Η χρήση της τηλεπισκόπησης για τον εντοπισμό κοιτασμάτων σιδήρου στη Δ. Αφρική, μέσω δεδομένων Landsat ETM+

Από RemoteSensing Wiki

Remote sensing techniques using Landsat ETM+ applied to the detection of iron ore deposits in Western Africa.

Συγγραφείς: Andrea Ciampalini, Francesca Garfagnoli, Benedetta Antonielli, Sandro Moretti και Gaia Righini.

Πηγή: http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs12517-012-0725-0

Πίνακας 1. Δείκτης OIF για τα έξι πιο αντιπροσωπευτικά σύνθετα για την αλγερινή περιοχή και για τη δυτική Σαχάρα.

Εικόνα 1. Έγχρωμο σύνθετο 127 RGB, με σκούρο χρώμα παρουσιάζονται τα οξείδια σιδήρου a) Gara κεντρικά και b) Gara ανατολικά.

Περίληψη-Σκοπός

Οι διάφορες μέθοδοι τηλεπισκόπησης επιτρέπουν την ταχεία και ανέξοδη χαρτογράφηση των επιφανειακών γεωλογικών και ορυκτολογικών χαρακτηριστικών. Αυτή η δυνατότητα αποδεικνύεται ιδιαίτερα χρήσιμη όταν εργάζομαστε πάνω σε απομονωμένες ή απρόσιτες περιοχές. Σε αυτή τη μελέτη, αρκετές βελτιώσεις του Landsat Enhanced Thematic Mapper συν(αναλογίες καναλιών, σύνθετα ψευδοχρωμάτων και ανάλυση σε κύριες συνιστώσες)χρησιμοποιήθηκαν και να αξιολογήθηκαν για να επετεύχθη η καλύτερη δυνατή απεικόνιση των αποθέσεων σιδήρου που φιλοξενούνται στα ιζηματογενή πετρώματα του Δεβονίου της βορειοδυτικής Αφρικής. Ειδικότερα, δύο περιοχές δοκιμής επιλέχθηκαν: νότια Αλγερία (Περιοχή Djebilet), όπου από την ορυκτολογική και γεωλογική βιβλιογραφία υπάρχουν στοιχεία για ορυχεία σίδηρου, και τη Δυτική Σαχάρα (τη νότια πλευρά της λεκάνης Τιντούφ), το οποίο ερευνήθηκε κατά τη διάρκεια μιας ερευνητικής υπαίθριας αναζήτησης και όπου η εμφάνιση μιας ανάλογης ιζηματογενούς ακολουθίας μας οδήγησε στην υπόθεση ότι είναι πιθανή η παρουσία εκμεταλλεύσιμων αποθέσεων σιδήρου. Το έργο αυτό αποδεικνύει τη χρησιμότητα των πολυφασματικών εικόνων στην ανίχνευση περιοχών πλούσιων σε σίδηρο και υποδεικνύει μια πλήρη διαδικασίας τηλεσκοπικής ανίχνευσης, η οποία μπορεί να εφαρμοσθεί επωφελώς στην ευρύτερη περιοχή της Δυτικής Σαχάρα και μπορεί να προσφέρει ενδιαφέρουσες προοπτικές για τη δυνατότητα ανίχνευσης νέων εκμεταλλεύσιμων κοιτασμάτων σιδήρου σε ξηρά περιβάλλοντα.

Εικόνα 2. Έγχρωμο σύνθετο αναλογιών 3/5, 4/1 και 5/7, RGB, αντίστοιχα. Η παρουσία οξειδίων σιδήρου αντιστοιχεί στις κοκκινωπές ζώνες α) δυτική Σαχάρα, β) Gara κέντρο, γ) Gara ανατολή.

Εικόνα 3. Εικόνες PC της μη τυποποιημένης μεθόδου PCA. Η παρουσία οξειδίων του σιδήρου αντιστοιχεί στις φωτεινότερες ζώνες α) δυτική Σαχάρα b) Gara κέντρο b) Gara ανατολικά.

