基于多源遥感数据的地质线性构造制图:毛里塔尼亚塔乌德尼盆地理查特构造案例及其构造分析意义

《Journal of African Earth Sciences》:Geological Lineament Mapping Using Multisource Remote Sensing Data: Case of the Richat Structure (Taoudeni Basin, Mauritania) with Structural Analysis Implications

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月27日 来源:Journal of African Earth Sciences 2.5

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   摘要地质线性构造制图对于约束变形和指导结构复杂的克拉通内部区域的矿产勘探至关重要。本研究提出了一个多传感器遥感工作流程,用于毛里塔尼亚塔奥代尼盆地里沙特构造的半自动线性构造提取和结构评估。光学多光谱数据(哨兵 -2,Landsat-8 OLI)和合成孔径雷达图像(哨兵 -1A

  

摘要

地质线性构造制图对于约束变形和指导结构复杂的克拉通内部区域的矿产勘探至关重要。本研究提出了一个多传感器遥感工作流程,用于毛里塔尼亚塔奥代尼盆地里沙特构造的半自动线性构造提取和结构评估。光学多光谱数据(哨兵 -2,Landsat-8 OLI)和合成孔径雷达图像(哨兵 -1A)并行处理。利用光学数据集的主成分分析(PCA)增强了岩性对比,随后对所有产品应用了相同的方向滤波和半自动提取程序,并辅以专家辅助过滤。通过传感器间比较、地形导数、地质图和野外验证对生成的线性构造网络进行了验证。与已绘制断裂和岩脉的定量验证表明,所有数据集与已绘制结构的吻合度均高于随机水平,且哨兵 -1A 数据(特别是 VV 极化)在吻合度与覆盖率之间提供了最佳平衡。识别出三个主导结构趋势(北东 - 南西,北北东 - 南南西,和西北 - 东南),在岩性均质单元内的线性构造连续性有所改善。观测到的方位与先前地质研究记录的多期构造继承一致,包括一个可媲美泛非基底组构(约 600 Ma)的主要北北东 - 南南西网络和一套切割早期特征的较年轻北东东 - 西西东组(N70°–N90°),以及部分被沙子掩盖的不连续同心裂纹。这些发现为里沙特地盾的构造 - 岩浆解释提供了地表约束,并突出了合成孔径雷达数据(特别是 VV 极化)在沙漠环境线性构造分析中的附加价值。

引言

线性构造反映了地壳的底层组构,是塑造区域地质演化的深部构造过程的地表表现(Ramli et al., 2010)。构造和岩性制图构成了地质制图的基础,支撑着矿产勘探和采矿活动。理解矿产资源起源和分布需要对宿主地质单元的结构框架进行全面分析。识别矿区内主要构造事件及其时间关系有助于开发成矿遗传模型。此外,详细的区域构造地质知识为该地区的地质历史提供了关键见解,能够重建古地理和古气候条件(Negredo et al., 2007)。
鉴于高效和准确地质制图的必要性,利用卫星图像、计算算法和专用软件开发现代化技术变得越来越重要。然而,由于在不同空间分辨率下获取的数据集之间空间谱和光谱特性的变化,在遥感数据中识别线性特征仍然具有挑战性(Farahbakhsh et al., 2020; Wang, 1993)。因此,提取地质线性构造等线性特征(Elmahdy et al., 2021; Han et al., 2018; Hashim et al., 2013; Skakni et al., 2022)促使了许多算法方法的发展(例如,Saidi et al., 2020)。
地质线性构造,包括断裂、岩脉、剪切带和褶皱,代表了下伏结构不连续性的表现。这些特征对于矿产勘探尤为重要,因为热液矿化经常与断裂和剪切带等线性和曲线结构要素有关(Kusky and Ramadan, 2002; Manuel et al., 2017; Pour and Hashim, 2014)。除矿物学意义外,线性构造在水文地质调查(Bhuiyan, 2015; Takorabt et al., 2018)和构造研究(Arian and Nouri, 2015; Masoud and Koike, 2006)中也起着至关重要的作用。断裂、岩脉和剪切带是识别结构域、分析变形模式、划定地质边界和定位矿化带的关键标志(Glasser and Ghiglione, 2009; Pour and Hashim, 2014)。
遥感数据现在是地质制图中不可或缺的,能够快速调查大面积区域,更好地区分岩性单元,并检测可用于构造解释和勘探的结构。在北非,多项研究已证明结合 Landsat-8 操作陆地成像仪(OLI)、哨兵 -2、ASTER 全球数字高程模型(ASTER-GDEM)和合成孔径雷达(SAR)数据的多源方法在改进岩 - 构造制图方面的有效性(例如,Adiri et al., 2017; Bentahar et al., 2020; Elaaraj et al., 2022, 2024; Moussaoui et al., 2023),其中光学和雷达数据的结合提高了结果的准确性和可解释性。
在缺乏显著沉积物或风化壳覆盖的地区,矿床通常聚集在深部地壳断裂系统沿线(Hein et al., 2013; Lund et al., 2011)。控制此类深部地壳不连续性上热液矿床沉积的结构机制仍是活跃的研究领域。虽然有些作者将矿化定位主要归因于断裂弯曲,但另一些人强调断裂交汇(Arian and Nouri, 2015; Lund et al., 2011);在大多数情况下,这两种结构配置都可能促成成矿作用。因此,识别和绘制地质线性构造对于将地表结构表现与下伏不连续性联系起来至关重要,从而支持矿产预测建模(例如,Hajaj et al., 2024)。遥感技术的最新进展大大提高了利用多种数据集和分析方法检测和分析地质线性构造的能力;因此,与传统的费时、主观且依赖操作员专业知识的手动方法相比,自动化方法越来越受到青睐(Masoud and Koike, 2006)。
在此背景下,本研究通过应用多源遥感技术调查了毛里塔尼亚塔奥代尼盆地内里沙特构造的结构框架。主要目标是半自动提取和绘制结构线性构造,并分析其与岩浆岩分布的关系,以改善对该克拉通内部区域区域动力学过程的理解。利用光学、合成孔径雷达和高程数据集,特别是哨兵 -1A、哨兵 -2、Landsat-8 OLI 和 ASTER-GDEM,以增强线性构造制图的准确性、一致性和解释清晰度,这是构造地质研究的必要组成部分。本研究还强调了数据源类型对提取线性构造精度和可解释性的影响,突出了其在类似区域自动化地质分析中的关键作用。全文中,“线性构造”一词指可能具有地质起源的可制图线性或曲线地表特征;“断裂”一词仅在有独立地质证据(已发表制图或野外观察)支持该解释时使用。

