利用遥感技术研究中部阿特拉斯山脉和赛斯盆地（Sa?ss Basin）的地热潜力：基于热液蚀变和地表温度的分析方法

《Journal of African Earth Sciences》：Geothermal potential of the Middle Atlas and the Sa?ss Basin using remote sensing: An approach based on hydrothermal alteration and land surface temperature

地热潜力遥感评估：基于地表温度与矿物指数分析中阿特拉斯和塞伊斯盆地热液蚀变区及成因探讨。

　　

Fatima-Ezzahrae Lahrach | Lalla Amina Ouzzaouit | Nour Eddine Berkat | Loubna Ait Jana | Abdelmounim Qarbous | Mohammed Boumehdi | Larbi Boudad

摩洛哥拉巴特穆罕默德五世大学理学院地质系

摘要

本研究利用遥感技术探讨了中部阿特拉斯山脉和赛斯盆地的地热潜力。研究方法结合了来自Landsat 8–9和MODIS图像的地表温度（LST）分析，以及基于ASTER光谱波段提取的矿物指数对热液变化的制图。结果确定了研究区域内的三个主要关注点。在褶皱型中部阿特拉斯山脉，碳酸盐指数、方解石脉以及Skhounate-Marmoucha温泉周围升高的地表温度表明存在活跃的热液循环。板状中部阿特拉斯山脉在Khenifra和Azrou以南以及Sefrou西北部地区表现出热异常，这些异常与以硅酸盐、黏土和碳酸盐为主的矿物组合相关。这些矿物组合可能是由三叠纪和李亚纪地层的风化作用或与上新世-第四纪玄武岩火山活动相关的热液作用形成的。在赛斯盆地，检测到的异常主要受岩石类型和气候因素控制，而非深层地热过程。尽管这些结果仅为初步指示，但它们证明了遥感技术在识别潜在地热区方面具有重要作用。然而，要确认异常的性质并确定储层深度，还需要进一步的研究，包括薄片岩相分析、矿物学研究、地球化学数据和地球物理调查。

引言

遥感是地球科学中的重要工具，广泛应用于矿产勘探、水资源管理和自然灾害评估（Sabins, 1999; Tomás et al., 2017; Shirmard et al., 2021; Abd-AlHai et al., 2022; Giordan et al., 2022）。近年来，遥感技术已成功应用于地热勘探，能够在世界多个地区检测到地表温度（LST）异常（Coolbaugh et al., 2007; Watson et al., 2008; Chan et al., 2018; Romaguera et al., 2018; Darge et al., 2019; Gemitzi et al., 2021; Li et al., 2023）。地表温度的估算基于两种方法：（i）仅依赖热红外（TIR）波段的直接方法（Donglian, 2007; Freitas et al., 2013）；（ii）需要NDVI计算的间接方法（Gemitzi et al., 2021）。除了热异常外，地表的地热现象还与热液过程密切相关，这些过程可以通过其矿物特征来检测和表征。

热液作用包括控制地下水循环和岩石圈内部加热的过程。尽管不同学科对热液作用的定义有所不同，但它被广泛认为是一个整合了三个关键领域的领域：岩浆作用、地热能和热现象。这些过程反映了地质动力学、岩石学和流体循环之间的复杂相互作用，其地表表现形式包括温泉、矿床和特征性的热液蚀变组合。在全球范围内，热液蚀变被认为是地热活动的重要指标，多项研究结合了岩相学、地球化学、地球物理学和遥感方法来表征蚀变区及其与流体动力学的关系（Calvin et al., 2015; Revil et al., 2021; Ishitsuka et al., 2022; Weydt et al., 2022; Kraal and Schwering, 2024; Betancourt et al., 2025）。

