شناسایی زونهای آلتراسیون احتمالی با استفاده از داده های SWIR سنجنده استر در شمال و شرق استان کردستان

مقدمه :

      امروزه پیشرفت سنجش از دور در شناسایى و پى جویى کانسارها به زمین شناسان کمک  زیادى نموده است. شناسایى کانیها با استفاده از قلمرو طیفى مادون قرمز موج کوتاه(SWIR) به عنوان یکى از ابزارهاى مهم در این راستا محسوب مى شود. زیرا بسیارى از زونهاى آلتراسیون از کانیهاى رسى تشکیل شده اند که در ساختار خود داراى عامل OH^- هستند که هر کدام از آنها در قلمرو طیفى مادون قرمز موج کوتاه(SWIR) داراى اشکال جذب خاصى مى باشند.

      در مطالعات قبلى در ابتدا از تصاویر ماهواره اى چند طیفى لندست طى سالهاى متمادى براى شناسایى زونهاى آلتراسیون در محیطهاى خشک ونیمه خشک استفاده شده است. شناسایى زونهاى آلتراسیون با استفاده از تصاویر ماهواره اى با پرتاب سنجنده MSS درسال ۱۹۷۲ آغاز شد. اولین روشها جهت شناسایى زونهاى آلتراسیون بیشتر براساس روشهاى پردازش رقومى کیفى تصاویرماهواره اى بود. اکثر مطالعات انجام شده بر روى زونهاى آلتراسیون با استفاده از روشهایى مانند نسبت گیرى باند[۱۳]، آنالیز مؤلفه هاى اصلى (PCA) و تکنیک کراستا[۵] انجام گرفته است.

    به دلیل محدود بودن قدرت تفکیک طیفى سنجنده TM، با استفاده از این سنجنده فقط مى توان کانیهاى داراى اکسیدهاى آهن و هیدروکسیل ها را تشخیص داد. با پرتاب سنجنده ASTER با تعداد باندهاى بیشتر به ویژه ۶ باند آن در قلمرو مادون قرمز موج کوتاه امکان شناسایى زونهاى آلتراسیون بیشتر شده است[۶]. همچنین روشهاى جدیدى براى شناسایى زونهاى آلتراسیون پیشنهاد شده است که مى توان به روشهاى MF(matched filtering)، LSU(Linear Spectral Unmixing)، SAM(Spectral Angle Mapping) اشاره کرد[۱۱].

      بنابراین، هدف از این تحقیق شناسایى زونهاى آلتراسیون احتمالى براساس تصاویرSWIR سنجنده استر در بخشهایى از شمال و شرق استان کردستان مى باشد که در این راستا از تکنیکهاى مختلفى مانند ترکیب رنگى کاذب(FCC)، نسبت باندها(BR)، آنالیز مؤلفه هاى اصلى(PCA)، و تکنیک کراستا جهت تشخیص زونهاى آلتراسیون احتمالى استفاده شده است.

موقعیت و زمین شناسى عمومى منطقه

      مناطق مورد‏ مطالعه ‏در شمال و شرق استان کردستان وشامل سه منطقه جنوب و جنوب شرق قروه ، منطقه تیلکو(بین شهرهای سقز- دیواندره) و شمال سد قشلاق سنندج می باشد(شکل۱). این مناطق عمدتا" از سنگهاى آندزیت، آندزیت بازالتى تشکیل شده است که در بسیارى از مواقع خصوصیات آتشفشانى زیر آبى دارند[۲]. مطالعاتى که اخیرا" بر روى این ولکانیکها صورت گرفته، نشان مى دهد که ترکیب آنها عمدتا" از نوع کالکوآلکالن حاشیه قاره اى است [۳]که درحوضه هاى رسوبىPull-apart فوران نموده اند[۴]. این سنگها داراى رنگ سبز تیره بوده که به شدت آلتره شده اند و به صورت بین چینه اى و یا عدسى هاى پراکنده؛ در داخل سنگهاى رسوبى کرتاسه فوقانى کردستان که عمدتا" شیل، آهکهاى شیلى و ماسه سنگ هستند، رخنمون دارند. قسمت عمده منطقه مورد مطالعه را سنگهاى آندزیتى، آندزیتى بازالتى مى سازند که در بعضى بخشها به شدت آلتره شده اند. در پاره اى از مناطق نیز کانى زایى منیتیت و هماتیت مشخص شده است.[۱]

