Τηλεπισκόπηση και Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών για χαρτογράφηση ρηγμάτων, μελέτη στη περιοχή Taiz στην Υεμένη

Από RemoteSensing Wiki

Εικόνα 1: Τοποθεσία περιοχής μελέτης.

Εικόνα 2: Γεωλογικός χάρτης περιοχής μελέτης.

Εικόνα 3: Αρχική εικόνα Landsat ETM 7 στο κανάλι 5.

Εικόνα 4: Εικόνα Landsat ETM 7 στο κανάλι 5 μετά από ενίσχυση αντίθεσης.

Εικόνα 5: Εικόνα Landsat ETM 7 στο κανάλι 5 μετά από ενίσχυση αντίθεσης και εφαρμογή φίλτρου sobel.

Εικόνα 6: Μοντέλο DEM της περιοχής μελέτης.

Εικόνα 7: Αποστραγγιστικά δίκτυα με χρήση δεδομένων DEM και του λογισμικού PCI Geomatica 9.1

Εικόνα 8: Χάρτης με τις λιθολογικές επαφές.

Εικόνα 9: Χάρτης ρηγμάτων της περιοχής μελέτης.

Εικόνα 10: Χάρτης βαρύτητας γραμμώσεων.

Εικόνα 11: Χάρτης βαρύτητας αποστραγγιστικού δικτύου.

Εικόνα 12: Χάρτης βαρύτητας λιθολογικών επαφών.

Εικόνα 13: Χάρτης βαρύτητας ρηγμάτων.

Εικόνα 14: Δυναμικός χάρτης ρηγμάτων με τις 5 κατηγορίες δυναμικών ζωνών.

Εικόνα 15: Χάρτης που δείχνει τα νέα ρήγματα.

Αντικείμενο εφαρμογής: Τηλεπισκόπηση και Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών για χαρτογράφηση ρηγμάτων, μελέτη στη περιοχή Taiz στην Υεμένη.

Πρωτότυπος τίτλος: Remote Sensing and Geographic Information System for Fault Segments Mapping a Study from Taiz Area, Yemen.

Συγγραφείς: Anwar Abdullah, Shawki Nassr, Abdoh Ghaleeb

Σκοπός:

Τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών (GIS) και τα τηλεπισκοπικά δεδομένα επιτρέπουν τον προσδιορισμό δομικών χαρακτηριστικών, όπως τα ρήγματα και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση των χαρτογραφήσεων και τον προσδιορισμό περιοχών που πιθανώς εντοπίζονται συστήματα ρηγμάτων.

Στη παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκαν δορυφορικές εικόνες Landsat ETM 7 και βρέθηκε ότι το κανάλι 5 (1.55–1.75 μm, SWIR) είναι το πιο κατάλληλο για οριοθέτηση γραμμώσεων αφού με χρήση αυτού είναι δυνατός ο προσδιορισμός των γεωλογικών χαρακτηριστικών.

Στη συνέχεια κατασκευάστηκε ένας δυναμικός χάρτης πρόβλεψης σεισμών χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο με τεχνικές επικάλυψης, που είναι βασισμένος σε 4 χαρακτηριστικά: δίκτυα αποχέτευσης, ρήγματα από προηγούμενες χαρτογραφήσεις, γραμμώσεις και επαφές λιθολογικών στρωμάτων. Από τον χάρτη αυτό, η περιοχή μελέτης χωρίζεται σε 5 δυναμικές ζώνες, όπου τα τμήματα που εντάσσονται στις μεσαίες ως υψηλές δυναμικές ζώνες θεωρείται ότι αντιστοιχούν σε ρήγματα.

Σκοπός της εργασίας ήταν ο συνδυασμός των τηλεπισκοπικών δεδομένων με δεδομένα GIS για την ανίχνευση συστημάτων ρηγμάτων και στη συνέχεια η διερεύνηση της ικανότητας αυτού του μοντέλου να δίνει αξιόπιστα αποτελέσματα που ταυτίζονται ως ένα βαθμό με τα αποτελέσματα που προκύπτουν από τις μελέτες πεδίου.

