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0 引言
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Mpassa-Moubiri 矿区位于刚果（布）南部 Boko Songho-Reneville 断裂（成矿）带，该成矿带是刚果 （布）重要的铜铅锌勘查区，带内已发现了 Boko-Songho、 Hapilo、 Mfouati、 Yanga-Koubenza-Palabanda、Mpassa、N’Zala Mimbodi、Moubiri、 Mindouli等矿床（卢树东等，2017）。Mpassa-Moubiri 矿区地理坐标为 14°4'15″~14°15'2″E，4°17'39″~4° 24'14″S，面积约 196 km2。1974—1975 年由法国某矿业公司完成了 1∶5 万基础地质调查、铅锌铜地球化学勘查等工作，中国多个勘查公司也曾开展矿点考察，发现矿区地表矿体与围岩蚀变露头丰富（范美玲等，2016；Rademakers et al.，2018；肖红等， 2018）。区内前人工作程度较低，大面积现场勘查条件困难，浅表矿化蚀变现象明显，因此，采用多源遥感数据提取蚀变矿化信息可以有效缩小目标找矿区域，降低勘查成本，尽快取得找矿突破（李斯等，2023；张夏青等，2023）。
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Aster 数据是提取热液蚀变矿物最常用的多光谱卫星遥感数据，在对羟基、碳酸盐类等蚀变矿物提取方面有独特优势（杨斌等，2015；Sheikhrahimi et al.，2019；Beygi et al.，2021；El-Qassas et al.， 2023），而 Sentinel-2A 对岩石等地物类型有较好的识别效果，为蚀变提取提供了更为丰富的数据集 （李晓民等，2016；王磊等，2018；Perich et al.， 2023）。但 Aster、Sentinel-2A 等受空间分辨率较低的限制，难以满足高精度的信息提取（帅爽等， 2022；Zhang et al.，2023）。而少数学者运用 Worldview-2 提取铁氧化物分布取得了一定的效果 （韩海辉等，2018）。不同种类的遥感影像受时间、空间、波段等因素的影响，在提取不同蚀变矿化信息时存在局限性（赵佳琪等，2023），因此有学者使用 OLI、Aster、Sentinel-2A、Worldview-2 等多源遥感相结合提取不同矿化蚀变分布，进行多源信息的整合，获得了良好的效果，证明多源数据能够提升蚀变矿化异常提取的准确性和可靠性（Bentahar and Raji，2021；Sekandari et al.，2022；王曦等，2022）。因此，本文以 Aster、Sentinel-2A、Worldview-2 影像为主要数据，根据矿区浅表典型蚀变矿物、矿石矿物光谱特征，采用主成分分析、光谱角等方法提取多种蚀变矿化信息，结合野外实地调查、地球化学勘探等信息进行对比验证，通过构建层析分析模型圈定遥感综合异常区，为 Mpassa-Moubiri 矿区确定大比例尺勘查区域提供依据，也可为 Boko Songho-Reneville断裂（成矿）带地质条件相似矿区遥感找矿工作提供借鉴。
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1 矿区地质地球化学特征
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Mpassa-Moubiri 矿区位于刚果地盾西缘，是与泛非造山期构造-流体-热事件（650～550 Ma）有关的铜铅锌多金属硫化物矿床的重要成矿区。区内地层整体呈北东—南西向展布，由新至老依次为第四系（Q）、晚前寒武系Ln组、晚前寒武系西刚果超群 Schisto-Gréseux群（SG群）Pi组（分3、2、1段）、晚前寒武系西刚果超群 Schisto-Calcaire 群（SC 群）SC5 组 （分 s、m、i段）、SC 群 SC4 组（图1）。其中，SG 群以砂岩、泥质砂岩、泥质岩等碎屑岩为主，SC 群以白云岩、白云质灰岩、泥灰岩等碳酸盐岩为主。
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矿区构造发育，褶皱构造主体为规模巨大的北东—南西向 Loukouni 背斜，周边零散分布小型褶皱；断裂构造主要有北东、北西和近南北向 3 组，其中北西向断裂规模最大，受其影响，矿区北东向、北西向沟谷地形较为发育。
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据法国某公司1∶5万刚果（布）Cu/Pb/Zn地球化学综合异常分布图（图2）显示，矿区铜铅锌综合地球化学异常区主要呈北东—南西向展布于 SC 群与 SG群接触带附近，其次呈北西—南东向和近南北向出现在 SC 群内部，二者分布相连成片，整体呈北东东向展布，仅有小片异常区在 Mpassa 矿区北东角、南西角、南东角零散分布。
