Hiện nay viễn thám đã và đang trở thành một phương pháp nghiên cứu rất có hiệu quả, mà các phương pháp nghiên cứu khác không thể có được. Các ảnh vũ trụ, ảnh vệ tinh được sử dụng đều có mức độ bao quát khu vực rộng, nhờ đó có thể giải quyết được các vấn đề cơ bản của địa chất khu vực. Phương pháp xử lý ảnh viễn thám kết hợp các phương pháp xử lý các số liệu khác như địa vật lý, địa chất kiến tạo,...và cả theo công nghệ GIS đã tạo ra các mô hình địa chất tổng hợp mà trước đây thường đòi hởi một khối lượng đồ sộ công tác điều tra, thăm dò, khảo sát.
Trang 1PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM - ĐỊA CHẤT TRONG NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC
ĐỊA CHẤT VÀ DỰ BÁO TRIỂN VỌNG KHOÁNG SẢN
I.1 THÀNH LẬP BẢN ĐỒ THẠCH HỌC
Xây dựng bản đồ thạch học là một nội dung quan trọng của viễn thám Trên ảnh vệ tinh, do mức độ khái quát cao mà không thể xác định chính xác hoá những yêu cầu phân tích về thành phần vật chất và địa tầng, tuy nhiên có thể phân tích từ ảnh vệ tinh những yếu tố cơ bản của sự phân đới, các nhóm bao gồm một tập hợp các loại đá có nguồn gốc
và thành phần tương tự nhau Dựa vào những dấu hiệu giải đoán có thể phân biệt các nhóm đá cơ bản
I.1.1 Nhóm đá trầm tích
Đá trầm tích đặc trưng bởi đặc tính phân lớp.Trên ảnh vệ tinh sẽ có sự thay đổi phổ
trên các lớp đá khác nhau Dựa vào các cấu trúc ảnh vệ tinh ta có thể giải đoán một số cấc đá trầm tích trên cơ sở các yếu tốgiải đoán ảnh Đá trầm tích phân lớp như cát kết,
bột kết, phiến sét có cấu trúc ảnh dạng dải.Trên một vùng rộng lớn bề mặt của các đá trầm tích không phân lốp sẽ cho cấu trúc ảnh mịn và đồng nhất trên một khu vực Các dấu hiệu địa hình sông suối, thủy văn đặc trưng sẽ cho phép giải đoán các thành tạo sông suối Đá vôi có đặc tính ảnh khác với các đá trầm tích khác là thể hiện sự thay đổi địa hình bởi các hố sụt karster.Trên ảnh vệ tinh sẽ là các đốm ảnh xẫm màu Những chuyên gia kinh nghiệm nhìn vào kiến trúc ảnh vệ tinh rất dễ dàng phân biệt đá vôi với các thành tạo trầm tích khác
Trên ảnh vệ tinh, đá trầm tích được phân biệt bởi cấu tạo dạng dải, tạo nên do các lớp
kế tiếp nhau, các tầng có thành phần thạch học và độ cứng khác nhau, tuy nhiên đặc điểm này cũng có ở đá biến chất Trong những trường hợp đó, đá biến chất có tone ảnh sậm hơn Một dấu hiệu khác hết sức quan trọng để phân biệt đá trầm tích là mạng lưới thuỷ văn hình cành cây với mật độ cao hơn hoặc một số dạng mạng lưới thuỷ văn đặc trưng
khác nhau ở dạng vuông góc, dạng song song
- Đá cacbonat là dạng đặc biệt của đá trầm tích, phổ biến là đá vôi và đá đôlômit
Trang 2Trên ảnh chúng có màu sắc tương đối sáng Một dấu hiệu đặc biệt để nhận biết các đá cacbonat là mạng lưới thủy văn ẩn, ngoài ra đá cacbonat thường có cấu trúc ảnh dạng vệt đốm rất rõ Những đặc điểm đó là kết quả cùa hoạt động karst tạo nên Nhìn trên diện rộng vùng tập trung đá cacbonat luôn thể hiện rõ những cấu trúc và kiến tạo địa tầng như đứt gãy, hướng uốn nếp, tuyến phân bố
Hình 1.3 Đá vôi vùng Hà Giang và khu vực bắc bộ trên ảnh vệ tinh Landsat
- Đá sét (các đá argilit, sét bột kết) thường chúng phân bố ở địa hình ẩm, do có độ cứng thấp, dễ bị bở rời Chúng thường chứa nhiều nước và các vật liệu hữu cơ ở tầng mặt nên nhìn chung chúng thường có tone ảnh sẫm, mạng lưới thủy văn hình cành cây có mật
