Nghiên cứu xác định các thông số cơ bản trên ảnh vệ tinh quang học để nhận dạng các nhóm đá phục vụ công tác thành lập sơ đồ địa chất cấu trúc ảnh tại khu vực huyện cao lộc tỉnh lạng sơn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
*******

Phạm Văn Sơn

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN TRÊN ẢNH
VỆ TINH QUANG HỌC ĐỂ NHẬN DẠNG CÁC NHĨM ĐÁ PHỤC VỤ
CƠNG TÁC THÀNH LẬP SƠ ĐỒ ĐỊA CHẤT CẤU TRÚC ẢNH
TẠI KHU VỰC HUYỆN CAO LỘC, TỈNH LẠNG SƠN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2018


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
*******

Phạm Văn Sơn

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN TRÊN ẢNH
VỆ TINH QUANG HỌC ĐỂ NHẬN DẠNG CÁC NHĨM ĐÁ PHỤC VỤ
CƠNG TÁC THÀNH LẬP SƠ ĐỒ ĐỊA CHẤT CẤU TRÚC ẢNH
TẠI KHU VỰC HUYỆN CAO LỘC, TỈNH LẠNG SƠN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Chuyên ngành: Địa chất học
Mã số: 8440201.01
NGƢỜI HƢỚNG DẪN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN

KHOA HỌC 1

KHOA HỌC 2

TS. Lê Quốc Hùng

PGS.TS. Đỗ Minh Đức

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

PGS.TS. Nguyễn Văn Vƣợng
Hà Nội - 2018


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự
hướng dẫn của TS. Lê Quốc Hùng và PGS.TS. Đỗ Minh Đức. Các số liệu,
kết quả trong luận văn là trung thực, có nguồn gốc rõ ràng và được trích
dẫn đầy đủ theo quy định.

Hà Nội, ngày 28 tháng 09 năm 2018
Tác giả

Phạm Văn Sơn

LỜI CẢM ƠN
Để có thể hồn thành đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh, bên cạnh
sự nỗ lực cố gắng của bản thân cịn có sự hƣớng dẫn nhiệt tình của q Thầy Cơ,
cũng nhƣ sự động viên ủng hộ của gia đình, đồng nghiệp, bạn bè trong suốt thời
gian học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn thạc sĩ.
Hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, trƣớc tiên học viên xin chân thành cảm
ơn đến toàn thể quý thầy cô trong khoa Địa chất và khoa Sau đại học, Trƣờng Đại
học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội đã truyền đạt những kiến thức
quý báu cũng nhƣ tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho học viên trong suốt quá trình
học tập nghiên cứu tại trƣờng và thực hiện đề tài luận văn.
Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn đến các thầy TS. Lê Quốc Hùng, PGS.TS.
Đỗ Minh Đức đã hết lòng giúp đỡ, đã trực tiếp hƣớng dẫn tận tình và tạo mọi điều
kiện tốt nhất cho học viên hoàn thành luận văn.
Học viên cũng xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Quốc Khánh, TS. Lê Thị
Châu Hà, TS. Đặng Vũ Khắc đã nhiệt tình giúp đỡ và có những góp ý hữu ích cho
học viên trong q trình hồn thành luận văn này.
Trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp học viên đã đƣợc phép sử dụng
số liệu, dữ liệu, tài liệu của Đề án “Điều tra, đánh giá và phân vùng cảnh báo nguy
cơ trƣợt lở đất đá các vùng miền núi Việt Nam”. Học viên xin chân thành cảm ơn tới
cơ quan chủ trì, cơ quan chủ quản và chủ nhiệm Đề án trên.
Xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Quốc Khánh, Trung tâm Viễn thám và
Tai biến Địa chất, Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản, Đề án “Điều tra, đánh
giá và phân vùng cảnh báo nguy cơ trƣợt lở đất đá các vùng miền núi Việt Nam” đã
tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và thực
hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn đến gia đình, các anh chị, TS. Lê Thị Châu
Hà, cùng các bạn đồng nghiệp đã hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong suốt q trình học
tập, nghiên cứu và hồn thành đề tài luận văn thạc sĩ của tôi.
Trong thời gian học tập và thực hiện Luận văn tốt nghiệp, xin chân thành cảm
ơn lãnh đạo, các cán bộ đồng nghiệp Trung tâm Viễn thám và Tai biến Địa chất,

Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản đã tạo mọi điều kiện tốt nhất, hỗ trợ cho
học viên rất nhiều trong suốt q trình học tập, nghiên cứu và hồn thành luận văn
thạc sĩ.
Học viên xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, ngƣời thân, đồng nghiệp và
bạn bè đã tạo mọi điều kiện tốt nhất, bên cạnh động viên cổ vũ để học viên hoàn
thành luận văn này.


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC CHÚ GIẢI CÁC CHỮ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU

1

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

5

1.1. Khái quát về ảnh vệ tinh quang học ..........................................................5
1.1.1. Ảnh vệ tinh Landsat 8 ............................................................................5
1.1.2. Ảnh vệ tinh ASTER ...............................................................................8
1.2. Khái quát về phân tích ảnh vệ tinh quang học ........................................11
1.3. Các nghiên cứu trước liên quan ..............................................................12
1.3.1. Trên thế giới .........................................................................................12
1.3.2. Trong nƣớc ...........................................................................................16

1.4. Sự cần thiết tiến hành nghiên cứu ...........................................................19
CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

21

2.1. Cơ sở lý luận ............................................................................................21
2.1.1. Ảnh vệ tinh ...........................................................................................21
2.1.2. Thạch học .............................................................................................22
2.1.2.1. Giải đoán đá trầm tích ...................................................................22
2.1.2.2. Giải đốn đá magma .....................................................................23
2.1.2.3. Giải đoán đá biến chất ...................................................................23
2.1.3. Đặc trƣng phổ phản xạ của đối tƣợng ..................................................23
2.2. Cách tiếp cận ...........................................................................................26
2.2.1. Công cụ, đối tƣợng nghiên cứu ............................................................26
2.2.2. Quy trình nghiên cứu ...........................................................................27
2.3. Phương pháp nghiên cứu.........................................................................28
2.3.1. Phƣơng pháp thu thập, xử lý và tổng hợp tài liệu ................................28
2.3.2. Tiền xử lý ảnh ......................................................................................28
2.3.2.1. Nâng cao độ phân giải ảnh ............................................................28


2.3.2.2. Hiệu chỉnh bức xạ, phản xạ ...........................................................29
2.3.2.3. Chuyển ảnh vệ tinh từ hệ tọa độ UTM sang VN2000...................30
2.3.3. Xử lý ảnh ..............................................................................................31
2.3.3.1. Phân tích đặc điểm thảm phủ thực vật (NDVI).............................31
2.3.3.2. Phân loại dựa vào các dấu hiệu giải đoán ảnh...............................32
2.3.3.3. Tổ hợp màu đa phổ ........................................................................35
2.3.4. Phân loại đối tƣợng thạch học ..............................................................41
2.3.5. Phƣơng pháp xử lý ảnh số ....................................................................54
2.3.5.1. Phƣơng pháp phân loại không kiểm định (Unsupervised) ............55

