Chương IV ỨNG DỤNG KỸ THUẬT VIỄN THÁM TRONG ĐIỀU TRA TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
4.4 Viễn thám ứng dụng điều tra nghiên cứu địa chất thủy văn
4.4.1 Vai trò của phương pháp viễn thám trong nghiên cứu địa chất thủy văn
Việc sử dụng các tư liệu Viễn thám cho phép xác định một loạt tiêu chuẩn mới của thành tạo địa chất mà không phát hiện được bằng các phương pháp khác, như việc nghiên cứu các yếu tố cấu trúc lớn của vỏ trái đất trên phạm vi khu vực và các thành hệ đá. Đặc điểm khác biệt quan trọng của ảnh vũ trụ là thể hiện rõ “ Hiệu ứng chiếu sáng ” tạo điều kiện dễ dàng phát hiện các cấu tạo ẩn nằm dưới lớp trầm tích bở rời ở độ sâu 200-300m, làm tăng độ sâu nghiên cứu so với các tư liệu thu nhận từ việc giải đoán bằng ảnh máy bay thông thừơng.
Ngoài ra ưu thế quan trọng nữa của các tư liệu ảnh vũ trụ trong nghiên cứu các mega và macro địa hình, hình thái cấu trúc và hình thái kiến trúc của các vùng lớn. Đồng thời trong các ảnh đó còn chứa đựng các thông tin về đặc điểm phân đới đài cao và phân khu cấu tạo cảnh quan trái đất. Tất cả những ưu điểm nêu trên của ảnh vũ trụ đều có thể ứng dụng rộng rãi để giải quyết các nhiệm vụ địa chất thủy văn.
Trong quá trình nghiên cứu lý thuyết chỉ thị hoá cảnh quan S.V. Victorov đã đề nghị xem hệ lãnh thổ tự nhiên như là một hệ thống nhiều bậc. Trên quan điểm đó có thể xem môi trường tự nhiên gồm ba bậc:
a) Bậc trên gồm: Địa hình chung, lớp phủ thổ nhưỡng, thực vật nước mặt và các công trình trên mặt do con người xây dựng nên;
b) Bậc giữa: giữa vỏ phong hoá trong phạm vi đới không khí;
c) Bậc dưới : đất đá nằm dưới tầng nước ngầm.
Như vậy trong sơ đồ cấu trúc này các dạng nước dưới đất nằm ở các vị trí khác nhau:
nước ngầm - trong bậc giữa, nước atezi -bậc dưới.
Như vậy đối tượng nghiên cứu của các nhà địa chất thủy văn- nước dưới đất hầu như hoàn toàn bị che phủ và không lộ ra trong bậc trên của phức hệ lãnh thổ tự nhiên. Vì vậy giải đoán địa chất thủy văn là giải đoán chỉ thị, ở đây sẽ phát hiện các chỉ thị hoặc các dấu hiệu chỉ thị có liên quan với các điều kiện kiến tạo nhất định thể hiện bằng địa hình địa phương, theo các
tập đoàn thực vật, hoặc theo các hình thức sử dụng nước dưới đất của con người (hệ thống hành lang khai thác nước, giếng). Tất cả các dấu hiệu ấy được gọi chung là dấu hiệu chỉ thị nước.
Từ những điều nêu trên khi điều tra địa chất thủy văn các tư liệu viễn thám có thể sử dụng để giải quyết các nhiệm vụ cụ thể sau:
- Nghiên cứu quy luật phân bố nước dưới đất trên phạm vi khu vực;
- Vẽ bản đồ địa chất thủy văn tỷ lệ nhỏ và trung bình;
- Nghiên cứu các điều kiện hình thành dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm, đánh giá mối quan hệ giữa nước mặt và nước dưới đất.
