической съемки спектральной яркости поверхности рельефа исследуемой территории. Космическая съемка спектральной яркости осуществляется с помощью существующих сканеров в узких зонах спектра электромагнитного излучения, получаемого при отражении солнечных лучей от земной поверхности. Оптимальными для съемки являются длины волн, при которых силикатные породообразующие минералы имеют минимум отражательной способности. Это диапазон 8-12 мкм, в котором наиболее различаются главные породообразующие силикатные минералы. Достаточно четко они различаются также в диапазоне 0,4-1,0 мкм.

На предварительном этапе работ проводится районирование исследуемой территории с выделением площадей, однотипных по ландшафту, в пределах которых распространены группы пород, однотипных по качественному минералогическому составу, т. е. содержащих один и тот же набор минералов. В пределах таких однородных площадей выделяются статистически представительное количество эталонных участков (обнажений), для которых известными полевыми и лабораторными петрографическими способами определяется количественный минералогический состав пород.

Для каждого эталонного участка и для каждой зоны спектра определяется средняя спектральная яркость.

По спектральной яркости и содержанию минералов для эталонных участков по каждому породообразующему минералу составляется уравнение многомерной литейной регрессии

y_it a_io + a_i1x_t1 + a_i2x_t2 + + a_inx_tn,

где x_tk средняя яркость для k-й (k 1,2,m) зоны спектра и t-го участка,

y_it среднее содержание i-го породообразующего минерала на t-м участке,

a_ik коэффициенты уравнения регрессии.

Площадь интрузивного массива разбивается на несколько десятков примерно равных участков. Для t-го участка и k-й (k=1,2,m) зоны спектра измеряется средняя яркость x_tk и про уpавнению регрессии вычисляется среднее содержание i-го минерала y_it. Отнеся эти содержания к центрам участков, путем их аппроксимации полиномом строятся изолинии содержаний минерала.

Сравнительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемое решение выгодного отличается от прототипа. Последний позволяет только выделить площади распространения отдельных типов пород, тогда как по предлагаемому способу можно выделить не только отдельные типы пород, но также построить карты количественного минералогического состава в пределах площади каждого типа.

На фиг.1 приведена схема разбиения площади Устукского интрузива на ячейки (пиксели) для измерения спектральной яркости и на участки для оценки среднего содержания минералов: 1 границы пикселей, 2 границы участков, 3 номер участка; на фиг. 2 карта изолиний содержаний кварца (в объемных) в Устукском интрузиве; на фиг.3 карта изолиний содержаний калиевого полевого шпата (в об. ) в Устукском интрузиве; на фиг.4 карта изолиний содержаний плагиоклаза (в об.) в Устукском интрузиве; на фиг.5 карта изолиний суммарных содержаний биотита и мусковита (в об.) в Устукском интрузиве.

Предлагаемый способ построения количественных минералогических карт апробирован на примере интрузивных массивов Нуратинского района Узбекистана (Темиркабукский, Устукский, Кошрабатский, заркайнарский, Каратауский, Зирабулакский массивы).

Для оценки коэффициентов уравнений множественной линейной регрессии использовались данные по среднему количественному минералогическому составу отдельных типов пород, полученные при проведении ранее полевых и лабораторных исследований (каталог интрузивных массивов Узбекистана. Ч.II Ташкент: Фан. 1975, 431 с.).

В качестве материалов космической съемки спектральной яркости использованы снимки "Лэндсат" Нуратинского района масштаба 1:1000000, полученные в результате съемки 31 мая 1982 г. в трех зонах спектра: 0,5-0,6 мкм (зона 4); 0,6-0,7 мкм (зона 5); 0,7-0,8 мкм (зона 6). Измеренные на космоснимках значения фототона с помощью сенситометрического клина пересчитаны на спектральную яркость. Площадь интрузивного массива разбивалась на примерно равные участки. На большинстве участков по 20 пикселей (фиг.1). Один пиксел приблизительно равен 0,3 мм х 0,3 мм в масштабе снимка (300 м х 300 м на местности). Это приблизительно соответствует сетке (густоте) точек наблюдений геологической съемки масштаба 1:25000. Используя построенные уравнения регрессии, по спектральным яркостям для каждого участка оценивались средние содержания (концентрации) породообразующих минералов. Вычисленные для участков средние содержания минералов относились к центрам участков и затем аппроксимировались и строились карты изолиний содержаний минералов. В другом варианте содержания минералов оценивались не по средней яркости, а по отношению яркостей разных зон.

В качестве примера здесь приведены результаты по Устукскому инструзивному массиву. На фиг. 1 показана схема разделения площади этого массива на пиксели (ячейки) и участки (всего 28 участков). На фиг.2-5 приведены карты изолиний содержаний кварца (фиг.2), калиевого полевого шпата (фиг.3), плагиоклаза (фиг. 4), биотита и мусковита (фиг.5). Изолинии проведены через 1 об. содержаний минералов.

Сравнение количественных минералогических карт интрузивных массивов, построенных предлагаемым способом, с геологическими данными показало их хорошее соответствие. В таблице приведены средние содержания породообразующих минералов (р_i) в интрузивах Нуратинского района, вычисленные по спектральным яркостям породы для спектральных зон 0,5-0,6 мкм (х₄), 0,6-0,7 мкм (х₅), 0,7-0,8 мкм (х₆) и их отношениям (x₅/x₄, x₆/x₅, x₆/x₄). Для сравнения здесь же даны фактические средние содержания, полученные традиционными геологическими и петрографическими методами (количественно-минералогический подсчет под микроскопом). По отклонениям средних содержаний минералов в интрузивах Нуратинского района, вычисленных по спектральным яркостям, с фактическими (полученными количественно-минералогическим подсчетом под микроскопом) оценены абсолютные и относительные средние погрешности. Полученные результаты обосновывают достаточную точность и эффективность предлагаемого способа.

Все работы от считывания космоснимков до построения конечных карт (за исключением микроскопических определений состава пород) выполнены автоматически с помощью современных компьютеров ("Периколор", IBM РС/АТ).

Высокая экономическая эффективность предлагаемого способа количественного минералогического картирования интрузивных пород достигается за счет резкого сокращения объема трудоемких полевых и лабораторных работ по определению состава пород, которые выполняются только в отдельных выбранных точках на местности, а по остальным точкам он находится по измеренным значениям спектральной яркости, получаемым с достаточной точностью сразу для больших площадей.

Масштабы возможного применения изобретения можно оценить из того, что интрузивные породы распространены на 30-60% площади всех регионов мира. С ними связано большинство рудных месторождений. Без больших дополнительных затрат можно получить количественные минералогические карты интрузивных массивов, используя данные космической съемки поверхности Земли.

Применение предлагаемого способа делает возможным автоматизацию процесса картирования интрузивных массивов и прогнозирования их рудоносности.