2.3.5.2. Phƣơng pháp phân loại có kiểm định (Supervised) ......................56
2.3.5.3. Phƣơng pháp phân tích mật độ photolinement ..............................57
2.3.6. Phƣơng pháp đối sánh với các tài liệu hiện có.....................................58
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

60

3.1. Khái quát khu vực nghiên cứu .................................................................60
3.1.1. Vị trí .....................................................................................................60
3.1.2. Điều kiện tự nhiên ................................................................................61
3.1.2.1. Địa hình .........................................................................................61
3.1.2.2. Tài nguyên đất: ..............................................................................61
3.1.2.3. Tài nguyên rừng: ...........................................................................62
3.1.3. Đặc điểm địa chất khu vực nghiên cứu ................................................62
3.2. Kết quả xử lý ảnh vệ tinh quang học .......................................................67
3.2.1. Kết quả tiền xử lý ảnh ..........................................................................67
3.2.2. Kết quả phân tích chỉ số thực vật .........................................................68
3.2.3. Kết quả tổ hợp màu ..............................................................................70
3.2.4. Kết quả phân loại .................................................................................74
3.2.4.1. Phân loại khơng kiểm định ............................................................74
3.2.4.2. Phân loại có kiểm định ..................................................................74
3.2.5. Kết quả phân tích đứt gãy, đới phá huỷ ...............................................77
3.3. Kết quả giải đốn ảnh .............................................................................78
3.3.1. Nhận dạng các nhóm kiến trúc, hoa văn ảnh .......................................78
3.3.2. Nhận dạng các nhóm đá trên ảnh vệ tinh quang học ...........................79
3.3.3. Nhận dạng đứt gãy trên ảnh vệ tinh quang học ...................................81


3.4. Kết quả kiểm tra, đối sánh với tài liệu thực tế ........................................83
3.4.1. Sơ đồ vị trí kiểm tra, đối sánh ..............................................................83

3.4.2. Ảnh thực địa tại vị trí kiểm tra, đối sánh .............................................83
3.4.3. Sơ đồ địa chất cấu trúc ảnh ..................................................................87
3.5. Các thông số cơ bản trên ảnh vệ tinh ......................................................89
3.5.1. Chất lƣợng ảnh .....................................................................................89
3.5.2. Công tác tiền xử lý ảnh ........................................................................90
3.5.2.1. Tính giá trị phản xạ của ảnh ..........................................................90
3.5.2.2. Xử lý giá trị nhiễu của ảnh ............................................................92
3.5.2.3. Chuyển đổi hệ toạ độ của ảnh .......................................................92
3.5.3. Thông số về đặc trƣng phổ của ảnh .....................................................93
3.6. Tồn tại và hướng nghiên cứu tiếp theo ....................................................94
3.6.1. Tồn tại ..................................................................................................94
3.6.2. Hƣớng nghiên cứu tiếp theo .................................................................94
3.7. Khả năng ứng dụng của đề tài.................................................................94
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

98

TÀI LIỆU THAM KHẢO

100


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Đồ thị phân bố các kênh phổ trên dải sóng điện từ của một số loại ảnh
vệ tinh
5
Hình 1.2. Vệ tinh Landsat 8 (LDCM)

5

Hình 1.3. Vệ tinh Aster

8

Hình 1.4. Chu trình xử lý End to End của dữ liệu ASTER giữa Mỹ và Nhật

8

Hình 1.5. Hình ảnh tại mỏ đồng Escondida Mine, Chile trên băng phổVNIR của
ảnh ASTERchụp ngày 23/04/2000
10
Hình 1.6. Hình ảnh tại mỏ đồng Escondida Mine, Chile trên băng phổ SWIR
của ảnh ASTER chụp ngày 23/04/2000
10
Hình 2.1. Các thơng tin có thể thu nhận từ nguồn bức xạ mặt trời

24

Hình 2.2. Đƣờng cong phổ phản xạ của một số đối tƣợng

25

Hình 2.3. Đƣờng cong phổ của một số khống vật

25

Hình 2.4. Đặc trƣng phổ của một số loại thạch học trên dải sóng VNIR đến
SWIR của ảnh ASTER (Theo Yamaguchi, 1993; Drury và Hunt, 1989). 26
Hình 2.5. Các bƣớc xử lý ảnh số để thành lập Sơ đồ địa chất cấu trúc ảnh.

27

Hình 2.6. Thang độ sáng (hay độ xám) của ảnh đen trắng (10 cấp).

33

Hình 2.7. Đƣờng phản xạ phổ của lớp phủ (đất – nƣớc – thực vật)

38

Hình 2.8. Đá vơi vùng Hà Giang và khu vực bắc bộ trên ảnh vệ tinh Landsat.

43

Hình 2.9. Các thành tạo trầm tích trên ảnh Landsat cấu trúc ảnh loang lổ trên
ảnh band 5 hoặc trên ảnh tổng.
44
Hình 2.10. Cấu tạo phân lớp đặc trƣng của các đá trầm tích trên ảnh X-band
SAR (nguồn: Aerosensing Radarsysteme GmbH, R.P. Gupta (2003))
45
Hình 2.11. Cặp ảnh lập thể hàng không thể hiện rõ cấu trúc của cát kết và phiến
sét quan sát rõ ràng bởi sự khác biệt về địa mạo và mạng lƣới sông suối
(nguồn: R.P. Gupta (2003)
46
Hình 2.12. Ảnh máy bay stereo chụp đá granit vùng Wyomyth, chụp năm 1947,
(Theo Thomas M.Lillesand và Ralph W.Kiefer, 1987).
47
Hình 2.13. Sự khác biệt giữa đá vơi và dolomit trên ảnh ảnh máy bay (a) và ảnh
hồng ngoại nhiệt (b) tại khu vực Oklahoma, Hoa Kỳ, (nguồn: R.P. Gupta
(2003))

48
Hình 2.14. Ảnh tổ hợp màu từ ảnh ASTER tại khu vực núi Anti-Atlas, Ma-rốc,
trong đó, đá vơi có màu vàng, cát kết có màu cam và màu xanh đại diện
cho các khu vực có thạch cao; những khu vực có màu xanh nƣớc biển và


xanh lá cây có chứa nhiều đá granit. Ảnh chụp ngày 24/3/2008, nguồn:
NASA/GSFC/METI/ERSDAC/JAROS và U.S./Japan ASTER Science
Team
49
Hình 2.15. Hình ảnh núi lửa Kilauea tại Hawaii trên ảnh AIRSAR. Miệng núi
lửa có thể thấy bên phải hình. Dịng dung nham có tuổi khác nhau thể hiện
với đặc điểm tán xạ ngƣợc do sự khác nhau về độ nhám trên bề mặt (Ảnh
nhiều băng với mã màu nhƣ sau: R = P-band HV; G = L-band HV, C = Cband HV) (nguồn: R.P. Gupta (2003))
50
Hình 2.16. Thành tạo bazan dịng chảy, ảnh máy bay stereo, vùng Syskiyou,
Canifornia, chụp năm 1955 (Theo Thomas M.Lillesand và Ralph
W.Kiefer. 1987)
51
Hình 2.17. Cảnh ảnh đặc trƣng cho phức hệ dung nham Pampa Luxsar (nằm ở
góc phải) tại dãy núi Andes chạy dọc biên giới Chile và Bolivia.
51
Hình 2.18. 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 macma (trung tâm).
53
Hình 3.1. Vị trí vùng nghiên cứu

