استفاده هم‌زمان تصاویر لندست-8 و سنتینل-2 جهت بارزسازی دگرسانی‌های مس پورفیری (مسجدداغی) ، شمال‌غرب ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه اکتشاف معدن، دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

2 استادیار دانشکده معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود

3 گروه مهندسی ژئوتکنیک، راه و نقشه-برداری، دانشکده مهندسی عمران و معماری، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

چکیده

استفاده هم‌زمان تصاویر لندست-8 و سنتینل-2 جهت بارزسازی دگرسانی‌های مس پورفیری (مسجدداغی) ، شمال‌غرب ایران

مقدمه

سنجش از دور یکی از روش‌های پرکاربرد در زمین‌شناسی و اکتشافات ذخایر معدنی است و نقش مهمی در شناسایی دگرسانی‌ها ایفا می‌نماید. روش‌های متفاوت سنجش از دور امکان بررسی و مطالعه بر روی یک محدوده گسترده را با دقت، سرعت و هزینه کم‌تر میسر ساخته ‌است. از آنجا که دگرسانی‌های مرتبط با کانی‌سازی پورفیری از گسترش مناسبی برخوردار هستند؛ لذا این نوع ذخایر می‌توانند شاخص مناسبی در روش‌های دورسنجی و اکتشافات ذخایر پورفیری باشند.

محدوده مس پورفیری مسجدداغی در 35 کیلومتری شرق شهرستان جلفا در استان آذربایجان شرقی واقع شده است. تشکیل رگه‌های اپی‌ترمال طلا بر روی کانسار پورفیری و ارتباط مکانی و زمانی این دو کانسار مورد بررسی قرار گرفته است. استفاده هم‌زمان سنجنده سنتینل-2 و ماهواره لندست-8 و روش‌های طبقه‌بندی‌کننده ‌نظارت‌شده مبتنی بر یادگیری ماشین برای اولین بار در این تحقیق بر روی کانسار پورفیری مسجدداغی در شمال‌غرب ایران انجام شد.

روش

در این پژوهش از تصاویر ماهواره لندست-8 و سنتینل-2 برای بارزسازی و مشخص کردن دگرسانی‌های موجود در منطقه استفاده شده است. در این پژوهش از روش‌های ترکیب باندی، نسبت باندی (BR) و روش کمترین مربعات رگرسیون شده (Ls-Fit) جهت تعیین موقعیت زون‌های دگرسانی استفاده شده است. همچنین از روش‌های طبقه-بندی‌کننده ‌نظارت‌شده مبتنی بر یادگیری ماشین مانند: بیشترین‌شباهت (ML)، روش‌های شبکه‌های عصبی ((ANN و ماشین‌بردار‌پشتیبان ((SVM و تلفیق این سه طبقه‌بندی با استفاده از روش رای‌گیری حداکثری (MV) جهت صحت و دقت استفاده از این تصاویر استفاده شده‌است.

بحث و نتیجه گیری

کانی‌سازی مس- طلا مسجدداغی در شرق شهرستان جلفا و در استان آذربایجان شرقی واقع شده است. قدیمی‌ترین واحد سنگی منطقه، شامل مجموعه‌ای از نهشته‌های تخریبی فلیش مرتبط به زمان ائوسن یا قدیمی‌تر است که گسترش زیادی در شرق و جنوب محدوده دارد. نهشته‌های فلیش متشکل از ماسه‌سنگ، آهک، شیل و سیلت همراه با لایه‌هایی از کنگلومرای خاکستری و سبز رنگ است و به دلیل فرسایش‌پذیری غیرهمگن مورفولوژی ملایم تا خشن ایجاد کرده است. ترکیبات سنگ‌شناسی منطقه شامل واحد تراکی‌آندزیتی ائوسن و توده نفوذی کوارتز مونزودیوریت الیگوسن است که به داخل سنگهای آتشفشانی منطقه نفوذ کرده است و در سطح رخنمون کمی دارد. سیستم کانی-سازی مسجدداغی از دو نوع کانی‌سازی مس پورفیری و طلای اپی ترمال تشکیل شده است. مهم‌ترین کانی‌سازی موجود در کانسار پورفیری مسجدداغی شامل کانی‌های روتیل، مولیبدنیت، منیتیت، پیریت، کالکوپیریت، بورنیت، اسفالریت،کالکوسیت و کوولیت می‌باشد. کانی‌سازی طلای اپی‌ترمال شامل پیریت، کالکوپیریت، بورنیت، گالن، اسفالریت و طلا همراه با کوارتز، باریت و انیدریت است.