độ cao, hình tơ Trong trường hợp ở địa hình cao, vùng khí hậu khô hạn, tone ảnh của đá sét lại trở nên rất sáng (do độ ẩm thấp và độ phản xạ cao của vật chất sét giàu nhôm)
- Các đá vụn gắn kết (cuội kết, cát kết) Các đá này có độ cứng gần giống như đá cacbonat nhưng không bị quá trình karst phá hủy mạnh nên chúng thường tạo các dạng địa hình hoàn chỉnh với sự phân cắt không lớn và thường có hệ thống khe nứt rõ ràng, cấu tạo ảnh thô và có sự phân lớp Mặt khác, các quá trình hoạt động ngoại sinh như trượt đất, phong hóa và tàng tích đã tạo nên những hình dạng đặc thù bên ngoài cho các địa hình có nền là cuội kết, cát kết.Ví dụ, những hiện tượng trượt lở đất và các nón phóng vật thường xuyên xuất hiện ở vùng phân bố của đá cuội kết, cát kết
Trang 3Hình 1.4.Các thành tạo bồi tích trên ảnh Landsat cấu trúc ảnh loang lỗ trên ảnh
band 5 hoặc trên ảnh tổnghợp màu giả
Các đá vụn (ảnh MSS) (cát, bột, cuội, tảng, ) đa số các trường hợp chúng có tone ảnh sáng, mạng lưới xâm thực ít đặc trưng do khả năng thấm lọc nước tốt Địa hình thường dạng tròn hoặc nổi cao chút ít Nhìn trên ảnh, các đá vụn bở rời thường tập hợp thành các dạng địa hình đặc trưng như roi cát, bãi bồi, nón phóng vật Tuỳ theo đặc điểm
và vị trí phân bố trên ảnh mà có thể phân biệt các đối tượng như: bồi tích, sưòn tích, lũ tích, hồ tích, gió tích và cả một số loại trung gian Trầm tích sông suối (bồi tích và lũ tích) được phân biệt bởi màu xám hoặc sáng đồng nhất vối cấu trúc dạng dòng chảy, hình quạt Bồi tích thường có cấu trúc dạng dải và phân bố hai bên dòng sông, mạng lưới thuỷ văn thường có dạng bện tóc
Trầm tích bùn sét do hồ đầm tạo nên thường tồn tại ở địa hình bằng phẳng có tone ảnh xám và mạng lưới thuỷ văn hình cành cây với mật độ cao Các trầm tích bở rời thành tạo do gió thường có hình dạng đặc biệt: dạng vệt chổi với tone ảnh rất sáng ở band 7, còn ở ảnh tổng hợp màu giả, chúng có màu sáng hoặc đở (do cây trồng quanh khu dân
Trang 4cư), dễ dàng phân biệt chúng trên ảnh căn cứ vào việc phân bố dọc đới ven biển Các dấu hiệu này phân biệt rất rõ trên ảnh ở vùng đồng bằng sông Hồng, đồng bằng sông cửu Long hoặc các ảnh ở ven biển miền trung
I.1.2 Các đá magma xâm nhập
Đá xâm nhập không có phân lớp và phiến, đồng nhất trên một diện phủ rộng.Trên ảnh đá magma xâm nhập có dấu hiệu dễ phân biệt là cấu trúc khối hình vòm, mạng lưới thuỷ văn hình cành cây thưa Đá magma thường tạo các địa hình gồ ghề thô với hệ thống khe nứt phân cắt nhiều hướng Do đặc điểm đó, các khối đá magma thường có cấu trúc thô vối từng mảng tối xen các mảng sáng do bóng các đỉnh núi tạo nên Ớ địa hình núi và nằm trong khí hậu nhiệt đổi ẩm, thường các đá magma có lớp phong hoá dày nên lớp phủ rừng phát triển khá tốt, do đó trên ảnh tổng hợp màu giả, màu của lớp phủ rừng được thể hiện khá đậm Căn cứ vào mức độ đậm nhạy của tone ảnh mà có thê phân loại các đá magma theo nhóm chính axit, trung tính, bazơ hoặc siêu bazơ Tuy nhiên rất khó phân biệt giữa đá magma xâm nhập với đá phun trào có cùng thành phần như (như granit với ryolit, diorit với bazan)
Hình 1.5.Ảnh máy bay stereo chụp đá granit vùng Wyomyth, chụp năm 1947, (Theo
Thomas M.Lillesand và Ralph W.Kiefer, 1987)
Trang 5I.1.3 Đá phun trào
