Cartografía de calizas con datos hiperespectrales AISA Eagle II en una zona montañosa con vegetación densa: cómo orientar geológicamente la corrección atmosférica

Abstract

[EN] Carbonated rocks are crucial targets for oil exploration, outcropping often in large areas with minimum spectral differences among geological units. The typical carbonate spectral absorptions in 2200 nm and 2300 nm, are excluded from the wavelength range of AISA Eagle II. AISA Eagle II hyperspectral data are processed in flight lines of 1024 swath pixels in the visible to near-infrared wavelength range (400 to 970 nm). The flight has a spatial resolution of 1 m and records a total of 128 channels with a spectral resolution of 4,8 nm. The area of study is a carbonate rocky mountain densely vegetated, covered by variably dense trees and bushes. Masking vegetation cover and shade effects is prior to any geological analysis using hyperspectral image processing. Carbonate units occur in mountain slopes, with small areas of ridges of rock outcrops and wide fans of loose material. The background soil of different geological units differ spectrally only by overall reflectance. Instead, limestone rocky outcrops display spectral responses with smooth typical iron oxide absorptions that distinguish them apart from loose boulders of limestone. Trying to enhance spectral differences in the visible wavelength range among carbonate geological units, an atmospheric correction using field spectra from geologically selected targets in a limestone quarry was performed. This way, it was possible to map apart lithologically similar detrital units dominated by carbonate in a river plain. The limy river bottom displays spectra with a straight line in the visible wavelength range due to abundant organic matter and small grain size. The spectra of the upper terraces record spectral absorption features related to iron oxide contents similar to the rock outcrops in ridges of mountains. The use of field spectra from geologically selected targets improves the mapping capability of hyperspectral imagery in areas with geological units with a homogeneous spectral response.

[ES] Las calizas son rocas críticas en la exploración de petróleo. Desarrollan series estratigráficas a menudo espesas, que afloran con frecuencia en zonas extensas de la superficie terrestre. Estas formaciones litológicas predominantemente carbonatadas presentan diferencias espectrales mínimas entre sí, que permiten su diagnóstico por su respuesta espectral y su cartografía con imágenes. Las bandas de absorción espectral típicas de los carbonatos en 2200 nm y 2300 nm no forman parte del intervalo de longitudes de onda del espectrómetro AISA Eagle II (400 nm-970 nm), con una resolución espectral de 4,8 nm en 128 canales, y 1 m de resolución espacial en el vuelo de estudio. La zona de estudio se encuentra localizada en el Prepirineo español formando un relieve rocoso carbonatado con vegetación densa. El suelo de las distintas formaciones geológicas carbonatadas cartografiadas se distingue espectralmente sólo por su reflectancia global. Los afloramientos rocosos de calizas in situ presentan respuestas espectrales con absorciones típicas de óxidos de hierro. La expresión espectral de las formaciones calizas en las imágenes iniciales mostraban defectos sistemáticos. Para conseguir espectros geológicamente diagnosticables con espectrotecas de referencia, se ha ensayado una corrección atmosférica con espectros de campo tomados en una cantera de calizas, y en afloramientos rocosos de formaciones calcáreas seleccionados, con un espectrómetro de campo y laboratorio ASD Fieldspec 3. En las imágenes hiperespectrales así corregidas, se cartografían formaciones geológicas litológicamente similares correspondientes a la cuenca fluvial del río Noguera Ribagorzana, a su paso por Alfarrás (Lérida), en la que los sedimentos de la llanura aluvial con limos de materiales comparativamente más finos y materia orgánica, presentan espectros típicos con un trazo rectilíneo en el visible, que no aparecía en las imágenes anteriores a la corrección. El uso de espectros de campo seleccionados con criterios geológicos para la corrección atmosférica de imágenes hiperespectrales, mejora la capacidad de las imágenes para elaborar cartografías de formaciones litológicamente similares usando espectrotecas de referencia.