4.4.2 Cơ sở phương pháp luận của phương pháp
Nước dưới đất là một loại tài nguyên khoáng sản nằm trong lòng đất, sự tồn tại của chúng vừa bị chi phối bởi các yếu tố địa chất nghĩa là những đặc thù về cấu trúc vỏ trái đất trong từng vùng nhất định vừa tuỳ thuộc vào các nguồn cung cấp, bổ sung cho nó tức là các điều kiện khí tượng thủy văn.
Trong nhiệm vụ điều tra địa chất thủy văn chúng ta cần làm sáng tỏ điều kiện phân bố thế nằm, động lực, chất lượng và trữ lượng nước dưới đất. Thành phần thạch học của đất đá chứa nước, cách nước phản ánh thứ tự thế nằm và kiến trúc của bồn chứa nước.
Những nội dung này thường được thể hiện bằng ngôn ngữ bản đồ - đó là các loại bản đồ địa chất thủy văn. Thực chất của những thông tin trên có thể phân thành hai loại cho lãnh thổ nhất định là:
* Thông tin địa chất và
* Các thông tin về cảnh quan tự nhiên.
Các thông tin địa chất bao gồm các đặc trưng về cấu trúc địa chất, thành phần thạch học (phân bố theo diện và theo mặt cắt), các yếu tố kiến tạo, đứt gãy, các đặc điểm về vỏ phong hoá, điều kiện xuất lộ nước v.v..
Các thông tin về cảnh quan tự nhiên quyết định đến sự tồn tại và phân bố nước dưới đất, có thể nêu lên như các dạng địa hình, địa mạo, hệ thống mạng lưới sông suối cổ và hiện tại, các đặc điểm về lớp phủ thổ nhưỡng, lớp phủ thực vật, đặc điểm khí hậu khí tượng.
Như vậy nếu chúng ta có một tập hợp các thông tin trên thì chúng ta hoàn toàn có đầy đủ cơ sở thu nhận các thông tin tổng hợp cần thiết để thể hiện các quy luật phân bố, điều kiện tàng trử và các điều kiện địa chất thủy văn của từng vùng lãnh thổ.
Vì vậy vấn đề đặt ra ở đây là cần xem xét mối quan hệ biện chứng và hữu cơ giữa các loại yếu tố tự nhiên trên với các thông tin có thể thu thập được từ các tư liệu viễn thám từ các sensor khác nhau ở các độ cao khác nhau.
Về nguyên lý các loại yếu tố trên có thể khai thác từ các thông tin viễn thám với các mức độ khác nhau (từ định lượng đến định tính).
Trong các thông tin nêu trên, phần lớn là các dấu hiệu gián tiếp trừ dấu hiệu xuất lộ trực tiếp nước dưới đất.
Như vậy khả năng của phương pháp viễn thám có thể cho ta một tập hợp các dấu hiệu gián tiếp và một phần trực tiếp thông qua sự phân tích các thông tin trên ảnh trong cùng một thời điểm và một lãnh thổ cụ thể do đó tính đồng nhất của lượng thông tin này rất cao và là một điều kiện thuận lợi cho việc tổng hợp tài liệu để thành lập bản đồ địa chất thủy văn.
4.4.3 Các dấu hiệu trực tiếp và dán tiếp có liên quan đến nước dưới đất từ các thông tin viễn thám
Để giải quyết nhiệm vụ đặt ra ở trên chúng ta cần phải xem xét mối liên quan tổng thể giữa các đặc điểm của các đối tượng có liên quan như địa chất, địa mạo, thổ nhưỡng, thảm phủ thực vật, mạng lưới sông ngòi...với những đặc điểm thể hiện của chúng trên tư liệu viễn thám.
Trên cơ sở đó xác định các điều kiện liên quan tới nước dưới đất.
1- Các dấu hiệu địa chất
a/ Các dấu hiệu về thành phần thạch học - Các loại đá mácma, axit, trung tính, bazơ;
- Các loại đá biến chất;
- Các loại đá trầm tích, các trầm tích cổ, các trầm tích trẻ.
b/ Các dấu hiệu về cấu trúc địa chất
- Các đứt gãy lớn mang tính chất khu vực, các đứt gãy cổ, các đứt gãy sâu;
- Các hệ thống đứt gãy địa phương;
- Các đai, mạch;
- Các yếu tố uốn nếp;
- Các dạng cấu trúc, kiến tạo khác.