60

Hình 3.2.Sơ đồ khu vực huyện Cao Lộc, tỉnh Lạng Sơn

61

Hình 3.3. Sơ đồ địa chất khu vực huyện Cao Lộc, tỉnh Lạng Sơn theo các mảnh
bản đồ địa chất tỷ lệ 1:50.000 và 1: 200.000
66
Hình 3.4. Chú giải Sơ đồ địa chất khu vực huyện Cao Lộc, tỉnh Lạng Sơn theo
các mảnh bản đồ địa chất tỷ lệ 1:50.000 và 1: 200.000
66
Hình 3.5. Ảnh vệ tinh Landsat 8 khu vực huyện Cao Lộc trƣớc khi hiệu chỉnh
phản xạ phổ
67
Hình 3.6. Ảnh vệ tinh Landsat 8 khu vực huyện Cao Lộc sau khi hiệu chỉnh
phản xạ phổ và nâng cao độ phân giải
67
Hình 3.7. Chất lƣợng ảnh vệ tinh khu vực huyện Cao Lộc trƣớc (a) và sau (b)
khi xử lý và nắn chỉnh về hệ tọa độ VN2000
68
Hình 3.8. Kết quả phân tích chỉ số thực vật trên ảnh Landsat 8

68

Hình 3.9. Kết quả phân tích chỉ số thực vật trên ảnh Aster

69

Hình 3.10. Kết quả tổ hợp màu PCA 213 trên ảnh aster

70

Hình 3.11. Kết quả nhận diện khu vực hỗn hợp cát bột kết, cuội sỏi kết tuf, tuf
phun trào axit (a) và khu vực hỗn hợp bazan, cuội, sạn kết tuf (b) bằng tổ
hợp màu PCA213 trên ảnh ASTER.
70
Hình 3.12. Kết quả tổ hợp màu PCA 624 trên ảnh Landsat8

71


Hình 3.13. Kết quả nhận diện khu vực đá vơi (a) và khu vực hỗn hợp sét bột
kết, bột kết, sét vôi (b) bằng tổ hợp màu PCA trên ảnh Landsat 8.
71
Hình 3.14. Kết quả tổ hợp màu RGB 572 trên ảnh Landsat8

72

Hình 3.15. Kết quả tổ hợp màu RGB 312 trên ảnh ASTER

72

Hình 3.16. So sánh, phân loại kết quả tổ hợp màu RGB 312 trên ảnh ASTER

73

Hình 3.17. Kết quả trộn kênh 6,4/5,3/4,2 trên ảnh Landsat8

73

Hình 3.18. So sánh, phân loại trên kết quả trộn kênh 6,4/5,3/4,2 trên ảnh

Landsat8
73
Hình 3.19. Kết quả phân loại khơng kiểm định trên ảnh Landsat 8

74

Hình 3.20. Kết quả khoanh vùng dựa trên kết quả phân loại khơng kiểm định
trên ảnh Landsat 8
74
Hình 3.21. Mẫu đặc trƣng phổ dùng phân loại đối tƣợng bằng phƣơng pháp
SAM trên ảnh Landsat 8
75
Hình 3.22. Kết quả phân loại kiểm định dùng phƣơng pháp SAM trên ảnh
Landsat 8
76
Hình 3.23. Kết quả nhận biết một số khu vực qua phân loại kiểm định dùng
phƣơng pháp SAM trên ảnh Landsat 8
76
Hình 3.24. Sơ đồ mật độ photolineament khu vực nghiên cứu phân tích từ ảnh
Landsat 8
77
Hình 3.25. Khu vực có mật độ photolineament cao phân tích từ ảnh Landsat 8
trùng với các đới milonit (a) và dăm kết kiến tạo (b) trên bản đồ địa chất 1:
50.000.
77
Hình 3.26. Kết quả phân loại photolineament trên ảnh Landsat 8

77

Hình 3.27. Kết quả nhận dạng các nhóm kiến trúc, hoa văn ảnh

78

Hình 3.28. Kết quả nhận dạng một số đứt gãy trên ảnh PCA624 của ảnh vệ tinh
Landsat8
81
Hình 3.29. Dấu hiệu nhận dạng một số đứt gãy trên ảnh tỷ số 6,4/5,3/4,2 của
ảnh vệ tinh Landsat8
82
Hình 3.30. Kết quả giải đốn cấu trúc vịng trên ảnh Landsat 8

82

Hình 3.31. Sơ đồ vị trí kiểm tra thực địa khu vực huyện Cao Lộc, tỉnh Lạng Sơn 83
Hình 3.32. Một số vị trí kiểm tra kết quả nhóm đá trầm tích lục ngun

84

Hình 3.33. Một số vị trí kiểm tra kết quả nhóm đá phun trào mafic và tuf

85

Hình 3.34. Một số vị trí kiểm tra kết quả nhóm đá phun trào axit - trung tính và
tuf
85


Hình 3.35. Một số vị trí kiểm tra kết quả nhóm đá carbonat

86

Hình 3.36. Một số vị trí kiểm tra kết quả nhóm đá bở rời

86

Hình 3.37. Sơ đồ nhóm thạch học khu vực huyện Cao Lộc đƣợc thành lập từ
cơng tác giải đốn ảnh vệ tinh
87
Hình 3.38. Chú giải sơ đồ nhóm đá khu vực huyện Cao Lộc đƣợc thành lập từ
cơng tác giải đốn ảnh vệ tinh
87
Hình 3.39. Sơ đồ địa chất cấu trúc ảnh khu vực huyện Cao Lộc đƣợc thành lập
từ cơng tác giải đốn ảnh vệ tinh
88
Hình 3.40. Chú giải sơ đồ địa chất cấu trúc ảnh khu vực huyện Cao Lộc đƣợc
thành lập từ cơng tác giải đốn ảnh vệ tinh
88
Hình 3.41. Giá trị phổ phản xạ của ảnh trƣớc khi loại bỏ giá trị âm