Thông thường chỉ phân biệt rõ đá phun trào bazan, đặc biệt là đá phun trào bazan trẻ Chúng thường dễ phát hiện trên ảnh nhờ các đặc điểm sau: vị trí phân bố của chúng thường nằm xung quanh miệng núi lửa đã tắt, cấu tạo dạng vòm, dạng dòng chảy hoặc dạng dải, cấu trúc ảnh cũng rất điển hình vối dạng vân não Mạng lưới thủy văn dạng đồng tâm, dạng hướng tâm dạng tởa tia Màu của núi lửa thường xám hoặc tối (ví dụ: bazan vùng Tây Nguyên), màu tối có liên quan đến khoáng vật sẫm màu có trong đá Các
đá phun trào khác thường khó phân biệt hơn, song cũng căn cứ vào màu tối và cấu trúc dạng vòm, vối mạng lưới thủy văn tởa tia để phân biệt chúng với những loại đá khác
Hình 1.6 Thành tạo Bazan dòng chảy, ảnh máy bay stereo, vùng Sykiyou,
Canifornia, chụp năm 1955 (TheoThomas M.Lillesand và Ralph W.Kiefer 1987)
Trang 6có mật độ cao, tạo cho người giải đoán thấy khái niệm về sự phân phiến, phân lớp
Đá biến chất thường có tone ảnh xám, riêng đối với đá quaczit, ảnh lại có màu sáng, cấu trúc ảnh thường ghồ ghề tạo cảm giác về các đỉnh sắc nhọn trên địa hình, khá giống với đặc điểm trên ảnh của khối granit Một trong những đặc điểm có thể phân biệt được là
sự phân bố của các đá biến chất thường có liên quan chặt chẽ với các cấu trúc địa chất Đôi khi có hai mạch lớn cũng dễ phát hiện trên vùng có đá biến chất có màu sáng hoặc tối khác biệt so vối đá biến chất xung quanh
Việc giải đoán các thành tạo địa chất từ dữ liệu ảnh viễn thám vệ tinh dựa trên các yếu tố giải đoán ảnh giống trong giải đoán từ ảnh máy bay khi giải đoán bằng mắt Trong
phương pháp giải đoán ảnh số các quy trình xử lý ảnh như tổ hợp màu, lọc ảnh, tỷ số ảnh,
phân tích thành phần chính, và tỷ số ảnh và phân loại ảnh được sử dụng để cho kết quả giải đoán thạch học được tốt hơn Thông tin thạch học dựa trên một loạt các chỉ tiêu chung có thể kể ra là: Đặc tính địa chất nói chung của khu vực, phong hóa và địa hình, hệ thông thủy văn, các yếu tố cấu trúc, đất, thực vật, và đặc tính phổ Đặc tính phổ phản xạ
của các thành tạo địa chất đóng vai trò hết sức quan trọng trong giải đoán ảnh số từ các
kênh ảnh đa phổ Đặc tính phổ rất khác nhau trong các đá phong hóa và đá gốc Trong công nghệ giải đoán các thành tạo địa chất áp dụng xử lý ảnh số làm tăng chất lượng ảnh
và kết hợp với giải đoán bằng mắt tiếp sau đó
I.1.5 Các đá biến chất
Đá biến chất đặc trưng bởi phần phiến và cho dấu hiệu giải đoán ảnh là các yếu tố dạng tuyến trên ảnh.Các đá biến chất nguồn xâm nhập thường trên ảnh giống như đá xâm
nhập và rất khó giải đoán.Tuy nhiên khi nhận diện trên ảnh kết hợp với việc so sánh với
các loại đá lân cận và có tham khảo tài liệu đã có thì có thể phân biệt được đá biến chất
Có thể dựa vào các dấu hiệu sau để phân biệt chúng trên ảnh:
a Quaczit
- Phong hóa: không bị phong hóa
- Địa hình: tạo nên các sống núi dạng vòm, tường vách đứng
Trang 7- Thủy văn: thưa dạng vuông góc hoặc xiên, mắt cáo
- Phân phiến: dạng khối, không phân phiến
- Đứt gẫy: có nhiều rãnh nứt nẻ gồm từ 3 đến 4 hệ thống
- Thực vật: không thực vật (trừ nơi có ít đất phủ)
- Đặc tính phổ: sáng màu trên các dải sóng
- Dấu hiệu dải đoán: địa hình nổi, thủy văn dạng vuông góc, xiên, nứt nẻ, ít bị che phủ
bởi thực vật, tôn ánh sáng
b Đá hoa (marble)
- Phong hóa: hòa tan
- Địa hình: dạng sống, đồi, karst, dạng vòng
- Thủy văn: thô và hiếm
- Phân phiến: không quan sát thấy
