Integration of Geoinformation Data for Geological Mapping and Mineral Prospecting Around Umm Merafib Area, SE Nuba Mountains, Sudan

Abstract

ABSTRACT This study was carried-out in thearound Umm Merafib village, which is located adjacent toAbu Gubeiha town in the southeastern sector of Nuba Mountains. Administratively, the area is a part of the Sudan’s South Kordofan State. Geographically, it is bounded by longitudes 30° 56` - 31° 12` E, and latitudes 11° 20` - 11° 08` N. The dissertation aimed to create a50K scale- geological map and mineral prospecting by integrating multi-Satellite data with a few previous data in various remote sensing and Geographic Information System (GIS) investigations. Geological mapping executed by utilizing digital image processing techniques on an integrated multispectral Landsat 8 OLI and PlanetScope data. The pre-processing operations on the multispectral data initiated by atmospheric correction using FLAASH algorithms, vegetation suppression and fusion with PlanetScope semi- high-spatial resolution (3-m) data by Gram Schmidt algorithm. Various Digital Image Processing (DIP) algorithms were applied on the fused multispectral data of Landsat 8 OLI/PlanetScope data (L8 OLI/PS). The spectral enhancement of various color composite images helps the visual interpretation in geological context. The transformed decorrelation stretching imagesof fused L8 OLI/PS bands set 7, 5 and 2 and set 6, 5 and 4 as R, G & B, in addition to FCC PCA set of PC1, PC2 & PC3 and PC2, PC3& PC4 as R, G & B gave superior results and good lithological discrimination. The DEM imageportrayed the geomorphological and hydrological information. The obtained result reveled that Umm Merafib area consists of crystalline basement complex rocks. The dominant lithological unitsare the low-grade basic metavolcanic subordinated with low grade metasediments of quartzites, graphitic schist and marbles, these units intruded by syn- to late-orogenic granites and overlain by thick superficial deposits. Thecomplex deformational history in the area deciphers from the folding and refolding structures resultedtight and isoclinal chevron folds, which affected later by a regional shearing. Mineral prospecting directed by DIPon multispectral Landsat 8 OLI/PlanetScope and the spectral analysis algorithms applied on the semi- hyperspectral ASTER (AVNIR- SWIR) data. The results of image transformation operations on L8 OLI/PS portrayed the alteration zones- related to mineralization in the area. The alteration zones characterized by distinguishable spectral signatures of iron oxides, hydroxyl- bearing minerals, carbonates and quartz feldspars minerals. The first transformation is the band ratioing transformed FCC of Sabins’ image (bands 6/7, bands 4/2 and bands 4/6 in the R G B, respectively). While the second is the Feature Oriented Principal Selection (FPCS) transformation yield Crosta’s FCC image. Both operations successfully depict the alteration zones, whereas the supervised classification on both images used to delineate alteration zones. The produced zones have been spatially analyzed in the GIS framework, where intersected zones from both images obtained the high probabilities. The Spectral Angle Mapper (SAM) classifier was applied on the ASTER (AVNIR- SWIR)data to map the alteration minerals by their distinguishable spectral signatures. Spectacular zonation of alteration minerals has been produced by SAM classifier, which are zoned around regional chevron folds pattern. The obtained alteration zones both from Landsat 8 and ASTER data have been found to be agree with the assay results obtained from the available soil samples. The SAM classifier on ASTER image was found to be vital to map the alteration minerals and their zones as well as to define the structural pattern burred under the thick clayey soil cover. الخلاصة تمتالدراسهفي منطقةأم مرافعيب الواقعه بالقرب من قرية أبو جبيهة فىجنوب شرق جبال النوبةفي جنوب وسط السودان. إدارياً تتبع هذه المنطقة الي ولايةجنوب كردفان ، أما من الناحية الجغرافية تنحصرالمنطقةبينخطيطول30° 56` - 31° 12` شرقاًوخطي عرض11° 20` - 11° 08` N شمالاً.