Exploración preliminar multiescala (microscópica a teledetección) de auríferos

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 9173 (2023) Citar este artículo

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Desde su reciente primer registro dentro del escudo nubio egipcio, los mármoles auríferos y uraníferos (Au = 0,98–2,76 g/t; U = 133–640 g/t) rara vez se han abordado, a pesar no solo de su probable importancia económica, sino también del hecho de que que se trata de un nuevo estilo genético de mineralización de oro y uranio en las rocas del Escudo de Nubia. Esto se atribuye principalmente a la localización inadecuada de estos mármoles dentro de terrenos duros, así como al costo y tiempo dedicado al trabajo de campo convencional para su identificación en comparación con los principales componentes litológicos del Escudo de Nubia. Por el contrario, las técnicas de detección remota y aprendizaje automático ahorran tiempo y esfuerzo al tiempo que introducen una identificación de características confiable con una precisión razonable. En consecuencia, la investigación actual es un intento de aplicar el conocido algoritmo de aprendizaje automático (Support vector Machine—SVM) sobre datos de teledetección de Sentinel 2 (con una resolución espacial de hasta 10 m) para delinear la distribución de mármoles auríferos-uraníferos. en el distrito de Barramiya-Daghbagh (Desierto Oriental de Egipto), como caso de estudio del Escudo de Nubia. Para obtener mejores resultados, las canicas se distinguieron con precisión utilizando datos Sentinel 2 con afilado panorámico ALOS PRISM (2,5 m) y exposiciones bien conocidas durante el trabajo de campo. Con una precisión general de más del 90 %, se elaboró ​​un mapa temático de los mármoles auríferos-uraníferos y las principales unidades rocosas del distrito de Barramiya-Daghbagh. Los mármoles están relacionados espacialmente con las rocas ofiolíticas de serpentinita, de acuerdo con su génesis dentro de la litosfera oceánica del Neoproterozoico. Las investigaciones petrográficas y de campo han confirmado las zonas portadoras de Au y U recientemente detectadas (mármoles calcíticos impuros a dolomíticos impuros en las áreas de Wadi Al Barramiya y Wadi Daghbagh y mármol calcítico impuro en el área de Gebel El-Rukham). Además, se integraron resultados de difracción de rayos X (XRD), imágenes de electrones retrodispersados ​​(BSEI) y espectroscopía de rayos X de energía dispersiva (EDX) para verificar nuestros resultados de detección remota e investigaciones petrográficas. Se indican diferentes tiempos de mineralización, que van desde el metamorfismo sintético (oro en Wadi Al Barramiya y Gebel El-Rukham) hasta el metamorfismo posterior (oro en Wadi Daghbagh y uranio en todas las ubicaciones). Sobre la base de la aplicación de resultados geológicos, mineralógicos, de aprendizaje automático y de detección remota para la construcción de un modelo de exploración preliminar del mármol aurífero-uranífero en el escudo de Nubia egipcio, recomendamos una exploración detallada de las zonas portadoras de Au y U en Barramiya- distrito de Dghbagh y aplicando el enfoque adoptado a otros distritos de entornos geológicos similares.

Se sabe que el mármol en el sentido propio (una roca calcítica o dolomítica metamorfoseada de grano grueso de cualquier origen) se encuentra en muchas localidades dentro de las rocas del Arabian Nubian Shield (ANS)1. Sus principales ocurrencias en las rocas escudo en el desierto oriental de Egipto están en Wadi Dib1, Wadi Barramiya, Wadi Dghbagh, Gebel El-Rukham frente a Wadi El-Miyah2, el levantamiento de Bir Safsaf-Aswan3, Wadi Allaqi4 y Sol Hamid5. Además, se detectan mármoles grafíticos foraminíferos de rocas fanerozoicas. Se han encontrado en las áreas de Gebel El Hisinat y Wadi Heimur, donde se han descrito foraminíferos arenosos de edades pensilvaniana y misisipiense6,7.

Egipto ha expuesto conspicuamente recursos de oro y uranio que se formaron en varias etapas de su evolución geológica. Los depósitos de oro ocurren ya sea como estratos formados debido a procesos hidrotermales exhalativos durante las últimas etapas de la actividad volcánica submarina en arcos insulares8,9, de tipo veta10,11, de tipo diseminado en rocas alteradas12 o como placeres13. Las principales ocurrencias de uranio se encuentran en zonas de cizallamiento en el granito orogénico tardío panafricano y rocas relacionadas14, diques y sills alcalinos15, rocas sedimentarias fanerozoicas16,17 y placeres de playa de arena negra18. Sin embargo, debido a su considerable favorabilidad química para la infiltración de fluidos hidrotermales, las rocas carbonatadas son un huésped bien conocido para varios tipos de alteración hidrotermal y mineralización relacionada con metasomatismo, incluido el oro19,20,21, el uranio22,23,24,25 y raras elementos tierra26,27. Además, durante y después del metamorfismo de las rocas carbonatadas, el movimiento de las soluciones mineralizantes puede transferir elementos de las rocas circundantes al mármol producido28,29,30,31,32. Por lo tanto, los mármoles se consideran un huésped potencial para muchos minerales y están documentados para el oro y el uranio que se depositan dentro de las rocas ANS2. A pesar de las frecuentes y exhaustivas investigaciones de mineralización relacionada con alteraciones carbonatadas, su pequeño tamaño y la falta de registro en mapas geológicos a gran escala12,20,33,34 dificultan las investigaciones de los mármoles como anfitriones de depósitos minerales económicos dentro de la ANS. Además de la necesidad crítica de una evaluación económica basada en la exploración de los mármoles que contienen Au y U registrados por la ANS (para descifrar su potencial como una nueva trampa geológica de oro y uranio), la investigación sobre su origen puede proporcionar nuevos conocimientos sobre el modelo tectónico convencional. de ANS2,35.

La creciente demanda mundial de Au y U, y los avances en las tecnologías metalúrgicas para la exploración y explotación de minerales reviven fuertemente los estudios mineralógicos en áreas industriales abandonadas y depósitos económicos de pequeña escala ampliamente distribuidos. Además, y con la llegada de conjuntos de datos de teledetección de mayor resolución espacial, se podría lograr un mapeo litológico preciso36,37,38,39,40,41,42,43 incluso para cuerpos rocosos de pequeña escala. Complementar los datos de detección remota con algoritmos de aprendizaje automático (MLA) ayuda a predecir una determinada clase (tipo de roca) en función de sus datos etiquetados en lo que se conoce como clasificación supervisada39,44,45,46,47,48,49. De esta forma, se podría resolver el problema de la distribución de pequeños tamaños de los mármoles auríferos-uraníferos además de resaltar nuevas ocurrencias e introducir un mapeo temático de las mismas. Con este fin, SVM fue elegido como MLA para implementar esta tarea sobre los datos de Sentinel 2 debido a sus resultados bien informados en aplicaciones similares50,51,52,53,54,55,56. A través de un enfoque integral, esta investigación combina datos de detección remota de alta resolución (hasta 2,5 m) con aprendizaje automático, trabajo de campo extenso e investigaciones mineralógicas profundas que involucran XRD, EDX y BSEI. La culminación de estos esfuerzos es la creación de un mapa temático detallado centrado específicamente en la identificación de mármoles auríferos-uraníferos dentro del distrito de Barramiya-Daghbagh, ubicado en el Escudo de Nubia egipcio. Este estudio busca evaluar si este modelo de exploración es suficiente para garantizar una exploración adicional, potencialmente costosa, de mármoles auríferos-uraníferos en todo el ANS y otros distritos con entornos geológicos similares.