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Mpassa、Moubiri 矿床分别赋存在 SC 群与其南部、北部的 SG 群的接触带附近，矿床附近无岩体出露，围岩为灰质白云岩、泥质砂岩。结合地表调查 （图2）和肖红等（2018）研究，矿区矿石内的金属硫化物主要为黄铁矿、辉铜矿、黄铜矿、斑铜矿、方铅矿、闪锌矿等，浅表金属矿物主要有孔雀石、蓝铜矿、白铅矿、菱锌矿、赤铁矿、褐铁矿等。现场地表调查中发现硅化、褐铁矿化强烈，并发育不同程度的孔雀石化、蓝铜矿化、白铅矿化、菱锌矿化，矿石主要呈细脉状、网脉状构造，少量呈浸染状、块状、斑点状构造。上述浅表金属矿物有时与黏土混合形成黑褐色沉积物（简称“含矿黑土”），也是该矿区浅表找矿的有利标志之一。
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图1 刚果（布）Mpassa-Moubiri铜多金属矿区构造位置图（a）及地质图（b，据Buffet et al.，1987）
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1 —第四系陆相沉积物；2—晚前寒武系Ln组灰色长石砾岩、圆砾岩；3—晚前寒武系SG群Pi组第3段淡黄色—棕褐色白云母砂岩；4—晚前寒武系SG群Pi组第2段砖红色砂岩-长石砂岩、深红色白云母泥质岩；5—晚前寒武系SG群Pi组第1段淡黄色泥质砂岩、紫红色白云母泥质岩； 6—晚前寒武系SC群SC5 组第s段具硅质燧石的白云岩、白云质灰岩；7—晚前寒武系SC群SC5 组第m段具泥灰岩夹层的灰黑色白云质灰岩； 8—晚前寒武系SC群SC5 组第i段泥灰岩、泥质岩、鲕粒岩；9—晚前寒武系SC群SC4 组灰岩、白云岩、白云质灰岩、泥灰岩、泥质岩；10—不整合接触界线；11—地质界线；12—实测断层；13—推测断层；14—背斜；15—向斜；16—矿（化）点
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2 遥感数据源和研究方法
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2.1 遥感数据源
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本研究选取 Aster、Sentinel-2A、Worldview-2 影像（表1、图3）作为蚀变矿化信息提取数据源。矿区属于热带草原气候，为尽可能降低云层覆盖、大气水吸收、植被遮掩等因素弱化信息提取强度，遥感影像时相尽量集中在当地干燥的旱季，最终选用多景遥感数据达到矿区最优覆盖。根据数据产品等级不同进行了相应的正射校正、辐射定标、大气校正等预处理工作后，对 Aster 的“2007. 05、2008. 02”两景影像、Sentinel-2A 的“2018. 06、2020. 08”两景影像分别进行镶嵌，并对植被、水体、裸土、道路等干扰地物进行了掩膜处理（图4）。
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图2 刚果（布）Mpassa-Moubiri矿区地球化学异常与地表调查点分布
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图3 Aster、Sentinel-2A、Worldview-2光谱波段比较
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2.2 研究方法
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2.2.1 主成分分析及分量选择
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针对信息量冗余的多光谱遥感数据，主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）是种有效提取矿化蚀变的手段，通过正交变换、降维等处理，在保留大部分原始信息的同时，将各个波段中的特征信息集中到新组分中，降低相关性，从而达到增强目标特征的目的。矿物相关信息大多反映在其光谱曲线的特征反射波段（反射峰与高反射率波段）。本研究针对矿区浅表蚀变矿物光谱特征，选取矿物特征反射波段，并添加特征吸收波段（吸收谷）作为主向量选取导向构建主成分分析矩阵。主成分分析后分量的信息量与特征波段的载荷因子大小相关。因此需要选取特征反射波段高载荷，且系数符号与吸收波段相反的主分量进行矿物提取。若特征反射波段系数为正，则取主分量的亮像元，否则对异常主分量取反后提取。遵循上述原则，选取多源影像中特征波段进行主成分分析，结合已知矿化蚀变特征选择最优影像和最优波段组合。
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图4 矿区Sentinel-2A真彩色影像图（a）及掩膜图（b）