91

Hình 3.42. Giá trị phổ phản xạ của ảnh sau khi đã hiệu chỉnh ảnh hƣởng của áp
suất khí quyển
92
Hình 3.43. Giá trị nhiễu (MNF) nhỏ nhất của ảnh Landsat8 trong giới hạn cho
phép
92
Hình 3.44. Phân phối các kênh của ảnh ASTER và Landsat TM liên quan với
đặc trƣng phổ điện từ của các đối tƣợng
93

Hình 3.45. Kết quả ghép mảnh bản đồ địa chất tỷ lệ 1:50.000 và 1: 200.000 khu
vực huyện Cao Lộc, tỉnh Lạng Sơn
95
Hình 3.46. Chú giải sơ đồ địa chất khu vực huyện Cao Lộc, tỉnh Lạng Sơn

95


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Đặc trƣng Bộ cảm của ảnh vệ tinh Landsat 8 và ảnh ASTER

6

Bảng 2.1: Bảng giá trị MP, AP các band ảnh Landsat 8 OLI của cảnh ảnh
LC81260452014364LGN01 chụp ngày 30 tháng 12 năm 2014
30
Bảng 2.2. Một số tổ hợp band thƣờng dùng trong ảnh Landsat 8.

36

Bảng 2.3. Các sản phẩm nâng cao của ảnh ASTER tiêu chuẩn (theo Kaliknowski
và Oliver, 2004).
39
Bảng 2.4. Các tỷ số và kết hợp kênh phổ biến trên ảnh aster

41

Bảng 2.5. Dấu hiệu nhận biết trên ảnh vệ tinh của một số các loại đá ở Việt Nam. 43
Bảng 3.1. Tỷ lệ chỉ số thực vật trong khu vực nghiên cứu tính trên ảnh Landsat 8 68
Bảng 3.2. Tỷ lệ chỉ số thực vật trong khu vực nghiên cứu tính trên ảnh Aster

69

Bảng 3.3. Mẫu ví dụ tone ảnh (theo tổ hợp màu R:G:B – 5:7:2 trên ảnh Landsat8
và PCA213 trên ảnh ASTER) cho một số loại thạch học
79
Bảng 3.4. Dấu hiệu giải đoán các đối tƣợng ảnh khu vực điều tra trƣợt lở chi tiết. 96


DANH MỤC CHÚ GIẢI CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CSDL

Cơ sở dữ liệu

AIST

National Institute of Advanced Industrial Science and Technology

ASCII

American Standard Code for Information Interchange

ASTER

The Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer

CSIRO

Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation

DN

Digital Numbers

EOS

Earth Observing System

EOSDIS

Earth Observing System Data and Information System

GIS

Geographic Information System

GSJ

Geological Survey of Japan, AIST

LDCM

Landsat Data Continuity Mission

NASA

National Aeronautics and Space Administration

NDVI

Normalised difference vegetation index

NIR

Near Infrared

OLI

Operational Land Imager

PAN

Panchromatic

PCA

Principal Components Analysis

ROI

Regions of interest

RS&GIS

Remote Sensing and Geographic Information Systems

SAM

Spectral Angle Mapper

SNR

signal-to-noise ratio

SWIR

Short-wave infrared

TIR

Thermal infrared

TIRS

Thermal Infrared Sensor

TOA

Top of atmosphere

USGS

United States Geological Survey

UTM

Universal Trasverse Mercator

VIS

Visible

VNIR

Visible and near-infrared

WGS

World Geodetic System


MỞ ĐẦU
1. Bối cảnh nghiên cứu
Nghiên cứu các đối tƣợng thạch học, đứt gãy trực tiếp ngoài hiện trƣờng là
một phƣơng pháp truyền thống của ngành địa chất. Ứng dụng công nghệ viễn thám
trong việc xác định các đối tƣợng địa chất phục vụ các nghiên cứu, điều tra cơ bản
về địa chất, môi trƣờng, quản lý tài nguyên thiên nhiên đang đƣợc đẩy mạnh khơng
ngừng. Trong khi đó, nguồn tài liệu ảnh viễn thám rất đa dạng, một số nguồn ảnh vệ
tinh độ phân giải cao có thể truy cập và sử dụng miễn phí, ví dụ nhƣ các ảnh vệ tinh
Landsat, ASTER, Google earth… Việc sử dụng ảnh vệ tinh quang học phục vụ các
nghiên cứu địa chất là một phƣơng pháp nghiên cứu có ý nghĩa thực tế rất cao, làm
giảm chi phí điều tra mà vẫn nâng cao đƣợc hiệu quả công tác nghiên cứu.
Tuy nhiên, việc xác định đƣợc các thông số cơ bản trên ảnh vệ tinh quang
học để nhận dạng các nhóm đá, đứt gãy cho từng khu vực nghiên cứu vẫn là một
khó khăn do sự khác biệt về đặc điểm địa chất, kiến tạo của mỗi khu vực; đặc điểm
tự nhiên Việt Nam có mức độ che phủ của thảm thực vật cao cũng là một trong
những yếu tố ảnh hƣởng đến cơng tác giải đốn ảnh. Do vậy, đề tài này đặt ra mục
tiêu nghiên cứu xác định một số thơng số cơ bản để nhận dạng các nhóm đá trên ảnh
vệ tinh quang học bằng phƣơng pháp phân tích xử lý ảnh số kết hợp giải đoán ảnh
viễn thám bằng mắt thƣờng để thành lập sơ đồ địa chất cấu trúc ảnh. Nghiên cứu

đƣợc áp dụng thử nghiệm trên phạm vi diện tích huyện Cao Lộc của tỉnh Lạng Sơn.

2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu xác định một số thơng số cơ bản trong phân tích, xử lý, giải đốn
ảnh vệ tinh quang học để nhận dạng các nhóm đá phục vụ công tác thành lập sơ đồ
địa chất cấu trúc ảnh tại khu vực huyện Cao Lộc của tỉnh Lạng Sơn.

3. Vấn đề mà đề tài tập trung giải quyết
- Phân tích tài liệu địa chất, kiến tạo, xử lý ảnh vệ tinh quang học;
- Nghiên cứu xác định các thông số cơ bản để nhận dạng các nhóm đá, đứt
gãy trên ảnh vệ tinh quang học nhƣ:
+ Độ xám, hoa văn ảnh, hình dạng, các dấu hiệu nhận biết đặc trƣng với mỗi
loại thạch học;
+ Nhận biết, xử lý và phân tích các hệ thống đứt gãy, các khe nứt kiến tạo,
các cấu trúc dạng vòng;
+ So sánh mối quan hệ giữa các loại thạch học và đặc điểm thảm phủ thực vật
phục vụ công tác giải đốn, phân loại thạch học tại những khu vực có thảm phủ dày;
+ Nhận biết các đặc trƣng phổ phản xạ của các loại thạch học trên ảnh vệ tinh
1


quang học;
- Đối sánh kết quả với tài liệu thực tế, tài liệu địa chất tại khu vực huyện Cao
Lộc của tỉnh Lạng Sơn để đánh giá mức độ tin cậy của các thông số đã xác định.

