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Aug 20, 2023

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 1923 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Die Integration potenzieller Feld- und Strukturdaten ermöglicht die Verfolgung großräumiger geologischer Strukturen des Ägyptischen Nubischen Schildes (ENS) an der Oberfläche und im Untergrund. Die erhaltenen Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Nördliche Ostwüste (NED) der ENS von relativ jüngeren (ca. 580 Ma) E-W und NE-SW verlaufenden Erweiterungsstrukturen dominiert wird, die durch die Entwicklung und den Rückzug des Cadomian Arc kontrolliert wurden. Die Dichte solcher Erweiterungsstrukturen nimmt mit der Tiefe zu, wie aus den potenziellen Daten hervorgeht. Die vorherrschenden Strukturtrends in der Zentralöstlichen Wüste (CED) sind NW-SO und WNW-ESE. Beide Trends werden stark durch den Zeitpunkt der Verformung im Najd-Verwerfungssystem beeinflusst und werden ihrerseits von einem relativ jüngeren NO-SW-Scherungstrend zerlegt. Die Lineamentdichte im CED ist sowohl für unterirdische als auch für oberflächennahe Strukturen untergeordnet. Die südöstliche Wüste weist Kompressions- und Extrusionsstrukturen zweier wichtiger Haupttrends auf; Von WNW nach NW (zum westlichen Teil) und von N, NNO nach NE (zum östlichen Teil). Die zuvor erwähnten Trends im Neoproterozoikum werden in erheblichem Maße von den Oligozän-Miozän-Riftbrüchen im Roten Meer und im Golf von Suez in der Nähe der Riftschulter beeinflusst. Die bemerkenswerte Veränderung der Trends und Dichten der Strukturtrends, insbesondere im NED, wird als Verdeckung der älteren Strukturen durch die jüngeren Extensionsstrukturen interpretiert, was wiederum eine nach Norden gerichtete fortschreitende Verformung im gesamten ENS widerspiegelt. Schwerkraftdaten eignen sich besser zur Beschreibung der Strukturtrends als magnetische Daten, die weitgehend von lithologischen Variationen und/oder Alterationszonen und magnetischer Mineralogie beeinflusst werden.

Die Parameterschätzung der verursachenden Körper, d. h. ihre Einlagerungstiefe, ihre seitliche Ausdehnung und die Amplitude der physikalischen Merkmalsvariation, ist das ultimative Ziel einer potenziellen (Magnet- und Schwerkraft-)Felduntersuchung (PF)1. In jüngster Zeit sind PF-Daten zu wichtigen Werkzeugen für regionale tektonische Prospektionen2,3,4, Erdölexploration5,6 und Mineralisierungsprospekte7,8,9,10 geworden. Viele Techniken können automatisiert eingesetzt werden, um die räumliche Verteilung physikalischer Parameter, die die Quellen darstellen, abzubilden und so die großräumigen Strukturen zu entschlüsseln. In der vorliegenden Studie wurde der Logistic Total Horizontal Gradient (LTHG)-Filter11 zur Abgrenzung großräumiger Strukturen sowohl anhand der Schwerkraft- als auch der Magnetdaten des ENS angewendet.

Die ENS ist hauptsächlich über dem größten Teil der Östlichen Wüste (ED) parallel zur Küste des Golf-von-Suez-Roten-Meer-Rifts freigelegt. Es stellt die nördliche Fortsetzung des Ostafrikanischen Orogens (EAO) und einen herausragenden Teil im Arabisch-Nubischen Schild (ANS, Abb. 1) dar. Die neoproterozoische tektonisch-metamorphisch-magmatische Entwicklung des Grundgesteinskomplexes im ED korreliert stark mit der Entwicklung des ANS, da sowohl der Schild als auch die ENS durch die Akkretion und Kollision von bogenbezogenen tektonischen Terranen entstanden sind, die entlang einer mit Ophioliten verzierten Naht miteinander verschmolzen sind Zonen, die anschließend durch postakkretionäre Strukturen verformt werden, die hauptsächlich aus großen Scherzonen bestehen. Die neoproterozoische Abfolge des ENS besteht überwiegend aus Ophiolithen, Metavulkanen und Metasedimenten mit Vulkanbogenaffinität, Gneiskernkomplexen und damit verbundenen Hammamat-Molassesedimenten nach der Kollision (Abb. 2a – c).

Landsat-Bild, das die ENS und den Nordarabischen Schild zeigt. Beachten Sie die tektonischen Provinzen des ENS; SED, CED und NED (unter Verwendung der Software ArcGIS v. 10.5; bereitgestellt von ESRI „Environmental Systems Research Institute“, www.esri.com).

