Выкарыстанне спадарожнікавых дадзеных у геафізічных метадах
Развіццё тэхналогій дыстанцыйнага зандзіравання зрабіла спадарожнікавыя дадзеныя адной з найважнейшых крыніц інфармацыі ў розных даследаваннях Зямлі. У геафізіцы — навуцы, якая вывучае фізічныя ўласцівасці Зямлі і працэсы, якія ў ёй адбываюцца, — спадарожнікавыя дадзеныя адкрылі новыя спосабы назірання за з'явамі ў рэгіянальным і глабальным маштабах з шырокім ахопам, перыядычнасцю і адноснай эфектыўнасцю. У той час як геафізічныя даследаванні раней у значнай ступені абапіраліся на працаёмкія і дарагія палявыя здымкі, спадарожнікавыя дадзеныя цяпер могуць служыць дадаткам і нават асноўным кіраўніцтвам пры планаванні даследаванняў. У гэтым артыкуле абмяркоўваецца, як спадарожнікавыя дадзеныя выкарыстоўваюцца ў геафізічных метадах, тыпы дадзеных, якія звычайна выкарыстоўваюцца, і прыклады іх прымянення ў разведцы рэсурсаў і ліквідацыі наступстваў стыхійных бедстваў.
Роля спадарожнікавых дадзеных у геафізіцы
У цэлым, геафізічныя метады накіраваны на картаграфаванне фізічных параметраў, такіх як гравітацыйныя палі, магнітныя палі, электрычныя ўласцівасці і дэфармацыя паверхні. Спадарожнікавыя дадзеныя дазваляюць як ускосныя, так і прамыя вымярэнні гэтых параметраў, паколькі спадарожнікавыя датчыкі прызначаны для фіксацыі электрамагнітных сігналаў, змяненняў становішча паверхні або варыяцый магнітных палёў.
Асноўнай перавагай спадарожнікавых дадзеных з'яўляецца іх шырокі ахоп і магчымасці маніторынгу з цягам часу. Гэта надзвычай карысна для вывучэння дынамікі Зямлі, напрыклад, зрухаў тэктанічных пліт, змяненняў узроўню грунтавых вод, апускання сушы і нават змяненняў палярнай ледзяной масы. Такім чынам, спадарожнікі служаць не толькі зямнымі «камерамі», але і геафізічнымі вымяральнымі прыборамі, здольнымі фіксаваць доўгатэрміновыя анамаліі і тэндэнцыі.
Тыпы спадарожнікавых дадзеных, якія маюць дачыненне да геафізікі
Выкарыстанне спадарожнікавых дадзеных у геафізіцы ўключае розныя тыпы датчыкаў, кожны з якіх мае розныя функцыі і выхадныя дадзеныя.
1. Мультыспектральная і гіперспектральная аптычная здымка
Аптычныя датчыкі, такія як Landsat, Sentinel-2 і WorldView, фіксуюць сонечнае святло, адлюстраванае ад паверхні Зямлі, у некалькіх спектральных дыяпазонах. У геафізіцы мультыспектральныя здымкі выкарыстоўваюцца для геамарфалагічнай інтэрпрэтацыі, картаграфавання паверхневай літалогіі, ідэнтыфікацыі гідратэрмальных змяненняў і картаграфавання геалагічных структур, такіх як разломы і зморшчыны, шляхам аналізу лінеаментаў. Гіперспектральныя дадзеныя, з іншага боку, маюць больш высокае спектральнае разрозненне, што дазваляе ідэнтыфікаваць канкрэтныя мінералы на аснове іх спектральных характарыстык.
2. Радар з сінтэзаванай апертурай (SAR)
SAR — гэта актыўны датчык, які выпраменьвае мікрахвалі і запісвае іх адлюстраванні. Перавага SAR заключаецца ў яго здольнасці запісваць дадзеныя днём і ноччу і пранікаць скрозь аблокі, што робіць яго ідэальным для трапічных рэгіёнаў. У геафізіцы SAR часта выкарыстоўваецца для тапаграфічнага аналізу, ідэнтыфікацыі геалагічных структур, картаграфавання змяненняў паверхні з-за апоўзняў, вывяржэнняў або паводак, а таксама для тэхнікі InSAR (інтэрфераметрычны SAR), якая можа выяўляць дэфармацыю паверхні ў маштабе ад міліметра да сантыметра.