◊◊◊◊◊◊

داده ها و روشها

      سنجنده استر یکى از سنجنده هاى چند طیفى بوده که بر روى ماهواره ترا نصب شده است. این سنجنده انعکاس و تشعشعات سطح زمین را در سه باند بین طول موجهای۵۲/۰ تا ۸۶/۰ میکرومتر با قدرت تفکیک ۱۵ متر(VNIR)، شش باند بین طول موجهاى ۶/۱ تا۴۳/۲ میکرومتر با قدرت تفکیک ۳۰ متر(SWIR)، و پنج باند بین طول موجهاى ۱۲۵/۸ تا ۶۵/۱۱ میکرومتر با قدرت تفکیک ۹۰ متر(TIR) اندازه گیرى مى کند[۱۴]. در این تحقیق از داده هاى استر نوع L۱B بدون ابر که در تاریخ ۱/۶/۲۰۰۱ و ۱۱/۸/۲۰۰۱ از منطقه تصویر بردارى شده، استفاده گردید. این داده ها ابتدا با سیستم مختصات UTM و سطح مبناى WGS۸۴ زمین مرجع شده و پس از موزائیک کردن تصاویر، محدوده مورد مطالعه نمونه گیرى شد. سپس براى کاهش اثرات اتمسفرى از متدهاى کاهش ارزش تیره ترین پیکسل و روش رگرسیون خطى جهت تصحیح تصاویر استفاده  شد[۷].

شناسایى زونهاى آلتراسیون براساس تصاویر SWIR

      زون هاى آلتراسیون در گستره وسیعى از محیطهاى زمین شناسى مانند گسلها، ولکانیکهاى انفجارى، وحاشیه بسیارى از توده هاى معدنى یکى از پدیده هاى عمومى می‏باشد و مى تواند به عنوان کلیدى براى پى جوئى کانسارها به حساب آید.

براى شناسایى زونهاى آلتراسیون از روشهاى گوناگونى مانند ترکیب رنگى کاذب، نسبت گیرى باندها، آنالیز مولفه هاى اصلى و تکنیک کراستا استفاده شده است که به ترتیب مورد بررسى قرار مى گیرند:

۱.      ترکیب رنگى کاذب(FCC)

      براى تفسیر بصرى زونهاى آلتراسیون با استفاده از داده هاى ماهواره اى استر از ترکیبهاى رنگى کاذب(RGB) استفاده مى شود. منحنى هاى استاندارد USGS نشان مى دهد که کانیهاى مونت موریونیت،‏ کائولینیت، موسکویت و ایلیت(شاخص زونهاى آلتراسیون فیلیک وآرژیلیک) در باند ۴ قلمرو SWIR داراى حداکثر انعکاس و درباند ۶ به دلیل جذب به دلیل وجود پیوند AL-OH داراى انعکاس پایین(شکل۲) و کانیهاى کلریت واپیدوت (شاخص زون پروپیلیتیک) در باندهاى ۵ و۶ انعکاس بالا ودر باند ۸ به دلیل پیوند Mg-OH  انعکاس پایین را نشان مى دهند (شکل۳). بنابراین در ترکیب رنگى ۴۶۸ قلمرو SWIR زونهاى آلتراسیون آرژیلیک وفیلیک به رنگ قرمز تا صورتى و آلتراسیون پروپیلیتى به رنگ سبز نمایان مى شود.

نسبت گیرى باندها(BR)

     روش نسبت گیرى باندها مى تواند براى بارزسازى اختلاف طیفى بین باندها استفاده شود و همچنین اثرات سایه و اختلاف روشنایى را به دلیل شیب زمین کاهش دهد[۱۲,۸].

