بخشی از مقاله
-1 مقدمه
پردازش تصاویر ماهوارهاي و کاربرد آن در اکتشاف مواد معدنی امروزه مورد توجه خاصی قرار گرفته است. این تکنیکخصوصاً براي کشف ذخایر پورفیري و اپیترمال وابسته که با آلتراسیونهاي وسیع همراه اند کاربرد بیشتري دارد . در دو دهه اخیر کاربرد سنجش ازدور در زمینههاي مختلف زمینشناسی کاربرد روزافزونی داشته است که به صورت پراکنده توسط محققان مختلف بررسی شده است.
در این زمینه، پیروان [1] با استفاده از ترکیب رنگی باندها و باندهاي تفریقی به شناسایی پهنههاي دگرسانی گرمابی در منطقه طارم پرداخته است. هنرمند و رنجبر [2] با استفاده از تحلیل مؤلفه هاي اصلی و ردهبندي فازي زونهاي دگرسانی را در منطقه کوه ممزار-کوه پنج شناسایی کردهاند. شفارودي و کریمپور [3] ترکیب رنگی آنالیز مؤلفههاي اصلی انتخابی را بهترین روش براي آشکارسازي زون هاي آلتراسیون و تفکیک زونهاي سریسیتیک-آرژیلیک از پروپیلتیک در ناحیه جنوب غربی بیرجند معرفی کردهاند.
سنجنده ETM+ ماهواره لندست 7 داراي 8 باند شامل باندهاي 1 تا 5 و باند 7 در محدوده مرئی- مادونقرمز نزدیک - VNIR - و با طولموج کوتاه - SWIR - با قدرت تفکیک 30 متر، باند 6 حرارتی با قدرت تفکیک 60 متر - TIR - و باند 8 پانکروماتیک با قدرت تفکیک 15 متر است. کانیهاي هیدروکسیلدار در محدوده باند شماره 2/4-2/1 - 7 میکرومتر - بیشترین جذب و در محدوده باند شماره 1/75-1/55 - 5 میکرومتر - بیشترین انعکاس را دارند. کانیهاي اکسید آهن بیشترین جذب را در محدوده باند شماره 1 0/52-0/45 - میکرومتر - و بیشترین انعکاس را در محدوده باند شماره 3 0/69-0/63 - میکرومتر - دارا هستند
در این مطالعه پس از تصحیح هندسی و توپوگرافی و ادغام باندهاي موردنظر، روشهاي مختلف پردازش نظیر ترکیب رنگی کاذب، نسبت هاي باندي، آنالیز مؤلفه هاي اصلی و غیره استفاده گردیده که در این جا روش آنالیز مؤلفه هاي اصلی ارائه می گردد. هدف از این تحقیق آشکارسازي زون هاي آلتراسیون گرمابی مرتبط با ذخایر پورفیري و اپیترمال در برگه زمینشناسی 1:100,000 اهر به کمک دادههاي ماهواره لندست 7 - سنجنده - ETM+ به روش کروستا میباشد.
-2 محدوده مورد مطالعه
ناحیه مورد مطالعه برگه زمینشناسی 1:100,000 اهر واقع در استان آذربایجان شرقی در شمال غرب ایران میباشد. این برگه در محدوده 00' 47° تا 47° 30' طولهاي جغرافیایی و بینعرضهاي جغرافیایی 38° 00' تا 38° 30' روي کمربند آتشفشانی ارومیه-دختر قرار گرفته است .[4] این ناحیه در بخش شرقی صحنه اطلاعاتی سنجنده ETM+ به شماره 168 ردیف 33 و 34 در پنجرهاي به ابعاد 1534×1964پیکسل واقع شده است. در این گستره سنگهاي پلوتونیک و ولکانیک ترشیري رخنمون دارند که در اثر تزریق تودههاي نفوذي در بدنه سنگهاي ولکانیکی منطقه گسترهاي از مناطق دگرسانی گرمابی را تشکیل دادهاند.
