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May 19, 2023

Exploration préliminaire multi-échelles (microscopique à télédétection) des

Rapports scientifiques volume 13,

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 9173 (2023) Citer cet article

Détails des métriques

Depuis leur premier enregistrement récent dans le Bouclier nubien égyptien, les marbres aurifères et uranifères (Au = 0,98–2,76 g/t ; U = 133–640 g/t) ont rarement été abordés, malgré non seulement leur importance économique probable mais aussi le fait qu'il s'agit d'un nouveau style génétique de minéralisation d'or et d'uranium dans les roches du Bouclier nubien. Ceci est principalement attribué à la localisation inadéquate de ces marbres dans des terrains difficiles, ainsi qu'au coût et au temps consacrés aux travaux de terrain conventionnels pour leur identification par rapport aux principaux composants lithologiques du Bouclier nubien. Au contraire, les techniques de télédétection et d'apprentissage automatique permettent d'économiser du temps et des efforts tout en introduisant une identification fiable des caractéristiques avec une précision raisonnable. Par conséquent, la recherche actuelle tente d'appliquer l'algorithme d'apprentissage automatique bien connu (Support vector Machine - SVM) sur les données de télédétection Sentinel 2 (avec une résolution spatiale allant jusqu'à 10 m) pour délimiter la distribution des marbres aurifères-uranifères. dans le district de Barramiya-Daghbagh (désert oriental d'Égypte), comme étude de cas du Bouclier nubien. Pour de meilleurs résultats, les billes ont été distinguées avec précision en utilisant les données Sentinel 2 pan-sharpened d'ALOS PRISM (2,5 m) et des expositions bien connues pendant le travail sur le terrain. Avec une précision globale de plus de 90%, une carte thématique des marbres aurifères-uranifères et des principales unités rocheuses du district de Barramiya-Daghbagh a été réalisée. Les marbres sont spatialement liés aux roches serpentinites ophiolitiques, conformément à leur genèse dans la lithosphère océanique néoprotérozoïque. Des investigations de terrain et pétrographiques ont confirmé les zones Au et U nouvellement détectées (marbres calcitiques impurs à dolomitiques impurs dans les régions de Wadi Al Barramiya et Wadi Daghbagh et marbre calcitique impur dans la région de Gebel El-Rukham). De plus, les résultats de la diffraction des rayons X (XRD), des images d'électrons rétrodiffusés (BSEI) et de la spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie (EDX) ont été intégrés pour vérifier nos résultats de télédétection et nos investigations pétrographiques. Différents temps de minéralisation sont indiqués, allant du syn-métamorphisme (or dans le Wadi Al Barramiya et Gebel El-Rukham) au post-métamorphisme (or dans le Wadi Daghbagh et uranium dans toutes les localités). Sur la base de l'application des résultats géologiques, minéralogiques, d'apprentissage automatique et de télédétection pour la construction d'un modèle d'exploration préliminaire du marbre aurifère-uranifère dans le Bouclier nubien égyptien, nous recommandons une exploration détaillée des zones à Au et U à Barramiya- district de Dghbagh et application de l'approche adoptée à d'autres districts d'environnements géologiques similaires.

Le marbre au sens propre (une roche calcitique ou dolomitique métamorphosée à grain grossier de toute origine) est connu pour être présent dans de nombreuses localités au sein des roches du Bouclier arabo-nubien (ANS)1. Leurs principales occurrences dans les roches boucliers du désert oriental d'Égypte se trouvent à Wadi Dib1, Wadi Barramiya, Wadi Dghbagh, Gebel El-Rukham au large de Wadi El-Miyah2, Bir Safsaf-Aswan uplift3, Wadi Allaqi4 et Sol Hamid5. De plus, des marbres graphitiques foraminifères provenant des roches du Phanérozoïque sont détectés. Ils ont été trouvés dans les régions de Gebel El Hisinat et de Wadi Heimur, où des foraminifères arénacés d'âge Pennsylvanien et Mississippien ont été décrits6,7.

L'Égypte a visiblement exposé des ressources d'or et d'uranium qui se sont formées à divers stades de son évolution géologique. Les gisements d'or se présentent sous forme de strates formées en raison de processus hydrothermaux exhalatifs au cours des dernières étapes de l'activité volcanique sous-marine dans des arcs insulaires8,9, de type filonien10,11, de type disséminé dans des roches altérées12 ou de placers13. Les principales occurrences d'uranium se trouvent dans les zones de cisaillement du granite orogénique tardif panafricain et des roches apparentées14, des dykes et sills alcalins15, des roches sédimentaires du Phanérozoïque16,17 et des placers de plage du sable noir18. Cependant, en raison de leur aptitude chimique considérable à l'infiltration par les fluides hydrothermaux, les roches carbonatées sont un hôte bien connu pour divers types d'altération hydrothermale et de minéralisation liée au métasomatisme, notamment l'or19,20,21, l'uranium22,23,24,25 et de rares éléments terrestres26,27. De plus, pendant et après le métamorphisme des roches carbonatées, le mouvement des solutions minéralisantes peut transférer des éléments des roches environnantes dans le marbre produit28,29,30,31,32. Par conséquent, les marbres sont considérés comme un hôte potentiel pour de nombreux minerais et sont documentés pour l'or et l'uranium se déposant dans les roches ANS2. Malgré les recherches fréquentes et approfondies sur les minéralisations liées à l'altération carbonatée, leur petite taille et le manque d'enregistrement sur des cartes géologiques à grande échelle12,20,33,34, entravent les recherches sur les marbres en tant qu'hôtes de gisements minéraux économiques au sein de l'ANS. En plus du besoin critique d'une évaluation économique basée sur l'exploration des billes Au et U enregistrées par l'ANS (pour déchiffrer leur potentiel en tant que nouveau piège géologique d'or et d'uranium), la recherche sur leur origine peut fournir de nouvelles informations sur le modèle tectonique conventionnel. de ANS2,35.

La demande mondiale croissante d'Au et d'U et les progrès des technologies métallurgiques pour l'exploration et l'exploitation des minerais relancent fortement les études minéralogiques dans les friches industrielles et les gisements économiques à petite échelle largement distribués. De plus, et avec l'avènement d'ensembles de données de télédétection à plus haute résolution spatiale, une cartographie lithologique précise pourrait être réalisée36,37,38,39,40,41,42,43 même pour les corps rocheux à petite échelle. Compléter les données de télédétection avec des algorithmes d'apprentissage automatique (MLA) aide à prédire une certaine classe (type de roche) en fonction de ses données étiquetées dans ce que l'on appelle la classification supervisée39,44,45,46,47,48,49. De cette façon, le problème de distribution de petite taille des marbres aurifères-uranifères pourrait être résolu en plus de mettre en évidence de nouvelles occurrences et d'introduire une cartographie thématique de celles-ci. À cette fin, SVM a été choisi comme MLA pour implémenter cette tâche sur les données Sentinel 2 en raison de leurs résultats bien rapportés dans des applications similaires50,51,52,53,54,55,56. Grâce à une approche globale, cette recherche combine des données de télédétection haute résolution (jusqu'à 2,5 m) avec l'apprentissage automatique, un travail de terrain approfondi et des investigations minéralogiques approfondies impliquant XRD, EDX et BSEI. Le point culminant de ces efforts est la création d'une carte thématique détaillée spécifiquement axée sur l'identification des marbres aurifères-uranifères dans le district de Barramiya-Daghbagh, situé dans le Bouclier nubien égyptien. Cette étude vise à évaluer si ce modèle d'exploration est suffisant pour justifier une exploration supplémentaire, potentiellement coûteuse, de marbres aurifères-uranifères dans l'ensemble de l'ANS et d'autres districts ayant des contextes géologiques similaires.

