Lithologische und tektonische Auswertung von Landsat-MSS-Daten und Luftbildern aus dem Tibesti-Gebirge/Zentralsahara mit Hilfe visueller und digitaler Klassifizierungsverfahren
Salahchourian, Mohammad Hossein
Verlag von Dietrich Reimer in Berlin, Berlin
Sammelbandbeitrag, digitalisiert
Deutsch
Salahchourian, Mohammad Hossein, 1986: Lithologische und tektonische Auswertung von Landsat-MSS-Daten und Luftbildern aus dem Tibesti-Gebirge/Zentralsahara mit Hilfe visueller und digitaler Klassifizierungsverfahren. Berliner geowissenschaftliche Abhandlungen. Reihe A, Geologie und Paläontologie; Band 69, 94 S., DOI: https://doi.org/10.23689/fidgeo-6195.
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Zur Erfassung und Darstellung der Geologie eines Gebietes steht meist nur ein beschränkter Zeitraum zur Verfügung. In schwer zugänglichen Regionen, die darüber hinaus aus politischen Gründen über längere Zeit keine Feldarbeit zulassen, reichen konventionelle Methoden nicht aus. Hier kann nur mit Hilfe der Fernerkundung geowissenschaftliche Forschung in einem zeitlich und wirtschaftlich vertretbaren Rahmen erfolgen.
Das in der Zentral Sahara gelegene Tibesti-Gebirge begrenzt das Kufra-Becken im SW und ist seit über 10 Jahren für Geländeuntersuchungen nicht mehr zugänglich. Das Kufra-Becken reicht im Osten bis nach SW-Ägypten und dem NE-Sudan; ein Gebiet, in dem seit 1981 der Sfb 69: "Geowissenschaftliche Probleme in ariden Gebieten" tätig ist. Die im Kufra-Becken auftretenden Gesteinseinheiten zeigen naturgemäß enge Verwandtschaft zu den Ablagerungen der früher so genannten "Nubischen Serie" in Ägypten. Daher war es auch im Rahmen des Sfb 69 von Interesse, den Westrand des Kufra-Beckens - nämlich das Tibesti-Gebirge - in die laufenden Untersuchungen mit einzubeziehen. In der vorliegenden Arbeit wurde versucht, einen Beitrag zur Analyse der geologischen und tektonischen Stellung des Tibesti allein an Hand von Luft- und Satellitenbilddaten sowie der vorhandenen Literatur zu liefern.
Darüber hinaus wurden neben der visuellen Bildinterpretation die Möglichkeiten der digitalen Bildverarbeitung zur automatischen Klassifizierung von sedimentären und kristallinen Gesteinseinheiten untersucht sowie die Grenzen der Auswertemöglichkeiten von bruchtektonischen Elementen durch Bildverbesserung festgestellt.
Das Untersuchungsgebiet umfaßt über 35 000 km und wird zum größeren Teil in zwei Kartenblättern im Maßstab 1 : 250 000 dargestellt (s. geol. Karten im Anh.).
Die visuelle Interpretation erfolgte auf Farbkompositenbildern im Maßstab 1 : 250 000 unter Zuhilfenahme von Schwarz/Weiß-Luftbildern (Maßstab 1 : 50 000). Hierbei wurde versucht, die Vorzüge beider Aufnahmesysteme miteinander zu kombinieren. Die Landsat-Aufnahmen wurden als Interpretationsgrundlage benutzt. Die gezielt für spezielle Fragen eingesetzten Luftbilder ermöglichten eine detailliertere Interpretationsaussage sowie die Erhöhung der Ansprachesicherheit.
Mit Hilfe dieser kombinierten Auswertung konnten folgende Ergebnisse erzielt werden: Die um Bardai im Norden des Tibesti bisher bekannte Gliederung der sedimentären Auflage konnte im bearbeiteten Gebiet auf den Nord- und Ostrand des Gebirges in modifizierter Form übertragen werden. Dabei zeigte sich, daß die Einteilung in vier faziell unterschiedliche Einheiten (ROLAND 1971, 1973) nur im Bereich Bardai/Aozou möglich ist:
Oben: Eli-yé-Sandstein (EYS) ;
Tabiriou-Sandstein (TS) ;
Quatre-Roches-Sandstein (QRS) ;
Unten: Basis-Sandstein (BS) ;
Weiter nach E fehlt nach der Auswertung von Luft- und Satellitenbildern der Tabiriou-Sandstein. Dies kann entweder als größere Schichtlücke im E des Tibesti gedeutet werden oder ist Ausdruck einer Faziesveränderung im W des Kufra-Beckens.
