Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11527/16474
Title: Genesis of the gold mineralization at atud area, central eastern desert of Egypt: geological, ore mineralogical and geochemical approaches
Other Titles: Atud Bölgesi, Mısır'ın Orta Doğu Çölü'ndeki altın cevherleşmesinin kökeni: Jeolojik, cevher mineralojik ve jeokimyasal yaklaşımlar
Authors: Kumral, Mustafa
Khalil, Amr Abdelnasser
439534
Jeoloji Mühendisliği
Geological Engineering
Keywords: Metaller
Üretim
Metals
Production
Gold mines and mining
Egypt
Maps
Issue Date: 2016
Publisher: Fen Bilimleri Enstitüsü
Institute of Science and Technology
Abstract: Bu tez Mısır Doğu Çölü'nün Orta bloğundaki Atud bölgesinde intrüzyonla ilişkili altın yatağının kapsamlı jeolojik, petrografik, mineralojik ve jeokimyasal çalışmaları kapsamaktadır. Tezin amacı, damar tipi mezotermal altın yatağının kökeninin ve onun Doğu Afrika'daki Arap Nubian Kalkanı'nın tektonik gelişimi ile ilişkisinin daha iyi anlaşılmasını sağlamaktır. Elektron mikroprob (EMPA) ve duraylı izotop analizleri, altın yatağının durumunu ve uygun jeotermometrelere göre hidrotermal akışkanı belirlemenin yanı sıra cevher sistemlerinin sıcaklığını, kaynağını, gelişimini ve cevher-taşıyan akışkanların doğasını belirlemek için kullanılmıştır. Bir de ASTER görüntü verisi ile de Atud bölgesindeki altın cevherleşmesi ile ilişkili ana alterasyon tipleri betimlenmiş ve tespit edilmiştir. Mısır'ın Orta Doğu Çölü'nde yer alan çalışma alanı (Atud bölgesi) önceden var olan serpantinit ve metatüf kayaçlarının içine sokulan metagabro-diyorit intrüzyonundan oluşur ve olivin gabronoritlerin daha genç intrüzyonu tarafından kesilmektedir. Atud bölgesindeki damar tipi altın yatakları Mısır'ın Orta Doğu Çölü'ndeki Gabal Atud'da oluşmuş metagabro-diyorit kompleks ile ilişkilidir. Talk karbonat, dolomitik mermer ve kalk-silikatik kayaçlar Gabal-Atud civarında bulunan serpantinitlerden türemişlerdir ve çalışma alanında gözlemlenen Pan-Afrikan ofiyolit segmentlerini temsil eder. Metatüfler Gabal Atud etrafında büyük bir alanı kapsamakta olup serpantinitler ile birlikte mostra vermektedirler. Meta-tüfler mikroskopik olarak mafik-lapilli tüfler, ortaç tüfler, meta-çörtler ve kuvars-biyotit şistler olarak tanımlanabilmektedir. Metagabro-diyorit kompleksi ise haritalanmış alanın büyük bir kısmını kapsamakta ve yarı-dairesel bir şekilde Gabal-Atud'un gövdesini oluşturmaktadır. Metagabro-diyorit kompleksinin yaşı 987-830 Ma arasındadır ve Arabo-Nubian kalkanının erken dönem orojenik komplekslerinden biridir. Serpantinitler ve Metatüfler ile intrüzif dokanağı bulunan kayaç daha sonra olivin gabro-norit karakterli bir sokulum tarafından kesilmiştir. Kayaç ayrıca cevherleşmeler içeren oldukça fazla sayıda kuvars damaraları ve dayklar tarafından doğu ve güneydoğu yamaçlarında gözlemlenen Kuzeybatı-Güneydoğu gidişli gevrek-sünek makaslama zonunda kesilmiştir. Düşük derece metamorfizma geçirmiş gabro ve diyorit kayaçları ve bu kayaçların arasındaki zonda gözlemlenen hibrit lökokratik gabro kayaçları çalışma alanında mostra vermektedir. Olivin gabro-norit karakterli küçük intrüzif kütle Gabal-Atud Gabro diyorit kompleksini kesmektedir. Farklı tipteki dayklar bölgedeki temel kayaçları kesmekte olup genellikle daha yaşlı olanlar KKD-GGB ve daha genç olanlar KB-GD gidişlidir. Daha yaşlı dayklar Lamproifirik karakterli olmakla bereaber serpantitleri kesmektedir. Daha genç dayklar ise andezit porfir karakterli veya aplitik dokulu olup gabro-diyorit kompleksini kesmektedir. Bu altın cevherleşmesi kuvars damarları ve KB-GD kırılgan-sünek makaslama zonu boyunca yoğun hidrotermal alterasyon haleleri içerisinde aynı zamanda bunlar arasındaki kontaklar boyunca yer alır. Kuvars damarları, cevherleşmiş griimsiden beyaza eski damar (KB-GD doğrultulu) ve daha genç, cevherleşmemiş süt beyaz damar (KD-GB) olmak üzere iki gelişimi içermektedir. Altınla ilişkili cevher mineralleri; alt kalkopirit, sfalerit, tetrahedrit ile beraber başlıca