2- Các dấu hiệu địa mạo
- Các dạng núi cao, trung bình, cấu tạo khối tảng;
- Các dạng cao nguyên;
- Các dạng đồng bằng bán bình nguyên;
- Các đồng bằng bóc mòn với núi sót thuộc thung lũng giữa các núi và trước núi;
- Các đồng bằng tích tụ với núi sót thuộc thung lũng giữa núi;
- Các đồng bằng bóc mòn xen núi sót;
- Các nón phóng vật;
- Các vạt gấu đeluvi;
- Các miệng núi lửa;
- Các dạng địa mạo khác.
3- Các dấu hiệu thảm thực vật - Rừng gỗ lá rộng thường xanh;
- Rừng hỗn giao cây gỗ và tre nứa;
- Rừng cỏ tranh, cây bụi;
- Rừng khộp;
- Rừng tre nứa;
- Rừng thông;
- Các loại khác.
4- Dấu hiệu mạng lưới sông ngòi
- Dạng của mạng lưới sông ngòi;
- Mật độ của mạng lưới sông ngòi;
- Chế độ của sông (dòng chảy thường xuyên, dòng chảy tạm thời );
- Các dấu hiệu khác.
5- Các dấu hiệu thổ nhưỡng và sử dụng đất - Các dấu hiệu đất chính;
- Hiện trạng sử dụng đất.
6- Các dấu hiệu khác
Tất cả các dấu hiệu trên sẽ được xác định cụ thể trên từng loại thông tin viễn thám khác nhau. Để có thể nhận biết các dấu hiệu trên cần phải xây dựng các ô thử nghiệm tiêu chuẩn được nghiên cứu tương đối kỹ ở mặt đất. Từ đó xây dựng được các bộ khoá để có thể xác định được các dấu hiệu trên.
4.4.4 Trình tự tiến hành
Để tiến hành ứng dụng phương pháp viễn thám trong nghiên cứu địa chất thủy văn, cụ thể là thành lập bản đồ địa chất thủy văn tỷ lệ nhỏ, cần tiến hành theo các bước sau:
Bước 1: Giai đoạn chuẩn bị
- Thu thập tất cả các tài liệu viễn thám có liên quan tới vùng nghiên cứu, bao gồm các loại phim ảnh, băng từ của máy bay và vệ tinh, các tư liệu khác có liên quan.
- Thu thập các tài liệu điều tra khảo sát mặt đất trong phạm vi vùng nghiên cứu bao gồm:
các tài liệu về địa chất, địa mạo, các điều kiện về địa lý tự nhiên, khí tượng thủy văn và địa chất thủy văn.
- Trên cơ sở các tài liệu chuẩn bị được tiến hành tổng hợp sơ bộ và chọn ra một số vùng
“ mẫu ” để xây dựng các khoá ảnh cũng như chọn các dấu hiệu quan trọng cần quan tâm. Trong các vùng mẫu trên cơ sở phân tích (bằng mắt) các thông tin có quan hệ trực tiếp với nước dưới đất, cụ thể là:
+ Thông tin về cấu trúc địa chất có liên quan đến điều kiện tích tụ, vận động và tàng trử của nước dưới đất;
+ Thông tin về thành phần thạch học của các đất đá chứa nước và cách nước;
+ Thông tin về đặc điểm kiến tạo và các hệ thống đứt gãy để xác định khả năng chứa nước hoặc dẫn nước của chúng;
+ Thông tin về đặc điểm địa mạo để xác định điều kiện cung cấp và tích tụ nước;
+ Thông tin về lớp phủ thổ nhưỡng thực vật để dự báo về khả năng tồn tại của nước ngầm và sự biến động của chúng;
+ Thông tin về mạng lưới sông ngòi để tìm hiểu mối quan hệ giữa dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm và sự biến động của chúng;
+ Thông tin về điều kiện xuất lộ nước dưới đất.
