混合硅碎屑-磷质沉积填图的协同方法：以摩洛哥西部阿特拉斯山脉苏斯盆地为案例

《Journal of African Earth Sciences》：Synergistic approach for mapping mixed siliciclastic-phosphatic deposits: Case of the Souss Basin, Western High Atlas, Morocco

　　

摘要

本文研究了遥感技术在勘探混合硅质碎屑-磷酸盐矿床中的应用。苏斯盆地（摩洛哥西南部）拥有规模可观的含磷地层序列，与其他已开发的磷酸盐盆地相比，该盆地以碎屑岩占主导为特征。尽管具有重要的地质意义，该序列在很大程度上仍处于未探索状态，缺乏系统量化，凸显了进行系统性评估的必要性。磷灰石型矿床的潜在成矿预测图、地质填图、野外工作及详细的沉积学分析表明，该盆地大部分马斯特里赫特阶—古近纪露头中富磷沉积物占主导地位。然而，向东方向富磷沉积物逐渐减少，碎屑岩成分逐渐增多。基于自适应相干估计（ACE）的填图方法在混合硅质碎屑-磷酸盐矿床勘探中表现出高效性，特别是在构造活动强烈导致露头暴露良好的区域尤为适用。该技术的增强是通过提取已知富矿区的典型光谱特征，并将算法的应用范围限制在承载矿床的露头地理范围内来实现的。富磷沉积物的空间分布划分出了两个不同的沉积域，这可能是晚白垩世—古近纪期间活跃构造控制的结果。

引言

自从地球上出现生命以来，动植物的进化始终与碳、氢、氮、钾、硫和磷等基本化学元素的可用性密切相关（Filippelli, 2011; Rincón et al., 2022）。其中磷元素对多种生物发育过程至关重要，尤其是能量代谢过程（Villalba et al., 2008）。此外，工业磷肥主要来自沉积海洋磷酸盐矿（Emsbo et al., 2015）。这些矿床正逐渐成为稀土元素（REEs）的重要新来源，而稀土元素在高技术产业中扮演着关键角色（Emsbo et al., 2015; Mei et al., 2025）。因此，发展这些矿床的高级勘探技术代表了一项重要的进展。

摩洛哥拥有全球近68%的磷酸盐储量，在全球市场上占据领先地位（美国地质调查局, 2025）。这些矿床以不同程度的重要性分布于该国各大构造域（梅塞塔、阿特拉斯体系和撒哈拉域）（Mouflih, 2015）。这里的磷含量及其相关化石含量（以脊椎动物遗骸为主）是通过营养丰富的上升流系统形成的，该系统在白垩纪晚期—古近纪期间沿大西洋边缘盛行（Boujo, 1976）。与此同时，富含大型底栖有孔虫和虫黄藻珊瑚的斜坡状碳酸盐岩平台主导了新特提斯地区，尤其是在里夫山链中（Martín-Martín et al., 2025; Martín-Martín et al., 2026）。以往对主要盆地磷灰石矿及其地层区间的多项地质调查（Belfkira, 1980; Herbig and Trappe, 1994; Mouflih, 2015; Nguidi et al., 2021）。此外，中阿特拉斯山脉以及高阿特拉斯山脉的南部和北部边界也存在同期磷酸盐富集（Mouflih, 2015; El Bamiki, 2020）。在这些地区中，摩洛哥西南部的苏斯盆地因其从中白垩世至古近纪的连续沉积序列而脱颖而出，其中磷酸盐矿床出现在Erguita河段（Ambroggi, 1963; Herbig and Trappe, 1994）。此前在该盆地开展的研究表明，Erguita地区是这些磷酸盐矿床唯一集中分布的区域，这引发了关于这些磷灰石矿是否存在于其他地点的疑问。该盆地独特的地理位置及其与大西洋的连通性无疑需要进一步补充勘探研究。

遥感影像的应用已成为地质学家手中的一项重要工具，显著减少了传统野外工作的时间和成本（Gupta, 2018; Skakni et al., 2020; Zafaty et al., 2023）。遥感影像通常与先进的计算算法相结合，后者进一步增强了地质现象的分析和理解能力。例如，K近邻（KNN）算法和Python库在可视化沉积盆地的三维地层架构和同沉积断裂以服务于水文地质研究方面表现出巨大效用（Bullejos et al., 2022; Martín-Martín et al., 2023）。此外，对多光谱和超光谱影像进行处理以针对有经济价值的矿物，正成为地质勘探和精确地质图制作的初始阶段之一（Gupta, 2018）。目前尚无关于利用ASTER数据对摩洛哥沉积磷酸盐进行勘探和填图能力的文献报道。这些矿床主要含有氟碳磷灰石（francolite），一种具有特定化学式的碳酸盐氟磷灰石：Ca_10-a-bNa_aMg_b(PO₄)_6-x(CO₃)_x-yz(CO₃?F)_y(SO₄)_zF₂（Jarvis et al., 1994）。磷灰石的识别可作为磷酸盐岩石存在的有价值指标（El-Arafy, 2021）。自适应相干估计（ACE）和匹配滤波（MF）等有监督分类算法通过分析反射光谱和热发射数据检测磷酸盐岩石，取得了非常有趣的结果（Guha et al., 2019; Mezned et al., 2019）。