شکل -1 موقعیت قرارگیري محدوده مورد مطالعه در بلوكهاي سنجنده ETM+ لندست
-3 زمینشناسی محدوده مورد مطالعه
در برگه 1:100,000 زمینشناسی اهر انواع سنگ هاي آذرین و رسوبی دیده میشود که گسترش سنگهاي آذرین بیشتر در نواحی شمال شرق و از مرکز به شرق نقشه است. سن واحدهاي سنگی در این ناحیه از کرتاسه پسین تا عهد حاضر متغیر است. سنگهاي آتش فشانی ائوسن-الیگوسن شامل آندزیت، داسیت، توف، سنگهاي آذرآواري و ایگنمبریت است که در برخی نقاط مورد نفوذ تودههایی با بافت پورفیري نیمه عمیق اسیدي-حدواسط کالکآلکالن در حد مونزوسینیت تا مونزودیوریت پورفیري، آلکالی گرانیت، بیوتیت گرانیت و گرانودیوریت پورفیري قرار گرفته است. سنگهاي رسوبی محدوده نیز شامل کنگلومرا، مارن و آهک هستند که بیشتر نواحی غرب و جنوب برگه را پوشاندهاند
مناطق دگرسانی نیز مناطق شامل بازالت آندزیتی سیلیسیشده و مناطق گرمابی تجزیهشده است که بزرگ ترین زون تجزیهشده براثر محلولهاي گرمابی رااصولاً در سنگهاي آذرین بیرونی مانند تراکیت تاتراکیآندزیتها - لاتیت - میتوان ملاحظه نمود
-4 روش تحقیق
کانیهاي مناطق دگرسانی گرمابی توسط طیف مخصوصی که بیشتر در محدوده مرئی و فروسرخ نزدیک میانی طیف الکترومغناطیس است، توصیف میشوند. باندهاي سنجنده ETM+ به خاطر برخورداري از پهناي زیاد در طیف الکترومغناطیسی توان تشخیص کانیها را به صورت جداگانه ندارند اما به خوبی میتوانند آن گروه از کانیهایی را که در مناطق دگرسانی گرمابی شاخص هستند را شناسایی نمایند.کانیهاي مشخصکننده دگرسانی گرمابی که در اکتشاف کانسارهاي مختلف به ویژه نوع پورفیري با استفاده از تصاویر ماهوارهاي استفاده میشوند به سه گروه اصلی هیدروکسیل - میکا و رسها - ، سولفوهیدراتها - ژیپس و آلونیت - و کانیهاي آهندار - هماتیت، گوتیت و ژاروسیت - تقسیم میشوند
-5 تحلیل مؤلفههاي اصلی
اگر هرکدام از باندهاي ETM+به طور جداگانه بررسی شوند، ارتباط زیادي بین آن ها مشاهده میشود به گونه اي که بیشتر نواحی که در یک باند روشن یا تاریک هستند در باندهاي دیگر نیز همین ویژگی را دارند که این تشابه و ارتباط بین باندها باعث به وجود آمدن یک سري اطلاعات اضافی میشود. تحلیل مؤلفه اصلی جهت کاهش بعد دادهها به تعداد کمتري مؤلفهاصلی بکار میرود که به آن کاهش بعدي گفته میشود. در تحلیل مؤلفه اصلی تجمع اطلاعات در چند مؤلفه اول بیشتر بوده ومؤلفه ها ي بعدي بیشتر شاملنوفهمیباشند - این مؤلفه ها فقط وقتی با تصاویر قويترترکیب شوند میتوانند داراي کاربرد مؤثري باشند - .
در این روش یک محور در راستایی کهداراي بیشترین مقدار اطلاعات است، ایجاد شده و تصویر این محور شامل بیشترین اطلاعاتنسبت به محورهاي دیگر خواهد بود . در این روش،اطلاعات چند تصویر در یک تصویر متراکمشده و اختلاف درجات روشنایی به حداکثر میرسد. تعداد PCساخته شده، بستگی به تعدادباندهاي ساخته شده دارد و ما میتوانیم پس از اعمال روش تحلیل مؤلفههاي اصلی چند تصویر جداگانهداشته باشیم .