تصاویر ماهواره لندست-8 سه طبقه‌بندی نظارت‌شده ANN، MLو SVM به ترتیب از دقت 71/77% ، 48/70% و 23/79% برخوردار‌است. در سنجنده سنتینل-2 نیز سه طبقه‌بندی‌نظارت‌شده ANN، ML و SVM در محدوده مسجد‌داغی به ترتیب از دقت 69/78%، 16/59% و 57/79% برخوردار‌است. نتایج به دست‌آمده نشان از برتری سنجنده سنتینل-2 نسبت به لندست-8 در بارزسازی دگرسانی‌های موجود در محدوده مطالعاتی مسجد‌داغی‌دارد. هم‌چنین با مقایسه ضرایب‌کاپا به دست‌آمده از لندست-8 و سنتینل-2 بر این برتری سنتینل-2 تاکید دارد. در بین طبقه‌بندی‌های اعمال‌شده بر روی تصاویر طبقه‌بندی SVM در هر دو ماهواره و سنجنده از دقت بالاتری برخوردار‌است؛ که این نکته نشان‌دهنده عملکرد بهتر الگوریتم ماشین‌بردار‌پشتیبان (SVM) است. اما طبقه‌بندی ML در لندست-8 نسبت به سنتینل-2 دارای عملکرد بهتری‌است، که نتایج ضریب‌کاپا نیز این موضوع را تایید خواهد‌کرد. نتایج خروجی دقت‌کلیOA) ) برای روش رای‌گیری‌حد‌اکثری (MV) نسبت به روش الگوریتم ‌ماشین‌بردار‌پشتیبان (SVM)، در ماهواره لندست-8 حدود 75/3% افزایش‌یافته‌است. رای‌گیری‌حد‌اکثری با دقت‌کلی 38/82% و ضریب‌کاپا 6868/0 برای ماهواره لندست-8 نشان‌دهنده این‌است؛ که تلفیق داده‌های خروجی طبقه بندی‌ها به روش رای‌گیری‌حد‌اکثری (MV) موجب بهبود در شناسایی‌ دگرسانی‌ها‌است.هم‌چنین برای ماهواره سنتینل-2 رویکرد رای‌گیری‌حد‌اکثری با دقت‌کلی 07/84% و ضریب‌کاپا 7070/0 ، نسبت به روش ماشین‌بردار‌پشتیبان، حدودا 5/4% افزایش ‌داشته‌است.

نتیجه گیری

1- سنجنده سنتینل-2 نسبت به ماهواره لندست-8 در روش‌های ترکیب‌باندی، نسبت‌باندی، کمترین ‌مربعات ‌رگرسیون‌شده دارای دقت بهتر و بالا‌تری است.

2: طبقه‌بندی ماشین‌بردار‌پشتیبان در ماهواره لندست-8 و سنجنده سنتینل-2 در محدوده مطالعاتی مسجد‌داغی از دقت و ضریب کاپا بالاتری برخورداراست و سنجنده سنتینل-2 نسبت به ماهواره لندست-8 دارای دقت و صحت بالاتری‌ است.

3: تلفیق داده‌های خروجی طبقه‌بندی‌ها به روش رای‌گیری حداکثری موجب بهبود در شناسایی‌های دگرسانی‌ها شده‌است. هم‌چنین برای سنجنده سنتینل-2 رویکرد رای‌گیری‌ حداکثری با دقت‌کلی 07/84% و ضریب کاپا 7070/0، نسبت به روش ماشین‌بردار ‌پشتیبان حدودا 5/4% افزایش داشته‌است.

4: ادغام دو سنجنده جهت مطالعات اکتشافی بسیار کار‌آمد و سودمند است، هم‌چنین سنجنده سنتینل-2 به‌دلیل قدرت طیفی و مکانی بهتر دارای دقت بسیار بالایی در طبقه‌بندی‌های ارائه شده و در روش رای‌گیری‌حداکثری نسبت به ماهواره لندست-8 دارد.

