Processing of ASTER Satellite Images Using the Fractal Concentration-Area Method

Document Type : Research - Paper

Authors

1 Assistant Professor, Dept. of Mining Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran

2 M.Sc Student, Dept. of Mining Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran

3 Assistant Professor, Iranian Space Research Center, Tehran, Iran

Abstract

The Zafarghand area is located as a porphyry Cu deposit in the northeast of Isfahan and the southeast of Ardestan, which is a part of the Iran-Central structural zone; More precisely, it is located in the Urmia-Dokhtar volcanic belt. In the porphyry Cu deposits exploration, identifying and determining the alteration zones is of special importance. The aim of the present study is to identify and highlight the alteration zones of Zafarghand area, with the help of fractal geometry in the processing of ASTER sensor satellite images. Accordingly, considering the raster nature and digital form of satellite images, the digital number values of each pixel from the image matrices were considered as samples in a systematic network. Finally, the algorithm of the Concentration-Area (C-A) fractal model was implemented as an efficient method for determining anomaly samples in the set of digital number (DN) values of ASTER satellite image pixels. The alteration zones identified with the help of the aforementioned technique based on their expansion in the region represent the very effective performance of this method. So that, especially in the case of phyllic and propylitic alterations, there is a very high correspondence between the results of satellite image processing and the spread of alterations in field studies. The non-identification of potassic and argillic alterations in the obtained results is also directly related to their limited expansion in the study area. Finally, it could be acknowledged that the application of the fractal C-A method (considering its structural nature) in decision-making has been successful and has proven to be very effective in determining the alteration zones in the Zafarghand area.

