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Jun 14, 2023

マルチスケール（顕微鏡からリモートセンシング）の金剛類の予備探査

Rapporti scientifici Volume 13,

Scientific Reports volume 13、記事番号: 9173 (2023) この記事を引用

メトリクスの詳細

エジプトのヌビア楯状地内で最近初めて記録されて以来、金剛石およびウラン石の大理石（Au = 0.98 ～ 2.76 g/t、U = 133 ～ 640 g/t）は、経済的に重要である可能性が高いだけでなく、次のような事実にも関わらず、ほとんど取り上げられていません。それはヌビア楯状岩における金とウランの鉱化の新しい遺伝的スタイルであるということです。 これは主に、過酷な地形内でこれらの大理石の位置特定が不十分であったこと、およびヌビア楯状地の主要な岩石学的構成要素と比較して、大理石の同定に従来の現地調査に費やした費用と時間に起因すると考えられます。 それどころか、リモート センシングおよび機械学習技術は、時間と労力を節約しながら、適度な精度で信頼性の高い特徴識別を導入します。 したがって、現在の研究は、有名な機械学習アルゴリズム (サポート ベクター マシン - SVM) を Sentinel 2 リモート センシング データ (最大 10 m の空間解像度) に適用して、金剛石と天秤石の分布を描写する試みです。ヌビア楯状地からのケーススタディとして、バラミヤ・ダグバーグ地区（エジプト東部砂漠）で。 より良い結果を得るために、ALOS PRISM (2.5 m) でパンシャープンした Sentinel 2 データとフィールドワーク中のよく知られた露出を利用してビー玉を正確に識別しました。 全体的な精度が 90% 以上で、バラミヤ - ダグバグ地区の金剛石と天秤座の大理石および主要な岩石ユニットの主題図が作成されました。 大理石は、新原生代の海洋リソスフェア内でのその起源と一致するように、オフィオライト蛇紋岩と空間的に関連しています。 現地調査および岩石学的調査により、新たに検出されたAuおよびU含有ゾーン（ワディ・アル・バラミヤおよびワディ・ダグバグ地域では不純な方解石から不純なドロマイト大理石、およびゲベル・エル・ルカム地域では不純な方解石大理石）が確認されました。 さらに、X 線回折 (XRD)、後方散乱電子画像 (BSEI)、エネルギー分散型 X 線分光法 (EDX) の結果が統合され、リモート センシングの結果と岩石学的調査が検証されました。 シン変成作用（ワディ・アル・バラミヤとゲベル・エル・ルカムの金）から変成後（ワディ・ダグバグの金とすべての場所のウラン）まで、さまざまな鉱化時期が示されています。 エジプトのヌビア楯状地にある金銀含有大理石の予備探査モデルの構築のための地質学的、鉱物学的、機械学習およびリモートセンシングの結果の応用に基づいて、我々はバラミヤの金およびウラン含有ゾーンの詳細な探査を推奨します。 Dghbagh 地区に適用し、採用されたアプローチを同様の地質環境の他の地区に適用します。

正しい意味での大理石 (起源を問わず、粗粒の変成方解岩またはドロマイト岩) は、アラビア ヌビアン シールド (ANS) 岩石内の多くの産地で産出されることが知られています。 エジプト東部砂漠の盾岩での主な発生場所は、ワディ ディブ 1、ワディ バラミヤ、ワディ ドゥバグ、ワディ エル ミヤ沖のゲベル エル ルカム 2、ビル サフサフ アスワン隆起 3、ワディ アラキ 4、およびソル ハミッド 5 です。 さらに、顕生代の岩石からの有孔虫の黒鉛大理石が検出されます。 それらはゲベル・エル・ヒシナトとワディ・ヘイムル地域で発見されており、そこではペンシルバニアとミシシッピ時代の無孔有孔虫が記載されています6,7。

エジプトは、地質進化のさまざまな段階で形成された金とウラン資源を顕著に露出させてきた。 金鉱床は、島弧における海底火山活動の最終段階での呼気熱水プロセスによって形成された層境界として 8,9、鉱脈型 10,11、変質岩中の播種型 12、または砂鉱として発生します。 主なウランの産出場所は、汎アフリカ後期造山運動花崗岩とその関連岩石 14、アルカリ性の堤防と敷石 15、顕生代の堆積岩 16、17、および黒い砂の砂浜砂浜のせん断帯 18 で見つかります。 しかし、炭酸塩岩は、熱水による浸透に対して化学的に非常に有利であるため、金 19,20,21、ウラン 22,23,24,25、稀なウラン 22,23,24,25 など、さまざまな種類の熱水変質および変成作用関連の鉱化作用のホストとしてよく知られています。地球の要素26、27。 さらに、炭酸塩岩の変成中および変成後に、鉱化溶液の移動により、周囲の岩石から生成された大理石に元素が移動する可能性があります28、29、30、31、32。 したがって、大理石は多くの鉱石の潜在的なホストであると考えられており、ANS 岩石内に金とウランが沈殿していることが記録されています 2。 炭酸塩の変質に関連する鉱化作用については頻繁かつ徹底的な調査が行われているにもかかわらず、そのサイズが小さく、大規模な地質図に記録がされていないため 12,20,33,34 により、ANS 内の経済的鉱物鉱床のホストとしての大理石の調査が妨げられています。 ANS に記録されている Au および U を含む大理石の探査に基づく経済的評価（新しい金とウランの地質学的トラップとしての可能性を解読するため）の重要な必要性に加えて、その起源に関する研究は従来の地殻構造モデルに新たな洞察を提供する可能性があります。 ANS2,35の。

Au と U の世界的な需要の増加、および鉱石の探査と開発のための冶金技術の進歩により、ブラウンフィールドや小規模で広範囲に分布する経済鉱床での鉱物研究が大幅に復活しています。 さらに、より高い空間解像度のリモートセンシングデータセットの出現により、小規模な岩体であっても正確な岩石学的マッピングが達成される可能性があります36,37,38,39,40,41,42,43。 機械学習アルゴリズム (MLA) でリモート センシング データを補完すると、教師付き分類として知られるラベル付きデータに基づいて特定のクラス (岩石の種類) を予測するのに役立ちます 39,44,45,46,47,48,49。 このようにして、新たな発見を強調し、それらのテーマ別マッピングを導入するだけでなく、金剛石とウラン石の大理石の小さいサイズの分布の問題も解決できます。 この目的に向けて、同様のアプリケーションで十分に報告された結果により、Sentinel 2 データに対してこのタスクを実装する MLA として SVM が選択されました50、51、52、53、54、55、56。 この研究は、包括的なアプローチを通じて、高解像度のリモート センシング データ (最大 2.5 m) を機械学習、広範なフィールドワーク、XRD、EDX、BSEI を含む詳細な鉱物学的調査と組み合わせています。 これらの取り組みの集大成は、エジプトのヌビア楯状地に位置するバラミヤ・ダグバーグ地区内の金剛石と天秤座の大理石の特定に特に焦点を当てた、詳細なテーマ別地図の作成です。 この研究は、この探査モデルが、ANS 全体および同様の地質環境を持つ他の地区全体にわたる、おそらく費用がかかる金剛石 - 天理石大理石の追加探査を正当化するのに十分であるかどうかを評価することを目的としています。

