Ψηφιακή ανάλυση υπερφασματικών δεδομένων DAIS για τη διάγνωση αργιλικών ορυκτών επιθερμικού χρυσού στην Nήσο Μύλο

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 12:21, 21 Απριλίου 2010

Ψηφιακή ανάλυση υπερφασματικών δεδομένων DAIS για τη διάγνωση αργιλικών ορυκτών επιθερμικού χρυσού στην Nήσο Μύλο Συγγραφείς : Αθανάσιος Γκάνας, Graham Ferrier

Η μεταβολή της αντανακλαστικότατος διαγνωστικών ορυκτών συναρτήσει του μήκους κύματος δεν είναι δυνατόν να διαγνωστεί επαρκώς από τους δορυφορικούς σαρωτές, οι οποίοι είναι ευρέως φάσματος. Έτσι στια αρχές της προηγούμενης δεκαετίας κατασκευάστηκαν αερομεταφερόμενοι, υπερφασματικοί σαρωτές ( CASI, GERIS, AVIRIS, Hymap, MIVIS, DAIS) οι οποίοι χρησιμοποιήθηκαν εκτεταμένα σε γεωλογικές χαρτογραφήσεις. Οι υπερφασματικοί σαρωτές διαχωρίζουν τιδ φασματικές υπογραφές των αργιλικών ορυκτών κυρίως στο μέσο υπέρυθρο (2.0 – 2.5 μm) δια του προσδιορισμού των χαρακτηριστικού φάσματος απορροφήσεως για κάθε ορυκτό. Εργαστηριακώς έχει αποδειχθεί, ότι το φάσμα απορροφήσεως παρουσιάζεται σε διαδοχικώς μεγαλύτερα μήκη κύματος για τα ορυκτά : καολινίτης [ Al2Si2O5 (OH)4]], ιλλίτης, μοντμοριλονίτης, ιαροσίτης χλωρίτης δολομίτης, μοντμοριλονίτης και ασβεστίτης. Τα βάθος της καμπύλης ή η ένταση του φάσματος απορροφήσεως εξαρτάται από την ποσότητα του αργιλικού ορυκτού (%) στα πετρώματα.

Η νήσος Μήλος επιλέχθηκε για τους εξής λόγους : α) η δυτική Μήλος περικλείει μεγάλες εκτάσεις επιθερμικής ηφαιστειότητας Πλειοκαινικής ηλικίας , οι οποίες είναι πλούσιες σε εμφανίσεις βιομηχανικών ορυκτών (περλίτης – μπεντονίτης – καολίνης) καθώς και χρυσού αργυρού β) Η Μήλος έχει ημίξηρο κλίμα λίγες ανθρώπινες δραστηριότητες στο δυτικό κομμάτι και με σχετικά καλό ποσοστό γυμνού εδάφους για τηλεπισκοπικές μετρήσεις. Τα ηφαιστειακά πετρώματα της Δυτικής Μήλου είναι κυρίως ασβεσταλκαλικές λαβές (ανδεσίτες, δακίτες και ρυόλιθοι) και ηφαιστειακοί τόφοι. Το μεταμορφωμένο υπόβαθρο αποτελείται κυρίως από σχιστόλιθους και χαλαζίτες.

Ο σαρωτής DAIS φέρει 79 φασματικές ζώνες (μπάντες )σε μήκη κύματος 0.5 – 14 μm. Oι μπάντες είναι κατανεμημηένες ως εξής :32 στο ορατό – εγγύς υπέρυθρο, 8 στην περιοχή των 1.5 μm, 32 στο μέσο υπέρυθρο (2.0 – 2.5 μm), 1 στην περιοχή 3-5 mμ και 6 στο θερμικό υπέρυθρο. Η σάρωση γίνεται σε ορθή γωνία ως προς την φορά κινήσεως του αεροσκάφους σε λωρίδες των 512 pixels. Τα ψηφιακά δεδομένα προέρχονται από τις δύο διελεύσεις του σαρωτή επί αεροσκάφους Dornier 228, η κάθε μια αποτελούμενη από τέσσερις γραμμές πτήσεως σε διεύθυνση βορρά νότο. Η κάθε λωρίδα σαρώθηκε ως ξεχωριστό αρχείο νε διαστάσεις 512 στήλες επί 1974 σειρές επί 79 κανάλια. Η πρώτη διέλευση έλαβε χώρα στις 25 Αυγούστου 1998, ενώ η άλλη τις πρωινές ώρες της 26ης Αυγούστου. Οι καιρικές συνθήκες ήταν εξαίρετες κατά την διάρκεια των δύο πτήσεων, με μηδενική νεφοκάλυψη, μεγάλη ορατότητα και χαμηλή υγρασία αέρα. Οι υπερπτήσεις του DAIS συνοδεύτηκαν από εκτεταμένες εργασίες πεδίου. Η εργασία υπαίθρου αποτελείται από δύο μέρη : α ) συλλογή φασμάτων αντανακλαστικότητας επιφανειών και συντελεστού ειδικής εκπομπής θερμότητας (emissivity) κατά την ώρα διέλευσης του DAIS με τον φορητό φασματογράφο ακτινοσκόπιο GER3700 και το ακτινοσκόπιο ΠΙΜΑ από επιφάνειες σε περιοχές αφθονίας αργιλικών ορυκτών και β) Συστηματική συλλογή φασμάτων από επιλεγμένες θέσεις στην περιοχή του λόφου του προφήτη Ηλίαμε χρήση του ΠΙΜΑ ανά 30 μέτρα για τον εντοπισμό του ορίου της ζώνης εξαλλοίωσης καολινίτη – μοντμοριλονίτη. Επίσης, κατά την διάρκεια της ημερήσιας πτήσης συλλέγησαν υπερφασματικές μετρήσεις στο έδαφος της Δυτικής Μήλου σε έντεκα μεγάλες ομοιογενείς επιφάνειες με διαφορετική αντανακλαστικότητα. Επίσης, κατά την διάρκεια κα των δύο πτήσεων μετρήθηκαν επιφανειακές θερμοκρασίες του εδάφους στις ίδιες θέσεις με χρήση thermocouples.