Detaillierte geologische Karten von (a) dem NED, (b) CED und (c) SED, erstellt auf der Grundlage der Verarbeitung von Fernerkundungsdaten und Feld-/Strukturuntersuchungen (nach 14).

Der allgemeine Konsens darüber, dass die ENS wahrscheinlich in drei Strukturbereiche unterteilt wird (North Eastern Desert, NED; Central Eastern Desert, CED; South Eastern Desert, SED)12,13,14, beruhte lediglich auf den auffälligen Unterschieden in der Untergrundlithologie und wenig (falls vorhanden) Beitrag zu den allgegenwärtigen Veränderungen „interner“ charakteristischer Strukturen. Die charakteristische Lithologie von NED ist die große Menge an Granitod-Intrusionen sowie Dokhan-Vulkan- und Hammamat-Sedimenten, zusammen mit wenigen Freilegungen von Inselbogengesteinen (Abb. 2a). Im Gegensatz dazu zeichnet sich der CED durch ophiolitische Sequenzen und gneishaltige domalartige Strukturen und begrenzende Scherzonen aus15 (Abb. 2b). Das SED wird durch hochgradige Gneise und metasedimentäre Schiefer definiert und weist die bemerkenswerte Alaqi-Heiani-Sutur und die große ophiolitische Gerf-Decke auf (Abb. 2c). Die Grenzen zwischen den bisherigen Strukturprovinzen wurden als tektonische Scharniere oder Megascherungen angesehen; Scherzone Qena-Safaga zwischen NED und CED, Scherzone Idfu-Mersa Alam (Scherzone Nugrus-Shait16 zwischen CED und SED).

Obwohl das zweistufige orogene Modell „Suprastruktur-Infrastruktur“17,18 und die zuvor erwähnte dreifache Klassifizierung der ENS in drei Strukturprovinzen weithin akzeptiert wurden, bedarf es weiterer Studien, die auf geophysikalischen Methoden (seismisch, schwerkraft und magnetisch) basieren, um dies zu erkennen Es wird dringend empfohlen, die wichtigsten tektonischen Merkmale unter der Oberfläche zu erkunden und die Oberflächenstrukturen in der Tiefe zu erkunden19. Darüber hinaus haben aktuelle umfassende regionale Struktur-/Tektonikstudien und zugehörige Isotopendaten14,18,19,20,21,22,23 zur strukturellen Lage und tektonischen Entwicklung der ANS und ENS beigetragen und fördern neue zuverlässige Ansätze für Entschlüsselung der problematischen Sachverhalte und Prüfung der Gültigkeit der angewandten Modelle. In diesem Zusammenhang ist die vorliegende Studie der erste Versuch, strukturelle und potenzielle Daten (Schwerkraft und Magnetik) zur Entschlüsselung der großräumigen Strukturen des Panafrikanischen Gürtels in der ENS zu integrieren. Feldstrukturdaten mit Hilfe lithologischer und struktureller Kartierungen können die wichtigsten tektonischen Oberflächenstrukturen leicht visualisieren. Darüber hinaus sind die Potenzialdaten ein leistungsstarkes Werkzeug zur Erkennung der oberflächennahen und auch der unterirdischen Tiefenstrukturen. Die Integration beider Studien und/oder Methoden wird eine genaue Untersuchung der tektonischen Grenzen zwischen Strukturprovinzen erleichtern und eine Art Korrelation zwischen Oberflächen- und Untergrundstrukturen hinsichtlich ihrer Trends, Dichte und Durchdringbarkeit ermöglichen.

Die Daten zur magnetischen Anomalie (MA) (Abb. 3) wurden vom Co-operative Institute for Research in Environmental Sciences (CIRES) und dem Earth Magnetic Anomaly Grid 2-Bogenminuten-Auflösungsdatensatz (EMAG2) erworben, der aus einem kombinierten marinen, luftgestützten, und Satellitendaten24. Die magnetischen Anomalien (MAs) der ENS zeigen Schwankungen der Magnetisierungswerte im Bereich von weniger als -200 bis mehr als 150 nT. Diese Anomalien hängen mit Veränderungen entweder des topografischen Reliefs oder der Verteilung geologischer Gesteinseinheiten zusammen. Die Anomalien werden als verschiedene Farbspektren dargestellt, wobei die magnetischen Höchstwerte (rötlich-braun) mit dem Vorhandensein von stark ferromagnetischem (basischem) Gestein in Zusammenhang stehen und die magnetischen Tiefstwerte (blau) auf saures oder metasedimentäres Gestein hinweisen. Die magnetischen Daten wurden mit der auf den Pol reduzierten „RTP“-Methode25 reduziert (Abb. 4a). Die RTP-Karte (Abb. 4a) zeichnet sich durch starke magnetische Reaktionen im südlichen ENS aus, die auf das Vorhandensein mafisch-ultramafischer Gesteinseinheiten und die komplexe Vorgeschichte von Verformung und Tektonismus zurückzuführen sind, und die Magnetisierungswerte nehmen in Richtung Norden tendenziell ab. Die RTP-Karte in Abb. 4a ist nach oben fortgesetzt (UPC)26 bis zu einer Höhe von 8 km (4 km Tiefe3, Abb. 4b). Die durch die Nutzung von UPC gewonnene Karte (Abb. 4b) zeigt, dass das Gebiet homogener ist.

