H Τηλεπισκόπηση για τη Μελέτη Γεωλογικών Προβλημάτων: Η Περίπτωση της Τεκτονικής Τάφρου Σητείας
Από RemoteSensing Wiki
Χρήση Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών και Μεθόδων Τηλεπισκόπησης για τη Μελέτη Γεωλογικών Προβλημάτων: Η Περίπτωση της Τεκτονικής Τάφρου Σητείας
Ρόκος Ε.1 , Ανδρώνης Β.2 1 Τομέας Γεωλογικών Επιστημών, Τμήμα Μηχ. Μεταλλείων-Μεταλλουργών Ε.Μ.Π., Ηρώων Πολυτεχνείου 9, Ζωγράφος 2 Εργαστήριο Τηλεπισκόπησης, Τμήμα Αγρονόμων-Τοπογράφων Μηχανικών Ε.Μ.Π., Ηρώων Πολυτεχνείου 9, Ζωγράφος
Πηγή: Δελτίο της Ελληνικής Γεωλογικής Εταιρίας τομ. XXXVI, 2004 Πρακτικά 10ου Διεθνούς Συνεδρίου, Θεσ/νίκη Απρίλιος 2004.
Αντικείμενο εφαρμογής: Τεχνική Γεωλογία
Στόχος της εφαρμογής: Στόχος της παρούσας μελέτης είναι να αξιοποιήσει στοιχεία με αντικείμενο τη γεωλογική και υδρογεωλογική έρευνα της ευρύτερης περιοχής της τεκτονικής τάφρου Σητείας με χρήση γεωλογικών, υδρογεωλογικών και τηλεπισκοπικών μεθόδων και τεχνικών. Στην κατεύθυνση αυτή αναπτύχθηκε ένα Γεωγραφικό Σύστημα Πληροφοριών στο οποίο εντάχθηκαν τα σχετικά με την έρευνα επίπεδα πληροφορίας προκειμένου να μπορούν να συσχετισθούν κατάλληλα, με στόχο την ολοκλήρωση των πορισμάτων των γεωλογικών και υδρογεωλογικών μεθόδων, των σχετικών επί τόπου εργασιών, μετρήσεων και εκτιμήσεων, με τη βοήθεια των πραγματικών δυνατοτήτων της ανάλυσης (ερμηνείας) των ψηφιακών επεξεργασιών τηλεπισκοπικών απεικονίσεων. Ορισμένα από τα συμπεράσματα της έρευνας παρουσιάζονται σε αυτήν την εργασία.
Παλαιότερες τεχνικές
Η μελέτη των γεωλογικών και υδρογεωλογικών συνθηκών της περιοχής της έρευνας πραγματοποιούνταν με βάση τη σχετική βιβλιογραφία, τους γεωλογικούς χάρτες του ΙΓΜΕ, τις επιτόπου έρευνες, τις απογραφές των θέσεων εμφάνισης υπογείων νερών (πηγές, γεωτρήσεις, φρέα- τα), τις σχετικές μετρήσεις και εκτιμήσεις εργασιών υπαίθρου: Κατά τη διετία 1998-2000, πραγματοποιήθηκαν στην περιοχή της έρευνας συστηματικές εργασίες υπαίθρου με σκοπό την απογραφή των σημείων νερού (γεωτρήσεις, φρέατα, πηγές) και τη συλλογή όσο το δυνατόν περισσοτέρων σχετικών πρωτογενών στοιχείων. Συγκεντρώθηκαν στοιχεία για την παροχή, τις λιθολογικές στήλες, της στάθμης του υπογείου νερού, την ποιότητα του υπογείου νερού καθώς και για τις γεωλογικές και υδρογεωλογικές συνθήκες της περιοχής.
Περιοχή μελέτης
Η Κρήτη ανήκει στο νότιο κλάδο του αλπικού γεωσυγκλίνου και συγκεκριμένα στο τμήμα, το οποίο αποτελεί γεωτεκτονική μετάβαση από τις Ελληνίδες στις Ταυρίδες οροσειρές. Χαρακτηρίζεται αρχικά από πτυχογόνο τεκτονική που επέδρασε από Βορρά προς Νότο με άξονες πτυχών που παρουσιάζουν γενική διεύθυνση Α-Δ περίπου και μεταγενέστερα από ρηγματογόνο τεκτονική η οποία συνεχίζεται έως και σήμερα. Τα συστήματα ρηγμάτων τα οποία επικρατούν έχουν διευθύνσεις Α-Δ, Β-Ν, ΒΑ-ΝΔ, και ΒΔ-ΝΑ. Η ευρύτερη περιοχή της τεκτονικής τάφρου Σητείας-Καλών Νερών βρίσκεται στην Ανατολική Κρήτη και υπάγεται στο νομό Λασιθίου. Το βόρειο τμήμα βρέχεται από το Κρητικό πέλαγος και το νότιο από το Λιβυκό.
