نشریه زمین شناسی مهندسی، جلد نهم، شمارۀ 4 زمستان 4934

شناسایی و تفکیک واریزههای آهکی از سازندهای غیرآهکی با کاربرد تلفیقی علوم دورسنجی و مشخصات لیتولوژی )مطالعۀ موردی: منطقه بهادران در استان یزد(

سمانه پورمحمدی*؛ مؤسسه تحقیقات آب ایران، مرکز ملی تحقیقات و پژوهشهای باروری ابرها
محمدرضا اختصاصی؛ دانشگاه یزد، دانشكدۀ منابع طبیعی و کویرشناسی محمدحسن رحیمیان؛ مرکز ملی تحقیقات شوری، یزد
تاريخ: دريافت 41/41/34 پذيرش 43/8/39چکیده
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3113 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3113 ]

کوهستان ها عموماًعموما منشأ تشكیل بسیاری از عوارض طبیعی سطح زمین از جمله دشت های دامنه ای مجاور خود هستند. تفكیک و تعیین مرز دقیق واحدهای سنگ شناسی و جداسازی رخنمون واحدهای سنگ شناسی مناطق کوهستانی از مواد موجود در دشت ها که حاصل نهشته های تخریبی سنگ های کوهستانی است، دشوار میباشد. در تحقیق حاضر در نظر است تا با تلفیق زمین ریخت شناسی و دورسنجی ابتدا واحدهای زمین ریخت شناسی کوهستانی و دشتی تفكیک شده و سپس واریزه های آهكی )سنگ های کوهستانی( از سازندهای غیرآهكی )نهشته های دشتی( با دقت مناسب تفكیک شوند. با انجام تحقیق حاضر به کمک داده های ماهواره ای لندست و تكنیک های مختلف پردازش تصویر نظیر نسبت گیری باندها، تجزیه مؤلفه های اصلی و تجزیۀ عاملی، مناسب ترین شاخص های تفكیک کننده واحدهای سنگی انتخاب و نقشۀ شناسایی واحدهای سنگی با ضریب مقایسۀ نقشه )کاپا( 14/0 به دست آمد.
نهایتاًنهایتا با هم پوشانی نقشۀ حاصل با نقشه واحدهای زمین ریخت شناسی و تفكیک مرز واریزه های آهكی در دشت ها از سازندهای غیرآهكی درکوه ها دقت نقشه سنگ شناسی به 39% افزایش یافت.
1727911184728

واژه های کلیدی: سازندهای آهكی ،واحدهای زمین ریخت شناسی، واحدهای سنگ شناسی، دشت، کوه، دورسنجی ،لندست.
[email protected] نويسنده مسئول *
مقدمه
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3113 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3113 ]

