エジプト南東砂漠のダルヒブおよびアシャンタルク鉱床の衛星重力データと統合された地球化学およびリモートセンシング

Sep 14, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 9108 (2023) この記事を引用

メトリクスの詳細

現在の貢献では、滑石鉱床の重力による詳細な研究と統合された新しい地球化学的リモートセンシングを実施し、滑石原石とその広がり、深さ、構造を特定しました。調査対象地域はアシャンとダルヒブの 2 つで、北から南に分布しており、どちらもエジプト東部砂漠の南部に属しています。それらは北北西から南南東および東東のせん断帯に続く超苦鉄質変火山岩で個々のレンズまたはポケット体として発生します。地球化学的には、調査されたタルクの中で、アシャンのサンプルには、SiO2 の含有量が高く (平均 60.73 wt.%)、Co (平均 53.92 ppm)、Cr (781 ppm)、Ni (平均 1303.6 ppm) などの遷移元素の濃度が高くなっています。 ppm)、V (平均16.67 ppm)、Zn (平均55.7 ppm)。特に、調査したタルク堆積物には、低含有量の CaO (平均 0.32 wt.%)、TiO2 (平均 0.04 wt.%)、SiO2/MgO (平均 2.15)、および Al2O3 (平均 0.72 wt.%) が含まれています。これはオフィオライト橄欖岩や前弧セッティングに匹敵します。疑似カラー合成 (FCC)、主成分分析 (PCA)、最小ノイズ分率 (MNF)、およびバンド比 (BR) を使用して、調査領域のタルク堆積物を区別しました。タルク堆積物を分離するために、2 つの新たに提案されたバンド比が作成されました。 FCC バンド比 (2/4、4/7、6/5) および (4 + 3/5、5/7、2 + 1/3) は、Atshan と Darhib の 2 つのケーススタディでタルク堆積物に焦点を当てるために導出されました。地域。地域、残差、水平勾配 (HG)、分析信号 (AS) 手法を重力データに適用することは、調査地域の構造方向を解釈する際に使用されます。この手法の分析では、北西-南東、北東-南東、北西-南南東、東-西の方向に傾向を示すいくつかの注目すべき断層が表示されます。重力深度計算の 2 つの手法、つまりソースパラメーターイメージ (SPI) とオイラーデコンボリューション (EU) が研究分野に適用されました。これらの技術の分析は、地下発生源の深さが 383 ～ 3560 m の範囲であることを反映しています。タルク堆積物は、緑色片岩相の変成作用、または（花崗岩の貫入に関連して）周囲の火山岩と相互作用して変成鉱物を形成するマグマ溶液に起因すると考えられます。

タルクの経済的重要性は、独特の特性を備えているため、さまざまな産業用途に使用できることに起因します。したがって、最近の研究はタルク堆積物に焦点を当てています1、2、3、4。純度に応じて、塗料、セラミック、食品、ゴム、電線、化粧品、処方薬などに広く使用されています1、2。これは、廃水の浄化剤として機能する六価クロムの吸着プロセスに広く使用されています5。

タルク鉱床はエジプト東部砂漠の中央および南部に広く分布しており、オフィオライト岩および変火山岩と関連しています6、7、8、9。オフィオライトは海洋リソスフェアのスライスであり、大陸プレート上に突き出ており、マントル部分の地殻変動を認識するのに役立ちます7、8、10、11。蛇紋岩、炭化蛇紋岩、タルク炭酸塩、およびリストワエン石（炭酸塩に富む岩、シリカ炭酸塩およびビルビライト）岩石は、CO2 および SiO2 に富む流体との相互作用によるオフィオライト超苦鉄質（かんらん岩/ダナイト）フラグメントの主な変質生成物です7。、8、10、11。純粋なタルクの鉱化、または断層面および/またはせん断帯に沿って広く発生する炭酸塩鉱物による汚染6、7、10。エジプトのタルク鉱化物は巨大で、中程度から強い片岩 (滑らかな表面) で、細粒で、低から中程度の変成作用 (緑色片岩 - 下部角閃岩相) を反映しています 7、8、10、11。超苦鉄質岩には、マグネシウムとケイ酸鉄の鉱物が豊富に含まれています。炭酸化プロセスは、Si の除去とこれらのカチオンと炭酸塩の結合によるこれらの鉱物の加水分解によって起こります 7、9、12。

ダルヒブ、アシャン、ワディ・アラキ地域などの経済的タルク鉱床は、シナイ半島と東部砂漠の 35 か所でタルク鉱床の発生が記録されています13。彼らは、2011 年と 2015 年にそれぞれ約 12,924 トンと 172,181 トンのタルクを生産しました3,14。

重力技術は、多くの探査に適用できる地球物理学的ツールの 1 つです。重力技術には、地球の表面上の特定の点で地球の重力場を測定することによって、地下密度変化の位置を決定することが含まれます15。

現在の研究は、アシャンおよびダルヒブ地域の地質学的および地球化学的な詳細な研究を調査し、タルク鉱床の起源を推定することを目的としています。重力データと統合されたリモートセンシングは、タルクの広がりとその深さを明らかにするとともに、タルク堆積物の分布を制御する主要な表面および地下構造を決定するために実施されました。

