SUPERVISOR
David Ronald Cohen,Ahmad Reza Mokhtari
دیوید رونالد کوهن (استاد مشاور) احمدرضا مختاری (استاد راهنما)
STUDENT
Hamid Zekri
حمید ذکری
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده معدن
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1392
TITLE
Identifying the geochemical signals associated with blind lead and zinc mineralisation in Irankuh
Regolith may cause various problems in geochemical exploration of blind ores such as weak geochemical signals and false positive anomalies reflected in soil. This study aims at delineation of primary and secondary geochemical haloes to identify the geochemical signatures associated with Mississippi Valey Type (MVT) lead and zinc deposits located in Irankuh, Isfahan. To do so, this research has been organised in two phases. In the first phase, multivariate data analyses have been performed on soil data spanning a large area between Tappe Sorkh and Gushfil lead and zinc mines which were further evaluated by subsurface information available from Pb and Zn assays of borehole data. Unsupervised classification through various matrix decomposition techniques including singular value decomposition (SVD), semi-discrete decomposition (SDD), and non-negative matrix factorisation (NNMF) were implemented for recognition of geochemical patterns associated with Pb-Zn mineralisation. SVD technique was utilised in noise removal from soil data followed by bi-clustering the samples and elements through SDD. NNMF also revealed three main geochemical factors dominant in the area and provided a quantitative insight into the identified geochemical patterns. Moreover, three state-of-the-art supervised classification methods including support vector machines, logistic regression, and random forests were optimised through a feature extraction-selection scheme in order to generate a geochemical prospectivity map of new promising areas of lead and zinc mineralisation in northern Irankuh. Results revealed that SVM assisted by SVD as a feature extraction method, and PCA as a feature selection technique outperformed the other approaches. The SVM algorithm was boosted through two main principal components including the factor associated with mineralisation-related elements (Zn, Pb, Cd, Sb, Ag, and Ba) and the factor related to the substitution of major elements of clay minerals in dolomitic host rock mineralogy (Al, K, Ca, Sr, and Mg). The proposed approach suggested at least three new targets of promising lead and zinc mineralisation in the study area. Phase two has mainly focused on lithogeochemical sampling of Pitchi ore body and surrounding host rock in order to detect the pathfinders of lead and zinc mineralisation as well as investigation of possible upward migrations of metals from the buried mineralisation. Second phase was followed by regolith exploration through various selective extraction methods performed on soils collected from a trench over the Pitchi blind ore. Mineralogical studies including X-ray diffraction (XRD) analysis, electron probe micro analysis (EPMA) and multi-element chemical analysis were performed on the lithogeochemical samples. Mineralogical studies demonstrated that rhodocrosite and ankerite minerals have been substituted in fine dolomites and contain Manganese and Strontium along with pathfinders as exploration keys. Multivariate data analyses on lithogeochemical samples have led to identification of geochemical factors associated with sulphide and non-sulphide mineralisation, clay and host rock mineralogy interactions and upward take of traces. Furthermore, following the electromagnetic studies done on three traverses over the blind mineralisation, a trench was excavated and prepared for soil sampling from the traorted regolith (alluvium and colluvium) covering the Pitchi blind ore buried under ~65 m of dolomitic host rock. XRD analyses on soils stated the key role of manganese and gypsum over the mineralisation boundaries as important exploration signatures. Electric conductivity (EC) and pH measurements were also performed on regolith samples which resulted in elevated patterns of EC and H+ concentrations spatially related to the Pitchi blind ore. Various selective extraction techniques were used to detect geochemical signals associated with blind ore mineralisation responded in regolith through univariate and multivariate data analyses. Finally, a five-stage conceptual dispersion model was proposed to account for the mineralogical and geochemical features observed at Pitchi blind ore.l