4. Phƣơng pháp nghiên cứu
a) Phƣơng pháp xử lý ảnh viễn thám:
Trong viễn thám có hai phƣơng pháp xử lý chủ yếu là: xử lý bằng mắt
(Visual processing) và xử lý số hóa (Digital processing). Thông thƣờng, khi sử dụng
viễn thám nhƣ một phƣơng pháp phối hợp với các phƣơng pháp khác để điều tra tài

nguyên, thì xử lý bằng mắt là phƣơng pháp đơn giản, tiện lợi, thơng dụng và có thể
áp dụng rất rộng rãi ở nhiều nơi. Phƣơng pháp xử lý số địi hỏi có máy tính chun
dụng hoặc các phần mềm chuyên dụng, ở Việt Nam, phƣơng pháp này mới chỉ áp
dụng ở một số nơi và chủ yếu mang tính chất nghiên cứu, sử dụng chủ yếu trong
lĩnh vực nông, lâm nghiệp và trong lĩnh vực địa chất. Cùng với sự tiến bộ của công
nghệ phần cứng và phần mềm, ứng dụng của phƣơng pháp xử lý số ngày càng đạt
đƣợc những kết quả có sức thuyết phục. Một số các báo cáo, chuyên đề thuộc các
Đề tài, Đề án đã sử dụng phƣơng pháp xử lý số để đƣa ra kết quả nghiên cứu cấu
trúc địa chất, kiến tạo của vùng và ứng dụng vào các lĩnh vực nhƣ: phân vùng nguy
cơ trƣợt lở, tìm kiếm khống sản có ích, phân tích thảm phủ thực vật… Tuy nhiên,
tại Việt Nam chƣa có một qui chuẩn rõ ràng để xác định các thông số cơ bản trong
nhận dạng các nhóm đá trên ảnh vệ tinh quang học. Với mỗi đối tƣợng thạch học có
thành phần vật chất khác nhau, trạng thái đất đá khác nhau sẽ thể hiện trên ảnh vệ
tinh quang học theo các đặc điểm riêng khác nhau. Việc xác định các nhóm đá có
thể đƣợc thử nghiệm trên một số loại ảnh vệ tinh quang học cho cùng một vùng
nghiên cứu, đƣa ra các đặc điểm tƣơng đồng, so sánh kết quả, đối sánh để xác định
lợi thế của mỗi loại ảnh đối với mỗi đối tƣợng địa chất.
Trong nghiên cứu này, tác giả đã kết hợp giữa xử lý bằng mắt và xử lý số hóa
dựa vào các cơng cụ nhƣ phần mềm, phƣơng pháp xử lý, giải đốn ảnh viễn thám
nhằm mục đích xác định một số thông số cơ bản để nhận dạng các nhóm đá trên ảnh
vệ tinh quang học. Đặc điểm khu vực có độ che phủ của thực vật cao, lớp vỏ phong
hóa dày, vì vậy để giải quyết vấn đề nhận diện các đối tƣợng thạch học, thành lập sơ
đồ cấu trúc địa chất ảnh cho khu vực nghiên cứu, tác giả đã lựa chọn phƣơng pháp
nhận biết đối tƣợng gián tiếp qua phân tích đặc điểm địa hình, đặc trƣng tơn ảnh của
các loại thạch học. Về đặc trƣng phổ của các loại đá gốc sẽ đƣợc nhận định, kiểm tra
qua phƣơng pháp tổ hợp, phân loại cho các khu vực có độ che phủ nhỏ, lộ đá gốc.
b) Phƣơng pháp thu thập, xử lý và tổng hợp tài liệu: Phƣơng pháp này tiến
hành thu thập các tài liệu liên quan về địa chất, địa hình, đặc điểm tự nhiên, ảnh vệ

2

tinh trong khu vực nghiên cứu:
- Phƣơng pháp đối sánh với các tài liệu hiện có: Các kết quả của giải đốn từ
ảnh viễn thám đƣợc phân tích, đối sánh, đối chứng với các tài liệu đo vẽ địa chất
hiện có để xác định bản chất của các đối tƣợng ảnh đã đƣợc giải đoán;
- Phƣơng pháp kiểm tra thực địa: thu thập dữ liệu thực tế nhằm đánh giá độ
chính xác của các kết quả phân tích, giải đốn ảnh viễn thám.

5. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu và đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu ảnh vệ tinh quang
học trong và ngồi nƣớc;
- Nghiên cứu các thơng số cơ bản trong phân tích, xử lý, giải đốn ảnh vệ tinh;
- Nghiên cứu xác định các thông số cơ bản để nhận dạng các nhóm đá và đứt
gãy trên ảnh vệ tinh;
- Nghiên cứu việc sử dụng các thơng số cơ bản để nhận dạng các nhóm đá,
đứt gãy trên ảnh vệ tinh quang học phục vụ thành lập sơ đồ địa chất cấu trúc ảnh tại
khu vực huyện Cao Lộc của tỉnh Lạng Sơn;
- Nghiên cứu khả năng ứng dụng của đề tài.

6. Ý nghĩa khoa học
Luận văn “Nghiên cứu xác định các thông số cơ bản trên ảnh vệ tinh quang
học để nhận dạng các nhóm đá phục vụ công tác thành lập sơ đồ địa chất cấu trúc
ảnh tại khu vực huyện Cao Lộc, tỉnh Lạng Sơn” là một nghiên cứu có tính ứng dụng
cơng nghệ khoa học cao, có hệ thống hóa các cơ sở lý thuyết, công nghệ hiện tại và
khả năng ứng dụng của các loại ảnh vệ tinh quang học trong cơng tác nhận dạng các
nhóm đá, thành lập sơ đồ địa chất cấu trúc ảnh;
- Nghiên cứu đã chứng minh đƣợc khả năng áp dụng công nghệ viễn thám và
GIS trong nghiên cứu địa chất nói chung, nhận diện các đơn vị thạch học, cấu trúc
địa chất của khu vực nói riêng là một hƣớng nghiên cứu đúng đắn, phù hợp với điều

kiện tự nhiên tại Việt Nam;
- Kết quả nghiên cứu của luận văn sẽ là cơ sở để có thể đƣợc sử dụng phục
vụ nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực của đời sống nhƣ đánh giá tai biến trƣợt lở, tìm
kiếm khống sản, nghiên cứu địa chất thủy văn, địa chất cơng trình, đánh giá mức
độ hoạt động kiến tạo của khu vực;
- Trong biên tập dữ liệu địa chất, kết quả nghiên cứu có thể đƣợc áp dụng để ghép
nối, tiếp biên các mảnh bản đồ địa chất, kiến tạo tỷ lệ 1: 50.000 đã đƣợc thành lập.

