GEOGACETA, 73, 2023 Copyright© 2023 Sociedad Geológica de España - Artículo de acceso abierto bajo la licencia CC BY-NC-SA 4.0 79 Introducción En este estudio se muestra el potencial cartográfico de las imágenes ASTER para proporcionar información sobre la com- posición mineral en áreas cultivadas de una zona en el noroeste de la cuenca del Duero. La utilidad de esta información es fundamental para suministrar la distribu- ción espacial de grupos minerales dentro de unidades geológicas y geomorfológi- cas cartografiadas en los mapas oficiales. La cartografía composicional generada a partir de las imágenes satelitales y, en concreto, de las de ASTER, puede suponer una información precisa para completar y/o actualizar la información cartográfica geológica con el fin de evaluar la fortale- za de la capacidad de ASTER en entornos geomorfológicos de bajas pendientes, con elevada proporción de cultivos. Las imágenes ASTER Las imágenes empleadas en este es- tudio fueron obtenidas a partir del sensor satelital multiespectral Advanced Space- borne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER), desarrollado por el Ministerio japonés de Economía, Comer- cio e Industria, y lanzado por la NASA (Yamaguchi et al., 2001) a bordo del saté- lite TERRA. Las imágenes fueron descar- gadas de la base de datos EarthData (s.f.). Las escenas de las imágenes ASTER abarcan un área de 60 x 60 km, con 14 bandas espectrales diferentes y resolu- ciones espaciales que van desde los 15 m para las obtenidas por el sensor operativo en la región del visible e infrarrojo cerca- no (VNIR, Visible and Near Infrared), 30 m para las obtenidas por el sensor operati- vo en el infrarrojo de onda corta (SWIR, Short-wave Infrared), y 90 m para las com- prendidas dentro del intervalo correspon- diente al infrarrojo térmico (TIR, Thermal Infrared) (Yamaguchi et al., 2001). Si bien las imágenes ASTER, comparadas con las de los sensores de la serie LANDSAT, tie- nen una trayectoria orbital y una altitud similar, la gran diferencia viene dada por la Geogaceta, 73 (2023), 79-82 https://doi.org/10.55407/geogaceta95486 Fecha de recepción: 08/07/2022 ISSN (versión impresa): 0213-683X Fecha de revisión: 28/10/2022 ISSN (Internet): 2173-6545 Fecha de aceptación: 02/12/2022 ABSTRACT In this study ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) images are used for mapping purposes associated with mineral compositions in flat and gently sloping free crop cultivated areas in the northwestern Duero Basin. Several ima- ge band ratios have been applied to the ASTER multispectral data- set corresponding to the visible and near-infrared (VNIR) and to the short-wave infrared (SWIR) wavelengths. These band ratios enhance the absorption features related to both electronic and vibrational processes corresponding to iron oxides minerals and phyllosilicates minerals respectively. The results obtained show that in the northern and westernmost areas with Paleozoic basement, Neogene and Plio-Quaternary sediments, iron oxides minerals are more frequent. On the other hand, in the easternmost area, characterized by the Quaternary Tuerto and Órbigo river terraces, extensive areas show the existence of Al-bearing phyllosilicates. These results add infor- mation for geological, lithological and mineral prospection mapping in almost flat areas, where outcrops are scarce. Key-words: Remote Sensing, espectroscopy, image ratios, digital image processing, mineralogy, geological mapping, ASTER. RESUMEN En este estudio se utilizan imágenes ASTER (Advanced Space- borne Thermal Emission and Reflection Radiometer) para propor- cionar información sobre la composición mineral en zonas de cultivo sin vegetación en un sector del noroeste de la cuenca del Duero. Se han aplicado distintos cocientes de bandas al conjunto de imágenes multiespectrales correspondientes a longitudes de onda del visible e infrarrojo cercano (VNIR, visible and near-infrared) y del infrarrojo de onda corta (SWIR, short-wave infrared), para realzar la presencia de óxidos de hierro y de filosilicatos principalmente. Los resultados obte- nidos permiten reconocer que en las zonas caracterizadas por rocas del sustrato paleozoico, sedimentos neógenos y pliocuaternarios, los minerales con contenido en hierro están más representados. Por otra parte, en las zonas caracterizadas por sistemas de terrazas fluviales es más patente la presencia de filosilicatos alumínicos. Estos resultados añaden información a la cartografía geológica y, fundamentalmente, litológica y de prospección mineral de extensas áreas con formas del relieve suaves