El distrito de Barramiya-Daghbagh está ubicado en el desierto oriental de Egipto, como parte de la ANS. En Egipto, el basamento precámbrico en el desierto oriental y la península del Sinaí constituye la parte norte del escudo de Nubia en el ANS (Fig. 1a). El ANS, que forma una de las exposiciones más grandes de corteza juvenil neoproterozoica en la Tierra57, se extiende desde Egipto a través de Sudán y Eritrea hasta Etiopía en el lado occidental de la grieta del Mar Rojo, y desde Palestina y Jordania a través de Arabia Saudita hasta Yemen en el lado este de el mar Rojo. Se desarrolló por acreción de arcos insulares a los márgenes continentales de Gondwana por el cierre del océano de Mozambique durante el orógeno de África Oriental, seguido de una extensión de la corteza que estuvo acompañada por la intrusión de grandes cantidades de magmas granitoides (750–540 Ma)58 y generación de cuencas depositacionales post-amalgamación59,60 en las que abundan las rocas volcanico-sedimentarias (< 650 Ma61). La amalgama del arco comenzó alrededor de 780 Ma y continuó hasta alrededor de 620 Ma62 y el conjunto del escudo general terminó alrededor de 560 Ma, momento en el cual el ANS se había acrecentado en el Saharan Metacraton4. La subducción estaba activa mientras el proceso de obducción estaba operativo a lo largo de los planos de empuje57.

(a) Mapa de ubicación del área de estudio y (b) Sentinel 2 FCC 12–6-2 en RGB respectivamente mostrando rocas de serpentinita en color negro. BR: distrito de Barramiya, ER: distrito de El-Rukham, DG: distrito de Daghbagh, Sp: serpentinita y sus rocas relacionadas, incluidos los mármoles que contienen Au-U. (La imagen de Sentinel 2A se descargó a través de la plataforma de la Agencia Espacial Europea (ESA). La figura fue creada por el software SmartSketch v. 4.0; https://smartsketch.software.informer.com/4.0/ y el software ENVI v. 5.6.2. (https://www.l3harrisgeospatial.com/Software-Technology/ENVI).

El basamento precámbrico en el escudo nubio egipcio es producto de procesos magmáticos, sedimentarios y metamórficos de una evolución orogénica proterozoica compleja después de la colisión del terreno y la acreción en un continente prepanafricano al oeste del Nilo63. Las rocas del área de colisión pueden haber estado sujetas a metamorfismo regional entre 650 y 620 Ma64. Fueron incorporados por empuje durante la acreción y por un movimiento transcurrente lateral izquierdo a lo largo del Najd y otras zonas de cizalla que golpean al NW, particularmente en la parte central del Desierto Oriental de Egipto65,66.

El distrito de Barramiya-Daghbagh está ubicado en la parte sur del Desierto Central Oriental de Egipto, entre las latitudes 25°06″ a 25°22″ N y las longitudes 33°42″ a 34°05″ E (Fig. 1b). El distrito de Barramiya-Daghbagh está formado por ultramáficos, gabros y volcánicos serpentinizados ofiolíticos desmembrados y metamorfoseados, metagabros intrusivos a metadiorita, metasedimentos metavolcánicos-arcos de islas, granodiorita foliada y granito de feldespato alcalino (Fig. 2). Las rocas ofiolíticas son restos de litosfera oceánica formados por el suelo marino que se extiende por encima de una zona de subducción activa67,68. Son notablemente abundantes en el distrito de Barramiya-Daghbagh. Las serpentinitas se presentan principalmente como rocas masivas de rangos alargados que definen cuerpos o láminas tabulares plegadas69, y están dominadas por cabalgamientos dirigidos ENE-WSW que marcan la zona de cizallamiento Mubarak-Barramiya del desierto oriental de Egipto70. Se encuentran serpentinitas esquiladas y talcificadas-carbonatizadas en asociación con otras rocas de mezcla71. Tienen una clara naturaleza esquistosa en algunos lugares, dando lugar a esquistos de talco-carbonato completos.

Mapa geológico del distrito de Barramiya-Daghbagh modificado según Hagag y Abdelnasser75, Shebl, Kusky y Csámer76; y Zoheir et al.77. (Creado por el software SmartSketch v. 4.0; https://smartsketch.software.informer.com/4.0/).

Metasedimentos vulcanogénicos cubrieron de manera conformable las rocas de serpentinita en la mayor parte del distrito. Los metasedimentos vulcanógenos que se alternan con los metavolcánicos son las unidades de afloramiento más grandes, particularmente en la parte norte del distrito de Barramiya-Daghbagh. Son bastante heterogéneos y consisten principalmente en esquistos pelíticos y calcáreos con esquistos cuarzofeldespáticos subordinados. Los esquistos suelen estar estratificados y muy foliados. Los sedimentos maduros metamorfoseados de areniscas y carbonatos son menos comunes. Sin embargo, las rebanadas volcánicas de arco metamorfoseadas (andesita, metaandesita basáltica, intercaladas con tobas dacíticas) a veces ocurren en contacto tectónico con metasedimentos. La mélange ocurre predominantemente en asociación con los metasedimentos y los metavolcánicos.

Las serpentinitas, los metasedimentos y los metavolcánicos están invadidos por complejos de rocas de metagabro-diorita, que a veces contienen xenolitos y balsas de estas rocas. Los complejos de metagabro-diorita se encuentran principalmente al este de G. El-Rukham en W. Al Miyah (Fig. 2). Las rocas del complejo representan una parte de la voluminosa asociación relacionada con el arco plutónico72,73,74. Estaban levemente deformados y metamorfoseados a facies de esquisto verde-anfibolita75,76. Además, el granito alcalino-feldespático muestra apófisis intruidas en la metagabro-diorita. Las rocas del sótano del distrito de Barramiya-Daghbagh están comúnmente atravesadas por una serie de diques máficos y félsicos de tendencia ENE-WSW.

Para lograr el objetivo de la investigación actual, se descargó una imagen Sentinel 2A sin nubes a través de la plataforma de la Agencia Espacial Europea (ESA). Las características espectrales y espaciales de los datos de Sentinel 2 se resumen en la Tabla 1. Los datos de Sentinel 2 se reproyectaron al datum de WGS-84 UTM zona 36 N. Se usó la herramienta Sen2Cor para el preprocesamiento (corrección atmosférica) de los datos de Sentinel-2 para proporcionar datos de fondo corregidos. valores de reflectancia de la atmósfera (BOA) de datos de nivel 1C de la parte superior de la atmósfera (TOA) (la escena actual; (S2A_MSIL1C_20200505T081611_N0209_R121_T36RWN_20200505T095132)). Este proceso se realizó instalando la herramienta Sen2Cor y proporcionando datos L1C mediante algunos códigos mediante el símbolo del sistema. En este documento, se utilizaron datos del instrumento pancromático de detección remota para mapeo estéreo (PRISM) para mejorar la resolución espacial de los datos de Sentinel 2. PRISM está montado en el conocido ALOS (Advanced Land Observing Satellite). PRISM se utilizó específicamente para el mapeo de elevación digital con un tamaño de píxel de hasta 2,5 m (Tabla 1) y se podía acceder a él a través del sitio web del Centro de Investigación de Observación de la Tierra (EORC) de la Instalación Satelital de Alaska o de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA). En primer lugar, se aplicó la calibración radiométrica a los datos PRISM para convertir los números digitales sin procesar en valores de radiancia. Luego, se realizó la corrección geométrica mediante ortorrectificación y georreferenciación para eliminar las distorsiones espaciales. Luego, aplicamos el método Gram-Schmidt Pan Sharpening para preservar la información espectral de las bandas centinela 2 mientras mejoramos su resolución espacial utilizando datos PRISM. Para el preprocesamiento y procesamiento de las imágenes satelitales se utilizó el siguiente software, 1- Sentinel Application Platform (SNAP), 2- ENVI v. 5.6.2. software; https://www.l3harrisgeoespacial. com/Software-Technology/ENVI), que se utiliza principalmente para el procesamiento de imágenes, y 3- ArcGIS Desktop 10.8. (https://www.esri.com/en-us/arcgis/products/arcgis-desktop/overview/).

Además de los conjuntos de datos de teledetección antes mencionados, se georreferenciaron y compilaron mapas geológicos previos del área de estudio a partir de estudios previos2,39,77,78,79, para permitir la comparación y mejorar nuestra comprensión de la geología del área de estudio. Durante el trabajo de campo, se revisaron las localidades originales de mármoles auríferos-uraníferos en el distrito de Barramiya-Dghbagh descritas por Hamdy y Ali2 y se validaron nuevos sitios identificados por sensores remotos y técnicas de aprendizaje automático. En la Fig. 3 se presenta una metodología de diagrama de flujo integral que muestra los conjuntos de datos utilizados y aclara el enfoque adoptado en la presente investigación para proporcionar una aclaración mejorada.