バラミヤ・ダグバーグ地区は、ANS の一部としてエジプト東部砂漠に位置しています。 エジプトでは、東部砂漠とシナイ半島の先カンブリア時代の地下が、ANS のヌビア楯状地の北部を構成しています（図 1a）。 ANS は、地球上で新原生代の幼若地殻の最大規模の露出地域の 1 つを形成しており、紅海亀裂の西側ではエジプトからスーダン、エリトリアを経てエチオピア、そして紅海亀裂の東側ではパレスチナとヨルダンからサウジアラビアを通ってイエメンまで広がっています。紅海。 東アフリカ造山期のモザンビーク海の閉鎖によるゴンドワナ大陸縁辺への島弧の付加と、その後の大量の花崗岩マグマ (7 億 5 千万年から 5 億 4 千万年前) の貫入を伴う地殻の拡張によって発達しました。そして、火山堆積岩が豊富に存在する融合後の堆積盆地 59,60 の生成 (< 650 Ma61)。 アークの融合は約 7 億 8 千万年前に始まり、約 62 万年前まで続き62、楯状体全体の集合は約 5 億 6 千万年前に終了し、その時までに ANS はサハラメタクラトンに付加されていました4。 内転のプロセスが推力面に沿って作用している間、沈み込みは活発でした57。

(a) 調査地域の位置図と (b) RGB のセンチネル 2 FCC 12–6-2 はそれぞれ黒色で蛇紋岩を示しています。 BR: バラミヤ地区、ER: エル・ルカム地区、DG: ダグバーグ地区、Sp: 蛇紋岩およびその関連岩石（Au-U を含む大理石を含む）。 (Sentinel 2A イメージは、欧州宇宙機関 (ESA) プラットフォームを通じてダウンロードされました。この図は、SmartSketch v. 4.0 ソフトウェア、https://smartsketch.software.informer.com/4.0/ および ENVI v. 5.6.2 によって作成されました。 ; (https://www.l3harrisgeospatial.com/Software-Technology/ENVI)。

エジプトのヌビア楯状地にある先カンブリア紀の地下室は、ナイル川西側の先汎アフリカ大陸への地形衝突と付着に続く複雑な原生代造山進化のマグマ、堆積、変成過程の産物である63。 衝突地域の岩石は、6 億 5000 万年前から 6 億 2000 万年前の間に局所的な変成作用を受けた可能性があります 64。 それらは、降着時の推力と、特にエジプト東部砂漠の中央部で、ナジュドおよびその他の北西衝撃剪断帯に沿った左横方向の横断運動によって組み込まれました65,66。

バラミヤ・ダグバーグ地区は、エジプト中東砂漠の南部、北緯25度06秒から25度22秒、東経33度42秒から34度05秒の間に位置しています（図1b）。 バラミヤ・ダグバーグ地区は、変成してバラバラになったオフィオライト状の蛇紋岩化した超苦鉄質岩、斑れい岩、火山岩、貫入変斑れい岩から変閃緑岩、島弧変火山岩・変堆積物、葉状花崗閃緑岩、アルカリ長石花崗岩で構成されています（図2）。 オフィオライト岩は、活動的な沈み込み帯の上に広がる海底によって形成された海洋リソスフェアの残骸です67,68。 それらはバラミヤ・ダグバーグ地区に驚くほど豊富にあります。 蛇紋岩は、ほとんどの場合、折り畳まれた板状体またはシートを画定する細長い範囲の巨大な岩石として発生し、エジプト東部砂漠のムバラク - バラミヤせん断帯を示す東東南西 - 西南西方向の推力によって支配されます70。 せん断され、石灰化して炭化した蛇紋岩は、他のメランジ岩と関連して見られます71。 所々に明らかな片岩が見られ、完全なタルク炭酸片岩が生じます。

バラミヤ・ダグバーグ地区の地質図は、ハガグとアブデルナッセル 75、シェブル、クスキー、およびツァメル 76 の後に修正されました。 およびZoheirら77。 (SmartSketch v. 4.0 ソフトウェアによって作成; https://smartsketch.software.informer.com/4.0/)。

地区の大部分では、火山性のメタ堆積物が蛇紋岩を順応的に覆っています。 変火山岩と交互する火山性のメタ堆積物は、特にバラミヤ・ダグバーグ地区の北部で最大の露頭単位である。 それらはかなり不均一で、主に泥質片岩と石灰質片岩からなり、下位に石英長石片岩が含まれています。 片岩は一般に層状で、葉が多く茂っています。 砂岩や炭酸塩の成熟した変成堆積物はあまり一般的ではありません。 しかし、変成したアーク火山（安山岩、玄武岩質中安山岩、デイサイト質凝灰岩の間に挟まれたもの）のスライスが、メタ堆積物と構造接触して発生することがあります。 メランジュは主にメタ堆積物や変火山に関連して発生します。

蛇紋岩、メタ堆積物、および変火山岩にはメタ斑れい岩・閃緑岩複合岩が貫入しており、これらの岩石には捕獲岩やいかだが含まれることもあります。 変斑れい岩・閃緑岩複合体は、主に G. El-Rukham の東、W. Al Miyah で発生します (図 2)。 複合体の岩石は、膨大な量の深成アークに関連する関連性の一部を表しています72、73、74。 それらは軽度に変形し、緑色片岩角閃岩相に変成した75,76。 さらに、アルカリ長石花崗岩は、メタ斑れい閃緑岩に貫入した頂端を示しています。 バラミヤ - ダグバーグ地区の基盤岩は、一般に ENE - WSW のトレンドの苦鉄質および珪長質の岩脈が多数横切っています。

現在の研究の目的を達成するために、クラウドのないセンチネル 2A イメージが欧州宇宙機関 (ESA) プラットフォームを通じてダウンロードされました。 Sentinel 2 データのスペクトル特性と空間特性を表 1 にまとめます。Sentinel 2 データは、WGS-84 UTM ゾーン 36 N の測地基準系に再投影されました。Sentinel 2 データの前処理 (大気補正) に Sen2Cor ツールを使用して、補正された底面特性を提供しました。大気圏最上部 (TOA) レベル 1C データ (現在のシーン; (S2A_MSIL1C_20200505T081611_N0209_R121_T36RWN_20200505T095132)) からの大気圏 (BOA) 反射率値。 このプロセスは、Sen2Cor ツールをインストールし、コマンド プロンプトを使用していくつかのコードによって L1C データを提供することによって実行されました。ここでは、PRISM (Panchromatic Remote-sensing Instrument for Stereo Mapping) データを利用して、Sentinel 2 データの空間解像度を向上させました。 PRISMは、言わずと知れた陸域観測技術衛星ALOS（ALOS）に搭載されています。 PRISM は、ピクセル サイズが最大 2.5 m のデジタル標高マッピングに特に利用され (表 1)、アラスカ衛星施設または宇宙航空研究開発機構 (JAXA) 地球観測研究センター (EORC) の Web サイトからアクセスできました。 まず、放射校正を PRISM データに適用して、生のデジタル数値を放射輝度値に変換しました。 次に、オルソ補正とジオリファレンスによる幾何学的補正を実行して、空間の歪みを除去しました。 次に、グラム・シュミット パンシャープニング法を適用して、センチネル 2 バンドのスペクトル情報を保存しながら、PRISM データを使用して空間分解能を向上させました。 衛星画像の前処理と処理には、1- Sentinel Application Platform (SNAP)、2- ENVI v. 5.6.2 のソフトウェアが使用されました。 ソフトウェア; https://www.l3ハリス地理空間。 com/Software-Technology/ENVI)、主に画像処理に使用されます。3- ArcGIS Desktop 10.8。 (https://www.esri.com/en-us/arcgis/products/arcgis-desktop/overview/)。

前述のリモート センシング データセットに加えて、調査地域の以前の地質図が地理参照され、以前の研究 2,39,77,78,79 から編集され、比較が可能になり、調査地域の地質についての理解が深まりました。 フィールドワーク中に、Hamdy と Ali2 によって記述されたバラミヤ - ドゥバーグ地区の金剛石 - 天秤座大理石の元の産地が再調査され、リモート センシングと機械学習技術によって特定された新しい場所が検証されました。 より明確にするために、利用されたデータセットを示し、本研究で採用されたアプローチを説明する包括的なフローチャートの方法論が図 3 に紹介されています。