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2.2.2 光谱角
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光谱角（Spectral Angle Mapper，SAM）监督分类是一种通过将图像中的每个像元视为高维向量，利用光谱向量之间的夹角来度量它们之间的相似性的分类方法。待测地物的像元光谱与参考光谱间夹角越小，相似度就越高，划归为同类的可能性也就更高。其夹角计算公式为：
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式（1）中，X* 为未知数据向量，Xi为已知数据向量，为已知数据转置向量。
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2.2.3 层次分析法
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层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP） 是定性与定量相结合进行系统化分析的决策方法 （莫运松等，2023）。在本研究中，不同分辨率的多源遥感数据提取的各类蚀变矿化信息复杂，量纲不统一难以综合分析，故需将多源信息统一到同一尺度下，以便将各类信息作为影响因素计算权重，最终进行加权叠加圈定综合异常区。具体步骤为： （1）确定系统中目标、准则、子准则和影响因素等层次关系，形成层次树状结构；（2）在同一层次上，对各因素进行两两比较，确定它们在系统中的相对重要程度，构造判断矩阵；（3）通过对比判断矩阵，计算各因素在选定标准上的相对权重；（4）计算各层次因素在系统目标上的总排序权重，将各因素的相对权重进行加权求和，进行一致性检验，确保所建立的判断矩阵和计算结果合理、一致，系统地分析众多蚀变矿化信息对圈定综合异常区的影响。
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3 蚀变与矿化异常信息提取
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3.1 矿物特征光谱分析
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刚果（布）Mpassa-Moubiri 矿区主要提取硅化、铁染、孔雀石化、蓝铜矿化、白铅矿化、菱锌矿化等遥感异常信息。通过对矿物特征光谱曲线（图5）分析发现，石英与褐铁矿反射率整体差异较大，特征吸收波段明显，易于区分。孔雀石和蓝铜矿反射率较低，曲线形态相近，二者在 0.6 μm 处反射峰有较大差异。白铅矿和菱锌矿反射率较高，其中菱锌矿相对较低，且在 0.9 μm 处有较为明显的吸收谷，而白铅矿在 0.75~0.80 μm、2. 0~2.5 μm 范围内与其他矿物差异更为明显。在分析基础上，将不同遥感影像中各种矿物反射差异较大的波段进行组合，并对目标信息提取结果进行对比印证，结合地质成矿条件确定矿物信息提取最优遥感图像及波段组合（表2）。
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3.2 蚀变信息提取
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3.2.1 硅化信息
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硅化是 Mpassa-Moubiri 矿区找矿的重要标志。选择Sentinel-2A影像2、3、11、12波段进行主成分分析，在该主成分分析矩阵中，选取波段 2、11 特征系数为正，波段3、12特征系数为负的分量提取硅化信息，PC4取反后满足上述要求（图6a）。
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图5 矿物光谱特征曲线
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a—蚀变矿物；b—矿化矿物
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3.2.2 铁染信息
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铁染蚀变的信息以褐铁矿化为主，是寻找矿区内硫化物的关键标志。选用 Sentinel-2A 影像 2、6、 8A、11 波段进行主成分分析，选取矩阵中波段 6 和 11特征系数为正，而2和8A特征系数为负的PC4进行铁染信息提取（图6b）。
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3.3 矿化信息提取
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3.3.1 铜异常信息
