Orta-Kuzey Anadolu bölgesinde maden yatakları ve jeotermal araştırmalar için kullanılan uzaktan algılama yöntemlerinin istatistiksel doğruluk analizi

Abstract

Türkiye jeotermal ve maden kaynaklarının çok azını kullanmakta olup açığa çıkarılmayı bekleyen büyük bir potansiyele sahiptir. Teknolojideki hızlı gelişmelerle birlikte dünyada jeotermal ve maden araştırmalarında, Uzaktan Algılama (UA) en etkin yöntemlerden biri olarak kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasının amacı, potansiyel jeotermal ve potansiyel kil varlığının farklı UA yöntemleri kullanılarak tespit edilmesi ve bunlara ait sınıflandırmalar yardımıyla bir metodoloji oluşturularak istatistiksel analizler yapmak olarak belirlenmiştir. Çalışma alanı Orta-Kuzey Anadolu bölgesinin kuzeyinde kalan Çorum İli sınırları içerisinde yaklaşık 19996 hektarlık alanda yer almaktadır. Çalışma alanı özellikle kil madenciliği ve jeotermal sondaj faaliyetlerinin yoğun olduğu ve daha önce UA yöntemleri ile hiç çalışılmayan bir bölgeden seçilmiştir.Tez araştırmasında iki yıl tekrarlanan arazi çalışmaları ile altı adet jeotermal ve kil test alanı, sonrasında Çorum ili merkezinde bulunan jeotermal test alanından türetilen 13 tane test bölgesi oluşturulmuştur. Arazi çalışmalarında mevcut termal tesislerin etrafından ve dışından alınan ve termal ve termal alan dışı örnekler olarak adlandırılan çam, meşe, toprak ve kayaç, sınıflandırma işlemlerinin sekiz ana sınıfını oluşturmuştur. 2015 ve 2016 yıllarında gerçkleştirilen arazi çalışmalarında GPS ölçmeleri yapılan 483 örneğin 98 tanesi spektroradyometre ölçmelerinde kullanılarak bölgeye ait spektral kütüphane envanterine eklenmiştir. Spektral örnekler ASTER uydusu bant aralıklarında tanımlanarak tez çalışmasının temel konusu olan sınıflandırma işlemlerinde örneklerin çoğunlukla karışmadığı bant seçimlerinde referans olarak kullanılmıştır. Bu örnekler aynı zamanda da sınıflandırma yer kontrol noktaları olarak kullanılmıştır. ASTER uydusuna ait görünür ve yakın kızılötesi bantlardan 2, 3 ve 4 sınıfların ayırtedilebirliği açısından sınıflandırma işlemlerinin ana bantları olarak seçilmiştir. Bu bantlar üzerine dokusal analizler yapılarak sekiz dokusal özellik elde edilmiştir. Tez çalışması için kullanılan sınıflandırma işlemlerinde ise en yüksek benzerlik ve spektral korelasyon haritalama algoritmaları ile çalışılmış ve doğruluk analizleri yapılmıştır.Spektroradyometre ölçmeleri tez çalışmasının her aşamasında başvurulan özgün bir kaynak olarak kullanılmıştır. Bölgedeki potansiyel mineral varlığının araştırılması için kullanılan bant aritmetiği ve bant oranlama çalışmalarında termal/ termal alan-dışı örneklerin spektral yansıtma değerlerinden yararlanılarak tez çalışma alanına ait bant oran görüntüleri elde dilmiştir.Potansiyel jeotermal alanlara işaret edebilecek yüzey sıcaklık değişimleri, LANDSAT 5-8 ve ASTER 3A-L1T uydularına ait dört termal bant kullanılarak incelenmiştir. Bu amaçla yapılan yüzey sıcaklık analizlerinde tek kanal algoritması kullanılarak yüzey sıcaklık haritaları çıkartılmıştır. Bu sıcaklık farkları ASTER L1T uydusu termal kanalları kullanılarak yapılan termal sınıflandırma ile birlikte irdelenmiştir.Bölgedeki fay hatlarının yoğunlaştığı alanlar, jeotermal alan belirtilerine ulaşılması açısından incelenmiş bu amaçla, yüzey sıcaklık analizlerinden elde edilen yüzey sıcaklık haritası kullanılarak fay hatları yüzey sıcaklık analizi yapılmıştır.Tez çalışması potansiyel jeotermal alanlar ve potansiyel kil alanlarının belirlenmesine yönelik olarak kullanılan tüm yöntemlerin test edildiği regresyon analizleri ile tamamlanmıştır. Sınıflandırma işlemlerinin yer-doğrulama noktaları olarak kullanılan noktalardan seçilen regeresyon test noktaları ve YSA sıcaklık haritalarından elde edilen bu noktalara ait sıcaklık değerleri ile üç bölümden oluşan regresyon analizleri yapılmıştır.Doğruluk analizi ve regresyon analizlerinin birlikte değerlendirilmesi sonucunda tez çalışmasının sınıflandırılma çözümünde kullanılan, spektroradyometre sonuçları ile belirlenen ASTER 3A uydusu 2., 3. ve 4. bantları ile gece verisi olarak adlandırılan ASTER L1T uydusu termal bantlarının performansı da test edilmiştir. Tercih edilen bantların jeotermal potansiyel araştırmalarda 2, 3 ve 4. bantlar için % 93 , sıcaklık değişimlerinin belirlenmesinde 12, 13 ve 14 numaralı termal bantların % 97 oranında başarılı olduğu tespit edilmiştir.