واژه‌های کلیدی: ارسباران، سنتینل-2، لندست-8، مس پورفیری، مسجدداغی

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Combination of Landsat-8 and Sentinel-2 images in order to detect alterations of porphyry deposits (Masjed Daghi), northwest Iran

نویسندگان [English]

  • Maryam Khani Alamuti 1
  • Susan Ebrahimi 2
  • Behnaz Bigdeli 3
1 Department of Mineral Exploration, Faculty of Mining Engineering, Petroleum and Geophysics, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
2 Asisstant Professor, Faculty of Mining Engineering, Petroleum and Geophysics, Shahrood University of Technology
3 Department of Geotechnical and Transport Engineering, Faculty of Civil and Architectural Engineering, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
چکیده [English]

Combination of Landsat-8 and Sentinel-2 images in order to detect alterations of porphyry deposits (Masjed Daghi), northwest Iran

Introduction

Remote sensing is one of the widely used methods in geology and exploration of mineral deposits and plays an important role I identifying changes. Different methods of remote sensing have made it possible to investigate and study a wide range with accuracy, speed and less cost. Since the change related to porphyry mineralization have a suitable expansion; therefore, this type of deposits can be suitable index in the methods and discoveries of porphyry deposits. Masjed Daghi copper porphyry area is located 35 km east of Julfa in the East Azerbaijan province. The formation of epithermal gold veins on the porphyry deposit and the spatial and temporal relationship of two deposits have been investigated.

The simultaneous use of Sentinel-2 sensor and Landsat-8 satellite and supervised classification methods based on machine learning was done for the first time in this research on Masjed Daghi porphyry deposit in northwest Iran.

Material and methods

In this research, Landsat-8 and Sentinel-2 satellite images have been used to highlight and sportively the changes in the region. Also the methods of band composition, band ratio (BR), and regression least square method (Ls-Fit) have been used to determine the position of alteration zones. Also, supervised classification methods based on machine learning such as: maximum similarity (ML), neural network methods (NN), and support vector machine (SVM) and combining these three classifications using the maximum voting method (MV) for the correctness and accuracy of the use of these images have been used.

Results and discussion

The oldest rock unit of the region includes flysch sediment of Eocene age associated limestone, shale and conglomerate. The lithological volcanic composition are Eocene trachyandesite associated Oligocene monzodiorite. These host rock suffering potassic, phyllic, argillic, propylitic and silicic alteration. Mineralization system consist of two types of porphyry and epithermal systems. The most important minerals are molybdenite, magnetite, pyrite, bornite, chalcopyrite, and sphalerite in the porphyry system and pyrite, chalcopyrite, sphalerite, gold associated quartz, barite, and anhydrite in the epithermal system.

Landsat-8 satellite images of the three supervised classifications of ANN, ML and SVM have the accuracy of 77.71%, 70.48% and 79.23% respectively. In the Sentinel-2 sensor, the tree supervised classifications of ANN, Ml and SVM in Masjed Daghi region have the accuracy of 78.69%, 59.16% and 7.75%, respectively. The obtained results show the superiority of Sentinel-2 sensor over Landsat-8 in highlighting the variations in the study area of Masjed Daghi. Also, by comparing to kappa coefficients obtained from Landsat-8 and Sentinel-2, it emphasizes the superiority of Sentinel-2. Among the classifications applied on the images, SVM classification is more accurate in both satellites and sensors; this point indicates the better performance of Support Vector Machine (SVM) algorithm. But ML classification in Landsat-8 has a better performance that sentinel-2, which the kappa coefficient results will also confirm this issue. The output results of overall accuracy (OA) for the maximum voting (MV) method compared to support vector machine algorithm method have increased by about 3.75% in the Landsat-8 satellite. Maximum voting with 82.38% overall accuracy and 0.6868 kappa coefficient for Landsat-8 satellite indicate; the combining the output data of the classification with the maximum voting method improve the identification of changes. Also, for the Sentinel-2 coefficient f 0.7070 has increased by about 4.5% compared to the support vector machine method.

Conclusion

1. Landsat-8 and Sentinel-2 data and its compliance with the geological range of Masjed Daghi region show that the Sentinel-2 sensor has better and higher accuracy than the Landsat-8 satellite.

2. The classification of the support vector in the Landsat-8 satellite and Sentinel-2 sensor in the study area of Masjed Daghi has a higher accuracy and kappa coefficient, and the Sentinel-2 sensor has a higher accuracy and precision then the Landsat-8 satellite.

3. Sentinel-2 and Landsat-8 data show the overall accuracy output for the maximum voting method compared to the support vector machine algorithm method in satellite Landsat-8 has increased by about 75.3%, which shows that combining the output data of the classifications using the maximum voting approach has improved the identification of changes.

4. Sentinel-2 detector has a very high accuracy in the presented classifications and in the maximum ratio voting method due to its better spectral and spatial power to the Landsat-8 satellite.

Keywords: Arasbaran, Landsat-8, Masjed Daghi, Porphyry copper, Sentinel-2

کلیدواژه‌ها [English]

  • Arasbaran
  • Landsat-8
  • Masjed Daghi
  • Porphyry copper
  • Sentinel-2