Τα αποτελέσματα του DIAS διορθώθηκαν ραδιομετρικά και γεωμετρικά στο Γερμανικό διαστημικό κέντρο DLR στο επίπεδο 1. Η ραδιομετρία μετατράπηκε από ψηφιακές τιμές σε ενέργεια με την χρήση των συντελεστών βαθμονόμησης για κάθε μπάντα. Η συσχέτιση έγινε με μία γραμμική εξίσωση πρώτου βαθμού. Επίσης, στο στάδιο αυτό βελτιώθηκε η εικόνα με την ισοστάθμιση της ανακυκλωμένης ενέργειας γειτονικών γραμμών. Ωστόσο παρέμεινε αρκετός οριζόντιος θόρυβος κυρίως στο θερμικό υπέρυθρο. Ο λόγος σήματος προς θόρυβο παραμένει σε άριστα επίπεδα στο ορατό και εγγύς υπέρυθρο μέρος του φάσματος, ενώ μειώνεται στο μέσο υπέρυθρο εξαιτίας της λιγότερης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που εισέρχεται στα τηλεσκόπια του DAIS. Η γεωμετρική διόρθωση έγινε πολυωνιμικά με την χρήση των δεδομένων του GPS του αεροσκάφους τα οποία συλλέχθηκαν ταυτόχρονα με την σάρωση. Κατόπιν έγινε ατμοσφαιρική διόρθωση των εικόνων με την χρήση της τεχνικής της εμπειρικής γραμμής, κατά την οποία χρησιμοποιήθηκαν τα δεδομένα πεδίου και μετεωρολογικά στοιχεία από την ΕΜΥ. Στην συνέχεια έγινε ανάλυση των διορθωμένων εικόνων για τον εντοπισμό των ορυκτών της υδροθερμικής εξαλλοίωσης . Η επεξεργασία της υπερφασματικής εικόνας έγινε με την χρήση του λογισμικού ENVI.

Στο ορατό ανακλώμενο υπέρυθρο μέρος του φάσματος εφαρμόστηκαν αλγόριθμοι επεξεργασίας με τη εξής σειρά α) φιλτράρισμα του φάσματος με ένα φίλτρο χαμηλής διαβάσεως για την αφαίρεση γραμμικού θορύβου β) μετασχηματισμό της εικόνας αντανακλαστικότητας σε παράγωγα φάσματος γ) εφαρμογή γραμμικού φασματικού διαχωρισμού δ) ταξινόμηση της εικόνας με βάση τα φασματικά χαρακτηριστικά και ε) ανάκτηση των ποσοτικών παραμέτρων της εικόνας. Τα πρώτα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο καολινίτης απαντά ευρέως στην Δυτική Μήλο μαζί με ποσότητες αλουνίτη και μπεντονίτη. Στην περιοχή του Χονδρού Βουνού – στον υψηλότερο βαθμό σχετίζεται με την ύπαρξη χαλαζιακών φλεβών, οι οποίες διατρέχουν το μητρικό πέτρωμα προς διάφορες κατευθύνσεις. Οι φλέβες δεν εντοπίστηκαν στα δεδομένα του DAIS επειδή έχουν μήκος από μερικά μέτρα έως μερικά εκατοντάδες μέτρα και πάχος από ένα έως πέντε μέτρα, ενώ κατά θέσεις καλύπτονται από χαμηλή βλάστηση. Τέλος ο καολινίτης απαντά σε ζωνώδη εδάφη γύρω από το κοίτασμα σε άμεση σχέση με συγκεντρώσεις αιματίτη Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η προκαταρτική ανάλυση των θερμικών δεδομένων (8-12 μ) του DAIS, όπυ και εντοπίστηκαν οι θέσεις εξαλοιωμένων πετρωμάτων με κύρια ορυκτά τον αλουνίτη, καολινίτη και μοντμοριλονίτη στις κορυφές του Προφήτη Ηλία και του Χονδρού Βουνού. Η καλύτερη ποιότητα των δεδομένων περιέχεται στο κανάλι 77 της πρό της αυγής διελεύσεως του DAIS. To κανάλι 79 φέρει αρκετό θόρυβο σε αμφότερες τις εικόνες και δεν χρησιμοποιήθηκε περαιτέρω , όπως 4. Οι σκούρες περιοχές είναι ψυχρές και οι περιοχές με ανοιχτό τεφρό χρώμα είναι οι θερμότερες αντίστοιχα. Γενικά, διαπιστώνεται η επίδραση της επιφανειακής υγρασία στην καταγραφόμενη θερμική ροή από το έδαφος της δυτικής Μήλου. Ωστόσο διακρίνονται και λιθολογικά όρια στα βόρεια του λόφου του Προφήτη Ηλία με τις ανδεσιτικές λαβές να είναι θερμότερες των πλευρικών κορημάτων.

