基于PRISMA与Sentinel-2A卫星影像的摩洛哥西部Anti-Atlas地区构造线理填图与铜蚀变矿物识别研究

本研究针对摩洛哥西部Anti-Atlas地区Alma地垒与Fouanou向斜中铜矿成因争议及构造-热液演化机制不清的问题，首次集成PRISMA高光谱与Sentinel-2A多光谱数据，通过MNF、PPI、SAM等先进影像处理技术，精准识别了孔雀石、蓝铜矿、赤铁矿等蚀变矿物，并结合PCA与方向性滤波提取NE-SW向主导构造线理。研究成果揭示了前寒武纪基底与古生代盖层接触带的热液蚀变规律，为复杂地质环境下的铜矿勘探提供了低成本、高效率的遥感技术方案，对区域成矿模型构建及全球类似成矿带研究具有重要借鉴意义。

　　

在摩洛哥西部Anti-Atlas造山带，铜矿资源的成因一直存在争议，多种地球动力学模型被提出却缺乏统一认识。该地区地质构造复杂，基底与盖层接触关系错综，传统地质调查方法在偏远山区面临成本高、效率低的挑战。尤其Alma地垒和Fouanou向斜作为关键成矿单元，其构造控矿规律与蚀变矿物空间分布尚未系统揭示，制约了铜矿勘探的精准靶区定位。

为破解这一难题，由Ilham M’hamdi Alaoui领衔的研究团队在《Scientific African》发表论文，首次整合欧空局Sentinel-2A多光谱数据与意大利PRISMA高光谱影像，结合地面光谱验证与地质剖面调查，开展了精细的构造线理填图与蚀变矿物识别研究。研究团队采用最小噪声分离（Minimum Noise Fraction, MNF）、像元纯度指数（Pixel Purity Index, PPI）、n维可视化与光谱角填图（Spectral Angle Mapper, SAM）等技术处理PRISMA数据，同时利用主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）与方向性滤波从Sentinel-2A影像中提取构造线理。通过三条地质剖面实地验证，并借助TerraSpec Halo手持光谱仪测量349个点位数据，最终实现矿物识别精度72.2%、Kappa系数70.4%的可靠结果。

材料与方法

研究使用Sentinel-2A L2A级数据与PRISMA L2D级数据，覆盖可见光-近红外（VNIR）与短波红外（SWIR）波段。通过PCA降维与方向滤波强化线性构造特征，采用MNF转换与PPI提取端元光谱，结合SAM算法比对USGS光谱库与实地测量数据。野外验证依托GPS定位与光谱仪测量，集成地质剖面与镜下鉴定支持矿物识别。

地质背景

研究区位于西非克拉通北缘，受埃布尔尼与泛非造山运动控制，前寒武纪基底与寒武系盖层呈不整合接触。Alma地垒与Fouanou向斜分布石英岩、白云岩及火山岩，铜矿化主要与氧化-富集作用相关的孔雀石、蓝铜矿、赤铁矿等矿物相关。

线理提取结果

从Sentinel-2A影像中手动提取366条线理，平均长度1440.3米，主导方向为NE-SW（N60°）与NW-SE（N120°）。相比原有地质图仅标注34条线理，新发现构造特征显著增强，且与区域Pan-African构造走向一致。线理密度高区与蚀变带空间重合，指示构造控矿作用。

蚀变矿物识别

通过PRISMA高光谱数据识别出18类蚀变矿物，包括硫化物（黄铁矿、闪锌矿）、碳酸盐（孔雀石、蓝铜矿）、铁氧化物（赤铁矿、针铁矿）及层状硅酸盐（绿泥石、白云母）。矿物集中分布于基底-盖层接触带与Cambrian碳酸盐岩内，呈脉状、浸染状产出。SAM分类结果与地面光谱高度吻合，典型吸收谷位于羟基、碳酸根离子振动波段。

野外验证与光谱分析

三条EW向地质剖面揭示蚀变分带规律：基底石英岩中以脉状铜矿化为主，Tamjout白云岩中见浸染状硫化物与层控铁矿。实地光谱测量验证13种矿物，其余5类（如磁铁矿、方铅矿）因光谱特征弱需辅以磁力仪与XRF确认。Archaeocyathus珊瑚礁与沉积黄铁矿反映古海洋环境对成矿的影响。

讨论与结论

研究证实热液流体沿N60°与N120°构造交叉区运移，导致铜矿化在基底-盖层界面富集。遥感与地面数据一致性支持Alma-Fouanou地区铜矿属热液成因，兼具后期表生富集特征。PRISMA影像在矿物识别精度与信噪比上优于传统Hyperion数据，为偏远区矿产勘探提供可靠技术路径。该成果不仅深化了对Anti-Atlas成矿机制的理解，也为全球类似金属成矿省的遥感找矿实践提供了范式。