Χαρτογράφηση εξαλλοιώσεων με τηλεπισκόπηση: Εφαρμογή στο ηφαιστειακό σύμπλεγμα Hasandağ - Melendiz, Κεντρική Τουρκία
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος τίτλος: ALTERATION MAPPING BY REMOTE SENSING: APPLICATION TO HASANDAĞ – MELENDİZ VOLCANIC COMPLEX, CENTRAL TURKEY
Συγγραφείς: E. Yetkin, V. Toprak, M. L. Süzen
Πηγή: isprs.org
ΣΚΟΠΟΣ
Ο καθορισμός των διαφοροποιήσεων των μοναδικών ορυκτών σε κάθε διαφορετικό τύπο εξαλλοίωσης, μέσω ψηφιακής τηλεπισκόπησης.
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Υδροθερμική εξαλλοίωση είναι το αποτέλεσμα της αντίδρασης προϋπαρχόντων πετρογενετικών ορυκτών στις φυσικές και χημικές διεργασίες, διαφορετικές από αυτές κάτω από τις οποίες δημιουργήθηκαν, ειδικά υπό την επίδραση υδροθερμικών ρευστών (Beane, 1982).
Η φύση των εξαλλοιωμένων προϊόντων εξαρτάται από 1) τον τύπο του μητρικού πετρώματος, 2) τον τύπο του διεισδύοντος υγρού, ο οποίος καθορίζει το Eh, pH, την πίεση των ατμών πτητικών αερίων, τη σύνθεση ανιόντων – κατιόντων και το βαθμό υδρόλυσης και 3) τις θερμοκρασίες και τις πιέσεις στις οποίες λαμβάνουν χώρα οι αντιδράσεις. (Guilbert and Park, 1986)
Η εξαλλοίωση είναι αποτέλεσμα 1) διαγένεσης ιζημάτων, 2) συνεπακόλουθο διαδικασιών, όπως της μεταμόρφωσης, 3) μετα-μαγματική ή μετα-ηφαιστειακή διαδικασία που σχετίζεται με την απόψυξη και 4) διαδικασία απευθείας ορυκτογένεσης.
Η αλκαλική, η φυλλιτική (σερικιτική), η προπυλιτική, η αργιλική εξαλλοίωση και η πυριτίωση είναι οι κύριες εξαλλοιώσεις που παρατηρούνται σε ηφαιστειακά πετρώματα. Ο καολινίτης, ο ιλλίτης, ο μοντμοριλονίτης, ο πυροφυλλίτης, ο αλουνίτης, το ορθόκλαστο, ο χαλαζίας, το επίδοτο, ο χλωρίτης, ο αιματίτης, ο γκαιτίτης και ο γιαροσίτης είναι ορυκτά εξαλλοίωσης που χαρτογραφούνται με μεθόδους όπως αυτή της εργασίας.
Τα υδροθερμικά πετρώματα χαρακτηρίζονται από ασυνήθιστα πολύχρωμα πετρώματα. Αυτά είναι οι ξενιστές ορυκτολογικών αποθέσεων, με τα χρώματα να αντιπροσωπεύουν τα αποτελέσματα της χημικής αντίδρασης με τα περιβάλλοντα υδροθερμικά ρευστά, τα οποία ποικίλουν ανάλογα με την περιοχή, το βαθμό και τη διάρκεια των διαδικασιών. Όταν τα προϊόντα της εξαλλοίωσης εκτίθενται στην επιφάνεια, μπορούν να χαρτογραφηθούν σε ένα βαθμιαίο μοντέλο, θεωρητικά ομόκεντρο γύρω από ένα πυρήνα με τα υψηλού βαθμού μεταμόρφωσης και υψηλής οικονομικής σημασίας πετρώματα. Η σημασία της αναγνώρισης τέτοιων χωρικών μοντέλων κάνει τις τηλεπισκοπικές τεχνικές μία από τις απαραίτητες διαδικασίες στη γεωλογική εξερεύνηση, λόγω ταχύτητας και τιμής.
Το κλειδί της τηλεπισκόπησης στη γεωλογική εξερεύνηση είναι ότι εφαρμόζεται σε πετρώματα, ορυκτά και δομές που σχετίζονται με ένα κοίτασμα και όχι με το ίδιο το κοίτασμα, και αυτό γιατί το κοίτασμα δεν εκτίθεται πάντα στην επιφάνεια και δεν είναι πάντα φασματικά μοναδικό.
