Η εφαρμογή της τηλεπισκοπικής τεχνολογίας στη γεωθερμική έρευνα

Από RemoteSensing Wiki

Πρωτότυπος Τίτλος: Αpplication of remote sensing technology to geothermal exploration

Συγγραφείς: Calvin Μ. W. (Great Basin Center for Geothermal Energy (GBCGE) and the Department of Geological Sciences, University of Nevada -- Reno), Coolbaugh M. (Great Basin Center for Geothermal Energy (GBCGE) and the Department of Geological Sciences, University of Nevada -- Reno), Kratt C. (Great Basin Center for Geothermal Energy (GBCGE) and the Department of Geological Sciences, University of Nevada -- Reno), Vaugha R. G. (Great Basin Center for Geothermal Energy (GBCGE) and the Department of Geological Sciences, University of Nevada -- Reno)

Πηγή: University of Nevada - Reno, http://www.unr.edu/geothermal/papersbytopic.html#REMOTE_SENSING

1. Εισαγωγή

Η έρευνα γύρω από τις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) φαίνεται να εντείνεται όσο κάθε χώρα αποζητά τη μείωση της εξάρτησής της από το πετρέλαιο και ιδιαίτερα του εισαγόμενου. Η Γεωθερμική Ενέργεια αποτελεί ένα είδος ΑΠΕ και είναι εκμεταλλεύσιμη σε περιοχές όπου συνδυάζονται η υψηλή θερμική ροή και η επιφανειακή κυκλοφορία των υδάτων. Αντικείμενο της συγκεκριμένης έρευνας ήταν ο προσδιορισμός δεικτών στην επιφάνεια γνωστών γεωθερμικών πεδίων, μέσω της ανάλυσης της βλάστησης, των ορυκτών και των θερμικών ιδιοτήτων της περιοχής, και η δημιουργία άλλων δεικτών σε πιθανά γεωθερμικά πεδία. Οι γεωθερμικοί δείκτες που σχετίζονται με την τηλεπισκόπηση περιλαμβάνουν τις φασματικές υπογραφές των ορυκτών, όπως επίσης και τις θερμικές ανωμαλίες που εντοπίζονται από φωτογραφίες (δορυφορικές και αεροφωτογραφίες). Περιοχή μελέτης αποτέλεσαν περιοχές Steamboat Springs και Bradys Hot Springs στη Νεβάδα των ΗΠΑ, όπως επίσης και τα γεωθερμικά πεδία των κοιλάδων Dixie και Buffalo. Χρησιμοποιήθηκαν δυο μέθοδοι ανάλυσης: 1) συνδυασμός νυχτερινών και ημερήσιων εικόνων και 2) φασματική ανάλυση για τον καθορισμό της επιφανειακής απορρόφησης των ορυκτών με απώτερο σκοπό τη δημιουργία ορυκτολογικών χαρτών.

2. Μεθοδολογία

Χρησιμοποιήθηκαν δορυφορικοί (ASTER) και αερομεταφερόμενοι δέκτες (MASTER, AVIRIS, HyMap και SEABASS), των οποίων η κυματική κάλυψη, ο αριθμός των καναλιών και η επίγεια χωρική ανάλυση φαίνεται τον πίνακα 1. Τα δυο πρώτα αποτελούν πολυφασματικά συστήματα, ενώ τα άλλα τρία είναι υπερφασματικά. Όλα τα συστήματα πλην του SEABASS μετρούν στο ορατό και κοντινό υπέρυθρο τμήμα του φάσματος (0,4 - 2,5 μm), ενώ τα ASTER, MASTER και SEABASS μπορούν και «παρατηρούν» επιφάνειες που έχουν μεγάλη ανακλαστικότητα στο θερμικό υπέρυθρο κανάλι (7 - 15 μm).

Πίνακας 1: Φασματικές και χωρικές ιδιότητες των χρησιμοποιούμενων τηλεπισκοπικών δεκτών.

Για τον εντοπισμό των γεωθερμικών ανωμαλιών χρησιμοποιήθηκαν νυχτερινές και ημερήσιες φωτογραφίες, όπως επίσης και η σύγκριση αυτών. Οι ημερήσιες φωτογραφίες έδιναν πληροφορίες σχετικά με το albedo της κάθε επιφάνειας, ενώ ο συγκριτικός έλεγχος των φωτογραφιών μέρας/νύχτας καταδείκνυε τις θερμοκρασιακές διαφορές και άρα τη θερμική αδράνεια (όσο υψηλότερη η θερμική αδράνεια μια επιφάνειας τόσο πιο αργά ψύχεται). Τα δεδομένα που προήλθαν από Ψηφιακά Μοντέλα Υψομέτρων (DEM) επέτρεψαν τη διόρθωση της κλίσης του εδάφους και της γωνίας πρόσπτωσης της ηλιακής ακτινοβολίας.

Το οπάλιο (ένυδρο διοξείδιο του πυριτίου), τα ανθρακικά ορυκτά, τα θειικά ορυκτά και ο άργιλος αναγνωρίζονται από τη μοναδική φασματική υπογραφή τους στο ορατό και υπέρυθρο μήκος κύματος, έτσι όπως φαίνεται και στην εικόνα 1. Στην υπάρχουσα εργασία, ο ακριβής προσδιορισμός των συγκεκριμένων ορυκτών υλικών πραγματοποιήθηκε με φασματικές μετρήσεις στο πεδίο και το εργαστήριο, διάθλαση ακτίνων Χ και αναλύσεις λεπτών τμημάτων (thin section analyses).

