Đồ án nghiên cứu phương pháp xác định vị trí phân bố một số loại khoáng sản sử dụng ảnh vệ tinh đa phổ độ phân giải trung bình

1

MỤC LỤC


2
MỞ ĐẦU
Cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật kéo theo sự phát triển của các lĩnh vực
như công nghệ thông tin, công nghệ sinh học,công nghệ vũ trụ…, đặc biệt là kỹ
thuật viễn thám nhằm tạo cơ hội đi tắt đón đầu, phát huy lợi thế cạnh tranh, đẩy
nhanh quá trình cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa và chủ động hội nhập. Cùng với
những thành tựu trong công nghệ vũ trụ và sự phát triển của công nghệ thông
tin, kỹ thuật viễn thám đã hình thành và phát triển mang lại những hiệu quả cho
nhiều hoạt động kinh tế xã hội quan trọng như: điều tra cơ bản, khai thác và
quản lý tài nguyên, giám sát và bảo vệ môi trường, phòng chống và giảm nhẹ
thiên tai, tổ chức và quản lý lãnh thổ cũng như an ninh, quốc phòng. Nhờ đó, kỹ
thuật viễn thám có một vị trí quan trọng trong chiến lược phát triển lâu bền của
mọi quốc gia.
Ở các nước phát triển, kỹ thuật viễn thám là một trong các lĩnh vực khoa
học công nghệ được chú trọng phát triển hàng đầu. Ở Việt Nam, kỹ thuật viễn
thám được ứng dụng từ những năm 1980, đã đem lại những kết quả đáng khích
lệ và khẳng định tính ưu việt của kỹ thuật này về mọi mặt. Tuy nhiên, kỹ thuật
viễn thám ở Việt Nam còn phát triên chậm và theo đánh giá chung là chậm hàng
chục năm so với các nước trên thế giới, chưa tương xứng với tiềm năng và chưa
đáp ứng được các yêu cầu thực tiễn. Trong 10 năm trở lại đây, kỹ thuật viễn
thám ở Việt Nam phát triển nhanh cùng với sự phát triển kinh tế đất nước. Nhận
thấy vai trò quan trọng của kỹ thuật viễn thám trong phát triển kinh tế xã hội,
chính phủ đã có những định hướng quan trọng cho việc phát triển kỹ thuật này.
Năm 2003, bộ khoa học - cơng nghệ đã trình lên chính phủ đề án “kế hoạch tổng
thể về ứng dụng và phát triển kỹ thuật viễn thám tại Việt Nam đến năm 2010”,
với các dự án về xây dựng trạm thu ảnh vệ tinh, đòa tạo các kỹ sư, cán bộ phục

vụ cho kỹ thuật viễn thám. Đến năm 2006, chiến lược phát triển công nghệ vũ
trụ và kỹ thuật viễn thám được thủ tướng chính phủ phê duyệt, nhằm định hướng
việc phát triển kỹ thuật viễn thám tương xứng với tiềm năng, đáp ứng được yêu


3
cầu trong sự nghiệp cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, đưa khoa học và
công nghệ trở thành động lực phát triển kinh tế xã hội.
1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu:
Hiện nay, Việt Nam đang hợp tác với các nước phát triển như Pháp, Nhật,
Bỉ,… về mặt kỹ thuật chế tạo vệ tinh nhằm từng bước làm chủ kỹ thuật viễn
thám. Năm 2009, chính phủ Pháp và Việt Nam ký hiệp định thư tài chính, cấp
nguồn kinh phí cho dự dán thiết kế vệ tinh viễn thám đa phổ VNREDSAT - 1
với tổng kinh phí là 72.5 triệu USD. Sau hơn một năm chuẩn bị, tới năm 2011,
Pháp đã khởi công thiết kế, chế tạo vệ tinh viễn thám đầu tiên cho Việt Nam.
Ngày 07/ 5/ 2013, vệ tinh VNREDSAT - 1 được đưa thành công lên quỹ đạo,
đây là cột mốc quan trọng đánh dấu bước phát triển mới trng lĩnh vực công nghệ
vũ trụ của Việt Nam. Thành công của dự án vệ tinh VNREDSAT – 1 mang ý
nghĩa chính trị, kinh tế, xã hội to lớn, góp phần củng cố quốc phịng, an ninh,
qua đó khẳng định chủ quyền quốc gia Việt Nam trong không gian, đồng thời
xác định vị thế của Việt Nam trong quá trình hội nhập. Nhưng quan trọng nhất,
là chúng ta sẽ chủ động có được nguồn tư liệu ảnh vệ tinh, chủ động vị trí, tọa
độ cần chụp ảnh để có thể theo dõi hiện trạng mặt đất, biển và hải đảo một cách
có hiệu quả. Đảm bảo sự phát triển lâu dài của hệ thông giám sát với chi phí
thấp nhờ sử dụng nguồn nhân lực trong nước, tiết kiệm được ngoại tệ nhà nước
phải bỏ ra hàng năm để mua ảnh viễn thám,
Sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật viễn thám đặt ra các yêu cầu phân tích,
giải đốn ảnh viễn thám phục vụ cho nghiên cứu tài nguyên khoáng sản. Tài
nguyên khoáng sản là nguồn lực quan trọng để cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa
đất nước, nó là nguyên liệu cho rất nhiều ngành kinh tế như sản xuất năng

lượng, vật liệu xây dựng, kim loại, phục vụ cho nơng nghiệp, cơng nghiệp,…..
Để có những số liệu đáng tin cậy làm cơ sở cho sự phát triển bền vững nền kinh
tế xã hội mỗi một nước phải có sự đánh giá tài ngun khống sản của nước
mình. Trong nhiều năm qua các chương trình quốc gia về thăm dò và đánh giá


4
tài nguyên khoáng sản đã được thực hiện ở nhiều nước phát triển và được triển
khai ở các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam. Phương pháp thăm dị và
đánh giá tài ngun khống sản hiện nay khơng ngừng đổi mới và hoàn thiện.
Một trong các phương pháp thăm dị khống sản đó là phương pháp ứng dụng
kỹ thuật viễn thám. Đây là một phương pháp khá mới, các nghiên cứu về địa
chất, khoáng sản sử dụng ảnh vệ tinh ở Việt Nam cịn ít và kết quả cịn nhiều
hạn chế. Để phục vụ cho mục đích nghiên cứu, thăm dị, phân tích các mỏ
khống sản lộ thiên, đánh giá trữ lượng tài nguyên khoáng sản bằng kỹ thuật
viễn thám, tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu phương pháp xác định vị trí phân
bố một số loại khống sản sử dụng ảnh vệ tinh đa phổ độ phân giải trung
bình”. Trong đề tài này, khơng chỉ nghiên cứu cơ sở lý thuyết xây dựng các chỉ
số khoáng sản mà còn đưa ra một số phương pháp phân loại, đánh giá trữ lượng
khống sản như phương pháp phân tích thành phần chính, kỹ thuật Crosta,…
làm căn cứ đáng tin cậy để xây dựng kế hoạch điều tra, khai thác khoáng sản
một cách hợp lý.
2. Mục tiêu của đề tài:
- Nghiên cứu cơ sở vật lý và nguyên lý hoạt động của kỹ thuật viễn thám cũng
như đặc điểm ảnh vệ tinh đa phổ Landsat.
- Nghiên cứu đặc tính phản xạ phổ của một số khoáng sản và các chỉ số oxit sắt và
khoáng sản sét.
- Nghiên cứu phương pháp phân tích thành phần chính và kỹ thuật Crosta.
- Đánh giá và xây dựng bản đồ phân bố các khoáng sản oxit sắt và khoáng sản sét
bằng phương pháp tỉ số ảnh và bằng phương pháp phân tích thành phần chính.

3. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp tổng hợp: tổng hợp, nghiên cứu các tài liệu về viễn thám, ảnh vệ
tinh, tài liệu về phân tích thành phần chính và một số tài liệu liên quan đến địa
chất, khoáng sản.
- Phương pháp thực nghiệm: So sánh, đánh giá, kiểm tra tính đúng đắn, chính xác
của kết quả nghiên cứu của đồ án và các số liệu, tài liệu có được từ nghiên cứu
thực nghiệm.


5
- Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Đọc và nghiên cứu các tài liệu có liên quan từ
nhiều nguồn khác nhau như: sách điện tử, các bài báo khoa học, các tài liệu
nước ngoài,….
4. Kết cấu đồ án
Đồ án “Nghiên cứu phương pháp xác định vị trí phân bố một số loại
khoáng sản sử dụng ảnh vệ tinh đa phổ độ phân giải trung bình” ngồi phần
mở đầu, kết luận, danh mục tài liệu tham khảo, đề tài gồm có 4 chương:
- Chương 1: Tổng quan về viễn thám và ảnh vệ tinh Landsat.
- Chương 2: Phương pháp tỉ số và ứng dụng trong phát hiện khoáng sản sét và
oxit sắt.
- Chương 3: Phương pháp phân tích thành phần chính và ứng dụng trong phát
hiện khoáng sản sét và oxit sắt.
- Chương 4: Kết quả thực nghiệm
Do thời gian hạn chế và kiến thức bản thân cịn có hạn nên đồ án khơng
tránh khỏi những sai sót, kính mong sự đóng góp ý kiến của thầy cơ và các bạn
để đề tài được hồn thiện hơn.
Trong suốt q trình làm đề tài, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ,
hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo Trịnh Lê Hùng cùng tồn thể các thầy cơ
giáo trong bộ mơn trắc địa bản đồ.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VIỄN THÁM VÀ ĐẶC TRƯNG ẢNH
LANDSAT
1.1 Lịch sử ra đời và phát triển của kỹ thuật viễn thám
a. Ngồi nước
Viễn thám là ngành khoa học có lịch sử phát triển lâu đời, nghiên cứu
thông tin về một vật, hiện tượng gián tiếp trên dữ liệu thu được bằng phương
pháp chụp ảnh hàng không, ảnh radar và ảnh vệ tinh. Trên thực tế, có nhiều định
nghĩa khác nhau về viễn thám, nhưng mọi định nghĩa đều có nét chung cho rằng
“Viễn Thám là khoa học thu nhận thông tin về vật, vùng mặt đất và các hiện
tượng bằng nghiên cứu dữ liệu thu được gián tiếp từ một khoảng cách nhất
định”.
Viễn thám là một khoa học, thực sự phát triển mạnh mẽ hơn ba thập kỷ
gần đây, khi mà công nghệ vũ trụ đã cho ra ảnh số, bắt đầu thu nhận từ các vệ
tinh trên quỹ đạo của trái đất. Thuật ngữ “Viễn Thám” được đưa ra vào năm
1960 bởi Evelyn Pruitt thuộc viện Hải quân Hoa Kỳ. Tuy nhiên, lịch sử viễn
thám đã có từ trước. Bắt đầu bằng việc chụp ảnh sử dụng phim và giấy ảnh. Đầu
tiên là các bức ảnh chụp từ một khinh khí cầu gần Paris năm 1858. Năm 1909,
phi công Wilbur Wright đã chụp bức ảnh đầu tiên từ máy bay khi bay qua vùng
Centocelli ở Ý. Mãi đến chiến tranh thế giới thứ nhất, chụp ảnh hàng không
được sử dụng với quy mơ lớn và có hệ thống. Đến cuối chiến tranh thế giới thứ
nhất, đã có những cải tiến đáng kể về máy bay, thiết bị xử lý của máy ảnh và số
lượng người có kinh nghiệm chụp ảnh trên không, xử lý ảnh tăng lên đáng kể.
Những cải tiến về thiết bị chụp ảnh được giới thiệu và những năm 1920 và
1930,chụp ảnh trên không trở thành nguồn thông tin tin cậy để biên tập bản đồ.
Chiến tranh thế giới thứ Hai đã tạo tiền đề cho việc phát triển nhanh chóng
kỹ thuật viễn thám. Cơng nghệ giải đốn ảnh trở nên tinh vi và đóng vai trò quan
trọng cho những nghiên cứu vùng ven biển. Khả năng chụp xuyên qua nước, đặc

biệt là ảnh màu đã tạo điều kiện thuận tiện cho việc thu thập thông tin về độ sâu,


7
chướng ngại vật dưới đáy biển, điều mà bản đồ hàng hải khơng có. Năm 1940,
Mạng lưới Radar được dựng lên để cung cấp sớm những cảnh báo cho máy bay.
Tiến bộ của công nghệ radar cho phép phát triển giám sát và nhận ra những thiết
bị trong phạm vi hẹp. Radar cung cấp hình ảnh địa hình và vị trí mục tiêu và độ
chính xác khơng phụ thuộc vào điều kiện thời tiết và ánh sáng. Trong những
năm 1950 hệ thống ảnh hồng ngoại được phát triển, nó cung cấp hình ảnh bức
xạ của vật thể và địa vật.
Năm 1957, Liên Xơ phóng vệ tinh SPUTNIK - 1, đánh dấu sự bắt đầu của
“thời đại không gian”. Năm 1959, vệ tinh EXPLORER - 6 của Mỹ đã truyền
hình ảnh của trái đất được chụp từ vệ tinh. Năm 1960, vệ tinh khí tượng đầu tiên
của thế giới TIROS - 1 đã được phóng lên, nó là tiền thân của những vệ tinh thời
tiết ngày nay. Những vệ tinh trong khơng gian có vai trị đặc biệt giúp chúng ta
có thể lập bản đồ và giám sát mặt đất từ dữ liệu của những vệ tinh này.
Năm 1972, Mỹ đã phóng thành cơng vệ tinh nhân tạo LANDSAT, mang
đến khả năng thu nhận thơng tin có tính chất tồn cầu và mơi trường xung
quanh. Hiện nay, chương trình LANDSAT vẫn được tiếp tục và vệ tinh
LANDSAT - 7 đã cung cấp một kho dữ liệu lớn về tài nguyên thiên nhiên cũng
như đánh giá biến động của môi trường. Sự phát triển của viễn thám được thể
hiện trong bảng 1.1.
Cùng với việc phát triển mạnh mẽ của công nghệ vũ trụ, cơng nghệ thơng
tin, cơng nghệ máy tính, ngày nay viễn thám kết hợp với hệ thống thông tin địa
lý (GIS) đang phát triển một cách nhanh chóng cùng với các sản phẩm phần
mềm chuyên dụng, tạo điều kiện cho phân tích ảnh vệ tinh dạng số hoặc ảnh
radar. Các ứng dụng của viễn thám cũng rất đa dạng, trong các vấn đề về Nông
nghiệp, lâm nghiệp, sử đụng đất đai, nghiên cứu địa chất - khoáng sản, nghiên
cứu tài ngun nước, giám sát mơi trường,… ngồi ra, viễn thám còn được ứng