Metodología de diagrama de flujo que ilustra el enfoque adoptado en la investigación actual.

En la investigación actual se utilizaron varios métodos de procesamiento de imágenes para separar las serpentinitas y sus mármoles auríferos-uraníferos relacionados de las otras litologías expuestas en el distrito de estudio de Barramiya-Daghbagh. Tras varios ensayos que utilizaron diversas técnicas de mejora de imágenes, cuatro métodos (combinación de colores falsos o FCC, análisis de componentes principales o PCA, fracción mínima de ruido o MNF y análisis de componentes independientes o ICA) demostraron su eficiencia en la entrega de una discriminación litológica considerable y una delimitación aceptable para el mármoles mineralizados. Aunque FCC es un método de detección remota tradicional, todavía se usa ampliamente para varias aplicaciones al especificar tres bandas en RGB. La selección de estas bandas depende principalmente de la característica a escrutar42,48,80,81. Por ejemplo, en la teledetección geológica, las bandas del infrarrojo cercano visible (VNIR) a menudo se incluyen para discriminar minerales ricos en hierro debido a las características de absorción únicas de estos minerales en este rango espectral. Las bandas de infrarrojos de onda corta (SWIR) son la mejor opción para resaltar carbonatos y minerales que contienen OH42,82,83. En la investigación actual y debido a la amplia variabilidad de composición de las unidades de roca expuestas, la mejor imagen compuesta que diferencia las unidades de roca fue representada por SWIR, VNIR y rangos azules visibles mediante la visualización de Sentinel 2 banda 12 (SWIR) en rojo, banda 6 (VNIR) en verde, y la banda 2 (azul) en canales azules. Esta FCC (12–6–2 en RGB respectivamente) (Fig. 1b), diferencia los mármoles de sus rocas de país (principalmente serpentinitas), especialmente cuando se aplica una nitidez con datos ALOS PRISM (p. ej., Figs. 8b, 9b y 10b). Además, y con el objetivo de lograr una mejor discriminación, se aplicaron transformaciones de imagen mediante análisis de componentes principales (PCA), fracción mínima de ruido (MNF) y análisis de componentes independientes (ICA). PCA es un método estadístico multivariado que transforma los datos originales en nuevos componentes (PC)37,84. Esta transformación revela principalmente nuevas características e introduce una mejor discriminación, especialmente con los antiguos componentes altamente informativos. MNF es otra técnica de rotación ortogonal de datos. Como sugiere el nombre, intenta minimizar el ruido de los datos determinando la PC a partir de datos blanqueados por ruido. ICA se considera una técnica de separación ciega de fuentes que trata de diferenciar señales fuente y mixtas sin ningún conocimiento previo dependiendo principalmente de la definición de datos independientes no correlacionados49. PCA se ha realizado solo sobre el compuesto altamente informativo (12–6-2 en RGB). Además, se aplicaron MNF e ICA para confirmar la separación litológica y ayudar a discriminar los mármoles mineralizados en el distrito de Barramiya-Daghbagh.

Una fase crucial en el proceso de mapeo litológico es elegir muestras representativas para entrenar y probar el modelo y validar el mapa temático final. En la investigación actual y con base en la accesibilidad, se adquirieron 40 muestras representativas (antes de aplicar SVM) a través de investigaciones de campo intensivas. Este último se realizó con base en mapas geológicos previos y los resultados de las técnicas de procesamiento de imágenes (FCC, PCA, MNF e ICA) que brindan una identificación razonable de las diferentes unidades litológicas. Estas muestras representan todos los objetivos litológicos dentro del área de estudio y sus ubicaciones conocidas se usaron para seleccionar datos de entrenamiento y prueba para el modelo SVM.

Para obtener mejores resultados de clasificación, se prestó especial atención a la extracción de las mejores características que representan cada clase (objetivo litológico). Así, se integraron los datos ALOS PRISM de alta resolución espacial (2,5 m), las técnicas de procesamiento de imágenes mencionadas anteriormente, las observaciones de campo y los mapas geológicos georreferenciados previos (hasta WGS 84 UTM zona 36 N)39,77,79 para detectar los píxeles mejor representativos. para seis clases principales que incluyen, 1- serpentinitas, 2- granitos, 3- metagabro-dioritas, 4- metasedimentos metavolcánicos y volcaniclásticos, 5- depósitos de wadi y 6- mármoles auríferos-uraníferos. Según estudios previos85, los datos de entrenamiento y evaluación se mantuvieron entre 70-80% y 30-20%, respectivamente. La división de datos se realizó de forma aleatoria. Los datos de entrenamiento y prueba de las seis clases se seleccionaron con precisión (Tabla 2) centrándose en los mármoles auríferos y uraníferos y las unidades de roca circundantes. Estos números de píxeles (que se muestran en la Tabla 2) se determinaron con base en una combinación de pruebas de sobremuestreo y submuestreo para equilibrar el conjunto de datos y garantizar las mejores muestras representativas para cada clase, según nuestro trabajo de campo y mapas geológicos anteriores. Se logró una investigación más detallada de los mármoles mineralizados mediante la incorporación de partes de diferentes ubicaciones (Barramiya -BM, El-Rukham-ER y Daghbag -DG) de mármoles auríferos-uraníferos confirmados en los datos de prueba.

Hacia una clasificación más equilibrada, actualizando el mapa litológico del área de estudio y desentrañando la relación espacial de las zonas portadoras de Au y U con las unidades rocosas circundantes, se realizó una clasificación multiclase alimentando el algoritmo SVM con datos de Sentinel 2 para clasificar las área de estudio en las seis clases principales. Se elige SVM porque se considera uno de los mejores clasificadores para realizar generalizaciones multiclase de datos de teledetección55,78,86 y depende de la teoría del aprendizaje estadístico87. SVM se basa principalmente en lograr la máxima separación entre las clases utilizando un hiperplano óptimo. Lo que hace que su eficiencia sea mucho mejor es que, además de este margen, siempre se aplica una penalización por clasificación errónea que ayuda a una mejor clasificación. Con referencia a estudios previos similares44,55 y después de varios ensayos, los parámetros óptimos para SVM fueron una función de base radial (mejor que lineal y polinomial) como kernel, y 100 para la penalización. Según nuestras diversas pruebas y estudios previos similares44,49,51, se recomendó el recíproco de las bandas de entrada y posteriormente se utilizó para asignar el valor de 0,33 al parámetro gamma dentro de la función kernel.

Debe enfatizarse que seleccionar manualmente los hiperparámetros óptimos a través de prueba y error es una tarea engorrosa. Por lo tanto, llevamos a cabo más de 50 ensayos de clasificación para lograr el mejor ajuste (ya que los problemas de sobreajuste y desajuste están relacionados principalmente con los parámetros seleccionados) y asegurarnos de que las unidades de roca en nuestra área de estudio se asignaron de manera adecuada. Además del método de prueba y error, consultamos varios estudios previos44,49,51 que arrojaron resultados favorables en terrenos y condiciones similares para elegir los parámetros óptimos asignados en nuestra investigación.

Muestras representativas de los nuevos yacimientos de mármoles auríferos-uraníferos del distrito de Barramiya-Dghbagh se investigaron microscópica y mineralógicamente en la Autoridad de Materiales Nucleares de El Cairo. Las muestras se examinaron utilizando un microscopio electrónico polarizado y de barrido (SEM) para obtener detalles petrográficos. La imagen SEM se utilizó para demostrar las relaciones geométricas entre los constituyentes minerales, en particular la dolomita y la calcita, así como para detectar granos no carbonatados que no eran visibles bajo el microscopio polarizado debido a su pequeño tamaño. El SEM está equipado con un espectrómetro de rayos X dispersivo de energía Link Analytical AN-1000/855 calibrado utilizando estándares naturales para identificar elementos y detectar, semicuantitativamente, sus composiciones químicas. Se aplicaron 25–30 kV de voltaje de aceleración durante el análisis del espectrómetro de rayos X de dispersión de energía (EDXA). Para elementos con Z > 9, las precisiones analíticas oscilan entre el 2 y el 5 %, y para elementos más ligeros oscilan entre el 5 y el 10 %. Usando espectroscopía de difracción de rayos X (XRD), se verificó la identificación de minerales y sus abundancias relativas. La concentración de Au en nueve muestras representativas de mármol mineralizado fue detectada por espectrofotómetro de absorción atómica (AAS). Se utilizó agua regia para digerir las muestras para el análisis de Au. La precisión analítica es de ± 5%. Después de la digestión con HCl, los contenidos de Uchemical y Thchemical se determinaron espectrofotométricamente (método colorimétrico). Debido a que U no es un emisor gamma, la determinación espectrométrica de rayos gamma de U equivalente (eU) se basa en la medición de los rayos gamma emitidos por sus hijos.