      ابتدا از مقایسه منحنى استاندارد انعکاس کانیهاى موسکویت، مونتموریولینیت، ایلیت وکائولینیت مى توان نسبت باندهاى گوناگونى را براى آشکار سازى این کانیها پیشنهاد کرد(شکل۲). در این تحقیق از ترکیب رنگى(RGB) نسبت باندهاى ۵/۴ ، ۶/۴ ، ۸/۶ مناطق داراى آلتراسیون پروپیلیتى به دلیل جذب کانیهاى داراى پیوندMg-OH در باند۸ به رنگ قرمز و مناطق داراى کانیهاى رسى داراى پیوند Al-OH به دلیل جذب در باندهاى ۶ و۵ به رنگ سبز و سبز مایل به آبى ظاهر مى شوند. به علاوه از نسبت باندb۶/(b۵+b۷) براى مشخص کردن کانیهاى  AL-OH مانند کائولینیت، موسکویت، مونتموریونیت و ایلیت که شاخص زونهاى فیلیک وآرژیلیک مى باشند، استفاده شده است. تصاویر حاصله نشان دهنده این است که مناطق دارای تن روشن بر روی واحد های آندزیتی، آندزیت بازالتی و گرانودیوریت در نقشه های زمین شناسى منطبق مى باشد. همچنین نسبت b۵/b۶ براى کانى موسکویت، کانى شاخص زون فیلیک استفاده شد. این نسبت در مقابل نسبت قبلى مقدار انعکاس بالاترى را در سطح منطقه نشان مى دهد، اما مناطق مشخص شده در نسبت قبلى در این نسبت نیز داراى تن روشن مى باشند.

      همچنین براى مشخص کردن کانیهاى گروه Mg-OH مانند کلریت، اپیدوت وغیره که مى توانند به عنوان کانى شاخص زون پروپیلیتیک به کار روند از نسبت باند b۸/(b۶+b۹) استفاده شده است که سطح وسیعى از منطقه داراى تن روشن مى باشد و در نقشه زمین شناسى با واحد هاى آندزیتی، آندزیت بازالتی، گرانیت وگرانودیوریت مطابقت خوبى را نشان مى دهند.

۲.      تحلیل مؤلفه هاى اصلى(PCA)

       بسیارى از انعکاسات طیفى ثبت شده به وسیله سنجنده ها  متاثر از اثرات توپوگرافى و آلبیدو است. PCAتکنیک آمارى قدرتمندى است که مى تواند براى خلاصه سازى تصاویر و از بین بردن اثرات ناخواسته استفاده شود. به وسیله این تکنیک مى توان پدیده هاى زمین شناسى از جمله زونهاى آلتراسیون را مشخص کرد. کراستا ومر[۵] تکنیک مبتنى بر PCA را براى نقشه بردارى اکسیدهاى آهن و گروههاى هیدروکسیل با استفاده ازلندست TM پیشنهاد کردند. با پرتاب سنجنده ASTER با ۱۴ باند طیفى امکان شناسایى تفصیلى تر زونهاى آلتراسیون با استفاده از این تکنیک فراهم شد[۶].در ذیل تحلیل مولفه های اصلی برای هر یک از مناطق مورد مطالعه توضیح داده می شوند.

منطقه تیلکو:با توجه به اینکه در تحلیل مولفه های اصلی منطقه تیلکو کانیهاى رسى از جمله کانى کائولینیت در باند ۴ حداکثر انعکاس و در باند ۶ حداقل انعکاس را دارند. مولفه PC۵ در باند ۴ داراى مقدار منفى و در باند ۶ داراى مقدار مثبت مى باشد. لذا کانیهاى رسى داراى تن تیره مى باشند که با ضرب مولفه PC۵ در (۱-) کانیهاى رسى با تن روشن ظاهر خواهند شد.

