NEMÈOK M., HOK J., KOVÁÈ M., MARKÓ F., COWARD M.P., MADARAS J., HOUGHTON J.J. & BEZÁK V. 1998 — Tertiary extension development and extension/compression interplay in the West Carpathians mountain belt. Tectonophysics, 290: 137–167. OSZCZYPKO N. & ŒL¥CZKA A. 1989 — The evolution of the Mio-cene basin in the Polish Outer Carpathians and their foreland. Geol. Carpath., 40: 23–36.
PARKER J.M. 1942 — Regional systematic jointing in slightly defor-med sedimentary rocks. Geol. Soc. Amer. Bull., 53: 381–408. PASSCHIER C.W. & TROUW R.A.J. 1998 — Microtectonics. Sprin-ger-Verlag, Berlin.
PEPOL J. 1972 — Tektonika strefy osiowej synklinorium podhalañ-skiego w rejonie Bukowiny Tatrzañskiej. Acta Geol. Pol., 22: 593–600. PLAŠIENKA D., GRECULA P., PUTIŠ M., KOVÁÈ M. &
HOVORKA D. 1997 — Evolution and structure of the Western Carpa-thians: an overview. [In:] Grecula P., Hovorka D. & Putis M. (eds.) Geological evolution of the Western Carpathians (Mineralia Slovaca. Monograph). Geological Survey of Slovak Republic, Bratislava: 1–24.
POKORSKI J. 1965 — Wystêpowanie ³upliwoœci we fliszu wschodnie-go Podhala. Kwart. Geol., 9: 616–623.
PRICE N. J. 1959 — Mechanics of jointing in rocks. Geol. Mag., 96: 149–167.
PRICE N. J. & COSGROVE J.W. 1990 — Analysis of geological structures. Cambridge University Press, Cambridge-New York. RAMSAY J.G. 1967 — Folding and fracturing of rocks. Mc Graw-Hill, New York.
RIEDEL W. 1929 — Zur Mechanik geologischer Brucherscheinungen (Ein Beitrag zum Problem der Fiederspalten). Centralblatt Miner. Geol. Palaont., Abt. B: 354–368.
ROTHERY E. 1988 — En echelon vein array development in extension and shear. J. Struct. Geol., 10: 63–71.
SOTÁK J. & JANOÈKO J. 2001 — Central-Carpathian Paleogene Basin — an outline to sedimentology, sequence stratigraphy and basin history. [In:] Janoèko J. & Soták J. (eds.), Sedimentary sequences and depositional systems of the Central-Carpathian Paleogene Basin. Gui-debook to IAS field trip, Slovakia 2001. Cassovia Print, Košice: 1–32. ŒRODOÑ J., KOTARBA M., BIROÒ A., SUCH P., CLAUER N. & WÓJTOWICZ A. 2006 — Diagenetic history of the Podhale-Orava Basin and the underlying Tatra sedimentary structural units (Western Carpathians): evidence from XRD and K-Ar of illite-smectite. Clay Miner., 41: 751–774.
TWISS R.J. & MOORES E.M. 2001 — Structural geology. Freeman, New York.
WATYCHA L. 1976 — Szczegó³owa mapa geologiczna Polski w skali 1 : 50 000. Arkusz Czarny Dunajec. Wyd. Geol., Warszawa.
Lineamenty otoczenia Tatr — porównanie interpretacji DEM i MSS
Wojciech Ozimkowski
1Lineaments of Tatra Mts. surroundings — DEM vs. MSS. Prz. Geol., 56: 1099–1102.
A b s t r a c t. The paper presents comparison of geological interpretations based on Landsat MSS image and DEM-based image, covering the same area of the Carpathian Mts. Individual interpretations of both images made by 16 interpreters were gathered into 2 multi-coverage interpretations (MSS and DEM). Results were compared — MSS with DEM, and DEM with geology. The DEM-based interpretations contain more lineaments with greater total lengths than MSS-based, but geological relationship of some lineaments is still unclear.