Die drei, bzw. zwei paläozoischen Schichtglieder werden nach einer Schichtlücke von dem mesozoischen Eli-yé-Sandstein (? Jura/Kreide) überlagert, dessen Äquivalent möglicherweise bis nach -Ägypten (Gilf Kebir, eventuell sogar Aswan) zu verfolgen ist.
Die den Sockel des Tibesti bildenden metamorphen Einheiten "Tibestien superieur" und "Tibestien inferieur" wurden ebenso wie die überwiegend jungen Vulkanite detaillierter als bisher kartiert. Bei letzteren können drei unterschiedlich alte vulkanische Serien mit basischem Charakter unterschieden werden, zwischen die saure Vulkanite (Rhyolithe und Ignimbrite) eingeschaltet sind.
Im Rahmen der tektonischen Untersuchungen wurde die Richtungsverteilung der Klüfte und Störungen in Form von Histogrammen und Kluftrosen dargestellt. Im Untersuchungsgebiet konnten drei deutlich ausgeprägte Störungssysteme in Richtung NW-SE, NE-SW und N-S mit Blattverschiebungen im Luft- und Satellitenbild ausfindig gemacht werden, wobei die N-S streichenden Scherzonen eindeutig den jüngsten tektonischen Bewegungen im Tibesti-Gebirge entsprechen. Letztere versetzen die bis heute für das Tibesti als jüngste Störungssysteme angesehenen jungpaläozoisch-mesozoischen NE-SW-Störungen.
Eine vergleichende tektonische Untersuchung an Luft- und Satellitenbildern im Ost-, Zentral- und Westteil des Tibesti -Massives zeigte, daß die N-S streichenden Störungszonen die Richtungsmaxima im Westteil des Tibesti ausmachen. Da sich im Westteil des Tibesti jüngste N-S verlaufende Störungen und junge Vulkanite konzentrieren, könnte dies Folge einer vermutlich noch andauernden Hebung sein, deren Längsachse N-S streicht. Die Ursache der Hebung ist mit großer Wahrscheinlichkeit im Aufstieg eines umfangreichen Magmenkörpers zu suchen ("hot spot").
Ist der Vulkanismus des Tibesti-Massives auf einen "hot spot" im Erdmantel zurückzuführen - was auch BURKE & WILSON (1976) annehmen -, so deutet das übrige Bruchmuster eine linksdrehende Rotation der "Tibesti -Platte" über dem "hot spot" an.
Auch im Rahmen der vorliegenden Untersuchungen zeigt sich, daß zum gegenwärtigen Zeitpunkt der Schwerpunkt der Bildverarbeitung digitaler Satellitenaufnahmen für geologische Zwecke noch auf der Bildaufbereitung für die visuelle Interpretation liegt. Die bisher verwendeten Kanal-Kombinationen von Landsat-1, -2 und -3 zeigen meist zu ähnliche Reflexionswerte der Gesteinsoberflächen, so daß keine befriedigende Trennung mit Hilfe digitaler Klassifizierungen von Gesteinen erreicht wurde. Eine Ausnahme bilden die nach Alter und Herkunft unterscheidbaren Vulkanite des Tibesti, bei denen schon jetzt eine zufriedenstellende Gliederung möglich war.
Eine Verbesserung der Klassifizierungsergebnisse ist nur durch die zusätzliche Benutzung von Texturparametern zu erwarten oder mit Hilfe der neuen erweiterten Spektralbereiche des "Thematic Mapper" von Landsat-4 und -5. To investigate the geology of an area, only a limited amount of time is usually available. In inaccessible regions, where, for various reasons, field work is not possible for extended periods of time or is not permitted, standard geologic methods do not suffice or cannot be applied. In such cases, remote sensing may be the only means possible to conduct geoscientific research.