dụng trong các vấn đề an ninh quốc phịng, phát triển kinh tế xã hội,...v…v..
Bảng 1.1 Bảng tóm tắt sự phát triển của Viễn thám qua các sự kiện:


8
Thời gian

Sự kiện:

(năm)
1800

Phát hiện ra tia hồng ngoại

1839

Bắt đầu phát minh kỹ thuật chụp ảnh đen trắng

1847

Phát hiện phổ hồng ngoại và phổ nhìn thấy

1850-1860

Chụp ảnh từ khinh khí cầu

1909

Chụp ảnh từ máy bay

1910-1920

Giải đốn từ khơng trung

1920-1930

Phát triển ngành chụp và đo ảnh hành không

1930-1940

Phát triển kỹ thuật Radar( Đức, Mỹ, Anh)

1940

Phân tích và ứng dụng ảnh chụp từ máy bay

1950

Phát hiện dải phổ từ vùng nhìn thấy đến khơng nhìn thấy

1950-1960

Nghiên cứu sâu sắc về ảnh cho mục đích quân sự

1960-1970

Lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ viễn thám

1972

Phóng vệ tinh Landsat-1

1973

Học thuyết về phổ điện từ

1970-1980

Phát triển mạnh mẽ phương pháp xử lý ảnh số

1980-1990

Phát triển thế hệ mới của vệ tinh Landsat

1990 đến nay

Phát triển bộ cảm thu đa phổ, tăng dải phổ và kênh phổ, tăng
độ phân giải bộ cảm.

Tuy vậy, Viễn thám cũng gặp khơng ít những thách thức to lớn đó là làm
sao cung cấp những thông tin tiện lợi, kịp thời đến người cần nó. Điều này cần
có cơ sở hạ tầng để truy cập, xử lý, phân phối và có một cộng đồng có thể áp
dụng nó cho mục đích của mình. Viễn thám đã có sự đột phá mạnh mẽ cùng với
sự phát triển trong công nghệ thu thập và xử lý dữ liệu. Có rất nhiều vệ tinh
nghiên cứu trái đất trên thế giới được phóng lên như: hệ thống vệ tinh
LANDSAT của Mỹ, hệ thống vệ tinh SPOT của Pháp (1986), các vệ tinh MOS1, IKONOS, ENVISAT của Nhật, …
b. Trong nước


9

Kỹ thuật viễn thám được ứng dụng ở Việt Nam từ những năm 70 của thế
kỷ 20. Thời gian đầu, một vài cơ quan ở trong nước thu nhận ảnh vệ tinh phục
vụ cho các ứng dụng thuộc lĩnh vực địa chất, và lâm nghiệp. Thời gian tiếp theo,
những ứng dụng mở rộng thêm cho các lĩnh vực khác như: nông nghiệp, giám
sát môi trường và thiên tai, quy hoạch đất đai, nghiên cứu khoa học,…v…v.. Từ
1979 - 1980, một vài tổ chức ở Việt Nam đã bắt đầu nắm bắt kỹ thuật viễn thám.
Trong 10 năm tiếp theo, viễn thám được ứng dụng cho các nghiên cứu và thí
nghiệm để xác định phương pháp và khả năng sử dụng dữ liệu viễn thám cho
việc giải quyết nhiệm vụ an sinh xã hội ở Việt Nam. Từ 1990 - 1995, nhiều lĩnh
vực đã sử dụng viễn thám vào trong những ứng dụng của cuộc sống và gặt hái
được nhiều kết quả có ý nghĩa về cơng nghệ khoa học và kinh tế.
Hiện nay, một số tổ chức đã hoạt động một cách chuyên nghiệp trong lĩnh
vực viễn thám. Các tổ chức này tập trung nhiều ở cơ quan nhà nước và phân tán
từ cơ quan tới địa phương như là cán bộ ngành, cục, tỉnh, viện, trường đại học.
Kỹ thuật viễn thám trở thành một trong những công cụ được sử dụng phổ biến ở
Việt Nam phục vụ cho nghiên cứu khoa học, quản lý và tạo bản đồ tài nguyên
thiên nhiên. Kỹ thuật viễn thám được đầu tư tổ chức trong bộ Tài Nguyên và
Môi Trường như trung tâm viễn thám, viện nghiên cứu địa chất và khoáng sản,
đã nghiên cứu nhiều đề tài về viễn thám, nâng cao chất lượng và hiểu quả những
nghiên cứu cơ bản trên những nghiên cứu về các lĩnh vực biển, sinh thái, khoa
học trái đất, nghiên cứu môi trường quy hoạch.
Việc nghiên cứu và sử dụng viễn thám ở Việt Nam không ngừng được
nâng cao. Trước đây, ta sử dụng nguồn dữ liệu phổ biến là ảnh vệ tinh có độ
phân giải thấp và trung bình (độ phân giải khoảng 5 - 20m). Mục đích chính của
việc sử dụng dữ liệu này là để phục vụ cho những nghiên cứu, ứng dụng chỉ địi
hỏi độ chính xác thấp và trung bình như quản lý tài nguyên môi trường, giám sát
biến động môi trường và nguồn tài nguyên thiên nhiên, cập nhật thông tin cho
các bản đồ tỷ lệ nhỏ và trung bình hoặc các bản đồ chuyên đề. Gần đây, các tổ
chức đã bắt đầu sử dụng các ảnh có độ phân giải không gian cao (độ phân giải <