Trên cơ sở phân tích, giải đoán các vùng mẫu với các dấu hiệu trên cho phép ta xác định một số dấu hiệu quan trọng và xây dựng các khoá ảnh cần thiết để sử dụng cho toàn vùng.
Việc chọn một số vùng mẫu này tuỳ thuộc vào diện tích vùng nghiên cứu. Tốt nhất chọn một số vùng mẫu, mỗi vùng đặc trưng cho một dạng tồn tại của nước dưới đất trong một cảnh quan nhất định.
Bước 2. Gồm các công việc sau:
- Kiểm tra thực địa những kết quả xử lý giải đoán ở bước 1 trong các vùng mẫu. Qua đợt thực địa này sẽ sơ bộ bổ sung thêm các phần cần thiết của các dấu hiệu đã xác định;
- Trên cơ sở các khoá đã khẳng định ở bước 1 (sau khi đã tiến hành kiểm tra) tiến hành giải đoán tất cả các dấu hiệu (trực tiếp và dán tiếp) cho toàn vùng nghiên cứu để thành lập một loạt các bản đồ phân tích.
Bước 3.
- Tổng hợp các kết quả của các nghiên cứu bước 2 tiến hành thành lập bản đồ địa chất thủy văn và bản đồ phân vùng địa chất thủy văn theo các bản chú giải đã thống nhất trước;
- Viết thuyết minh kèm theo.
4.4.5 Phương pháp tiến hành
Để tiến hành giải đoán, khai thác các thông tin viễn thám một cách có hiệu quả nhất cần phải sử dụng tổng hợp tối đa các phương tiện kỹ thuật cụ thể để xử lý. Hiện nay trong điều kiện Việt Nam dạng thông tin viễn thám nhận được chủ yếu là:
- Phim ảnh đa phổ (vũ trũ hoặc máy bay);
- Phim ảnh màu;
- Phim ảnh màu toàn sắc (dùng cho bản đồ);
- Băng từ;
- Một số số liệu về phổ.
Các thông tin chủ yếu là trong khoảng nhìn thấy và hồng ngoại gần còn các loại thông tin khác hiện nay còn chưa có như ra đa, hồng ngoại nhiệt.
Để xử lý các thông tin nói trên sẽ sử dụng các phương tiện và công cụ sau đây:
1- Dùng kính lập thể;
2- Phương pháp tổ hợp màu trên các thiết bị khác nhau. Máy tổ hợp màu AC-90 hay MSP-4, Diazo printer.
3- Phương pháp xử lý số trên hệ thống ROBOTRON.
Nguyên tắc của phương pháp tổ hợp màu là xử lý các phim dương bản với kích thước phù hợp với kích thước của thiết bị, thường là 70x70mm(đối với ảnh Landsat sẽ dùng phim với tỷ lệ 1:3.360.000). Qua kính lọc của mỗi băng (ví dụ băng MSS-4 xanh da trời-blue; băng MSS- 5 xanh lá cây-green và băng MSS-7 màu đỏ-red) tổ hợp lại cho ta một màu giả (không phản ánh màu của tự nhiên). Khi điều chỉnh cường độ sáng của từng băng ta có thể nhận được các tổ hợp màu giả khác nhau. Tuỳ theo đối tượng nghiên cứu mà có thể chọn các tổ hợp màu thích hợp nhất làm nổi bật độ tương phản của các đối tượng nghiên cứu. Đây là một phương pháp hết sức đơn giản và đạt hiệu quả cao.
4- Phương pháp xử lý số trên máy tính.
Hiện nay máy tính đã được sử dụng rất rộng rãi vì vậy đã có rất nhiều chương trình phần mền xử lý ảnh số có hiệu quả tốt.