Los resultados del procesamiento de imágenes brindan una discriminación litológica clara para todas las unidades de roca dentro del distrito de Barramiya-Dghbagh, como se muestra en las Figs. 4 y 5. Por ejemplo, la Fig. 4a separa claramente las serpentinitas en píxeles de color amarillo usando PC1-PC2-PC3 en RGB respectivamente de rocas graníticas (verde), metasedimentos metavolcánicos y volcaniclásticos (rosa oscuro) y metagabros (rosa claro) . Las observaciones de campo respaldan, en gran medida, estos resultados y revelaron que los mármoles mineralizados están enteramente asociados espacialmente con las serpentinitas ofiolíticas. Por lo tanto, se puso especial énfasis en discriminar las serpentinitas e investigar intensamente sus diminutas variedades. En consecuencia, los resultados del compuesto RGB 1–2-3 de MNF proporcionan una mejor discriminación de las serpentinitas y sus mármoles auríferos-uraníferos relacionados en dos grados de color verde. Al cotejar estos colores verdes con nuestras observaciones de campo en toda el área de estudio, se notó una coincidencia considerable entre ellos y la distribución de los mármoles aurífero-uranífero. Por supuesto, la distribución espacial del color verde es mayor que la presencia real de mármoles, ya que las serpentinitas y sus componentes relacionados (por ejemplo, carbonatos de talco) también se destacan con el mismo color. Estas variaciones dentro de las rocas de serpentinitas también son confirmadas por la Fig. 5a (color amarillo con un tono verdoso para las serpentinitas) y la Fig. 5b (diferentes tonos del color rosado). Estas variaciones (dentro y alrededor de serpentinitas en diferentes partes del área de estudio) se confirman utilizando datos de ALOS PRISM. Estas diferencias tonales dentro de las serpentinitas son principalmente indicios de mármoles auríferos-uraníferos, que tienen una composición heterogénea (basada en observaciones de campo) como se observa en los diferentes tonos dentro de las rocas serpentinitas (visto claramente en las partes sur y norte del área de estudio y en las Figuras de 8b, 9b y 10b de las imágenes PRISM).

Combinaciones de colores de RGB que muestran (a) PC1-PC2-PC3 separando rocas de serpentinita en color amarillo con algunas impurezas rosadas diminutas en su interior, y (b) MNF1-MNF2-MNF3 discriminando serpentinitas y sus mármoles Au-U relacionados. (Creado por el software ENVI v. 5.6.2.; https://www.l3harrisgeospatial.com/Software-Technology/ENVI).

Combinaciones de RGB que muestran (a) MNF2-PC2-12 discriminando rocas de serpentinita en color amarillo con algunas impurezas diminutas verdosas en su interior, y (b) IC1-IC2-IC3 discriminando serpentinitas en diferentes tonos rosados. (Creado por el software ENVI v. 5.6.2.; https://www.l3harrisgeospatial.com/Software-Technology/ENVI).

Como método objetivo para detectar la distribución de los mármoles aurífero-uranífero, SVM entrega un mapa temático para las seis clases (Fig. 6) utilizadas en el proceso de clasificación. La precisión general (OA) fue de alrededor del 90,76 %, lo que indica una buena diferenciación de los objetivos litológicos clasificados. Además del OA, el mapa temático resultante se evaluó utilizando el conocido coeficiente kappa (K), la matriz de confusión, las precisiones del productor y el usuario, la puntuación F1 (Tabla 3) y las observaciones de campo (Fig. 7). Esta validación estadística indica que las rocas de serpentinita estaban claramente separadas de otras rocas graníticas, metagabroicas y metavolcánicas. En general, todas las precisiones de los productores estuvieron por encima del 90% para todas las clases. Las clasificaciones erróneas son principalmente el resultado de características espectrales complicadas y una topografía variada que podría generar problemas de iluminación solar en la clasificación de imágenes. Por ejemplo, en las Figs. 8, 9 y 10, la escala de observación es grande (en metros), por eso se pueden representar detalles minuciosos de problemas de sombreado. Sin embargo, nuestro enfoque principal fue la clasificación de los mármoles mineralizados, que exhibieron menos instancias de estos problemas en las imágenes clasificadas en comparación con otras unidades de roca.

Mapa litológico temático del área de estudio creado usando SVM y que muestra la distribución de mármoles que contienen Au-U (amarillo) dentro del área de estudio. Creado por ArcGIS Desktop 10.8. https://www.esri.com/en-us/arcgis/products/arcgis-desktop/overview y ENVI v. 5.6.2. software; https://www.l3harrisgeospatial.com/Software-Technology/ENVI.

Fotografías de campo que validan las principales unidades rocosas clasificadas, incluidas (a) serpentinitas de G. Um Salim, (b) metavolcánicas, (c) serpentinitas de Um Salatit y depósitos de Wadi, (d) Metagabbro, (e) rocas graníticas y (d) volcaniclásticas metasedimentos introducidos a través del mapa temático final de SVM. Las ubicaciones exactas de estas fotografías de campo se colocan sobre la Fig. 5 dentro de los triángulos blancos. Estas fotos son nuestras y acordamos publicarlas.

Validación de (a) resultado de SVM de mármoles que contienen Au-U a través de la comparación con (b) una zona de bandas mineralizadas bien conocida dentro del área de Barramiya usando PRISM Pan-sharpened (2.5 m) Sentinel 2 12–6-2-FCC en RGB . La imagen de Sentinel 2A se descargó a través de la plataforma de la Agencia Espacial Europea (ESA). Se pudo acceder a los datos de PRISM a través de la instalación de satélites de Alaska y el sitio web del Centro de Investigación de Observación de la Tierra (EORC) de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA). La figura fue creada por Sentinel Application Platform (SNAP), 2- ENVI v. 5.6.2. software; https://www.l3harrisgeoespacial. com/Software-Technology/ENVI), que se utiliza principalmente para el procesamiento de imágenes, y 3- ArcGIS Desktop 10.8. (https://www.esri.com/en-us/arcgis/products/arcgis-desktop/overview/.

Validación de (a) resultado de SVM de mármoles que contienen Au-U a través de la comparación con (b) una zona mineralizada bien conocida en el área de El-Rukham usando PRISM Pan-sharpened (2.5 m) Sentinel 2 12–6-2-FCC en RGB . La imagen de Sentinel 2A se descargó a través de la plataforma de la Agencia Espacial Europea (ESA). Se pudo acceder a los datos de PRISM a través de la instalación de satélites de Alaska y el sitio web del Centro de Investigación de Observación de la Tierra (EORC) de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA). La figura fue creada por Sentinel Application Platform (SNAP), 2- ENVI v. 5.6.2. software; https://www.l3harrisgeospatial.com/Software-Technology/ENVI), que se utiliza principalmente para el procesamiento de imágenes, y 3- ArcGIS Desktop 10.8. (https://www.esri.com/en-us/arcgis/products/arcgis-desktop/overview/.

Validación de (a) resultado de SVM de mármoles que contienen Au-U a través de la comparación con (b) una zona mineralizada bien conocida en el área de Daghbagh usando PRISM Pan-sharpened (2.5 m) Sentinel 2 12–6-2-FCC en RGB. La imagen de Sentinel 2A se descargó a través de la plataforma de la Agencia Espacial Europea (ESA). Se pudo acceder a los datos de PRISM a través de la instalación de satélites de Alaska y el sitio web del Centro de Investigación de Observación de la Tierra (EORC) de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA). La figura fue creada por Sentinel Application Platform (SNAP), 2- ENVI v. 5.6.2. software; https://www.l3harrisgeospatial.com/Software-Technology/ENVI), que se utiliza principalmente para el procesamiento de imágenes, y 3- ArcGIS Desktop 10.8. (https://www.esri.com/en-us/arcgis/products/arcgis-desktop/overview/.