東超大陸と西超大陸（ゴンドワナ）の衝突中に、モザンビークベルトの新原生代北方延長部（アラビアヌビアン楯状体、ANS）が弧や他の大陸の付加によって形成された16、17、18、19。 ANS は、東アフリカ造山運動中に広範囲に広がった岩石の性質と起源に関する情報を提供する、最も保存状態の良い幼若地殻の 1 つです 20、21、22、23。 ANS の地殻成長は、オフィオライト岩石とアーク集合体の残骸 (8 億 2000 万〜 720 Ma)、可変衝突岩石 (630 〜 620 Ma)、および衝突後の花崗岩岩石 (620 〜 580 Ma) で構成されており、3 つの地殻変動現象を形成しています 14,24。エジプト東部砂漠は ANS の北部を形成しており、北部、中部、南部の区域に細分化できます25。タルクとマグネサイトは、超苦鉄質 (オフィオライト) 岩石に関連する主要な鉱化作用を表します 8、18、26。

調査した 2 つの地域は北から南に分布しています。アシャンとダルヒブはどちらもエジプト東部砂漠の南部に属します（図1a）。アシャン地区は紅海から約 18 km のハマタ地区にあります。主な岩石学的単位は、超苦鉄質岩（蛇紋岩）、変火山岩、およびレイディシンテクトニック花崗岩です（図1b）。これらの超苦鉄質岩は、特に最長の北北西-南南東（長さ > 1000 m）および東-西（長さ 700 m）のせん断帯または断層面に沿って、タルク、トレモライト、炭酸塩に広範囲に変化します。変火山岩には、アシャン地域の主要な岩石ユニットを代表する苦鉄質タイプと珪長質タイプの両方が含まれており、シンテクトニック花崗岩 (ワディレイディ) が貫入しています。タルクが豊富な岩石は、アシャン地域の鉱化せん断帯に沿った超苦鉄質岩および変火山岩の 5 つの個別のレンズまたはポケット体です (図 2a、b)。これらのポケットの一部は、変火山岩と蛇紋岩の間の接触に沿った北北西-南南東せん断帯に散発的に属しています。変成作用に起因すると考えられる小さな硫化物体がタルク + トレモライト体の中に記録されています 4,13。アシャン鉱山は 1962 年から 1992 年までの期間で最大のタルク生産者であり、推定タルク埋蔵量から約 60,000 トンを生産しました13。

(a) エジプト、南東砂漠のアシャンおよびダルヒブ地域の位置図 (Arc GIS 10.4 および ENVI 5.3 を使用。Landsat-8 画像の取得日: 2021 年 9 月 8 日、パス 173 および行 43)。出典 Landsat-8 : http://earthexplorer.usgs.gov. (b) アシャン地域の詳細な地質図 13 (Adobe Illustrator プログラム CS5 を使用)、(c) ダルヒブ地域の詳細な地質図 4 (Adobe Illustrator プログラム CS5 を使用)。

エジプト南東部砂漠のアシャンとダルヒブ地域の野外写真：（a、b）超苦鉄質岩に囲まれたタルク堆積物のポケット。そして (c,d) 変火山活動。

一方、調査されたダルヒブ地域で露出した岩石ユニットは次のとおりです。層状岩石、変火山岩、シンテクトニック花崗岩、およびより若い斑れい岩岩（図1c）。オフィオライト岩は、メタ堆積物に囲まれた変斑れい岩や変火山岩に代表される小さな領域を覆っています。タルク堆積物、炭酸塩およびトレモライトを含む岩石は、確実に断層面とせん断帯に沿って変火山岩（苦鉄質から珪長質）に囲まれています（図2c、d）。主せん断帯は EW 方向に伸びています。このタルク鉱山は、広範囲に散在する硫化鉱物が豊富な、エジプト最大の高級鉱源の 1 つです13。

以前のものから、変成作用の役割を反映して、タルク堆積物が主なせん断帯と断層面に沿って制限されていることがわかります。

両方の検査領域から 20 を超えるサンプルが収集されました (図 3)。研究対象の 2 つの地域からのタルク堆積物の 12 個のサンプルが薄切片として準備され、アル・アズハル大学理学部のロックス研究所にある偏光顕微鏡 (図 3) を使用して、それらの予備的な鉱物組成が検出されました。

フローチャートは、現在の作業の方法論を要約したものです。

研究された 2 つの代表的なタルクサンプルからの 12 個のバルク岩石の地球化学 (主要および微量) が国立研究センターで分析されました (図 3)。分析したすべてのサンプルは、導電性炉内で 1150 °C でサンプル 1 グラム/フラックス 10 グラムの比 (四ホウ酸リチウム 66%:メタホウ酸リチウム 34%) でビーズとして調製されました。 ASTM E-1621 および ASTM D-7348 は、分析で使用される主な標準ガイドです。元素濃度の検出には、PANalytical 2005 および Axios Advanced が使用されます。分析の測定精度は、主要元素および微量元素についてそれぞれ±5%および±10%でした。