Keywords: lineaments, satellite image, DEM, Carpathians
Po ponad 30 latach geologicznej interpretacji obrazów satelitarnych (Graniczny & Mizerski, 2003) nast¹pi³ okres interpretacji cyfrowych modeli rzeŸby terenu — DEM (Digital Elevation Model) (Ostaficzuk, 2003; Chodyñ, 2004; Badura & Przybylski 2005; Graniczny i in. 2005; Konon & Œmigielski, 2006). Mimo wielu ró¿nic oba rodza-je interpretacji zwykle polegaj¹ na wizualnym wyznacza-niu lineamentów (sensu O’Leary i in., 1976) i oba mog¹ byæ obarczone subiektywizmem autora — interesuj¹ce wydaje siê wiêc byæ porównanie ich wyników. W tym celu poddano interpretacji klasyczny obraz ze skanera MSS (Multispectral Scanner) satelity Landsat i obraz uzyskany z cyfrowego modelu rzeŸby terenu (DEM), pokrywaj¹cy podobny obszar. Obydwie interpretacje wykonano metod¹ pokryæ wielokrotnych (Ozimkowski & Mardal, 1994; Karnkowski & Ozimkowski, 2001), wykorzystuj¹c tê sam¹ grupê interpretatorów i stosuj¹c obrazy w tej samej skali 1 : 600 000. Uzyskane dwie sieci lineamentów porównano ze sob¹ oraz z niektórymi publikowanymi mapami
geolo-gicznymi. Porównano równie¿ parametry iloœciowe
poszczególnych interpretacji indywidualnych.
Do badañ wybrano obszar siêgaj¹cy od brzegu Karpat zewnêtrznych na pó³nocy po po³udniowe krañce Kar-pat wewnêtrznych, zawarty pomiêdzy po³udnikami
Biel-ska-Bia³ej i Nowego S¹cza (ryc. 1), obejmuj¹cy ok. 120´
170 km.
Obraz MSS
Interpretowany obraz ze skanera MSS satelity Landsat (ryc. 2A) by³ zarejestrowany w bliskiej podczerwieni (pasmo 7) i mia³ wyjœciow¹ rozdzielczoœæ rzêdu 70 m. Obraz z MSS — podobnie jak ze wszystkich póŸniejszych urz¹dzeñ tego typu — zawiera g³ównie szczegó³owe infor-macje o pokryciu terenu, natomiast jego rzeŸba jest czytel-na jedynie przy ró¿nym oœwietleniu zboczy o odmiennej ekspozycji, a dodatkowo podkreœlona przez sieæ drena¿u i zró¿nicowanie wegetacji.
Cyfrowy model rzeŸby terenu (DEM)
Wykorzystano model SRTM-3 z pomiarów radaro-wych misji SRTM wahad³owca Endeavour wykonanych w lutym 2000 r. Wybrano go ze wzglêdu na dostêpnoœæ (darmowy, do pobrania z serwera ftp://e0srp01u.ecs.nasa.gov/ srtm/version2/SRTM3/), mimo s³abej rozdzielczoœci (dla obszaru Polski ok. 60´90 m), która jednak ze wzglêdu na regionalny zasiêg opracowania by³a wystarczaj¹ca. Model wizualizowano w programie MicroDEM 8.0 Petera Gutha (http://www.usna.edu/Users/oceano/pguth/website/micro-demdown.htm).
1099 Przegl¹d Geologiczny, vol. 56, nr 12, 2008
1
Wydzia³ Geologii, Uniwersytet Warszawski, ul. ¯wirki i Wigury 93, 02-089 Warszawa; wojciech.ozimkowski@uw.edu.pl
Uzyskany z DEM obraz przedstawia wy³¹cznie rzeŸbê terenu, co bardzo upraszcza interpretacjê i w efekcie zmniejsza jej subiektywizm. Jednak¿e DEM bez przewy¿-szenia, o parametrach oœwietlenia identycznych jak w trak-cie rejestracji obrazu MSS (ryc. 2B), jest du¿o gorzej czytelny ni¿ obraz MSS. O przewadze obrazu satelitarnego w tym wypadku wyraŸnie decyduje zarejestrowane pokry-cie terenu, zw³aszcza piêtrowy uk³ad roœlinnoœci w górach i dobrze widoczna sieæ drena¿u. O przewadze DEM nad klasycznymi obrazami satelitarnymi decyduje dopiero
³¹czne zastosowanie odpowiedniego przewy¿sze-nia modelu z w³aœciwie dobranymi parametrami jego oœwietlenia (azymutem i k¹tem iluminacji). Azymut oœwietlenia powinien byæ poprzeczny do szukanych elementów strukturalnych, k¹t ilu-minacji wp³ywa równoczeœnie na czytelnoœæ rze-Ÿby i jasnoœæ obrazu, przewy¿szenie zaœ decyduje m.in. o jego kontraœcie. Do rzeŸby konkretnego terenu najlepiej jest eksperymentalnie dobraæ w³aœciwe parametry kierunku i k¹ta oœwietlenia oraz wielkoœci przewy¿szenia modelu. U¿ycie skrajnych wartoœci tych parametrów daje na ogó³ s³abe efekty, choæ np. oœwietlenie pionowe (90°) przy du¿ym przewy¿szeniu (>5´) silnie uwypukla linie grzbietowe i sieæ drena¿u, daj¹c w efekcie doœæ dobrze czyteln¹ „graniówkê” (ryc. 2D).