Una verificación de campo de las principales unidades litológicas dentro del área de estudio reveló una coincidencia razonable entre el mapa temático resultante y nuestras observaciones de campo (Fig. 7); sin embargo, algunas clasificaciones erróneas son casi evidentes entre rocas graníticas, depósitos de wadi y mármoles auríferos-uraníferos. Por ejemplo, la mayoría de las rocas graníticas dentro del estudio son granitos sintectónicos que están altamente diseccionados, fracturados y erosionados, como se muestra alrededor del área de G. El-Rukham. Adicionalmente, los mármoles mineralizados son rocas heterogéneas (mármoles negros y blancos) con una favorabilidad química al agua de lluvia durante las tormentas que ocasionalmente afectan el área de estudio. Por lo tanto, una cantidad considerable de productos de serpentinita y tal vez mármoles casi se ven alrededor de las serpentinitas ya lo largo de los depósitos de wadi circundantes. Estos depósitos de wadi tienen una mayor potencialidad de depósitos de placeres de oro en comparación con otros dentro del área de estudio. Esto se confirma por la abundancia de minería aleatoria dentro del área de estudio en las serpentinitas alteradas y sus placeres.

Estos hallazgos se confirman mediante el análisis estadístico detallado de nuestra clase objetivo (MB) a través del cálculo e interpretación de su recuperación, precisión y puntuación F1. De acuerdo con los resultados de la clasificación, el modelo SVM parece tener una precisión decente del 89 % para clasificar las canicas mineralizadas. Esto indica que el modelo SVM acierta el 89 % de las veces cuando predice que cierto píxel es una canica. Esto demuestra que, de todas las muestras que predice como positivas, el modelo es capaz de identificar correctamente una parte significativa de muestras positivas (es decir, muestras correspondientes a mármoles mineralizados). Esto da como resultado menos falsos positivos (es decir, situaciones en las que el modelo SVM predice que cierto píxel está mineralizado pero no lo está). En los programas de exploración donde los falsos positivos pueden tener repercusiones, ya que pueden dar lugar a esfuerzos de exploración sin sentido o costosos, esta situación siempre se favorece. Por lo tanto, es importante minimizar los falsos positivos cuando se exploran rocas mineralizadas. En la clasificación actual, la precisión dada es de alrededor del 89 % y el porcentaje de error se identifica en los mapas temáticos resultantes, donde se muestra un número considerado de píxeles (que representan depósitos de wadi). mal clasificados como mármoles auríferos-uraníferos. Sin embargo, la baja recuperación del 61,68 % indica que al modelo SVM le falta una cantidad significativa de mármoles mineralizados. En el estudio actual, esto se atribuye a la variabilidad en la apariencia de los mármoles mineralizados en las imágenes satelitales que se confirma durante el trabajo de campo (podrían estar presentes mármoles blancos y negros dentro del área de estudio), además de confusiones con depósitos de wadi. Esto también podría atribuirse a la complejidad de los objetivos clasificados donde las firmas espectrales de las unidades de roca apenas se diferencian, afectadas por varios eventos tectónicos, alteraciones hidrotermales y procesos de meteorización. Que este nivel de rendimiento sea "bueno" o no depende del contexto de clasificación y del compromiso aceptable entre precisión y recuperación. En algunos casos (por ejemplo, el estudio actual), la alta precisión puede ser más importante que la memoria, ya que los falsos positivos (es decir, unidades de roca no mineralizadas que se clasifican como mineralizadas) son particularmente costosos. En este estudio, la falta de una cantidad de píxeles mineralizados podría no ser un problema, ya que dichas áreas podrían identificarse más durante los programas detallados de exploración de campo a través del análisis estructural o las relaciones litológicas. Como esperamos que los píxeles perdidos estén más o menos cerca de los identificados además de las rocas de serpentinita. Por lo tanto, es crucial enfatizar que en clasificaciones de esta naturaleza, se debe considerar cuidadosamente el equilibrio entre minimizar los falsos positivos y los falsos negativos. Esto es fundamental para evitar actividades de exploración innecesarias o pasar por alto potenciales mineralizaciones.

Una puntuación F1 del 72 % significa que el modelo SVM es capaz de lograr alta precisión y recuperación, aunque no al mismo tiempo. Esto sugiere que el modelo está haciendo una compensación razonable entre las dos medidas. Específicamente, el modelo SVM es capaz de identificar correctamente los mármoles mineralizados con alta precisión, al mismo tiempo que captura un número razonable de ellos, como lo indica el valor de recuperación. Este es, en nuestra opinión, el principal beneficio de los MLA, es decir, resolver problemas tan complicados para entregar un mapa temático eficiente que es en su mayoría similar al mapa geológico de referencia, cuyo establecimiento requiere mucho tiempo y esfuerzo. Además, destaca una de las rocas mineralizadas que rara vez se abordan (los mármoles auríferos-uraníferos) por su falta de detección.

Para una mayor verificación de la salida de SVM, se verificaron tres sitios confirmados de mármoles auríferos-uraníferos, incluidos BM (Fig. 8), AR (Fig. 9) y DG (Fig. 10) dentro del mapa temático resultante y una gran coincidencia (separando los mármoles mineralizados de las rocas del país) se notó. Vale la pena señalar que tomamos en cuenta solo dos sitios durante el entrenamiento del modelo SVM. Como una forma de verificación del desempeño, el tercer sitio fue excluido deliberadamente de los datos de entrenamiento del clasificador. Además, es importante tener en cuenta que no todos los píxeles dentro de los dos sitios seleccionados se delinearon como datos de entrenamiento. Este enfoque se adoptó para garantizar una especie de validación interna para estos sitios. Además, se verificó la distribución espacial de los mármoles mineralizados y serpentinitas (Fig. 11) dentro del mapa temático resultante que manifiesta la asociación espacial entre las rocas de mármol mineralizado y serpentinitas según lo confirmado durante el trabajo de campo. Los mármoles auríferos-uraníferos pronosticados fueron confirmados por observaciones de campo (las ubicaciones exactas de nuestras estaciones de campo se dejan caer en la Fig. 11), que se analiza con más detalle en la siguiente sección.

Distribución de canicas que contienen Au-U (naranja) dentro del área de estudio. Superposición espacial de serpentinitas (azul) y mármoles que contienen Au-U (naranja) que indican que los últimos están espacialmente relacionados (dentro o alrededor) de los primeros. Las anotaciones (es decir, a) sobre la figura se refieren a las ubicaciones exactas de nuestras observaciones de campo (que se muestran en esta figura) para las canicas que contienen Au-U. Se ve una gran coincidencia entre el resultado de SVM y nuestras observaciones de campo donde todas las anotaciones de llamadas apuntan a píxeles naranjas. Las concentraciones (en ppm) de Au y U en rocas de mármol en estos lugares se dan en la Tabla 1 complementaria. Creado por ArcGIS Desktop 10.8. https://www.esri.com/en-us/arcgis/products/arcgis-desktop/overview y ENVI v. 5.6.2. software; https://www.l3harrisgeospatial.com/Software-Technology/ENVI.

Varias ocurrencias de mármol aurífero-uranífero en el distrito estudiado de Barramiya-Daghbagh están asociadas principalmente con rocas de mezcla ofiolítica segmentadas unidas por empuje y metasedimentos metavolcánicos-arcos de islas. Estos mármoles se encuentran principalmente en Wadi Al Barramiya, Gebel El-Rukham y Wadi Daghbagh. En general, todos los mármoles estudiados no presentan estratificación o esquistosidad, lo que puede indicar que las texturas carbonatadas originales han sido borradas88. En las muestras trituradas lavadas utilizando la lupa, todos los mármoles están libres de fósiles y muestran diferentes tamaños de grano y forma de los minerales de carbonato en formación.