استفاده از تكنیک سنجش از دور و کاربرد داده ها و تصاویر ماهواره ای، از علوم روز و تكنیک های جدیدی است که می تواند در شناخت سنگ ها و سازندهای زمین شناسی کمک شایانی کند. به کارگیری علم سنجش از دور به طور گسترده ای در توسعۀ علم زمین شناسی نقش داشته و هنوز راه برای گشودن افق های جدیدتر فراهم است. از جمله موارد کاربرد تصاویر ماهواره ای در این زمینه می توان به شناسایی سازندهای زمین شناسی )شتسلاز 1000، فرزر و همكاران 4333(، شناسایی و تفكیک نهشته های آتشفشانی )گاد و کاسكی، 1002( ، پایش آتشفشان ها )بوگالتی و همكاران 4338، یسئو و همكاران 4339(، تهیۀ نقشه ریف های مرجانی )لی و طالب، 1001(، شناسایی مكان های نشت طبیعی نفت و گاز )عبداسلام، 1009( و موضوعات مرتبط با شناسایی کانی ها )فرییر، 1001( اشاره کرد. در این میان استفاده از تكنیک های ترکیب تصاویر لندست مانند تغییر شكل های IHS4 به صورت گسترده ای در علوم زمین شناسی کاربرد دارند )ریگول و چیكا، 4338(. استفاده از ویژگی های فیزیكوشیمیایی کانی ها در معدن کاوی از موارد کاربردی دیگر علم سنجش از دور در علوم زمین است که با استفاده از آنالیزهای سری زمانی تصاویر لندست )TM5,ETM7( و سیستم های پایش ژئوشیمیایی انجام می شود )اسلوئتر و گلسیر،1044، گلسر و همكاران،1044(. مختاری و همكاران )4981( با استفاده از داده های سنجده ETM اقدام به جداسازی واحدهای سنگی حساس به فرسایش مارن، شیل و نهشته های کواترنر از واحدهای مقاوم ماسه سنگ و سنگ آهكی کرد. گومز و همكاران )1004( با استفاده از تصاویر ASTER اقدام به شناسایی 40 نوع سنگ آهكی و ماسه سنگ آبرفتی کردند. نینومیا )1001( نیز با استفاده از تكنیک سنجش از دور سه شاخص به منظور تفكیک و جداسازی کانی های کوارتزی، کانی های مافیک و کربنات ها معرفی کرد. در تحقیق دیگری که گلوگردی و همكاران )4988( در منطقه بهبهان انجام دادند از دو تصویر آستر و لندست برای شناسایی سازندهای گچساران و آغاجاری از ترکیب باندهای مختلف استفاده شده است. Intensity, Hue, Saturation .1

فریک و همكاران )1041( به بررسی و مروری بر تمامی کارهای انجام شده در زمینه استفاده از سنجش از دور و اسكن کننده های چندطیفی )MSS( و استفاده از مؤلفه های اصلی و تعیین نسبت های باندهای مناسب برای تعیین ویژگی های سنگ شناسی و خاک شناسی اقدام کرده اند. هانت )4333(، سالیبری )4383( و کوپر )1001( به بررسی طول موج های کوتاه مادون قرمز، مادون قرمز نزدیک و مادون قرمز حرارتی بر روی سنگ ها پرداختند و شكل های طیفی سنگ ها و کانی ها را اندازه گیری کردند. واتاناب و همكاران )1001( با استفاده از تصاویر ماهواره آستر فرمولی از ترکیب باندهای مختلف برای شاخص سیلیس به دست آوردند. علاوه براین شاخص هایی برای تفكیک کانی های کلسیت، آلونیت، مونت موریونیت به دست آمد که بر اساس ترکیبات خطی باندهای ماهواره آستر در نوادا ارائه و در آن منطقه آزمون کردند.
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3113 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3113 ]

)یاماگوچی و نیاتو، 1009(. راجنراند و همكاران )1044( با استفاده از آنالیزهای طیفی تصاویر آستر بر روی کوارتزیت آهن دار و گرانولیت پیروکسین دار، گنیس بیوتیت و هورنبلاند دار، دیونیت، آمفیبول و پگماتیت نشان دادند که ویژگی های جذبی این کانی ها در باندهای 4 ،9 ،1 و 3 ماهواره آستر مشخص می شود و نسبت های باندی مختلفی در این زمینه معرفی کردند.
هدف از انجام تحقیق حاضر نیز بررسی و امكان سنجی شناسایی سازندهای آهكی به کمک تصاویر ماهواره ای لندست در منطقه بهادران استان یزد است که به کمک تكنیک های مختلفی نظیر نسبت های باندی، تجزیه مؤلفه های اصلی و تجزیه عاملی انجام شده است. تحقیق حاضر سعی دارد تا علاوه بر بررسی و امكان سنجی شناسایی سازندهای آهكی به کمک تصاویر ماهواره ای لندست، با کمک تفسیر بصری این تصاویر و جداسازی واحدهای زمین ریخت شناسی که از نظر سنگ شناسی یک سان ولی از نظر مورفولوژی متفاوتند، دقت نقشه های تولیدی را افزایش دهد.
مواد و روش ها
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3113 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3113 ]