現在の研究で採用されているアプローチを示すフローチャート方法論。

現在の研究では、バラミヤ・ダグバーグ地区内で露出した他の岩石から蛇紋岩とそれに関連する金剛類・天秤岩の大理石を分離するために、いくつかの画像処理手法が利用されました。 さまざまな画像強調技術を使用した数回の試行により、4 つの方法 (偽色結合または FCC、主成分分析または PCA、最小ノイズ分率または MNF、および独立成分分析または ICA) が、かなりの岩石学的識別と受け入れ可能な描写を実現する効率性を証明しました。鉱物化された大理石。 FCC は伝統的なリモートセンシング方式ですが、RGB で 3 つのバンドを指定することで、現在でもさまざまなアプリケーションに広く使用されています。 これらの帯域の選択は、主に精査する特徴によって異なります42、48、80、81。 たとえば、地質リモートセンシングでは、このスペクトル範囲におけるこれらの鉱物の独特の吸収特性により、鉄が豊富な鉱物を識別するために可視近赤外 (VNIR) バンドがよく使用されます。 短波赤外線 (SWIR) バンドは、炭酸塩や OH 含有鉱物を強調表示するのに最適です 42,82,83。 現在の研究では、露出した岩石ユニットの組成の幅広い変動により、岩石ユニットを区別する最良の画像合成は、Sentinel 2 バンド 12 (SWIR) を赤色、バンド 6 で表示することにより、SWIR、VNIR、および可視青色範囲で表されました。 (VNIR) は緑、バンド 2 (青) は青のチャネルです。 この FCC (RGB でそれぞれ 12–6–2) (図 1b) は、特に ALOS PRISM データでパンシャープンした場合に、大理石とその国の岩石 (主に蛇紋岩) を区別します (図 8b、9b、10b など)。 さらに、より良い識別を目的として、主成分分析 (PCA)、最小ノイズ分率 (MNF)、および独立成分分析 (ICA) を使用して画像変換が適用されました。 PCA は、元のデータを新しいコンポーネント (PC) に変換する多変量統計手法です 37,84。 この変換により、特に前者の情報量の多いコンポーネントでは、新しい機能が明らかになり、より優れた識別が導入されます。 MNF は、別のデータ直交回転技術です。 名前が示すように、ノイズホワイトニングされたデータから PC を特定することで、データのノイズを最小限に抑えようとします。 ICA は、主に独立した相関のないデータの定義に基づいて、事前の知識なしにソース信号と混合信号を区別しようとするブラインドソース分離技術と考えられています。 PCA は、情報量の高いコンポジット (RGB で 12-6-2) のみに対して実行されています。 さらに、MNF と ICA は、岩石学的分離を確認し、バラミヤ・ダグバグ地区の鉱化した大理石の識別に役立てるために適用されました。

岩石学的マッピングのプロセスにおける重要な段階は、モデルのトレーニングとテストのための代表的なサンプルを選択し、最終的な主題図を検証することです。 現在の研究では、アクセシビリティに基づいて、集中的な現地調査を通じて 40 個の代表的なサンプルが (SVM を適用する前に) 取得されました。 後者は、以前の地質図と、さまざまな岩石単位を合理的に識別する画像処理技術 (FCC、PCA、MNF、ICA) の結果に基づいて実行されました。 これらのサンプルは調査地域内のすべての岩石学的ターゲットを表しており、それらの既知の位置は SVM モデルのトレーニング データとテスト データを選択するために使用されました。

より良い分類結果を得るために、各クラス (岩石学的ターゲット) を代表する最良の特徴を抽出することに特別な注意が払われました。 したがって、高空間解像度の ALOS PRISM データ (2.5 m)、前述の画像処理技術、現地観測、および以前に地理参照された (WGS 84 UTM ゾーン 36 N への) 地質図 39,77,79 を統合して、最良の代表ピクセルを検出しました。 1- 蛇紋岩、2- 花崗岩、3- 変斑れい岩-閃緑岩、4- 変火山岩および火山砕屑性のメタ堆積物、5- ワジ堆積物、6- 金剛石-ウラン岩の大理石を含む 6 つの主要なクラス。 以前の研究 85 によれば、トレーニング データとテスト データはそれぞれ 70 ～ 80% と 30 ～ 20% の間に保たれていました。 データ分割はランダムに行われました。 6 つのクラスのトレーニング データとテスト データは、金剛石およびウラン石の大理石と周囲の岩石ユニットに焦点を当てて正確に選択されました (表 2)。 これらのピクセル数 (表 2 に表示) は、フィールドワークと以前の地質図に基づいて、データセットのバランスをとり、各クラスの最適な代表サンプルを確保するために、オーバーサンプリングとアンダーサンプリングのトライアルの組み合わせに基づいて決定されました。 鉱化した大理石のより詳細な調査は、確認された金剛石 - ウラン石大理石のさまざまな場所 (バラミヤ -BM、エル-ルカム-ER、およびダグバッグ -DG) の一部を試験データに組み込むことによって達成されました。

よりバランスのとれた分類に向けて、調査地域の岩質地図を更新し、Au および U 含有ゾーンと周囲の岩石ユニットとの空間的関係を解明するために、SVM アルゴリズムに Sentinel 2 データを入力して多クラス分類を実行しました。学習領域を 6 つの主要なクラスに分けます。 SVM が選択されたのは、リモート センシング データのマルチクラス一般化を実行する際に最適な分類器の 1 つと考えられており、統計学習理論に依存しているためです 55,78,86。 SVM は主に、最適な超平面を使用してクラス間の最大の分離を達成することに基づいています。 効率が大幅に向上するのは、このマージンに加えて、より適切な分類に役立つ誤分類ペナルティが常に適用されることです。 同様の以前の研究 44,55 を参照し、いくつかの試行を経た後、SVM の最適パラメータは、カーネルとして動径基底関数 (線形および多項式よりも優れた)、ペナルティとして 100 でした。 私たちのいくつかの試験や同様の先行研究 44、49、51 によれば、入力バンドの逆数が推奨され、その後、カーネル関数内のガンマ パラメーターに値 0.33 を割り当てるために使用されました。

試行錯誤を通じて最適なハイパーパラメータを手動で選択するのは面倒な作業であることを強調しておく必要があります。 したがって、最適なフィッティングを達成し (オーバーフィッティングとアンダーフィッティングの問題は主に選択されたパラメーターに関連しているため)、調査地域内の岩石ユニットが適切に割り当てられるようにするために、50 回を超える分類試行を実施しました。 試行錯誤のアプローチに加えて、研究で割り当てられた最適なパラメータを選択するために、同様の地形や条件で良好な結果が得られたいくつかの以前の研究 44、49、51 を参照しました。

バラミヤ・ドゥバグ地区の金剛石・ウラン石大理石の新たな場所からの代表的なサンプルが、カイロ核物質庁で顕微鏡的および鉱物学的に調査された。 偏光電子顕微鏡と走査型電子顕微鏡 (SEM) の両方を使用してサンプルを検査し、岩石学的詳細を調べました。 SEM イメージングは​​、鉱物成分、特にドロマイトと方解石の間の幾何学的関係を実証するため、また、サイズが小さいために偏光顕微鏡では見えなかった非炭酸塩粒子を検出するために使用されました。 SEM には、元素を識別し、その化学組成を半定量的に検出するために自然標準を使用して校正された Link Analytical AN-1000/855 エネルギー分散型 X 線分光計が装備されています。 エネルギー分散型 X 線分光計分析 (EDXA) 中には、25 ～ 30 kV の加速電圧が印加されました。 Z > 9 の元素の分析精度は 2 ～ 5% の範囲であり、より軽い元素の場合は 5 ～ 10% の範囲です。 X 線回折 (XRD) 分光法を使用して、鉱物の同定とその相対的な存在量が検証されました。 9 つの代表的な鉱化大理石サンプル中の Au 濃度を原子吸光分光光度計 (AAS) によって検出しました。 王水は、Au 分析用のサンプルを消化するために使用されました。 分析精度は±5%です。 HCl 消化後、Uchemical および Thchemical の含有量を分光測光法 (比色法) で測定しました。 U はガンマ線放射体ではないため、等価 U (eU) のガンマ線分光測定は、その娘から放出されるガンマ線の測定に基づいています。

