Analyse und Visualisierung geowissenschaftlicher Daten mit Hilfe digitaler Bildverarbeitung und eines Geo-Informationssystems

Die Red Sea Hills im Nordost-Sudan sind Bestandteil des Arabisch-Nubischen Schildes. Die Entstehung dieses Knistensegments läßt sich durch den Zusammenschub von ozeanischen Inselbögen erklären, welche im Oberen Proterozoikum entlang mehrerer Subduktionszonen entstanden und an die afrikanische kontinentale Kruste angelagert worden sind. Viele Autoren bezeichnen diese Ereignisse als Musterbeispiel für plattentektonische Prozesse im späten Präkambrium; das Modell der Terranes wurde und wird dementsprechend häufig zur geologischen Erforschung des Arabisch-Nubischen Schildes angewendet.

Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zur regionalen Geologie der zentralen Red Sea Hills. Mit Hilfe digitaler Bildverarbeitung von Landsat-TM und Landsat-MSS-Daten, die im wesentlichen visuell interpretiert wurden, und der Verknüpfung dieser Auswertungen mit zusätzlichen Informationsebenen in einem Geo-Informationssystem (GIS) konnte ein ca. 15.000 km2 großes Gebiet in der relativ kurzen Zeitspanne von 27, Jahren geologisch aufgenommen werden. Als zusätzliche Informationen dienten digitalisierte geologische Karten älteren Datums, geophysikalische Anomalienkarten und topographische Karten, sowie durch Gelände- und Laborarbeiten gewonnene Daten in Form von geochemischen Analysen und petrographischen Auswertungen.

Die beiden geologischen Kartenblätter Port Sudan 1:250.000 und Jebel Hamot 1:100.000 basieren auf der kombinierten Auswertung dieser in der Datenbank des GIS gespeicherten raum- und sachbezogenen Informationen und der Ergebnisse der digitalen Bildverarbeitung; hierzu zählen Farbkompositenbilder von geokodierten Satellitenbild-Mosaiken, Ratio- und Hauptkomponentenbilder sowie überwachte und unüberwachte Klassifizierungen des digitalen Mosaiks vom Gebiet Jebel Hamot. Die aus einer Texturanalyse mit Hilfe der Varianz-Filterung von TM-Kanal 4 gewonnenen Informationen waren neben der wissensbasierten Optimierung der TM-Kanalkombination (zur Erzeugung eines besser interpretierbaren Farbkompositenbildes) für das Erstellen der geologischen Interpretationskarte Jebel Hamot 1:100.000 von besonderer Bedeutung.

In dieser Karte, welche den Kreuzungsbereich zwischen dem 50° - 60° streichenden Ariab-Oshib-Nakasib-Gürtel und der 150° streichenden Oko-Scherzone zeigt (und somit die geologische Karte Port Sudan 1:250.000 in ihrem südwestlichen Teil ergänzt), werden die geophysikalischen Anomalien sowie die geochemischen und petrographischen Probenpunkte zusammen mit der geologischen Interpretation dargestellt, ebenso die Höhenlinien und das daraus abgeleitete digitale Höhenmodell. Die Karte wurde auf rein digitalem Weg erzeugt, und repräsentiert ein Produkt aus dem REGIS RSH (Regionales Geowissenschaftliches Informationssystem der Red Sea Hills), welches vom Autor auf der Basis der ARC/INFO-GIS-Software entwickelt wurde - und das in einem Fortsetzungsprojekt des Sonderforschungsbereiches 69 erweitert werden soll.

The Red Sea Hills in the northeast of Sudan are part of the Arabian-Nubian Shield. The formation of this shield can be explained by the collision of oceanic island arcs which have been developed along several subduction zones during the Late Proterozoic. These island arcs have been consolidated to the ancient African continent by crustal accretion. Many authors characterize these events as a typical example of plate tectonic movements during Late Precambrian times. Therefore, the terrane model has been applied very often to the geological research of the Arabian-Nubian Shield.

The present work is a contribution to the regional geology of the central Red Sea Hills. By the means of digital image processing of Landsat-TM and Landsat-MSS data, which have been basically investigated by visual interpretation, and the combination of these interpretations with additional informations in a geographical information system, an area of 15.000 km2 has been geologically mapped in a relatively short period of 27, years. Older geological maps, geophysical anomaly maps and topographic maps have been digitized and served as additional informations, together with the data of geochemical analyses and petrographic investigations which have been gained by field and laboratory work.

The geological map sheets Port Sudan 1 : 250.000 and Jebel Harriot 1:100.000 are based upon the combined evaluation of the spatial and attribute informations, stored in the database of the GIS, and the results of digital image processing: colour composites of geo-coded satellite imagery, ratio and principal component images, supervised and unsupervised classifications of the digital mosaic of Jebel Hamot area. The texture analysis by means of variance filtering of TM band 4 and the knowledge-based optimization of the TM band combination (for generating a better interpretable colour composite image) proved to be very useful for producing the geological interpretation map Jebel Hamot 1:100.000.

In this map, which shows the crossing between the 50° - 60° trending Ariab-Oshib-Nakasib Belt and the 150° trending Oko Shear Zone (and which completes the geological map sheet Port Sudan 1 : 250.000 in its southwestern part), some of the additional informations are presented together with the geological interpretation. These informations are composed of geophysical anomalies, geochemical and petrographic sample locations, contour lines and the derived digital elevation model. The map was created in a pure digital way, representing a product of the REGIS RSH (Regional Geoscientific Information System of the Red Sea Hills) which has been developed by the author on the base of ARC/INFO GIS software – and which will be extended in a continuous part of the Special Research Project Sfb 69 (Geoscientific problems of arid and semiarid regions).