Testgebiet

Die Abbildung zeigt den Auschnitt einer DAIS-Aufnahme des Makhtesh Ramon in Israel mit Details des Shen Ramon. Es handelt sich um eine stark erodierte Antiklinalform mit einer großen Variation mesozoischer Formationen. Im Testgebiet treten größere Vorkommen an Gips, Kaolinit und Bauxit auf. Es ist gekennzeichnet durch eine markante magmatische Intrusion (Syenit) und Zonen unterschiedlicher hydrothermaler Alterationen. Die Bilddaten wurden im August 1997 im Rahmen der DAIS-LSF-Kampagne aufgezeichnet. Der Auschnitt beträgt 800 x 512 Pixel bei einer Pixelgröße von ungefähr 4 m.

Durch die hohe spektrale Auflösung von hyperspektralen Fernerkundungssensoren ist es möglich, Materialien mit diagnostisch nutzbaren spektralen Charakteristika wie z.B. Minerale zu identifizieren. Das wichtigste Diagnosemerkmal sind Absorptionsbanden.

Methode:

Für eine diagnostische Erfassung von Mineralen müssen in einem ersten Schritt Merkmale extrahiert werden, welche die Position und Form der Absorptionsbanden beschreiben. Dazu eignet sich z.B die Convex-Hull-Funktion. Für jeden Bildkanal wird die Absorptionstiefe, das Verhältnis zwischen Spektralwert und dem zugehörigen Funktionswert bestimmt:

Tiefe = 1.0 - Spektralwert / Funktionswert.

Aufgrund starken Rauschens insbesondere in den SWIR-Kanälen wurde zur Klassifizierung ein neuronales Netz verwendet. Das eingesetzte Multilayer-Perzeptron (MLP) entspricht einem nichtlinearen Regressionsmodell, dessen Parameter mit Hilfe von Trainingsdaten geschätzt wurden.

Das Klassifizierungsergebnis zeigt eine gute Übereinstimmung mit der Stratigraphie der geologischen Karte des Gebietes, was sich aus dem Umstand ergibt, dass für weite Areale innerhalb bestimmter Zeiträume zumeist ein und dasselbe Material abgelagert wurde. Das Beispiel des Shen Ramon am rechten mittleren Bildrand verdeutlicht das Potential hyperspektraler Daten zur Separation unterschiedlicher Alterationsbereiche in einem ursprünglich homogenen Intrusivgestein (Syenit/Arfvedsonite). In Abhängigkeit von Druck und Temperatur sind unterschiedliche Zonen mit entsprechender Neubildung von Mineralen entstanden. Die spektrale Differenzierung dieser Zonen ist sowohl der Charakteristik im SWIR Bereich dieser Neubildungen wie Kaolinit, Chlorid und Epidot zu verdanken, aber auch stark beeinflußt vom variierenden Gehalt an zwei- und dreiwertigen Eisenoxiden im VNIR.

Eine direkte Identifizierung der Minerale ist mit Ausnahme der kaolinitischen Zone aufgrund des zu geringen SNR bei gleichzeitig sehr geringer Albedo nicht möglich. Die unterschiedlichen Sandsteinlagen (klh, ji, ja2) besitzen diagnostische Banden nur im TIR und wurden so über unterschiedliche Eisenoxidgehalte im VNIR klassifiziert. Kalksteine und Dolomit differenzieren sich vorrangig durch unterschiedliche diagnostische Banden im SWIR bei 2300-2350nm. Die Unterschiede der zeitlich unabhängig abgelagerten Sedimente von Trias (trm, trs), Jura (ja1, ja2) und Kreide (ku1, kuh) ergeben sich im Wesentlichen auch aus variierenden Eisenoxidgehalten. Gips ist flächenhaft gesehen das dominierende Mineral der Szene. Es zeigt diagnostische Banden im SWIR, die auch durch Umwandlung nach Anhydrit und Bassanit an der Oberfläche in gedämpfter Form erhalten bleiben. Tone treten wechsellagernd mit Hornstein (kumi), in jurassischen Serien (ja 1/2) und in einer der Alterationszonen auf. Sie bestehen vorrangig aus Kaolinit und lassen sich über eine Doppelbande bei 2160nm und 2200 nm idenifizieren. Lockermaterial (alluvium) wird in geologischen Karten als eigenständige Einheit im Kontrast zu anstehendem Gestein kartiert. Jedoch besitzen Schuttfächer annähernd die gleiche spektrale Signatur wie das anstehende Ursprungsgestein, so im linken Bildbereich Fächer mit jurassischen Kalkstein/Sandstein im Gipskomplex und auf der westlichen Seite der Schuttfächer des Shen Ramon. Letztere werden vom MLP richtig erfasst. 

Dr. H.-U. Wetzel

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