Keywords

Main Subjects

References

  1. اعلمی نیا، ز.، باقری، ه.، صالحی، م.؛ 1396؛ "بررسی‌های زمین‌شیمیایی، زمین‌فیزیکی و مطالعات سیالات درگیر در محدوده اکتشافی ظفرقند (شمال خاور استان اصفهان، ایران)". زمین‌شناسی اقتصادی، دوره نهم، شماه 2، ص 312-295.
  2. ANJC (Alamut Naghsh-e-Jahan Company), (2011). “Initial exploration report of Zafarghand copper index, Isfahan, Iran”. pp. 270. (In Persian)
  3. خلعتبری جعفری، م.؛ 1371؛ "پلوتونیسم ترشیری منطقه اردستان". پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران.
  4. محمدی، س.؛ 1374؛ "بررسی ولکانیسم ترشیری منطقه اردستان (ایران مرکزی)". پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران.
  5. لطیفی، ر.؛ 1379؛ "بررسی زمین شناسی و پترولوژی و ژئوشیمی توده‌های نفوذی جنوب و شمال غرب ظفرقند". پایان‌‌نامه کارشناسی ارشد، گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران.
  6. بهرامیان، ص.؛ 1386؛ "مطالعه پترولوژیکی و ژئوشیمیایی توده نفوذی بغم، شمال شرق اصفهان". پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده علوم طبیعی، گروه زمین‌شناسی، دانشگاه تبریز، آذربایجان شرقی، ایران.
  7. نصر اصفهانی، ع.، وهابی مقدم، ب.؛ 1389؛ "موقعیت تکتونیکی و ماگمایی رخنمون‌های فلسیک الگوسن در جنوب اردستان (شمال شرق اصفهان)". پترولوژی، دانشگاه اصفهان، دوره اول، شماره 2، ص 108-95.
  8. هنرمند، م.، مؤید، م.، جهانگیری، ا.، بهادران، ن.؛ 1389؛ "بررسی ویژگی‌های ژئوشیمیایی مجموعه نفوذی نطنز شمال اصفهان". پترولوژی، دوره اول، شماره 3، ص 88-65.
  9. جباری، ع.، قربانی، م.، کوپکه، ی.، ترابی، ق.، شیردشت زاده، ن.؛ 1389؛ "پتروگرافی و شیمی کانی‌های دایک‌های غرب برونی (جنوب شرق اردستان، ایران): شواهدی از اختلاط ماگمایی". پترولوژی، دوره اول، شماره 2، ص 30-17.
  10. یگانه فر، ه.، قربانی، م. ر.؛ 1389؛ "ژئوشیمی و پتروژنز سنگ‌های بازیک جنوب اردستان". بیست و نهمین گردهمایی علوم زمین، سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی کشور، تهران، ایران.
  11. Ghannadpour, S. S., Hasiri, M., Jalili, H., and Talebiesfandarani, S. (2024). “Satellite Image Processing: Application for Alteration Separation based on U-Statistic Method in Zafarghand Porphyry System (Iran)”. Journal of Mining and Environment, 15(2): 667-681. DOI: 10.22044/jme.2023.13652.2525.
  12. صادقیان، م.، قفاری، م.؛ 1390؛ "پتروژنز توده گرانیتوییدی ظفرقند (جنوب شرق اصفهان)". پترولوژی، دوره دوم، شماره 6، ص 70-47.
  13. امین الراعایایی یمینی، م.، طوطی، ف.، احمدیان، ج.؛ 1395؛ "دگرسانی گرمابی کانسار مس پورفیری جنوب غرب ظفرقند با نگرشی بر تحولات کانی‌شناسی و ژئوشیمیایی منطقه". پژوهش‌های دانش زمین، دوره هفتم، شماره 25، ص 90-75.
  14. امین الراعایایی یمینی، م.، طوطی، ف.، امین الرعایایی یمینی، م. ر.، احمدیان، ج.؛ 1397؛ "پلاژیوکلاز به عنوان شاهدی از تحولات سیستم ماگمایی کانسار مس پورفیری ظفرقند، شمال شرق اصفهان". زمین‌شناسی اقتصادی، دوره دهم، شماره 1، ص 76-61.
  15. محمدی، س.، ندیمی، ع. ر.، اعلمی نیا، ز.؛ 1397؛ "بررسی ارتباط کانی‌سازی و پهنه‌های دگرسانی با ساختارهای زمین ساختی با کمک مطالعات دورسنجی در منطقه جنوب اردستان (شمال شرق اصفهان)". زمین ساخت، دوره هفتم، ص 47-29.
  16. Aminroayaei Yamini, M., Tutti, F., Aminoroayaei Yamini, M. R., Ahmadian, J., and Wan, B. (2017). “Examination of chloritization of biotite as a tool for reconstructing the physicochemical parameters of mineralization and associated alteration in the Zafarghand porphyry copper system, Ardestan, Central Iran: mineral-chemistry and stable isotope analyses”. Mineralogy and Petrology, 111: 747-759.
  17. Aminoroayaei Yamini, M., Tutti, F., Haschke, M., Ahmadian, J., and Murata, M. (2022). “Synorogenic copper mineralization during the Alpine–Himalayan orogeny in the Zafarghand copper exploration district, Central Iran: petrogrography, geochemistry and alteration thermometry”. Geological Journal, 25(2): 263-281.
  18. Sarjoughian, F., Lentz, D., Kananian, A., Ao, S., and Xiao, W. (2018). “Geochemical and isotopic constraints on the role of juvenile crust and magma mixing in the UDMA magmatism, Iran: evidence from mafic microgranular enclaves and cogenetic granitoids in the Zafarghand igneous complex”. International Journal of Earth Sciences (Geologische Rundschau), 107: 1127-1151.
  19. Shahi, H., Ghavami, R., and Kamkar Rouhani, A. (2016). “Detection of deep and blind mineral deposits using new proposed frequency coefficients method in frequency domain of geochemical data”. Journal of Geochemical Exploration, 169: 29-39.
  20. Fakhari, S., Jafarirad, A., Afzal, P., and Lotfi, M. (2019). “Delineation of hydrothermal alteration Zones for porphyry systems utilizing ASTER data in Jebal-Barez area, SE Iran”. Iranian Journal of Earth Sciences, 11: 80-92.