10
5m) đến những ứng dụng mới địi hỏi độ chính xác cao như cập nhật dữ liệu
không gian cho bản đồ tỉ lệ lớn.
Nhận thấy sự phát triển nhanh chóng và cấp thiết về ứng dụng kỹ thuật viễn
thám trong cuộc sống,phát triển kinh tế xã hội. Chính phủ nước ta đã có những
định hướng cho sự phát triển cơng nghệ vũ trụ. Ngày 14 / 6 / 2006, thủ tướng
chính phủ đã ra quyết định về “chiến lược nghiên cứu và ứng dụng công nghệ vũ
trụ đến năm 2020. Trong giai đoạn 2006 - 2020, đẩy mạnh chiều rộng và chiều
sâu 4 lĩnh vực trong đó có viễn thám. Ứng dụng viễn thám và các ngành khí
tượng thủy văn, tài nguyên và môi trường, cụ thể là nâng cao chất lượng dự báo
sớm mưa bão, lũ lụt, lũ quét, sạt lở đất và các loại tài nguyên khác, đánh giá biến
đổi khí hậu tồn cầu đến Việt Nam. Định kỳ đánh giá biến động sử đụng đất,
xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ chuyên đề số hóa dùng chung cho nhiều cơ quan
từ trung ương tới địa phương,….
Từ 2011 - 2020, đưa vào ứng dụng tại Việt Nam các thành tựu mới của vệ
tinh quan sát trái đất độ phân giải cao, vệ tinh định vị có độ chính xác rất cao,
thiết bị mặt đất gọn nhẹ tích hợp nhiều chức năng. Bên cạnh đó thành lập ủy ban
vũ trụ Việt Nam và Viện công nghệ vũ trụ để tập trung xây dựng khung pháp
lý, phát triển cơ sở hạ tầng, phần cứng, phần mềm và nguồn nhân lực cho việc
phát triển các ứng dụng viễn thám ở Việt Nam.
Hiện nay, ở Việt Nam nguồn ảnh vệ tinh phải mua của nước ngoài với giá
thành rất đắt (từ 2.000 - 5.000 USD mỗi ảnh), mà phải sau hai tháng mới nhận
được, nên số liệu và thông tin về đối tượng khơng mang tính thời sự. Chính vì
vậy, nước ta đã thiết kế, lắp ráp thành công vệ tinh viễn thám đa phổ
VNREDSAT - 1 và phóng lên quỹ đạo vào ngày 07/ 5/ 2013. Việc Việt Nam có
vệ tinh riêng, sẽ chủ động được nguồn tư liệu ảnh vệ tinh, chủ động vị trí tọa độ
cần chụp ảnh, theo dõi hiện trạng mặt đất, biển, hải đảo mà khơng phụ thuộc vào
nguồn ảnh của nước ngồi.

11
1.2 Nguyên lý hoạt động và các thành phần của hệ thống viễn thám
Nguyên lý hoạt động của viễn thám là sử dụng bức xạ điện từ tới vật thể và
thu lại tín hiệu phản hồi bằng bộ cảm ( hình 1.1). Sóng điện từ được phản xạ
hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông tin chủ yếu về đặc tính của đối
tượng. Ảnh viễn thám sẽ cung cấp thông tin về các vật thể tương ứng với năng
lượng bức xạ ứng với từng bước sóng đã xác định. Đo lường và phân tích năng
lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnh viễn thám cho phép tách thơng tin hữu ích
về từng loại lớp phủ mặt đất khác nhau do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và
vật thể.

Hình 1.1. Nguyên lý thu thập dữ liệu ảnh viễn thám

Thiết bị dùng để ghi nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể được
gọi là bộ cảm biến (Sensors). Bộ cảm biến có thể là các máy chụp ảnh hoặc máy
quét. Phương tiện mang các bộ cảm biến được gọi là vật mang. Các vật mang cơ
bản hiện nay bao gồm khinh khí cầu,máy bay, vệ tinh,…v…v..
Nguồn năng lượng sử dụng trong viễn thám bị động là bức xạ mặt trời,
hoặc năng lượng của sóng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ được thu


12
nhận bởi bộ cảm biến đặt trên vật mang. Ngược lại, trong viễn thám chủ động,
nguồn năng lượng sử dụng được phát ra từ các nguồn phát trên vật mang.
Thông tin về năng lượng phản xạ của vật thể được ghi nhận bằng ảnh viễn
thám và thông qua xử lý tự động trên máy hoặc gIải đoán trực tiếp trên ảnh dựa
trên kinh nghiệm của chuyên gia. Kết quả thu được là các dữ liệu hoặc thông tin
liên quan đến các vật thể và hiện tượng khác nhau trên mặt đất sẽ được ứng

dụng vào nhiều lĩnh vực như lâm nghiệp,nơng nghiệp, tài ngun mơi trường,
khống sản, khí tượng, địa chất, thủy sản, môi trường, …
Hệ thống viễn thám thường gồm 7 phần có quan hệ chặt chẽ với nhau theo
trình tự hoạt động của hệ thống (hình 1.2).
Hình 1.2. Các thành phần chính của hệ thống viễn thám

Nguồn năng lượng (A): thành phần đầu tiên của một hệ thống viễn thám là
nguồn năng lượng để chiếu sáng hay cung cấp năng lượng điện từ tới đối tượng
quan tâm. Có loại viễn thám sử dụng năng lượng mặt trời, có loại tự cung cấp
năng lượng tới đối tượng. Thông tin viễn thám thu nhận được là dựa vào năng
lượng từ đối tượng đến thiết bị nhận, nếu khơng có nguồn năng lượng chiếu
sáng hay truyền tới đối tượng sẽ không có năng lượng đi từ đối tượng tới thiết bị
nhận.


13
Những tia phát xạ và khí quyển (B): Vì năng lượng đi từ nguồn năng
lượng tới đối tượng nên sẽ phải tương tác qua lại với vùng khí quyển nơi năng
lượng đi qua. Sự tương tác này có thể lặp lại ở một vị trí khơng gian nào đó vì
năng lượng còn phải đi theo chiều ngược lại, tức là từ đối tượng tới bộ cảm.
Sự tương tác với đối tượng (C): một khi được truyền qua khí quyển tới đối
tượng, năng lượng sẽ tương tác với đối tượng. Phụ thuộc vào đặc điểm của cả
đối tượng và sóng điện từ, sự tương tác này có thể là truyền qua đối tượng, bị
đối tượng hấp thụ, hay bị đối tượng phản xạ trở lại khí quyển.
Thu nhận năng lượng bằng bộ cảm (D): sau khi năng lượng được phát ra
hay phản xạ từ đối tượng, chúng ta cần có bộ cảm từ xa để tập hợp lại và thu
nhận sóng điện từ. Năng lượng điện từ truyền về bộ cảm mang thông tin của đối
tượng.
Sự truyền tải, thu nhận và xử lý (E): năng lượng được thu nhận từ bộ cảm
cần phải được truyền tải, thường dưới dạng điện từ, đến một trạm tiếp nhận - xử