Είδη Δορυφορικών συστημάτων
Για την διερεύνηση της συμβολής της Τηλεπισκόπησης στη μελέτη των υδρογεωλογικών και γεωλογικών συνθηκών της περιοχής της έρευνας χρησιμοποιήθηκε η δορυφορική τηλεπισκοπική απεικόνιση Landsat TM της 16ης Νοεμβρίου 1987. Οι τηλεπισκοπικές απεικονίσεις Landsat TM διαθέτουν τρία φασματικά κανάλια στην περιοχή του ορατού φωτός (1,2,3), ένα στην περιοχή του εγγύς υπερύθρου (4), δύο στην περιοχή του μέσου υπερύθρου (5,7) και ένα στην περιοχή του θερμικού υπερύθρου (6).Στην εργασία αυτή, βασικός στόχος ήταν να αναδειχθούν και να τονιστούν οι φωτογραμμώσεις οι οποίες πιθανώς αποτελούν τεκτονικές δομές (ρήγματα, ρηξιγενείς ζώνες, επωθήσεις, εφιππεύσεις κλπ), με αξιοποίηση της φωτοερμηνευτικής τηλεπισκοπικής μεθοδολογίας. Για το σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκαν πολλά έγχρωμα και ψευδέγχρωμα σύνθετα και άλλες ψηφιακές επεξεργασίες της παραπάνω τηλεπισκοπικής απεικόνισης, έτσι ώστε να επιλεγεί το πιο κατάλληλο για τη συγκεκριμένη έρευνα. Ο πειραματισμός με πολλές ψηφιακές επεξεργασίες, ώστε να αποκαλυφθεί ο καλύτερος δυνατός συνδυασμός πληροφοριών και η πρόσβαση σε ποικιλία ερμηνειών αυτών των επεξεργασιών βοηθάει στην σταχυολόγηση των περισσοτέρων δυνατών στοιχείων. Για την πλήρη αξιοποίηση των ψηφιακών επεξεργασιών της τηλεπισκοπικής απεικόνισης της περιοχής έρευνας, γράφτηκαν αλγόριθμοι στο ειδικό λογισμικό πρόγραμμα ER Mapper (version 6.2), το οποίο μπορεί να αξιοποιήσει και άλλα βοηθητικά στοιχεία σε περιβάλλον ΓΣΠ.
Ψηφιακές επεξεργασίες της τηλεπισκόπησης απεικόνισης Landsat TM της περιοχής έρευνας
Η πρώτη απαραίτητη διαδικασία (προεπεξεργασία) πριν ξεκινήσουν οι ψηφιακές επεξεργασίες η οποία πραγματοποιήθηκε ήταν η γεωμετρική διόρθωση της δορυφορικής ψηφιακής τηλεπισκοπικής απεικόνισης με βάση τον τοπογραφικό χάρτη 1:50.000 της περιοχής, ο οποίος αποκτήθηκε από την Γεωγραφική Υπηρεσία Στρατού. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν 50 σημεία γεωδαιτικής αναφοράς ευδιάκριτα στην ΨΤΑ έτσι ώστε να είναι ικανοποιητική η ακρίβεια της γεωμετρικής διόρθωσης της ψηφιακής τηλεπισκοπικής απεικόνισης και η αναγωγή της στο σύστημα ΕΓΣΑ 87. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν πολλές ψηφιακές επεξεργασίες με σκοπό να επιλεγούν οι πλέον κατάλληλες για τον εντοπισμό των φωτογραμμώσεων. Αυτές οι οποίες ξεχώρισαν μετά από δοκιμές, παρουσιάζονται σε αυτή την εργασία. Η επιλογή τους έγινε με δύο κυρίως κριτήρια τις υφιστάμενες βιβλιογραφικές αναφορές και τις γεωλογικές και γεωμορφολογικές ιδιαιτερότητες τις οποίες παρουσιάζει η περιοχή. Μια από τις βασικότερες μεθόδους ενίσχυσης των ψηφιακών τηλεπισκοπικών απεικονίσεων με στόχο την οπτικά καλύτερη εμφάνιση τους, είναι η γραμμική ενίσχυση του τόνου με αποκοπή, η οποία χρησιμοποιήθηκε σε όλες τις ψηφιακές επεξεργασίες που πραγματοποιήθηκαν. H χρήση του θερμικού υπερύθρου φασματικού καναλιού 6 του Landsat είναι δυνατόν να υποδεικνύει περιοχές οι οποίες βρίσκονται κοντά σε υπόγεια νερά, ως