ΓΕΩΛΟΓΙΑ
Η ηφαιστειακή ζώνη της Καππαδοκίας (CVP) βρίσκεται στην κεντρική Ανατολία και έχει διεύθυνση ΒΑ-ΝΔ και μήκος 250-300 χμ. Είναι μια ασβεσταλκαλική εμφάνιση, που οφείλεται στη σύγκλιση μεταξύ των πλακών Ευρασίας και Αφρο-Αραβίας στην Αν. Μεσόγειο.
Οι κύριες γεωλογικές ενότητες είναι τα πετρώματα του υποβάθρου προ-μέσο Μειοκαινικά, ηπειρωτικά κλαστικά Κατ. Μειοκαίνου – Πλειοκαίνου, ηφαιστειοκλαστικά Μειοκαίνου – Τεταρτογενή και τεταρτογενείς ποτάμιες αποθέσεις. Η μελέτη επικεντρώνεται στα συμπλέγματα Hasandağ, Keҫiboyduran, Melendiz και Tepeköy.
ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΚΑΙ ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ
Η περιοχή μελέτης είναι μία ζώνη με διεύθυνση Α – Δ, με μήκος 45 χμ. και πλάτος 30 χμ. Μέγιστο υψόμετρο είναι τα 3227 μ., ενώ το μέσο είναι περίπου 1000μ. Για την ανάλυση χρησιμοποιήθηκαν εικόνες από τον Landsat 5 TM. Τα κανάλια 1, 2, 3, 4, 5 και 7 χρησιμοποιούνται σε όλες τις διαδικασίες, ενώ το κανάλι 6 (θερμικό) μόνο σε ένα έγχρωμο σύνθετο. Γίνεται διαχωρισμός ηφαιστειακών – μη ηφαιστειακών πετρωμάτων (που δεν μας αφορούν)
ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ
Εκτελέστηκαν γεωμετρικές διορθώσεις για την εξάλειψη θορύβων των φυσικών και γεωμετρικών συνθηκών των συσκευών. Τα κανάλια 1, 2 και 3 συσχετίζονται με το κανάλι 7 και αποφασίζεται το επίπεδο θολότητας.
ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ
Αρχικά εφαρμόστηκαν παραδοσιακές μέθοδοι στα ανεπεξέργαστα δεδομένα, όπως έγχρωμα σύνθετα, διάφοροι λόγοι καναλιών, ανάλυση κύριων συνιστωσών και διόρθωση ελαχίστων τετραγώνων. Μετά χρησιμοποιήθηκε η φασματική βιβλιοθήκη για την ανάλυση των εικόνων με βάση τα ορυκτά εξαλλοίωσης και τελικό αποτέλεσμα τον καθορισμό των τελικών χαρτών εξαλλοίωσης. Σε συνδυασμό με όσα γνωρίζουμε από την έρευνα πεδίου, γίνεται διασταύρωση και σύγκριση και εξάγονται τα τελικά συμπεράσματα.
Έγχρωμα σύνθετα: Η βάση όλων των μεθόδων είναι η σειρά των καναλιών που θα αντιστοιχηθούν στο κόκκινο, πράσινο και μπλε κανάλι. Δεν έχει γίνει καμία διόρθωση πριν από αυτή τη διαδικασία. Η μέθοδος αυτή είναι γρήγορη, αλλά όχι αρκετά αναλυτική για τον καθορισμό των ορίων των ζωνών εξαλλοίωσης, δίνοντας μόνο γενικές πληροφορίες. (Πιν.1)
Λόγοι καναλιών: Χρησιμοποιούνται οι κατάλληλοι λόγοι καναλιών για την πληροφορία που θέλουμε να πάρουμε και με μια λογική σειρά. (Πιν.2) Η απόφαση παίρνεται με βάση τα φασματικά χαρακτηριστικά των ορυκτών. Δεν έχει συμβεί καμία διόρθωση πριν τη μέθοδο. Η τεχνική βασίζεται στην διαφορετικότητα των φασματικών αποκρίσεων των υλικών που χαρτογραφούνται.
Ανάλυση κύριων συνιστωσών Η μέθοδος χρησιμοποιεί το μετασχηματισμό των κύριων συνιστωσών για τη μείωση της διάστασης των πολυφασματικών δεδομένων, τη δημιουργία δηλαδή λιγότερων αντικειμένων. Οι πληροφορίες από τα 6 κανάλια μετατρέπονται σε 3 επεξεργασμένες εικόνες που περιέχουν όλη την ποικιλία των αντικειμένων και οι οποίες παρουσιάζονται αμέσως μετά σε RGB λόγω ευκολίας στην ερμηνεία.