Κατά την ψηφιακή επεξεργασία βρέθηκε ότι η αποτελεσματικότερη μέθοδος είναι η τεχνική MNF (Minimum Noise Fruction), η οποία είναι μια παραλλαγή της μεθόδου των κύριων συνιστωσών στην οποία διαχωρίζονται επαρκώς τα δομικά χαρακτηριστικά της ραδιομετρίας συνολικά σε πέντε μπάντες (74 ως 78). Τα νέα κανάλια είναι μετασχηματισμένα κανάλια στο θερμικό με ολοένα και μικρότερο λόγο SNR. Μία από τις συνιστώσες ΜΝFαπεικονίζει τα εξομοιωμένα πετρώματα : τα πράσινα pixels τα οποία χαρακτηρίζονται από την μεγάλη απορρόφηση στο θερμικό υπέρυθρο(υψηλότερος βαθμός εξαλλοίωσης), ενώ τα μπλε pixels από την μεγάλη απορρόφηση (μεσαίος βαθμός). Τα πράσινα pixels αντιπροσωπεύουν πετρώματα πλούσια σε αλουνίτη, καολινίτη, ενώ τα μπλε pixels αντιπροσωπεύουν περιοχές με μονμοριλλονίτη. Όλα τα pixels έχουν υψηλές τιμές λαμπρότητας σε σχέση με τα pixels του μητρικού πετρώματος (ρυόλιθοι ) που εμφανίζονται σκουρότερα. Με κόκκινο χρώμα διακρίνονται εκτάσεις, όπου απαντά η πυριτωμένη ζώνη εξαλλοίωσης . Διαπιστώνεται, ότι πολλά pixels με αργιλικά ορυκτά απαντούν ενδιάμεσα στις ήδη χαρτογραφημένες ζώνες ενώ παρατηρείται και ορισμένη γραμμική διάταξη στο μέσον της περιοχής. Στη δυτικότερη ράχη αυτής του Προφήτη Ηλία, δηλαδή στο Χονδρό Βουνό, χαρτογραφηθήκαν επίσης ζώνες εξαλλοίωσης εντός και εκτός ορίων που χαράσσονται σε γεωλογικούς χάρτες. Οι περιοχές με pixels διαγνωστικών ορυκτών έχουν ψηλές τιμές λαμπρότητας στην εικόνα MNF. Κυριαρχούν τα μπλε pixels που αντιπροσωπεύουν περιοχές με μοντμοριλονίτη, ενώ απαντά και καολινίτης. Εδώ η ζώνη είναι ποιο έντονη με τα πράσινα pixels να περικλείονται από μπλε pixels. Όμως στην περιοχή αυτή τα περισσότερα pixels με αργιλικά ορυκτά απαντούν εκτός των ορίων της γεωλογικής χαρτογράφησης και ποιο συγκεκριμένα προς τα δυτικά. Ενδεχομένως αυτό οφείλεται σε δύο παράγοντες α) η γεωμετρική διόρθωση με πολυωνυμικό μετασχηματισμό να μην επαρκεί επειδή το ανάγλυφο είναι έντονο, οπότε επιβάλλεται η ορθοδιόρθωση της εικόνας με την χρήση του ψηφιακού μοντέλου και β) ο γεωλογικός χάρτης να μην έχει εντοπίσει τις δυτικότερες εμφανίσεις εξαλλοιώσεων στο Χονδρό Βουνό.