- Đứt gãy: có mặt, dạng cong
- Thực vật: ít, biến thiên
- Phổ: hấp thụ trên kênh phổ nhìn thấy, còn ở trên kênh NIR, chúng có tông màu sáng
- Các dấu hiệu giải đoán chính: biến dạng, cấu trúc vòng, tôn ảnh sáng trên các dải sóng
c Đá gơnai
- Phong hóa: đề kháng với quá trình phong hóa cao
- Địa hình: thấp, vòng tròn mịn
- Thủy văn: dày, á song song, á cành cây, vuông góc
- Phân phiến (trẻ): phân phiến và xen với các đá khác
- Đứt gẫy: phát triển mạnh
- Thực vật: độ che phủ thực vật cao
- Đặc tính phổ: thay đổi
- Dấu hiệu giải đoán chính: địa hình thấp, thế trẻ và dạng dải, nứt nẻ
Hình dưới đây là minh họa cho 3 kênh phổ BGR của ảnh Landsat, khu vực khối Con Voi - sông Hồng thuộc địa phận tỉnh Lào Cai, có thể phân tích được các khối đá biến chất khác nhau thuộc tuổi O-S
Trang 8Hình 1.7 Kênh đen trắng của ảnh Landsat khu vực Khối Con voi -thuộc tỉnh Lào
Cai, có thể thấy rõ các khối đá biến chất có nguồn gốc trầm tích (bên trái) và magma
(trung tâm)
Trang 9I.2 NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT
Giải đoán ảnh vệ tinh và radar trong nghiên cứu địa chất được áp dụng rất rộng rãi Phương pháp giải đoán được thực hiện trên cả hai phương diện là giải đoán bằng mắt và giải đoán số hoặc kết hợp cả hai phương pháp với các dữ liệu khảo sát thực địa Cơ sở nền tảng trong giải đoán cấu trúc địa chất dựa trên địa mạo kiến tạo.Quan niệm của cơ sở này là các thành tạo địa chất dưới tác nhân phong hóa tạo nên các cấu trúc khác nhau và kết quả hình thái của chúng phụ thuộc vào tác nhân trong (các loại đá, thành phần vật chất của chúng, tác động nội lực) và tác nhân thiên nhiên bên ngoài Mục đích của việc giải đoán cấu trúc địa chất là giải mã tính không liên tục của địa hình và hiểu được bản chất gián đoạn này
Đặc tính của qui luật không liên tục trong thành tạo địa chất thể hiện ở các đặc tính địa hình, độ dốc, màu và tông ảnh, đất, độ ẩm, thực vật và tổ hợp các yếu tố trên
Trong phần nghiên cứu cấu trúc địa chất chúng ta sẽ xem xét các đặc tính về phân lớp, uốn nếp, đứt gãy, các thành tạo rift, các linearment và cấu trúc vòng
I.2.1 Nghiên cứu uốn nếp và các đứt gãy
Các thành tạo uốn nếp và cấu trúc đứt gãy có thể giải đoán trên ảnh vệ tinh bằng mắt
và số
Hình 1.8 Thành tạo phân lớp trong ảnh vệ tinh SIR (a) thê hiện cấu trúc ảnh dạng
dải do khác biệt về lớp b - phân lớp đá nằm ngang thành tạo paleozoi, MSS7,
(Tanezrouft, Nam Algeria), 1972 (Theo ravi p, Gupta, 1991)
Trang 10Các thành tạo đá trầm tích cát kết bị uốn nếp được ghi nhận bởi ảnh radar vùng núi Ouchita, ảnh NASA Cát kết tạo nên các nếp lồi vùng phía trên ảnh và nếp lõm vùng dưới ảnh (hình 1.6)
Hình 1.9.Thành tạo cát kết bị uốn nếp Dữ liệu ảnh radar núi Ouchita, vùng Le
Flore, Oklahoma (ảnh NASA, Phởng theo Thomas M Lillesand và Ralph w Kiefer,
do thay đổi tướng trầm tích, dòng chảy, đường địa hình do sụt lún hoặc sống núi, đường dạng tuyến do các trường khí và dầu, sự xuất hiện của các mạch nước phun, các đường dị thường trọng trường, từ trường, thảm thực vật dạng tuyến, thay đổi màu của đất, v.v Việc tách lọc thông tin về các đường dạng tuyến linearment này cho thông tin hoàn toàn địa chất được tiến hành công phu.Trước hết các đối tượng dạng tuyến được giải đoán bằng số, mắt bằng các phần mềm xử lý ảnh và bằng kinh nghiệm của người chuyên gia Các cấu trúc dạng tuyến được chọn lựa, đối sánh với các dữ liệu địa chất, thực địa để loại bở các đối tượng dạng tuyến không thuộc địa chất