在摩洛哥，关于热液蚀变及其与地热潜力关联的研究仍然有限。然而，最近在东北部（Berkane-Ahfir）的研究（El Morabit et al., 2021）展示了将遥感技术与多标准分析相结合的价值，证明了热异常、热液蚀变区和构造结构之间的相关性，这一点通过温泉的存在得到了验证。从全国范围来看，独特的地质动力学环境和丰富的水资源为地热潜力开发提供了有利条件，这一点已有多项研究证实（Rimi, 1987, 1990），随后在摩洛哥西北部（Benaabidate, 1994）、塔德拉盆地（Boukdir, 1994）、摩洛哥东部（Lahrach, 1994, Rimi et al., 2012）、里夫地区（Rimi et al., 1998）和阿加迪尔盆地（Zarhloule et al., 1998）进行了区域研究。最近，创新方法（Ouzzaouit et al. 2023; Haffou et al. 2025）结合了机器学习技术来模拟摩洛哥北部省份的地热热流并预测温度。然而，中部阿特拉斯山脉的研究相对较少。考虑到该地区丰富的水补给（使其被誉为“摩洛哥的水塔”）以及最近的新上世-第四纪火山活动（El Azzouzi et al., 2010; Bosch et al., 2014），这一现象令人惊讶，因为这些火山活动可能成为潜在的热源。

本研究旨在提供关于中部阿特拉斯山脉和赛斯盆地地热潜力的新信息。为此，本研究基于以下方面突出了地表温度异常区：（i）通过卫星图像分析推断出的热液蚀变分布，并通过实地观察验证；（ii）矿物指数；（iii）温泉分布。最后，我们在摩洛哥这一地区的构造背景下讨论了这些异常。

章节摘录

1.1. 中部阿特拉斯山脉

中部阿特拉斯山脉是一条呈东北-西南走向的洲内山脉，延伸近400公里，构成了北部里夫山脉和南部高阿特拉斯山脉之间的结构枢纽（图1A）。它北接赛斯盆地，西邻西部梅塞塔高原，东靠东部梅塞塔高原，南临Upper Moulouya山脉。该山脉由古生代基底构成，其上覆盖着中新生代地层，主要为三叠纪和侏罗纪沉积物（图1B和2）。

数据与方法

本研究采用的方法结合了基于Landsat-8/9和MODIS数据的地表温度（LST）估算与利用ASTER图像提取的矿物指数进行的热液蚀变制图。需要注意的是，来自热红外数据的LST仅表示地表温度，并不能直接提供关于地下或深层地热过程的信息，因为热传感器仅对地表温度敏感。

1.1. 地表温度（LST）异常

Landsat-8/9和MODIS数据的联合分析显示，赛斯盆地与中部阿特拉斯山脉的板状和褶皱区域之间存在显著的热差异（图4）。在板状中部阿特拉斯山脉，热异常出现在Azrou以南的新上世-第四纪火山构造附近，而在Sefrou西北部和Khenifra南部也观察到了额外的异常。在褶皱型中部阿特拉斯山脉，观察到两种类型的异常：东北部的扩散异常和局部的异常。

LST异常

本研究假设具有较高热流的地热区域可能通过地表温度（LST）异常表现出来，因此高LST值区域通常被视为地热活动的潜在指标（Arrofi and Abu-Mahfouz, 2023; Redouane et al., 2023）。

板状中部阿特拉斯山脉的热异常分布在Azrou以南、Sefrou西北部和Khenifra附近，其中一些异常与上新世-第四纪火山活动相关。

结论

通过对热数据（Landsat-8/9和MODIS）和光谱数据（ASTER）的联合分析，成功检测到了地表温度（LST）异常并绘制了热液蚀变区。结果确定了三个主要关注区域：赛斯盆地、褶皱型中部阿特拉斯山脉和板状中部阿特拉斯山脉。在赛斯盆地，热异常似乎更多地与岩石类型（第三纪泥灰岩）和气候条件相关，而非深层热液过程。

CRediT作者贡献声明

Fatima-Ezzahrae Lahrach：撰写——原始草稿、可视化、软件开发、方法论、调查、概念化。 Lalla Amina Ouzzaouit：撰写——审稿与编辑、验证、监督、方法论、调查。 Nour Eddine Berkat：资源支持、调查。 Loubna Ait Jana：资源支持。 Abdelmounim Qarbous：撰写——审稿与编辑。 Mohammed Boumehdi：资源支持、调查。 Larbi Boudad：撰写——审稿与编辑。

未引用参考文献

A?t Brahim and Chotin, 1983; A?t Brahim and Chotin, 1984; Benaabidate, 1994; Boukdir, 1994; Hollard, 1985; Marzoli et al., 2018; Rimstidt and Cole, 1983; Tomás and Li, 2017.

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

数据可用性

数据可应要求提供。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了摩洛哥国家科学技术研究中心（CNRST）提供的PhD奖学金（PASS项目）的支持。