En general, los mármoles de Barramiya-Daghbagh se deforman ocasionalmente, especialmente cuando entran en contacto con rocas del país (Fig. 12a). La mineralización de oro se puede encontrar tanto en mármol macizo como deformado. El mármol mineralizado se encuentra en abundancia en el área de Wadi Al Barramiya del distrito de Barramiya-Daghbagh, donde se intercala con serpentinitas y, a veces, esquisto. La aparición de mármol en la parte centro-sur del área de Wadi Al Barramiya se ilustra en la Fig. 12a. Coincidiendo con los resultados de la teledetección (Fig. 8), el mármol de BM generalmente se encuentra en forma de vaina y en forma de cama (5–8 m de espesor y hasta 100 m de largo) en dirección NE-SW. Por lo general, es de color gris a blanco grisáceo. Las rocas de serpentinitas de su país están alteradas en su mayoría. El contacto entre el mármol y la serpentinita alterada no suele ser nítido. En contacto con el mármol, los afloramientos típicos exponen las serpentinitas como muy cortadas, foliadas y, a veces, plegadas, y se vuelven ricas en carbonatos, grafito y clorita. La transición de serpentinita a mármol se ha descrito como una deformación progresiva de serpentinitas y mármol milonítico. Ocasionalmente se han producido partículas extremadamente pequeñas como resultado de la fragmentación. La milonitización del mármol se observa en una escala de sección delgada (2 cm). El mármol no milonítico está dominado por granos de carbonato gruesos y equidistantes. No hay una orientación preferida dimensional obvia, y solo una banda de color débil (gris y blanco) define la foliación en la muestra de la mano.

Fotografías de campo de las rocas de mármol aurífero y uranífero de (a,b) BM, (c,d,e) ER y (f,g,h) DG. S: serpentinita, M: mármol, Sh: esquisto. Las ubicaciones exactas de estas fotografías de campo se muestran en la Fig. 10. (Estas fotografías de campo fueron tomadas por los autores de la investigación actual. Estas fotos son nuestras y acordamos publicarlas). Estas fotografías de campo son tomadas por los autores de la presente investigación. Estas fotos son nuestras y acordamos publicarlas.

El mármol ER se presenta en rebanadas y formas similares a vainas desde la escala cm hasta la escala m (hasta 5 m de espesor) intercalando con serpentinitas y gabros (Fig. 12b, c), particularmente en la parte noreste del área (como lo confirma la Fig. 9 a partir de datos de teledetección). Golpean de WNW a ESE a lo largo de fallas de alto ángulo de hasta 60 m de largo en rocas altamente deformadas y alteradas (Fig. 12). Los mármoles suelen ser puros en blanco y de grano grueso. Sin embargo, al contacto con las rocas huésped adquieren tonalidades parduscas y rojizas. Los productos de recristalización están muy extendidos dentro de las aureolas de contacto con las rocas huésped, donde los mármoles se dividen en zonas, con texturas más rugosas. Estas aureolas de contacto son ricas en minerales de silicato que pueden observarse con el ojo del cuello. Las rocas huésped cercanas y en contacto con el mármol también presentan tonalidades parduscas, donde se han encontrado con frecuencia minerales de carbonatos, clorita y cromita alterada. El mármol ER, a diferencia del mármol BM, no presenta milonitización incluso en el contacto con las rocas huésped.

El mármol DG generalmente se presenta en lechos masivos (de 2 a 7 m de espesor y hasta 60 m de largo), pero no muestra estratificación (Fig. 12 d, e), con un rumbo casi NW-SE y un buzamiento de aproximadamente 20°. Ocurre abundantemente en la mitad sur del área de W. Dghbagh. En comparación con los mármoles BM y ER, el mármol DG es de grano fino y tiene un color negro más oscuro. Típicamente tiene vetas de calcita de grano grueso con corte transversal tardío. Coincidiendo con los resultados de la teledetección en la parte noroeste del área de estudio, el mármol DG se encuentra comúnmente con serpentinitas alteradas, grafito milonítico y esquisto de clorita. Los contactos tectónicos entre el mármol y las rocas circundantes están dominados por la formación de fracturas por desprendimiento entre capas. Pequeños cuerpos en forma de dique de tonalita a granodiorita intruyen la serpentinita en algunos lugares y algunas vetas de cuarzo atraviesan los cuerpos félsicos. A lo largo de las zonas de empuje y cizallamiento, las serpentinitas del país muestran altas alteraciones con el desarrollo de una gama de talco y rocas cavernosas de talco-carbonato de color marrón amarillento, y el mármol, por otro lado, se vuelve más rico en minerales de silicato.

Los mármoles del distrito de Barramiya-Dghbagh contienen entre un 75 % y un 95 % de minerales carbonatados (calcita y dolomita, excepto en el mármol ER que es principalmente calcita) y entre un 8 % y un 25 % de minerales no carbonatados, según se estima mediante un examen microscópico suministrado con EDX (Fig. . 13) y análisis XRD (Fig. 14). Los minerales no carbonatados que se encuentran en el mármol BM incluyen anfíboles y clorita, mientras que el mármol DG contiene clorita y pirofilita. Todas las muestras contienen, junto con los minerales de oro y uranio de autunita, uranófano, carnotita y uranothorita, minerales accesorios de cuarzo, apatita, cromita, hematita, goethita, bunsenita (NiO), danbaita [(Cu–Zn) O], REE -minerales (monacita y alanita), circón y baddeley. Además, se han encontrado cantidades menores de serpentina en muestras de ER y de grafito y piroxeno en muestras de BM y ER. Según Rosen et al. (2004) de la clasificación de mármoles, en base a su contenido de minerales de carbonato y silicato, los mármoles auríferos-uraníferos BM y DG estudiados son calcíticos impuros a dolomíticos impuros; mientras que los de ER son principalmente calcíticos impuros.

(a–f) Imágenes de electrones retrodispersados ​​(BSEI) de minerales de silicato (Amp: anfíbol; Px: piroxeno; Pyro: pirofilita; Chl: clorita) entre granos minerales de carbonato (Cc: calcita; Do: dolomita), (g– i) BSEI y EDX de oro (g), autunita (h) y apatita rica en REE (i).

Patrón de difracción de rayos X del mármol Barramiya-Daghbagh. Muestras BM-2, BM-4 (W. Al Barramiya), ER-22 (Gabal El-Rukham) y DG-1 (W. Daghbagh). Cc (calcita), Do (dolomita), Amp (anfíbol), Chl (clorita), Pyro (pirofilita).

Las muestras de mármol exhiben una variedad de texturas (los términos usados ​​son de Heinrich, 1956; Jung, 1969; Best, 1982). Están hechos de granos de varios tamaños (heteroblásticos), así como granoblásticos, ya que los granos de carbonato tienen bordes rectos a curvos. A diferencia de los mármoles BM y DG, los mármoles ER tienen configuraciones de límite de grano estables, como lo demuestran las superficies planas de contacto de los granos de carbonato poliédricos adyacentes (principalmente calcita) y las uniones de triple grano que se encuentran en ángulos de aproximadamente 120°. Los granos minerales accesorios son euédricos a subédricos incrustados en los carbonatos finos (Fig. 13). Algunos de los mármoles (especialmente los de DG) se definen texturalmente como "microgranulares", compuestos de granos de carbonato demasiado finos (0,05 a 0,3 mm) para detectar geometrías intergranulares bajo el microscopio. En la matriz carbonatada se intercalan minerales de silicato y grafito, mientras que otros minerales accesorios se encuentran en cavidades y fisuras.

La calcita se presenta como cristales discretos entrelazados con dolomita (Fig. 13). Su tamaño de grano (0,3–6 mm para la calcita; 0,2–4 mm para la dolomita) aumenta notablemente en los mármoles desde DG hasta BM y ER. Los resultados de EDX demuestran que las concentraciones de los componentes mayoritarios, así como de SrO, son generalmente homogéneas en calcita y dolomita, pero no en los componentes menores. La calcita en el mármol ER tiene el contenido más alto de MgO (promedio 2,7 % en peso), y el contenido más bajo de FeO (promedio 0,06 % en peso) y MnO (promedio 0,05 % en peso), mientras que el contenido más bajo de MgO (promedio 0,05 % en peso) Se detecta un contenido de 2,08% en peso en calcita de mármol DG, y los contenidos más altos de FeO (0,47% en peso) y MnO (0,17% en peso) se detectan en calcita de mármol BM. La dolomita en el mármol BM tiene los contenidos más altos de FeO (promedio 0,78 % en peso) y MnO (promedio 0,41 % en peso), mientras que la dolomita en el mármol ER tiene los contenidos más bajos de FeO (promedio 0,21 % en peso) y MnO (promedio 0,06% en peso) contenido. De acuerdo con los coeficientes de partición estimados de Fe (KDFe < 1), Mn (KDMn < 1) y Sr (KDSr > 1) entre calcita y dolomita en los mármoles mineralizados, concluimos que el equilibrio químico entre los minerales carbonatados puede haberse logrado90 .