For the last ten years the Tibesti Mountains have been inaccessible for geologists. Situated in the Central Sahara, the Tibesti Mts. are bordered by the Kufra Basin to the south-west. Since 1981 the Kufra Basin, which extends into SW Egypt, has been intensively studied by members of Sfb 69 "Geoscientific Problems in Arid Areas". The rocks found in the Kufra Basin exhibit affinities to those of the previously so-called "Nubis Series" in Egypt. It is therefore of interest for the Sfb to include the western border of the Kufra Basin - namely, the Tibesti Mts. - into their current studies.
The goal of this investigation is to analyze the geology and tectonics of the Tibesti Mts. solely on the basis of aerial - and satellite data; however, information gleaned from available literature was also utilized in the study . In addition to the visual photographic interpretation, the limitations and possibilities of digital image processing to automatically classify sedimentary and crystalline units and of image enhancement to evaluate tectonic features were studied.
The area studied encompasses over 35 000 sq.km, and can be found on two map sheets at a scale of 1 : 250 000 (see geologic maps in appendix).
The visual interpretation is based on composite colored photos at a scale of 1 : 250 000 and, to a lesser degree, on black and white photos at a scale of 1 : 50 000. It was attempted to combine/integrate the advantages of both systems into the interpretation. The Landsat images provided the foundation for the interpretations, the aerial photos permitted a more detailed interpretation of specific areas or problems and decreased the uncertainties inherent in the general interpretations.
The following results were obtained: The stratigraphy of the sedimentary cover in the area around Bardai, which is located north of the Tibesti Mts., was transferred - in a somewhat modified form - to the northern and eastern margins of the mountains. It was ascertained that the classification of the stratigraphy into four facially differentiated units (ROLAND 1971, 1973) is possible only in the area around Bardai /Aozou, i.e.,
Hanging Wall: Eli-yé-Sandstone (EYS) ;
Tabiriou-Sandstone (TS) ;
Quatre-Roches-Sandstone (QRS) ;
Foot Wall: Basal- Sandstone (BS) ;
Further to the east the Tabiriou-Sandstone is missing; this would correspond to the carboniferous gap in the geologic record proposed by KLITZSCH (1965) for the western Kufra Basin.
After a gap in the geologic record, three resp. two paleozoic layers are overlain by the mesozoic Eli-yé-Sandstone (? Jura/Cretaceous). It or its equivalent possibly extends as far east as Egypt (Gilf Kebir, eventually even reaching Aswan).
The metamorphic units of the Tibestien superieur and inferieur, which constitute the basement of the Tibesti Mts., and the predominately recent volcanites were mapped in more detail than has previously been the case. Temporally, three types of basic volcanism, separated by acid volcanites (rhyolites and ignimbrites), could be differentiated.
The distribution of the strike directions of the joints and faults was displayed in the form of histograms and rose diagrams. Three distinct fault systems exhibiting antithetic strike-slip displacements and striking NW-SE, NE-SW and N-S could be distinguished. The N-S striking shear zones proved to be the youngest in the Tibesti Mts., displacing the young paleozoic-mesozoic NE-SW faults which are currently regarded to be the youngest fault system.
Comparing aerial- and satellite photos of the eastern, central and western parts of the Tibesti Massif, it was evident that the N-S striking fault zones correspond to the primary fault direction in the western part of the Tibesti Mts. The recent N-S striking faults and volcanites, which are concentrated in the western part of the Tibesti Mts., are possibly the result of a continuing uplift striking N-S. The cause of this uplift is, in all probability, due to the intrusion or doming of a magma (hot spot). If, as BURKE & WILSON (1976) assume, the volcanism of the Tibesti Massif can be attributed to a "hot spot" in the mantle, then the fracture pattern implies a dextral rotation of the "Tibesti Plate" above the hot spot.
It became obvious during this study that the current emphasis on the processing of digital satellite images for geologic analysis remains on the processing of the images for visual interpretation. The reflection values of the rock surfaces derived from Landsat-1, -2 and -3 channels are too similar; therefore, rock types could not be uniquely or satisfactorily differentiated using a digital classification. The volcanites are, however, an exception. They can be distiguished according to their age and origin, thus leading to a satisfactory classification.
An improvement in classification procedures can only be expected through the use of additional parameters or with the help of the recently expanded spectral range of the "Thematic Mapper" implemented on Landsat-4 and -5.
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