Έγχρωμα Σύνθετα

Για την επιλογή του καλύτερου έγχρωμο σύνθετου, υπολογίστηκε ο δείκτης OIF, ο οποίος υποδεικνύει τo βέλτιστο έγχρωμο σύνθετο για κάθε περίπτωση. Ο δείκτης OIF για την αλγερινή περιοχή (Πίνακας 1) υποδηλώνει ότι ο συνδυασμός καναλιών 157 περιέχει στατιστικά τη μέγιστη πληροφορία, ενώ για τη Δυτική Σαχάρα (Πίνακας 1), ο καλύτερος συνδυασμός είναι ο 147 RGB, ο οποίος τονίζει τα λιθολογικά όρια, τα οποία αντιστοιχούν σε εκείνα που αναφέρονται στον 1:1.000.000 γεωλογικό χάρτη του Μαρόκου με σχεδόν πλήρη ακρίβεια (Saadi et al, 1985). Ωστόσο,δεν είναι κατάλληλος για την ανίχνευση των αποθέσεων σιδηρομεταλλεύματος. Αντίθετα, για την αλγερινή περιοχή δοκιμών, τα σύνθετα 157 και 147 RGB, τονίζουν τόσο τις αποθέσεις μεταλλεύματος σιδήρου στο Gara Gara ανατολικά και κεντρικά (Djebilet) που περιγράφονται από τον Guerrak (1988b), αλλά ο καλύτερος συνδυασμός για τη διαχωρισμό λιθολογιών είναι το 127 RGB (εικ. 1).

Εικόνα 4. Εικόνες PC της μη τυποποιημένης μεθόδου PCA με κατάτμιση, α) Δυτική Σαχάρα, b) Gara κέντρο, c) Gara ανατολή.

Έγχρωμα Σύνθετα με τη χρήση λόγων (FCC)

Τα FCC με βάση τους συντελεστές καναλιών RGB που προτείνονται από Sabins (1999) είναι ο συνδυασμός των αναλογιών 3/5, 3/1 και 5/7 σε RGB, αντίστοιχα, για την ανίχνευση εξαλλοιωμένων πετρωμάτων που χαρακτηρίζονται από τρισθενές σίδηρο και υδροθερμικές εξαλλοιώσεις αργιλικών. Αυτό το έγχρωμο σύνθετο αποδείχθηκε ιδιαίτερα χρήσιμο στην ανάδειξη των περιοχών που χαρακτηρίζονται από την παρουσία αποθέσεων μεταλλεύματος σιδήρου τόσο στο Djebilet αλλά και στη Δυτική Σαχάρα. Τα ίδια αποτελέσματα ελήφθησαν με αντικατάσταση της αναλογίας 3/1 με την 4/1 (εικ. 2). Μια παρόμοια εικόνα ελήφθη χρησιμοποιώντας το σύνθετο 5/7 , 5/4 και 3/1 σε RGB, αντίστοιχα, όπως προτείνεται από τους Elsayed Zeinelabdein και Albiely (2008), για την ανίχνευση εξαλλοιωμένων πετρωμάτων που περιέχουν υδροξύλιο και οξείδια του σιδήρου.

Ανάλυση Κύριων Συνιστωσών

Μη τυποποιημένη μέθοδος PCA

Στην παρούσα μελέτη, η αναλογία 4/1 είναι η πιο χρήσιμη αναλογία καναλιών για την ανίχνευση οξειδίων του σιδήρου. Το κανάλι και το κανάλι 4 έχουν τις υψηλότερες τιμές με αντίθετα πρόσημα στο PC2, για αυτό το λόγο χρησιμοποιείται το αρνητικό της εικόνας του υπολογιστή για τον προσδιορισμό των οξειδίων του σιδήρου, όπου εμφανίζονται ως σκοτεινά pixels (εικ. 3).Η κατάτμιση της εικόνας 10, PC2 (εικ. 4) τονίζει σαφώς την εμφάνιση των οξειδίων του σιδήρου στο Djebilet. Παρόμοια αποτελέσματα ελήφθησαν χρησιμοποιώντας το PC2 για τη περιοχή της δυτικής Sahara (εικ. 4), η οποία έχει τα υψηλότερα φορτία στα κανάλια 1-3 και 1-4.