章节摘要

地质背景

塔奥代尼盆地是西非最大的克拉通内部沉积盆地之一,横跨毛里塔尼亚中部和东部、马里大部以及几内亚、阿尔及利亚、布基纳法索、塞内加尔和塞拉利昂的部分地区(图 1)。其年代从晚前寒武纪到古生代不等,位于西非克拉通之上,该基底为太古宙至中元古代基岩,北界为雷吉巴特地盾,南界为莱奥 - 曼地盾。该盆地的特征是

遥感数据获取与预处理

利用覆盖毛里塔尼亚里沙特构造(阿德拉尔高原)的四个互补遥感数据集进行半自动线性构造提取:(i) 哨兵 -1A 合成孔径雷达图像,(ii) 哨兵 -2 多光谱图像,(iii) Landsat-8 OLI 多光谱图像,以及 (iv) ASTER 全球数字高程模型(ASTER-GDEM)。通用工作流程总结在随附的流程图中(图 3)。提取的线性构造与地质图和主要

线性构造图与密度分布

从光学、雷达和地形数据推导出的全套线性构造图显示了一个整体一致的结构网络,该网络以持续的环形模式为主导,并被直线至斜交的线性构造切割。
在 Landsat-8 PC1 图像上,提取过程相对具有选择性,并强调捕捉主要结构骨干的长段。在研究区域共提取了 283 条线性构造。密度图突出了沿线特定环带的线性构造聚集以及

干旱克拉通内部环境中雷达后向散射敏感性作为构造代理指标

本研究中山合成孔径雷达的良好性能可归因于其主动检测机制,该机制独立于太阳照明且对大气条件不敏感,并结合了对介电特性、表面粗糙度和微地形的敏感性——这些是结构不连续性的物理表现(Koch and Mather, 1997; Pour and Hashim, 2014)。从两种极化中提取的线性构造网络(图 8,图 9,图 11)表明雷达具有

结论

本研究表明,C 波段合成孔径雷达数据为干旱克拉通内部环境里沙特构造的半自动地质线性构造制图提供了有用的补充。与多光谱光学图像相比,合成孔径雷达后向散射(VV 和 VH)产生的线性构造网络对太阳照明和岩性光谱对比度的依赖性较低。在与已绘制断裂和岩脉的验证中,合成孔径雷达数据(特别是 VV 极化)提供了最佳平衡

CRediT 作者贡献声明

Abdennabi Alitane: 可视化,监督,正式分析。Sidi Mohamed Dahi: 资源,构思。Cheikh Ahmed Abdelkader Maazou: 资源。Mohamed Khalil Bensalah: 验证,监督,构思。Maham Eboubekrine Sedigh: 写作 – 审阅与编辑,写作 – 原始草稿,项目管理,方法论,正式分析,数据管理,构思。Soufiane Hajaj: 写作 – 审阅与编辑,写作 – 原始草稿,可视化,验证,软件,

未引用参考文献

NASA/METI/AIST/Japan Spacesystems and U.S./Japan ASTER 科学团队,2018。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系,这些关系可能影响本文所述工作的报告。

致谢

作者衷心感谢《非洲地球科学》杂志编辑 Zakaria Hamimi 博士对本稿件的编辑处理。我们也衷心感谢匿名审稿人提出的建设性和富有洞察力的意见,这些意见帮助我们提高了稿件的质量和清晰度。
Maham Eboubekrine Sedigh|Soufiane Hajaj|Abdallah Elaaraj|Abdennabi Alitane|Sidi Mohamed Dahi|Cheikh Ahmed Abdelkader Maazou|Mohamed Khalil Bensalah
GEO3 实验室,Moulay Ismail 大学理学院地质系,摩洛哥梅克内斯,齐图内,邮政信箱 11201
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