In recent years, mining and geothermal research carried out in the world and in our country has begun to become efficient in time and economy by combining the works with conventional classical methods with technology. Where terrestrial studies prevented by the difficulties of geography usage of satellite data has become mandatory. It is also of great importance that the current and accurate data for the research is obtained in scientific format.The definition of geothermal energy can be made as a kind of energy which is created by the heat in the magmatic layer in the depth of the earth's crust which causes the water accumulated in the upper layers to warm up. The waters which leak in different ways are collected in rocks with permeable properties. Hydrothermal systems can be formed by the heat transferred to the earth by the waters circulating in the earth's crust. The geothermal waters present in these systems can be considered as hot waters under pressure at different depths of the earth's crust, where the molten minerals are concentrated, above the atmospheric temperature average in the region.Turkey uses very little amount of its geothermal and mineral resources and has a huge potential waiting to be revealed. Remote Sensing (RS) is being used as one of the most effective methods in geothermal and mining researches in the world in conjunction with the rapid developments in technology.The goal of the thesis study is to develop new approaches to identify potential geothermal fields by using different RS methods to contribute to the mine and geothermal research in the world. In addition, RS methods were used in the determination of potential clay minerals in regional mineral deposits research.In the vicinity of a limited number of thermal facilities operating in the area selected for the thesis study, it is possible to mention the existence of possible geothermal areas waiting to be exposed. In the study area where potential geothermal water is aimed to investigate the thermal water-tree, evaporation-tree relationship, research has not been done by using the RS methods before. Especially, it was expected to obtain spectral differences in sulfur-bearing minerals in pine, oak trees, soil and rocks in the region.The aim of this thesis study is to determine the potential geothermal and clay assets by using different RS methods and to make statistical analyse by constituting a methodology by means of classifications with them. The study area is located on a 19996 hectare area in the province of Çorum lying in the north of Central-North Anatolia. The study area was selected especially from a region where clay mining and geothermal drilling activities are intense and not studied by RS methods before.In the thesis research, 6 geothermal and clay test areas have been created with two years of field surveys and afterwards 13 test area were formed from the jeotermal test area located in the center of Çorum province. In the field studies, pine, oak, soil and rock, named as thermal and non-thermal area samples, taken around and outside of the existing thermal facilities, formed eight main classes of classification processes. 98 of the 483 samples measured with GPS in the field surveys carried out in 2015 and 2016 were used in spectoradiometer measurements and added to the spectral library inventory of the region.Spectral samples were defined in ASTER satellite band intervals and used as a reference in the band selections where the samples are generally not mixed, in the classification process, which was the main subject of the thesis study. These samples were also used as ground control points in the classification. 2, 3 and 4 of the visible and near infrared bands belonging to the ASTER satellite were selected as the main bands of the classification processes in terms of the distinguishability of the classes.Textural analysis was performed on these bands and eight textural properties were obtained.The maximum likelihood and spectral correlation mapper algorithms were used and accuracy analyzes were performed in classification process performed for the thesis study.The spectoradiometer measurements were used as a unique source for each stage of the thesis study.Band ratio images of the thesis study area were obtained in the band arithmetic and band proportioning studies used for the investigation of the potential mineral presence in the region, by using the spectral reflectance values of the thermal / non-thermal area samples.Surface temperature changes that could indicate potential geothermal areas were investigated by using four thermal bands belonging to LANDSAT 5-8 and ASTER 3A-L1T satellites. Surface temperature maps were obtained by using single channel algorithm in surface temperature analysis performed for that purpose. These temperature differences were scrutinized with the thermal classification made by using thermal canals of ASTER L1T satellite.The areas where the fault lines in the region are concentrated have been examined in order to reach the geothermal field symptoms and fault lines surface temperature analysis was performed by using the surface temperature map obtained from surface temperature analyzes.The thesis study was completed with the regression analysis of all methods used to determine potential geothermal areas and potential clay areas.Regression analysis consisting of three parts were performed with the temperature values obtained from the Land Surface Temperature Analysis (LSTA) temperature maps belonging to regression test points selected out of the points used as ground control points in the classification process.As a result of the evaluation of accuracy analysis together with regression analysis, the performance of ASTER L1T satellite thermal bands named as night time data and ASTER 3A satellite 2, 3 and 4 bands which were determined by spectoradiometer results used in the classification solution were also tested.In the potential geothermal field studies, it was found that the bands 2, 3 and 4 were successful at 93% and the thermal bands 12,13 and 14 at the rate of 97% were found to be successful in determining the temperature changes.The use of RS methods in the preliminary studies of geothermal and mining research is also of great importance in terms of the cost of drilling activities. RS methods which integrate topographic, geological and geomorphological features with the help of satellite images can be used in researches, surface symptoms can be examined and statistics and potential mineral and geothermal fields can be reached.As a result, there is a potential geothermal area under the pine and oak trees that are selected as the study area. The trees affected by the geothermal fields, which are expected to be present in the geothermal fields together with the thermal water or evaporate, show high spectral differences compared to the trees grown outside the geothermal area. Especially pine trees which are of evergreen tree class can be considered as strong examples that can point to geothermal existence. In addition, soil and rock samples found in potential geothermal areas also show high rates of spectral differences according to similar samples found in non-thermal areas.In the region between the at least three fault lines intersecting at approximately right angles due to the uneven geographic structure, strong findings of potential geothermal existence can be observed. These findings can be revealed by band ratios, surface temperature analyzes, elevation-temperature analyzes and local-spectral spectroscopy studies. Thus, high accuracy results can be obtained by using several features together to develop new approaches.