Le district de Barramiya-Daghbagh est situé dans le désert oriental d'Égypte, dans le cadre de l'ANS. En Égypte, le socle précambrien du désert oriental et de la péninsule du Sinaï constitue la partie nord du bouclier nubien dans l'ANS (Fig. 1a). L'ANS, formant l'une des plus grandes expositions de croûte juvénile néoprotérozoïque sur Terre57, s'étend de l'Égypte à travers le Soudan et l'Érythrée jusqu'à l'Éthiopie sur le côté ouest du rift de la mer Rouge, et de la Palestine et de la Jordanie à travers l'Arabie saoudite jusqu'au Yémen sur le côté est de la mer Rouge. la mer Rouge. Il s'est développé par accrétion d'arcs insulaires aux marges continentales du Gondwana par la fermeture de l'océan Mozambique pendant l'orogène est-africain, suivie d'une extension crustale qui s'est accompagnée de l'intrusion de grandes quantités de magmas granitoïdes (750–540 Ma)58 et génération de bassins de dépôt post-amalgamation59,60 dans lesquels abondent les roches volcano-sédimentaires (< 650 Ma61). L'amalgamation de l'arc a commencé vers 780 Ma et s'est poursuivie jusqu'à environ 620 Ma62 et l'assemblage global du bouclier s'est terminé à environ 560 Ma, date à laquelle l'ANS avait été accrété au métacraton saharien4. La subduction était active tandis que le processus d'obduction opérait le long des plans de poussée57.

( a ) Carte de localisation de la zone d'étude et ( b ) Sentinelle 2 FCC 12–6-2 en RVB montrant respectivement des roches de serpentinite de couleur noire. BR : district de Barramiya, ER : district d'El-Rukham, DG : district de Daghbagh, Sp : serpentinite et ses roches associées, y compris les marbres à Au-U. (L'image Sentinel 2A a été téléchargée via la plate-forme de l'Agence spatiale européenne (ESA). La figure a été créée par le logiciel SmartSketch v. 4.0 ; https://smartsketch.software.informer.com/4.0/ et le logiciel ENVI v. 5.6.2. ; (https://www.l3harrisgeospatial.com/Software-Technology/ENVI).

Le socle précambrien du bouclier nubien égyptien est le produit de processus magmatiques, sédimentaires et métamorphiques d'une évolution orogénique protérozoïque complexe suite à la collision et à l'accrétion de terrains sur un continent pré-panafricain à l'ouest du Nil63. Les roches de la zone de collision pourraient avoir subi un métamorphisme régional il y a entre 650 et 620 Ma64. Ils ont été incorporés par chevauchement lors de l'accrétion et par un mouvement transcourant latéral gauche le long du Najd et d'autres zones de cisaillement d'orientation NW, en particulier dans la partie centrale du désert oriental d'Égypte65,66.

Le district de Barramiya-Daghbagh est situé dans la partie sud du désert central-oriental de l'Égypte entre les latitudes 25°06″ à 25°22″ N et les longitudes 33°42″ à 34°05″ E (Fig. 1b). Le district de Barramiya-Daghbagh est composé d'ultramafiques serpentinisés ophiolitiques démembrés métamorphisés, de gabbros et de roches volcaniques, de métagabbro intrusif à métadiorite, de métasédiments métavolcaniques d'arc insulaire, de granodiorite foliée et de granite à feldspath alcalin (Fig. 2). Les roches ophiolitiques sont des vestiges de la lithosphère océanique formés par le fond marin s'étendant au-dessus d'une zone de subduction active67,68. Ils sont remarquablement abondants dans le district de Barramiya-Daghbagh. Les serpentinites se présentent principalement sous forme de roches massives de plages allongées définissant des corps ou des feuilles tabulaires pliées69, et sont dominées par des poussées dirigées ENE-WSW marquant la zone de cisaillement Mubarak-Barramiya du désert oriental d'Égypte70. Des serpentinites cisaillées et talcifiées-carbonatées sont rencontrées en association avec les autres roches mixtes71. Ils ont un caractère schisteux clair par endroits, donnant naissance à des schistes talco-carbonates complets.

Carte géologique du district de Barramiya-Daghbagh modifiée d'après Hagag et Abdelnasser75, Shebl, Kusky et Csámer76 ; et Zoheir et al.77. (Créé par le logiciel SmartSketch v. 4.0 ; https://smartsketch.software.informer.com/4.0/).

Des métasédiments volcanogènes recouvrent de manière concordante les roches de serpentinite dans la majeure partie du district. Les métasédiments volcanogènes alternant avec les métavolcaniques sont les plus grandes unités affleurantes, en particulier dans la partie nord du district de Barramiya-Daghbagh. Ils sont plutôt hétérogènes, constitués principalement de schistes pélitiques et calcaires avec des schistes quartzofeldspathiques subordonnés. Les schistes sont généralement lités et fortement foliés. Les sédiments matures métamorphisés de grès et de carbonates sont moins fréquents. Cependant, des tranches volcaniques d'arc métamorphisées (andésite, méta-andésite basaltique, interstratifiées avec des tufs dacitiques) se produisent parfois en contact tectonique avec des métasédiments. Le mélange se produit principalement en association avec les métasédiments et les métavolcaniques.

Les serpentinites, les métasédiments et les métavolcaniques sont pénétrés par des complexes rocheux de métagabbro-diorite, qui contiennent parfois des xénolithes et des radeaux de ces roches. Les complexes de métagabbro-diorite se produisent principalement à l'est de G. El-Rukham à W. Al Miyah (Fig. 2). Les roches du complexe représentent une partie de la volumineuse association liée à l'arc plutonique72,73,74. Ils étaient légèrement déformés et métamorphosés au faciès des schistes verts et des amphibolites75,76. De plus, le granite à feldspath alcalin montre des apophyses pénétrant dans la métagabbro-diorite. Les roches du socle du district de Barramiya-Daghbagh sont généralement traversées par un certain nombre de dykes mafiques et felsiques d'orientation ENE-WSW.

Pour atteindre l'objectif de la recherche actuelle, une image Sentinel 2A sans nuage a été téléchargée via la plateforme de l'Agence spatiale européenne (ESA). Les caractéristiques spectrales et spatiales des données Sentinel 2 sont résumées dans le tableau 1. Les données Sentinel 2 ont été reprojetées sur le référentiel WGS-84 UTM zone 36 N. L'outil Sen2Cor a été utilisé pour le prétraitement (correction atmosphérique) des données Sentinel-2 afin de fournir des données de fond corrigées. valeurs de réflectance de l'atmosphère (BOA) à partir des données de niveau 1C du haut de l'atmosphère (TOA) (la scène actuelle ; (S2A_MSIL1C_20200505T081611_N0209_R121_T36RWN_20200505T095132)). Ce processus a été effectué en installant l'outil Sen2Cor et en fournissant des données L1C par certains codes à l'aide de l'invite de commande. Ici, les données de l'instrument de télédétection panchromatique pour la cartographie stéréo (PRISM) ont été utilisées pour améliorer la résolution spatiale des données Sentinel 2. PRISM est monté sur le célèbre ALOS (Advanced Land Observing Satellite). PRISM a été spécifiquement utilisé pour la cartographie numérique d'élévation avec une taille de pixel allant jusqu'à 2,5 m (tableau 1) et était accessible via le site Web de l'Alaska Satellite Facility ou du Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) Earth Observation Research Center (EORC). Tout d'abord, un étalonnage radiométrique a été appliqué aux données PRISM pour convertir les nombres numériques bruts en valeurs de luminance. Ensuite, une correction géométrique a été effectuée par orthorectification et géoréférencement pour éliminer les distorsions spatiales. Ensuite, nous avons appliqué la méthode Gram-Schmidt Pan Sharpening pour préserver les informations spectrales des bandes sentinelles 2 tout en améliorant leur résolution spatiale à l'aide des données PRISM. Le logiciel suivant a été utilisé pour le prétraitement et le traitement des images satellites, 1- Sentinel Application Platform (SNAP), 2- ENVI v. 5.6.2. logiciel; https://www.l3harrisgeospatial. com/Software-Technology/ENVI), qui est principalement utilisé pour le traitement d'images, et 3- ArcGIS Desktop 10.8. (https://www.esri.com/en-us/arcgis/products/arcgis-desktop/overview/).

Outre les ensembles de données de télédétection susmentionnés, des cartes géologiques antérieures de la zone d'étude ont été géoréférencées et compilées à partir d'études antérieures2,39,77,78,79, pour permettre une comparaison et améliorer notre compréhension de la géologie de la zone d'étude. Au cours du travail de terrain, les localités d'origine des marbres aurifères-uranifères dans le district de Barramiya-Dghbagh décrites par Hamdy et Ali2 ont été revisitées et de nouveaux sites identifiés par des techniques de télédétection et d'apprentissage automatique ont été validés. Une méthodologie complète d'organigramme, montrant les ensembles de données utilisés et élucidant l'approche adoptée dans la présente recherche, est présentée à la Fig. 3 pour fournir une clarification améliorée.

Méthodologie de l'organigramme illustrant l'approche adoptée dans la recherche actuelle.