با توجه به مشکلات ناشی از پوشش رگولیتی در اکتشاف ذخایر پنهان فلزات، یکی از چالشهای مهم ژئوشیمی اکتشافی در سالهای اخیر، توسعه روشهای کارآمد در شناسایی آنومالیهای مرتبط با کانیزائی پنهان زیرین در سطح زمین است. هدف از این مطالعه، بررسی هالههای اولیه و ثانویهی ژئوشیمیایی برای شناسایی نشانههای کانیشناسی و ژئوشیمیایی نزدیک به سطح مرتبط با نهشتهی سرب و روی تیپ دره میسی سیپی محدوده ایرانکوه اصفهان است. در راستای این هدف، این تحقیق در دو فاز پژوهشی طراحی و انجام شده است. در فاز اول این مطالعه، با پردازش و تحلیل چندمتغیره دادههای ژئوشیمیائی شمال ایرانکوه و مطالعه هالههای ثانویه ژئوشیمیایی مرتبط با کانیزایی در عمق به استخراج ویژگیهای مرتبط با کانیزائی سرب و روی و ارائه الگوهای ژئوشیمیائی برای اکتشافات آتی با استفاده از دادههای حاصل از نمونههای خاک سطحی و گمانهای حد فاصل دو معدن تپه¬سرخ و گوشفیل پرداخته شده است. در این فاز روشهای طبقه¬بندی غیرنظارتی و نظارتی برای این منظور به کار گرفته شده¬اند. استفاده از روشهای طبقهبندی غیرنظارتی شامل «تجزیه مقادیر ویژه (Singular Value Decomposition)»، «تجزیه نیمهگسسته (Semi-Discrete Decomposition)» و «فاکتورگیری نامنفی ماتریس (Non-Negative Matrix Factorisation)» در حذف نوفه از دادهها، خوشه¬بندی و تشخیص الگوهای ژئوشیمیائی مفید واقع شدند و نسبت به تحلیل داده¬های خام سرب و روی به روش فرکتال نتایج قابل اعتمادتری ارائه دادند. روشهای طبقهبندی نظارتی شامل الگوریتمهای یادگیری ماشین با رویهای بهبودیافته نیز جهت تهیه نقشه مناطق امیدبخش کانیزائی سرب و روی در محدوده مورد مطالعه به کار رفتهاند. عملکرد روشهای طبقهبندی نظارتی کارآمد شامل ماشین¬های بردار پشتیبان، رگرسیون استدلالی و جنگلهای تصادفی پس از بهینهسازی پارامترها و استفاده از رهیافت استخراج ویژگی – انتخاب ویژگی به میزان قابل توجهی بهبود پیدا کرد. روش ماشینهای بردار پشتیبان با استفاده از تکنیک SVD به عنوان روش استخراج ویژگی و روش مؤلفههای اصلی انتخابی به عنوان روش انتخاب ویژگی با استفاده از دو مؤلفه اصلی اول و دوم شامل فاکتور مرتبط با کانیزائی سرب و روی (Zn، Pb، Cd، Sb، Ag و Ba) و فاکتور مرتبط با تغییرات و جانشینی عناصر تشکیل دهنده کانی¬های رسی در ترکیب کانیشناسی سنگ میزبان دولومیتی (Al، K، Ca، Sr و Mg) نسبت به سایر روشها دارای بهترین عملکرد بوده و نقشه مناطق امیدبخش حاصل از این روش منجر به ارائه سه هدف اکتشافی جدید در شمال ایرانکوه شد. فاز دوم این پژوهش بر شناسایی سیگنالهای ژئوشیمیایی مرتبط با کانسار پنهان پیتچی توسط نمونهبرداری لیتوژئوشیمیایی از ماده معدنی، تعیین ردیابهای ژئوشیمیایی و عناصر همراه کانیزایی و همچنین استفاده از روشهای غیر متداول در اکتشاف رگولیتی تمرکز نموده است. در مرحله اول، نمونهبرداری از کانسار پنهان سرب و روی پیتچی و دیوارههای معدن جهت انجام مطالعات کانیشناسی اعم از آنالیزهای XRD، ریزکاو الکترونی و آنالیز شیمیائی چند عنصری انجام شد. نتایج حاصل از مطالعات کانیشناسی نمونههای سنگ نشان از اهمیت اکتشافی عناصر منگنز و استرانسیم در ترکیب کانیشناسی رودوکروزیت و آنکریت دارد که به صورت رگچهای در دولومیت دانه ریز میزبان تداخل یافتهاند. در این فاز با انجام تحلیلهای چندمتغیره روی دادههای چندعنصری نمونههای سنگ، مؤلفههای مختلف مرتبط با کانیزائی سولفیدی و غیر سولفیدی، جانشینی کانیهای رسی در سنگ میزبان دولومیتی و مهاجرت قائم عناصر ردیاب استخراج شدند. در بخش دوم این فاز، پس از انجام مطالعات مقدماتی الکترومغناطیس، ترانشه¬ای عمود بر امتداد کانی ¬زائی پنهان پیتچی در رگولیت پوششی حفر شد و نمونههای خاک از سطوح مختلف آن جمعآوری شدند. مطالعات کانیشناسی نمونههای رگولیت اهمیت اکتشافی عنصر منگنز و همچنین حضور ترکیب کانیشناسی ژیپس در محدوده کانیزائی را نشان میدهد. پردازشها و تفسیر نتایج حاصل از اندازهگیریهای pH و هدایت الکتریکی نمونههای رگولیت بیانگر وجود الگوی متمایزی از افزایش هدایت الکتریکی و غلظت یون H+ (کاهش pH) در محدوده کانیزائی است. از روشهای استخراج جزئی مختلف جهت شناسایی سیگنالهای ژئوشیمیائی کانیزائی پنهان در رگولیت استفاده شد و الگوهای پراکندگی عناصر به کمک تحلیلهای تک/چند متغیره حاصل شدند و مدل مفهومی مهاجرت قائم یونها و تشکیل آنومالیها در رگولیت تهیه شد.