画像処理の結果は、図1と図2に示すように、バラミヤ・ドゥバーグ地区内のすべての岩石ユニットについて明確な岩石学的識別を示しています。 たとえば、図 4a では、RGB の PC1-PC2-PC3 を使用して、黄色のピクセル内の蛇紋岩を、花崗岩 (緑色)、変火山岩および火山砕屑性のメタ堆積物 (濃いピンク)、および変斑れい岩 (薄いピンク) からそれぞれ明確に分離しています。 。 野外観察はこれらの結果をかなりの程度裏付けており、鉱化した大理石がオフィオライト蛇紋岩と空間的に完全に関連していることが明らかになりました。 したがって、蛇紋岩の識別とその微細な品種の集中的な調査に特に重点が置かれました。 したがって、MNF 合成 RGB 1-2-3 の結果は、蛇紋岩とそれに関連する金剛石 - 天秤岩の大理石を 2 つの緑色のグレードでより適切に識別できます。 これらの緑色を調査地域全体の現地観察で確認することにより、それらの色と金剛石と天秤座の大理石の分布の間にかなりの一致があることがわかりました。 もちろん、蛇紋岩とその関連成分 (タルク炭酸塩など) も同じ色で強調表示されているため、緑色の空間分布は実際に存在する大理石よりも大きくなっています。 蛇紋岩内のこれらの変化は、図 5a (蛇紋岩の緑がかった色合いの黄色) と図 5b (ピンクがかった色の異なる色調) によっても確認されています。 これらの変動（調査地域のさまざまな部分の蛇紋岩の内部および周囲）は、ALOS PRISM データを利用して確認されています。 蛇紋岩内のこれらの色調の違いは、主に、蛇紋岩内の異なる色調から分かるように、不均質な組成（現地観察に基づく）を有する金剛石と天秤岩の大理石を示しています（研究地域の南部と北部、および図の図にはっきりと見られます）。 PRISM画像の8b、9b、10b）。

RGB の色の組み合わせ。(a) PC1-PC2-PC3 は、その中に微小なピンクがかった不純物を含む黄色の蛇紋岩を分離します。(b) MNF1-MNF2-MNF3 は、蛇紋岩とそれに関連する Au-U 大理石を識別します。 (ENVI v. 5.6.2. ソフトウェアによって作成; https://www.l3harrisgeospatial.com/Software-Technology/ENVI)。

RGB の組み合わせ。(a) MNF2-PC2-12 は、内部に微小な緑がかった不純物を含む黄色の蛇紋岩を識別します。(b) IC1-IC2-IC3 は、異なるピンクがかった色調の蛇紋岩を識別します。 (ENVI v. 5.6.2. ソフトウェアによって作成; https://www.l3harrisgeospatial.com/Software-Technology/ENVI)。

SVM は、金剛石とウラン鉄の大理石の分布を検出するための客観的な方法として、分類プロセスで使用される 6 つのクラスのテーマ マップ (図 6) を提供します。 全体の精度 (OA) は約 90.76% で、分類された岩石学的ターゲットが適切に区別されていることを示しています。 OA に加えて、得られたテーママップは、よく知られているカッパ係数 (K)、混同行列、プロデューサーとユーザーの精度、F1 スコア (表 3)、およびフィールド観察 (図 7) を利用して評価されました。 この統計的検証は、蛇紋岩が他の花崗岩、変斑れい岩、および変火山岩から明確に分離されていることを示しています。 一般に、すべてのプロデューサーの精度は、すべてのクラスで 90% を超えていました。 誤分類は主に、複雑なスペクトル特性と多様な地形の結果であり、画像分類において太陽光の照明の問題が発生する可能性があります。 例えば、図１０および図１１では、 図 8、9、10 では、観測スケールが大きい (メートル単位) ため、陰影の問題の詳細を描写できます。 それにもかかわらず、私たちの主な焦点は鉱物化した大理石の分類であり、他の岩石ユニットと比較して、分類された画像でこれらの問題の事例が少ないことが示されました。

SVM を使用して作成された調査地域のテーマ別岩質地図。調査地域内の Au-U を含む大理石 (黄色) の分布を示しています。 ArcGIS Desktop 10.8 で作成されました。 https://www.esri.com/en-us/arcgis/products/arcgis-desktop/overview および ENVI v. 5.6.2。 ソフトウェア; https://www.l3harrisgeospatial.com/Software-Technology/ENVI。

(a) G. ウム・サリムの蛇紋岩、(b) 変火山岩、(c) ウム・サラティットの蛇紋岩とワディ鉱床、(d) メタガブロ、(e) 花崗岩、(d) 火山砕屑岩を含む主要な分類された岩石ユニットを検証する現場写真最終的な SVM 主題図を通じて導入されたメタ堆積物。 これらの現場写真の正確な位置は、図 5 の白い三角形の内側に表示されます。 これらの写真は私たち自身のものであり、私たちはそれらを公開することに同意しました。

PRISM パンシャープン (2.5 m) Sentinel 2 12–6-2-FCC を RGB で使用して、(a) Au-U を含む大理石の SVM 結果を、(b) バラミヤ地域内のよく知られた鉱化帯状帯と比較して検証します。 。 Sentinel 2A イメージは、欧州宇宙機関 (ESA) プラットフォームを通じてダウンロードされました。 PRISM データは、アラスカ衛星施設および宇宙航空研究開発機構 (JAXA) 地球観測研究センター (EORC) の Web サイトからアクセスできました。 この図は、Sentinel Application Platform (SNAP)、2-ENVI v. 5.6.2 によって作成されました。 ソフトウェア; https://www.l3ハリス地理空間。 com/Software-Technology/ENVI)、主に画像処理に使用されます。3- ArcGIS Desktop 10.8。 (https://www.esri.com/en-us/arcgis/products/arcgis-desktop/overview/.

PRISM パンシャープン (2.5 m) Sentinel 2 12–6-2-FCC (RGB) を使用した、(a) Au-U 含有大理石の SVM 結果と (b) エル・ルカム地域のよく知られた鉱化帯との比較による検証。 Sentinel 2A イメージは、欧州宇宙機関 (ESA) プラットフォームを通じてダウンロードされました。 PRISM データは、アラスカ衛星施設および宇宙航空研究開発機構 (JAXA) 地球観測研究センター (EORC) の Web サイトからアクセスできました。 この図は、Sentinel Application Platform (SNAP)、2-ENVI v. 5.6.2 によって作成されました。 ソフトウェア; https://www.l3harrisgeospatial.com/Software-Technology/ENVI)、主に画像処理に使用されます。3- ArcGIS Desktop 10.8。 (https://www.esri.com/en-us/arcgis/products/arcgis-desktop/overview/.

PRISM パンシャープン (2.5 m) Sentinel 2 12–6-2-FCC を RGB で使用して、(a) Au-U を含む大理石の SVM 結果を (b) ダグバーグ地域のよく知られている鉱化帯と比較することで検証します。 Sentinel 2A イメージは、欧州宇宙機関 (ESA) プラットフォームを通じてダウンロードされました。 PRISM データは、アラスカ衛星施設および宇宙航空研究開発機構 (JAXA) 地球観測研究センター (EORC) の Web サイトからアクセスできました。 この図は、Sentinel Application Platform (SNAP)、2-ENVI v. 5.6.2 によって作成されました。 ソフトウェア; https://www.l3harrisgeospatial.com/Software-Technology/ENVI)、主に画像処理に使用されます。3- ArcGIS Desktop 10.8。 (https://www.esri.com/en-us/arcgis/products/arcgis-desktop/overview/.