تهدف هذه الدراسة الي إنتاجخارطةجيولوجيةبمقياسرسم 1:50 000 (50K)بالإضافة اليالإستكشافالمعدنيبإستخدام تكاملي للعديد من بيانات الأقمار الصناعية عبرتطبيقات الاستشعارعن بعدونظامالمعلوماتالجغرافيةوقليل من البيانات السابقة. إعتمد التخريط الجيولوجي علي إستخدام تقنيات معالجة الصور الرقمية علي البيانات الرقمية للقمر الصناعي لاندسات 8 المدموجة بالقمر الصناعي بلانت سكوب. طبقتتقنياتوعمليات ما قبل معالجةالصورالرقميةالمختلفةعلىالبيانات المتعددةالأطيافبدأًبالمعالجة الراديومترية وتقليل تأثير الغلاف الجوي بأستخدام تطبيق فلاش(FLAASH) ثم تحييد تأثير الغطاء النباتي ومن ثم تم دمج معطيات القمر الصناعي لاندسات 8 مع معطيات القمر بلانت سكوب ذوي الإيضاحية الحيزية 30 مترو 3 متر علي التوالي وذلك عن طريق إستخدام خورازمية جرام شميدت. ساعدت عمليات التحسين الطيفي لمنتوج الصورالملونة المختلفة في التفسير الجيولوجي النظري ممثلة فل التعرف علي السحنات الصخرية والظواهر التركيبية. ووجد أن عملياتتحويلالصورمنخلالتقنيات المد اللاترابطي (Decorrelation Stretching) لصورلاندسات المدمجة مع بلانت للحزم الطيفيةمن صورطقم (7، 5،و2) و(6،5و4) وأيضاً الصور الكاذبة للموجھاتالاساسيةالموجه (PCA) الناتجة من الحزم السبع ممثلة في صورطقم (PC1, PC2 & PC3)وصور طقم(PC2, PC3 & PC4)ھيالتقنياتذات الأفضلية في التخريطالجيولوجي، حيث ميزتالانواعالمختلفةللصخورافضلمنغيرھامنالصور.كذلك إستخدمت بياناتالاقمار الصناعيهللارتفاعاتلايجادالارتفاعاتفىالمنطقة وإعطاء البعد الجيوموروفولوجي ومن ثمإستخراج العناصرالهايدروجيولوجية للمنطقة. أظهرت الدراسة أن منطقة أم مرافعيب تتكون من صخور لمعقد الأساس. تتكون من صخور في الرتب الدنيا أغلبها الصخورالبركانية القاعدية المتحولة وتليها صخور الرسوبية المتحولة ممثلة في صخور الكوارتزايت، الشيست الجرافيتي والرخام. وتداخلت في هذه الصخور متداخلات جرانتية متلازمة ومتأخرة النشاءة. وتغطي هذه الصخور القديمة برسوبيات سطحية حديثة أغلبها غرينية نهرية وهوائية . تاريخ التشوهات المعقد في المنطقة يظهر جلياً في عمليات الطي وأعادة الطي في الصخور مشكلة الطيات الضيقة في شكل شيفرون والتي تأثرت لاحقا بنطاق قصإقليمي.. كذلك تمتمعالجة الصور الرقميةمعبياناتالقمرالصناعى لاندسات لتحديد مناطق التمعدنات وذلك عن طريق كشف المؤشراتفيمناطق التحللات والتغييرات فىالمنطقةالمرتبطةبالتمعدنات من خلال أكاسيد الحديد والمعادن الطينية والمعادن الكربونية والفلسبار. إجريت تقنيات تحويل الصورعن طريق قسمة (نسب(الحزموالظواھرالاساسيةالموجة (FPCS)لإنتاجصورتان ذاتتلوينكاذب هما صورتي سابينزوكروستا،علىالتوالي. تم إستخدامھذهالصورللكشفعنوجودالمعادنالمتعلقةبالتمعدنفي المنطقة. وأعقب ذلكتنفيذتصنيفمراقبعلىالصورتينلتعيينالمكوناتالصخرية المختلفة ومناطق التحللات التغييرات.أعقب ذلكالتحليلالحيزي لنتائج التصنيف المرقب للصورتين وذلك لتحديدالمواقع الأكثراحتمالالتواجد الھالاتالمتعلقةبالتمعدنات في المنطقة. إجري المصنف الطيفي سام ( مصنف زويا الطيف) ((SAM لمطابقةالبصمات الطيفيةللمؤشراتللمعادنمعأطيافمماثلمنللمكتبةالطيفية المرجعيةلأستر،أعطي مصنف يام نتائج جيدة في رسم معادن مناطق التمعدنات والتي ظهرات في نطاقية ممائلة لشكل طية شيفرون الموجودة في المنطقة. وجد أن النطاقية لهالات التمعدنات و نطافية معادن التحلل والمتحصل عليه بواسطة صور القمر لاندسات واستر أنها متوافقة حيزياً مع نتائج التحاليل الكيميائية المأخوذة من عينات التربة. كشفتنتائجهذهالدراسةبواسطةالتنقيبعنھالاتالمعادنالمتحصلعليھامنالتحليلالطيفي لبياناتالقمرالصناعيأسترھىأفضلمنتلكالتيتمالحصولعليھامنبياناتالقمرالصناعيلاندساتكمالديه القدرةالجيدةفىتمييزبصماتطيفيةللمعادنالمؤشرهلھالاتالتغييرالمحتملةالمتعلقةبمناطقالتمعدنات.