Plusieurs méthodes de traitement d'image ont été utilisées dans la recherche actuelle pour séparer les serpentinites et leurs marbres aurifères-uranifères associés des autres lithologies exposées dans le district d'étude de Barramiya-Daghbagh. Après plusieurs essais utilisant diverses techniques d'amélioration d'image, quatre méthodes (combinaison de fausses couleurs ou FCC, analyse en composantes principales ou PCA, fraction de bruit minimum ou MNF et analyse en composantes indépendantes ou ICA) ont prouvé leur efficacité à fournir une discrimination lithologique considérable et une délimitation acceptable pour le marbres minéralisés. Bien que la FCC soit une méthode de télédétection traditionnelle, elle est encore largement utilisée pour diverses applications en spécifiant trois bandes en RVB. Le choix de ces bandes dépend principalement de la caractéristique à scruter42,48,80,81. Par exemple, dans la télédétection géologique, des bandes visibles dans le proche infrarouge (VNIR) sont souvent incluses pour discriminer les minéraux riches en fer en raison des caractéristiques d'absorption uniques de ces minéraux dans cette plage spectrale. Les bandes infrarouges à ondes courtes (SWIR) sont le meilleur choix pour mettre en évidence les carbonates et les minéraux porteurs d'OH42,82,83. Dans la recherche actuelle et en raison de la grande variabilité de la composition des unités rocheuses exposées, la meilleure image composite différenciant les unités rocheuses était représentée par SWIR, VNIR et les gammes bleues visibles en affichant Sentinel 2 bande 12 (SWIR) en rouge, bande 6 (VNIR) en vert et bande 2 (bleu) en canaux bleus. Ce FCC (respectivement 12–6–2 en RVB) (Fig. 1b), différencie les marbres de leurs roches paysannes (principalement des serpentinites), en particulier lorsqu'ils sont affinés avec les données ALOS PRISM (par exemple, Figs. 8b, 9b et 10b). De plus, et dans le but d'une meilleure discrimination, des transformations d'images ont été appliquées en utilisant l'analyse en composantes principales (PCA), la fraction de bruit minimum (MNF) et l'analyse en composantes indépendantes (ICA). L'ACP est une méthode statistique multivariée qui transforme les données originales en nouveaux composants (PC)37,84. Cette transformation révèle surtout de nouvelles fonctionnalités et introduit une meilleure discrimination, notamment avec les anciens composants très informatifs. MNF est une autre technique de rotation orthogonale des données. Comme son nom l'indique, il essaie de minimiser le bruit des données en déterminant le PC à partir de données blanchies par le bruit. L'ICA est considérée comme une technique de séparation de source aveugle qui tente de différencier les signaux source et mixtes sans aucune connaissance préalable en fonction principalement de la définition de données indépendantes non corrélées49. L'ACP a été réalisée uniquement sur le composite hautement informatif (12–6-2 en RVB). De plus, MNF et ICA ont été appliqués pour confirmer la séparation lithologique et aider à distinguer les marbres minéralisés dans le district de Barramiya-Daghbagh.

Une phase cruciale du processus de cartographie lithologique consiste à choisir des échantillons représentatifs pour former et tester le modèle et valider la carte thématique finale. Dans la recherche actuelle et sur la base de l'accessibilité, 40 échantillons représentatifs ont été acquis (avant l'application de SVM) grâce à des enquêtes intensives sur le terrain. Cette dernière a été réalisée sur la base de cartes géologiques antérieures et des résultats de techniques de traitement d'images (FCC, PCA, MNF et ICA) qui permettent une identification raisonnable des différentes unités lithologiques. Ces échantillons représentent toutes les cibles lithologiques dans la zone d'étude et leurs emplacements connus ont été utilisés pour sélectionner les données de formation et de test pour le modèle SVM.

Afin d'obtenir de meilleurs résultats de classification, une attention particulière a été portée à l'extraction des meilleures caractéristiques représentatives de chaque classe (cible lithologique). Ainsi, les données ALOS PRISM à haute résolution spatiale (2,5 m), les techniques de traitement d'image précédemment mentionnées, les observations de terrain et les cartes géologiques géoréférencées précédentes (selon WGS 84 UTM zone 36 N)39,77,79 ont été intégrées pour détecter les meilleurs pixels représentatifs. pour six grandes classes dont, 1- les serpentinites, 2- les granites, 3- les métagabbro-diorites, 4- les métasédiments métavolcaniques et volcanoclastiques, 5- les dépôts d'oueds, et 6- les marbres aurifères-uranifères. Selon des études antérieures85, les données d'entraînement et de test ont été conservées entre 70 et 80 % et 30 et 20 %, respectivement. La répartition des données a été effectuée de manière aléatoire. Les données de formation et d'essai des six classes ont été sélectionnées avec précision (tableau 2) en se concentrant sur les marbres aurifères et uranifères et les unités rocheuses environnantes. Ces nombres de pixels (affichés dans le tableau 2) ont été déterminés sur la base d'une combinaison d'essais de suréchantillonnage et de sous-échantillonnage pour équilibrer l'ensemble de données et garantir les meilleurs échantillons représentatifs pour chaque classe, sur la base de notre travail de terrain et des cartes géologiques précédentes. Une étude plus approfondie des marbres minéralisés a été réalisée en incorporant des parties de différents emplacements (Barramiya -BM, El-Rukham-ER et Daghbag -DG) de marbres aurifères-uranifères confirmés dans les données d'essai.

Vers une classification plus équilibrée, mettant à jour la carte lithologique de la zone d'étude et démêlant la relation spatiale des zones Au et U avec les unités rocheuses environnantes, une classification multiclasse a été effectuée en alimentant l'algorithme SVM avec les données Sentinel 2 pour classer le zone d'étude dans les six classes principales. SVM est choisi car il est considéré comme l'un des meilleurs classificateurs pour effectuer la généralisation multiclasse des données de télédétection55,78,86 et dépend de la théorie de l'apprentissage statistique87. SVM est basé principalement sur la réalisation de la séparation maximale entre les classes en utilisant un hyperplan optimal. Ce qui rend son efficacité bien meilleure, c'est qu'en plus de cette marge, une pénalité de mauvaise classification est toujours appliquée pour aider à une meilleure classification. En référence à des études antérieures similaires44,55 et après plusieurs essais, les paramètres optimaux pour SVM étaient une fonction de base radiale (meilleure que linéaire et polynomiale) comme noyau, et 100 pour la pénalité. Selon nos nombreux essais et études antérieures similaires44,49,51, l'inverse des bandes d'entrée a été recommandé et ensuite utilisé pour attribuer la valeur de 0,33 au paramètre gamma dans la fonction noyau.

Il convient de souligner que la sélection manuelle des hyperparamètres optimaux par essais et erreurs est une tâche fastidieuse. Par conséquent, nous avons mené plus de 50 essais de classification pour obtenir le meilleur ajustement (car les problèmes de surajustement et de sous-ajustement sont principalement liés aux paramètres sélectionnés) et nous assurer que les unités rocheuses de notre zone d'étude ont été attribuées de manière appropriée. Outre l'approche par essais et erreurs, nous avons consulté plusieurs études antérieures44,49,51 qui ont donné des résultats favorables dans des terrains et des conditions similaires pour choisir les paramètres optimaux attribués dans notre recherche.

Des échantillons représentatifs des nouveaux sites de marbres aurifères-uranifères du district de Barramiya-Dghbagh ont été étudiés au microscope et en minéralogie à l'Autorité des matériaux nucléaires du Caire. Les échantillons ont été examinés au microscope électronique polarisé et à balayage (SEM) pour les détails pétrographiques. L'imagerie MEB a été utilisée pour mettre en évidence les relations géométriques entre les constituants minéraux, notamment la dolomite et la calcite, ainsi que pour détecter les grains non carbonatés qui n'étaient pas visibles au microscope polarisé en raison de leur petite taille. Le MEB est équipé d'un spectromètre à rayons X à dispersion d'énergie Link Analytical AN-1000/855 étalonné à l'aide d'étalons naturels pour identifier les éléments et détecter, de manière semi-quantitative, leurs compositions chimiques. Une tension d'accélération de 25 à 30 kV a été appliquée lors de l'analyse par spectromètre à rayons X à dispersion d'énergie (EDXA). Pour les éléments avec Z > 9, les précisions analytiques vont de 2 à 5 %, et pour les éléments plus légers, elles vont de 5 à 10 %. En utilisant la spectroscopie de diffraction des rayons X (XRD), l'identification des minéraux et leurs abondances relatives ont été vérifiées. La concentration d'Au dans neuf échantillons représentatifs de marbre minéralisé a été détectée par spectrophotomètre d'absorption atomique (AAS). L'eau régale a été utilisée pour digérer les échantillons pour l'analyse de l'Au. La précision analytique est de ± 5 %. Après digestion par HCl, les teneurs en Uchemical et Thchemical ont été déterminées par spectrophotométrie (méthode colorimétrique). Comme U n'est pas un émetteur gamma, la détermination par spectrométrie gamma de l'équivalent U (eU) est basée sur la mesure des rayons gamma émis par ses descendants.