این پژوهش در غرب دشت بهادران در استان یزد انجام شده است. منطقه بررسی شده بین عرض جغرافیایی 00 94 تا 90 94 شمالی و طول جغرافیایی 14 14 تا 10 14 شرقی قرار گرفته است. شكل 1 مراحل مختلف انجام این پژوهش را نشان می دهد. چنان که ملاحظه می شود در این پژوهش از دو منبع اصلی داده )نقشه زمین شناسی و تصاویر ماهواره ای( استفاده شده است. پس از رقومی سازی نقشۀ زمین شناسی )شكل 9 الف(، اقدام به شناسایی انواع سازندهای موجود در منطقۀ پژوهش شد. برای این کار از 110 نقطه تعلیمی استفاده شد که روی یک شبكه و به صورت منظم انتخاب شدند. شكل 9 ب نشان دهندۀ نقاط تعلیمی انتخاب شده در این پژوهش است.

شکل 1. مراحل مختلف انجام پژوهش
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3113 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3113 ]

در این تحقیق، ابتدا ارتباط بین هر یک از باندهای تصویر ماهواره ای با سازندهای آهكی موجود در منطقۀ پژوهش بررسی شد. بدین منظور نمودار امضای طیفی باندها4 برای هر یک از سازندهای زمین شناسی ترسیم و تحلیل شد. بهکمک نمودارهای حاصل باندی که نسبت به سایر باندها قادر به تمایز بهتر سازندهای آهكی Kt6-L ،Kt3-L1 و Ple است، انتخاب شد. سپس اقدام به بارزسازی سازندهای آهكی روی این باند یا بهعبارتی دیگر تهیۀ نقشۀ سازندهای آهكی به کمک باند مذکور شد. نظر به این که مقادیر عددی پیكسل های هر باند بین 0 تا 111 قرار دارد ،از این رو ،اقدام به تعریف مرزهای مختلف )مثلامثلاً اعداد بزرگتر از 440 و کوچک تر از 111، اعداد بزرگ تر از 410 و کوچک تر از 111 و …( شد. سپس پیكسل هایی که مقادیر عددی آن ها در درون هر یک از محدوده های تعریف شده قرار داشتند، از سایر پیكسل ها مجزا شدند. بدین ترتیب نقشههای مختلفی با هدف تمایز سازندهای آهكی از سایر سازندها تولید و ارزیابی شدند.

الف ب
شکل 3. الف( نقشه سازندهای منطقۀ بررسی شده )مستخرج از نقشه زمین شناسی(، در اين نقشه سازندهای آهکی به صورت تیره تر مشخص شده اند، ب( نقشه پراکنش نمونه های تعلیمی
علاوه بر استفاده از داده های تک باندها )DNها(، از دو روش متداول در زمینه تلفیق دادههای تک باندها با یک دیگر )تجزیۀ مؤلفه های اصلی4 و تجزیۀ عاملی1( استفاده شد و نتایج آن ارزیابی و مقایسه شد. هم چنین از نسبتهای باندی9 موجود در زمینۀ شناسایی سازندهای آهكی )عسكری و همكاران ،4989( استفاده شد. جدول 1 نحوۀ محاسبۀ هر یک از این نسبت ها به کمک باندهای تصاویر ماهواره ای لندست است.