Karte der magnetischen Anomalie (MA), die in der vorliegenden Studie verwendet wird (unter Verwendung der Software Geosoft Oasis Montaj 2015 v. 8.3.3, https://www.seequent.com/help-support/oasis-montaj/).

(a) Karte der auf den Pol reduzierten magnetischen Anomalie (MA) (RTP); (b) die Aufwärtsfortsetzungskarte (Höhe 8 km) der RTP-Daten (ENS), (unter Verwendung der Software Geosoft Oasis Montaj 2015 v. 8.3.3, https://www.seequent.com/help-support/oasis- montaj/).

Der LTHG-Filter wird auf RTP-Daten angewendet (Abb. 4a), um die großräumigen Strukturen des Panafrikanischen Gürtels in der ENS zu entschlüsseln. Störungen und Grenzen in der LTHG-RTP-Karte (Abb. 5a) werden als Strukturkarte des Untersuchungsgebiets interpretiert (Abb. 5b). Diese Karte zeigt die folgenden wichtigsten tektonischen Trends: NW, WNW, NO, E–W, NNO, ENE und N–S. Eine aus der Strukturkarte in Abb. 5b erstellte Lineament-Dichtekarte (Abb. 5c) ergab, dass der südliche ENS stärker deformiert ist als der zentrale und nördliche Teil.

(a) LTHG-RTP-Karte; (b) die interpretierten Strukturen aus der LTHG-RTP-Karte; und (c) LTHG-RTP-Lineament-Dichtekarte (unter Verwendung der Software Geosoft Oasis Montaj 2015 v. 8.3.3, https://www.seequent.com/help-support/oasis-montaj/ und der Software ArcGIS v. 10.5; Unterstützt von ESRI „Environmental Systems Research Institute“, www.esri.com).

Um die tiefen Strukturen abzubilden, wird das LTHG auf die UPC-RTP-Karte angewendet (Abb. 6a). Die Tiefenstrukturen (4 km Tiefe) in der LTHG-UPC-RTP-Karte (Abb. 6a) werden interpretiert und in einer Strukturkarte dargestellt (Abb. 6b). Abbildung 6b zeigt, dass die südliche ENS hauptsächlich von den NW-, WNW- und NE-Trends dominiert wird, mit einigen Spuren der NO- und E-W-Richtungen. NW, NE und WNW sind in der zentralen ENS vorherrschend, während O-W, NW und NNO mit geringen Spuren der N-S-Richtungen die Hauptrichtungen sind, die die nördliche ENS beeinflussen. Die Lineament-Dichtekarte (Abb. 6c) des LTHG-UPC-RTP zeigt, dass der südliche ENS immer noch der stark deformierte Teil ist. Darüber hinaus weist die nördliche ENS in einer Tiefe von 4 km eine höhere Liniendichte auf als der zentrale Teil und einige Abschnitte im südlichen Teil (d. h. in den höheren Ebenen der NED werden die Hauptstrukturen durch die voluminösen Intrusionen älterer Gebiete gestört und verdeckt). und jüngere Granitoide). Die Abbildungen 5b und 6b zeigen, dass die NW- und WNW-Richtungen durch die NE-Richtung gestreut sind, was darauf hindeutet, dass der NE-Trend der jüngere ist.

(a) LTHG-UPC-RTP-Karte; (b) die interpretierten Strukturen aus der LTHG-UPC-RTP-Karte; und (c) LTHG-UPC-RTP-Lineament-Dichtekarte (unter Verwendung der Software Geosoft Oasis Montaj 2015 v. 8.3.3, https://www.seequent.com/help-support/oasis-montaj/ und der Software ArcGIS v. 10.5); Unterstützt durch ESRI „Environmental Systems Research Institute“, www.esri.com).