この研究では、調査地域の Landsat-8 画像が使用されました (図 3)。この研究でタルク堆積物の特定に Aster データではなく Landsat-8 データを使用したのは、主に研究地域の範囲が限られていたためです。 Landsat-8 には、Operational Land Imager (OLI) と Thermal Infrared Sensor (TIRS) という 2 つのセンサーが装備されています。 OLI は 9 つのバンドで表されますが、TIRS データによって提供されるバンドは 2 つだけです。調査対象エリアをカバーするシーンは、パス 173、行 43 で 2021 年 9 月 8 日に取得されました。使用されたデータは、WGS 84 ゾーン 36 N、UTM に地理参照されています。

次に、スペクトルハイパーキューブの高速視線大気解析 (FLAASH) 技術 27 を使用して大気補正を実行し、調査地域の範囲に合わせてデータのサイズを変更しました。これらの手順は、ENVI 5.3 ソフトウェアを利用して実行されました。画像処理方法、すなわちバンド結合（FCC）、バンド比（BR）、主成分分析（PCA）、および最小ノイズ分率（MNF）を使用して、タルク堆積物に重点を置いて異なる岩石単位を区別しました。

重力異常は、利用可能な地球全球重力モデル (EGM 2008) および DTU10 から生成され、ほとんどの表面質量 (大気、陸地、海洋、内海、湖、地形) の寄与を評価する ETOPO1 モデルから生成された 1 × 1 解像度の地形補正が含まれています。氷冠、氷棚）。これらの積は、球面調和手法と地球規模での正確な計算のための理論的改良を利用して計算されました。 (http://bgi.obs-mip.fr/data-products/outils/wgm2012-maps-visualizationextraction/)。 Oasis Montag ソフトウェアバージョン 8.3 を使用して、地域信号、残差信号、分析信号、水平導関数、音源パラメータ画像、オイラーデコンボリューションなどのさまざまな手法を重力データに適用して、地下構造を決定し、音源の深さを計算しました (図 3)。

この記事には、著者のいずれかによって行われた人間の参加者または動物を対象とした研究は含まれていません。すべての著者は、この原稿バージョンの現在の順序で著者として記載されることに同意します。

2 つのタルク堆積物の予備鉱物が偏光顕微鏡を使用して検出されました。

アシャンタルク鉱床は、ダルヒブ鉱床のタルクよりも粒子が細かいです。これは主にタルク鉱物 (> 95 vol. %) で構成され、トレモライト、蛇紋石炭酸塩、不透明物などの従属 (微量) 鉱物が含まれています。色は淡い緑色から緑がかった灰色まであります。タルク堆積物は鱗芽細胞性のテクスチャーを示します。それは主に、細片および緻密な微結晶性繊維状粒子として分布しています（図4a）。蛇紋岩鉱物がタルク鉱物と関連して豊富に存在し、超苦鉄質原石を反映していることがわかります。予備の不透明な鉱物が、Cr-スピネル、Fe-Ti 酸化物、および硫化物 (黄鉄鉱) の下面体から正面体結晶とともに観察されます。

エジプト南東部砂漠のアシャンおよびダルヒブ地域の顕微鏡写真（偏光顕微鏡（オリンパス X53）使用）：（a）アシャン地域では細粒タルク（Tc）鉱物が細片として発生し、（b）不透明な鉱物が豊富に存在する（酸化鉄）ダルヒブ地域。

同様に、細粒のダルヒブタルク鉱床には、アシャンと同じ鉱物成分が含まれています。タルク堆積物は、剪断され葉状になったタルクとトレモライト鉱物が平行に配置された鱗片状の組織を示します。針状トレモライトと炭酸塩パッチは、タルクの非常に細かいマトリックスに埋め込まれた散在結晶として発生します。不透明な鉱物は通常、中粒で正面体の破砕黄鉄鉱および/またはFe-Ti酸化物です（図4b）。

調査したタルク堆積物のバルク岩石（主要元素（wt.%）および微量元素（ppm））を表 1 に示します。調査したタルクの中で、Atshan サンプルは SiO2 含有量が高く（平均 60.73 wt.%）、 Co (平均 53.92 ppm)、Cr (781 ppm)、Ni (平均 1303.6 ppm)、V (平均 16.67 ppm)、Zn (平均 55.7 ppm) などの高濃度の遷移元素。さらに、Atshan サンプルには、As (平均 10.86 ppm) などの親金元素が高濃度で含まれています。逆に、Darhib サンプルは、Atshan サンプルと比較して、MgO (平均 27.95 wt.%) や Pb (平均 20.78 ppm) などの半揮発性元素の含有量が高くなります。調査したサンプルはどちらも、TiO2、Al2O3、Na2O、Cr2O3、CaO、MnO の含有量が低く (1 未満)、前弧橄欖岩や汎アフリカ蛇紋岩に似た原石の残留性質を反映しています 8,11,26 、２８（図５ａ、ｂ）。

全体岩石図 (Coreldrow プログラムバージョン 2012 を使用): (a) 検査されたサンプルの Al2O3 が前弧、汎アフリカ蛇紋岩 45 およびその他 57 と比較されます。 (b) Al2O3 対 CaO58; (c) 原始的なマントルに正規化された微量元素 29。 (d) SiO2/MgO 対 Al2O3 の二元図 28。 (e) CaO – Al2O3 – MgO 図59。