調査地域内の主要な岩石単位を現地で検査した結果、得られた主題図と現地での観察が合理的に一致していることが明らかになりました（図7）。ただし、花崗岩、ワジ堆積物、および金剛石と天秤座の大理石の間では、いくつかの誤分類がほぼ明らかです。 たとえば、研究対象となった花崗岩のほとんどは、G. El-Rukham 地域周辺で見られるように、高度に解剖され、破壊され、風化されたシンテクトニック花崗岩です。 さらに、鉱化された大理石は不均質な岩石 (黒と白の大理石) であり、調査地域に時折影響を与える嵐の際の雨水に対して化学的に有利な性質を持っています。 したがって、蛇紋岩の周囲や周囲のワジ堆積物に沿って、かなりの量の蛇紋岩生成物とおそらく大理石がほとんど見られます。 これらのワディ鉱床は、調査地域内の他の鉱床と比較して、金砂金鉱床の可能性が高くなります。 これは、調査地域内で変質した蛇紋岩とその砂鉱石がランダムに採掘されていることが豊富であることによって確認されています。

これらの結果は、ターゲット クラス (MB) の再現率、適合率、および F1 スコアの計算と解釈による詳細な統計分析によって確認されます。 分類結果によると、SVM モデルは、鉱化した大理石の分類に関して 89% というかなりの精度を備えているようです。 これは、SVM モデルが 89% の確率で特定のピクセルが大理石であると予測することを示しています。 これは、モデルが陽性と予測するすべてのサンプルのうち、陽性サンプル (つまり、鉱物化した大理石に対応するサンプル) のかなりの部分を適切に識別できることを示しています。 これにより、誤検知 (つまり、SVM モデルが特定のピクセルが石化していると予測しているのに実際には石化されていない状況) が少なくなります。 誤検知が無意味または高価な探査作業を促す可能性があるため、影響を与える可能性がある探査プログラムでは、この状況が常に好まれます。 したがって、鉱化した岩石を探索する際には、誤検知を最小限に抑えることが重要です。現在の分類では、指定された精度は約 89% であり、誤差の割合は、結果として得られる主題図で特定されます。考慮されたピクセル数 (ワジ堆積物を表す) は、金剛石と天秤石の大理石として誤分類されました。 ただし、再現率が 61.68% と低いことは、SVM モデルにかなりの数の鉱化された大理石が欠落していることを示しています。 現在の研究では、これはワディ鉱床との混同に加えて、現地調査中に確認された衛星画像における鉱化した大理石の外観のばらつき（調査地域内に黒と白の大理石が存在する可能性がある）に起因すると考えられています。 これは、いくつかの地殻変動、熱水変質、風化過程の影響を受け、岩石ユニットのスペクトル特徴がほとんど区別されない、分類対象の複雑さに起因する可能性もあります。 このレベルのパフォーマンスが「良好」であるかどうかは、分類のコンテキストと、精度と再現率の間の許容可能なトレードオフによって決まります。 場合によっては（例えば今回の研究）、偽陽性（すなわち、非鉱化岩石ユニットが鉱化物として分類されること）が特にコストがかかる場合、再現率よりも高精度の方が重要である可能性がある。 この研究では、構造分析や岩石学的関係を通じた詳細な現地探査プログラム中にそのような領域がさらに特定される可能性があるため、多数の鉱物化ピクセルの欠落は問題にならない可能性があります。 私たちが予想しているように、失われたピクセルは蛇紋岩以外の特定されたピクセルに多かれ少なかれ近いものです。 したがって、この種の分類では、偽陽性と偽陰性の最小化の間のトレードオフを慎重に考慮する必要があることを強調することが重要です。 これは、不必要な探査活動や潜在的な鉱化の見逃しを避けるために不可欠です。

F1 スコア 72% は、SVM モデルが高精度と再現率の両方を同時に達成できるわけではありませんが、達成できることを意味します。 これは、モデルが 2 つの尺度の間で合理的なトレードオフを行っていることを示唆しています。 具体的には、SVM モデルは、鉱物化した大理石を高精度で正確に識別できると同時に、リコール値で示されるように、適切な数のそれらを捕捉することができます。 私たちの意見では、これが MLA の中心的な利点です。つまり、このような複雑な問題を解決して、作成するのに多大な時間と労力を必要とする基準地質図にほぼ類似した効率的な主題図を提供できることです。 さらに、検出されていないため、めったに調査されることのない鉱化岩の 1 つ (金星雲母石大理石) も強調表示されます。

SVM 出力をさらに検証するために、BM (図 8)、AR (図 9)、および DG (図 10) を含む金剛石 - ウラン石大理石の 3 つの確認されたサイトが、結果として得られた主題図内でチェックされました。田舎の岩から採取した鉱物化した大理石）が注目されました。 SVM モデルのトレーニング中に 2 つのサイトのみを考慮したことは注目に値します。 パフォーマンス検証の一環として、3 番目のサイトは分類子のトレーニング データから意図的に除外されました。 さらに、選択した 2 つのサイト内のすべてのピクセルがトレーニング データとして描写されたわけではないことに注意することが重要です。 このアプローチは、これらのサイトに対する一種の内部検証を確実にするために採用されました。 さらに、フィールドワーク中に確認されたように、鉱化大理石と蛇紋岩の間の空間的関連性を明らかにする、結果として得られたテーママップ内で、鉱化大理石と蛇紋岩の空間分布がチェックされました（図11）。 予測された金剛石 - ウラン石大理石は、野外観察によって確認されました (フィールド観測点の正確な位置は図 11 の上に表示されています)。これについては、次のセクションで詳しく説明します。

調査地域内の Au-U を含むビー玉 (オレンジ色) の分布。 蛇紋岩 (青) と Au-U を含む大理石 (オレンジ) の空間的なオーバーレイ。後者が前者と (内部または周囲に) 空間的に関連していることを示しています。 図上の注釈 (つまり a) は、Au-U 含有大理石の現場観察 (この図に表示) の正確な位置を示しています。 SVM の結果と現場での観察の間には、すべての吹き出し注釈がオレンジ色のピクセルを指しているという大きな一致が見られます。 これらの場所の大理石中の Au と U の濃度 (ppm) を補足の表 1 に示します。ArcGIS Desktop 10.8 で作成。 https://www.esri.com/en-us/arcgis/products/arcgis-desktop/overview および ENVI v. 5.6.2。 ソフトウェア; https://www.l3harrisgeospatial.com/Software-Technology/ENVI。

研究対象となったバラミヤ・ダグバーグ地区におけるいくつかの金剛石・天秤座大理石の産状は、主に、分節化された推力結合オフィオライト質メランジ岩と島弧の変火山岩・メタ堆積物と関連している。 これらの大理石は主にワディ アル バラミヤ、ゲベル エル ルカム、ワディ ダグバーグで産出されます。 一般に、研究されたすべての大理石は層状化や片理を示しておらず、これは元の炭酸塩組織が消失していることを示している可能性があります88。 ハンドレンズを使用して洗浄して粉砕したサンプルでは、​​すべての大理石に化石が含まれておらず、形成中の炭酸塩鉱物の異なる粒径と形状が示されています。