lý nơi dữ liệu sẽ được xử lý sang dạng ảnh. Ảnh này chính là dữ liệu thơ.
Giải đốn và phân tích ảnh(F): ảnh thơ sẽ được xử lý để có thể sử dụng
được. Để lấy được thông tin về đối tượng người ta phải nhận biết được mỗi hình
ảnh trên ảnh tương ứng với đối tượng nào. Cơng đoạn để có thể “nhận biết” này
gọi là giải đoán ảnh. Ảnh được giải đoán bằng một hoặc nhiều phương pháp.
Các phương pháp này là giải đoán bằng mắt, giải đoán tự động, giải đoán bằng
kỹ thuật số, hay các công cụ điện tử để lấy được thông tin về các đối tượng của
khu vực đã chụp ảnh.
Ứng dụng(G): đây là phần tử cuối cùng của quá trình viễn thám, được thực
hiện khi ứng dụng thông tin mà chúng ta đã chiết được từ ảnh để hiểu rõ hơn về
đối tượng mà chúng ta quan tâm, để khám phá những thông tin mới, kiểm
nghiệm những thơng tin đã có,… nhằm giải quyết những vấn đề cụ thể.


14
1.3 Một số yếu tố ảnh hưởng tới năng lượng sóng điện từ
Năng lượng của sóng điện từ khi lan truyền trong khí quyển sẽ bị các
phần tử khí hấp thụ dưới các hình thức khác nhau, tùy thuộc vào từng bước sóng

cụ thể. Các vùng phổ khơng bị ảnh hưởng mạnh bởi mơi trường khí quyển cịn
được gọi là cửa sổ khí quyển được chọn để sử dụng cho thu nhận ảnh viễn thám.
Hình 1.3: Vùng phổ sử dụng trong viễn thám ít bị hấp thu
năng lượng bởi khí quyển

Các bước sóng ngắn hơn 0.3µm hầu như bị hấp thụ bởi tầng Ơzơn, vùng
ánh sáng nhìn thấy do mặt trời cung cấp rất ít khi bị hấp thụ bởi khí quyển và
năng lượng sóng điện từ ứng với bước sóng 0.5µm có ưu thế cho việc thu nhận
ảnh viễn thám. Bức xạ nhiệt của trái đất có năng lượng cao nhất tại bước sóng
10µm trong vùng của sổ khí quyển,và sóng vơ tuyến cao tần có bước sóng lớn
hơn 1mm cũng rất ít khi bị hấp thụ bởi khí quyển (hình 1.3). Do đó, ảnh viễn

thám nhận được thường dựa vào sự đo lường năng lượng phản xạ của sóng điện
từ nằm trong vùng sóng vơ tuyến cao tần (ảnh radar) là trường hợp ngoại lệ
không sử dụng năng lượng mặt trời.
Trong viễn thám, người ta thường quan tâm tới khả năng lan truyền sóng
điện từ trong khí quyển, vì các hiện tượng và cơ chế tương tác giữa sóng điện từ
với khí quyển sẽ ảnh hưởng lớn tới thơng tin được thu nhận bởi bộ cảm biến.
Khí quyển có đặc điểm quan trọng đó là các bức xạ điện từ có bước sóng khác


15
nhau sẽ tương tác khác nhau với khí quyển. Khả năng lan truyền sóng điện từ
trong khí quyển được thể hiện trong bảng 1.2.
Bảng 1.2. Khả năng lan truyền sóng điện từ trong khí quyển

Dải phổ điện từ

Tia cực tím

Ánh sáng nhìn
thấy

Hồng ngoại gần
trung bình

Hồng ngoại
nhiệt

Vơ tuyến
(radar)

Bước sóng
(µm)

Đặc điểm

0.3 - 0.4

Hấp thụ mạnh bởi khí quyển ở tầng
Ozơn ,khơng thể thu nhận năng lượng do
dải sóng này cung cấp nhưng hiện tượng
này lại bảo vệ con người khỏi tác động
của tia cực tím

0.4 - 0.76

Rất ít khi bị hấp thụ bởi oxy, hơi nước và
năng lượng phản xạ cực đại ứng với bước
sóng 0.5 µm trong khí quyển. Năng lượng
do dải sóng này cung cấp giữ vai trị quan
trọng trong viễn thám

0.77 - 1.34
1.55 - 2.4

Năng lượng phản xạ mạnh ứng với các
bước sóng hồng ngoại gần từ 0.77-0.9µm,
sử dụng trong chụp ảnh hồng ngoại theo
dõi sự biến đổi thực vật từ 1.55-2.4 µm

3 - 22

Một số vùng bị hấp thu mạnh bởi hơi
nước, dải sóng này giữ vai trị trong phát
hiện cháy rừng và hoạt động của núi lửa
từ 3.5-5µm. Bức xạ nhiệt của trái đất có
năng lượng cao nhất tại bước sóng 10µm

1mm - 30cm

Khí quyển khơng hấp thụ mạnh năng
lượng các bước sóng lớn hơn 2cm, cho
phép thu nhận năng lượng cả ngày lẫn
đêm, không ảnh hưởng bởi mây, sương
mù, hay mưa.


16
1.4 Phân loại viễn thám
Viễn thám có thể được phân làm 3 loại cơ bản ứng với vùng bước sóng sử
dụng:
Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại phản xạ: Nguồn năng
lượng chính là bức xạ mặt trời. Ảnh viễn thám được thu nhận dựa trên sự đo
lường năng lượng vùng ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại được phản xạ từ bề
mặt vật thể và trái đất. Ảnh thu được bởi kỹ thuật viễn thám này gọi chung là
ảnh quang học.
Viễn thám hồng ngoại nhiệt: Nguồn năng lượng sử dụng là các bức xạ
nhiệt do chính vật thể sản sinh ra, hầu như mỗi vật thể trong nhiệt độ bình
thường đều tự phát ra một bức xạ, ảnh thu được bởi kỹ thuật viễn thám này gọi
là ảnh nhiệt.
Viễn thám siêu cao tần: Trong viễn thám siêu cao tần, hai loại kỹ thuật chủ

động và bị động đều được áp dụng. Chúng sử dụng nguồn năng lượng phản xạ
hay phát xạ của các đối tượng trong dải sóng 1mm – 1m. Viễn thám siêu cao tần
bị động thu nhận bức xạ do chính vật thể phát ra, còn viễn thám cao tần chủ
động sẽ thu nhận năng lượng phản xạ từ các vật thể.
1.5 Ưu nhược điểm của viễn thám
So với các phương pháp nghiên cứu tài ngun mơi trường truyền thống,
kỹ thuật viễn thám có những ưu điểm vượt trội:
- Độ phủ chùm không gian của tư liệu gồm các thông tin về tài nguyên, môi
trường trên diện tích lớn của trái đất kể cả những khu vực rất khó đến được như
rừng nguyên sinh, đầm lầy và hải đảo.
- Có khả năng giám sát sự biến đổi của tài nguyên, môi trường trái đất do chu kỳ
quan trắc lặp và liên tục trên cùng một đối tượng mặt đất của các máy thu viễn
thám. Khả năng này cho phép kỹ thuật viễn thám ghi nhận lại được sự biến đổi
của tài nguyên, môi trường, giúp giám sát, kiểm kê tài nguyên thiên nhiên và
môi trường.