原始マントル正規化微量元素29図から、調べたサンプルでは、Ni正異常を伴うCo、Cu、Crなどの不適合元素の明らかな減少が明らかになっていることがわかります（図5c）。さらに、Pb などの半揮発性元素の正の異常と、Sr などの LFSE の強い負の異常が観察されます。さらに、明らかに顕著な陽性の As、Sn、および Cd の異常は、豊富な硫化鉱物に起因すると考えられます4。

Landsat-8 (OLI) データには、7 つの VNIR および SWIR スペクトルバンドが含まれています。これらのバンドのデータを使用してカラーイメージを構築するには、バンドの組み合わせに必要なバンドは 3 つだけです。最も効果的なバンドの組み合わせは、意図したターゲットを増やし、情報の冗長性が最小限で相互に相関するバンドの数が最も少ない、最も有益なバンドを含む組み合わせです30。 OLI データのいくつかのスペクトルバンドが評価され、最高の岩石学的識別を示す調査地域で最高の FCC 画像が得られました。 Optimum Index Factor (OIF) 法は、ILWIS ソフトウェアを使用して RGB カラー合成と組み合わせて使用されています。 OIF の結果分析では、研究地域のさまざまな岩石ユニットを強調するための OLI バンドのさまざまな複合が示されました (表 2)。これらの FCC は、使用されたデータの標準偏差と相関係数の間の関係の結果です31。 Landsat-8（753）RGBは、アシャン地域とダルヒブ地域のいくつかの岩石単位をよく区別します（図6a、b）。

(a) Arc GIS 10.4 および ENVI 5.3 を使用した、Landsat-8 7、5、3 のアシャン地域の RGB 擬似カラー合成、および (b) Landsat-8 7、5、3 のダルヒブ地域の RGB 擬似カラー合成。

リモートセンシングデータで頻繁に使用される多変量統計手法と次元削減手法は、主成分分析 (PCA)30 です。 PCA は、個別のノイズ成分と無相関な帯域を生成し、データのスペクトル次元を最小限に抑えるために使用されます。 PCA バンドデータは相関がなく独立しており、ソースデータよりも解釈しやすいことがよくあります。主成分分析 (PCA) は、岩石学的識別のための最も重要な技術の 1 つです 32。 Landsat-8 の VNIR および SWIR バンドに対して主成分分析変換を実行して、岩質データを取得しました。

PCA を使用して作成された OLI データの固有値から、最初の PCA には 95.83% という最も高い分散が含まれており、2 番目の PCA バンドには 2.95% という 2 番目に高い分散が含まれていることが明らかになりました (表 3)。固有ベクトル解析に基づくと、より優れた PCA バンドは PC1、PC2、PC3、および PC4 です。 RGB での PCA (PC1、PC2、PC3) の疑似カラー合成は、アシャン地域のタルク堆積物を濃い青色で識別します (図 7a)。一方、FCC (RGB-PC4、PC2、PC1) は、この堆積物の同じ堆積物を区別します。濃いピンク色の領域 (図 7b)。ダルヒブ地域のタルク堆積物について、著者らはカラー合成画像（RGB-PC3、PC2、PC1、およびRGB-PC4、PC3、PC1）を作成して、この堆積物をそれぞれ黒とライム色で分離しました（図7c、d）。

主成分分析の FCC: (a) Landsat-8 (RGB-PC1、PC2、PC3)、(b) Atshan 地域の Landsat-8 (RGB-PC4、PC2、PC1)。 (c) Arc GIS 10.4 および ENVI 5.3 を使用した、ダルヒブ地域の Landsat-8 (RGB-PC3、PC2、PC1)、および (d) Landsat-8 (RGB-PC4、PC3、PC1)。

MNF 変換手法は、連続するデータ削減操作で構成されるアルゴリズムで、最初の操作は相関行列で表されるデータ内のノイズの推定に基づいています。この変換では、区別することによってデータ内のノイズの相関を解除し、再スケーリングします。 2 番目の操作では、元の相関関係が考慮され、データセットのすべてのバンドの分散に関する重み付けされた情報を含むコンポーネントのセットが作成されます33。 MNF は主成分分析と似ていますが、最初のステップとしてスペクトルデータから残留ノイズを低減する必要があるため、プロトタイプのスペクトルの選択が容易になります。 MNF 変換は、データセット全体の分散に寄与する重要な情報を含むスペクトル帯域を、ノイズが支配的な帯域から分離します 34。この研究の MNF 結果は、MNF バンドのカラー合成が MNF3、MNF1、MNF2 であることを示しています。 RGBのMNF4、MNF1、およびMNF3は、それぞれアシャン地域のタルク堆積物をピンク色と青色で表します（図8a、b）。さらに、ダルヒブタルク堆積物は、RGBでMNF3、MNF1、MNF2、およびMNF4、MNF1、MNF3を使用すると、青と赤の色で表示されました（図8c、d）。