ανώμαλες ψυχρές ή ανώμαλες θερμές, καθώς η κανονική θερμοκρασία των υπογείων νερών όλο το χρόνο είναι περίπου 55° Farenheit. Η χρήση του θερμικού υπερύθρου φασματικού καναλιού στην περιοχή της έρευνας δεν έδωσε ικανοποιητικά αποτελέσματα. Το ίδιο συνέβη και με τη χρήση φίλτρων. Παρά τη χρήση πολλών διαφορετικών φίλτρων δεν δόθηκε σημαντική βοήθεια στον εντοπισμό και τονισμό των φωτογραμμώσεων. Το φασματικό κανάλι 5 κρίθηκε φωτοερμηνευτικά, ως το πιο κατάλληλο για τον εντοπισμό γεωλογικών και γεωμορφολογικών φωτογραμμώσεων. Οι ψηφιακές τιμές του φασματικού καναλιού 5 παρουσιάζουν μεγαλύτερη διασπορά, γεγονός το οποίο αποδεικνύει ότι εμπεριέχει περισσότερη πληροφορία. Το φασματικό κανάλι 4, το οποίο είναι το καταλληλότερο για την απεικόνιση της βλάστησης χρησιμοποιήθηκε εδώ, διότι τα όρια μεταξύ διαφορετικών τύπων βλάστησης είναι δυνατό να υποδεικνύουν τεκτονικές δομές, ή όρια γεωλογικών σχηματισμών. Το φασματικό κανάλι 1 χρησιμοποιήθηκε επίσης διότι κρίθηκε ως το πιο κατάλληλο για τον εντοπισμό γραμμικών στοιχείων τα οποία έχουν δημιουργηθεί από ανθρώπινη παρέμβαση, όπως οδικό δίκτυο, όρια καλλιεργειών, ώστε να μη συγχέονται με τις γεωλογικές και γεωμορφολογικές φωτογραμμώσεις. Έτσι τo ψευδέγχρωμο σύνθετο το οποίο κρίθηκε ως το πιο κατάλληλο για τον εντοπισμό φωτογραμμώσεων είναι το 5,4,1(R,G,B).
Χρήση επιπρόσθετων χαρτών, βάσεων δεδομένων και GIS
Τα επίπεδα πληροφοριών τα οποία χρησιμοποιήθηκαν ως θεματικές πληροφορίες και εισήχθησαν για να αλληλοσυσχετισθούν στο Γεωγραφικό Σύστημα Πληροφοριών είναι τα ακόλουθα: Τοπογραφία της περιοχής, Λιθολογικές και Υδρολιθολογικές ενότητες, Τεκτονικές δομές, Γεωλογικές και Γεωμορφολογικές γραμμώσεις, σημεία νερού (γεωτρήσεις, φρέατα, πηγές). Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν τα εξής: ο γεωλογικός χάρτης Σητείας, ο τοπογραφικός χάρτης Σητείας, ο χάρτης Εθνικής Στατιστικής Υπηρεσίας Σητείας – Ιεράπετρας, τοπογραφικά διαγράμματα της ευρύτερης περιοχής της Σητείας, της Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού,ο γεωλογικός χάρτης Σητείας – Λιθινών, ο ψηφιακός Υδρολιθολογικός χάρτης, ο ψηφιακός Γεωλογικός χάρτης Σητείας – Λιθινών, το ψηφιακό μοντέλο εδάφους το οποίο συντάχθηκε με βάση τις ισοϋψείς καμπύλες του τοπογραφικού χάρτη Σητείας, ισοδιάστασης 20 μέτρων. Για να εισαχθούν στο ΓΣΠ τα διατιθέμενα για την περιοχή στοιχεία, σε αναλογική (γεωλογικοί και τοπογραφικοί χάρτες και διαγράμματα) και σε ψηφιακή μορφή (ψηφιοποιημένοι ή ψηφιακοί χάρτες και διαγράμματα, ψηφιοποιημένες ή ψηφιακές τηλεπισκοπικές απεικονίσεις) υπέστησαν τις κατάλληλες και απαραίτητες κατά περίπτωση ψηφιακές μετατροπές, διαδικασίες και επεξεργασίες των ψηφιδωτών (raster) και διανυσματικών (vector) δεδομένων. Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν μετατράπηκαν: σε ψηφιδωτά (Raster) δεδομένα (σε μορφή αρχείου TIFF (*.tif) και ER-Mapper (*.ers)) και τα διανυσματικά (Vector) στοιχεία (σε μορφή αρχείου Arc/Info (*.e00) και ER-Mapper (*.erv)).