17
- Sử dụng các dải phổ khác nhau để quan trắc các đối tượng (ghi nhận đối tượng),
nhờ khả năng này mà tư liệu viễn thám được ứng dụng cho nhiều mục đích,
trong đó có nghiên cứu về khí hậu, nhiệt độ, môi trường của trái đất.
- Cung cấp nhanh các tư liệu ảnh số có độ phân giải cao và siêu cao, là dữ liệu cơ
bản cho việc thành lập và hiệu chỉnh hệ thống bản đồ quốc gia và hệ thống cơ sở
dữ liệu địa lý quốc gia.
Bên cạnh những ưu điểm cơ bản trên, kỹ thuật viễn thám cũng tồn tại một số
nhược điểm chính sau:
- Để xử lý và phân tích dữ liệu ảnh vệ tinh yêu cầu chuyên môn cao và kinh
nghiệm trong thực hành.
- Đối với những vùng nghiên cứu có diện tích nhỏ, sử dụng kỹ thuật viễn thám
không kinh tế do giá thành cao.

- Các phần mềm để xử lý ảnh vệ tinh có giá thành cao.
- Nếu kết quả giải đốn ảnh viễn thám chưa được kiểm tra bằng công tác ngoại
nghiệp, việc sử dụng có thể sẽ có nhiều hạn chế.
1.6 Ứng dụng của kỹ thuật viễn thám
Với những ưu điểm nổi bật trên, kỹ thuật viễn thám được sử dụng rộng rãi
trên thế giới trong nghiên cứu, giam sát tài ngun mơi trường. Từ mục đích ban
đầu dùng trong quân sự, ngày nay kỹ thuật viễn thám được ứng dụng trong hầu
khắp các lĩnh vực kinh tế, môi trường và mang lại hiệu quả to lớn.
Ứng dụng trong nghiên cứu Địa chất: viễn thám từ lâu được sử dụng để
giải đốn các thơng tin địa chất. Dữ liệu viễn thám dùng để giải đoán là các ảnh
máy bay, ảnh vệ tinh và ảnh radar. Các lĩnh vực dùng dữ liệu này có thể kể đến
là địa mạo, cấu trúc địa chất, trầm tích, khống sản, dầu mỏ, địa tầng, địa chất
cơng trình, nước ngầm và các nghiên cứu về địa chất môi trường.
Ứng dụng trong nghiên cứu địa mạo: các dạng địa hình được thể hiện rất
rõ trên ảnh viễn thám(địa hình kiến tạo, núi lửa, địa hình sơng suối, địa hình
thành tạo do cát, thành tạo do băng,…) và được giải đoán một cách hữu hiệu


18
- Cấu trúc địa chất: giải đoán bề mặt và đọ dốc của tầng trầm tích, các yếu tố uốn
nếp, đứt gãy,…
- Nghiên cứu thạch học: xác định các loại đá trầm tích, macma, biến chất và thành
-

tạo xen kẽ. Nghiên cứu trật tự địa tầng và tương quan tuổi.
Khai khoáng và khai thác dầu.
Điều tra khảo sát nước ngầm, điều tra địa chất cơng trình.
Ứng dụng trong núi lửa và năng lượng địa nhiệt.
Các ứng dụng trong nghiên cứu địa động lực.
Nghiên cứu mơi trường, khí hậu: viễn thám là phương tiện hữu hiệu để

nghiên cứu môi trường đất liền(thực vật, xói mịn, ơ nhiễm), Biển(đo nhiệt độ,
màu nước biển, gió, sóng), và khí quyển(tầng Azone, mây, mưa, nhiệt độ khí
quyển),dự báo bão và nghiên cứu khí hậu qua các dữ liệu thu về từ vệ tinh khí
tượng.
Nghiên cứu thực vật và rừng: viễn thám cung cấp ảnh có diện phủ toàn
cầu nghiên cứu thực vật theo mùa vụ, tháng, năm. Thực vật là đối tượng đầu tiên
mà ảnh viễn thám vệ tinh thu được. Trên ảnh viễn thám chúng ta có thể tính tốn
sinh khối, độ trưởng thành và sâu bệnh dựa trên chỉ số thực vật. Nghiên cứu
cháy rừng qua các ảnh vệ tinh.
Nghiên cứu nước, băng và thủy văn: mặt nước và hệ thống dòng chảy
được thể hiện rất rõ trên ảnh vệ tinh và có thể khoanh vùng chúng được. Dữ liệu
ảnh vệ tinh được ghi nhận trong mùa lũ, là dữ liệu được sử dụng để tính tốn
diện tích thiên tai và tăng khả năng dự báo lũ lụt.
Ứng dụng trong việc nghiên cứu các hành tinh khác: các dữ liệu viễn
thám thu từ vệ tinh cho phép nghiên cứu mặt trăng và các vì sao.
1.7 Đặc điểm cơ bản của ảnh vệ tinh Landsat
Chương trình vệ tinh Landsat do NASA sáng lập với mục đích nghiên cứu
mặt đất từ vệ tinh trên quỹ đạo trái đất không người lái. Thế hệ đầu tiên của
Landsat mang tên vệ tinh công nghệ tài nguyên trái đất (Earth Resources
Techcology Satellite), viết tắt là ERTS, vào năm 1975 đổi tên thành Landsat.


19
Vệ tinh Landsat - 1 được phóng lên quỹ đạo ngày 23 / 7 / 1972 và hoạt
động tới ngày 06 / 1 / 1978. Landsat - 1 được thiết kế để thu nhận ảnh đa phổ
trên mặt đất một cách hệ thống, lặp lại và có độ phân giải trung bình đa phổ.
Các vệ tinh tiếp theo của Landsat là Landsat - 2, 3, 4, 5, 6 và Landsat - 7.
Công nghệ ghi ảnh trên các thế hệ vệ tinh Landsat lần lượt sử dụng các bộ cảm
ngày càng hoàn thiện và tốt hơn nhiều, từ độ phân giải thấp đến độ phân giải
cao, theo trật tự là RBV (Return Beam vidicon), đa phổ (MSS), chuyên đề (TM),