arsenopirit ve pirit (tip-I ve II), ilk, ikinci (ana cevher) ve üçüncü (süperjen) fazları olmak üzere cevherleşmenin üç fazı boyunca götitle beraber pirotindir. Üç ana yeraltı hidrotermal alterasyon zonları ana Atud bölgesindeki kuvars damarları boyunca gözlenmiştir; zon 1: kuvars-serisit-pirit, zon 2: kuvars-klorit-karbonat ve zon 3: kalsit-albit-klorit. Au, Ag ve Cu konsantrasyonları zondan zona değişmektedir. Zon 1, 2 ve 3 için sırasıyla bu konsantrasyonlar; 25-790 ppb, 0.7-69.6 ppm ve 6-93.8 ppm; 48.6-176.1 ppb, 0.9-12.3 ppm ve 39.6-118.2 ppm; 53.9-155.4 ppb, 0.7-3.4 ppm ve 0.2-79 ppm'dir. Kütle balansı hesaplamaları (GEOISO-Windows programı kullanılarak hesaplanmış) kullanılarak bu farklı üç zondaki hidrotermal alterasyon süreçleri boyunca kimyasal bileşimlerin kütle/hacim kazanımları ve kayıpları çalışılmış, buna göre altının ana cevherleşme zonu ile, aynı zamanda serisit/kaolinit ve muskovit alterasyonlarının da zon 2 ve 3'ten daha çok zon 1 ile yüksek ilişkili olduğu tespit edilmiştir. Bir de bu alterasyon zonlarının NTE paternleri, La, Eu ve K'nın zon (1) ve (2)'de serisit alterasyonu boyunca hidrotermal solüsyondan kayaçlara eklendiğini, zon (3)'te HNTE anomalilerinin klorit ve karbonat alterasyonları boyunca alkalin hidrotermal solüsyonlarındaki bu elemetlerin düşük çözünürlüklerine işaret eden Mg-zenginleşmeleri ile olduğunu önermektedir. Alterasyon minerallerinin mikroprob verileri, tüm analiz edilmiş pulcuklarda serisitin yüksek muskovit bileşenine sahip olduğunu (ortalama XMs= 0.89), yan kayaçlarda fengit içeriğinin %0.10-0.55 olduğunu ve cevherli kuvars damarlarında fengit içeriğinin %0.13-0.29 olduğunu açığa çıkarmıştır. Yan kayaçlar kuvars damarlarından daha yüksek kalsit (CaCO3) içeriklerine ve daha düşük MgCO3 ve FeCO3 içeriklerine sahiptir. Altere yan kayaçlardaki klorit pulcukları pinoklorit ve ripidolitten oluşmuştur, tahmini oluşum sıcaklıkları sırasıyla 289-295°C ve 301-312°C'dir. Albit, zon 3'teki klorit ile beraber oluşmuş daha yüksek albit içeriğine (%95.08-99.20) sahiptir. Cevher minerallerinin mikroprob çalışmaları, altının electrum (52.2-60.7 atom % Au & 36.7-39.1 atom % Ag) olarak sınıflandırıldığını ve ana cevherli kuvars damarları ve altere ana kayaçlar içerisindeki ana cevherleşme fazındaki arsenopirit ve As-taşıyan pirit ile ilişkili olduğunu ortaya koymuştur. Arsenopirit jeotermometresine dayanarak, arsenopiritteki As-içerikleri (29.3-32.7 atom %), ana cevherleşme fazı boyunca ƒS2 ve T sırasıyla,; -10.5 to -5.5 arasında ve 305-450 °C'deki depolanmaya işaret etmektedir. Bu da altının taşındığına, hidrosülfid kompleksleri AuHS° ve Au(HS)-2'nin artan eksikliğinden dolayı çökeldiğine işaret etmektedir. Sülfidlerin δ34S izotopik kompozisyonlarına dayanarak, bunlar magmatik akışkanlardan kaynaklıdır ki burada sülfür ya direkt magmadan ya da magmatik kayaçlardan yeniden taşınmasından kaynaklanmıştır. Diğer bir deyişle, kalsit, δ13C ve δ18O değerleri baz alındığında, değişken metamorfik izler ile karışık başlıca magmatikleri içeren akışkanlardan oluşmuştur. ASTER-görüntü bant oranlaması (BR), bağıl absorpsiyon bant derinliği (RBD), esas bileşen analizi (PCA), yanlış-renk kompoziti (FCC) ve mineral indeksleri, serisit ve arjilik (kaolinit) alterasyonlarının Atud maden bölgesindeki ana alterasyon tipleri olduğunu, kalsit alterasyonunun maden bölgesi etrafında serpantinit ve talk-karbonat ile sınırlı olduğunu önermiştir. Bu çalışmada Atud yatağındaki altın-taşıyan cevherlerin magmatik kaynaklı olduğu, su/kayaç etkileşimleri boyunca çevre intrüzif kayaçlardan çözünerek, sonrasında metamorfik olaylar boyunca yeniden hareketlendiği sonucuna varılmıştır. Bu yüzden Atud altın yatağı intrüzyonla ilişkili altın yatağı olarak sınıflandırılmaktadır, ana intrüzyon, KB-GD makaslama etkileri sonucu olarak taşınan ve depolanan metallerin kaynağı olarak davranmıştır, bu durum ise çalışma alanındaki altın cevherleşmesinin yapısal kontrollü olduğu anlamına gelir.