El anfíbol es el mineral de silicato accesorio más frecuente. Se encuentra como cristales aciculares alrededor de carbonatos (Fig. 13a). Además, aparece como prismas subédricos delgados (hasta 2 mm de longitud) con clinopiroxeno relicto (Fig. 13b, c, e). La composición de anfíboles (basada en la clasificación IMA de Leake et al. (1997)) en el mármol BM varía de tremolita a magnesiohornblenda, mientras que típicamente se compone de tremolita en el mármol ER y magnesiohornblenda en el mármol DG. El piroxeno se encuentra principalmente en anfíboles (Fig. 13b) y ocasionalmente entre minerales de carbonato. Tiene la composición de augita en BM-mármol (av. Wo23.5 En68.25Fs7.67) y de diópsido (av. Wo44.04En55.54Fs0.42) en ER-mármol. El clorito se encuentra en pequeñas cantidades en los mármoles DG y BM. A veces se entrecruzan como laminillas dentro de anfíboles o como xenoblastos dentro de clinopiroxeno y minerales de carbonato (Fig. 13f). El talco, la pirofilita y la caolinita se registran solo en mármol DG. El talco está encerrado dentro o en los bordes del piroxeno. La pirofilita se presenta como cristales anédricos individuales en carbonatos (Fig. 13d), o en paquetes dentro de la caolinita. El grafito es común en DG y BM y se encuentra entre los granos de carbonato.

El oro (10–35 µm) se presenta principalmente como pepitas en poros y cavidades y, a veces, en fisuras en la matriz de carbonato (Fig. 13g). En los mármoles ER y DG, el oro aparece como glóbulos o barras, pero en el mármol BM, aparece como medias lunas o rayas irregulares. La concentración de oro (Tabla complementaria 1) que se determinó en las muestras de roca osciló entre 0,98 y 2,79 g/t. El cobre (7,81–9,13 % en peso) es el oligoelemento más común en los granos de oro. Mientras que el contenido de Ag en el oro de los mármoles ER y BM es insignificante, el del oro de los mármoles DG oscila entre 7,87 y 10,03 en peso. %

Los minerales de uranio se encuentran más comúnmente en caolinita, hematita y goethita. Son principalmente autunita- Ca(UO2)2(PO4)2·10–12H2O (10–50 µm) (Fig. 13h) y uranofano- (Ca(UO2)2(SiO3OH)2·5H2O) (10–15 µm ). Sin embargo, en algunas muestras se encuentran carnotita-K2 (UO2)2(VO4)2·3H2O (30–50 µm) y uranothorita- (Th, U) SiO4 (3–7 µm). Los contenidos de U en muestras de mármol (Tabla complementaria 1) oscilan entre 127 y 641 ppm. La uranothorita se encuentra en la mayoría de las muestras como granos subédricos finos diseminados o como un relicto irregular en otros granos minerales de uranio. Esto sugiere que la uranothorita es un mineral primario a partir del cual se formaron los minerales secundarios de uranio. El circón se detecta solo en el mármol BM, que contiene una concentración significativa de U. Todos los mármoles contienen apatito, que se encuentra como granos subédricos a anédricos en las cavidades. Los espacios entre los granos de apatita en los mármoles DG y BM suelen estar llenos de grafito. La apatita se distingue por su alto contenido en REE (Fig. 13i). La monacita y la alanita dentro de la matriz de carbonato se encuentran entre los minerales REE en los mármoles estudiados. Además, la monacita tiene altas concentraciones de Th y U. El contenido de uranio en los mármoles estudiados se encuentra en un estado de desequilibrio distinto. El uranio analizado químicamente (Uchemical) es de 50 a 300 veces el uranio determinado radiométricamente (eU).

Los mármoles impuros estudiados del distrito de Barramiya-Dghbagh se formaron por la recristalización metamórfica de protolito de carbonato dominante (principalmente calizas, dolomías, calizas dolomíticas o carbonatitas) que contenían minerales de silicato menores. Sin embargo, las variaciones de composición heredadas del protolito son sugeridas por variaciones en la mineralogía de silicatos. Las concentraciones de SrO (0,01–0,09 % en peso) de calcita y dolomita en los mármoles estudiados son comparables a las de los mármoles de origen sedimentario (p. ej., Borra, India:91,92; Sol Hamed, ED-Egipto:5; Engabreen, Noruega :93; Sri Lanka:94). sugirió que la fuente de SiO2 y Al2O3 en los mármoles ER y DG es probablemente rocas de serpentinita del país, como lo demuestra la fuerte correlación entre los contenidos de Cr y estos óxidos. Por otro lado, el SiO2 y el Al2O3 en el BM-mármol pueden haberse originado a partir de un precursor arcilloso.

La mineralogía distinta, la química mineral y las características de textura de los mármoles estudiados proporcionan evidencia de actividades predominantes de fluidos sin- a post-metamórficos en el distrito de Barramiya-Dghbagh. Usando los resultados de EDX, se puede determinar que los aniones presentes en los minerales que contienen volátiles son principalmente hidróxido y carbonato, con cloruro y fluoruro menores. Esto sugiere que los fluidos de metamorfismo probablemente eran principalmente mezclas binarias de H2O-CO2 con bajas concentraciones de HF y NaCl. En mármoles de ER y BM, las abundancias modales de los minerales anhidros que se pueden producir por reacciones de descarbonatación, como el piroxeno, son bajas (promedio 2 vol. %). Esto se refiere a fluidos con bajo equilibrio de XCO2 y, por otro lado, una cantidad considerable de fluido acuoso que se derivó externamente durante la progresión de un metamorfismo retrógrado.

La forma y las características geométricas de los granos minerales en los mármoles estudiados se utilizaron para identificar y demostrar el equilibrio durante la evolución metamórfica. El tamaño promedio más grande y las superficies planas de contacto de los granos de carbonato poliédricos adyacentes de los granos de carbonato en el mármol ER sugieren que el mármol ER exhibe más recristalización metamórfica en comparación con otros mármoles estudiados95. La temperatura estimada de equilibrio entre la calcita y la dolomita oscila entre 450 °C en mármol BM y 650 °C en mármol ER, utilizando XMgCO3 (prom. = 4,76 % mol. y prom. = 5,61 % mol; respectivamente) en ' s termómetro de calcita. Por lo tanto, el mármol ER puede representar una mayor obliteración de las características texturales primarias a través de un proceso metamórfico de mayor grado. Además, la mayor recristalización del mármol negro BM en comparación con el mármol negro DG puede ser responsable de la mayor decoloración durante las reacciones progresivas, seguida de una mayor eliminación de trazas de carbono orgánico97. Esto se evidencia por el hecho de que el mármol BM es más brillante que el mármol DG.

La reacción progresiva se evidencia por la presencia de clinopiroxeno como único mineral de silicato en algunas muestras. Sin embargo, su presencia como único mineral formado por metamorfismo progrado refleja la sencillez de las rocas premetamórficas. Basado en termómetros de piroxeno de 98,99, 2 estimó que el clinopiroxeno se formó bajo metamorfismo de facies de granulita a T = 825—975 °C (augita en mármol BM) y a T = 600–900 °C (diópsido en mármol ER).