本工作首次对苏斯盆地白垩纪晚期—古近纪磷灰石矿进行地质填图研究。其主要目标是识别新的富矿区，评估和表征这些矿床。为应对这些构造强烈影响区域的地球化学勘探挑战，本研究采用遥感技术，通过在ASTER数据的可见光近红外（VNIR）和短波红外（SWIR）子系统上应用光谱目标检测填图，协助识别新的磷酸盐富集区。野外调查确定的新地点与遥感输出结果成功对应。

章节摘要

苏斯盆地地质

摩洛哥的地质历史体现在不同的主要构造域中，反映了其复杂的构造演化（Michard et al., 2008）。从北到南，可以识别出四个主要构造域：阿尔卑斯型里夫带、梅塞塔域、阿特拉斯体系，以及西非克拉通（WAC）北部（图1a）（Maaté et al., 2017）。里夫域由古生代至中新世的岩石组成（Ca?averas and Martín-Martín, 2025）。梅塞塔域，包括西部

材料

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  ASTER数据特征

先进空间热发射与反射辐射计（ASTER）是由日本通商产业省提供、于1998年搭载在NASA地球观测系统晨轨平台（EOS-AM1）上发射的多光谱成像设备（Yamaguchi et al., 1998）。ASTER提供三个不同光谱区域的数据：可见光近红外（VNIR）、短波红外（SWIR）和热红外（TIR）区域，共14个光谱波段（

地质填图

所建立的地质图通过对多个现有地质数据集的汇编而成。首先将现有的区域和局部地质图、地层柱状图及构造解释整合到统一的空间框架中，然后通过详细的野外工作进行补充和修正。这种方法使得不同比例尺数据集之间的岩性地层单元和构造特征得以协调统一，从而编制出同质的、经过修订的

基于ACE的混合硅质碎屑-磷酸盐矿床光谱填图：勘探意义与制约

已应用遥感技术来调查其在混合硅质碎屑-磷酸盐矿床填图中的潜力。在这种情况下，磷灰石相的异质性可能影响光谱填图结果，并对地质勘探构成挑战。

本研究采用的方法基于多种方法的组合，包括光谱填图、地质图汇编、野外调查和磷酸盐岩石取样。如前所述，

结论

本研究旨在勘探、表征和划分苏斯盆地南亚热带大西洋区混合硅质碎屑-磷酸盐矿床的空间分布。结果表明，将ACE目标检测算法与地质填图、野外观察、取样和薄片分析相结合，为划分含磷岩石提供了一种有效的侦察方法。在该盆地中，富磷沉积物的空间分布是

CRediT作者贡献声明

Mustapha Mouflih：写作–审阅与编辑，监督，方法论，概念设计。Pedro Brito：写作–审阅与编辑。Hicham Ssi Mhamdi：写作–审阅与编辑。Salem El Ouariti：写作–审阅与编辑，调查，形式分析。Otmane Raji：方法论，概念设计。Ayoub Et-Toumi：写作–初稿，可视化，方法论，调查，形式分析，概念设计。Radouan El Bamiki：写作–审阅与编辑，概念设计

未引用参考文献

Bullejos and Martín-Martín, 2023; Combe and EL Hebil, 1977; Mezned et al., 2020.

数据可用性

数据可根据请求提供。

利益冲突声明

? 作者声明不存在任何已知的相互竞争的财务利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

本研究在国家科学技术研究中心（CNRST）的博士-博士奖学金计划（PASS项目）的经费支持下开展。作者感谢匿名审稿人提出的深刻且具有建设性的建议。此外，作者感谢Zouhir Baroudi教授和Hassan Benzdig先生在薄片制作和野外工作中提供的帮助和支持。

Ayoub Et-Toumi|Radouan El Bamiki|Salem El Ouariti|Otmane Raji|Pedro Brito|Hicham Ssi Mhamdi|Mustapha Mouflih

摩洛哥卡萨布兰卡哈桑二世大学，本姆西克科学学院，地质科学、地理信息和环境实验室