1. Spectral signature
جدول 1. نام و مشخصات سازندهای زمین شناسی موجود در منطقۀ بررسی شده
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3113 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3113 ]

)موقعیت قرارگیری هر يك از اين سازندها در شکل 3 الف قابل مشاهده است(
مشخصات نام سازند
دشت آبرفتی- متشكل از واریزه های آهكی و سازندهای غیرآهكی Qt2
پادگانه های قدیمی- متشكل از واریزه های آهكی و سازندهای غیرآهكی Qt
کفه های رسی حاوی نمک Qs.c.f
سنگ آهک ضخیم لایه به رنگ سفید تا خاکستری روشن Ple
کنگلومرا با قطعات ولكانیكی PlQc
کنگلومرا با سخت شدگی کم Ngc
سنگ آهک توده ای با رخنمون سفید تا خاکستری روشن Kt6-L
سنگ آهک اوربیتولین دار ضخیم لایه یا توده ای، با رخنمون خاکستری -28047947263130

Kt-L1
تناوبی از ماسه سنگ، کنگلومرای دانه ریز و شیل ارغوانی Ks-s.c
آندزیت تا تراکی آندزیت EV
جدول 2. نسبت های طیفی استفاده شده برای شناسايی سازندهای آهکی در منطقۀ پژوهش
)عسکری و همکاران ،1333(
فرمول محاسبه نام نسبت طیفی
485902399415

R1
R2
R3

)1(
-ارزيابی و تعیین دقت نقشه ها
هر کدام از روش های اشاره شده در فوق، منجر به تولید نقشه می شوند که باید دقت هر کدام ارزیابی شود. برای ارزیابی نقشه های مذکور از چهار شاخص به نام های صحت کاربر1 یا UA، صحت تولیدکننده9 یا PA، صحت کل4 یا OA و ضریب ضریب مقایسه نقشه1 یا K استفاده شده است. شاخص های مذکور پس از تهیه نقشه و تشكیل ماتریسی به نام ماتریس خطا2 محاسبه شده اند. از بین شاخصهای مذکور مهم ترین شاخصی که در ارزیابی نقشه نهایی مورد استفاده و تأیید بسیاری از محققان است ،ضریب مقایسه نقشه است که میزان تطابق بین کلاس های نقشه ساخته شده و مقادیر مشاهداتی )کلاس های واقعی( را نشان میدهد. این شاخص ب دینصورت قابل محاسبه است:
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3113 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3113 ]

)9(
که oP نسبت مربوط به کلاس های درست طبقه بندی شده و Pe نسبت مربوط به کلاس های درست طبقه بندی شده بر اساس شانس است. مقدار عددی این ضریب بین صفر و یک است که صفر نشان دهندۀ کلاسهبندی ضعیف و یک نشاندهندۀ کلاسه بندی قوی است. خان و همكاران )1002( شاخص ضریب مقایسه نقشه را به سه دسته تقسیمبندی کرده اند.
4. شاخص یا Index عبارت از جمع جبری باندهای مختلف تصاویر ماهواره ای است که یک یا چند مشخصه زمینی را بارزتر از سایر مشخصه ها نشان می دهد.
. آن ها مقدار عددی ضریب مقایسه نقشۀ بزرگتر از 8/0 را نشان دهندۀ طبقه بندی خوب، بین
8/0 و 4/0 متوسط و کمتر از 4/0 را ضعیف توصیف کردهاند.

1- User accuracy 1- Producer accuracy 1- Overall accuracy 1- Kappa coefficient
1- error matrix
3123
– شناسايی واريزه های آهکی واقع بر روی سازندهای غیرآهکی و ارزيابی مجدد نقشه ها
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3113 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3113 ]