Έτσι ενισχύεται η πιθανότητα κάποια αντικείμενα να μην χαρτογραφηθούν, ενώ άλλα να χαρτογραφηθούν απερίφραστα σε μία εικόνα. Αυτή η τεχνική λέγεται τεχνική Crosta. Μάλιστα χρησιμοποιείται αντικειμενοστρεφής ανάλυση, με σκοπό την ανάδειξη της φασματικής απόκρισης των σιδηρούχων ορυκτών, τα οποία απορροφούν στα κανάλια 1 και 2 και ανακλούν στο κανάλι 3 και των αργιλικών, που απορροφούν στο κανάλι 7 και ανακλούν στο κανάλι 5. (Εικ.1)
Μέθοδος ελαχίστων τετραγώνων: Σε αυτή την τεχνική τα ορυκτά που είναι ευαίσθητα σε ένα συγκεκριμένο κανάλι, διαφοροποιούνται από τα στοιχεία που ανακλούν και σε άλλα κανάλια. Παίρνοντας τη διαφορά μεταξύ των προβλεπόμενων και των αυθεντικών τιμών, τα έγχρωμα σύνθετα παρουσιάζονται μαζί με συγκεκριμένες ανώμαλα ανακλαστικά στοιχεία και ερμηνεύονται. (Εικ.2)
Ορυκτολογική χαρτογράφηση με τη χρήση φασματικών ανακλαστικών δεδομένων: Η τεχνική βασίζεται στο λόγο των καναλιών. Τα φασματικά ανακλαστικά δεδομένα επεξεργάζονται στατιστικά σύμφωνα με τα διαστήματα των καναλιών. Υπολογίζονται η ελάχιστη, η μέγιστη, η μέση τιμή και η τυπική απόκλιση για κάθε ορυκτό. Η ανάλυση πραγματοποιείται για την επεξεργασία και το φιλτράρισμα όλων των πιθανών ορυκτών εξαλλοίωσης. Μετά εφαρμόζεται ο λόγος των καναλιών και φιλτράρεται ανάλογα με το στατιστικά υπολογισμένο διάστημα λόγου του κάθε ορυκτού. Προτιμούνται λόγοι που θα δώσουν ξεκάθαρα αποτελέσματα, ή πολύ μικρά ή πολύ μεγάλα.
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Όλες οι συμβατικές μέθοδοι συμφωνούν ότι όλα τα κέντρα των ηφαιστειακών εκρήξεων του Tepeköy, του Keҫiboyduran και του Melendiz είναι ισχυρά εξαλλοιωμένα, εμφανίζοντας αργιλικά και σιδηρούχα ορυκτά, ενώ μακριά από τα κέντρα η σιδηρούχα ζώνη επικρατεί. Η μέθοδος είχε σαν σκοπό την χαρτογράφηση των εξαλοιωμένων ορυκτών ξεχωριστά. Πολύ ακριβείς με τα δεδομένα βλάστησης ήταν οι στατιστικές μέθοδοι φίλτρων των λόγων των καναλιών. Για κάθε ορυκτά υπάρχουν 30 συνδυασμοί λόγων. Για το φιλτράρισμα, επιλέγονται τα κανάλια με τους υψηλούς λόγους. Οι τελικοί ορυκτολογικοί χάρτες ομαδοποιούνται για τα σιδηροξείδια και τα αργιλικά ορυκτά ξεχωριστά. Οι περιοχές πλούσιες σε σιδηροξείδια και αυτές πλούσιες σε αργιλικά φαίνονται στην εικόνα 4. Έτσι βλέπουμε πως το ηφαιστειακό κέντρο Melendiz εμφανίζεται πλούσιο και στις δύο κατηγορίες, ενώ το Tepeköy και το Keҫiboyduran έχουν υποστεί αργιλική εξαλλοίωση. Μάλιστα η μέθοδος φασματικής ανάλυσης που εφαρμόστηκε παρουσιάζει διαφορές σε σχέση με τις συμβατικές μεθόδους, κάτι που φαίνεται κυρίως στο ηφαιστειακό κέντρο Tepeköy, το οποίο χαρτογραφήθηκε σαν πιο «φρέσκο» με την παρούσα τεχνική. Από την άλλη το νεότερο ηφαιστειακό σύμπλεγμα Hasandağ έχει αλλάξει πολύ λίγο.