Εικόνα 1: Η φασματική υπογραφή (από πάνω προς τα κάτω) των ανθρακικών ορυκτών, των θειικών ορυκτών, του άργιλου και του οπάλιου στο ορατό και υπέρυθρο μήκος κύματος.

3. Αποτελέσματα

Στη συγκεκριμένη εργασία οι φωτογραφίες πάρθηκαν από διαφορετικούς δέκτες και σε διαφορετικές εποχές, έτσι ώστε να ελαχιστοποιηθεί η θερμοκρασιακή ανωμαλία (εικόνα 2). Ο εντοπισμός των ορυκτών στην περιοχή Steamboat Springs πραγματοποιήθηκε με τη χρήση των θερμικών καναλιών των δεκτών MASTER και SEABASS. Με τον MASTER υπήρχε η δυνατότητα να ξεχωρίσουν οι πλούσιες σε άργιλο επιφάνειες από αυτές που ήταν πλούσιες σε χαλαζία/οπάλιο, ενώ δεν ήταν δυνατός ο διαχωρισμός χαλαζία και οπάλιου. Επίσης, οι ορυκτολογικοί χάρτες του MASTER δεν έδειχναν τις περιοχές με τη γνωστή γεωθερμική δραστηριότητα. Από την άλλη, ο SEABASS διέθετε υψηλότερη φασματική ανάλυση, γεγονός που επέτρεπε τον λεπτομερή διαχωρισμό των αποθεμάτων χαλαζία και οπάλιου, όπως επίσης και την εξέλιξη των αποθεμάτων οπάλιου με το χρόνο. Ακόμη, διαπιστώθηκε πως ο αλουνίτης, ο καολινίτης και τα ένυδρα θειικά εντοπίζονται σε περιοχές όπου έχουν σχηματιστεί φουμαρόλες (Η φουμαρόλη είναι ηφαιστειογενής περιοχή από την οποία εξέρχονται υδρατμοί και διάφορα άλλα αέρια ηφαιστειακής προέλευσης). Η συσχέτιση των ορυκτών χαρτών του SEABASS και των χαρτών θερμικής ανωμαλίας έδειξαν καθαρά μια σχέση μεταξύ των ορυκτολογικών δεικτών και της γεωθερμικής δραστηριότητας.

Εικόνα 2: Χάρτης θερμικής ανωμαλίας πριν και μετά τη διόρθωση για τη λευκαύγεια (albedo), την κλίση του εδάφους και τη θερμική αδράνεια. Πριν τη διόρθωση (αριστερά) οι ανωμαλίες αναπαρίστανται με σκούρο γκρι, ενώ μετά τη διόρθωση (δεξιά) οι ανωμαλίες χαρακτηρίζονται από μυτερές βαθμωτές μεταβολές.

Για την περιοχή Bradys Hot Springs η ανάλυση της θερμικής ανωμαλίας πραγματοποιήθηκε με τη χρήση δυο εικόνων από τον ASTER (σε διάρκεια 24 ωρών, μια φωτογραφία τραβήχτηκε την ημέρα και η άλλη τη νύχτα). Ταυτόχρονα, κατασκευάστηκαν οι καμπύλες θερμικής αδράνειας για κάθε αντιπροσωπευτική επιφάνεια, ύστερα από συλλογή θερμοκρασιακών δεδομένων κάθε 15-30 λεπτά στη διάρκεια της μέρας. Με τη βοήθεια του HyMap πραγματοποιήθηκε φασματική κάλυψη στην περιοχή του ορατού και του εγγύς υπερύθρου. Η απορρόφηση του εδάφους στα 2,25 μm κατέδειξε την ύπαρξη οπάλιου, ενώ η επιβεβαίωση της συγκεκριμένης θεώρησης πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο με περιθλασιμετρία ακτίνων Χ (XRD). Στην εικόνα 3 φαίνονται τα μεγάλα αποθέματα οπάλιου (τονισμένα κόκκινα).

Εικόνα 3: Τα αποθέματα οπάλιου (κόκκινο χρώμα) στην περιοχή Bradys Hot Springs.

4. Συμπεράσματα

Η συγκεκριμένη εργασία κατέδειξε πώς οι δορυφορικές εικόνες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον εντοπισμό ορυκτών πόρων και θερμών περιοχών σε δυσπρόσιτες περιοχές. Στην περιοχή Steamboat Springs εντοπίστηκαν με επιτυχία θερμικές ανωμαλίες στην επιφάνεια του εδάφους, ενώ τα υπερφασματικά δεδομένα του θερμικού υπέρυθρου έδωσαν τη δυνατότητα διαχωρισμού των διαφόρων μορφών διοξειδίου του πυριτίου (χαλκηδόνιος από οπάλιο) και εντοπισμού της ηλικίας των πετρωμάτων. Ακόμα η αλλοίωση της αργίλου και των θειικών ορυκτών εντοπίστηκε μόνο σε περιοχές με πρόσφατη γεωθερμική δραστηριότητα.

Στην περιοχή Bradys, η ανάλυση της θερμικής ανωμαλίας του εδάφους και η έρευνα ορυκτών κατέδειξαν μια πιο περίπλοκη δομή υπεδάφους, γεγονός μη εντοπίσιμο με τη γεωλογία πεδίου. Τέλος, η περιοχή των βραχέων μήκους υπερύθρων κυμάτων βοήθησαν στον εντοπισμό οπάλιου και τούφας, τα οποία σχετίζονται με πρόσφατη γεωθερμική δραστηριότητα.