Τυποποιημένη μέθοδος PCA

Η αύξηση του δείκτη SNR, ειδικά για τη πρώτη περιοχή, δηλώνει μια στατιστική βελτίωση της ποιότητας του σήματος, ενθαρρύνοντας έτσι τη χρήση της τυποποιημένης μεθόδου PCA. Τα οπτικά αποτελέσματα από τη μη τυποποιημένη μέθοδο PCA ταιριάζουν καλύτερα σε σύγκριση με άλλες τεχνικές ενίσχυσης.

Συμπεράσματα

Μεταξύ των ETM + αναλογιών καναλιών που έχουν χρησιμοποιηθεί για να τονιστεί η εμφάνιση των οξειδίων του σιδήρου , η αναλογία 4/1 είχε το καλύτερο αποτέλεσμα, ειδικά αν συνδεθεί με τη τομή σχετικής πυκνότητας του υποβάθρου τόσο για την Αλγερία αλλά και για τη Δυτική Σαχάρα. Η αναλογία αυτή δεν περιγράφεται συνήθως στην βιβλιογραφία. Αντιθέτως , η πιο κοινή αναλογία 3/1 απέδωσε λιγότερο ικανοποιητικά αποτελέσματα, πιθανώς λόγω της προέλευση των οξειδίων του σιδήρου : η αναλογία 3/1 είναι κυρίως κατάλληλη για να αναδείξει οξείδια του σιδήρου που σχετίζονται με υδροθερμικά εξαλλοιωμένα πετρώματα , ενώ τα οξείδια του σιδήρου των συγκεκριμένων περιοχών μελέτης είναι συν–ιζηματογενούς προέλευσης. Τα χαρακτηριστικά φάσματα των οξειδίων του σιδήρου αντιπροσωπεύονται στα ΕΤΜ 1 έως ETM 4 κανάλια. Η αναλογία 5/4 αποδείχθηκε χρήσιμη στην ανάδειξη της παρουσίας σιδηρούχων ορυκτών , επειδή η μεγαλύτερη ανάκλαση για σιδηρούχων ορυκτών εντοπίζεται εντός του καναλιού 5 ΕΤΜ +. Έτσι, ο συνδυασμός των αναλογιών 4/1 και 5/4 συνιστάται για τη χαρτογράφηση οξειδίων του σιδήρου που δεν έχουν υδροθερμική προέλευσης. Όσον αφορά τη χωρική κατανομή του σιδηρομεταλλεύματος, μόνο στην πρώτη περίπτωση υπήρχε μια καλή συμφωνία μεταξύ των διαθέσιμων πληροφοριών από τη βιβλιογραφία (Guerrak 1988b),με τις παρατηρήσεις πεδίου και με τη βελτιωμένη εικόνα . Αντίθετα , δεν υπήρχε αλληλουχία μεταξύ των στοιχείων από το πεδίο και της βελτιωμένης απεικόνιση από τη περιοχή της Δυτικής Σαχάρα. Οι αναλογίες καναλιών 3/5, 4/1 και 5/7 σε RGB, έδωσαν τα καλύτερα αποτελέσματα για την ανίχνευση αποθέσεων μεταλλεύματος σιδήρου. Η μελέτη αυτή αποδεικνύει τη χρησιμότητα πολυφασματικών εικόνων (Landsat ETM +) στην ανίχνευση αποθέσεων σιδηρομεταλλεύματος, που μπορεί να έχουν οικονομική αξία. Η χρήση εικόνων Landsat ETM + προτιμήθηκε σε σχέση με τις εικόνες ASTER επειδή είναι δωρεάν. Το κόστος μπορεί να είναι ένας κρίσιμος παράγοντας, ειδικά για τις αναπτυσσόμενες χώρες που θέλουν να βελτιώσουν τις γνώσεις τους για τους φυσικούς πόρους εντός των συνόρων τους.