Les résultats du traitement d'image donnent une discrimination lithologique claire pour toutes les unités rocheuses du district de Barramiya-Dghbagh, comme le montrent les Fig. 4 et 5. Par exemple, la Fig. 4a sépare clairement les serpentinites en pixels de couleur jaune en utilisant PC1-PC2-PC3 en RVB respectivement des roches granitiques (vert), des métasédiments métavolcaniques et volcanoclastiques (rose foncé) et des métagabbros (rose clair) . Les observations de terrain appuient, dans une large mesure, ces résultats et ont révélé que les marbres minéralisés sont entièrement spatialement associés aux serpentinites ophiolitiques. Ainsi, une attention particulière a été accordée à la discrimination des serpentinites et à l'étude intensive de leurs minuscules variétés. En conséquence, les résultats composites MNF RVB 1–2-3 offrent une meilleure discrimination pour les serpentinites et leurs marbres aurifères-uranifères apparentés en deux grades de couleur verte. En comparant ces couleurs vertes avec nos observations de terrain sur l'ensemble de la zone d'étude, une coïncidence considérable entre elles et la répartition des marbres aurifères-uranifères a été constatée. Bien sûr, la distribution spatiale de la couleur verte est plus grande que les occurrences réelles de marbres car les serpentinites et leurs composants associés (par exemple les talc-carbonates) sont également mis en évidence, avec la même couleur. Ces variations au sein des roches de serpentinite sont également confirmées par la Fig. 5a (couleur jaune avec une teinte verdâtre pour les serpentinites) et la Fig. 5b (différents tons de la couleur rosée). Ces variations (à l'intérieur et autour des serpentinites sur différentes parties de la zone d'étude) sont confirmées à l'aide des données ALOS PRISM. Ces différences tonales au sein des serpentinites sont principalement des indications pour les marbres aurifères-uranifères, qui ont une composition hétérogène (basée sur des observations sur le terrain) comme indiqué à partir de différents tons dans les roches de serpentinite (clairement visibles dans les parties sud et nord de la zone d'étude et dans les figures de 8b, 9b et 10b des images PRISM).

Combinaisons de couleurs de RVB montrant (a) PC1-PC2-PC3 séparant les roches de serpentinite de couleur jaune avec quelques impuretés rosâtres minuscules à l'intérieur, et (b) MNF1-MNF2-MNF3 discriminant les serpentinites et leurs billes Au-U associées. (Créé par le logiciel ENVI v. 5.6.2. ; https://www.l3harrisgeospatial.com/Software-Technology/ENVI).

Combinaisons de RVB montrant (a) des roches de serpentinite discriminantes MNF2-PC2-12 de couleur jaune avec quelques impuretés verdâtres minuscules à l'intérieur, et (b) des serpentinites discriminantes IC1-IC2-IC3 dans différents tons rosés. (Créé par le logiciel ENVI v. 5.6.2. ; https://www.l3harrisgeospatial.com/Software-Technology/ENVI).

En tant que méthode objective pour détecter la distribution des marbres aurifères-uranifères, SVM fournit une carte thématique pour les six classes (Fig. 6) utilisées dans le processus de classification. La précision globale (OA) était d'environ 90,76 % indiquant une bonne différenciation pour les cibles lithologiques classées. Outre l'OA, la carte thématique résultante a été évaluée à l'aide du coefficient kappa bien connu (K), de la matrice de confusion, de la précision des producteurs et des utilisateurs, du score F1 (tableau 3) et des observations sur le terrain (Fig. 7). Cette validation statistique indique que les roches de serpentinite étaient clairement séparées des autres roches granitiques, métagabbroïques et métavolcaniques. Généralement, toutes les précisions des producteurs étaient supérieures à 90 % pour toutes les classes. Les erreurs de classification sont principalement le résultat de caractéristiques spectrales complexes et d'une topographie variée qui pourraient entraîner des problèmes d'éclairage solaire dans la classification des images. Par exemple, dans les Fig. 8, 9 et 10, l'échelle d'observation est grande (en mètres), c'est pourquoi les moindres détails des problèmes d'ombrage peuvent être représentés. Néanmoins, notre objectif principal était la classification des marbres minéralisés, qui présentaient moins d'exemples de ces problèmes dans les images classées par rapport aux autres unités rocheuses.

Carte lithologique thématique de la zone d'étude créée à l'aide de SVM et montrant la distribution des marbres à Au-U (jaune) dans la zone d'étude. Créé par ArcGIS Desktop 10.8. https://www.esri.com/en-us/arcgis/products/arcgis-desktop/overview et ENVI v. 5.6.2. logiciel; https://www.l3harrisgeospatial.com/Software-Technology/ENVI.

Photographies de terrain validant les principales unités rocheuses classées, y compris (a) les serpentinites de G. Um Salim, (b) les roches métavolcaniques, (c) les gisements de serpentinite et de Wadi d'Um Salatit, (d) Metagabbro, (e) les roches granitiques et (d) les roches volcanoclastiques métasédiments introduits dans la carte thématique SVM finale. Les emplacements exacts de ces photographies de terrain sont déposés sur la Fig. 5 à l'intérieur des triangles blancs. Ces photos sont les nôtres et nous avons accepté de les publier.

Validation (a) du résultat SVM des marbres Au-U par comparaison avec (b) une zone minéralisée en bandes bien connue dans la région de Barramiya à l'aide de PRISM Pan-sharpened (2,5 m) Sentinel 2 12–6-2-FCC en RVB . L'image Sentinel 2A a été téléchargée via la plateforme de l'Agence spatiale européenne (ESA). Les données PRISM étaient accessibles via l'Alaska Satellite Facility et le site Web du Centre de recherche sur l'observation de la Terre (EORC) de l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale (JAXA). La figure a été créée par Sentinel Application Platform (SNAP), 2- ENVI v. 5.6.2. logiciel; https://www.l3harrisgeospatial. com/Software-Technology/ENVI), qui est principalement utilisé pour le traitement d'images, et 3- ArcGIS Desktop 10.8. (https://www.esri.com/en-us/arcgis/products/arcgis-desktop/overview/.

Validation (a) du résultat SVM des billes Au-U par comparaison avec (b) une zone minéralisée bien connue dans la région d'El-Rukham à l'aide de PRISM Pan-sharpened (2,5 m) Sentinel 2 12–6-2-FCC en RVB . L'image Sentinel 2A a été téléchargée via la plateforme de l'Agence spatiale européenne (ESA). Les données PRISM étaient accessibles via l'Alaska Satellite Facility et le site Web du Centre de recherche sur l'observation de la Terre (EORC) de l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale (JAXA). La figure a été créée par Sentinel Application Platform (SNAP), 2- ENVI v. 5.6.2. logiciel; https://www.l3harrisgeospatial.com/Software-Technology/ENVI), qui est principalement utilisé pour le traitement d'images, et 3- ArcGIS Desktop 10.8. (https://www.esri.com/en-us/arcgis/products/arcgis-desktop/overview/.

Validation (a) du résultat SVM des marbres Au-U par comparaison avec (b) une zone minéralisée bien connue dans la région de Daghbagh à l'aide du PRISM Pan-sharpened (2,5 m) Sentinel 2 12–6-2-FCC en RVB. L'image Sentinel 2A a été téléchargée via la plateforme de l'Agence spatiale européenne (ESA). Les données PRISM étaient accessibles via l'Alaska Satellite Facility et le site Web du Centre de recherche sur l'observation de la Terre (EORC) de l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale (JAXA). La figure a été créée par Sentinel Application Platform (SNAP), 2- ENVI v. 5.6.2. logiciel; https://www.l3harrisgeospatial.com/Software-Technology/ENVI), qui est principalement utilisé pour le traitement d'images, et 3- ArcGIS Desktop 10.8. (https://www.esri.com/en-us/arcgis/products/arcgis-desktop/overview/.