Ωστόσο, η σύγκριση του δυναμικού χάρτη που κατασκευάστηκε με χάρτη ρηγμάτων που είχε κατασκευαστεί με δεδομένα GIS έδειξε ότι κάποια από τα σημεία του δυναμικού χάρτη δεν είχαν ταυτοποιηθεί σωστά στη περιοχή μελέτης μέσω τηε έρευνας πεδίου.

Περιοχή μελέτης:

Η Υεμένη βρίσκεται στο Νότιο-Δυτικό τμήμα της Αραβικής Χερσονήσου και επηρεάζεται από την ενεργή ζώνη διάνοιξης του κόλπου της Εδέμ και το άνοιγμα της Ερυθράς Θάλασσας (Εικόνα 1). Η ενεργή αυτή ζώνη μπορεί να προκαλέσει επαναδραστηριοποίηση παλιών συστημάτων ρηγμάτων καθώς και να δημιουργήσει και νέα ρήγματα.

Το 2003 και το 2010 στη περιοχή Taiz παρατηρήθηκαν ρωγμές και κατολισθήσεις βραχομάζας με συνέπεια να προκληθούν σοβαρές ζημιές σε σπίτια και άλλες υποδομές.

Στη περιοχή μελέτης συναντάμε γρανιτικά πετρώματα Τριτογενούς ηλικίας καθώς και ηφαιστειακά πετρώματα (βασάλτες, ρυόλιθοι, αποθέσεις τέφρας) επίσης Τριτογενούς ηλικίας (Εικόνα 2).

Μέθοδοι μελέτης:

Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν προήλθαν από εικόνες Landsat ETM 7 και SRTM (Shuttle Radar Topography Mission). Επίσης, χρησιμοποιήθηκαν τοπογραφικοί χάρτες, γεωλογικοί χάρτες καθώς και δεδομένα πεδίου. Επιπλέον, έγινε χρήση των λογισμικών PCI Geomatica 9.1, ERDAS 8.4 και Ilwis 3.3.

Τα αρχικά δεδομένα όπως τοπογραφικοί και γεωλογικοί χάρτες μετατράπηκαν σε ψηφιακά. Στη συνέχεια οι 4 δείκτες που θα χρησιμοποιούνταν στην έρευνα, μετατράπηκαν σε 4 διαφορετικά επίπεδα-χάρτες (δίκτυα αποχέτευσης, ρήγματα από προηγούμενες χαρτογραφήσεις, γραμμώσεις και επαφές λιθολογικών στρωμάτων) και μετατράπηκαν σε επίπεδα buffer.

1.Γραμμικά στοιχεία:

Εικόνες Landsat ETM 7 στο κανάλι 5 χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό των γραμμικών στοιχείων που θεωρούνται επιφάνειες αδυναμίας (Εικόνα 3). Χρησιμοποιήθηκε αυτό το κανάλι διότι είναι αυτό που επηρεάζεται λιγότερο από τη σκέδαση του φωτός δια μέσω της ατμόσφαιρας. Στη συνέχεια, στις εικόνες αυτές εφαρμόστηκε ενίσχυση αντίθεσης για να εντοπίζονται καλύτερα οι γεωλογικές δομές (Εικόνα 4). Έπειτα χρησιμοποιήθηκαν διάφοροι συνδυασμοί φίλτρων και βρέθηκε ότι το φίλτρο sobel έδινε τα καλύτερα αποτελέσματα (Εικόνα 5).

2.Αποστραγγιστικό δίκτυο:

Το δίκτυο αποστράγγισης ελέγχεται από τη δομή και τη λιθολογία. Για παράδειγμα στα γρανιτικά πετρώματα συναντάμε δενδριτικού τύπου αποστραγγιστικό δίκτυο. Στη περιοχή μελέτης παρατηρείται συσχέτιση του αποστραγγιστικού δικτύου με τις γραμμικές εμφανίσεις των ρηγμάτων.

Για την αναγνώριση των διάφορων αποστραγγιστικών μοτίβων χρησιμοποιούνται ψηφιακά υψομετρικά μοντέλα DEM όπως επίσης και το Shuttle Radar Topography Mission.