Ostatecznie, po wielu próbach, wybrano dla
interpretowanego modelu terenu oœwietlenie
pó³nocne, przy niewielkim przewy¿szeniu (2´)
i k¹cie iluminacji 35° (ryc. 2C).
Interpretacja
Interpretacje obrazów MSS i DEM wykona³o 16 studentów starszych lat Wydzia³u Geologii Uni-wersytetu Warszawskiego w trakcie praktikum z fotointerpretacji geologicznej. Interpretacje te (ryc. 3A) na³o¿ono na siebie, uzyskuj¹c 2 interpre-tacje zbiorcze wykonane metod¹ pokryæ wielokrotnych (ryc. 3B), na których podstawie wyznaczono 2 sieci g³ównych lineamentów (ryc. 3C). Nastêpnie sieci porów-nano ze sob¹ (ryc. 3D). Za „g³ówne” uzporów-nano lineamenty wyznaczone zgodnie przez 60–70% interpretatorów.
Wnioski metodyczne
W celu porównania wyników indywidualnych inter-pretacji MSS i DEM przeanalizowano liczbê i d³ugoœæ
1100
Przegl¹d Geologiczny, vol. 56, nr 12, 2008
30km EL = 56 AZ = 129 ° ° EL = 90 AZ = 0 ° ° azymut oœwietlenia Sun azimuth
EL – AZ –k¹t padania promieni s³onecznychSun elevation angle VE –przewy¿szenievertical exaggeration
EL = 56 AZ = 129 ° ° B EL = 35 AZ = 0 ° ° C D A
VE: 1× VE: 2× VE: 5×
Ryc. 2. Obrazy MSS (A) i DEM (B, C, D); A — interpretowany obraz ze skanera MSS w paœmie 7 (bliska podczerwieñ), zarejestrowany przy azymucie oœwietlenia 129° i k¹cie padania promieni s³onecznych 56°; B — DEM bez przewy¿szenia, oœwietlony identycznie jak obraz MSS (A); C — interpretowany DEM o 2-krotnym przewy¿szeniu, oœwietlony z pó³nocy pod k¹tem 35°; D — DEM przewy¿szony 5 razy i oœwietlony pionowo
Fig. 2. MSS (A) and DEM (B, C, D) images; A — MSS image in band 7 (near IR), Sun azimuth 129°, Sun elevation angle 56°; B — DEM illuminated as MSS (A); C — interpreted DEM image: vertical exaggeration 2´, north illumination, Sun elevation angle 35°; D — DEM image illuminated vertically, vertical exaggeration 5´
POLSKA POLAND S£OWACJA SLOVAKIA RUMUNIA ROMANIA WÊGRY HUNGARY UKRAINA UKRAINE Bielsko-Bia³a Nowy S¹cz 100 km Karpaty zewnêtrzne Outer Carpathians Karpaty wewnêtrzne Inner Carpathians pieniñski pas ska³kowy Pieniny Klippen Belt zapadlisko przedkarpackie Carpathian Foredeep neogeñskie wulkanity Neogene volcanic rocks
granice pañstw state boundaries obszar badañ
study area
Ryc. 1. Lokalizacja obszaru badañ Fig. 1. Location of the study area
(sumaryczn¹ i œredni¹) wyznaczonych na nich lineamen-tów (tab. 1).
Interpretacje obrazu MSS zawiera³y od 37 do 117 line-amentów (œrednio 83,4) o ³¹cznej d³ugoœci od 442 do 1711 km (œrednio 1097,4 km). Œrednia d³ugoœæ lineamentów wynosi³a od 7,52 do 20,14 km (œrednio 13,16 km).
Interpretacje obrazu DEM (na obszarze pokrywaj¹cym siê z obrazem MSS) liczy³y od 71 do 348 lineamentów (œrednio 136,6), o ³¹cznej d³ugoœci od 948 do 2161 km (œrednio 1639,2 km). Tu lineamenty mia³y œredni¹ d³ugoœæ od 6,21 do 19,08 km (œrednio 12,00 km).