最小ノイズ率変換の FCC: (a) Landsat-8 (RGB-MNF3、MNF1、MNF2)、(b) Atshan 地域の Landsat-8 (RGB-MNF4、MNF1、MNF3)。 (c) Arc GIS 10.4 および ENVI 5.3 を使用したダルヒブ地域の Landsat-8 (RGB-MNF3、MNF1、MNF2)、および (d) Landsat-8 (RGB-MNF4、MNF1、MNF3)。

バンド割り当ては、あるスペクトルバンドを別のスペクトルバンドで分割することでバンド間のスペクトルの違いを強調し、異常を強調するため、リモートセンシングにおける一般的な強力な画像処理技術です35。したがって、この方法は、バンドで観察される絶対反射率値に関係なく、比率画像では関係する 2 つのバンド間の分光反射率曲線の傾きの変化が明確に示されるため、岩石ユニットを区別する能力を向上させるために今回の研究で使用されました 36。この研究では、アシャンおよびダルヒブ地域のタルク堆積物を識別するためにいくつかのバンド比が使用されました。37 は、3 つの OLI バンド比 (赤 (R) で 6/7、緑 (G) で 4/2、6/6) の FCC 画像から派生しました。青（B）で/5）とアシャン地域のタルクをそれぞれ薄緑色と黒色で識別するFCC（RGB-5/4、6/7、7/5）（図9a、b）。 FCC 比 (2/4、4/7、6/5) および (4 + 3/5、5/7、2 + 1/) を使用して、アシャンおよびダルヒブ地域のタルク堆積物を区別する 2 つの新しいバンド比が提案されました。 3)。最初のバンド比提案の結果は、黄色のピクセルで示される、アシャンおよびダルヒブ地域でのタルク堆積物の発生を示しています (図 10a、b)。 2 番目のバンド比は、白いピクセルで表されるアシャン地域のタルク資源に特に焦点を当てています (図 10c)。

（a）アシャン地域のOLI RGB色比画像（6/7、4/2、6/5）、（b）アシャン地域のOLI RGB色比画像（5/4、6/7、7/5） Arc GIS 10.4 および ENVI 5.3 を使用します。

(a) アシャン地域の OLI RGB 色比画像 (2/4、4/7、6/5)、(b) ダルヒブ地域の OLI RGB 色比画像 (2/4、4/7、6/5)、 (c) Arc GIS 10.4 および ENVI 5.3 を使用したアシャン地域の OLI RGB カラー比イメージ (4 + 3/5、5/7、2 + 1/3)。

重力データは、地域コンポーネントマップと残差コンポーネントマップの 2 つのコンポーネントに分割されます。領域成分の表現は、埋もれた結晶質基盤複合体内の大規模な組成変動 (地下室効果) および大規模な構造レリーフフィーチャ (超地下室効果) の構成要素です。深部（局所的な重力）源（図11a）は2つのゾーンに分類されます。最初のゾーンは北東部に位置し、高重力異常が特徴ですが、地域のデータ値の範囲は 99.8 ～ 119.2 m.Gal です。一方、2 番目のゾーン (低異常) は調査地域の南西部と西部をカバーしており、99.8 ～ 63.8 mGal の範囲の低重力データが特徴です。これは、北東部の基盤岩の深さが地表近くに位置しているのに対し、南西部と西部は厚い堆積物で覆われていることを意味します。

(a) 調査地域の地域異常マップには、地域の構造リニアムが表示されます。 (b) 調査地域の残留異常マップには、浅い構造リニアメントが表示されます (Oasis Montaj ソフトウェアバージョン 8.3 を使用)。

残差マップは、元のマップ上の強い地域的影響によって不明瞭になっている弱い特徴に焦点を当てます38。残留成分は、潜在的な堆積物内の発生源（玄武岩質の堤防やシートなど）の寄与に加えて、主に基盤複合体の小規模（詳細な）構造特徴の寄与から構成されます。地表近くの領域（残留重力）における最も注目すべき特徴は、さまざまな部分での細長い異常と、大きな低地域ゾーンの境界となる北西-南東、北西-南南東、北東-南西、および東-西の傾向です。これは、この領域の障害または接触構造が原因である可能性があります。さらに、振幅と周波数の両方が局所的に変化する、調査領域全体に分布する狭い閉包システムの存在が特徴です。

構造的には、調査地域の浅い深さと深い深さの断層パターンが地域マップと残存マップから解釈されました。北西-南東、北東-南西、北西-南南東の傾向は残差マップ (図 11b) で表され、北西-南東は地域マップ (図 11a) で表されます。これは、北西から南東への傾向が、今後の研究対象領域において最も深いことを意味します。一方、他の傾向は、将来の研究領域における表面近くの構造に関連していました。