  21. Behbahani, B., Harati, H., Afzal, P., and Lotfi, M. (2023). “Determination of alteration zones applying fractal modeling and Spectral Feature Fitting (SFF) method in Saryazd porphyry copper system, central Iran”. Bulletin of the Mineral Research and Exploration, 172: 1-14. DOI: 10.19111/bulletinofmre.1264604.
  22. زمیاد، م.، افضل، پ.، پورکرمانی، م.، نوری، ر.، جعفری، م. ر.، 1400؛ "ترکیب روش‌های دورسنجی و فرکتالی جهت شناسایی دگرسانی‌ها در محدوده تیرکا، شمال شرقی ایران". فصلنامه علمی علوم زمین، دوره 31، شماره 122، ص 68-57.
  23. Aliyari, F., Afzal, P., Harati, H., and Zenggian, H. (2020). “Geology, mineralogy, ore fluid characteristics, and 40Ar/39Ar geochronology of the Kahang Cu-(Mo) porphyry deposit, Urumieh-Dokhtar Magmatic Arc, Central Iran”. Ore Geology Reviews, 116(2): 103238.
  24. شاهی، ح.؛ 1394؛ "تعیین شاخص‌های جدید اکتشافی با استفاده از حوزه فرکانس داده‌های ژئوشیمیایی و مقایسه نتایج آن با نتایج حوزه مکان". رساله دکتری، دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود.
  25. Salehi, T., and Tangestani, M. H. (2020). “Evaluation of WorldView-3 VNIR and SWIR Data for Hydrothermal Alteration Mapping for Mineral Exploration: Case Study from Northeastern Isfahan, Iran”. Natural Resources Research, 29: 3479-3503.
  26. Biranvandpour, A., and Hashim, M. (2014). “ASTER, ALI and Hyperion sensors data for lithological mapping and ore minerals exploration”. Springer Plus, 3: 130.
  27. Li, Q., Zhang, B., Lu, L., and Lin, Q. (2014). “Hydrothermal alteration mapping using ASTER data in Baogutu porphyry deposit, China, in: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. IOP Publishing”. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 17: 012174.
  28. Goetz, A. F. H., Billingsley, F. C., Gillespie, A. R., Abrams, M. J., Squires, R. L., Shoemaker, E. M., Lucchitta, I., and Elston, D. P. (1975). “Applications of ERTS Image and Image Processing to Regional Problems and Geologic Mapping in Northern Arizona”. NASA/JPL Technical Reports 32-1597, NASA: Pasadena, CA, USA.
  29. Ramachandran, R., Justice, C. O., and Abrams, M. J. (2011). “The practice of international policies in the ASTER collaboration, In Land Remote Sensing and Global Environmental Change”. Eds., Springer: New York, NY, USA, Chapter 4, 483-508.
  30. هنرمند، م.؛1390؛ "مدلسازی پتانسیل معدنی در کمربند فلززایی مس کرمان با استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی". دانشگاه شهید باهنر کرمان.
  31. Cheng, Q., Agterberg, F. P., and Ballantyne, S. B. (1994). “The separation of geochemical anomalies from background by fractal methods”. Journal of Geochemical Exploration, 51: 109- 130.
  32. Afzal, P., Ahmadi, K., and Rahbar, K. (2017). “Application of fractal-wavelet analysis for separation of geochemical anomalies”. African Journal of Earth Science, 128: 27-36.
  33. Ahmadfaraj, M., Mirmohammadi, M., and Afzal, P. (2016). “Application of fractal modeling and PCA method for hydrothermal alteration mapping in the Saveh area (Central Iran) based on ASTER multispectral data”. International Journal of Mining and Geo-Engineering, 50(1): 37-48.
  34. Hassanpour, S., and Afzal, P. (2013). “Application of concentration–number (C-N) multifractal modeling for geochemical anomaly separation in Haftcheshmeh porphyry system, NW Iran”. Arabian Journal of Geosciences, 6: 957-970.
  35. Nazarpour, A., Omran, N. R., and Paydar, G. R. (2015). “Application of multifractal models to identify geochemical anomalies in Zarshuran Au deposit, NW Iran”. Arabian Journal of Geosciences, 8: 877-889.
  36. Momeni, S., Shahrokhi, S. V., Afzal, P., Sadeghi, B., Farhadinejad, T., and Nikzad, M. R. (2016). “Delineation of the Cr mineralization based on the stream sediment data utilizing fractal modeling and factor analysis in the Khoy 1:100,000 sheet, NW Iran”. Bulletin of the Mineral Research and Exploration, 152: 1-17.
  37. Mandelbrot, B. B. (1983). “The fractal geometry of nature”. W.H. Freeman and Company, San Francisco, New York, pp. 468.
  38. Li, C., Ma, T., and Shi, J. (2003). “Application of a fractal method relating concentrations and distances for separation of geochemical anomalies from background”. Journal of Geochemical Exploration, 77: 167-175.
  39. هزارخانی، ا.، شکوه سلجوقی، ب.؛ 1395؛ "مدل‌سازی فرکتال و چندفرکتال داده‌های ژئوشیمیایی". انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی‌تکنیک تهران)، تهران.‌