This thesis provides comprehensive geological, petrographical, mineralogical, and geochemical studies of the gold deposit at Atud area at the Central block of the Egyptian Eastern Desert. It aims to provide a better understanding of the genesis of this vein-type mesothermal gold deposit and its relation to the tectonic evolution of the Arabian-Nubian Shield at East Africa. Electron microprobe (EMPA) and stable isotope analyses are also carried on to identify the conditions of the gold deposition and the mineralizing fluid according to the appropriate geothermometers, as well as to determine the temperature of the ore systems and the source, evolution, and nature of the ore-bearing fluids. Moreover, ASTER imagery data are used to delineate and detect the main alteration types associated with the gold mineralization at Atud area. The study area (Atud area) that located in the Central Eastern Desert of Egypt is made up of a gabbro-diorite intrusion emplaced into the pre-existing rocks; serpentinite and metatuffs and is cut by a younger intrusion of olivine gabbronorite. The vein-type gold deposits in the Atud area are related to the metagabbro-diorite complex that occurred in Gabal Atud in the Central Eastern Desert of Egypt. The dispersed talc-carbonate, dolomitic marble and calc-silicate rocks are derivatives of serpentinite around Gabal Atud. They represent the Pan-African dismembered ophiolitic rocks exposed in the study area. Metatuffs cover a vast area of the area around Gabal Atud where they form low-lying outcrops associated with serpentinite rocks. They are microscopically differentiated into different varieties; mafic lapilli metatuffs, intermediate metatuffs, metacherts, and quartz-biotite schists. The metagabbro-diorite complex covers a large proportion of the mapped area and exists as a semicircular body of Gabal Atud. It represents one of the early orogenic gabbro-diorite complexes in the Arabian-Nubian Sheild and its age ranges from 987 to 830 Ma. It had an obvious intrusive contact against serpentinites and metatuffs and later was invaded by olivine gabbronorite. It also was cut by numerous mineralized and barren quartz veins and dikes at its eastern and southeastern slopes, where NW-SE brittle-ductile shear zone cuts through this complex. Slightly metamorphosed gabbro and diorite rocks and hybrid leucocratic gabbro zone in between are exposed at the study area. Olivine gabbronorite forms a small intrusion cutting the gabbro-diorite complex of Gabal Atud. There are different types of dikes cut through the country rocks in the mine area, trend mainly in two directions. The oldest one is NNE-SSW and the youngest is NW-SE. Lamprophyre dikes occupy commonly the old direction (NNE-SSW) and cut through the serpentinite rocks, while porphyritic andesite and aplitic dikes occupy the NW-SE direction and cut through the gabbro-diorite intrusion. This gold mineralization is associated with quartz veins and intense hydrothermal alteration haloes along the NW-SE brittle-ductile shear zone, as well as along the contacts between them. Two generations of quartz veins include the mineralized grayish-to-white color old vein (trending NW-SE), and the younger, non-mineralized milky white vein (trending NE-SW). The ore minerals associated with gold are essentially arsenopyrite and pyrite (type-I and II), with subordinate chalcopyrite, sphalerite, tetrahedrite, and pyrrhotite with goethite forming in three stages of mineralization: first, second (main ore), and third (supergene) stages. Three main subsurface hydrothermal alteration zones were determined around the quartz veins in the main Atud area: zone 1: sericitic alteration (mainly sericite/muscovite and kaolinite with subordinate quartz and pyrite), zone 2: phyllic alterations (mainly quartz and sericite with pyrite and subordinate albite quartz-chlorite-carbonate), and zone 3: carbonate propylitic alterations (mainly carbonate (ankerite/calcite) and chlorite (chamosite/clinochlore) with albite