3


7. Cấu trúc của luận văn
Luận văn có cấu trúc gồm các phần:
Mở đầu
Chƣơng 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu
Chƣơng 2: Phƣơng pháp nghiên cứu
Chƣơng 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Kết luận và kiến nghị

4


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
1.1. Khái quát về ảnh vệ tinh quang học
Tƣ liệu ảnh vệ tinh viễn thám quang học là các tƣ liệu ảnh thu nhận bởi các
kênh phổ của dải sóng ánh sáng nhìn thấy và dải hồng ngoại. Năng lƣợng đó chủ
yếu là năng lƣợng mặt trời. Ngƣời ta còn gọi là tƣ liệu ảnh quang học.
Hình 1.1. Đồ thị phân bố các kênh phổ trên dải sóng điện từ của một số loại ảnh vệ
tinh

Truyền dẫn khí quyển (%)

So sánh kênh phổ của ảnh Landsat 8 và ảnh ASTER với một số ảnh khác

Bƣớc sóng (nm)

(Nguồn: USGS [55])
1.1.1. Ảnh vệ tinh Landsat 8
Vệ tinh thế hệ thứ 8 – Landsat 8 đã đƣợc Mỹ phóng thành cơng lên quỹ đạo
vào ngày 11/02/2013 với tên gọi gốc Landsat Data Continuity Mission (LDCM)
[58]. Đây là dự án hợp tác giữa NASA và cơ quan Đo đạc Địa chất Mỹ. Landsat sẽ
tiếp tục cung cấp các ảnh có độ phân giải trung bình (từ 15 – 100 mét), phủ kín ở
các vùng cực cũng nhƣ những vùng địa hình khác nhau trên trái đất. Nhiệm vụ của
Landsat 8 là cung cấp những thông tin quan trọng trong nhiều lĩnh vực nhƣ quản lý
năng lƣợng và nƣớc, theo dõi rừng, giám sát tài nguyên môi trƣờng, quy hoạch đô
thị, khắc phục thảm họa và lĩnh vực nơng nghiệp.
Hình 1.2. Vệ tinh Landsat 8 (LDCM)

(Nguồn: USGS [58])
5


Landsat 8 (LDCM) mang theo 2 bộ cảm: bộ thu nhận ảnh mặt đất (OLI –
Operational Land Imager) và bộ cảm biến hồng ngoại nhiệt (TIRS – Thermal
Infrared Sensor). Những bộ cảm này đƣợc thiết kế để cải thiện hiệu suất và độ tin
cậy cao hơn so với các bộ cảm Landsat thế hệ trƣớc. Landsat 8 thu nhận ảnh với
tổng số 11 kênh phổ, bao gồm 9 kênh sóng ngắn và 2 kênh nhiệt sóng dài (xem chi
tiết ở Bảng 1.1). Hai bộ cảm này sẽ cung cấp chi tiết bề mặt Trái Đất theo mùa ở độ
phân giải khơng gian 30 mét (ở các kênh nhìn thấy, cận hồng ngoại, và hồng ngoại
sóng ngắn); 100 mét ở kênh nhiệt và 15 mét đối với kênh toàn sắc. Dải quét của

LDCM giới hạn trong khoảng 185 km x 180 km. Độ cao vệ tinh đạt 705 km so với
bề mặt trái đất. Bộ cảm OLI cung cấp hai kênh phổ mới, Kênh 1 dùng để quan trắc
biến động chất lƣợng nƣớc vùng ven bờ và Kênh 9 dùng để phát hiện các mật độ
dày, mỏng của đám mây ti (có ý nghĩa đối với khí tƣợng học), trong khi đó bộ cảm
TIRS sẽ thu thập dữ liệu ở hai kênh hồng ngoại nhiệt sóng dài (kênh 10 và 11) dùng
để đo tốc độ bốc hơi nƣớc, nhiệt độ bề mặt. Bộ cảm OLI và TIRS đã đƣợc thiết kế
cải tiến để giảm thiểu tối đa nhiễu khí quyển (SNR), cho phép lƣợng tử hóa dữ liệu
là 12 bit nên chất lƣợng hình ảnh tăng lên so với phiên bản trƣớc.
Bảng 1.1: Đặc trưng Bộ cảm của ảnh vệ tinh Landsat 8 và ảnh ASTER
Vệ tinh

Kênh phổ

Band 1 - VNIR
Band 2 - VNIR
Band 3N - VNIR
Band 3B - VNIR
Band 4 - SWIR
Band 5 - SWIR
Terra (Bộ cảm Band 6 - SWIR
Band 7 - SWIR
ASTER)
Band 8 - SWIR
Band 9 - SWIR
Band 10 - TIR
Band 11 - TIR
Band 12 - TIR
Band 13 - TIR
Band 14 - TIR
Band 1 - Visible

Band 2 - Visible
Band 3 - Visible
Band 4 - Red
LDCM -Landsat
Band 5 - Near8 (Bộ cảm OLI
Infrared
và TIRS)
Band 6 - SWIR 1
Band 7 - SWIR 2
Band
8
Panchromatic

0,52 - 0,60
0,63 - 0,69
0,76 - 0,86
0,76 - 0,86
1,600 - 1,70
2,145 - 2,185
2,185 - 2,225
2,235 - 2,285
2,295 - 2,365
2,360 - 2,430
8,125 - 8,475
8,475 - 8,825
8,925 - 9,275
10,25 - 10,95
10,95 - 11,65
0,43 - 0,45
0,45 - 0,51

0,53 - 0,59
0,64 - 0,67
0,85 - 0,88

Độ phân giải không gian
(m)
15
15
15
15
30
30
30
30
30
30
90
90
90
90
90
30
30
30
30
30

1,57 - 1,65
2,11 - 2,29
0,50 - 0,68

30
30
15

Bƣớc sóng (µm)

6


Vệ tinh

Kênh phổ
(PAN)
Band 9 - Cirrus
Band 10 - Thermal
Infrared (TIRS) 1
Band 11 - Thermal
Infrared (TIRS) 2

Bƣớc sóng (µm)

Độ phân giải không gian
(m)

1,36 - 1,38
10,6 - 11,19

30
100

11,5 - 12,51

100

(Nguồn: Landsat 8 (L8) data users handbook (2016), [44, tr.9] và ASTER User
Handbook, version 2, [34, tr.10])
Các thông số kỹ thuật của sản phẩm ảnh vệ tinh Landsat 8 nhƣ sau:
-

Loại sản phẩm: đã đƣợc xử lý ở mức 1T nghĩa là đã cải chính biến dạng
do chênh cao địa hình (mức trực ảnh Orthophoto);

-

Định dạng: GeoTIFF;

-

Kích thƣớc Pixel: 15m/30m/100m tƣơng ứng ảnh Đen trắng Pan/Đa
phổ/Nhiệt

-

Phép chiếu bản đồ: UTM;

-

Hệ tọa độ: WGS 84;

-

Định hƣớng: theo Bắc của bản đồ;

-

Phƣơng pháp lấy mẫu: hàm bậc 3;

-

Độ chính xác: với bộ cảm OLI đạt sai số 12m theo tiêu chuẩn CE, có độ
tin cậy 90%; với bộ cảm TIRS đạt sai số 41m theo tiêu chuẩn CE, có độ
tin cậy 90%;

-

Dữ liệu ảnh: có giá trị 16 bit pixel, khi tải về ở dạng file nén có định
dạng là .tar.gz. Kích thƣớc file nếu ở dạng nén khoảng 1GB, cịn ở dạng
khơng nén khoảng 2GB.