3. Спадарожнікавая альтыметрыя
Спадарожнікавыя альтыметры вымяраюць вышыню паверхні мора або сушы з вялікай дакладнасцю. Дадзеныя альтыметрыі выкарыстоўваюцца ў марской геафізіцы для ўскоснага картаграфавання змен геоіда, акіянічных плыняў і формаў рэльефу марскога дна. Батыметрычнае картаграфаванне на аснове альтыметрыі мае важнае значэнне для разумення тэктанічнай структуры акіянічнага дна, звязанай са сярэдзінна-акіянічнымі хрыбтамі, жолабамі і зонамі субдукцыі.
4. Гравітацыйны спадарожнік
Такія місіі, як GRACE і GOCE, вымяраюць змены гравітацыйнага поля Зямлі. Гэтыя змены звязаны з размеркаваннем масы ўнутры Зямлі і зменамі масы на паверхні, такімі як змены запасаў падземных вод, раставанне лёду або змены масы з-за моцных землятрусаў. Спадарожнікавыя гравітацыйныя дадзеныя выкарыстоўваюцца для геадынамічных даследаванняў, гідралогіі і маніторынгу рэгіянальных змен масы.
5. Спадарожнікавыя магнітныя дадзеныя
Магнітныя спадарожнікі вымяраюць змены магнітнага поля Зямлі, якія паходзяць ад ядра Зямлі, зямной кары і іанасферы. Гэтыя дадзеныя карысныя для картаграфавання структуры зямной кары, вызначэння зон магнітных анамалій, звязаных з магматычнымі пародамі, і вывучэння рэгіянальнай тэктонікі. Магнітныя анамаліі здаўна з'яўляюцца важнымі паказчыкамі пры даследаванні некаторых мінералаў, асабліва тых, якія звязаны з мінералізацыяй у мафавых і ультрамафавых пародах.
Інтэграцыя спадарожнікавых дадзеных з традыцыйнымі геафізічнымі метадамі
Нягледзячы на тое, што спадарожнікавыя дадзеныя з'яўляюцца магутнымі, іх выкарыстанне, як правіла, найбольш эфектыўна пры інтэграцыі з традыцыйнымі геафізічнымі метадамі, такімі як сейсмічная, геаэлектрычная, наземная магнітная або наземная гравітацыйная даследаванне. Спадарожнікавыя дадзеныя могуць дапамагчы на ранніх этапах даследавання шляхам:
1. Вызначыць зону перспектыўнасці на аснове структуры паверхні і яе змяненняў.
2. Вызначце цяжкадаступныя зоны, каб палявыя абследаванні былі больш мэтанакіраванымі.
3. Забяспечце рэгіянальны кантэкст для інтэрпрэтацыі мясцовых геафізічных анамалій.
Напрыклад, інтэрпрэтацыя лінеаментаў па аптычных або SAR-здымках можа дапамагчы ў наземных магнітных даследаваннях для вызначэння асноўных разломных структур. Падобным чынам, дадзеныя InSAR, якія паказваюць заканамернасці дэфармацыі, могуць дапамагчы ўсталёўваць GPS-станцыі або выбіраць траекторыі сейсмічнай разведкі для тэктанічных даследаванняў.
Рэальнае прымяненне ў разведцы і ліквідацыі наступстваў стыхійных бедстваў
Разведка карысных выкапняў і геатэрмальных радовішчаў
Пры разведцы карысных выкапняў мультыспектральныя/гіперспектральныя здымкі могуць выкарыстоўвацца для выяўлення гідратэрмальных змяненняў, якія сведчаць аб сістэмах мінералізацыі. Гліністыя мінералы, аксіды жалеза і крэмній часта маюць адметныя спектральныя характарыстыкі. З іншага боку, спадарожнікавыя магнітныя і гравітацыйныя дадзеныя дапамагаюць зразумець рэгіянальную тэктанічную структуру, якая кантралюе шляхі пранікнення магмы і мінералізацыі.