and arsenopyrite). Concentrations of Au, Ag, and Cu are different from zone to zone by having 25-790 ppb, 0.7-69.6 ppm, and 6-93.8 ppm; 48.6-176.1 ppb, 0.9-12.3 ppm, and 39.6-118.2 ppm; and 53.9-155.4 ppb, 0.7-3.4 ppm, and 0.2-79 ppm for zone 1, 2, and 3, respectively. By using the mass balance calculations (calculated using the GEOISO-Windows program), the mass/volume gains and losses of the chemical components during the hydrothermal alteration processes in these different zones were studied revealing that the gold to be highly associated with the main mineralized zone as well as sericite/kaolinite and muscovite alterations in zone 1 more than in zones 2 and 3. Also, the REE pattern of these alteration zones suggested that La, Eu, and K added to the rocks from hydrothermal solution during the sericitization in zones (1) and (2), while in zone (3) HREE anomalies are with Mg-enrichments indicating low solubility of these elements in alkaline hydrothermal solutions during chloritization and carbonatization. Microprobe data of the alteration minerals revealed that the sericite had a higher muscovite component in all analyzed flakes (average XMs= 0.89), with 0.10%-0.55% phengite content in wall rocks and 0.13%-0.29% phengite content in mineralized quartz veins. The wall rocks had higher calcite (CaCO3) contents and lower MgCO3 and FeCO3 contents than the quartz veins. The chlorite flakes in the altered wall rocks were composed of pycnochlorite and ripidolite, with estimated formation temperatures of 289-295°C and 301-312°C, respectively. Albite had higher albite content (95.08%-99.20%) which occurs with chlorite in zone 3. While the microprobe studies of ore minerals reveal that gold can be classified as electrum (52.2-60.7 atom % Au & 36.7-39.1 atom % Ag) and is associated with arsenopyrite and As-bearing pyrite in the main mineralization phase within the main mineralized quartz veins and altered host rocks. Based on the arsenopyrite geothermometer, As-contents (29.3-32.7 atom %) in arsenopyrite point to deposition in the ƒS2 and T ranges of -10.5 to -5.5 and 305-450 °C, respectively during the main mineralizing stage. This indicates that the gold is transported and precipitated due to increasing lack of the hydrosulphide complexes AuHS° and Au(HS)-2. Based on the δ34S isotopic compositions of the sulfides (2.8 – 9.5 ‰ from mineralized quartz veins and 0.7 – 7.8 ‰ from the altered host rocks), they are originated from magmatic fluids in which the sulfur is sourced either directly from magma or remobilized from the magmatic rocks. On the other hand, calcite formed from fluids having magmatic mixed with metamorphic signatures based on its δ13C (-10.6 to -8.0 ‰VPDB) and δ18O (13.1 to 14.5 ‰SMOW) values. ASTER-imagery band rationing (BR), relative absorption band depth (RBD), principal component analysis (PCA), false-color composite (FCC), and mineral indices suggest the sericitic and argillic (kaolinite) alterations are the main alteration types detected at the main Atud mine area, while the calcite alteration is confined to the serpentinite and talc-carbonate around the mine area. This work concluded that the gold-bearing ores at Atud deposit have magmatic sources leaching from the country intrusive rocks during water/rock interactions then remobilized during a metamorphic event. Therefore, the Atud gold deposit is classified as an intrusion-related gold deposit, in which the host intrusion acted as the source of metals, which were later mobilized and deposited as a result of NW-SE shearing. This also refers to the gold mineralization at the study area was structurally controlled.
Description: Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016
Thesis (Ph.D.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2016
URI: http://hdl.handle.net/11527/16474
Appears in Collections:Jeoloji Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
439534.pdf17.83 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.