Trang 11Hình 1.10.Cặp ảnh radar nổi, 1978 Tây Đức, và giải đoán các cấu trúc địa chất, đứt gãy
và núi lửa
Hình 1.11 Ảnh vệ tinh landsat MSS (1988) Hòa Bình, Việt Nam, ảnh thành phần chính 1
và các yếu tố dạng tuyến được giải đoán Các yếu tố dạng tuyến này là các đứt gãy địa
chất
Nghiên cứu lineament được ứng dụng trong khoa học Trái Đất như nghiên cứu kiến tạo toàn cầu, khoanh vi các yếu tố cấu trúc chính, nghiên cứu biến dạng và ranh giới địa chất Các cấu trúc dạng vòng được giải đoán trên ảnh vệ tinh có thể là các khối xâm nhập, các vòm núi lửa Trên hình 1.11 cấu trúc dạng vòng là thể xâm nhập granit Kim Bôi nằm
ở phía tâm ảnh Landsat MSS Phần phía góc trên phải của ảnh vệ tinh trên hiển thị rất rõ
Trang 12cấu trúc vòng của địa hình (phía trên thị xã Hòa Bình), bao bởi sông Đà Các cấu trúc dạng tuyến là các đứt gãy dọc theo các dải đá vôi chạy theo hưống tây bắc - đông nam Trong viễn thám thuật ngữ lineament được sử dụng để miêu tả các yếu tố dạng tuyến
có thể phân tích được trên ảnh Nhiều nhà khoa học đã quan tâm và đặt ra những khái niệm khác nhau như : khái niệm tuyến của Hobbs (1904-1912), Oleany, Friedman, Pohn (1976) đã đưa ra khái niệm dạng tuyến nguyên thuỷ và dạng tuyến ứng dụng
Tuy nhiên, về mặt ứng dụng có thể hiểu khái niệm lineament là các yếu tố tuyến tính với nhiều quy mô khác nhau Lineanent có thể là khái niệm trong nghiên cứu cấu tạo của
đá song cũng có thể là khái niệm rộng hơn, về địa hình, địa mạo hoặc liên quan đến các vấn đề kiến tạo.Vì vậy, lineament có thể là đặc điểm của đối tượng hoặc của tập hợp nhiều đối tượng Về mặt kích thước, các yếu tố tuyến tính có thể là rất nhỏ từ vài chục mét đến hàng trăm km, về mặt hình thái, dạng tuyến có thể là những đường nét rất rõ ràng hoặc rất mờ nhạt, về mặt bản chất yếu tố tuyến tính có thể chỉ là những khe nứt lớn hoặc những đứt gãy nông, song cũng có thể là những đứt gãy sâu có biên độ rất lớn dài hàng trăm km và rộng từ vài chục mét đến vài km Tất nhiên trên thực tế lineament còn là dấu hiệu của rất nhiều yếu tố sử dụng đất (hay hiện trạng bề mặt đất) như: đường sắt, kênh đào, cầu đường, sân bay, Xác định các yếu tố dạng tuyến trên ảnh thể hiện trên ảnh
các yếu tố ảnh và các yếu tố địa kỹ thuật:
Tone ảnh:
+ Dạng tuyến giữa biên giới của các vùng có tone ảnh tương phản khác nhau
+ Dải ngược lại với đới có tone ảnh tương phản
- Cấu trúc ảnh: là dạng tuyến trong từng đới có tone ảnh và cấu tạo đồng nhất
- Địa hình:
+ Đường sông núi hoặc thung lũng
+ Những đoạn thẳng không bình thường của đường bờ biển, của dòng sông
+ Sự sắp xếp thẳng hàng của các hồ nước
+ Sự sắp xếp thẳng hàng của từng phần các thung lũng
+ Đổi đập vỡ của địa hình trong các dải địa hình đồng nhất
Trang 13+ Ranh giới thẳng giữa hai kiểu địa hình: núi và đồi, đồi và đồng bằng
- Sự phân bố dạng tuyến của các hồ đầm
- Sự phân bố dạng tuyến của các hiện tượng sử dụng đất đặc biệt, không giống những con đường đã được nắn thẳng
Hình 1.12 Biểu hiện của Lineament trên ảnh vệ tinh
+ Dấu hiệu về sử dụng đất
Hình 1.13 Ảnh Landsat khu vực đông bắc thể hiện rõ các đứt gãy: Sông Hồng,
Sông Mã, Tiên Yên-Cao Bằng, đứt gãy dọc đường 18B, đứt gãy Bắc Giang-Lạng Sơn