一般に、バラミヤ・ダグバグの大理石は、特に田舎の岩と接触したときに、時々変形することがあります（図 12a）。 金の鉱化は、変形した大理石と巨大な大理石の両方で見られます。 鉱物化した大理石は、バラミヤ・ダグバグ地区のワディ・アル・バラミヤ地域で豊富に産出され、蛇紋岩や時には片岩が層状になっています。 ワディ・アル・バラミヤ地域の南中央部における大理石の産状を図12aに示します。 リモートセンシングの結果（図8）と一致して、BM大理石は通常、さや状の層状の形状（厚さ5〜8メートル、長さ最大100メートル）で北東から南西にかけて発見されます。 通常は灰色から灰白色です。 彼らの国の蛇紋岩はほとんどが変質しています。 大理石と変質蛇紋岩との接触は通常は鋭くない。 大理石との接触部分では、典型的な露頭では、高度にせん断され、葉状になり、時には折り畳まれた蛇紋岩が露出し、炭酸塩、黒鉛、緑泥石が豊富になります。 蛇紋岩から大理石への移行は、蛇紋岩とマイロナイト大理石の進行的な変形として説明されています。 断片化の結果として、非常に小さな粒子が生成されることがあります。 大理石のマイロン化は、薄い断面スケール (2 cm) で観察されます。 非マイロナイト大理石は、等量の粗い炭酸塩粒子が大半を占めています。 明らかな寸法優先配向はなく、弱い色の縞模様 (灰色と白) のみが手標本の葉面を定義します。

(a、b) BM、(c、d、e) ER、(f、g、h) DG からの金剛石およびウラン石大理石の野外写真。 S：蛇紋岩、M：大理石、Sh：片岩。 これらの現場写真の正確な位置は、図 10 の上にドロップされています (これらの現場写真は、現在の研究の著者によって撮影されました。これらの写真は私たちのものであり、私たちはそれらを公開することに同意しました)。 これらの現場写真は、現在の研究の著者によって撮影されました。 これらの写真は私たち自身のものであり、私たちはそれらを公開することに同意しました。

ER大理石は、特に北東部で、cmスケールからmスケール（最大厚さ5 m）のスライスやさや状の形状で蛇紋岩や斑れい岩と混ざって発生します（図12b、c）。 （リモートセンシングデータから図9で確認）。 それらは、高度に変形し変化した岩石の中で長さ60メートルまでの高角断層に沿って西北西から東南東に衝突します（図12）。 大理石は通常、純白で粒子が粗いです。 しかし、母岩と接触すると、茶色や赤みがかった色合いになります。 再結晶生成物は母岩と接触する光輪内に広く分布しており、そこで大理石はゾーン化され、より粗い質感が得られます。 これらの接触オーレオールにはケイ酸塩鉱物が豊富に含まれており、首の目で観察できる可能性があります。 大理石に近い、または大理石と接触している母岩も茶色がかった色合いを帯びており、炭酸塩、緑泥石、および変質亜クロム酸塩の鉱物が頻繁に見られます。 ER 大理石は、BM 大理石とは異なり、母岩と接触してもマイロナイト化を示さない。

DG-大理石は通常、巨大な層（厚さ2〜7 m、長さ最大60 m）で発生しますが、層状構造は示されておらず（図12 d、e）、ほぼ北西〜南東の走向と約20°の傾斜があります。 W. Dghbagh の地域の南半分に多く発生します。 BM および ER 大理石と比較すると、DG 大理石は粒子が細かく、より暗い黒色をしています。 通常、遅いクロスカットを持つ粗粒方解石脈レットを持っています。 調査地域の北西部でのリモートセンシング結果と同時に、DG 大理石は、変質した蛇紋岩、マイロナイト黒鉛、緑泥石片岩とともによく見つかります。 大理石と周囲の岩石の間の構造接触は、層間剥離亀裂の形成によって支配されます。 トーナライトから花崗閃緑岩の小さな岩脈状の体が所々蛇紋岩に貫入しており、いくつかの石英細脈が珪長体を横切っています。 推力帯とせん断帯に沿って、田舎の蛇紋岩はさまざまな滑石および黄褐色の空洞状滑石炭酸塩岩の発達により高度な変質を示し、一方、大理石はケイ酸塩鉱物が豊富になります。

EDX に付属の顕微鏡検査で推定されるように、バラミヤ - ドゥバグ地区からの大理石には、75 ～ 95% の炭酸塩鉱物 (方解石とドロマイト、ER 大理石では主に方解石であることを除く) と 8 ～ 25% の非炭酸塩鉱物が含まれています (図１３）およびＸＲＤ分析（図１４）。 BM 大理石に含まれる非炭酸塩鉱物には角閃石と緑泥石が含まれ、DG 大理石には緑泥石と葉緑石が含まれます。 すべてのサンプルには、オーチュナイト、ウラノフェン、カルノータイト、ウラノトーライトの金およびウラン鉱物に加えて、石英、アパタイト、クロマイト、ヘマタイト、ゲーサイト、ブンセナイト (NiO)、ダンバイト [(Cu-Zn) O]、REE の付属鉱物が含まれています。 - 鉱物（モナザイトおよびアラナイト）、ジルコンおよびバデリー。 また、ER サンプルでは少量の蛇紋石、BM および ER サンプルではグラファイトと輝石が検出されました。 ローゼンらによると、 ( 2004) による大理石の分類では、炭酸塩鉱物とケイ酸塩鉱物の含有量に基づいて、研究された BM および DG の金含有ウラン大理石は、不純な方解石から不純なドロマイトまでとなっています。 一方、ER からのものは主に不純な方解石です。

(a – f) 炭酸塩鉱物粒子 (Cc: 方解石、Do: ドロマイト) 中のケイ酸塩鉱物 (Amp: 角閃石、Px: 輝石、Pyro: 葉緑石、Chl: 緑泥石) の後方散乱電子像 (BSEI)、(g- i) 金 (g)、オーチュナイト (h)、および希土類元素に富むアパタイト (i) の BSEI および EDX。

バラミヤ・ダグバグ大理石の X 線回折パターン。 サンプル BM-2、BM-4 (W. Al Barramiya)、ER-22 (Gabal El-Rukham)、および DG-1 (W. Daghbagh)。 Cc (方解石)、Do (ドロマイト)、Amp (角閃石)、Chl (緑泥石)、Pyro (葉緑石)。

大理石のサンプルはさまざまな質感を示します (使用されている用語は Heinrich, 1956; Jung, 1969; Best, 1982 のものです)。 炭酸塩粒子は直線から曲線の境界線を持っているため、顆粒芽球だけでなく、さまざまなサイズの粒子 (異芽球) でできています。 BM および DG 大理石とは異なり、ER 大理石は、隣接する多面体炭酸塩粒子 (主に方解石) の平面接触表面と約 120° の角度で交わる三重粒子接合によって証明されるように、安定した粒界構成を持っています。 付属の鉱物粒子は正面体から副面体まで微細な炭酸塩に埋め込まれています（図13）。 一部の大理石 (特に DG 製) は、組織的に「微粒状」と定義されており、顕微鏡で粒界の形状を検出するには細かすぎる炭酸塩粒子 (0.05 ～ 0.3 mm) で構成されています。 炭酸塩マトリックスにはケイ酸塩鉱物と黒鉛鉱物が点在しており、他の付属鉱物が溝や亀裂の中に存在します。

方解石は、ドロマイトと絡み合った個別の結晶として生成します (図 13)。 粒子サイズ (方解石の場合は 0.3 ～ 6 mm、ドロマイトの場合は 0.2 ～ 4 mm) は、DG から BM、ER に至る大理石では著しく増加します。 EDX の結果は、方解石とドロマイトでは主要成分および SrO の濃度が一般に均一であるが、微量成分では均一ではないことを示しています。 ER 大理石の方解石は、MgO (平均 2.7 wt. %) の含有量が最も高く、FeO (平均 0.06 wt. %) と MnO (平均 0.05 wt. %) の含有量が最も低く、MgO (平均 2.7 wt. %) の含有量が最も低いです。 ２．０８重量％）の含有量がＤＧ大理石の方解石で検出され、最も高いＦｅＯ（０．４７重量％）およびＭｎＯ（０．１７重量％）含有量がＢＭ大理石の方解石で検出される。 BM 大理石のドロマイトは FeO (平均 0.78 wt. %) と MnO (平均 0.41 wt. %) の含有量が最も高く、ER 大理石のドロマイトは FeO (平均 0.21 wt. %) と MnO の含有量が最も低いです。 (平均0.06重量%)の含有量。 鉱化大理石中の方解石とドロマイト間の Fe (KDFe < 1)、Mn (KDMn < 1)、および Sr (KDSr > 1) の推定分配係数によると、炭酸塩鉱物間の化学平衡が達成された可能性があると結論付けられます90。 。