نظر به این که تكنیک سنجش از دور قادر به نمایش بازتابش های طیفی ساطع شده از سطح اجسام زمینی است ،از این رو ،در صورت قرارگیری واریزه های آهكی روی سایر سازندها )حتی با کم ترین ضخامت(، انتظار می رود که تصاویر ماهواره ای و هم چنین شاخص های تولید شده با این تصاویر، سازندهای زمین شناسی این مناطق را به عنوان سازندهای آهكی شناسایی کنند. این در حالی است که سازند اصلی زمین شناسی در چنین مناطقی متمایز از نوع آهكی است. همین مسئله باعث می شود که دقت نقشه تولیدی کاهش یافته و اساسااساساً شناسایی سازندهای آهكی با تصاویر ماهواره ای با خطای فاحش مواجه شود. این خطا مربوط به پخشیدگی مواد تخریبی ساخت های اولیه کوهستانی و قرارگرفتن آن ها روی دیگر واحدهای مجاور کوهستان است. چنان چه بتوان با شیوه ای مناسب و با کمک علم زمین ریخت شناسی، واحدهای کوهستانی و دشتی مرتبط با ساختار زمین شناسی یک منطقه را به خوبی تفكیک کرد و مواد تخریبی پخش شده روی سایر سازندها )یا همان واریزه های آهكی( را شناسایی کرد، می توان انتظار داشت که دقت نقشه نهایی به بیش ترین سطح ممكن ارتقاء یابد. در این پژوهش ابتدا با کمک تفسیر بصری تصاویر با ترکیب رنگی کاذب )FCC( و جداسازی واحدهای زمین ریخت شناسی که از نظر سنگ شناسی یک سان ولی از نظر مورفولوژی متفاوتند اقدام به تفكیک واحدهای سنگی آهكی اعم از ساخت اولیۀ کوهستانی و یا ساخت های تخریبی با ریخت شناسی دشتی شد. شكل 4 ب سازندهای آهكی توده ای و نهشته های با منشأ آهكی را در مجاورت یک دیگر نشان می دهد. طبیعتاطبیعتاً انتظار می رود که روش های دورسنجی بتوانند تمامی این مناطق را به عنوان سازندهای آهكی شناسایی کنند از این رو، نیاز به محاسبۀ مجدد دقت نقشه های تولیدی در مرحلۀ قبل و مقایسه آن ها با یک دیگر است. بدین منظور شاخص های ارزیابی نقشه )OA ،PA ،UA و K( مجددامجدداً محاسبه و با مقادیر قبلی خود مقایسه شدند. این مقایسه نقش تفكیک دقیق واحدهای زمین ریخت شناسی در شناسایی سازندهای آهكی منطقۀ بررسی شده با عملیات دورسنجی را نمایان می کند.
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3113 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3113 ]

3121

)الف( )ب(
شکل 3. الف( تفسیر ترکیب رنگی تصوير ماهواره ای لندست (FCC531) ، ب( تفکیك و جداسازی عرصه های متاثر از ساخت های آهکی از ديدگاه زمین ريخت شناسی

بحث و نتیجه گیری
شكل 1 الف امضای طیفی سازندهای مختلف زمین شناسی منطقه پژوهش را بر اساس بازتابش های ثبت شده با باندهای مختلف تصاویر ماهواره ای لندست نشان می دهد. این نمودار اهمیت زیادی در بررسی های سنجش از دور داشته و تفسیر آن کمک زیادی به شناسایی مناسب ترین باند)ها( برای بارزسازی پدیده ها و عوارض مختلف زمینی می کند. همان طوری که ملاحظه می شود، سازندهای مختلف زمین شناسی بازتابش های متفاوتی در محدوده های طیفی باندهای مختلف دارند. این شكل نشان می دهد که باند 1 نسبت به سایر باندها قادر به تمایز بهتر سازندهای مختلف )خصوصاًخصوصا سازندهای آهكی( در منطقۀ پژوهش است. در این باند ،سازندهای آهكی )Kt6-L ،Kt3-L1 و Ple( بازتابش های بیش تری نسبت به سایر سازندها 3122
داشته اند. همین نكته می تواند اساس تحقیقات روی مقادیر عددی این باند در شناسایی سازندهای آهكی محسوب شود. در شكل 1 ب نیز تغییرات مقادیر عددی باند 1 در سازندهای مختلف زمین شناسی نشان داده شده که در بین آن ها، سازندهای آهكی بیش ترین مقادیر DN
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3113 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3113 ]



قیمت: تومان

دسته بندی : زمین شناسی

دیدگاهتان را بنویسید