شمال سد قشلاق: با توجه به اینکه مولفه PC۲ در باند ۶ داراى بردار ویژه مثبت و در باند ۸ داراى بردار ویژه منفى مى باشد. لذا این مولفه مى تواند به عنوان نماینده کانیهاى داراى Mg-OH یا کانیهاى شاخص زون پروپیلیتیک به کار به رود. همچنین این مولفه مطابقت خوبى را با واحد هاى آندزیتى در نقشه زمین شناسى ۲۵۰۰۰۰/۱نشان مى دهد[۲].

جنوب وجنوب شرق قروه: تحلیل مولفه هاى اصلى انجام شده براى منطقه جنوب وجنوب شرق قروه نشان دهنده اینست که با توجه به اینکه کانیهاى داراى Mg-OH از جمله کلریت واپیدوت در باند ۵ انعکاس بالا و در باند۸ انعکاس پایین دارند. مولفه PC۳ علیرغم مقدار کم درصد واریانسها در باند ۵ داراى بردار ویژه منفى و در باند ۸ بردار ویژه مثبت مى باشند. در نتیجه کانیهاى شاخص زون پروپیلیتى در این مولفه به صورت تیره ظاهر مى شوند که پس از ضرب آن در (۱-) زون پروپیلیتى با تن روشن ظاهر
 مى شود که مطابقت خوبى را با نسبت باند b۸/(b۶+b۹) نشان مى دهد و همچنین در نقشه زمین شناسى بر واحدهاى دگرگونه و گرانودیوریت مطابقت دارد.

۳.      تکنیک کراستا(Crosta)

      تحلیل مولفه هاى اصلى جهت دار(تکنیک کراستا)همان آنالیز مولفه هاى اصلى است با این تفاوت که در این تکنیک تعداد باندها براى آنالیز مولفه هاى اصلى کاهش داده مى شوند. به طوریکه کاهش تعداد باندها براى تحلیل مولفه هاى اصلى ما را مطمئن مى سازد که پدیده هاى معینى نقشه بردارى نمى شوند و احتمال نقشه بردارى پدیده مورد نظر را در یکى از مولفه هاى اصلى افزایش
مى دهد[۱۰]. رنجبر وهمکاران[۹] از تکنیک مبتنى بر تحلیل مؤلفه هاى اصلى انتخابى جهت دار‏(تکنیک کراستا)براى شناخت انواع اکسیدهاى آهن و کانیهاى رسى استفاده کردند. همچنین کراستا و همکاران [۶]از این تکنیک براى شناسایى کانیهاى آلتراسیون در باندهاى SWIR سنجنده ASTER استفاده کردند.با توجه به منحنى استاندارد کانیهاىAl-OH مانند کائولینیت، موسکویت، مونتموریونیت(شکل ۲) در دو باند ۴و ۷ داراى بالاترین انعکاس وباند ۶ و۹ کمترین انعکاس را دارند. لذا PCA بر روى باندهای۴،۶،۷،۹ برای هر سه منطقه انجام شدکه نتایج این تحلیل برای هریک از مناطق سه گانه توضیح داده می شود.

منطقه تیلکو: مولفه PC۴ با توجه به اینکه در باند ۴ و۷ داراى مقدار مثبت و درباند ۶ داراى مقدار منفى مى باشد. این مولفه مى تواند نماینده کانیهاى Al-OH ویا زونهاى آلتراسیون فیلیک یا آرژیلیک باشد.

شمال سد قشلاق: در این منطقه هیچ قسمتى که نشان دهنده وجود کانیهاى داراى پیوند  Al-OHبر روى مولفه ها و مولفه بردار ویژه باندهاى ۴،۶،۷،۹  مشاهده نشد.

جنوب وجنوب شرق قروه: مولفه PC۳ با توجه به اینکه در باند۶ داراى بردار ویژه مثبت و در باندهاى ۷ و۴ داراى بردار ویژه منفى مى باشد. لذا در منفى یک ضرب شده که در این حالت مناطق داراى کانیهاى AL-OH  با تن روشن ظاهر مى شود.