解析信号 (AS) 手法は、地球の重力場のすべての可能な方向にわたる水平および垂直導関数の包絡線を表します。それは、摂動的な重力異常によるストライクやディップ、および対象の方向とは無関係です。分析信号 (AS) を変換することにより、異常は適切な原因体の直上に配置されます。これは、各測定点における 3 つの垂直方向の総局所磁場勾配を微分することによって達成されます。この変換手法の数学的基礎については、この原稿で詳しく説明されています 39,40。ブーゲー異常地図の分析信号 (図 12a) は、特に地図の北西部と南東隅に広がる多くの高度な地物を定義しており、これは層序の厚さの変化や地下自体内の岩石学的変化と関連しています。。解析信号マップ上の異常パターンから、この地域が北西-南東および北-南の異常ゾーンによって支配されていることが明らかになり、これらはスエズ湾-紅海気候系の特定の重力信号を表しています。また、基盤岩の変化に伴う北西方向の強い勾配によっても特徴付けられます。最大密度コントラストの位置、およびおそらくその傾向は、結晶基盤複合体内の岩石物理学的変化と関連していることがよくあります。アシャン地域は、0.0032 ～ 0.0008 mGal/m の範囲の中程度から低い分析信号値によって特徴付けられますが、アシャン地域でのタルクの発生は中間の値によって特徴付けられます。一方、ダルヒブエリアはマップの南部に位置します。この領域は、低値から高値までの AS 値 (0.0008 ～ 0.0100 mGal/m) によって特徴付けられます。中間から低い値は、おそらく堆積性充填材からの異常な痕跡であると考えられます。この領域におけるタルクの出現は、中間の AS 値によって特徴付けられます。

(a) 調査地域の分析信号異常マップ。 (b) 調査地域の水平勾配異常マップ (Oasis Montaj ソフトウェアバージョン 8.3 を使用)。

水平勾配アプローチは、重力データを使用して密度境界を決定するために広く利用されています。板状の物体の境界が垂直で、相互に広く離れている場合、物体によって引き起こされる重力異常の水平勾配が端に重なる傾向があります 41。より浅い構造の検出に主に有益な垂直勾配アプローチと比較して、この方法は浅いソースと深いソースの両方を定義する際にもより堅牢です。水平勾配変換は、電位場信号の最も急な勾配で極端な値を持つ傾向があり、より高い周波数を強調します。

水平方向のグラデーションは、これらの特性によりエッジの識別に役立ちます。研究地域の重力データの水平勾配の振幅の周波数領域計算 (図 12b)。一般に、このマップは水平方向のグラデーション技術を利用して物体のエッジと境界を特定し、異常値の大きい (赤色) でそれらの位置を示します。調査地域の HDR マップには、0.0004 ～ 0.0074 mGal/m の範囲の値が示されています。 HDR の高い値は主に北西部に位置し、調査地域の南東部まで広がっています。水平勾配マップ上のアシャン地域でタルクが出現する場所は、中値から高値が特徴であり、異常の主な傾向は北東から南西です。これは、この地域が北東から南西方向の構造物の影響を受けたことを意味します。ダルヒブ地域のタルクは高い HG 値を特徴とし、異常の一般的な方向は北西から南東です。 HG の最大値も地質学的接触を表します。 HG から解釈された接触は既知の地質学的接触と一致します。

震源パラメータイメージング (SPI) アプローチは、グリッド化された重力データから震源の深さを自動的に計算するメカニズムです42。以下の式は、ソースパラメータのイメージング深度を計算するために適用されます。

ここで、Kmax はステップソース全体で測定されたローカル数 K の最大値、M は総重力場です。

研究地域のソースパラメータイメージングマップ（図13a）は、赤色でマークされた大きな地下構造の隆起を示しています。このうねりは調査地域の南西隅から北東隅まで広がっています。うねりの平均深さは850メートルです。このうねりは、青色の深い地下構造（トラフ）によって境界付けられています。トラフの平均深さはそれぞれ3560メートルに達します。アシャン山の南東部と北西部には地下の深さが深いのに対し、中央部には北東から南西の隅まで広がる浅い地下があります。一方、ダルヒブ地域の地下の深さは、ダルヒブ地域の南西部および北西部から中央部に直接増加します。

(a) 調査領域のソースパラメータイメージングマップ、(b) 構造インデックスのための調査領域の 3D オイラーデコンボリューション (Oasis Montaj ソフトウェアバージョン 8.3 を使用)。

オイラーデコンボリューションは、堤防、断層、接触、押し出しなどのさまざまな地質学的発生源のポテンシャルフィールド (重力と磁気) から発生源の位置と深さを推定する解釈方法として十分に確立されており、広く使用されています43。近年、オイラー法は環境用途でかなりの人気を得ています 21,44。以前の分析に基づいて、オイラーデコンボリューションを使用して、単純なソースの構造インデックスと深さを同時に決定しました。水平位置は、近似された構造指標値を適用することにより、従来のオイラー法を使用して決定されます。

重力異常マップにオイラーデコンボリューション手法 (構造インデックス = 0) を適用した結果は、調査地域の基盤岩マップの構造の 3 次元透視図で表されます (図 13b)。このマップには、調査地域の構造枠組みに関する有用な情報が表示され、地下室の特徴が明確に示されました。一般に、構造パターン (断層および類似の構造的特徴) は鉱床の堆積を制御する特徴として機能し、鉱床の深さに関係します。浅い接触と深い接触のほとんどは、北西-南東および北東-南西方向に伸びています。したがって、これらのリニアメントのほとんどは、この地域の地質図から追跡された表面リニアメントの分布と一致します。ゼロに等しい構造インデックスを使用して取得された深さの値の範囲は、383 m 未満から 3455 m を超えます。