Une vérification sur le terrain des principales unités lithologiques de la zone d'étude a révélé une correspondance raisonnable entre la carte thématique résultante et nos observations sur le terrain (Fig. 7), cependant, certaines erreurs de classification sont presque évidentes parmi les roches granitiques, les dépôts d'oued et les marbres aurifères-uranifères. Par exemple, la plupart des roches granitiques de l'étude sont des granites syn-tectoniques qui sont fortement disséqués, fracturés et altérés, comme indiqué autour de la région de G. El-Rukham. De plus, les marbres minéralisés sont des roches hétérogènes (marbres noirs et blancs) avec une favorabilité chimique aux eaux de pluie lors des orages qui affectent occasionnellement la zone d'étude. Ainsi, une quantité considérable de produits de serpentinite et peut-être de marbres sont presque visibles autour des serpentinites et le long des gisements de wadi environnants. Ces gisements d'oued ont une potentialité plus élevée de gisements de placers aurifères par rapport aux autres dans la zone d'étude. Ceci est confirmé par l'abondance d'exploitation minière aléatoire dans la zone d'étude dans les serpentinites altérées et leurs placers.

Ces résultats sont confirmés par l'analyse statistique détaillée de notre classe cible (MB) en calculant et en interprétant leur rappel, leur précision et leur score F1. Selon les résultats de la classification, le modèle SVM semble avoir une précision décente de 89 % pour la catégorisation des marbres minéralisés. Cela indique que le modèle SVM a raison 89 % du temps lorsqu'il prédit qu'un certain pixel est une bille. Cela montre que, parmi tous les échantillons qu'il prédit comme positifs, le modèle est capable d'identifier correctement une partie importante d'échantillons positifs (c'est-à-dire des échantillons correspondant à des marbres minéralisés). Il en résulte moins de faux positifs (c'est-à-dire des situations où le modèle SVM prédit qu'un certain pixel est minéralisé mais ce n'est pas le cas). Dans les programmes d'exploration où les faux positifs peuvent avoir des répercussions puisqu'ils peuvent entraîner des efforts d'exploration inutiles ou coûteux, cette situation est toujours privilégiée. Par conséquent, il est important de minimiser les faux positifs lors de l'exploration des roches minéralisées. Dans la classification actuelle, la précision donnée est d'environ 89 % et le pourcentage d'erreur est identifié dans les cartes thématiques résultantes, où un nombre considéré de pixels (représentant les dépôts d'oued) sont classés à tort comme des marbres aurifères-uranifères. Cependant, le faible rappel de 61,68 % indique qu'il manque au modèle SVM un nombre important de billes minéralisées. Dans l'étude actuelle, cela est attribué à la variabilité de l'apparence des marbres minéralisés dans les images satellites qui est confirmée lors des travaux de terrain (des marbres noirs et blancs pourraient être présents dans la zone d'étude) en plus des confusions avec les dépôts des oueds. Cela pourrait également être attribué à la complexité des cibles classées où les signatures spectrales des unités rocheuses sont à peine différenciées, affectées par plusieurs événements tectoniques, altérations hydrothermales et processus d'altération. Que ce niveau de performance soit « bon » ou non dépend du contexte de classification et du compromis acceptable entre précision et rappel. Dans certains cas (par exemple l'étude actuelle), une haute précision peut être plus importante que le rappel, comme si les faux positifs (c'est-à-dire, les unités rocheuses non minéralisées étant classées comme minéralisées) sont particulièrement coûteux. Dans cette étude, l'absence d'un certain nombre de pixels minéralisés pourrait ne pas être problématique puisque ces zones pourraient être identifiées plus en détail au cours des programmes d'exploration détaillée sur le terrain grâce à l'analyse structurale ou aux relations lithologiques. Comme nous nous attendons à ce que les pixels manqués soient plus ou moins proches de ceux identifiés en plus des roches de serpentinite. Ainsi, il est crucial de souligner que dans les classifications de cette nature, une attention particulière doit être accordée au compromis entre la minimisation des faux positifs et des faux négatifs. Ceci est essentiel pour éviter des activités d'exploration inutiles ou négliger des minéralisations potentielles.

Un score F1 de 72 % signifie que le modèle SVM est capable d'atteindre à la fois une précision et un rappel élevés, mais pas en même temps. Cela suggère que le modèle fait un compromis raisonnable entre les deux mesures. Plus précisément, le modèle SVM est capable d'identifier correctement les marbres minéralisés avec une grande précision, tout en en capturant un nombre raisonnable, comme l'indique la valeur de rappel. C'est à notre avis le principal avantage des MLA, c'est-à-dire résoudre des problèmes aussi complexes pour fournir une carte thématique efficace qui est en grande partie similaire à la carte géologique de référence, qui prend beaucoup de temps et d'efforts à établir. De plus, il met en évidence l'une des roches minéralisées rarement abordées (les marbres aurifères-uranifères) en raison de son manque de détection.

Pour plus de vérification de la sortie SVM, trois sites confirmés de marbres aurifères-uranifères, y compris BM (Fig. 8), AR (Fig. 9) et DG (Fig. 10) ont été vérifiés dans la carte thématique résultante et une grande coïncidence (séparation les marbres minéralisés des roches encaissantes) a été remarqué. Il est à noter que nous n'avons pris en compte que deux sites lors de l'apprentissage du modèle SVM. En tant que forme de vérification des performances, le troisième site a été délibérément exclu des données d'entraînement du classificateur. De plus, il est important de noter que tous les pixels des deux sites sélectionnés n'ont pas été délimités en tant que données d'apprentissage. Cette approche a été adoptée pour assurer une sorte de validation interne de ces sites. De plus, la distribution spatiale des marbres minéralisés et des serpentinites a été vérifiée (Fig. 11) dans la carte thématique résultante manifestant l'association spatiale entre les marbres minéralisés et les roches de serpentinite, comme confirmé lors des travaux sur le terrain. Les marbres aurifères-uranifères prédits ont été confirmés par des observations sur le terrain (les emplacements exacts de nos stations de terrain sont indiqués sur la Fig. 11) qui sont discutés plus en détail dans la section suivante.

Répartition des marbres Au-U (orange) dans la zone d'étude. Superposition spatiale de serpentinites (bleu) et de marbres Au-U (orange) indiquant que ces derniers sont spatialement liés (à l'intérieur ou autour) des premiers. Les annotations (c'est-à-dire a) sur la figure se réfèrent aux emplacements exacts de nos observations sur le terrain (affichées sur cette figure) pour les billes Au-U. Une grande coïncidence entre le résultat SVM et nos observations sur le terrain est observée là où toutes les annotations de légende pointent vers des pixels orange. Les concentrations (en ppm) d'Au et d'U dans les roches marbrières à ces emplacements sont données dans le tableau supplémentaire 1. Créé par ArcGIS Desktop 10.8. https://www.esri.com/en-us/arcgis/products/arcgis-desktop/overview et ENVI v. 5.6.2. logiciel; https://www.l3harrisgeospatial.com/Software-Technology/ENVI.

Plusieurs occurrences de marbres aurifères-uranifères dans le district étudié de Barramiya-Daghbagh sont principalement associées aux roches de mélange ophiolitiques segmentées liées par chevauchement et aux métasédiments métavolcaniques d'arc insulaire. Ces marbres se trouvent principalement à Wadi Al Barramiya, Gebel El-Rukham et Wadi Daghbagh. Généralement, tous les marbres étudiés ne présentent pas de stratification ou de schistosité, ce qui peut indiquer que les textures carbonatées d'origine ont été effacées88. Dans les échantillons concassés lavés à l'aide de la loupe, tous les marbres sont exempts de fossiles et présentent différentes tailles de grains et formes de minéraux carbonatés en formation.