Σημαντικά Αποτελέσματα και αξιολόγηση των μεθόδων
Με κατάλληλες συσχετίσεις των απαραιτήτων κατά περίπτωση επιπέδων θεματικών πληροφοριών, στοιχειοθετήθηκαν χρήσιμα και ουσιαστικά συμπεράσματα γεωλογικού και υδρογεωλογικού ενδιαφέροντος, όπως παραδείγματος χάριν παρουσιάζονται παρακάτω: Στα παρακάτω σχήματα απεικονίζονται οι συσχετίσεις της λιθολογικής ενότητας Ασβεστολίθων-Δολομιτών του τεκτονικού καλύμματος της Τρίπολης και των τεταρτογενών αποθέσεων, με τις αντίστοιχες περιοχές όπως εμφανίζονται στο ψευδέγχρωμο σύνθετο 5,4,1(R,G,B) της ΨΤΑ Landsat TM της 16ης Νοεμβρίου 1987. Είναι εμφανής η σχεδόν απόλυτη ταύτιση των λιθολογικών ορίων όπως απεικονίζονται στο γεωλογικό χάρτη και το καταλληλότερο όπως αποδείχθηκε ψευδέγχρωμο σύνθετο της ΨΤΑ. Με τη συσχέτιση του υδρολιθολογικού χάρτη και των σημείων νερού, εξετάσθηκε η κατανομή των σημείων νερού στις υδρολιθολογικές ενότητες. Επίσης, με τη βάση δεδομένων η οποία δημιουργήθηκε από τα στοιχεία των γεωτρήσεων, φρεάτων και πηγών και τη συσχέτιση αυτών με την τεκτονική της περιοχής, εξήχθησαν χρήσιμα συμπεράσματα για τις καταλληλότερες θέσεις για τη διάνοιξη νέων γεωτρήσεων. Στο ψευδέγχρωμο σύνθετο 5,4,1(R,G,B) της ΨΤΑ Landsat TM της 16ης Νοεμβρίου 1987 αναγνωρίσθηκαν φωτοερμηνευτικά οι γεωλογικές και γεωμορφολογικές φωτογραμμώσεις και από τον γεωμετρικά διορθωμένο γεωλογικό χάρτη 1.25.000 και ψηφιοποιήθηκαν τα ρήγματα της περιοχής. Δημιουργήθηκε έτσι ο χάρτης με τις φωτογραμμώσεις της περιοχής έρευνας, οι οποίες συσχετίσθηκαν με τα ρήγματα, τα οποία χαρτογραφήθηκαν με γεωλογικές μεθόδους. Το πρώτο σημαντικό συμπέρασμα από τη συσχέτιση του χάρτη γραμμικών στοιχείων με το χάρτη των ρηγμάτων, συνάγεται με τη βοήθεια της σύγκρισης των ραδιοδιαγραμμάτων, τα οποία πραγματοποιήθηκαν και για τους δύο χάρτες. Τα συστήματα κυρίων διευθύνσεων των γνωστών γεωλογικών ρηγμάτων είναι: 1. 35ο-45ο 2. 45ο-55ο 3. 25ο-35ο Τα συστήματα κυρίων διευθύνσεων των φωτογραμμώσεων πιθανού γεωλογικού ενδιαφέροντος είναι: 1. 35ο-45ο 2. 85ο-95ο 3. 25ο-35ο Στην εικόνα 1 φαίνεται ο γεωλογικός χάρτης της περιοχής έρευνας, στην εικόνα 2 εμφανίζεται η λιθολογική ενότητα Ασβεστολίθων δολομιτών στο ψευδέγχρωμο σύνθετο 5,4,1(R,G,B) της ΨΤΑ Landsat TM της 16ης Νοεμβρίου1987 και στην εικόνα 3 φαίνεται η ίδια ενότητα στον ψηφιακό γεωλογικό χάρτη Σητείας-Λιθινών.