en donde los afloramientos son muy escasos. Palabras clave: Teledetección, espectroscopía, cociente de bandas, tratamiento digital de imágenes, mineralogía, cartografía geológica, ASTER. Cocientes de bandas espectrales ASTER para la diferenciación litológica en formas del relieve de baja pendiente (NW de la Cuenca del Duero, León, España) ASTER spectral bands ratios for lithological differentiation in low relief landforms (NW Duero Basin, León, Spain) Eduardo García-Meléndez1, Arturo Báscones1, Montserrat Ferrer-Julià1, Mercedes Suárez2, Elena Colmenero-Hidalgo1, Juncal A. Cruz1,3 e Inés Pereira1 1 Grupo de Investigación Geología Ambiental, Cuaternario y Geodiversidad (Q-GEO), Facultad de Ciencias Biológicas y Ambientales. Universidad de León. Campus de Vegazana, s/n, 24071, León. egarm@unileon.es, abasl@unileon.es, mferj@unileon.es, e.colmenero@unileon.es, iperr@unileon.es. 2 Dpto de Geología. Universidad de Salamanca. Plaza de la Merced s/n 37008, Salamanca. msuarez@usal.es. 3 Facultad de Ciencias Geológicas, Universidad Complutense de Madrid, C/ Jose Antonio Novais 12, 28041, Madrid. jcruzmartinez@ucm.es. https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.es https://doi.org/10.55407/geogaceta95486 mailto:egarm%40unileon.es?subject= mailto:abasl%40unileon.es?subject= mailto:mferj%40unileon.es?subject= mailto:e.colmenero%40unileon.es?subject= mailto:iperr%40unileon.es?subject= mailto:msuarez%40usal.es?subject= mailto:jcruzmartinez%40ucm.es?subject= GEOGACETA, 73, 2023 E. García-Meléndez, A. Báscones, M. Ferrer-Julià, M Suárez, E. Colmenero-Hidalgo, J. A. Cruz e I. Pereira 80 Mineralogía/Mineralogy mayor resolución espectral de ASTER, que presenta cinco bandas en la región SWIR frente a solo una de LANDSAT, así como en la región TIR, con cinco bandas frente a una o dos de la serie LANDSAT. En este trabajo se utilizarán las imá- genes correspondientes al VNIR y SWIR para detectar la presencia de filosilicatos y óxidos de hierro, principalmente. El uso de las imágenes ASTER en la exploración geológica se basa en los trabajos previos sobre espectroscopía de reflectancia de laboratorio, principalmente en el VNIR y SWIR, para el comportamiento de los distintos minerales y sus grupos, en par- ticular el grupo de los óxidos de hierro, el grupo de los minerales portadores de OH- (entre ellos, arcillas y micas), el grupo de los carbonatos, etc. (Clark et al., 1990). Concretamente, en ASTER los óxidos de hierro muestran diferencias espectrales en las bandas 1 y 3 (550 y 805 nm respec- tivamente). Los minerales Al-OH (grupo de los filosilicatos alumínicos) como la moscovita y la caolinita presentan rasgos de absorción diagnósticos (entre 2100 y 2250 nm) en la región del SWIR, que pue- den ser discriminados con ASTER en las bandas 5 y 6. Los minerales con enlaces Mg-OH (arcillas magnésicas y clorita) y el grupo de los carbonatos tienen rasgos de absorción diagnósticos entre los 2250 y los 2400 nm (bandas 7, 8 y 9). Como es de esperar, debido a la resolución espec- tral de ASTER estos rasgos de absorción que puedan ser extraídos de las imáge- nes nunca serán tan precisos como las medidas de laboratorio tomadas con espectrorradiómetros (Fig.1). Sí pueden aportar información mineral cualitativa y semicuantitativa, de forma que los sen- sores VNIR y SWIR de ASTER pueden per- mitir la discriminación e identificación de grupos minerales en general, tales como óxidos, carbonatos y minerales hidrata- dos con enlaces Al-OH y Mg-OH, como los filosilicatos (Hewson et al., 2017). Des- de su disponibilidad en 1999, las imáge- nes ASTER se han venido utilizando en distintos estudios geológicos en zonas áridas y semiáridas discriminando tanto grandes unidades litológicas como áreas de alteración (Rowan y Mars, 2003; Hew- son et al., 2005). La zona de estudio El área de estudio se localiza al NW de la Cuenca del Duero (Fig. 2), enmar- cada por los relieves de la Cordillera Can- tábrica de orientación E-W en su sector norte y por los relieves más orientales de los Montes Galaico-Leoneses en su sector occidental. Las rocas que forman estos relieves en la zona de estudio in- cluyen una variedad litológica de edad paleozoica con distintos grados de me- tamorfismo de rocas siliciclásticas y rocas carbonatadas, todas ellas deformadas durante la Orogenia Varisca (Pérez- Es- taún y Bea, 2004). Discordantes sobre el basamento paleozoico se localizan sedimentos del Neógeno formados por facies aluviales correspondientes a los aportes procedentes de los relieves pa- leozoicos (Alonso-Gavilán et al., 2004), y llanuras de inundación y terrazas fluvia- les cuaternarias correspondientes a los ríos Órbigo, Tuerto, Duerna y Eria. Estos materiales cenozoicos consisten en gra- vas con distintos grados de cementación, arenas, limos y arcillas. La respuesta es- pectral de materiales similares ha sido estudiada mediante espectroscopía de reflectancia de laboratorio en el SW de la cuenca del Duero y validada mediante difracción de rayos X (DRX) en trabajos previos (García-Meléndez et al., 2004a) y comparando con la respuesta espec- tral en imágenes LANDSAT 5-TM (Gar- cía-Meléndez et al., 2004b). Fig. 1.