chuyên đề nâng cao (ETM), chuyên đề nâng cao (ETM+).
Nguồn dữ liệu ảnh Landsat đa dạng, phong phú, phổ biến trên toàn cầu.
Đặc biệt là dữ liệu của vệ tinh Landsat - 7. Vệ tinh Landsat - 7 được thiết kế
thêm kênh phổ tồn sắc, có dải sóng 0.5 - 0.9µm và độ phân giải 15 x 15m. Điều
này cho phép chồng ảnh với các kênh phổ khác nhau của bộ cảm biến ETM để
tạo ra ảnh tổ hợp màu với độ phân giải cao hơn.
Hiện nay, ảnh Landsat có nhiều thế hệ với số lượng kênh phổ và độ phân
giải khác nhau. Tuy nhiên, thế hệ ảnh Landsat TM thu từ vệ tinh Landsat - 4, 5
và ảnh Landsat ETM+ được thu từ vệ tinh Landsat - 7 được sử dụng phổ biến
nhất. Ảnh Landsat TM gồm có 7 kênh. Trong đó 6 kênh phổ nằm trên dải sóng
nhìn thấy và hồng ngoại với độ phân giải không gian 30mx30m và một dải phổ
hồng ngoại nhiệt ở kênh 6, độ phân giải 120m x 120m để đo nhiệt độ bề mặt.
Đặc tính của các kênh phổ ảnh landsat TM được thể hiện trong bảng 1.3.
Ảnh Landsat ETM+ bao gồm 8 kênh phổ ở các bước sóng có bản giống ảnh
Landsat TM. Điều khác biệt là ở Landsat ETM+, kênh hồng ngoại nhiệt có độ
phân giải cao hơn (60m) và có thêm kênh tồn sắc với độ phân giải khơng gian
là 15m. Điều này cho phép chồng ghép ảnh với các kênh phổ khác nhau của bộ
cảm biến ETM để tạo ra ảnh tổ hợp màu với độ phân giải cao hơn (15 x 15m).
Đặc tính các kênh phổ của ảnh Landsat ETM+ được thể hiện trong bảng 1.4.
Bảng 1.3. một số thơng số các kênh phổ ảnh Landsat TM

Kênh

Bước sóng

Tên gọi phổ

Độ phân giải
không gian(m)

Lưu trữ


20
(µm)

(bit)

TM1

0.45 - 0.52

Xanh lam

30

8

TM2

0.52 - 0.60

Xanh lục

30

8

TM3

0.63 - 0.69

Đỏ

30

8

TM4

0.76 - 0.90

Cận hồng ngoại

30

8

TM5

1.55 - 1.75

Giữa hồng ngoại

30

8

TM6

10.4 - 12.5

Hồng ngoại nhiệt

120

8

TM7

2.08 - 2.35

Giữa hồng ngoại

30

8

Bảng 1.4. Thông số các kênh phổ ảnh Landsat ETM+ và ảnh Landsat-7

Kênh

Bước sóng
(µm)

Tên gọi phổ

Độ phân giải
không gian(m)

Lưu trữ

ETM+1

0.45-0.52

Xanh lam

30

8

ETM+2

0.52-0.60

Xanh lục

30

8

ETM+3

0.63-0.69

Đỏ

30

8

ETM+4

0.76-0.90

Cận hồng ngoại

30

8

ETM+5

1.55-1.75

Giữa hồng ngoại

30

8

ETM+6

10.4-12.5

Hồng ngoại nhiệt

60

8

ETM+7

2.08-2.35

Giữa hồng ngoại

30

8

ETM+8

0.52-0.90

Tồn sắc

15

8

(bit)

Ứng dụng chính của các kênh phổ ảnh Landsat TM và ETM+ được thể
hiện trên bảng 1.5.
Bảng 1.5. Ứng dụng chính của các kênh phổ ảnh Landsat TM, ETM+.

Kênh

TM 1

Bước sóng
(µm)
0.45 - 0.52

Tên gọi

Ứng dụng chính

Xanh lam

Dùng để nghiên cứu thềm lục địa
nông, phân biệt sự khác nhau giữa đất
và thực vật, xác định các đối tượng
nhân tạo như đường, nhà cửa,…


21

TM 2

TM 3

TM 4

TM 5

Xanh lục

Dùng để đánh giá trạng thái của thực
vật, phân biệt giữa các loại thảm thực
vật,…

Đỏ

Dùng để phân biệt thực vật và đất,
theo dõi tình trạng thực vật, phân loại
thực vật,lập bản đồ ranh giới giữa các
loại đất và ranh giới hình thành địa
chất,…

0.76 - 0.9

Cận hồng
ngoại

Xác định bề mặt đất và nước, xác
định đường bờ, xác định cây trồng,
các kiểu thực vật, trạng thái và sinh
khối, độ ẩm của đất,…

1.55 - 1.75

Giữa hồng
ngoại

Xác định độ ẩm của thực vật và đất,
giám sát thảm thực vật, tách tuyết và
mây,…

0.52 - 0.6

0.63 - 0.69

TM 6

10.4 - 12.5

Hồng ngoại
nhiệt

Sử dụng để đo vẽ bản đồ nhiệt mặt
đất, nhiệt độ của thảm thực vật, ứng
dụng trong địa chất, xác định hoạt
động địa chất,…

TM 7

2.08 - 2.35

Giữa hồng
ngoại

Xác định các loại đá và khoáng vật,
xác định độ ẩm thực vật,….


22
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP CHỈ SỐ VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÁT

HIỆN KHOÁNG CHẤT SÉT, OXIT SẮT
2.1 Cơ sở lý thuyết
2.1.1 Phổ phản xạ của khống vật
Phổ phản xạ là thơng tin quan trọng nhất mà viễn thám thu được về các đối
tượng. Dựa vào đặc điểm phổ phản xạ (cường độ, dạng đường cong ở các dải
sóng khác nhau) có thể phân tích, so sánh và nhận diện các đối tượng trên bề
mặt trái đất. Thông qua thông tin về phổ phản xạ là thông tin đầu tiên, là tiền đề
cho các phương pháp phân tích, giải đốn ảnh trong viễn thám, đặc biệt là xử lý
số.
Hiểu lý thuyết về phản xạ năng lượng phổ điện từ của các đối tượng địa
chất, khoáng vật cho phép ta giải đoán được chúng trên dữ liệu viễn thám.
Thơng tin về một khống vật trong tự nhiên có thể thu được bằng việc giải đốn
gián tiếp đặc tính phổ và cấu trúc ảnh của nó trên ảnh viễn thám trong các giải
phổ khác nhau. Mỗi đối tượng trên mặt đất có đường cong phổ khác nhau, điều
đó cho phép ta giải đốn các đối tượng này theo đường cong phổ của chúng. Các
trạng thái chuyển đổi năng lượng phổ điện từ và phổ của các hợp phần ion trong
các dải phổ được xem xét.
2.1.2 Đường cong phổ và dấu hiệu phổ
Trong viễn thám, đường cong phổ thường được đặc trưng bởi các dấu hiệu
sau:
Hấp thụ chọn lọc: là hiện tượng phổ điện từ tới vật và một phần của nó bị
hấp thụ. Hiện tượng này xảy ra với vùng phổ phản xạ năng lượng mặt trời (sóng
nhìn thấy, sóng hồng ngoại, và hồng ngoại sóng ngắn). Năng lượng phản xạ bị
hấp thụ và vì vậy bộ cảm nhận giá trị của năng lượng phản xạ /phát xạ yếu hơn
so với các dải sóng khác.