角閃石は最も一般的な副ケイ酸塩鉱物です。 それは炭酸塩の周りの針状結晶として見られます（図13a）。 また、それは、残存した単斜輝石を伴う薄い副面体プリズム（長さ2 mmまで）として見えます（図13b、c、e）。 BM 大理石中の角閃石の組成 (Leake et al. (1997) の IMA 分類に基づく) は、トレモライトからマグネシオホーン閃石までの範囲に及びますが、通常、ER 大理石ではトレモライト、DG 大理石ではマグネシオホーン閃石で構成されます。 輝石は主に角閃石で見つかり（図13b）、場合によっては炭酸塩鉱物の間にも見つかります。 BM 大理石ではオージャイト (平均 Wo23.5 En68.25Fs7.67)、ER 大理石では透輝石 (平均 Wo44.04En55.54Fs0.42) の組成を持ちます。 亜塩素酸石は、DG および BM ビー玉中に微量に含まれています。 それは角閃石内の薄板として、または単斜輝石および炭酸塩鉱物内の異芽細胞として相互成長することもあります（図13f）。 タルク、パイロフィライト、カオリナイトは DG-marble にのみ記録されています。 タルクは輝石の内部または縁に封入されています。 パイロフィライトは、炭酸塩中の個々の下方結晶として（図13d）、またはカオリナイト内の束として発生します。 グラファイトは DG と BM によく見られ、炭酸塩粒子の間に存在します。

金（10〜35μm）は主に細孔や穴のナゲットとして発生し、場合によっては炭酸塩マトリックスの亀裂に発生します（図13g）。 ER および DG ビー玉では、金は小球または棒として見えますが、BM ビー玉では、三日月または不規則な縞として見えます。 岩石サンプル中で測定された金の濃度（補足表 1）は、0.98 ～ 2.79 g/t の範囲でした。 銅 (7.81 ～ 9.13 wt. %) は、金粒子に含まれる最も一般的な微量元素です。 ER および BM ビー玉の金の Ag 含有量はごくわずかですが、DG ビー玉の金の Ag 含有量は 7.87 ～ 10.03 重量％の範囲です。 %。

ウラン鉱物は、カオリナイト、赤鉄鉱、針鉄鉱で最もよく見つかります。 それらは主にオーツナイト- Ca(UO2)2(PO4)2・10-12H2O (10-50 μm) (図13h)とウラノファン-(Ca(UO2)2(SiO3OH)2・5H2O) (10-15 μm) です。 ）。 ただし、一部のサンプルでは、​​カルノタイト-K2 (UO2)2(VO4)2・3H2O (30 ～ 50 μm) およびウラノソリット-(Th, U) SiO4 (3 ～ 7 μm) が発生します。 大理石サンプル中の U 含有量 (補足表 1) は 127 ～ 641 ppm の範囲です。 ウラノトーライトは、ほとんどのサンプルで、微細に散在した亜面体粒子として、または他のウラン鉱物粒子の不規則な遺物として発見されます。 これは、ウラノトライトが二次ウラン鉱物の形成元となる一次鉱物であることを示唆しています。 ジルコンは、かなりの濃度の U を含む BM 大理石でのみ検出されます。すべての大理石にはアパタイトが含まれており、これは vug の副面体から下面体粒子として見つかります。 DG マーブルと BM マーブルのアパタイト粒子間の空間は、通常、グラファイトで満たされています。 アパタイトは、その高いREE含有量によって区別されます（図13i）。 炭酸塩マトリックス内のモナザイトとアラナイトは、研究された大理石の希土類鉱物の 1 つです。 また、モナザイトには高濃度の Th と U が含まれています。研究された大理石中のウラン含有量は、明確な不平衡状態にあります。 化学分析されたウラン (Uchemical) は、放射分析により測定されたウラン (eU) の 50 ～ 300 倍です。

研究されたバラミヤ・ドゥバーグ地区の不純大理石は、微量のケイ酸塩鉱物を含む炭酸塩主体の原石（主に石灰岩、ドロストーン、ドロマイト石灰岩、またはカーボナタイト）の変成再結晶によって形成された。 しかし、原石の遺伝的な組成の変動は、ケイ酸塩鉱物学の変動によって示唆されています。 研究された大理石中の方解石とドロマイトの SrO 濃度 (0.01 ～ 0.09 wt. %) は、堆積起源の大理石の濃度に匹敵します (例: インド、ボラ: 91,92; エジプト、ソルハメッド: 5; ノルウェー、エンガブリーン) :93; スリランカ:94)。 は、Cr 含有量とこれらの酸化物との間の強い相関関係によって証明されるように、ER および DG 大理石中の SiO2 および Al2O3 の供給源は田舎の蛇紋岩である可能性が最も高いと示唆しました。 一方、BM 大理石中の SiO2 と Al2O3 は粘土質前駆体に由来する可能性があります。

研究された大理石の独特の鉱物学、鉱物化学、および組織的特徴は、バラミヤ - ダバグ地区における変成変成後から変成後の流体活動が支配的であるという証拠を提供します。 EDX の結果を使用すると、揮発性物質を含む鉱物に存在するアニオンは主に水酸化物と炭酸塩であり、少量の塩化物とフッ化物であることがわかります。 これは、変成流体が主に低濃度の HF と NaCl を含む H2O-CO2 の二成分混合物である可能性が高いことを示唆しています。 ER および BM からの大理石では、輝石などの脱炭酸反応によって生成される無水鉱物の最頻値存在量は低くなります (平均 2 体積%)。 これは、XCO2 平衡が低い流体を指しますが、その一方で、逆行変成作用の進行中に外部から得られた大量の水性流体を指します。

研究された大理石の鉱物粒子の形状と幾何学的特徴は、変成進化中の平衡を特定し実証するために使用されました。 ER 大理石の炭酸塩粒子の平均サイズが大きく、隣接する多面体炭酸塩粒子の接触面が平面であることは、研究された他の大理石と比較して、ER 大理石がより多くの変成再結晶を示すことを示唆しています 95。 方解石とドロマイト間の推定平衡温度は、XMgCO3 (平均 = 4.76 mol.%、平均 = 5.61 mol.%) を使用した場合、BM 大理石の 450 °C から ER 大理石の 650 °C までの範囲です。方解石温度計。 したがって、ER-大理石は、より高度な変成過程を通じて、主要な組織特性がさらに消失している可能性があります。 さらに、DG 黒大理石と比較して BM 黒大理石の再結晶化が大きいことが、進行反応中の変色が大きくなり、その後有機炭素痕跡がさらに除去される原因となっている可能性があります 97。 これは、BM マーブルが DG マーブルよりも輝いていることで証明されています。

進行反応は、一部のサンプル中に唯一のケイ酸塩鉱物として単斜輝石が存在することによって証明されています。 しかし、順行変成作用によって形成された唯一の鉱物としてのその存在は、前変成岩の単純さを反映しています。 98,99 の輝石温度計に基づいて、単斜輝石は T = 825 ～ 975 °C (BM 大理石の輝石) および T = 600 ～ 900 °C (ER 大理石の透輝石) で花崗岩相変成作用の下で形成されたと推定しました。