- Comparación de la curva espectral de la caolinita según la resolución de AS- TER y de laboratorio, separados vertical- mete para una mejor visualización. Fig. 1.- Kaolinite spectral response according to the ASTER and laboratory spectral bands. The spectra are vertically displaced for a bet- ter visualization. Fig. 2.- Mapa geológico esquemático de la zona de estudio y localización. Mapa modificado de González Menéndez et al. (2021). Fig. 2.- Schematic geological map of the study area and its location. Modified from González Menéndez et al. (2021). GEOGACETA, 73, 2023Cocientes de bandas espectrales ASTER para la diferenciación litológica 81Mineralogía/Mineralogy Método La imagen utilizada es una imagen AS- TER con nivel de procesado 1B tomada el 8 de junio de 2005. El tratamiento y análisis de los datos de radiancia espectral conte- nidos en las 9 bandas VNIR-SWIR siguió el siguiente procedimiento: 1) se realizó la co- rrección del efecto crosstalk en las bandas del SWIR mediante el software específico desarrollado por Iwasaki y Tonooka (2005); 2) se realizaron las siguientes operaciones de tratamiento con el software ENVI 5.2: remuestreo (resampling) para ajustar la re- solución espacial de las bandas del VNIR y SWIR a 30 m y, a continuación, conversión a radiancia de los valores iniciales de nú- meros digitales (ND) mediante calibración radiométrica, para terminar el tratamiento realizando la corrección atmosférica para obtener los valores de reflectancia median- te el método FLAASH (Fast Line-of-sight At- mospheric Analysis of Spectral Hypercubes); 3) finalmente se calculó el índice de ve- getación normalizado (NDVI, Normalized Difference Vegetation Index) con el fin de enmascarar las zonas de vegetación para no generar confusión en la discriminación mineralógica en los análisis posteriores. Básicamente este trabajo se basa en el algoritmo de cociente Relative Band Dep- th (profundidad relativa de banda) des- crito por Crowley et al. (1989), en el cual el contenido o abundancia de un mineral (o grupo mineral) se basa en la profundi- dad relativa de sus rasgos de absorción con respecto a las hombreras que lo en- marcan. Si bien existe un gran número de cocientes posibles utilizando las distintas bandas con distintos índices y diferente complejidad dependiendo de las carac- terísticas geológicas de las zonas de es- tudio, en este trabajo se utilizan cocientes simples que demuestran su utilidad para la diferenciación mineralógica de óxidos de Fe con el cociente B4/B2, grupo de las arcillas alumínicas (B4/B6) y grupo de arci- llas magnésicas y carbonatos (B4/B8). Para la interpretación y validación de los resul- tados se utilizaron composiciones en color de los cocientes anteriores e información composicional a partir de DRX de mues- tras de campo y su respuesta espectral en laboratorio mediante un espectrorradió- metro ASD (Báscones et al., 2020). Resultados La observación de los cocientes de bandas y de la composición en color de la zona de estudio generada a partir de éstos permite diferenciar claramente la respuesta espectral tipo correspondiente a píxeles de la imagen con los tres princi- pales grupos de minerales diferenciados (Fig. 3), en 2 sectores (Fig. 4). El primer sector está asociado con las llanuras de inundación y sistemas de terrazas de los ríos de la zona. Destaca el dispositivo de terrazas de dirección N-S del río Órbigo en su margen izquierda, que presenta tonos magenta a rojizos que denotan la presencia dominante de mi- nerales de filosilicatos alumínicos (Al-OH, illita, moscovita, caolinita) debido a la ma- yor presencia de silicatos alumínicos en el área fuente, mezclados con la presencia de óxidos de hierro. Esto indica proce- sos postsedimentarios de edafización y enriquecimiento en óxidos de hierro, en comparación con las llanuras de inunda- ción, que presentan colores azulados de los minerales con grupo Al-OH y ausen- cia de óxidos de hierro. En este sector se aprecian distintas tonalidades, que pare- cen estar directamente relacionadas con la edad