アシャン地域とダルヒブ地域から収集された両方のタルク鉱床に対して、新しい地球化学が行われ、その化学組成（主要元素と微量元素）が明らかになり、その起源が推定されました。さらに、リモートセンシングデータと重力データ技術を使用して、それぞれその広がりと深さを検出しました。これは、調査対象地域に、いくつかの産業用途で広く使用されているタルク堆積物が大量に埋蔵されていることを反映しています。

Landsat-8 データを使用した研究地域の岩石学的マッピングには、いくつかのリモートセンシング技術が使用されています。 Landsat-8 画像の OIF ランキングに基づくと、タルク堆積物の識別に最適な FCC は (RGB-7、5、3) です。 MNF3、MNF1、MNF2、および MNF4 と同様に、MNF1、MNF3 は、アシャンおよびダルヒブ地域のタルク堆積物を最もよく表しています。さらに、RGB の最良の PCA (PC1、PC2、PC3、および PC4、PC2、PC1) は、アシャン地域のタルク堆積物を良好に識別することを示しました。 Darhib タルク堆積物に加えて、タルク堆積物を分離するためにカラー合成画像 (PC3、PC2、PC1、および RGB-PC4、PC3、PC1) RGB が生成されました。さらに、2 つのケーススタディでタルク堆積物を区別するために、2 つの新しい FCC バンド比 (2/4、4/7、6/5) および (4 + 3/5、5/7、2 + 1/3) が導出されています。、アシャン地区とダルヒブ地区。

重力異常は、検出可能なほど密度が変化する局所的な岩石の種類によって引き起こされる可能性があります。例としては、盆地を満たす堆積岩とその風化した派生物が挙げられます。これらは通常、石英長石鉱物の蔓延による異常マップ上の重力の低下によって特徴付けられます。一般に、高重力は苦鉄質岩や塩基性岩と相関関係があります。これは、内部に Fe-Mg 鉱物が豊富に含まれているためです。これらのバリエーションは、盆地、アーチ、埋没貫入などの構造を推測したり、岩石がアクセスできない、または隠れている広大な領域をマッピングしたり、異なる密度の岩石を並置する原因となる断層を検索したりするのに役立ちます。

重力データの定性的および定量的解釈を提供するために、地域残留水平勾配 (HG)、解析信号 (AS)、ソースパラメーターイメージング (SPI)、オイラーデコンボリューション (ED) などのいくつかの技術が使用されました。分析によると、構造リニアメントの主な方向は、北西から南東、北東から南西、北北西から南南東です。 SPI からの深さの結果は、浅い発生源の 850 m から堆積物の厚さの 3560 m まで変化しますが、3D オイラーデコンボリューションからの深さの推定値は、発生源までの深さが 383 ～ 3453 m の範囲であることを示しました。

調査されたタルク堆積物の地球化学的特徴は、マントル超苦鉄質原石を示唆しています。これは、MgO (平均 27.89 wt.%)、Cr (平均 675 ppm)、Co (平均 50 ppm)、Ni (平均 1252 ppm) の含有量が高く、CaO が減少していることから推測できます 8,10,26。 45. SiO2 や Al2O3 などの一部の主要な酸化物は、変動する変化の際に比較的不動です46。さらに、Al2O3/SiO2 比を使用して、変動する地殻構造を分離することができます 47。調査された滑石原石は主に MgO (平均 27.89 wt.%) と Fe2O3 (平均 5.33 wt.%) を含む超苦鉄質岩であり、前弧環境に位置する枯渇したマントル 48 の性質を示唆しています (図 5d)。検査したサンプルのAl2O3（平均0.72）およびSiO2 / MgO（平均2.15）の含有量は低く、これはオフィオライトかんらん岩に匹敵します（図5e）。これは、CaO (平均 0.32 wt.%)、TiO2 (平均 0.04 wt.%)、および Al2O3 (平均 0.72 wt.%) の含有量が低いことで示されています。さらに、それらは Al2O3/SiO2 および MgO/SiO2 の含有量が低く、原始マントルの含有量よりも低い (それぞれ約 0.1 および約 0.85)29,49。

タルク、炭酸塩、緑泥石、蛇紋石は主な変成鉱物相であり、マントル岩の変成作用を反映しています6、7、50、51。これらのプロセスは、PM49 と比較して MgO、Ni、Cr、Co の濃縮に関与しています。検査されたサンプルは、鉱物学的組成によって特定される炭酸シリカ組成フィールド (SiO2 – Fe2O3 – (CaO + MgO) ダイアグラム) にプロットされます。このフィールドは、シリカに富むフィールドと蛇紋岩フィールドの間の移行ゾーンを表します (図 14a)。 H2O-SiO2-MgO7の三元図を使用することにより、検査されたサンプルはアンソフィライトとタルクの線の間にプロットされ、それらの典型的な鉱物成分を反映しています（図14b）。

(a) SiO2 – Fe2O3 – (MgO + CaO) の三元図。蛇紋岩、炭酸ケイ素、炭酸塩に富んだ岩石、およびシリカに富んだ岩石の分野7、50、51、60。 (b) H2O-SiO2-MgO 三元図 7 (Coreldrow プログラムバージョン 2012 を使用)。