Jak widaæ (tab. 1), ta sama grupa interpretatorów stwierdzi³a na obrazie DEM wystêpowanie znacznie
wiêk-szej liczby lineamentów (œrednio 2,3´) o wiêkszej ³¹cznej d³ugoœci (œrednio 1,5 raza) ni¿ na obrazie MSS.
Interesuj¹ce jest, ¿e œrednie d³ugoœci lineamentów wyznaczanych na obydwu obrazach by³y bardzo zbli¿-one, choæ na ogó³ lineamenty uzyskane z DEM by³y nieco krótsze ni¿ z MSS (0,82–0,95). Ci sami interpretatorzy uzyskiwali bardzo zbli¿one œrednie d³ugoœci lineamen-tów, analizuj¹c obydwa obrazy (DEM : MSS wynosi od 0,82 do 1,11, tylko w 1 przypadku 1,64), pomimo ok. 3-krotnego zró¿nicowania œrednich d³ugoœci lineamen-tów w ca³ym zbiorze interpretacji indywidualnych (od 7,52 do 20,14 km dla MSS i od 6,21 do 19,08 km dla DEM). Potwierdza to indywidualizm poszczególnych
1101 Przegl¹d Geologiczny, vol. 56, nr 12, 2008
Tab. 1. Porównanie parametrów iloœciowych interpretacji MSS i DEM Table 1. Quantitative comparison of the MSS- and DEM-based interpretations
Liczba lineamentów
Number of lineaments
D³ugoœæ lineamentów
Total length of lineaments
[km]
Œrednia d³ugoœæ lineamentu
Medium lineament length
[km]
min. max. averageœrednia min. max. œredniaaverage min. max. œredniaaverage
MSS 37 117 83,4 442 1711 1097,4 7,52 20,14 13,16 DEM 71 348 136,6 948 2161 1639,2 6,21 19,08 12,00 DEM/MSS 1,92 2,97 2,30 2,14 1,25 1,49 0,82 0,95 0,91 B B DEM 01 C C D MSS 01 A 30km 30km MSS DEM MSSvsDEM 30km A
Ryc. 3. Interpretacje obrazów MSS i DEM; A — interpretacje indywidualne MSS i DEM; B — interpretacje zbiorcze MSS i DEM wyko-nane metod¹ pokryæ wielokrotnych; C — sieci g³ównych lineamentów wyznaczone z interpretacji zbiorczych MSS i DEM; D — porów-nanie sieci g³ównych lineamentów uzyskanych na podstawie MSS i DEM
Fig. 3. MSS- and DEM-based interpretations; A — individual interpretations of MSS and DEM images; B — multi-coverage interpretations based on MSS and DEM images; C — main networks of lineaments derived from multi-coverage interpretations — MSS and DEM; D — comparison of MSS- and DEM-based main networks of lineaments
interpretatorów, a tym samym — subiektywizm ich inter-pretacji.
Wnioski geologiczne
Porównano przebieg g³ównych lineamentów uzyska-nych na podstawie interpretacji DEM ze szkicem budowy geologicznej badanego obszaru (ryc. 4A, B) i g³ównymi uskokami przedstawianymi na mapach geologicznych w skalach zbli¿onych do skali opracowania (ryc. 4C). Choæ lineamenty wyznaczone na podstawie interpretacji DEM s¹ na ogó³ bardziej uporz¹dkowane ni¿ wyznaczone z MSS (ryc. 3B), a ich przebieg jest dla interpretatorów bardziej oczywisty, to ich zwi¹zek z budow¹ geologiczn¹ pod³o¿a pozostaje nadal niejednoznaczny (ryc. 4B). Du¿a czêœæ g³ównych wykartowanych uskoków jest czytelna jako line-amenty, ale równoczeœnie przebieg wielu, zw³aszcza mniejszych lineamentów, nie znajduje geologicznego uza-sadnienia (ryc. 4C).
Podsumowanie
Interpretacja DEM jest prostsza i bardziej jednoznacz-na (a wiêc i mniej subiektywjednoznacz-na) od interpretacji obrazów MSS.
Interpretacje wykonane na podstawie DEM cechuje wiêksza wzajemna zgodnoœæ ni¿ interpretacje obrazu sate-litarnego.
Na podstawie w³aœciwie oœwietlonego DEM pojedyn-czy interpretator wyznacza 2–3 razy wiêcej lineamentów ni¿ na podstawie obrazu z MSS.