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Mpassa-Moubiri矿区内铜矿化异常信息包括孔雀石化和蓝铜矿化。选用 Worldview-2影像 2、3、5、 7波段组合进行主成分分析，选取矩阵中波段2特征系数符号为正而波段3、7特征系数为负的PC4进行孔雀石化提取（图6c）。选用 Sentinel-2A 影像 3、4、 11、12波段组合进行主成分分析，选取矩阵中波段4特征系数符号为负，波段 3、11、12 系数符号为正的 PC4提取蓝铜矿化信息（图6d）。
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3.3.2 铅锌异常信息
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Mpassa-Moubiri矿区内铅锌矿化异常信息主要包括菱锌矿化和白铅矿化。选取 Aster影像 1、2、3、 4、5、6 波段进行主成分分析，包含白铅矿化信息的分量在矩阵中波段1、3、4的特征符号为正，波段2、6 则相反，因此选 PC4 提取白铅矿化（图6e）。选择 Aster影像 4、5、6、8、9波段进行主成分分析，包含菱锌矿化信息的分量在矩阵中波段4、9的特征符号为正，与波段 5、8 相反，因此选 PC2 提取菱锌矿化 （图6f）。
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3.3.3 含矿黑土信息
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含矿黑土为多种浅表氧化的矿石矿物与黏土混合形成的黑褐色土壤，本文将其作为特殊地物类型进行监督分类提取其分布区域。选取Worldview-2第2-8波段，利用现场调查获取的含矿黑土空间位置像元作为已知样本（训练区），采用光谱角分类器，通过已知样本训练获得参考光谱矢量与图像光谱夹角，经多次实验后发现角度阈值为0.15时分类效果最好，从而提取了矿区含矿黑土空间分布信息。
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图6 主成分特征向量矩阵图
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a—硅化；b—铁染；c—孔雀石；d—蓝铜矿；e—白铅矿；f—菱锌矿
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4 遥感异常信息分析及综合异常区圈定
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4.1 遥感蚀变矿化空间分布特征分析
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多源遥感数据在空间分辨率上的差异需统一空间尺度才能进行后续处理。将各类蚀变矿化栅格影像重采样至10 m，采用5x5中值滤波平滑图像，减少伪异常信息干扰，以最优阈值法分割提取相关异常信息。为更直观的表现蚀变矿物的空间分布特征，对异常信息归一化处理后，使用相等间隔法以 0.2 的间隔分级，将阈值高于 0.8 的区域划为高异常区，最终得到研究区蚀变矿化异常空间分布特征（图7）。详细分析可以发现：
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（1）蚀变异常信息分布特征。硅化为主要蚀变，整体呈面状、带状分布，其次是些零散的斑块，硅化高异常区面积为 4.6 km2，占比 2.3%，高异常区在Moubiri北部SG群碎屑岩与SC群碳酸盐岩接触区域，有不连续带状分布的特点，呈现“三核多点”空间分布格局，蚀变强度呈现出由西向东递减趋势，与北东向展布的地球化学异常分布特征套合良好。铁染高异常区面积为5.4 km2，占比 2.7%，整体呈串珠状分布，异常信息强度较高的区域位于 SG 群与 SC 群的接触带附近及中北部区域，对应地球化学异常线密集区域，与东部地球化学异常套合良好，在南部接触带附近则呈不连续分布，并且在实地调查时存在明显的褐铁矿化现象（图8a）。总体而言，硅化和铁染蚀变都以中等蚀变强度为主。
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图7 刚果（布）Mpassa-Moubiri矿区典型矿物蚀变矿化空间分布
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a—硅化；b—铁染；c—孔雀石；d—蓝铜矿；e—铅锌矿；f—含矿黑土
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图8 蚀变与矿化野外照片
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a—铁染；b—孔雀石；c—蓝铜矿；d—含矿黑土