A juzgar por los conjuntos de minerales hidratados, el metamorfismo retrógrado de las rocas de mármol pasó a la facies inferior de anfibolitas y esquistos verdes. La textura de los anfíboles en todos los mármoles puede indicar una rehidratación retrógrada de clinopiroxeno. Cuando se compara con la tremolita, la magnesiohornblenda con alto contenido de Al generalmente reemplaza a la augita en el mármol BM. Esto probablemente fue seguido por la formación de tremolita (a 500–600 °C; Winter100). La tremolita, por otro lado, se generó en el mármol ER a través de la hidratación del diópsido. En el mármol DG, la formación de tremolita fue seguida por la formación de talco (400–500 °C), luego pirofilita (300–400 °C) y finalmente clorita (179–245 °C).

En los mármoles estudiados, el oro se encuentra en forma de pepitas dispersas en una matriz carbonatada y no está asociado a minerales sulfurados. La relación espacial de los mármoles mineralizados estudiados con rocas de serpentinita indica su potencial como fuente de oro. Además, la distribución de la mineralización de oro generalmente no está relacionada con las zonas de deformación, lo que implica que la deformación no desempeñó el único papel en los conductos de alimentación de fluidos durante la mineralización de oro.

Hamdy y Aly2 propusieron que la oxidación era responsable de la liberación de oro de las rocas generadoras ultramáficas en todos los mármoles. Sin embargo, en los mármoles ER y DG, esto probablemente esté asociado con el metamorfismo (mineralización sin metamórfica) y la formación de minerales de silicato (Fig. 15). Las rocas ultramáficas experimentaron su metamorfismo en la facies de esquisto verde-anfibolita de transición, con estructuras frágiles-dúctiles y frágiles a lo largo de los cabalgamientos en desarrollo101, proporcionando canales favorables para el flujo de fluidos de mineralización metamórfica. Como el oro se transportaba a las rocas carbonatadas en complejos de hidroxilo, estos fluidos eran esencialmente mezclas binarias de H2O-CO2 con bajas concentraciones de NaCl y HF. Por el contrario, el oro se liberó de las rocas generadoras en el BM-mármol después del metamorfismo y durante su alteración (mineralización post-metamórfica).

Paragénesis minerales en rocas de mármol de Barramiyah-Daghbagh.

La relación eU/Uquímica suele ser menor a uno en todos los mármoles mineralizados estudiados, lo que indica que se agregó recientemente (es decir, los hijos que emiten rayos gamma aún no se producen o al menos la serie de decaimiento no alcanzó un estado de equilibrio). Las edades de mineralización del uranio en los mármoles estudiados son < 1,5 Ma (post-metamórfico), ya que U alcanza el equilibrio alrededor de los 1,5 Ma102. La presencia de uranio en mármoles después del metamorfismo (Fig. 15) sugiere fuertemente que es de origen secundario. Además, el origen secundario del uranio está respaldado por la concentración de minerales de uranio como minerales de relleno de poros y fracturas, así como por su forma de aparición como fosfato, silicato y vanadato. Los diques de felsita y traquita en ER y DG, así como las rocas de granito en BM, pueden considerarse fuentes potenciales de uranio primario. El agua meteórica fue probablemente la responsable de la erosión del uranio desde su fuente principal, transporte y deposición en el mármol. Es muy probable que esto ocurriera durante los períodos pluviales de Egipto, cuando el desierto oriental se inundó con agua superficial103. Los minerales U secundarios (autunita, uranofano y carnotita) podrían precipitarse a lo largo de fracturas y huecos abiertos mediante evaporación, formación de ligandos o adsorción en oxihidróxidos de hierro y minerales arcillosos. La relación simpática negativa entre los contenidos de U y Au en el BM-mármol sugiere que el fluido mineralizante del uranio es el mismo que el del oro y que la mineralización ocurrió en los últimos 1,5 Ma, pero en tiempos diferentes.

Por primera vez sobre el Arabian Nubian Shield, la investigación actual integró los datos de Sentinel 2 y ALOS PRISM con el conocido algoritmo de máquina de vectores de soporte para detectar mármoles auríferos y uraníferos. Los resultados del enfoque actual se han verificado estadísticamente (matriz de confusión, precisión general, coeficiente kappa), utilizando un trabajo de campo intensivo e investigaciones petrográficas y mineralógicas (XRD, EDX y BSEI). Nuestra investigación concluye lo siguiente

Los mármoles auríferos y uraníferos no son cuerpos minerales continuos en comparación con los anfitriones convencionales de Au-U. Forman cuerpos minerales heterogéneos intermitentes (negros o blancos, en bandas o masivos, etc.). Su representación colectiva puede tener un valor económico práctico incluso de los mármoles o sus placeres; esto está indicado por la abundancia de minería aleatoria alrededor de los cuerpos detectados dentro del área de estudio.

Los programas de exploración de mármoles auríferos y uraníferos deben centrarse en las serpentinitas ofiolíticas y sus rocas relacionadas, ya que en la mayoría de los casos estos yacimientos se ubican esporádicamente dentro o alrededor de estas rocas ofiolíticas de una forma u otra. En consecuencia, los datos de teledetección de mayor resolución espacial (por ejemplo, 2,5 m) pueden revelar estas variedades mineralizadas dentro de estas rocas ofiolíticas a través de diferentes técnicas (por ejemplo, PCA, ICA y MNF y sus combinaciones).

El algoritmo de la máquina de vectores de soporte es elegible para detectar estos mármoles mineralizados. El mapa temático resultante de SVM se correlaciona bien con el mapa geológico anterior y nuestras investigaciones de campo.

El análisis de superposición espacial de la capa temática de serpentinitas ofiolíticas y mármoles auríferos y uraníferos confirma su origen asociado.

Los mármoles tienen composiciones calcíticas impuras (ER) y calcíticas impuras a composiciones dolomíticas impuras (BM y DG). Su protolito está formado por calizas puras y calizas dolomíticas con posibles componentes arcillosos (BM). El metamorfismo progresó retrógradamente desde la facies de granulita-anfibolita para los mármoles ER y BM y desde la facies de anfibolita para el mármol DG hasta la facies superior sub-esquisto verde.

Las rocas ultramáficas del país son la principal fuente de oro, y la mineralización tuvo lugar tanto sin (ER y DG) como por meteorización superficial post-metamórfica (BM). Las rocas félsicas en el área circundante de las rocas de mármol son principalmente la fuente de uranio. Lo más probable es que el uranio haya sido transportado al mármol por agua meteórica y/o subterránea relacionada con el período pluvial.

La investigación actual destacó los mármoles auríferos y uraníferos dentro del área de estudio, incluidos Barramiya, El-Rukham y Daghbagh, y recomienda encarecidamente una exploración más detallada de las otras zonas detectadas.

Se recomienda encarecidamente el enfoque utilizado como modelo preliminar de exploración multiescala (detección microscópica-remota) que se adoptará más allá de los límites del área de estudio para la detección de mármoles auríferos y uraníferos dentro de ANS y la construcción de su mapa de distribución regional. Esto no solo podría dar una idea del impacto económico regional de los mármoles auríferos-uraníferos, sino que también podría introducir una explicación de sus orígenes en función de su distribución.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el presente estudio están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

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Muchas gracias a la ESA y al USGS por proporcionar los datos. Ali Shebl está financiado por la beca Stipendium Hungaricum en el marco del programa ejecutivo conjunto entre Hungría y Egipto. El Departamento de Geología-Universidad de Tanta brindó apoyo logístico y financiero para el trabajo de campo. MH quisiera agradecer al Prof. Gehan Aly por su ayuda en la realización de análisis químicos y minerales.

Financiamiento de acceso abierto proporcionado por la Universidad de Debrecen.

Departamento de Mineralogía y Geología, Universidad de Debrecen, Debrecen, 4032, Hungría

Alí Shabl

Departamento de Geología, Universidad de Tanta, Tanta, 31527, Egipto

Ali Shebl y Mohamed Hamdy

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Conceptualización, MH y AS; metodología, AS y MH; software, AS.; validación, MH; análisis formal, As; investigación, MH y AS

Correspondencia a Ali Shebl.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Shebl, A., Hamdy, M. Exploración preliminar multiescala (microscópica a detección remota) de mármoles auríferos-uraníferos: un estudio de caso del escudo nubio egipcio. Informe científico 13, 9173 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-36388-7

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Recibido: 19 febrero 2023

Aceptado: 02 junio 2023

Publicado: 06 junio 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-36388-7

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