Μοντέλο μορφο-τεκτονικής εξέλιξης των Δ. Αστερουσίων (Κρήτης), βασισμένο σε τεχνικές επεξεργασίας δεδομένων Τηλεπισκόπησης και ΣΓΠ
Από RemoteSensing Wiki
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Τα προϊόντα της ψηφιακής επεξεργασίας δεδομένων τηλεπισκόπησης αποτελούν, εδώ και χρόνια, σημαντικά εργαλεία για τη χαρτογράφηση γεωλογικών σχηματισμών και μορφο-τεκτονικών δομών. Με τις σύγχρονες τεχνικές ορθοαναγωγής, ταύτισης και συγχώνευσης εικόνων, ακόμη κι αν προέρχονται από συστήματα με διαφορετικά γεωμετρικά και φασματικά χαρακτηριστικά, παράγονται εικόνες πολύ υψηλής χωρικής διακριτικής ικανότητας, οι οποίες στις περισσότερες περιπτώσεις μπορούν να συμβάλλουν στην αύξηση της ακρίβειας σε μεγάλης κλίμακας γεωλογική χαρτογράφηση. Η λεπτομερέστερη αποτύπωση των γεωλογικών επαφών βοηθάει στη δημιουργία τρισδιάστατων μπλοκ διαγραμμάτων, απεικονίζοντας το υφιστάμενο μορφο-τεκτονικό καθεστώς της υπό έρευνα περιοχής. Βασικό στόχο αποτελεί η μοντελοποίηση των σχετικών κινήσεων των ρηξιτεμαχών από τα οποία συντίθεται η περιοχή, όσο το δυνατόν πιο πίσω στο χρόνο, με αποτέλεσμα την εκτίμηση της αρχικής κατάστασης από την οποία προήλθε η σύγχρονη δομή. Η διαδικασία προϋποθέτει τη σταδιακή μορφολογική, στρωματογραφική και τεκτονική αναδόμηση της περιοχής, συμπεριλαμβανομένης της διάστασης του χρόνου και οδηγώντας στην ανάλυση της μορφο-τεκτονικής εξέλιξής της. Η περιοχή των δυτικών Αστερουσίων προσφέρεται για τέτοιου είδους ανάλυση λόγω της παρουσίας της ασυμφωνίας των μεταλπικών σχηματισμών στο αλπικό υπόβαθρο, καθώς και πλήθους εφελκυστικών ρηξιγενών ζωνών που έχουν διαρρήξει πρόσφατα την περιοχή. Η οροσειρά των Αστερουσίων, με διεύθυνση Α-Δ, αποτελεί το νοτιότερο όριο της Κρήτης προς το Λιβυκό πέλαγος. Οριοθετεί προς νότο την Τεταρτογενή λεκάνη της Μεσσαράς, της οποίας η γεωλογική – γεωμορφολογική ιστορία συνδέεται άμεσα με τη δράση ρηγμάτων αποκόλλησης, καθώς αναπτύσσεται στην κορυφή του κατερχόμενου ρηξιτεμάχους ενός κανονικού ρήγματος με μικρή κλίση προς νότο (Vassilakis, 2006). Η θραυσιγενής παραμόρφωση που παρατηρείται σε αυτού του είδους τις λεκάνες είναι ένα θέμα που απασχολεί τη διεθνή επιστημονική κοινότητα τα τελευταία χρόνια, οπότε και έγινε ευρύτερα αποδεκτή η θεωρία των ρηγμάτων αποκόλλησης ως των κυρίων μορφών έκφρασης εφελκυσμού και λέπτυνσης του φλοιού σε περιοχές σύγκλισης τεκτονικών πλακών (Burchfiel, 2004).
ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ
Τα ψηφιακά δεδομένα τηλεπισκόπησης που υπήρχαν διαθέσιμα για περαιτέρω επεξεργασία ώστε να είναι δυνατή η ανάδειξη τεκτονικών δομών και τα όρια των επιφανειακών εμφανίσεων των διαφόρων λιθολογιών, αφορούν πολυφασματικές δορυφορικές εικόνες LANDSAT-7/ETM+, SPOT-4, IKONOS-2 καθώς και μωσαϊκό παγχρωματικών ορθοφωτογραφιών. Η επεξεργασία των παραπάνω δεδομένων έγινε μέσω εξειδικευμένων λογισμικών πακέτων, σχετικών με την ψηφιακή επεξεργασία και ανάλυση δορυφορικών εικόνων, ξεκινώντας από τη διαδικασία γεωμετρικής ταύτισης των ψηφιακών εικόνων σε ενιαίο σύστημα γεωγραφικών συντεταγμένων. Στη συγκεκριμένη περίπτωση όπου χρησιμοποιούνται εικόνες με πολύ μεγάλη χωρική διακριτική ικανότητα, σε περιοχές με έντονη τοπογραφία αλλά και σε περιπτώσεις που χρησιμοποιούνται αεροφωτογραφίες για την παραγωγή μωσαϊκών σε ενιαίες ψηφιακές εικόνες, είναι απαραίτητη η συμμετοχή του παράγοντα «επιφανειακό ανάγλυφο», στην διαδικασία της γεωμετρικής διόρθωσης.Η διαδικασία αυτή ονομάζεται ορθοαναγωγή και μέσω αυτής, στις νέες συντεταγμένες του κελιού, λαμβάνεται υπ’ όψιν και το υψόμετρο της νέας θέσης, κατά τη διαδικασία ταύτισης των δεδομένων μεταξύ τους. Δεν διαφέρει πολύ από τη γεωμετρική διόρθωση, εκτός του γεγονότος ότι, συνήθως, χρησιμοποιείται ένα ψηφιακό μοντέλο αναγλύφου με ανάλυση αντίστοιχη της χωρικής διακριτικής ικανότητας της εικόνας. Σε σχετικά επίπεδες περιοχές, τα αποτελέσματα της ορθοαναγωγής δεν είναι πολύ διαφορετικά, όμως σε περιοχές με έντονη αυξομείωση του αναγλύφου, είναι απαραίτητη ώστε να επιτευχθεί μεγάλη ακρίβεια. Η ψηφιοποίηση του τοπογραφικού υποβάθρου από διαγράμματα της Γ.Υ.Σ. με κλίμακα 1:5.000 και η κατασκευή ψηφιακού μοντέλου αναγλύφου υψηλής ακρίβειας και μεγάλης ανάλυσης, βοήθησε στην ορθοαναγωγή όλων των δεδομένων τηλεπισκόπησης, με σκοπό τον συνδυασμό των χωρίς χωρικές στρεβλώσεις που θα οδηγούσαν σε λάθος συμπεράσματα. Η μεθοδολογία, εκτός της συμβατικής παρατήρησης της περιοχής με συνδυασμούς καναλιών είτε από το ορατό ή το υπέρυθρο τμήμα του φάσματος συμπεριλαμβάνει τη δημιουργία λόγων μεταξύ καναλιών, οι οποίοι είναι u967 χρήσιμοι στη διάκριση μεταξύ τύπων πετρωμάτων που έχουν σχετικά μεγάλες περιεκτικότητες σε ορισμένα στοιχεία (Jensen, 1989). Η τεχνική συμπεριλαμβάνει τη δημιουργία μιας νέας εικόνας βασισμένης στο λόγο των ψηφιακών τιμών δύο επιλεγμένων φασματικών ζωνών, για κάθε κελί. Η επιλογή των φασματικών ζωνών εξαρτάται από γνώση των φασματικών χαρακτηριστικών των αντικειμένων που χρειάζεται να αναδειχθούν (Scanvic, 1997). Οποιοιδήποτε τρεις λόγοι καναλιών μπορούν να συνδυαστούν στα τρία βασικά χρώματα (R,G,B) και να σχηματιστεί μια ψευδέγχρωμη εικόνα. Οι νέες εικόνες που προκύπτουν, πολλές φορές περιέχουν μεγαλύτερη γεωλογική πληροφορία, αφού δημιουργείται μεγαλύτερη αντίθεση μεταξύ περισσότερων στοιχείων, καθότι λαμβάνονται υπ’ όψιν περισσότερες φασματικές περιοχές. Το βασικό μειονέκτημα σε αυτή τη διαδικασία είναι η πολύ συχνή ανάδειξη θορύβου, η οποία