En général, les marbres de Barramiya-Daghbagh sont parfois déformés, notamment lorsqu'ils entrent en contact avec des roches encaissantes (Fig. 12a). La minéralisation aurifère peut être trouvée dans le marbre déformé et massif. Le marbre minéralisé est abondant dans la région de Wadi Al Barramiya du district de Barramiya-Daghbagh, où il est intercalé avec des serpentinites et parfois du schiste. La présence de marbre dans la partie centre-sud de la zone de Wadi Al Barramiya est illustrée à la Fig. 12a. Coïncidant avec les résultats de la télédétection (Fig. 8), le marbre BM se présente généralement sous des formes en forme de gousses et en lits (5 à 8 m d'épaisseur et jusqu'à 100 m de long) frappant vers le NE-SW. Il est généralement gris à blanc grisâtre. Leurs roches serpentinites paysannes sont pour la plupart altérées. Le contact entre le marbre et la serpentinite altérée n'est généralement pas net. Au contact du marbre, des affleurements typiques exposent les serpentinites comme fortement cisaillées, foliées et parfois plissées, et deviennent riches en carbonates, graphite et chlorite. La transition de la serpentinite au marbre a été décrite comme une déformation progressive des serpentinites et du marbre mylonitique. Des particules extrêmement petites ont parfois été produites à la suite de la fragmentation. La mylonitisation du marbre est observée à une échelle de lame mince (2 cm). Le marbre non mylonitique est dominé par des grains de carbonate grossiers équants. Il n'y a pas d'orientation dimensionnelle préférée évidente, et seule une faible bande de couleur (gris et blanc) définit la foliation dans le spécimen à la main.

Photographies de terrain des roches marbrières aurifères et uranifères de (a,b) BM, (c,d,e) ER et (f,g,h) DG. S : serpentinite, M : marbre, Sh : schiste. Les emplacements exacts de ces photographies de terrain sont déposés sur la Fig. 10. (Ces photographies de terrain sont prises par les auteurs de la recherche actuelle. Ces photos sont les nôtres et nous avons accepté de les publier.). Ces photographies de terrain sont prises par les auteurs de la recherche en cours. Ces photos sont les nôtres et nous avons accepté de les publier.

Le marbre ER se présente en tranches et en formes de gousses de l'échelle du cm à l'échelle du m (jusqu'à 5 m d'épaisseur) intercalées avec les serpentinites et les gabbros (Fig. 12b, c), en particulier dans la partie nord-est de la zone (comme confirmé par la Fig. 9 à partir des données de télédétection). Ils sont orientés WNW à ESE le long de failles à fort angle atteignant 60 m de long dans des roches fortement déformées et altérées (Fig. 12). Les marbres sont généralement purs en blanc et à gros grains. Cependant, au contact des roches hôtes, elles prennent des teintes brunâtres et rougeâtres. Les produits de recristallisation sont répandus au sein des auréoles de contact avec les roches hôtes, où les marbres se zonent, avec des textures plus rugueuses. Ces auréoles de contact sont riches en minéraux silicatés qui peuvent être observés à l'œil nu. Les roches hôtes proches et au contact du marbre sont également conférées par des nuances brunâtres, là où des minéraux de carbonates, de chlorite et de chromite altérée ont été fréquemment rencontrés. Le marbre ER, contrairement au marbre BM, ne présente pas de mylonitisation même au contact avec les roches hôtes.

Le marbre DG se présente généralement dans des lits massifs (2 à 7 m d'épaisseur et jusqu'à 60 m de long), mais ne montre pas de stratification (Fig. 12 d, e), avec une orientation presque NW – SE et un pendage d'environ 20 °. Il est abondant dans la moitié sud de la zone de W. Dghbagh. Comparé aux marbres BM et ER, le marbre DG a un grain fin et une couleur noire plus foncée. Il présente généralement des veinules de calcite à grain grossier avec un recoupement tardif. Coïncidant avec les résultats de télédétection dans la partie nord-ouest de la zone d'étude, le marbre DG se trouve couramment avec des serpentinites altérées, du graphite mylonitique et du schiste chloriteux. Les contacts tectoniques entre le marbre et les roches environnantes sont dominés par la formation de fractures de décollement intercouches. De petits corps en forme de dyke de tonalite à granodiorite recoupent la serpentinite par endroits et quelques veinules de quartz traversent les corps felsiques. Le long des zones de chevauchement et de cisaillement, les serpentinites paysannes présentent de fortes altérations avec le développement d'une gamme de roches de talc et de talc-carbonate caverneux brun jaunâtre, et le marbre, d'autre part, devient plus riche en minéraux silicatés.

Les marbres du district de Barramiya-Dghbagh contiennent 75 à 95 % de minéraux carbonatés (calcite et dolomite, sauf dans le marbre ER, il s'agit principalement de calcite) et 8 à 25 % de minéraux non carbonatés, comme estimé par l'examen microscopique fourni avec EDX (Fig. . 13) et analyse XRD (Fig. 14). Les minéraux non carbonatés trouvés dans le marbre BM comprennent l'amphibole et la chlorite, tandis que le marbre DG contient de la chlorite et de la pyrophyllite. Tous les échantillons contiennent, en plus des minéraux d'or et d'uranium d'autunite, d'uranophane, de carnotite et d'uranothorite, des minéraux accessoires de quartz, d'apatite, de chromite, d'hématite, de goethite, de bunsenite (NiO), de danbaite [(Cu–Zn) O], d'ETR -minéraux (monazite et allanite), zircon et baddeley. En outre, des quantités mineures de serpentine dans les échantillons ER et de graphite et de pyroxène dans les échantillons BM et ER ont été rencontrées. Selon Rosen et al. (2004) de la classification des marbres, sur la base de leur teneur en minéraux carbonatés et silicatés, les marbres aurifères-uranifères BM et DG étudiés sont calcitiques impurs à dolomitiques impurs ; tandis que ceux de ER sont principalement calcitiques impurs.

(a–f) Images électroniques rétrodiffusées (BSEI) de minéraux silicatés (Amp : amphibole ; Px : pyroxène ; Pyro : pyrophyllite ; Chl : chlorite) parmi les grains de minéraux carbonatés (Cc : calcite ; Do : dolomite), (g– i) BSEI et EDX d'or (g), d'autunite (h) et d'apatite riche en terres rares (i).

Diagramme de diffraction des rayons X du marbre Barramiya-Daghbagh. Échantillons BM-2, BM-4 (W. Al Barramiya), ER-22 (Gabal El-Rukham) et DG-1 (W. Daghbagh). Cc (calcite), Do (dolomie), Amp (amphibole), Chl (chlorite), Pyro (pyrophyllite).

Les échantillons de marbre présentent une variété de textures (les termes utilisés sont de Heinrich, 1956 ; Jung, 1969 ; Best, 1982). Ils sont constitués de grains de différentes tailles (hétéroblastiques), ainsi que de granoblastiques, car les grains de carbonate ont des bords droits à courbes. Contrairement aux marbres BM et DG, les marbres ER ont des configurations de joints de grains stables, comme en témoignent les surfaces de contact planes des grains de carbonate polyédriques adjacents (principalement de la calcite) et les jonctions à trois grains se rencontrant à des angles d'environ 120°. Les grains minéraux accessoires sont euhedral à subhedral s'encastrant dans les carbonates fins (Fig. 13). Certains des marbres (en particulier ceux de DG) sont définis textuellement comme "microgranulaires", composés de grains de carbonate trop fins (0,05 à 0,3 mm) pour détecter des géométries intergranulaires au microscope. Dans la matrice carbonatée, les minéraux de silicate et de graphite sont intercalés, tandis que d'autres minéraux accessoires se trouvent dans les cavités et les fissures.

La calcite se présente sous forme de cristaux discrets imbriqués avec de la dolomite (fig. 13). Leur granulométrie (0,3–6 mm pour la calcite ; 0,2–4 mm pour la dolomie) augmente sensiblement dans les marbres de DG à BM à ER. Les résultats EDX démontrent que les concentrations des composants majeurs, ainsi que SrO, sont généralement homogènes dans la calcite et la dolomite, mais pas dans les composants mineurs. La calcite dans le marbre ER a la teneur la plus élevée en MgO (moyenne de 2,7 % en poids) et la plus faible teneur en FeO (moyenne de 0,06 % en poids) et en MnO (moyenne de 0,05 % en poids), tandis que la plus faible teneur en MgO (moyenne de 0,06 % en poids). Une teneur de 2,08 % en poids est détectée dans la calcite du marbre DG, et les teneurs les plus élevées en FeO (0,47 % en poids) et en MnO (0,17 % en poids) sont détectées dans la calcite du marbre BM. La dolomite dans le marbre BM a les teneurs les plus élevées en FeO (moyenne de 0,78 % en poids) et en MnO (moyenne de 0,41 % en poids), tandis que la dolomie dans le marbre ER a les teneurs les plus faibles en FeO (moyenne de 0,21 % en poids) et en MnO. (moyenne de 0,06 % en poids). Selon les coefficients de partage estimés de Fe (KDFe < 1), Mn (KDMn < 1) et Sr (KDSr > 1) entre la calcite et la dolomite dans les marbres minéralisés, nous concluons que l'équilibre chimique entre les minéraux carbonatés peut avoir été atteint90 .