Œrednia d³ugoœæ wyznaczanych lineamentów wydaje siê bardziej zale¿eæ od interpretatora ni¿ od analizowanego obrazu.
Literatura
BADURA J. & PRZYBYLSKI B. 2005 — Application of digital eleva-tions models to geological and geomorphological studies — some examples. Prz. Geol., 53: 977–983.
CHODYÑ R. 2004 — Zastosowanie cyfrowego modelu terenu (DEM) w badaniach geologicznych na przyk³adzie obszaru miêdzy Dobczyca-mi a Mszan¹ Doln¹ (polskie Karpaty zewnêtrzne). Prz. Geol., 52: 315–320.
GRANICZNY M. & MIZERSKI W. 2003 — Lineamenty na zdjê-ciach satelitarnych Polski — próba podsumowania. Prz. Geol., 51: 474–482.
GRANICZNY M., MIZERSKI M. & PI¥TKOWSKA A. 2005 — Line-aments interpreted at the radar images and the digital elevation model within the Palaeozoic rocks of the Holy Cross Mts. Prz. Geol., 53: 949–955.
KARNKOWSKI P.H. & OZIMKOWSKI W. 2001 — Geologiczna analiza zdjêæ satelitarnych metod¹ pokryæ wielokrotnych — zarys pro-blematyki z przyk³adami z Polski po³udniowej. Prz. Geol., 49: 1067–1072.
KONON A. & ŒMIGIELSKI M. 2006 — DEM-based structural map-ping: examples from the Holy Cross Mountains and the Outer Carpa-thians, Poland. Acta Geol. Pol., 56: 1–16.
O’LEARY D.W, FRIEDMAN J.D. & POHN H.A. 1976 — Lineament, linear, lineation: Some proposed new standards for old terms. Geol. Soc. Am. Bull., 87: 1463–1469.
OSTAFICZUK S. 2003 — The importance of digital terrain elevation model in modern geological mapping. Tech. Poszuk. Geol., 6: 53–58. OZIMKOWSKI W. & MARDAL T. 1994 — Powtarzalnoœæ wyników wizualnej interpretacji geologicznej zdjêcia satelitarnego. Prz. Geol., 42: 272–275.
VOZÁR J. & KÁÈER S. (eds.) 1996 — Geologická mapa Slovenskej Republiky 1 : 1 000 000. Ministerstvo ivotného Prostredia Slovenskej Republiky — Geologická Sluba Slovenskej Republiky, Bratislava. ¯YTKO K., GUCIK S., RY£KO W., OSZCZYPKO N., ZAJ¥C R., GARLICKA J., NEMÈOK J., ELIÁŠ M., MENÈIK E., DVOØÁK J., STRÁNIK Z., RAKUS M. & MATÌJOVSKÁ O. 1989 — Geological map of the western outer Carpathians and their foreland 1 : 500 000. [In:] Poprawa D. & Nemèok J. (eds.) Geological atlas of the western outer Carpathians and their foreland. Wyd. Geol., Warszawa 1102
Przegl¹d Geologiczny, vol. 56, nr 12, 2008
Banska Bystrica Rozniava Karpaty wewnêtr zne Inner Carpathians Karpaty zewnêtr zne Outer Carpathians
pieniñski pas ska³kowy Pieniny Klippen Belt
paleogen Paleogene paleozoik Paleozoic mezozoik Mesozoic p³aszczowina œl¹ska Silesian unit p³aszczowina magurska Magura unit neogeñskie wulkanity
Neogene volcanic rocks neogen zapadlisk
Neogene basins lineamenty DEMDEM-based lineaments
krystalinik crystalline rocks
g³ówne uskoki main faults 30km
Ryc. 4. Porównanie sieci g³ównych lineamentów DEM z budow¹ geologiczn¹ obszaru; A — szkic budowy geologicznej interpretowane-go obszaru; B — g³ówne lineamenty wyznaczone na podstawie DEM na tle szkicu budowy geologicznej; C — g³ówne lineamenty wyzna-czone na podstawie DEM na tle g³ównych uskoków badanego obszaru (wg ¯ytki i in., 1989; Vozára & Káèera, 1996)
Fig. 4. The main DEM-based lineaments vs. geology; A — outline of geology of the study area; B — the main DEM-based lineaments vs. geology of the study area; C — the main DEM-based lineaments vs. main faults (after ¯ytko et al., 1989; Vozár & Káèer, 1996)