Для геатэрмальнай энергіі разломы і трэшчыны служаць асноўнымі шляхамі цыркуляцыі гарачых флюідаў. SAR і аптычныя выявы могуць картаграфаваць вулканічнае выраўноўванне і марфалогію, у той час як InSAR можа кантраляваць інфляцыю або дэфляцыю магматычных цел, якія з'яўляюцца паказчыкамі актыўнасці геатэрмальнай сістэмы. Дадзеныя аб гравітацыі таксама могуць дапамагчы выявіць маштабныя змены ў масе флюіду, хоць іх інтэрпрэтацыя патрабуе асцярожнасці.
Змякчэнне наступстваў геалагічных катастроф
Выкарыстанне спадарожнікавых дадзеных асабліва важна ў маніторынгу стыхійных бедстваў. InSAR шырока выкарыстоўваецца для вымярэння дэфармацыі да і пасля землятрусаў, картаграфавання зрухаў разломаў і маніторынгу вулканічных рухаў. У выпадку апускання зямлі з-за эксплуатацыі падземных вод InSAR можа прадаставіць падрабязныя карты хуткасці апускання, што дазваляе ўрадам распрацоўваць палітыку кіравання воднымі рэсурсамі і прасторавага планавання.
Апоўзні таксама можна кантраляваць з дапамогай змяненняў зямлянога покрыва, градыентаў схілаў на аснове лічбавай мадэлі рэльефу (DEM) і выяўлення павольных дэфармацый. У прыбярэжных раёнах альтыметрыя і аптычныя здымкі дапамагаюць кантраляваць змены берагавой лініі і дынаміку акіяна, звязаную з рызыкай абразіі або цунамі.
Праблемы і абмежаванні
Нягледзячы на свае перавагі, спадарожнікавыя дадзеныя маюць абмежаванні. Па-першае, геафізічная інтэрпрэтацыя спадарожнікавых дадзеных часта ўскосная і патрабуе мадэляў і здагадак. Па-другое, прасторавае і часавае разрозненне адрозніваецца ў розных спадарожнікаў; не ўсе з'явы можна зафіксаваць аднолькава добра. Па-трэцяе, атмасферныя парушэнні, густая расліннасць або змены вільготнасці глебы могуць паўплываць на якасць пэўных дадзеных, асабліва для аптычных датчыкаў і некаторых радыёлакацыйных прыкладанняў. Акрамя таго, інтэграцыя некалькіх крыніц дадзеных патрабуе адэкватных магчымасцей апрацоўкі і аналізу, як з пункту гледжання праграмнага забеспячэння, так і кампетэнцыі чалавечых рэсурсаў.
Выснова
Выкарыстанне спадарожнікавых дадзеных у геафізічных метадах значна пашырыла магчымасці назірання за Зямлёй. Ад аптычных здымкаў для геалагічнага картаграфавання паверхні, SAR і InSAR для дэфармацыі і дынамікі паверхні да гравітацыйных і магнітных спадарожнікаў для вывучэння структуры і размеркавання масы — усё гэта ўносіць значны ўклад у разведку рэсурсаў і змякчэнне наступстваў стыхійных бедстваў. У будучыні спалучэнне спадарожнікавых дадзеных высокага разрознення, штучнага інтэлекту для інтэрпрэтацыі і інтэграцыі з палявымі даследаваннямі яшчэ больш умацуе ролю дыстанцыйнага зандзіравання як асновы сучаснага геафізічнага аналізу. Пры правільнай стратэгіі выкарыстання спадарожнікавыя дадзеныя не толькі дапамагаюць зразумець Зямлю, але і спрыяюць больш хуткаму і дакладнаму прыняццю рашэнняў у галіне бяспекі і ўстойлівасці.