L'amphibole est le minéral de silicate accessoire le plus répandu. On le trouve sous forme de cristaux aciculaires autour des carbonates (Fig. 13a). En outre, il apparaît sous la forme de prismes subhédriques minces (jusqu'à 2 mm de longueur) avec du clinopyroxène relique (Fig. 13b, c, e). La composition de l'amphibole (basée sur la classification IMA de Leake et al. (1997)) dans le marbre BM va de la trémolite à la magnesiohornblende, alors qu'elle est généralement composée de trémolite dans le marbre ER et de magnesiohornblende dans le marbre DG. Le pyroxène se trouve principalement dans les amphiboles (Fig. 13b) et occasionnellement entre les minéraux carbonatés. Il a la composition d'augite dans le marbre BM (av. Wo23.5 En68.25Fs7.67) et de diopside (av. Wo44.04En55.54Fs0.42) dans le marbre ER. La chlorite se trouve à l'état de traces dans les marbres DG et BM. Il est parfois intercalé sous forme de lamelles dans l'amphibole ou sous forme de xénoblastes dans le clinopyroxène et les minéraux carbonatés (Fig. 13f). Le talc, la pyrophyllite et la kaolinite ne sont enregistrés que dans le marbre DG. Le talc est enfermé dans ou sur les bords du pyroxène. La pyrophyllite se présente sous forme de cristaux anédriques individuels dans les carbonates (Fig. 13d) ou en faisceaux dans la kaolinite. Le graphite est commun dans DG et BM, se produisant entre les grains de carbonate.

L'or (10–35 µm) se présente principalement sous forme de pépites dans les pores et les cavités, et parfois dans les fissures de la matrice carbonatée (Fig. 13g). Dans les marbres ER et DG, l'or apparaît sous forme de globules ou de bâtonnets, mais dans le marbre BM, il apparaît sous forme de croissants ou de stries irrégulières. La concentration d'or (tableau supplémentaire 1) qui a été déterminée dans les échantillons de roche variait entre 0,98 et 2,79 g/t. Le cuivre (7,81 à 9,13 % en poids) est l'oligo-élément le plus courant dans les grains d'or. Alors que la teneur en Ag de l'or des marbres ER et BM est négligeable, celle de l'or du marbre DG varie de 7,87 à 10,03 wt. %.

Les minéraux d'uranium se trouvent le plus souvent dans la kaolinite, l'hématite et la goethite. Il s'agit principalement d'autunite- Ca(UO2)2(PO4)2·10–12H2O (10–50 µm) (Fig. 13h) et d'uranophane- (Ca(UO2)2(SiO3OH)2·5H2O) (10–15 µm ). Cependant, la carnotite-K2 (UO2)2(VO4)2·3H2O (30–50 µm) et l'uranothorite- (Th, U) SiO4 (3–7 µm) sont présentes dans certains échantillons. La teneur en U des échantillons de marbre (tableau supplémentaire 1) varie de 127 à 641 ppm. L'uranothorite se trouve dans la plupart des échantillons sous forme de grains subhédriques fins disséminés ou sous forme de relique irrégulière dans d'autres grains de minéraux d'uranium. Cela suggère que l'uranothorite est un minéral primaire à partir duquel des minéraux d'uranium secondaires ont été formés. Le zircon n'est détecté que dans le marbre BM, contenant une concentration significative d'U. Tous les marbres contiennent de l'apatite, qui se trouve sous forme de grains subhédriques à anédriques dans les vugs. Les espaces entre les grains d'apatite dans les billes DG et BM sont généralement remplis de graphite. L'apatite se distingue par sa forte teneur en ETR (Fig. 13i). La monazite et l'allanite au sein de la matrice carbonatée font partie des minéraux ETR des marbres étudiés. De plus, la monazite a de fortes concentrations de Th et U. La teneur en uranium des marbres étudiés est dans un état de déséquilibre distinct. L'uranium analysé chimiquement (Uchimique) est 50 à 300 fois supérieur à l'uranium déterminé radiométriquement (eU).

Les marbres impurs étudiés du district de Barramiya-Dghbagh ont été formés par la recristallisation métamorphique de protolithe à dominante carbonatée (principalement des calcaires, des dolomies, des calcaires dolomitiques ou des carbonatites) contenant des minéraux silicatés mineurs. Cependant, les variations de composition héritées du protolithe sont suggérées par des variations de la minéralogie des silicates. Les concentrations de SrO (0,01–0,09 % en poids de calcite et de dolomite dans les marbres étudiés sont comparables à celles du marbre d'origine sédimentaire (par exemple, Borra, Inde : 91,92 ; Sol Hamed, ED-Égypte : 5 ; Engabreen, Norvège : 93 ; Sri Lanka : 94). ont suggéré que la source de SiO2 et Al2O3 dans les marbres ER et DG est très probablement des roches de serpentinite de pays, comme en témoigne la forte corrélation entre les teneurs en Cr et ces oxydes. D'autre part, SiO2 et Al2O3 dans le marbre BM peuvent provenir d'un précurseur argileux.

La minéralogie, la chimie minérale et les caractéristiques texturales distinctes des marbres étudiés fournissent des preuves d'activités prédominantes de fluides syn- à post-métamorphiques dans le district de Barramiya-Dghbagh. En utilisant les résultats EDX, il peut être déterminé que les anions présents dans les minéraux volatils sont principalement des hydroxydes et des carbonates, avec des chlorures et des fluorures mineurs. Cela suggère que les fluides de métamorphisme étaient probablement principalement des mélanges binaires H2O-CO2 avec de faibles concentrations de HF et de NaCl. Dans les marbres de ER et BM, les abondances modales des minéraux anhydres pouvant être produits par des réactions de décarbonatation, comme le pyroxène, sont faibles (moyenne de 2 vol. %). Il s'agit de fluides à faible équilibre XCO2 et, d'autre part, d'une quantité importante de fluide aqueux dérivée de l'extérieur lors de la progression d'un métamorphisme rétrograde.

La forme et les caractéristiques géométriques des grains minéraux dans les marbres étudiés ont été utilisées pour identifier et démontrer l'équilibration au cours de l'évolution métamorphique. La taille moyenne plus grande et les surfaces de contact planes des grains de carbonate polyédriques adjacents des grains de carbonate dans le marbre ER suggèrent que le marbre ER présente une recristallisation plus métamorphique par rapport aux autres marbres étudiés95. La température estimée d'équilibrage entre la calcite et la dolomie va de 450 °C dans le marbre BM à 650 °C dans le marbre ER, en utilisant XMgCO3 (moy. = 4,76 % mol. et moy. = 5,61 % mol. ; respectivement) dans ' s thermomètre à calcite. Par conséquent, le marbre ER peut représenter une plus grande oblitération des caractéristiques texturales primaires par un processus métamorphique de qualité supérieure. De plus, la plus grande recristallisation du marbre noir BM par rapport au marbre noir DG peut être responsable de la plus grande décoloration lors des réactions progrades, qui est suivie d'une plus grande élimination des traces de carbone organique97. Ceci est démontré par le fait que le marbre BM est plus étincelant que le marbre DG.

La réaction prograde est mise en évidence par la présence de clinopyroxène comme seul minéral silicaté dans certains échantillons. Cependant, sa présence en tant que seul minéral formé par métamorphisme prograde reflète la simplicité des roches prémétamorphiques. Sur la base de thermomètres à pyroxène de 98, 99, 2 ont estimé que le clinopyroxène s'est formé sous le métamorphisme du faciès granulite à T = 825-975 ° C (augite dans le marbre BM) et à T = 600-900 ° C (diopside dans le marbre ER).

A en juger par les assemblages de minéraux hydratés, le métamorphisme rétrograde des roches marbrières est passé aux faciès inférieurs des amphibolites et des schistes verts. La texture des amphiboles dans tous les marbres peut indiquer une réhydratation rétrograde du clinopyroxène. Par rapport à la trémolite, la magnesiohornblende à haute teneur en Al remplace généralement l'augite dans le marbre BM. Cela a très probablement été suivi par la formation de trémolite (à 500–600 °C ; Winter100). La trémolite, d'autre part, a été générée dans le marbre ER par l'hydratation du diopside. Dans le marbre DG, la formation de trémolite a été suivie de la formation de talc (400–500 °C), puis de pyrophyllite (300–400 °C) et enfin de chlorite (179–245 °C).