Landsat 8 thu nhận xấp xỉ 400 cảnh/ngày, tăng 250 cảnh/ngày so với Landsat
7. Thời gian hoạt động của vệ tinh theo thiết kế là 5,25 năm nhƣng nó đƣợc cung cấp
đủ năng lƣợng để có thể kéo dài hoạt động đến 10 năm. So với Landsat 7, Landsat 8
có cùng độ rộng dải chụp, cùng độ phân giải ảnh và chu kỳ lặp lại 16 ngày.
Hiện nay, ảnh vệ tinh Landsat 8 hồn tồn có thể khai thác miễn phí từ mạng
Internet qua địa chỉ Trong nghiên cứu này, khi tải
ảnh của khu vực huyện Cao Lộc có phiên hiệu hàng cột là 126-045 về, sẽ nhận đƣợc
file nén có tên là “LC08_L1TP_126045_20141230_20170415_01_T1.tar.gz” với
dung lƣợng 855 MB và giải nén sẽ sinh ra 14 file, trong đó 11 file có đi đƣợc
đánh số từ B1 đến B11 tƣơng ứng với 11 kênh phổ của ảnh Landsat 8, kèm theo 01

file báo cáo đánh giá chất lƣợng có đi tên là BQA và 01 file siêu dữ liệu dạng
*.txt chứa các thông tin về thời gian chụp ảnh và tọa độ các góc của cảnh ảnh.
7


1.1.2. Ảnh vệ tinh ASTER
The Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer
(ASTER) là một máy chụp ảnh đa phổ tiên tiến, đƣợc phóng lên tháng 12 năm 1999
bằng tàu vũ trụ Terra của NASA. ASTER bao gồm 14 băng phổ từ khả kiến đến
hồng ngoại nhiệt với độ phân giải khơng gian, phổ và phóng xạ điện từ cao. Một dải
cận hồng ngoại nhìn về phía đƣợc thêm vào để cung cấp ảnh lập thể. Độ phân giải
không gian biển đổi theo các bƣớc sóng: 15m với các băng khả kiến và cận hồng
ngoại (VNIR), 30m với các băng cận hồng ngoại sóng ngắn (SWIR) và 90m với các
băng hồng ngoại nhiệt (TIR). Mỗi cảnh ảnh ASTER bao phủ một diện tích 60 x 60
km.
Hình 1.3. Vệ tinh Aster

(Nguồn: NASA/Japanese Space Team [61])
Terra là tàu vũ trụ đầu tiên trong một loạt các tàu vũ trụ đa thiết bị hình thành
nên Hệ thống Quan sát Trái đất của NASA (EOS). EOS bao gồm một hợp phần
khoa học và một hệ thống thông tin dữ liệu (EOSDIS) hỗ trợ một loạt các vệ tinh có
quỹ đạo cực và độ nghiêng thấp để quan sát toàn cầu dài hạn về bề mặt đất liền,
sinh quyển, bề mặt rắn của Trái Đất, khí quyển, và đại dƣơng. Chƣơng trình EOS
mang lại lợi ích cho tất cả chúng ta bằng cách nâng cao hiểu biết về trái đất nhƣ là
một hệ thống thống nhất,. Ngoài ASTER, các dụng cụ khác trên Terra là ModerateResolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), Multi-angle Imaging SpectroRadiometer (MISR), Mây và Hệ thống Năng lƣợng Bức xạ của Trái đất (CERES)
và Đo lƣờng Ô nhiễm ở Tầng Đối lƣu (MOPITT). Là thiết bị có độ phân giải khơng
gian cao duy nhất trên Terra, ASTER là "ống kính phóng đại" cho các thiết bị khác.
Terra đang ở trong quỹ đạo đồng bộ ánh sáng mặt trời, phía sau Landsat ETM+ 30

8

phút; Nó vƣợt qua đƣờng xích đạo vào khoảng 10:30 sáng giờ địa phƣơng. ASTER
có thể thu đƣợc dữ liệu trên toàn bộ Trái đất với chu kỳ nhiệm vụ trung bình là 8%
mỗi quỹ đạo. Nó thu nhận khoảng 650 cảnh ảnh mỗi ngày, đƣợc xử lý thành Cấp
1A; Trong số này, khoảng 150 cảnh ảnh đƣợc xử lý đến cấp-1B.
Hình 1.4. Chu trình xử lý End to End của dữ liệu ASTER giữa Mỹ và Nhật

(Nguồn: ASTER User Handbook, version 2, NASA [34, tr.18])
ASTER bao gồm ba hệ thống phụ khác nhau: Khả kiến và cận hồng ngoại
(VNIR) có ba băng phổ có độ phân giải khơng gian là 15 m và bổ sung một kính
thiên văn phía sau để tạo ảnh lập thể; Sóng hồng ngoại ngắn (SWIR) gồm 6 băng
phổ có độ phân giải khơng gian là 30 m; và hồng ngoại nhiệt (TIR) có 5 băng phổ
với độ phân giải không gian là 90 m (Bảng 1.1). Mỗi một hệ thống con hoạt động
trong một vùng quang phổ khác nhau, với kính thiên văn của riêng nó và đƣợc xây
dựng bởi một cơng ty khác của Nhật Bản. Ngồi ra, một kính thiên văn nữa đƣợc
đặt ở phía sau để thu dải phổ hồng ngoại gần (dải 3B) để có khả năng tạo ảnh lập
thể.
Hiện nay, ảnh vệ tinh ASTER có thể khai thác miễn phí một số kênh ảnh từ
mạng Internet qua địa chỉ . Trong nghiên cứu này, khi tải ảnh
của khu vực huyện Cao Lộc có số hiệu ASTB151022033507 về, sẽ nhận đƣợc file
nén có tên là “ASTB151022033507.tar.bz2” và giải nén sẽ đƣợc một thƣ mục với
tên thƣ mục chứa 22 chữ số “1510220335071510239029”. Đây là ảnh ASTER-VA
đƣợc chụp vào lúc 2015/10/22, 03:35:07UTC và xử lý vào ngày 2015/10/23.
9


Hình 1.5. Hình ảnh tại mỏ đồng Escondida Mine, Chile trên băng phổVNIR của ảnh
ASTERchụp ngày 23/04/2000

(Nguồn: NASA/METI/AIST/Japan Space Systems,and U.S./Japan ASTER Science
Team [62])
Hình 1.6. Hình ảnh tại mỏ đồng Escondida Mine, Chile trên băng phổ SWIR của
ảnh ASTER chụp ngày 23/04/2000