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（2）矿化异常信息分布特征：实地验证发现，孔雀石化呈细脉、网脉状（图8b）。孔雀石化高异常区面积为 14.3 km2，占比 7.3%，在矿区东部异常强度高的地区呈环状分布，并在矿区南西部呈面状分布，与南北接触带两端地球化学异常套合良好。蓝铜矿化高异常区面积为5.4 km2，占比2.8%，分布有很强的聚集性，多沿砂岩裂隙发育（图8c），异常强度高的区域主要集中在北东部、中北部，南部仅有小块异常呈面状、球状分布，与北西部和中部地球化学异常套合良好。白铅矿化与菱锌矿化在空间上共生关系突出，铅锌矿化高异常区面积为 11.4 km²，占比 5.8%，异常信息分布密度高，但无明显的聚类趋势，沿北东、北东方向、近南北向分布，中部呈条状，异常信息主要集中在南部接触带上，北部接触带上只有少量分布，与中部地球化学异常套合良好。含矿黑土高异常区面积为 12.75 km²，占比 6.5%，沿岩层接触带分布（图8d），分布具有不均衡性，呈现北多南少、西密东疏的空间格局，分布差异显著，与中北部地球化学异常套合良好，且与蓝铜矿化分布范围重合度较高，有较强的共生特性。
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4.2 遥感蚀变矿化异常地质成因分析
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从提取的遥感异常信息整体分布特点来看，北东向延伸的 SC 群与上覆 SG 群的不整合接触带、SC 群 SC5组碳酸盐岩控制了所有蚀变矿化的主体走向，比较突出的铜、铅、锌异常浓度中心均发育于上述部位中，与地球化学异常吻合较好，野外调查工作也发现了明显的矿化现象，而地盾边缘裂谷盆地形成的泛非期（西刚果超群）火山-陆屑-碳酸盐沉积物提供了成矿物质基础，在构造、流体、热液的共同作用下形成金属硫化物矿床。矿区规模最大的 LOUKOUNI 背斜北西翼 SC5 与 Pi层不整合接触部位各种蚀变矿化异常信息规模较大、强度较高，同时受断裂控制而呈北东东向展布。在矿区中部偏东 LOUKOUNI 背斜核部 SC4 及其两侧，北东东向断裂较为发育，该部位亦出现较为明显的蚀变矿化异常区域。而在矿区其他部位，北东东向、北东向及近南北向多组断裂交汇发育亦可见强度较高的异常区域。上述分析表明矿区地层层位和地质构造是矿区主要的控矿因素，因此遥感异常与地层层位、有利构造、地化异常叠置匹配较为一致的区域是找矿勘查的重点区域。
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4.3 蚀变矿化综合异常区圈定
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基于刚果（布）Mpassa-Moubiri矿区蚀变矿化等信息，确定硅化、铁染、孔雀石化、蓝铜矿化、铅锌矿化、含矿黑土异常强度共6个评价指标，构建判断矩阵。为避免不同量纲引起的误差，因此需要将多种蚀变矿化异常信息的提取结果进行归一化处理，确定矿区各评价指标的综合权重（表3）。
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根据建立的层次分析模型，加权叠加分析获得刚果（布）Mpassa-Moubiri 矿区遥感综合异常分布 （图9），输出阈值为0.8以上区块，并且删除细碎、零散的斑块，最终圈定 17.18 km2 信息强度汇聚集中、吻合比例较高的区块作为遥感综合异常区。对异常区的地质特征进行分析，发现高强度信息主要分布在中北部和南西部，南部接触带仅有小面积异常区分布，特别是 SCi5 碳酸盐岩与 Pi2 碎屑岩接触带附近、断裂与褶皱交汇的有利成矿部位，且与地球化学异常信息吻合度良好。
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图9 刚果（布）Mpassa-Moubiri矿区遥感蚀变矿化异常分布图
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5 结论
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（1）本文基于 Aster、Sentinel-2A、Worldview-2 等多源数据，采用主成分分析和光谱角等方法识别出多种矿化、蚀变异常信息空间分布特征，明确刚果（布）Mpassa-Moubiri矿区矿化蚀变总体呈北东向展布。硅化、铁染、孔雀石化主要集中在南北接触带，铅锌矿化主要集中在中部，蓝铜矿化、含矿黑土主要集中在北西部。各类蚀变矿化异常信息与地化异常、赋矿层位、构造交汇部位、地表矿化区等找矿有利信息相互耦合，具有高度的重合性，表明本文使用多源遥感数据相结合提取蚀变矿化的有效性和准确性。
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（2）使用层次分析法综合各类蚀变矿化信息，通过加权叠加在刚果（布）Mpassa-Moubiri矿区内圈定了 17.18 km2 的遥感综合异常区。大面积的蚀变矿化综合异常区主要分布于 SCi5 碳酸盐岩与其北、南两侧的Pi2 碎屑岩接触带附近，沿接触带呈北东向分布，推测划分的异常区域具有较大找矿潜力，为该矿区后续开展铜、铅、锌等多种金属矿产大比例尺地质勘查提供有利空间位置信息。
