Optimal Band Combinations for Determining Graphite Mineralizations from Sentinel-2 Satellite Images

Abstract

Graphite raw material has been defined as a critical raw material by many international organizations in order for countries with high technology potential to achieve these goals. Graphite deposits are a strategic mineralization whose use and importance in advanced technology issues are becoming widespread due to the properties of graphite such as high thermal and electrical conductivity and high temperature resistance. The evaluation of the use of remote sensing methods in bringing new graphite mineral deposits in our country, which is rich in amorphous graphite deposits, to the country's economy, is the subject of this study, especially since the use of graphene will increase gradually in the future. In this context, the most suitable spectral band combinations that can be used in Sentinel-2 satellite images for these bed formations were determined by the optimum index factor and their performances were evaluated. Bands developed for atmospheric correction are excluded from the evaluation. The optimum FCC (False Color Composite) color image that enables the successful separation of graphite deposits from water, plants, coal mines and other lithological units belongs to the [RGB 4: 7: 11] and [RGB 4: 8: 11] combination. Sentinel-2 satellite images contain the characteristic spectral properties of graphite with the spectral range of its detector and produce successful results in the determination of graphite deposits.

Keywords

• Graphite mineralization
• Sentinel-2
• Remote-Sensing
• Optimum Index Factor (OIF)

Grafit Cevherleşmelerinin Sentinel-2 Uydu Görüntülerinden Belirlenmesinde En Uygun Bant Kombinasyonları

Öz

İleri teknoloji potansiyeli yüksek ülkelerin bu hedeflerini gerçekleştirmesi doğrultusunda birçok uluslararası organizasyon tarafından grafit minerali, kritik hammadde olarak tanımlanmıştır. Grafit yatakları, grafitin yüksek ısı ve elektrik iletkenliği, yüksek ısıya dayanıklılığı gibi özellikleri nedeni ile ileri teknoloji konularında kullanımı ve önemi yaygınlaşan stratejik bir cevherleşmedir. Gelecekte özellikle Grafen kullanımının giderek artacak olması nedeniyle, amorf grafit yatakları bakımından zengin olan ülkemizdeki yeni grafit maden yataklarının ülke ekonomisine kazandırılmasında uzaktan algılama yöntemlerinin kullanımının değerlendirilmesi bu çalışmaya konu edilmiştir. Bu bağlamda bu yatak oluşumları için Sentinel-2 uydu görüntülerinde kullanılabilecek en uygun spektral bant kombinasyonları, optimum indeks faktörü ile belirlenmiş ve başarımları değerlendirilmiştir. Atmosferik düzeltme için geliştirilen bantlar değerlendirme dışı bırakılmıştır. Grafit yataklarının, su, bitki, kömür ocakları ve diğer litolojik birimlerden başarılı bir şekilde ayrımlanabilmesini sağlayan optimum FCC (False Color Composite) renkli görüntü, [RGB 4:7:11] ve [RGB 4:8:11] kombinasyonuna aittir. Sentinel-2 uydu görüntüleri grafit yataklarının belirlenmesinde, algılayıcısının spektral aralığı ile grafitin karakteristik spektral özelliklerini barındırmakta ve başarılı sonuçlar üretmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Grafit Cevherleşmeleri
• Sentinel-2
• Uzaktan Algılama
• Optimum İndeks Faktörü (OIF)

Kaynakça

1. Cardoso-Fernandes, J., Teodoro, A., Lima, A. 2018. "Potential of Sentinel-2 data in the detection of lithium (Li)-bearing pegmatites: a study case" (C. 10790, s. 47). SPIE-Intl Soc Optical Eng.
2. Chavez, P., Berlin, G., Sowers, L. 1982. "STATISTICAL METHOD FOR SELECTING LANDSAT MSS RATIOS". undefined.
3. Ciampalini, A., Garfagnoli, F., Antonielli, B., Moretti, S., Righini, G. 2013. "Remote sensing techniques using Landsat ETM+ applied to the detection of iron ore deposits in Western Africa". Arabian Journal of Geosciences, 6, 4529–4546.
4. Çuhadaroğlu, A. D., Kara, E. 2018. "Grafit: Bir Genel Değerlendirme". Teknik Bilimler Dergisi, 8(1), 14–33. Tarihinde adresinden erişildi https://dergipark.org.tr/en/pub/tbed/330629
5. Demirtaş, M., Turan, A., Car, E., Yücel, O. 2017. "Kritik Hammaddeler". Metalurji ve Malzeme Mühendisleri Odası Dergisi, 183, 28–33. Emam, A., Hamimi, Z., El-Fakharani, A., Abdel-Rahman, E., Barreiro, J. G., Abo-Soliman, M. Y. 2018. "Utilization of ASTER and OLI data for lithological mapping of Nugrus-Hafafit area, South Eastern Desert of Egypt". Arabian Journal of Geosciences, 11(23), 1–22.
6. ENTR, D. G. 2014. "Report on critical raw materials for the EU: Report of the Ad hoc Working Group on defining critical raw materials". Ares (2015) (C. 1819503). ESA. 2013. "SENTINEL-2 User Handbook". Paris.
7. Gad, S., Kusky, T. 2007. "ASTER spectral ratioing for lithological mapping in the Arabian-Nubian shield, the Neoproterozoic Wadi Kid area, Sinai, Egypt". Gondwana Research, 11(3), 326–335.
8. Ge, W., Cheng, Q., Jing, L., Wang, F., Zhao, M., Ding, H. 2020. "Assessment of the capability of sentinel-2 imagery for iron-bearing minerals mapping: A case study in the cuprite area, nevada". Remote Sensing, 12(18), 3028.