4.4.6 Triển vọng phát triển tiếp tục phương pháp viễn thám trong nghiên cứu địa chất thủy văn
Phương pháp viễn thám trong địa chất thủy văn là một hướng mới xuất hiện gần đây và đã được ứng dụng thực tế để giải quyết một loạt các nhiệm vụ cấp bách công tác đo vẽ địa chất thủy văn, nghiên cứu quy luật tạo thành, đặc điểm động lực và tìm kiếm nước dưới đất cũng như điều tra các quá trình tự nhiên chịu ảnh hưởng đến hoạt động kinh tế của con người.
Tuỳ thuộc vào mức độ hoàn thiện các phương pháp nghiên cứu vũ trụ, ý nghĩa của chúng trong địa chất thủy văn sẽ được phát triển và có nhiều khả năng mở rộng. Trong tình hình hiện tại phương pháp này có thể giải quyết theo các hướng sau:
- Hoàn thiện các phương pháp đo vẽ địa chất thủy văn để thành lập bản đồ địa chất thủy văn từ tỷ lệ nhỏ đến lớn;
- Nghiên cứu cân bằng nước và trử lượng nước dưới đất;
- Tự động hoá việc xử lý các thông tin viễn thám (phương pháp xử lý số);
- Hoàn thiện các phương pháp thu nhận thông tin, đặc biệt là phương pháp quét và phương pháp xử lý các thông tin này;
- Trên cơ sở sử dụng kinh nghiệm các phương pháp này trong nghiên cứu địa chất thủy văn, nhất là trong đo vẽ địa chất thủy văn tỷ lệ nhỏ và trung bình ở Nga và nhiều nước khác đã bổ sung nhiều thông tin mới, đặc biệt là sự liên hệ giữa các điều kiện địa chất thủy văn với kiến tạo. Điều này sẽ có ý nghĩa lớn khi thực hiện đo vẽ theo nhóm trong các vùng đang khai thác kinh tế.
Việc sử dụng phương pháp viễn thám cho hiệu quả kinh tế và việc đánh giá kinh tế của chúng chỉ có thể tiến hành do kết quả nghiên cứu của các ngành, đồng thời việc sử dụng phương pháp này cho phép giảm một phần nào nặng nhọc của một số dạng công tác (công tác điều tra thăm dò thực địa).
Việc tiến hành sử dụng phương pháp nghiên cứu trong địa chất thủy văn sẽ tạo nên một loạt vấn đề, trước hết sẽ có một cách nhìn mới với khái niệm mới về cấu tạo địa chất của một số vùng. Điều này sẽ có liên quan đến các điều kiện địa chất thủy văn với bình đồ cấu trúc lãnh thổ, cần xem xét lại một số bản đồ đã thành lập.
Một hướng triển vọng nữa của phương pháp viễn thám là khi sử dụng chúng để đánh giá các yếu tố cân bằng nước và trữ lượng nước dưới đất sẽ tiến hành tính toán định lượng có kết hợp các thông tin khai thác từ các số liệu viễn thám với số liệu quan trắc động thái thí nghiệm hiện trường.
Việc ứng dụng các tư liệu viễn thám cho phép tạo nên một mô hình địa chất thủy văn diện tích, xác định diện tích cung cấp dòng chảy và thoát của nước dưới đất, phân chia chúng theo tính chất thấm và dẫn nước của đất đá đồng thời sử dụng mối quan hệ với cảnh quan.
Với sự kết hợp sử dụng phương pháp viễn thám cho phép điển hình hoá lãnh thổ theo điều kiện cung cấp và ứng dụng các công thức của phương trình cân bằng nước có thể xác định gần đúng đại lượng cung cấp của nước dưới đất.
Phương pháp viễn thám còn đảm bảo cho việc thu nhận các thông tin về sự thoát của nước dưới đất. Các thông tin này không những có thể sử dụng trong công tác đo vẽ mà còn có thể tính toán lượng nước thoát ra bằng phương pháp gián tiếp trên cơ sở đánh giá các thông số