主要なマントル岩石は、CO2/H2O流体の浸透により変成鉱物に置き換わる可能性のある強マグネシウム鉱物が豊富であり、緑色片岩相の変成作用の重なりを反映しています49,52。これらの変成鉱物はせん断帯や断層面に沿って広く豊富に存在し（高度な変形過程によるオフィオライト岩石には確実に存在する）、熱水溶液の役割を示唆している。これらのせん断ゾーンは、タルク堆積物の原因となる熱水鉱化流体のチャネルとして機能しました。さらに、これらのゾーンは、超苦鉄質岩と変火山岩の組み合わせをもたらした地殻変動の結果として形成された可能性があります。

これらの流体はおそらく変成作用中の脱水（初期段階）、または近くの花崗岩の貫入（後期段階）からのマグマ性流体から生じたものであり、シリカの添加の原因である W. レイディ (アシャン) およびエルハリット (ダルヒブ) 花崗岩に由来するものであると考えられます 4,53。

さらに、無水マントル鉱物の水和によりタルク鉱物が生成される可能性があります54。

含水鉱物の Si 変成中に、緑色片岩相から下部角閃岩相 (> 300 ～ 400 °C) でタルクが形成されることがあり、これが MgO/SiO2 比の減少につながりました 55。

一方、タルクは、変成作用（シリカとマグネシウムが豊富な熱水溶液）による苦鉄質（玄武岩質）岩石の蛇紋岩化によって形成され、変成鉱物が形成されます56。

さらに、苦鉄質岩の後期変質では、珪化、緑泥石化、エピドート化に代表される変質が起こる4。この段階では主に、せん断帯に沿って硫化物を含むタルクが豊富な岩石が形成されます4。 Schandl et al.13 によれば、接触変成作用 (マグマ貫入と火山岩の間) から緑色片岩相に至る一連の変成作用の集合体が存在します。

これまでのことから、タルクの堆積は緑色片岩相の変成作用、または（花崗岩の貫入に関連する）周囲の火山岩と相互作用して変成鉱物を形成するマグマ溶液に関連している可能性があると結論付けることができます。

エジプトの南東砂漠のアシャンとダルヒブから収集されたタルク鉱床の鉱物学的および地球化学的組み合わせの詳細な研究により、それらが超苦鉄質オフィオライト橄欖岩に匹敵することが明らかになりました。それらは構造的に制御されており、ダルヒブおよびアシャン地域の東西方向に北西-南東および東-西方向に続くレンズまたはポケット体として発生します。これらは、不適合元素が豊富で、Pb などの半揮発性元素の正の異常と、Sr などの LFSE の強い負の異常を示します。さらに、豊富な硫化物に起因すると考えられる、As、Sn、および Cd の明確な顕著な正の異常が見られます。ミネラル。ダルヒブおよびアシャン地域におけるタルク堆積物の検出は、いくつかのリモートセンシング技術、すなわち、偽色合成 (FCC)、主成分分析 (PCA)、最小ノイズ分率 (MNF)、およびバンド比 (BR) を使用して成功裡に達成されました。 Landsat-8 データに適用されます。アシャン地域とダルヒブ地域のタルク堆積物を区別するために、新しい 2 つの FCC バンド比が作成されました。重力データは、地域残留水平勾配 (HG) および分析信号 (AS) 技術を使用して定性的に解釈されました。定量的解釈は、ソースパラメーターイメージングとオイラーデコンボリューション法を使用して行われました。結果は、構造リニアメントの傾向が北西-南東、北東-南西、北西-南南東、および東-西の方向で支配的であることを示しました。 SPI の深さの結果は、浅い発生源の 850 m から堆積物の厚さの 3560 m までの範囲であり、3D オイラーデコンボリューションの深さ推定により、発生源までの深さが 383 ～ 3453 m の範囲であることが明らかになりました。これらの手法の結果は互いに非常に近いものになります。我々は、タルク堆積物は、地域的な変成作用、または（花崗岩の貫入に関連する）周囲の火山岩と相互作用して変成鉱物を形成するマグマ流体に関連している可能性があることを示唆しています。

この研究中に生成または分析されたすべてのデータがこの原稿に含まれています。

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モハメド・A・ラシュワン＆モクレス・K・アゼル

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ESL は原稿 (序論、地質学的、岩石学的、地球化学的なセクション) を執筆します。 WHM。重力セクションでは MHE MA.R が貢献し、リモートセンシングセクションは MHE MA.R によって作成されました。と MKA は、検査されたサンプルの準備に貢献しました。著者全員が原稿の査読に協力してくれました。すべての著者は、この原稿を Scientific Reports に掲載することに同意しています。

エル・サイード・R・ラシーンへの通信。

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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Lasheen, ER、Mohamed, WH、Elyaseer, MH 他。エジプト南東部砂漠のダルヒブおよびアシャンタルク鉱床の衛星重力データと統合された地球化学およびリモートセンシング。 Sci Rep 13、9108 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-31398-x

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受信日: 2022 年 12 月 27 日

受理日: 2023 年 3 月 10 日

公開日: 2023 年 6 月 5 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-31398-x

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