(Nguồn: NASA/METI/AIST/Japan Space Systems,and U.S./Japan ASTER Science
Team [62])
10


Trong nghiên cứu này, tác giả đã lựa chọn ảnh Landsat 8 và một số kênh của
ảnh ASTER để phân tích, giải đốn và nhận diện các đối tƣợng thạch học. Một số
đặc điểm lựa chọn nhƣ sau:
- Ảnh landsat 8 có 7 kênh ảnh có thể sử dụng đƣợc để phân tích, tổ hợp màu
phục vụ cho cơng tác giải đốn, nhận dạng các đối tƣợng thạch học, có thể dùng để
đại diện cho phân tích ảnh vệ tinh quang học;
-Về mặt công nghệ: Ảnh landsat 8 là loại ảnh đƣợc sử dụng miễn phí, hỗ trợ
nhiều cơng cụ xử lý ảnh, độ phân giải đảm bảo cho công tác giải đoán, sử dụng
kênh 8 để nâng cao độ phân giải lên 15m;
- Khi sử dụng ảnh landsat 8 và ảnh aster để phân tích chỉ số thực vật NDVI
cho thấy: Nếu dùng phần mềm ENVI, độ chi tiết và chỉ số thực vật của Landsat 8
trong khoảng -1 đến 1, trong khi đó ảnh aster có giá trị NDVI từ -0,2 đến 0,73 và
phải tính tỷ số giữa kênh 3 và kênh 2;
Trong khi đó, dữ liệu ảnh aster chỉ có thể sử dụng đƣợc 3 kênh ảnh cận hồng
ngoại 1, 2 và 3n, dữ liệu kênh 4 đến kênh 9 phải liên hệ trả phí để đƣợc sử dụng.
Trong phạm vi luận văn này, chƣa có điều kiện để liên hệ và lấy số liệu kênh 4 đến
9 để phân tích mà chỉ tiến hành nghiên cứu trên các kênh có thể thu nhận miễn phí,
mặc dù các tài liệu trƣớc đây đã phân tích hiệu quả của ảnh aster trong cơng tác
phân tích ảnh để nhận biết, thành lập sơ đồ thạch học, cấu trúc địa chất ảnh.
- Công tác xử lý ảnh và thành lập sơ đồ cấu trúc địa chất ảnh cũng có thể

đƣợc sử dụng đối với ảnh Sentinel, nhƣng trong khu vực thử nghiệm, dữ liệu ảnh
khu vực này chịu ảnh hƣởng của mây nhiều, do đó tác giả khơng sử dụng dữ liệu
ảnh này để phân tích.

1.2. Khái quát về phân tích ảnh vệ tinh quang học
Để nhận biết và phân biệt giữa các đá khác nhau trên ảnh, công tác giải đoán
dựa vào hai cơ sở sau đây:
- Mối liên quan giữa địa chất và địa mạo vùng nghiên cứu;
- Có nghiên cứu, tìm hiểu và học hỏi kinh nghiệm về địa chất, kiên nhẫn, có
cái nhìn khách quan về các đối tƣợng giải đốn trên ảnh.
Ngồi các dấu hiệu (độ xám, hoa văn ảnh, hình dạng) nhƣ đã phân tích ở
trên, cần phải kết hợp với các dấu hiệu gián tiếp để suy đốn.Ví dụ nhƣ các lớp đất
đá khác nhau sẽ bị phong hóa và bóc mịn nhƣ thế nào trong các điều kiện khí hậu
khác nhau.
Cần nhấn mạnh rằng, khơng có một quy trình thống nhất nào để giải đoán
thành phần thạch học, cũng nhƣ để giải đoán các đối tƣợng khác. Tuy nhiên cần

11


phải có cách tiếp cận khoa học và theo nhận định chung, khi giải đoán, cần theo
những bƣớc sau đây:
1. Đánh giá mơi trƣờng khí hậu (khơ hay ẩm, ơn hòa hay nhiệt đới).
2. Xác định lớp phủ thực vật là tự nhiên hay gây trồng, cụ thể đó là loại cây
gì ? Loại cây này có liên quan gì với thành phần thạch học và vỏ phong hóa của các
đá ở trong vùng nghiên cứu;
3. Đánh giá điều kiện xâm thực bóc mịn từ góc độ năng lƣợng, giai đoạn
phát triển của nó và đặc điểm phân bố tƣơng đối của dòng chảy;
4.Vùng nghiên cứu cần đƣợc chia ra chi tiết thành những vùng nhỏ hơn trên
cơ sở các trầm tích phủ trên mặt, những vùng lộ đá gốc hay bề mặt bị phủ thực vật;

5. Những vùng lộ đá hay sắp lộ cần đƣợc xem xét để giải đốn tính phân lớp
của các loại đá trầm tích, nhận biết các loại đá magma theo dạng nằm, theo thành
phần thạch học.
Các bƣớc tiếp theo cần làm tùy thuộc những vùng có khả năng lộ đá gốc hay
hồn tồn bị phủ. Nếu có thể, vùng nghiên cứu cần đƣợc kiểm tra để làm rõ ranh
giới giữa các bề mặt cảnh quan khác nhau. Sau khi phân chia đại thể các kiểu bề
mặt cảnh quan khác nhau, mỗi bề mặt cần đƣợc mô tả theo thứ tự sau đây:
1. Đặc điểm địa hình nói chung, đặc biệt cần nêu lên độ kháng xói mịn
tƣơng đối của các loại đá có thành phần thạch học khác nhau, các phân vị địa tầng
và những yếu tố dị thƣờng;
2. Kiểu mạng sông suối và mơ tả phần khơng gian giữa các dịng chảy;
3. Mơ tả hình dạng mặt cắt ngang của dịng chảy từ cấp nhỏ nhất đến lớn;
4. Mô tả chi tiết lớp phủ thực vật và trạng thái bề mặt ( trong đó có hiện trạng
sử dụng đất);
5. Sau đó, nếu là đất trụi hay đá gốc lộ đƣợc quan sát thấy, cần so sánh độ
xám, màu sắc của chúng với các đối tƣợng cần nghiên cứu, cũng nhƣ cần mô tả các
đặc điểm hoa văn ảnh;
6. So sánh với các tài liệu, bản đồ địa chất và địa mạo hiện có thể phát hiện
và tìm ra dấu hiệu phân tích ảnh.

1.3. Các nghiên cứu trƣớc liên quan
1.3.1. Trên thế giới
Viễn thám đƣợc hiểu là một khoa học và nghệ thuật để thu nhận thông tin về
một đối tƣợng, một khu vực hoặc một hiện tƣợng thơng qua việc phân tích tƣ liệu
thu nhận đƣợc bằng các phƣơng tiện. Những phƣơng tiện này khơng có sự tiếp xúc
trực tiếp với đối tƣợng, khu vực hoặc với hiện tƣợng đƣợc nghiên cứu. Các nhà địa
12