Geobotanical remote sensing : evaluation of the method for identifying potential seepages in the Solimões Basin using ASTER data

Orientadores: Carlos Roberto de Souza Filho, Teodoro Isnard Ribeiro de AlmeidaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de GeociênciasResumo: A geobotânica estuda a associação da geologia às variações abruptas ou graduais na estrutura, na florística, na fisiologia ou fenologia das comunidades vegetais. A utilização da geobotânica como um método de prospecção petrolífera teve um ganho significativo com a inclusão do uso das imagens de satélite. Os sistemas petrolíferos não são selados e permitem o escape de hidrocarbonetos (HCs) na forma de óleo ou gases. Estas exsudações em contato com solo e com a vegetação provocam alterações potencialmente identificáveis através de imagens de satélite. O presente trabalho visa analisar a aplicabilidade da Geobotânica por Sensoriamento Remoto para inferência de áreas com escapes de HCs na bacia do Solimões. Para tanto, foi utilizada imagem do sensor ASTER e dados de geoquimica de hidrocarbonetos (gasometria). Primeiramente, os dados de gasometria foram processados através do método inverso da distância ponderada, visando a geração de superfícies geoquímicas contínuas. As imagens do sensor ASTER foram processadas por técnicas digitais para a identificação de áreas de vegetação espectralmente distintas. Essa fase metodológica envolveu: (i) o cálculo de 6 índices de vegetação; (ii) a análise do comportamento espectral dos pixels localizados em áreas com as maiores e menores concentrações de HCs e aplicação de Análise por Principais Componentes (APC) sobre bandas ASTER com maior possibilidade de discriminação de áreas espectral e geoquimicamente anômalas; (iii) geração de índices espectrais (pseudo-razões) para realce de características específicas da vegetação e a aplicação da APC sobre estes índices; (iv) extração da drenagem utilizando o Shuttle Radar Topography Mission (SRTM). As imagens resultantes do processamento digital foram confrontadas com os mapas interpolados dos dados de gasometria. O objetivo foi analisar se as anomalias geobotânicas encontradas nos produtos obtidos com a imagem ASTER têm alguma correlação espacial com as áreas mais ricas em HCs, evidenciadas pela geoquímica. Para esta análise, foi utilizado o parâmetro geoquímico Y0. A análise em relação a esse parâmetro foi favorecida, pois o Y0 é calculado com base em gases mais pesados e relacionados à presença de HCs de origem termogênica. Também foi o parâmetro que apresentou um maior intervalo entre classes e com valores mais altos distribuídos espacialmente; incluindo valores extremos contidos no polígono limítrofe do Campo de Gás do Juruá. Os produtos obtidos do processamento digital indicaram um padrão comum, destacando setores de vegetação espectralmente distintas no setor leste da área de estudo. A imagem que melhor ressaltou este padrão foi a PC2 das 8 pseudo-razões do sensor ASTER. Em função dessas qualidades, o mapa interpolado do parâmetro Y0 e essa PC2 foram integrados. Os sitios de vegetação que apresentaram comportamento espectralmente distintos coincidem em 45% com setores onde os valores de Y0 (e portanto HCs) são maiores. Os dados geoquímicos e a geração dos mapas dos índices interpolados possibilitaram a validação das áreas espectralmente anômalas realçadas nos produtos ASTER. Foi possível observar que algumas das anomalias espectrais encontradas nas imagens ASTER estão contidas na área de influência das exsudações de HCs de origem termogênica identificadas pelos dados geoquímicosAbstract: Geobotanic studies the association of geology to abrupt or gradual changes in the structure, floristic, physiology or phenology of plant communities. The use of Geobotanic as a method for hydrocarbon exploration has had a significant gain with the use of satellite images. The petroleum systems are not completely sealed and allow fluids to escape in the form of oil or light gases, forming seepages. Seepages products, yielded by the interaction between hydrocarbons with soil and vegetation, can be identified by satellite imagery. This work aims to analyze the applicability of Geobotanical Remote Sensing to identify areas with hydrocarbon seepage in the Solimões Basin. An ASTER image and soil geochemical data (gasometry) was used. The first part of the methodology comprised the interpolation of three types of geochemical maps of light hydrocarbons using the inverse distance weighted method. Subsequently, different digital image processing techniques were used to identify areas of spectrally distinct vegetation in the ASTER data, including: i) generation of 6 vegetation indices; ii) analysis of the spectral behavior of pixels located in areas with the highest and lowest concentrations of hydrocarbons, given by gasometry; iii) application of Principal Component Analysis (PCA) on ASTER imagery using bands and spectral indexes more prone for spectral discrimination of geochemically anomalous areas; iv) extraction of drainage patterns using Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) altimetric data. For this analysis, we used the geochemical parameter Y0. The analysis for this parameter was favored because the Y0 is calculated on the basis of heavier gases and related to the presence of thermogenic HCs. It was also the parameter that showed a greater range of classes and with higher values spatially distributed, including extreme values within the Jurua Gas Field. The products obtained from digital processing indicated a common pattern, highlighting spectrally different vegetation sectors in the eastern portion of the study area. The image that best highlighted this pattern was the PC2 extracted from 8 ASTER pseudo-ratios. Considering their properties, the interpolated map of the Y0 parameter and the PC2 were spatially integrated. The vegetation sites that showed spectrally different behaviors coincide 47% with sectors where Y0 values (and hence HCs) are higher. The geochemical data and the generation of maps of interpolated indices allowed the validation of spectrally anomalous areas highlighted in the ASTER products. Some of the spectral anomalies found in the ASTER images are contained in the area of influence of thermogenic HCs identified by geochemical dataMestradoGeologia e Recursos NaturaisMestra em Geociência