Στη παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκαν εικόνες SRTM με ανάλυση 90 m και τα στοιχεία που προέκυψαν από αυτές χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία μοντέλων DEM με ανάλυση 30 m (Εικόνα 6). Στη συνέχεια, με χρήση του λογισμικού PCI Geomatica 9.1 και των δεδομένων DEM εντοπίστηκαν τα αποστραγγιστικά δίκτυα (Εικόνα 7).

3.Επαφές λιθολογικών σχηματισμών:

Οι λιθολογικές επαφές βρέθηκαν μετά από έρευνα πεδίου και στη συνέχεια έγινε ψηφιοποίηση του γεωλογικού χάρτη της περιοχής Taiz με κλίμακα 1:250.000 (Εικόνα 8).

4.Ρήγματα:

Ρωγμές, ρήγματα, πτυχές είναι δομές που εμφανίζονται στους διάφορους σχηματισμούς λόγω παραμόρφωσης (Εικόνα 9).

Στη συνέχεια, όλοι οι χάρτες που κατασκευάστηκαν για τις 4 παραμέτρους μετατράπηκαν σε επίπεδα buffer και στη συνέχεια σε χάρτες με στρώματα 5 τάξεων. Τέλος έγιναν χάρτες βαρύτητας (Εικόνες 10,11,12,13) προκειμένου να αξιολογηθούν μέσω του λογισμικού GIS με χρήση της κατάλληλης εξίσωσης ώστε να προσδιοριστεί η ευαισθησία της περιοχής σε συστήματα ρηγμάτων.

Αποτελέσματα:

Ως τελικό αποτέλεσμα, προέκυψε ένας δυναμικός χάρτης συστημάτων ρηγμάτων, ο οποίος χωρίστηκε σε 5 ζώνες (Εικόνα 14). Τα συστήματα ρηγμάτων εντοπίζονται στις ζώνες υψηλού (H) και πολύ υψηλού δυναμικού (VH).

Ωστόσο ορισμένες ζώνες μέσου ως υψηλού δυναμικού που δείχνουν ύπαρξη ρηγμάτων, δε ταυτίζονται με τα δεδομένα που υπάρχουν από τις μελέτες πεδίου. Αυτό ίσως να συμβαίνει διότι αυτά τα ρήγματα είναι νέα (Εικόνα 15), με συνέπεια να μην έχουν περαστεί στους χάρτες που προκύπτουν από τις αναλύσεις πεδίου. Συνεπώς, αυτό δείχνει την επιτυχία του μοντέλου να αναγνωρίζει γραμμικά στοιχεία στη περιοχή ενδιαφέροντος.

Εντοπίστηκαν τρεις ζώνες ρηγμάτων με διευθύνσεις Α-Δ, ΒΔ-ΝΑ και ΒΑ-ΝΔ. Τα ρήγματα με διεύθυνση ΒΑ-ΝΔ είναι παράλληλα με τη διεύθυνση διάνοιξης του κόλπου της Εδέμ και θεωρούνται οι παλιότερες διαρρήξεις της περιοχής. Τα ρήγματα διεύθυνσης ΒΔ-ΝΑ είναι παράλληλα με τη διεύθυνση ανοίγματος της Ερυθράς Θάλασσας και εμφανίστηκαν στη περιοχή κατά την ηφαιστειότητα του Τριτογενούς.

Συμπεράσματα:

Από την εργασία αυτή προέκυψε ότι η χρήση τηλεπισκοπικών δεδομένων σε συνδυασμό με χρήση GIS μπορεί να βοηθήσει στον εντοπισμό γεωλογικών δομών όπως είναι τα ρήγματα.

Η χρήση διαφορετικών τύπων δεδομένων και οι τεχνικές επικάλυψης των χαρτών που προέκυψαν από τα διαφορετικά δεδομένα έκανε δυνατή τη σύγκρισή τους και την εξαγωγή δυναμικού χάρτη με το πρόγραμμα GIS, από τον οποίο προέκυψαν 39 εμφανίσεις πιθανών νέων ρηγμάτων, στοιχείο που πρέπει να μελετηθεί περαιτέρω με έρευνες πεδίου.

Πηγή στο διαδίκτυο: http://www.hindawi.com/journals/jgr/2013/201757/