εκφράζεται μέσα από σειρές κελιών με μηδενική τιμή. Σε γενικές γραμμές έχει αποδειχθεί ότι τα πετρώματα με υψηλή περιεκτικότητα σε ορυκτά στα οποία συμμετέχουν σιδηρούχα οξείδια (Campbell, 1996), παρουσιάζουν μεγάλη φωτεινότητα, μετά την εφαρμογή του λόγου με αριθμητή το κανάλι 3 και παρονομαστή το κανάλι 2 του των δορυφορικών εικόνων LANDSAT 7-ETM+. Ακόμη, ο λόγος με αριθμητή το κανάλι 5 και παρονομαστή το κανάλι 4 των ίδιων εικόνων, αναδεικνύει τα πετρώματα που συνίστανται από μεγάλη περιεκτικότητα u963 σε ορυκτά που περιέχουν σίδηρο. Επίσης, η εφαρμογή του λόγου με αριθμητή το κανάλι 5 και παρονομαστή το κανάλι 7 των ίδιων εικόνων, αναδεικνύει τις περιοχές με υψηλή συγκέντρωση αργίλου, που συνήθως σχετίζεται με την χημική εξαλλοίωση των επιφανειακών στρωμάτων του υποβάθρου (Sabins, 1997). Φυσικά, οι ιδανικές συνθήκες εφαρμογής των παραπάνω λόγων αφορούν πλήρη απαλοιφή των ατμοσφαιρικών επιδράσεων και την πλήρη απουσία βλάστησης. Όμως σε κάθε περίπτωση η μεθοδολογία αυτή
είναι ενδεικτική για επιφανειακές αλλαγές που αξίζουν την υπαίθρια διερεύνησή τους. Για γεωλογικές εφαρμογές, είναι αρκετά συχνή η σύνθεση ψευδέγχρωμων εικόνων με λόγους δύο φασματικών καναλιών των εικόνων LANDSAT 7/ETM+, όπως είναι για παράδειγμα η χρησιμοποίηση του συνδυασμού 3/1, 5/4, 5/7 (R,G,B), με σκοπό να διακριθούν διαφορετικά είδη πετρωμάτων (εικ.2) ή των λόγων 4/3, 3/1 και 5/7 (εικ.3) για την καταγραφή επιφανειακών εξαλλοιώσεων λόγω παρουσίας νερού και μεγάλων εναλλαγών θερμοκρασίας και υγρασίας (Avery & Berlin, 1992), (Παρχαρίδης, et al.,1999).Όσον αφορά στο τμήμα της μεθοδολογίας που αφορά στην Τηλεπισκόπηση, αυτό συμπληρώνεται από την διαδικασία της συγχώνευσης των δεδομένων που προέρχονται από διαφορετικές πηγές. Ο σκοπός της συγχώνευσης είναι ο συνδυασμός ανόμοιων και συμπληρωματικών δεδομένων και η δημιουργία ενός νέου προϊόντος, το οποίο θα περιλαμβάνει όσο το δυνατόν περισσότερα από τα χαρακτηριστικά και τις πληροφορίες των επιμέρους εικόνων που συνδυάστηκαν, αναδεικνύοντας έτσι το σύνολο των πλεονεκτημάτων των πρωτογενών δεδομένων και βελτιώνοντας την ποιότητα της πληροφορίας. Συγκεκριμένα, το βασικότερο μειονέκτημα των δορυφορικών εικόνων LANDSAT, είναι η σχετικά μέτρια διακριτική ικανότητά τους, σε αντίθεση με την πολύ σημαντική πολυφασματική πληροφορία που είναι ενσωματωμένη στα πολλά κανάλια που διαθέτουν. Η αύξηση της διακριτικής ικανότητας, αυτών των εικόνων, μπορεί να επιτευχθεί με τη συγχώνευσή τους με δεδομένα που έχουν καλύτερα χωρικά χαρακτηριστικά. Στη συγκεκριμένη περίπτωση και επειδή η περιοχή που έπρεπε να χαρτογραφηθεί με μεγάλη λεπτομέρεια ήταν σχετικά μικρή, προτιμήθηκε η συγχώνευση της εικόνας LANDSAT με το ψηφιακό ορθο-μωσαϊκό από τις αεροφωτογραφίες. Το βασικότερο πλεονέκτημά του είναι η πολύ καλή χωρική διακριτική ικανότητα που διαθέτει (<1μ), ενώ μειονεκτεί στο γεγονός ότι η απεικόνιση της περιοχής γίνεται παγχρωματικά, δηλαδή χρησιμοποιώντας την περιοχή του ορατού φάσματος σε ένα μόνο κανάλι με διαβαθμίσεις του γκρι (εικ.4).
ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΜΕΘΟΔΟΥ – ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ
Η πολυπαραμετρική προσέγγιση μιας περιοχής αποτελεί σημαντικότατο παράγοντα στην εφαρμογή της τεχνικής της αναδόμησης, όταν απώτερος στόχος είναι η μορφο-τεκτονική εξέλιξή της. Η ακριβής αποτύπωση των στρωματογραφικών και τεκτονικών επαφών καθώς και τα χαρακτηριστικά τους, μέσω των οποίων προκύπτει η ιστορία τους, είναι το πιο σημαντικό κομμάτι της μεθοδολογίας και σε αυτό συμβάλλει καθοριστικά η σωστή εκμετάλλευση των δεδομένων τηλεπισκόπησης καθώς και των προϊόντων που προκύπτουν από την επεξεργασία τους. Η αύξηση της χωρικής διακριτικής ικανότητας επιτρέπει την λεπτομερέστερη τοποθέτηση σημαντικών επαφών και κατά συνέπεια την ακριβέστερη διάκριση των ρηξιτεμαχών που συμμετέχουν στην παλινσπαστική διαδικασία.
Η εισαγωγή των δεδομένων αυτών σε σύστημα γεωγραφικών πληροφοριών με δυνατότητα αναγνώρισης της τρίτης διάστασης αποτελεί σημαντικότατο βήμα και πρέπει να γίνεται προσεκτικά, αφού ενδέχεται να επηρεάσει την αναδόμηση προς τις παρελθόντες περιόδους.
Τα αποτελέσματα κρίνονται άκρως ικανοποιητικά αφού ανταποκρίνονται σε μεγάλο ποσοστό στην πραγματικότητα, χωρίς αυτό να σημαίνει ότι δεν υπάρχουν αποκλίσεις από την αληθινή γεωλογική ιστορία της περιοχής. Μάλιστα, αρκετές ήταν οι φορές όπου δεν συμβάδιζαν τα δεδομένα μεταξύ τους και μετά από νέα υπαίθρια εργασία γινόταν αντιληπτό κάποιο νέο
στοιχείο που είτε αφορούσε κάποιο καλυμμένο ρήγμα, είτε κάποια λανθασμένη μέτρηση ή ακόμα και κακή εκτίμηση κάποιας επαφής. Σε γενικές γραμμές, οι παραδοχές που γίνονται σχετικά με το αρχικό ανάγλυφο αλλά και τον τρόπο δημιουργίας της σημερινής μορφολογίας κρίνονται ως αναγκαίες, καθώς δεν έχει αναπτυχθεί ικανοποιητική μεθοδολογία για τον υπολογισμό της διάβρωσης σε αντίστοιχη κλίμακα. Δε φαίνεται, πάντως, να επηρεάζεται το τελικό αποτέλεσμα σε μεγάλο βαθμό. Η εφαρμογή της μεθοδολογίας που περιγράφεται, σε τεκτονικά ενεργές περιοχές, όπως η Κρήτη, όπου υπάρχουν σημαντικότατες κατακόρυφες και οριζόντιες κινήσεις κατά τη διάρκεια της Νεογενούς περιόδου, μπορεί να δώσει απαντήσεις σε σημαντικά ερωτήματα που αφορούν τη γεωλογική ιστορία τους. Η σύνδεση μικρότερων περιοχών σε ένα ευρύτερο γεω-τεκτονικό πλαίσιο μπορεί να γεννήσει ακόμη και νέα ερωτηματικά με απώτερο στόχο τη βελτίωση των γνώσεων που έχουμε για το γεωλογικό παρελθόν και η συμμετοχή τεχνικών τηλεπισκόπησης και συστημάτων διαχείρισης γεωγραφικών πληροφοριών είναι αναγκαία και επιβεβλημένη.
Συγγραφέας: ΒΑΣΙΛΑΚΗΣ ΕΜΜΑΝΟΥΗΛ, Τομέας Δυναμικής, Τεκτονικής & Εφαρμοσμένης Γεωλογίας, Ε.Κ.Π.Α.
Δελτίο Ελληνικής Γεωλογικής Εταιρίας τομ.XLII/I, 2008