9. Grove, C. I., Hook, S. J., Paylor, E. D. 1992. "Laboratory reflectance spectra for 160 minerals 0.4-2.5 micrometers: JPL Publication 92-2". Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, CA.
10. Hu, B., Xu, Y., Wan, B., Wu, X., Yi, G. 2018. "Hydrothermally altered mineral mapping using synthetic application of Sentinel-2A MSI, ASTER and Hyperion data in the Duolong area, Tibetan Plateau, China". Ore Geology Reviews, 101, 384–397.
11. İlhan, A., Sarı, R., Çörtenlioğlu, Y. Y. 2020. "Avrupa İçin Yeni Bir Kaynak: Türkiye Grafit Oluşumları". Madencilik Türkiye Dergisi, 87, 5.
12. İlhan, A., Sarı, R., Yıldırım, Y. 2020. "Hidden graphite resources in Turkey: a new supply candidate for Europe?". Içinde European Geologist Journal- Mineral raw materials in Europe – Chances and challenges for domestic production.
13. Jara, A. D., Betemariam, A., Woldetinsae, G., Kim, J. Y. 2019. "Purification, application and current market trend of natural graphite: A review". International Journal of Mining Science and Technology, 29(5), 671–689.
14. Karabacak, M. 2021. "Mikrokristalin Doğal Grafit – Karabacak Madencilik". Tarihinde 30 Mayıs 2021, adresinden erişildi http://www.karabacakmaden.com.tr/2021/01/17/mikrokristalin-dogal-grafit/
15. MTA, G. M. 2021. "Grafit". Tarihinde 30 Mayıs 2021, adresinden erişildi https://www.mta.gov.tr/v3.0/bilgi-merkezi/grafit MuellerWilm, U. 2019. "Sen2Cor Configuration and User Manual".
16. Öztan, N. S., Süzen, M. L. 2011. "Mapping evaporate minerals by ASTER". International Journal of Remote Sensing, 32(6), 1651–1673.
17. Pournamdari, M., Hashim, M., Pour, A. B. 2014. "Spectral transformation of ASTER and Landsat TM bands for lithological mapping of Soghan ophiolite complex, south Iran". Advances in Space Research, 54(4), 694–709.
18. Purwadi, I., van der Werff, H. M. A., Lievens, C. 2020. "Targeting rare earth element bearing mine tailings on Bangka Island, Indonesia, with Sentinel-2 MSI". International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 88, 102055.
19. Ren, D., Abdelsalam, M. G. 2001. "Optimum Index Factor (OIF) for Aster data; examples from the Neoproterozoic Allaqi Suture, Egypt". Geological Society of America, 336, 289–290.
20. Shawky, M. M., El-Arafy, R. A., El Zalaky, M. A., Elarif, T. 2019. "Integrated image processing and GIS-based techniques using knowledge-driven approaches to produce potential radioactivity map for the uraniferous granite of Egypt". NRIAG Journal of Astronomy and Geophysics, 8(1), 185–197.
21. Soydan, H., Koz, A., Düzgün, H. Ş. 2021. "Secondary Iron Mineral Detection via Hyperspectral Unmixing Analysis with Sentinel-2 Imagery". International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 101, 102343.
22. Toprak, S. 2017. "GRAFİT, ÜLKEMİZDEKİ GRAFİT OLUŞUMLARI VE SORUNLARI". Içinde Maden Jeologları Derneği Etkinliği (s. 2).
23. Tufan, B., Batar, T. 2015. "Improvement Of Oysu Graphite Ore Flotation Parameters". Journal of Institute of Science, 19(3), 17–25.
24. van der Meer, F. D., van der Werff, H. M. A., van Ruitenbeek, F. J. A., Hecker, C. A., Bakker, W. H., Noomen, M. F., … Woldai, T. 2012, Şubat 1. "Multi- and hyperspectral geologic remote sensing: A review". International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. Elsevier B.V.
25. van der Werff, H., van der Meer, F. 2015. "Sentinel-2 for mapping iron absorption feature parameters". Remote Sensing, 7(10), 12635–12653.
26. Zabcı, C. 2020. "Çok bantlı Landsat 8-OLI ve Sentinel-2A MSI uydu görüntülerinin karşılaştırmalı jeoloji uygulaması: Örnek çalışma alanı olarak Doğu Anadolu Fayı boyunca Palu – Hazar Gölü bölgesi (Elazığ, Türkiye)". Geomatik, 6(3), 238–246.