      همچنین براى کانیهاى شاخص زون پروپیلیتیک یعنى کانیهاى کلریت و اپیدوت با توجه به منحنى استاندارد انعکاسى آنها(شکل۳) از باندهاى ۵،۶،۸،۹ استفاده شد.

منطقه تیلکو: دراین منطقه مولفه PC۲ به دلیل داشتن بردار ویژه مثبت درباند ۵ و۶ و بردار ویژه منفى در باند ۸، این مولفه مى تواند نماینده کانیهاى کلریت واپیدوت و درکل زون آلتراسیون پروپیلیتیک باشد.

شمال سد قشلاق: در این منطقه با توجه به اینکه مولفه PC۲ داراى بردار ویژه منفى در باند ۸ و بردار ویژه مثبت در باندهاى ۶ و۵  مى باشد. بنابراین این مولفه مى تواند به عنوان نماینده کانیهاى داراى پیوند  Mg-OHدر این منطقه به کار برود.

جنوب وجنوب شرق قروه: مولفه PC۳ به دلیل مقدار بردار ویژه منفى در باند ۵ و۶ ومقدار مثبت در باند ۸ درمنفى یک ضرب شده است. بنابراین زون پروپیلیتى در این منطقه با تن روشن ظاهر مى شود.

در مرحله آخر براى کلیه تکنیکهاى بالا با استفاده از مشاهدات زمینى، شواهد موجود وتفسیر بصرى تصاویر آستانه سازى شد. سپس در محیط نرم افزار ARCGIS۹.۰  لایه هاى مربوط به کانیهاى داراى پیوند AL-OH ولایه هاى مربوط به کانیهاى داراى پیوند Mg-OH به صورت جداگانه با استفاده ازعمگر اشتراک(and) منطق بولین روى هم گذاشته شد. مناطق مشترک به عنوان مناطق داراى آلتراسیون در نظر گرفته شد(شکلهای۴،۵ و ۶). همچنین جهت تفکیک دو زون فیلیک و آرژیلیک روشنترین پیکسل در کلیه تکنیکهای به کار رفته برای کانیهای دارای پیوند Al-OH با منحنیهای استاندارد USGS مقایسه شد، که در منطقه تیلکو منحنی روشنترین پیکسل با منحنی کانیهای موسکویت وایلیت(شاخص زون فیلیک) و منطقه جنوب وجنوب شرق قروه بامنحنی کانیهای کائولینیت و مونت موریونیت(شاخص زون آرژیلیک) مطابقت بیشتری را نشان می دهد.

◊◊◊◊◊◊

نتیجه گیرى :

نتایج حاصل ازاین مطالعات نشان مى دهد زونهاى آلتراسیون منطقه در داخل ولکانیکها، سنگهاى دگرگونى وخود گرانیتوئیدها شکل گرفته اند، که ممکن است ناشى از فرایندهاى پست ماگمایى و یا هیدروترمالى محلولهاى گرانیتوئیدى باشند و یا اینکه ممکن است فاز هیدروترمالى دیگرى در ایجاد آنها دخالت داشته باشد. بنابراین شواهد سنجش ازدور زونهای آلتراسیون پروپیلیتیک، آرژیلیک وفیلیک را تایید مى کند که مى تواند به عنوان نشانه اى براى پى جویى کانسارهاى فلزى مانند مس وطلا در مناطق مورد مطالعه مفید باشد. اگر چنانچه این مطالعات با استفاده از تصاویر فراطیفى انجام شود مى تواند نتایج بهترى به همراه داشته باشدوبیشتر به واقعیت نزدیکتر شود.

◊◊◊◊◊◊◊

منابع فارسى :

۱.      خلقى خسرقى ، م. ح.، ۱۳۷۸، نقشه زمین شناسى ۱۰۰۰۰۰/۱ ایرانخواه، سازمان زمین شناسى ایران. http://www.ngdir.com 

۲.      

کلید واژه ها: سایر موارد