Στην εικόνα 4 εμφανίζεται ο ψηφιακός υδρολιθολογικός χάρτης της περιοχής έρευνας, στην εικόνα 5 εμφανίζονται οι τεταρτογενείς αποθέσεις στον ψηφιακό γεωλογικό χάρτη Σητείας–Λιθινών και στην εικόνα 6 παρουσιάζονται οι ίδιες αποθέσεις στο ψευδέγχρωμο σύνθετο 5,4,1(R,G,B) της ΨΤΑ Landsat TM της 16ης Νοεμβρίου 1987.
Βιβλιογραφία
Avery, T.E. "Interpretation of Aerial Photographs." Burgess Publ., Minneapolis Minnesota, 1977.
Βιδάκη, Μ., Μυλωνάκη, Ι. «Γεωλογικός χάρτης περιοχών Σητείας-Λιθινών», ΙΓΜΕ, 1995.
Βιδάκη Μ., Μυλωνάκη, Ι., Παπαζέτη, Ε., Σκούρτση Κορωναίου, Β., Πομόνη Παπαιωάννου, Φ., Γαλανάκη, Δ. “Η γεωλογική δομή των περιοχών Σητείας – Λιθινών (Ανατολική Κρήτη)”, Ινστιτούτο Γεωλογικών και
Μεταλλευτικών Ερευνών, Διεύθυνση Γεωλογίας και Γεωλογικών Χαρτογραφήσεων, Αθήνα, 1995.
Curran, P.J. "Principles of Remote Sensing." Longman, London, 1985.
Drury, S.A. "A Guide to Remote Sensing: Interpreting Images of the Earth." Oxford University Press, Oxford, 1990.
Drury, S.A. "Image Interpretation in Geology." Allen and Unwin, London, 1987.
Jensen, J.R. "Introductory digital image processing - a remote sensing perspective." Englewood Cliffs, Prentice- Hall, N.J., 1986.
Καλλέργης, Γ.Α. «Επιχειρησιακή Υδρογεωλογία», Εκδόσεις Πανεπιστημίου Πατρών, 1993.
Μοstafa, M.E. and Zakir, F.A. “New enhancement techniques for azimuthal analysis of lineaments for detecting tectonic trends in and around the Afro-Arabian Shield.”, Int. J. Remote Sensing, 1996, vol.17, No. 15, 2923- 2943
Oμπετσάνοφ I. Κουμαντάκης, Ι., Σταματάκη Σ., Καθηγήτρια Ε.Μ.Π., Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουρ- γών, Τομέας Μεταλλευτικής «Καρστικές πηγές στην Ελλάδα. Αποτύπωση και αξιολόγηση με τη χρήση Φε- ωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών (GIS)” Τεχνικά Χρονικά Μάρτιος-Απρίλιος 2004, σελ. 1-22.
Ρόκος, Δ. "Ψηφιακές Επεξεργασίες Τηλεπισκοπικών Απεικονίσεων", Ε.Μ.Π., Αθήνα, 1989.
Ρόκος, Δ. "Φωτοερμηνεία - Τηλεπισκόπηση." Ε.Μ.Π., Τ.Α.Τ.Μ., Σημειώσεις για τους σπουδαστές, Εργαστήριο
Τηλεπισκόπησης, Αθήνα, 1988.
Vincent, R.K. “Fundamentals of geological and environmental remote sensing”, Prentice Hall,N.J., 1997.
Φυτρολάκης, Ν. «Η γεωλογική δομή της Κρήτης», Διατριβή επί υφηγεσία, Αθήναι 1980.
Φυτρολάκης, Ν., Μουρτζας, Ν. «Το καρστ και η υδροφορία της Κρήτης σε σχέση με την τεκτονική δομή»,
Αnal.Geologie, τόμος ΧΧΧVI, σ.539-550, 1993-1995.