de las terrazas, de tal manera que las situadas más al E (las más antiguas) tienen un contenido mayor en óxidos de hierro. Esta señal se observa igualmente en los valles de los otros ríos de la zona, cuyas llanuras de inundación y terrazas más bajas estarían marcadas por el predo- minio de los minerales con grupo Al-OH, diferenciándose entre ellas por la distinta presencia de óxidos de hierro y filosilica- tos magnésicos/carbonatos y sus mezclas. El segundo sector, correspondiente a los afloramientos del sustrato paleozoico y de los sedimentos neógenos y pliocua- ternarios, se caracteriza por una respuesta espectral mixta en cuanto a los componen- tes estudiados. Las áreas con mayores con- tenidos en óxidos de hierro se sitúan al SW y N de la zona de estudio, y coinciden con afloramientos de superficies altas pliocua- ternarias interpretadas como abanicos y rañas (Suárez Rodríguez et al., 1994), y con arenas y arcillas arenosas del Neógeno. Por otra parte, en las zonas en las que aflora el sustrato paleozoico (pizarras y cuarcitas) dominan los óxidos de hierro junto con fi- losilicatos magnésicos (clorita), dando dis- tintos tonos de color naranja. Finalmente, las zonas con presencia de filosilicatos magnésicos/carbonatos están reflejadas por distintos tonos de azul claro, siendo más abundantes en afloramientos de materiales neógenos y pliocuaternarios. La figura 4 muestra la respuesta espectral tipo correspondiente a píxeles de la imagen con los tres princi- pales grupos de minerales diferenciados. Conclusiones La resolución espectral de ASTER apor- ta valiosa información mineral cualitativa y semicuantitativa. Los resultados obtenidos permiten reconocer la presencia de los tres componentes tratados en mezclas de dis- tintas proporciones, que se manifiestan en las tonalidades de los distintos colores, re- lacionados con la abundancia relativa en un píxel de los óxidos de hierro y de los filosi- licatos, tanto alumínicos como magnésicos. En términos generales, los óxidos de hierro y filosilicatos magnésicos son más frecuentes en el sustrato paleozoico, y en los materia- les neógenos y pliocuaternarios, así como en las terrazas más antiguas. Los filosilicatos alumínicos predominan en las llanuras de inundación y terrazas, mezclados en éstas con óxidos de hierro, en distintas propor- ciones según la edad. La información su- ministrada puede aportar datos útiles para la cartografía geológica, geomorfológica, edafológica y de prospección mineral de ex- tensas áreas con formas del relieve de bajas pendientes, en donde la escasez de aflora- mientos y la presencia de cultivos impiden una observación óptima en campo. Contribución de los autores EGM: estructura del trabajo, coordi- nación, investigación y análisis, metodo- logía. AB: análisis, adquisición de datos. MFJ: metodología, adquisición de datos, figuras. MS: análisis, revisión. ECH: edi- ción, adquisición de datos, revisión. JAC: figuras, revisión. IP: figuras, revisión. Fig. 3.- Respuesta espectral en ASTER de los grupos minerales diferenciados. Fig. 3.- ASTER spectral response of the studied mineral groups. GEOGACETA, 73, 2023 E. García-Meléndez, A. Báscones, M. Ferrer-Julià, M Suárez, E. Colmenero-Hidalgo, J. A. Cruz e I. Pereira 82 Mineralogía/Mineralogy Agradecimientos Esta investigación ha sido financia- da los Proyectos ESP2017-89045-R y PID2019-106504RB-I00 (FEDER/Ministe- rio de Ciencia e Innovación–Agencia Es- tatal de Investigación) y por el proyecto PDC2021-121352-100, financiado por MCIN/AEI/10.13039/501100011033 y por la Unión Europea “NextGenerationEU”/ PRTR. La participación de I. Pereira ha sido posible gracias a un contrato pre- doctoral de la U. de León. Agradecemos a Land Processes Distributed Active Archive Center (LP DAAC) de la NASA el acceso a las imágenes ASTER, y a dos revisores anónimos sus comentarios y correccio- nes de este artículo. Referencias Alonso-Gavilán, G., Armenteros, I. (coord.), Carballeira, J., Corrochano, A., Huerta, P. y Rodríguez, J.M. (2004). En: Geología de España (J.A. Vera, Ed.). SGE-IGME, Madrid, 550-556. Báscones, A., Suárez, M., Ferrer-Julià, M., García-Meléndez, E., Colmenero-Hidalgo, E. y Quirós, A. (2020). Revista de Teledetec- ción 55, 49-57. 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Fig. 4.- Colour composition with band ratios RGB (4/2, 4/8, 4/6). https://doi.org/h4gz https://doi.org/dkcp8d https://doi.org/d6t32w https://earthdata.nasa.gov/ https://earthdata.nasa.gov/ https://doi.org/cd4gs6 https://doi.org/h4dz https://doi.org/b9wzsk https://doi.org/b9wzsk https://doi.org/d4r6cn https://doi.org/dc7xh2