همانطوریکه مشخص شدPC1به طور مثال داراي 80 تا %95 اطلاعات است، PC2حاوي مثلاً %10اطلاعات و مؤلفههاي بعدي به ترتیب داراي مقادیر کمتري از اطلاعاتمیباشند. در انتخاب باندها براي اعمال تکنیکتحلیل مؤلفه هاي اصلی باید باندهایی را انتخاب کرد که باهم همبستگی کمتري داشته باشند. زیرا هر چه میزان همبستگی باندها کمتر باشد ترکیبآن ها حاوي اطلاعات بیشتري خواهد بود. قابل ذکر است که ضریب همبستگی که معمولاًَ آن را باrنشان میدهند عددي بین 0 تا1 میباشد کهبراي هر باند با خودش1است. اطلاعات آماري حاصله ازتحلیل مؤلفههاي اصلی نیز در انتخاب روش شناسایی، میتواند کمک شایانی نماید.
هر تصویر مؤلفه اصلی داراي اطلاعاتی از همه باندهاي طیفی است و مانند تصاویر نسبی به عنوان تصویر جداگانه سیاه وسفید میتواند تحلیل شود و یا اینکه هر سه تصویر مؤلفه اصلی براي تشکیل یک ترکیب رنگی با یکدیگر ترکیب شوند. در این حالت بیشترین واریانس n باند طیفی در یک تصویر ترکیب رنگی مشاهده میشود. این واریانس بیشتر از واریانسی است که در ترکیب رنگی باندهاي طیفی معمولی ایجاد میشود و جزئیات بیشتري از اختلاف طیفی پدیدههاي مختلف زمینشناسی مانند واحدهاي سنگی و دگرسانی را نمایش میدهد .[7]
-6 روش کروستا
- 1989 - Crosta& Moore براي اولین بار روشی را که مؤلفه اصلی جهت یافته موضوعی یا FPCS نامیده میشود را پیشنهاد کردند که امروزه به نام روش کروستا مشهور است. این روش یک فن ساده و جدید براي شناسایی دگرسانیها با استفاده از تصاویر لندست و آشکار کردن اکسید آهن و کانی-هایداراي یون هیدروکسیل است . از ویژگیهاي مهم این روش آن است که پیشبینی میکند یک هدف در یک تصویر مؤلفه اصلی مربوط به آن، به صورت پیکسلهاي تیره یا روشن مشخص میشود
تبدیل مؤلفههاي اصلی براي شناسایی اکسید آهن بر روي دادههاي خام باندهاي 1 ,3 ,4 و 5 در جدول شماره 1 آورده شده است. بیشترین اختلاف بین باندهاي 1 و 3 در PC4 دیده میشود. از طرفی به دلیل منفی بودن PC4 در باند 3، نواحی داراي اکسید آهنبه صورت پیکسلهاي تیره ظاهر میشوند. بنابراین باید تصویر –PC4 ساخته شود تا اکسیدهاي آهن نسبت به سنگهاي اطراف به صورت پیکسلهاي روشن ظاهر شوند. به این عمل منفیسازي گفته می-شود و این تصویر اصطلاحاً تصویر اکسید آهن یا F نامیده میشود.
تبدیل مؤلفه هاي اصلی براي شناسایی هیدروکسیل نیز بر روي دادههاي خام باندهاي 1 ,4 ,5 و 7 در جدول شماره 2 آورده شده است . در اینجا نیز بیشترین اختلاف بین باندهاي 5 و 7 در PC4 دیده میشود. از طرفی به دلیل منفی بودن PC4 در باند 5، نواحی داراي هیدرکسیل بهصورت پیکسلهاي تیره ظاهر میشوند. بنابراین باید تصویر –PC4 ساخته شود تا هیدروکسیلها نسبت به سنگهاي اطراف بهصورت پیکسلهاي روشن ظاهر شوند. این تصویراصطلاحاً تصویر هیدروکسیل یا H نامیده میشود.