23
Phản xạ chọn lọc: trong trường hợp này, phổ thu được trên bộ cảm là năng
lượng phản xạ năng lượng đến từ nguồn mặt trời tới vật và các giá trị phổ cao có

thể dẫn đến phân cách chùm sóng đơn.
Phát xạ chọn lọc cao và thấp: nhiều vật có khả năng đánh dấu bởi phát xạ
cao hoặc thấp ở vài dải sóng nhất định.
Dấu hiệu phổ là đặc tính hoặc nhóm đặc tính riêng của đường cong phổ cho
phép giải đoán chúng trên một vật xác định.
2.1.3 Những quá trình ngun- phân tử tác động tới đặc tính phổ
a. Những dạng chuyển đổi trạng thái năng lượng
Trạng thái năng lượng của một vật là một hàm số tương quan giữa vị trí
tương đối và trạng thái của các phần tử cấu tạo nên vật tại thời điểm đó. Tổng
năng lượng của hệ nguyên - phân tử hợp thành từ 4 trạng thái năng lượng khác
nhau: chuyển đổi, quay, dao động, điện tử. Để chuyển đổi từ trạng thái năng
lượng này sang trạng thái năng lượng khác cần có một năng lượng nhất định. Sự
chuyển đổi năng lượng này cũng khác nhau trên các phần của phổ điện từ khác
nhau. Các mức năng lượng có thể kể ra là:
- Mức năng lượng chuyển đổi
- Mức năng lượng quay: là năng lượng động học do quay của các phân tử.
- Mức năng lượng dao động: liên quan tới sự chuyển động của các nguyên tử
tương đối với nhau. Mức năng lượng này xảy ra tại dải phổ hồng ngoại nhiệt và
hồng ngoại sóng ngắn. Sự thay đổi mức năng lượng giao động của âm bội và tổ
hợp xảy ra bởi phát xạ phổ điện từ ở dải sóng hồng ngoại sóng ngắn.
- Mức năng lượng điện tử: liên quan tới cấu hình các điện tử xung quanh hạt nhân
hoặc ở liên kết. Sự thay đổi mức năng lượng điện tử đòi hỏi một lượng năng
lượng lớn. Lượng năng lượng này cùng với sự liên kết của nó với sự thay đổi
mức năng lượng dao động gây ra bởi các photon trên dải sóng nhìn thấy, sóng
hồng ngoại gần, sóng cực tím và tia X. Photons của tia Gamma gây ra liên quan
tới sự chuyển đổi điện tích.
b. Các q trình điện tử:


24

Q trình này xảy ra chủ yếu trên dài sóng nhìn thấy và hồng ngoại gần.
Các quá trình xảy ra này có thể giải thích theo quan niệm sau:
- Hiệu ứng chuyển đổi điện tích
Trong một số chất, năng lượng tới có thể bị hấp thụ, đạt đến mức năng
lượng điện tử và chúng dịch chuyển giữa các ion lân cận nhưng khơng hồn tồn
ở trạng thái di động. Điều này gọi là hiệu ứng chuyển đổi điện tích và thường
xảy ra với FeO (một oxit có mặt rộng rãi trong các khống vật và đá). Khoảng
chuyển đổi điện tích này nằm chủ yếu trên dải phổ từ cực tím đến giáp ranh phổ
nhìn thấy. Trên hình 2.1a, ta thấy đường cong phổ phản xạ của một khoáng vật
chứa FeO, tại khoảng giải sóng ngắn bị hấp thụ nên có giá trị rất thấp.

Hình 2.1. Ví dụ về hấp thụ kênh phổ do quá trình điện tử. a, đường cong
phản xạ phổ của Jarosite, Hematit, Geothit bị hấp thu mạnh ở dải sóng cực
tím và xanh lam do hiệu ứng chuyển đổi điện tích. b, đường cong phản xạ
của các khoáng vật Stibnit, Cinnabar, Realgar và Sulphur bị hấp thụ tại
dải sóng cực tím- nhìn thấy rất rõ rệt (Hunt, 1980).

- Hiệu ứng hấp thụ các kênh phổ dẫn điện:
Trong một vài chất bán dẫn như Sulphite, hầu như tất cả các photons năng
lượng lớn hơn ngưỡng giá trị bị hấp thụ, nhảy từ mức năng lượng điện tử lên
mức năng lượng kênh dẫn. Hình 2.1b, thể hiện rõ điều này, đường cong phổ bị
hấp thụ dưới ảnh hưởng của hiệu ứng này.
- Chuyển tiếp điện tử trong kim loại chuyển tiếp:


25
Đặc tính này thường xảy ra với sắt tại dải sóng 0.87µm, 0.35µm và phụ
kênh phổ 0.5µm. Các ion Sắt có các kênh phổ 1µm, 1-2µm và 0.55-0.57µm.
Kim loại Cu(0.8 µm), Ni(1.25 µm, 0.4 µm), Cr(0.55 µm, 0.45 µm, 0.35 µm).
- Hiệu ứng trường tinh thể

Hiệu ứng trường tinh thể là hiện tượng mà mức năng lượng đối với một Ion
sẽ khác nhau đối với mỗi trường tinh thể. Đối với các nguyên tố chuyển tiếp như
Ni, Gr, Cu, Co, Mn,… là dạng 3 lớp điện tử định ra các mức năng lượng. Các
lớp điện tử này không được bảo vệ. Vì vậy mức năng lượng bị ảnh hưởng bởi
các trường tinh thể, và các điện tử có thể lấy giá trị năng lượng mới phụ thuộc
trường tinh thể. Trong trường hợp này, khi ở mức năng lượng mới, có sự chuyển
tiếp giữa các mức năng lượng. Kết quả của sự hấp thụ phổ được quyết định bởi
hóa trị của các ion () và số tọa độ, bởi vị trí đối xứng và mức độ các điểm bị biến
dị. Ví dụ về các oxit sắt khi ở các trường tinh thể khác nhau bị hấp thụ ở các dải
phổ khác nhau được Hunt đưa ra năm 1980 thể hiện trong hình 2.2.

Hình 2.2. Hiệu ứng trường tinh thể (Hunt, 1980)

c. Các quá trình giao động
Đối với đại đa số vật chất trên trái đất, các quá trinh dao động nguyênphân tử thường xảy ra ở dải phổ hồng ngoại sóng ngắn và hồng ngoại nhiệt.