Dans les marbres étudiés, l'or se trouve sous forme de pépites dispersées dans une matrice carbonatée et n'est pas associé à des minéraux sulfurés. La relation spatiale des marbres minéralisés étudiés avec les roches de serpentinite indique leur potentiel comme source d'or. De plus, la distribution de la minéralisation aurifère n'est généralement pas liée aux zones de déformation, ce qui implique que la déformation n'a pas joué le seul rôle dans les conduites d'alimentation en fluide pendant la minéralisation aurifère.

Hamdy et Aly2 ont proposé que l'oxydation était responsable de la libération de l'or des roches mères ultramafiques dans tous les marbres. Dans les marbres ER et DG, cependant, cela est très probablement associé au métamorphisme (minéralisation syn-métamorphique) et à la formation de minéraux silicatés (Fig. 15). Les roches ultramafiques ont connu leur métamorphisme au faciès transitionnel des schistes verts et des amphibolites, avec des structures cassantes-ductiles et cassantes le long des chevauchements101, offrant des voies de chenal favorables à l'écoulement des fluides de minéralisation métamorphique. Comme l'or était transporté vers les roches carbonatées dans des complexes hydroxylés, ces fluides étaient essentiellement des mélanges binaires H2O-CO2 avec de faibles concentrations de NaCl et de HF. En revanche, l'or a été libéré des roches mères dans le marbre BM après le métamorphisme et lors de leur altération (minéralisation post-métamorphique).

Paragenèses minérales dans les roches marbrières de Barramiyah-Daghbagh.

Le rapport eU/Uchimique est généralement inférieur à un dans tous les marbres minéralisés étudiés, ce qui indique qu'il a été ajouté récemment (c'est-à-dire que les filles qui émettent des rayons gamma ne sont pas encore produites ou du moins que la série de désintégration n'a pas atteint un état d'équilibre). Les âges de la minéralisation de l'uranium dans les marbres étudiés sont < 1,5 Ma (post-métamorphique), alors que U atteint l'équilibre à environ 1,5 Ma102. La présence d'uranium dans les marbres après métamorphisme (Fig. 15) suggère fortement qu'il est d'origine secondaire. En outre, l'origine secondaire de l'uranium est étayée par la concentration de minéraux d'uranium en tant que minéraux de remplissage de fractures et de pores, ainsi que par leur mode d'occurrence sous forme de phosphate, de silicate et de vanadate. Les dykes de felsite et de trachyte dans ER et DG, ainsi que les roches granitiques dans BM, peuvent être considérés comme des sources potentielles d'uranium primaire. L'eau météorique était très probablement responsable de l'altération de l'uranium à partir de sa source principale, de son transport et de son dépôt dans le marbre. Cela s'est très probablement produit pendant les périodes pluviales de l'Égypte, lorsque le désert oriental a été inondé par les eaux de surface103. Les minéraux U secondaires (autunite, uranophane et carnotite) pourraient être précipités le long des fractures et des vides ouverts par évaporation, complexation avec des ligands ou adsorption sur des oxyhydroxydes de fer et des minéraux argileux. La relation sympathique négative entre les teneurs en U et Au dans le marbre BM suggère que le fluide de minéralisation de l'uranium est le même que celui de l'or et que la minéralisation s'est produite au cours des derniers 1,5 Ma, mais à des moments différents.

Pour la première fois sur le Bouclier arabo-nubien, la recherche actuelle a intégré les données Sentinel 2 et ALOS PRISM avec l'algorithme bien connu de la machine à vecteurs de support pour détecter les marbres aurifères et uranifères. Les résultats de l'approche actuelle ont été vérifiés statistiquement (matrice de confusion, précision globale, coefficient kappa), à l'aide d'un travail de terrain intensif et d'investigations pétrographiques et minéralogiques (DRX, EDX et BSEI). Notre recherche conclut ce qui suit

Les marbres aurifères et uranifères ne sont pas des corps minéralisés continus par rapport aux hôtes conventionnels pour Au-U. Ils forment des gisements hétérogènes intermittents (noirs ou blancs, rubanés ou massifs,…etc.). Leur représentation collective peut avoir une valeur économique pratique même à partir des marbres ou de leurs placers ; ceci est indiqué par l'abondance d'exploitation minière aléatoire autour des corps détectés dans la zone d'étude.

Les programmes d'exploration des marbres aurifères et uranifères devraient se concentrer sur les serpentinites ophiolitiques et leurs roches apparentées, car dans la plupart des cas, ces corps minéralisés sont sporadiquement situés à l'intérieur ou autour de ces roches ophiolitiques d'une manière ou d'une autre. En conséquence, des données de télédétection à plus haute résolution spatiale (par exemple 2,5 m) peuvent révéler ces variétés minéralisées au sein de ces roches ophiolitiques grâce à différentes techniques (par exemple PCA, ICA et MNF et leurs combinaisons).

L'algorithme de la machine à vecteurs de support est éligible pour détecter ces marbres minéralisés. La carte thématique résultante de SVM est bien corrélée avec la carte géologique précédente et nos investigations sur le terrain.

L'analyse de la superposition spatiale des couches thématiques de serpentinites ophiolitiques et de marbres aurifères et uranifères confirme leur origine associée.

Les marbres ont des compositions calcitiques impures (ER) et des compositions calcitiques impures à dolomitiques impures (BM et DG). Leur protolithe est constitué de calcaires purs et de calcaires dolomitiques avec d'éventuelles composantes argileuses (BM). Le métamorphisme a progressé rétrogradement du faciès granulite-amphibolite pour les marbres ER et BM et du faciès amphibolite pour le marbre DG au faciès supérieur sous-schistes verts.

Les roches ultramafiques du pays sont la principale source d'or, et la minéralisation a eu lieu à la fois par altération superficielle syn- (ER et DG) et post-métamorphique (BM). Les roches felsiques dans la zone environnante des roches marbrières sont principalement la source d'uranium. L'uranium a très probablement été transporté vers le marbre par des eaux météoriques et/ou souterraines liées à la période pluviale.

La recherche actuelle a mis en évidence des marbres aurifères et uranifères dans la zone d'étude, y compris Barramiya, El-Rukham et Daghbagh, et recommande fortement une exploration plus détaillée des autres zones détectées.

L'approche utilisée est fortement recommandée comme modèle préliminaire d'exploration multi-échelle (télédétection microscopique) à adopter au-delà des limites de la zone d'étude pour la détection des marbres aurifères et uranifères au sein de l'ANS et la construction de sa carte de distribution régionale. Cela pourrait non seulement donner un aperçu de l'impact économique régional des marbres aurifères-uranifères, mais aussi introduire une explication de leurs origines en fonction de leur distribution.

Les ensembles de données utilisés et/ou analysés au cours de l'étude actuelle sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

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Un grand merci à l'ESA et à l'USGS pour avoir fourni les données. Ali Shebl est financé par la bourse Stipendium Hungaricum dans le cadre du programme exécutif conjoint entre la Hongrie et l'Égypte. Le département de géologie de l'Université de Tanta a fourni un soutien logistique et financier pour le travail de terrain. MH tient à remercier le professeur Gehan Aly pour son aide dans la réalisation d'analyses minérales et chimiques.

Financement en libre accès fourni par l'Université de Debrecen.

Département de minéralogie et de géologie, Université de Debrecen, Debrecen, 4032, Hongrie

Ali Chabl

Département de géologie, Université de Tanta, Tanta, 31527, Égypte

Ali Shebl et Mohamed Hamdy

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Conceptualisation, MH et AS ; méthodologie, AS et MH ; logiciel, AS. ; validation, HM ; analyse formelle, As; enquête, MH et AS

Correspondance à Ali Shebl.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Shebl, A., Hamdy, M. Exploration préliminaire à plusieurs échelles (de la microscopie à la télédétection) des marbres aurifères-uranifères : une étude de cas du Bouclier nubien égyptien. Sci Rep 13, 9173 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-36388-7

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Reçu : 19 février 2023

Accepté : 02 juin 2023

Publié: 06 juin 2023

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

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