جدول شماره -1 تحلیل مؤلفههاي اصلی براي شناسایی اکسید آهن بر روي 4 باند انتخابی ETM+
جدول شماره -2 تحلیل مؤلفههاي اصلی براي شناسایی هیدروکسیل روي 4 باند انتخابی ETM+
تصاویر F و H شامل مناطقی است که یا اکسید آهن و یا هیدروکسیل دارد، به همین دلیل براي شناخت دقیقتر سنگهاي دگرسان باید مناطقی که هر دو نوع کانی اکسیدي و هیدروکسیدي را دارد انتخاب شوند. به این منظور از ترکیب تصاویر F و H تصویر جدیدي به نام HF به دست میآید که در آن پیکسلهاي معرف تمرکز بالاي هیدروکسیلها و اکسیدهاي آهن روشنترین پیکسلها هستند. ترکیبهاي مختلفی از تصاویر PCA انتخابی امکانپذیر است که ترکیب H، H+F و F در رنگهاي سرخ، سبز و آبی یکی از آن هاست.[9] نتیجه این ادغاممعمولاً یک تصویر آبی تیره است که در آن مناطق دگرسان شده بهصورت پیکسلهاي روشن - سفید و زرد - نمود پیدا میکنند. این نواحی معرف مناطقی هستند که هم دگرسانی سریسیتی و هم آرژیلیک وجود دارد.
-7 شناسایی و رفع عوامل مزاحم در تفکیک مناطق دگرسان
در طبقهبندي نظارت شده تصاویر ماهوارهاي به دلیل شباهتهاي رفتاري طیف انعکاسی برخی سنگها با مناطق دگرسانشده ناهنجاريهایی وجود داشت که براي رفع آن از روش کنترل خوشههاي انتخابی استفاده گردید و در مواردي که بعضی از پیکسلهاي آموزشی حالت ناهمگونی و یا ناهنجاري داشت اقدام به حذف آنها شد.
ناهنجاريهاي موجود در منطقه که با محدوده دگرسانی گرمابی تداخل انعکاس نوري را نشان دادند عبارتاند از:
الف - سنگهاي رسوبی مارنی که حاوي رس بالایی هستند. با توجه به آن-که سنگهاي دگرسانشده در حقیقت کانیهاي رسی، محصول فرآیند دگرسانی کانیهاي اولیه و مادر سنگهاي ماگمایی منطقه میباشند، لذا رفتار طیفی مشابه با مارن در منطقه دارند . بهعبارتدیگر مارنها الگوي رفتار طیفیکاملاً مشابه با مناطق دگرسان نشان میدهند.
ب- نهشتههاي رسوبی کواترنر حاصل از فرسایش طبقات سنگی منطقه به صورت نهشتههاي رودخانهاي و آبرفتهاي عهد حاضر،خصوصاً آبرفتهاي کف آبراهه که در معرض آب قرار دارند به دلیل مجاورت طولانی مدت با آب در سطحکاملاً دگرسان شدهاند، لذا بازتاب طیفی مشابه با پهنه سنگهاي دگرسانشده نشان میدهند
-8 طبقهبندي نظارتشده و تهیه نقشه مناطق دگرسانی
پس از تلفیق و تفسیر تصاویر مختلف 741 - و 531 و کروستا - با توجه به تن و رنگ پدیدهها، مناطق دگرسانی شناسایی و به کمک نقاط آموزشی داده شده به روش طبقهبندي نظارتشده از نواحی مارن، رسوبات کواترنر و سنگهاي غیرآلتره جدا شدند. روش حداکثر همسایگی14 از میان روش-هاي مختلف طبقهبندي بهترین و مناسبترین روش است.