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（3）本文通过各种资料分析，针对矿区大比例尺勘查工作所需重点蚀变矿化信息，选取当前不同空间分辨率的多光谱遥感数据，基于地物反射波谱理论针对性设计最优图像处理方案，通过实验优选最有效的遥感波段组合，最终获取的遥感综合异常具有良好的地质找矿指示意义。在本文的基础上，下一步研究将在多种遥感影像融合、构建遥感数据集、继续提高异常信息精度方面进行改进。
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摘要
刚果（布）Mpassa-Moubiri矿区铜、铅、锌等矿种找矿前景良好，运用多源遥感数据可提供丰富的找矿地质信息。本文选取 Aster、Sentinel-2A、Worldview-2影像，采用主成分分析法分别提取白铅矿化、菱锌矿化、硅化、铁染、蓝铜矿化、孔雀石化等蚀变矿化异常信息，光谱角监督分类方法提取浅表含矿黑土异常信息。运用GIS密度分割挖掘各类蚀变矿化信息空间分布规律，并将其作为评价指标构建层次分析模型，最终圈定异常强度阈值高于 0. 8、面积 17. 18 km2 的遥感综合异常区域。结果表明：遥感综合异常主要呈北东向展布，富集在碳酸盐岩与碎屑岩接触带的有利成矿部位，与地表调查、化探异常吻合较好，表明多源数据组合能有效提取该矿区蚀变矿化信息，可为后续大比例尺勘查工作部署提供依据。
Abstract
The Mpassa-Moubiri mining district in Congo has great prospecting potential of copper， lead and zinc deposit， and the use of multi-source remote sensing data can provide abundant prospecting geological informa- tion in this area. Based on Aster， Sentinel-2A and Worldview-2 images， abnormal information of alteration and mineralization including cerussite， smithsonite， silicification， iron staining， azurite and malachite are extracted by the principal component analysis， and shallow ore-bearing black soil is extracted by the spectral angle method in this paper. The spatial distribution of various types of alteration and mineralization information are mined by GIS density segmentation， and the results are used as evaluation indices to construct a hierarchical analysis model.Finally， the 17. 18 km2 region with an anomaly intensity threshold higher than 0. 8 is delineated as the remote sensing comprehensive anomaly zone. The results show that the remote sensing comprehensive anomaly is mainly distributed in the northeast direction， enriched in the favorable metallogenic position of the contact zone between carbonate rock and clastic rock， and consistent with the ground geological survey result and geochemical anomaly. All these conclusions show that the multi-source data combination can effectively extract the alteration and mineralization information and will provide the basis for the subsequent deployment of large-scale exploration work in this mining district.