含水鉱物集合体から判断すると、大理石岩の逆行変成作用が下部の角閃岩と緑色片岩相に伝わりました。 すべての大理石の角閃石の質感は、単斜輝石の逆行性再水和を示している可能性があります。 トレモライトと比較すると、通常、BM 大理石では、Al 含有量の高いマグネシオホーン閃石が輝石に取って代わります。 おそらくこれに続いてトレモライトが形成されたと考えられます (500 ～ 600 °C、Winter100)。 一方、トレモライトは、透輝石の水和によってER大理石中に生成されました。 DG 大理石では、トレモライトの形成に続いてタルク (400 ～ 500 °C)、次にパイロフィライト (300 ～ 400 °C)、最後に緑泥石 (179 ～ 245 °C) が形成されました。

研究された大理石では、金は炭酸塩マトリックス中に分散されたナゲットとして発見され、硫化鉱物とは関連していません。 研究された鉱化大理石と蛇紋岩の空間的関係は、それらが金の供給源としての可能性を示しています。 また、金の鉱化の分布は通常、変形帯とは関係がなく、金の鉱化中に流体供給管において変形が唯一の役割を果たしていないことを示唆しています。

Hamdy と Aly2 は、酸化がすべての大理石の超苦鉄質源岩からの金の遊離の原因であると提案しました。 しかし、ER および DG 大理石では、これは変成作用 (シン変成性鉱化作用) とケイ酸塩鉱物の形成に関連している可能性が最も高くなります (図 15)。 超苦鉄質岩は、遷移緑色片岩角閃岩相で変成作用を受け、発達する推力に沿って脆性延性および脆性構造を伴い 101、変成鉱化流体の流れに有利な流路を提供しました。 金はヒドロキシル錯体として炭酸塩岩に輸送されるため、これらの流体は本質的に、NaCl と HF の濃度が低い H2O-CO2 の二成分混合物でした。 対照的に、金は変成後およびその変成中に BM 大理石の原岩から遊離しました (変成後の鉱化)。

Barramiyah-Daghbagh 大理石の岩石に寄生する鉱物。

eU/Uchemical 比は、研究されたすべての鉱化大理石で通常 1 未満であり、最近追加されたことを示します (つまり、ガンマ線を放出する娘粒子がまだ生成されていないか、少なくとも崩壊系列が平衡状態に達していません)。 ウランが約 1.5 Ma102 で平衡に達するため、研究された大理石のウラン鉱化年代は < 1.5 Ma (変成後) です。 変成後の大理石中にウランが存在すること（図15）は、それが二次起源のものであることを強く示唆しています。 さらに、ウランの二次起源は、破壊鉱物および細孔充填鉱物としてのウラン鉱物の濃度、およびリン酸塩、ケイ酸塩、バナジン酸塩などの存在様式によって裏付けられています。 ER と DG のフェルサイトと粗面岩の岩脈、および BM の花崗岩は、一次ウランの潜在的な供給源と考えられます。 天水は、主な供給源、輸送、大理石への堆積によるウランの風化の原因である可能性が最も高いです。 これはエジプトの多雨期に発生した可能性が最も高く、そのとき東部砂漠は地表水で浸水しました103。 二次的な U 鉱物 (オーチュナイト、ウラノファン、カルノタイト) は、蒸発、配位子との錯化、またはオキシ水酸化鉄や粘土鉱物への吸着によって、亀裂や開いた空隙に沿って沈殿する可能性があります。 BM 大理石中の U と Au の含有量間の負の関係は、ウランの鉱化流体が金の鉱化流体と同じであり、鉱化が最後の 1.5 Ma 以内に異なる時期に起こったことを示唆しています。

今回の研究では、アラビア・ヌビアン・シールド上で初めて、Sentinel 2 と ALOS PRISM のデータを、金剛石およびウラン石のビー玉を検出するためのよく知られたサポート ベクター マシン アルゴリズムと統合しました。 現在のアプローチの結果は、集中的なフィールドワークと岩石学的鉱物学的調査 (XRD、EDX、および BSEI) を使用して、統計的に検証されています (混同行列、全体的な精度、カッパ係数)。 私たちの研究は次のように結論付けています

金剛石およびウラン石大理石は、従来の Au-U のホストと比較して連続した鉱体ではありません。 それらは断続的に不均一な (黒または白、縞模様または塊状など) 鉱石体を形成します。 彼らの集合的表現は、大理石やその砂利であっても実際の経済的価値があるかもしれません。 これは、調査地域内で検出された遺体の周囲でランダムな採掘が多量に行われていることによって示されています。

ほとんどの場合、これらの鉱体は何らかの形でこれらのオフィオライト岩石の内部または周囲に散発的に存在するため、金剛石およびウラン石大理石の探査プログラムは、オフィオライト蛇紋岩とその関連岩に焦点を当てる必要があります。 したがって、より高い空間分解能（例：2.5 m）のリモートセンシングデータは、さまざまな技術（例：PCA、ICA、MNF およびそれらの組み合わせ）を通じて、これらのオフィオライト岩内の鉱​​化変種を明らかにする可能性があります。

サポート ベクター マシン アルゴリズムは、これらの鉱物化した大理石の検出に適しています。 SVM によって得られた主題図は、以前の地質図および現地調査とよく相関しています。

オフィオライト蛇紋岩と金剛石およびウラン石大理石の主題層の空間オーバーレイ解析により、それらの関連起源が確認されました。

大理石には、不純な方解石組成物 (ER) と、不純な方解石から不純なドロマイト組成物 (BM および DG) が含まれます。 それらの原石は純粋な石灰岩とドロマイト石灰岩で構成されており、粘土質成分 (BM) の可能性があります。 変成作用は、ER および BM 大理石では花崗岩-角閃岩相から、DG 大理石では角閃岩相から上部の亜緑色片岩相まで逆行的に進行しました。

この国の超苦鉄質岩は金の主な供給源であり、鉱化は合成 (ER および DG) と変成後の表面風化 (BM) の両方で起こりました。 大理石の周囲の珪長質岩は主にウランの供給源です。 ウランは、多雨期に関連した隕石および/または地下水によって大理石に運ばれた可能性が最も高いです。

現在の研究では、バラミヤ、エル・ルカム、ダグバグを含む調査地域内の金剛石およびウラン石の大理石が強調されており、他の検出されたゾーンについてさらに詳細な探査を行うことを強く推奨しています。

利用されたアプローチは、ANS 内の金剛石およびウラン石大理石の検出とその地域分布図の構築のために、調査地域の境界を越えて採用される予備的なマルチスケール (顕微鏡リモートセンシング) 探査モデルとして強く推奨されます。 これにより、金剛石・天秤座大理石の地域経済への影響についての洞察が得られるだけでなく、その分布に基づいてその起源についての説明も得られる可能性がある。

現在の研究中に使用および/または分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

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データを提供してくださった ESA と USGS に感謝します。 Ali Shebl は、ハンガリーとエジプトの共同執行プログラムに基づく Stipendium Hungaricum 奨学金によって資金提供されています。 タンタ大学地質学部は、フィールドワークに対して物流的および財政的支援を提供しました。 MH は、鉱物および化学分析の実施にご協力いただいた Gehan Aly 教授に感謝いたします。

デブレツェン大学が提供するオープンアクセス資金。

デブレツェン大学鉱物学地質学部、デブレツェン、4032、ハンガリー

アリ・シャブル

地質学部、タンタ大学、タンタ、31527、エジプト

アリ・シェブル & モハメド・ハムディ

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概念化、MH と AS。 方法論、AS および MH。 ソフトウェア、AS。 検証、MH; 形式的な分析、As; 調査、MH、AS

アリ・シェブルへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

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転載と許可

Shebl, A.、Hamdy, M. マルチスケール (顕微鏡からリモートセンシング) の金剛石 - 天秤座大理石の予備探査: エジプトのヌビア楯状地からのケーススタディ。 Sci Rep 13、9173 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-36388-7

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受信日: 2023 年 2 月 19 日

受理日: 2023 年 6 月 2 日

公開日: 2023 年 6 月 6 日

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

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