  40. Beiranvand Pour, A., and Hashim, M. (2011). “Identification of hydrothermal alteration mineral for exploration of porphyry copper deposit using ASTER data, SE Iran”. ELSEVER: Journal of Asian Earth Sciences, 42(6): 1309-1323.
  41. Oleson, R., and Doescher, Ch. (2022). “Advance Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) Level 1 Precisin Terrain Corrected Registered At-sensor Radiance Product (AST_L1T)”. Department of the Interior U.S Geological Survey, pp. 16.
  42. Abubakar, A. J., Hashim, M., and Beiranvand Pour, A. (2019). “Remote Sensing satellite imagery for prospecting geothermal systems in an aseismic geologic setting: Yankari Park”. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 80: 157-172.
  43. Fereydooni, H., and Mojeddifar, S. (2017). “A directed matched filtering algorithm (DMF) for discriminating hydrothermal alteration zones using the ASTER remote sensing data”. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 63: 1-13.
  44. پردل، ف.، ابراهیمی، ع.، عزیزی، ز.؛ 1398؛ "تأثیر روش‌های تصحیح جوی بر رابطه میان شاخص‌های گیاهی و تاج پوشش (مطالعه موردی: مرتع مرجن بروجن)". علمی پژوهشی مهندسی فناوری اطلاعات مکانی، دوره هفتم، شماره 2، ص 153-133.
  45. Bernstein, L. S., Adler-Golden, S. M., Sundberg, R. L., Levine, R. Y., Perkins, C. T., Berk, A., Ratkowski, J. A., Felde, G., and Hoke, M. L. (2005). “Validation of the QUAC Atmospheric Correction (QUAC) algorithm for VNIR-SWIR multi- and hyperspectral imagery, SPIE Proceedings”. Algorithm and Technologies for Multispectral, Hyperspectral and Ultraspacectral Imagery XI, 5806: 668-678.
  46. Hewson, R. D., Cudahy, T. J., Mizuhiko, S., Ueda, K., and Mauger, A. J. (2005). “Seamless geological map generation using ASTER in the Broken Hill-Curnamona province of Australia”. Remote Sensing of Environment, 99: 159-172.
  47. Grove, C. I., Hook, S. J., and Paylor III, E. D. (1992). “Laboratory reflectance spectra of 160 Minerals, 0.4 to 2.5 micrometers”. NTRS - NASA Technical Reports Server, Jet Propulsion Laboratory, Document ID: 20070030855.
  48. Hunt, G. R., and Salisbury, J. W. (1971). “Visible and near infrared spectra of minerals and rocks. II”. Carbonates Modern Geology, 2: 23-30.
  49. Salisbury, J. W., and D’Aria, D. M. (1992). “Emissivity of terrestrial materials in the 8–14 μm atmospheric window”. Remote Sensing of Environment, 42(2): 83-106.
  50. Vicente, L. E., and de Souza Filho, C. R. (2011). “Identification of mineral components in tropical soils using reflectance spectroscopy and advanced spaceborne thermal emission and reflection radiometer (ASTER) data”. Remote Sensing of Environment, 115(8): 1824-1836.
  51. El-Qassas, R. A. Y., Abu-Donia, A. M., and Omar, A. E. A. (2023). “Delineation of hydrothermal alteration zones associated with mineral deposits, using remote sensing and airborne geophysics data. A case study: El‑Bakriya area, Central Eastern Desert, Egypt”. Acta Geodaetica et Geophysica, 5: 71-107.
  52. Shahi, H., and Kamkar-Rouhami, A. (2014). “A GIS-based weights of evidence model for mineral potential mapping of hydrothermal gold deposits in Torbat-e-Heydarieh area”. Journal of Mining and Environment, 5(2): 79-89.
  53. Mhangara, P. (2005). “Testing the ability of ASTER (Advanced spaceborne thermal emission and reflection radiometer) to tap hydrothermal alteration zones: a case study of the Haib Porphyry Copper-Molybdenum Deposit”. Namibia, MSc Dissertation, Stellenbosch University.
  54. Ghannadpour, S. S., and Hezarkhani, A. (2016). “Introducing 3D U-statistic method for separating anomaly from background in exploration geochemical data with associated software development”. Journal of Earth System Science, 125: 387-401.
  55. Ghannadpour, S. S., Hezarkhani, A., and Roodpeyma, T. (2017). “Combination of separation methods and data mining techniques for prediction of anomalous areas in Susanvar, Central Iran”. Journal of African Earth Sciences, 134: 516-525.
  56. Ghannadpour, S. S., and Hezarkhani, A. (2018). “Providing the bivariate anomaly map of Cu–Mo and Pb–Zn using combination of statistic methods in Parkam district, Iran”. Carbonates and Evaporites, 33: 403-420.

Files

History

  • Receive Date: 15 September 2023
  • Revise Date: 14 March 2024
  • Accept Date: 06 December 2023

Share

How to cite

Statistics