Die in der vorliegenden Studie verwendeten Schwerkraftdaten sind die Anomalien der Bouguer-Schwerkraft (BG), die aus dem World Gravity Model (WGM) 201227 abgeleitet wurden. Die BG-Anomaliekarte (Abb. 7) zeigt Anomalien, die kürzere und längere Wellenlängen widerspiegeln. Die Anomalien bei langen Wellenlängen hängen normalerweise mit Quellen mit tiefer und breiter Dichte zusammen, und die Anomalien mit kurzen Wellenlängen werden häufig durch Quellen mit geringer Breite und geringer Dichte verursacht. Die BG-Anomaliekarte des Untersuchungsgebiets (Abb. 7a) zeigt einen Anstieg der Dichtewerte (positive Anomalien) nach Osten aufgrund der ozeanischen Krustenbereiche im Roten Meer. Diese BG-Karte wird nach oben fortgesetzt (UPC)26 bis zu einer Höhe von 8 km (4 km Tiefe3, Abb. 7b). Die durch die Nutzung von UPC gewonnene Karte (Abb. 7b) zeigt, dass die Fläche in den Dichtewerten homogener ist.

Die Bouguer-Schwerkraftkarte (BG) (a) und die Aufwärtsfortsetzungskarte (Höhe von 8 km) (b) der BG-Daten von ENS (unter Verwendung der Software Geosoft Oasis Montaj 2015 v. 8.3.3, https://www.seequent .com/help-support/oasis-montaj/).

Der LTHG-Filter wird für BG-Daten (Abb. 7a) verwendet, um die tektonischen Strukturen des Panafrikanischen Gürtels im NED aufzudecken. Die Kanten und Verwerfungen in der LTHG-BG-Karte (Abb. 8a) werden in einer strukturellen Lineament-Karte (Abb. 8b) interpretiert. Die Strukturkarte (Abb. 8b) zeigt, dass die Hauptverwerfungstrends, die die südliche ENS betreffen, nach Nordwesten, WNW und NE ausgerichtet sind, während die zentrale ENS von den Verwerfungstrends von WNW nach NW und NE dominiert wird. Nordosten, Nordwesten und Ostwesten sind die wichtigsten Strukturtrends, die sich auf die nördliche ENS auswirken. Eine Lineament-Dichtekarte (Abb. 8c) wird aus der Strukturkarte in Abb. 8b erstellt und zeigt, dass der südliche ENS stärker deformiert ist als der zentrale und nördliche Teil.

(a) LTHG-BG-Karte, (b) die interpretierten Strukturen aus der LTHG-BG-Karte und (c) LTHG-BG-Lineament-Dichtekarte (unter Verwendung der Software Geosoft Oasis Montaj 2015 v. 8.3.3, https://www. sequent.com/help-support/oasis-montaj/ und ArcGIS v. 10.5 Software; Unterstützt von ESRI „Environmental Systems Research Institute“, www.esri.com).

Wie bei magnetischen Daten wird das LTHG auf die UPC-BG-Karte in Abb. 7b angewendet, um tiefe Strukturen abzubilden. Die tiefen Strukturen (4 km Tiefe) in der LTHG-UPC-BG-Karte (Abb. 9a) sind in einer Strukturkarte (Abb. 9b) dargestellt. Abbildung 9b zeigt, dass die südliche ENS hauptsächlich von den NW-, WNW- und NE-Trends dominiert wird. Die NW-, NE- und NNE-Trends dominieren im zentralen und nördlichen ENS. Die Lineament-Dichtekarte (Abb. 9c) des LTHG-UPC-BG zeigt, dass die südliche ENS der stark deformierte Teil der ENS ist. Die Abbildungen 8b und 9b zeigen deutlich, dass die tektonischen Trends im Nordwesten und im Nordwesten in vielen Teilen der ENS durch die NE-Richtung abgeschnitten wurden, was bestätigt, dass der NE-Trend der jüngere Trend ist.

(a) LTHG-UPC-BG-Karte, (b) die interpretierten Strukturen aus der LTHG-UPC-BG-Karte und (c) LTHG-UPC-BG-Lineament-Dichtekarte (unter Verwendung der Software Geosoft Oasis Montaj 2015 v. 8.3.3, https://www.seequent.com/help-support/oasis-montaj/ und ArcGIS v. 10.5-Software; Unterstützt von ESRI „Environmental Systems Research Institute“, www.esri.com).

Der Logistic Total Horizontal Gradient (LTHG)-Filter11 wird zur Erkennung großräumiger Strukturen sowohl anhand der Schwerkraft- als auch der Magnetdaten eingesetzt und bietet einen interessanten und in der Praxis realistischen regionalen Überblick über oberflächennahe und tiefe tektonische Strukturen und deren Strukturtrends. Die erhaltenen Strukturkarten und die damit verbundenen interpretierten Strukturen (hauptsächlich Verwerfungen und tektonische Grenzen zwischen den verschiedenen Lithoeinheiten, die auf den Karten in Abb. 2a – c dargestellt sind) ermöglichten einen signifikanten Einblick in die Beschaffenheit der Krustenebenen unterhalb der ENS.

Gravitations- und Magnetdaten werden im Rahmen der Darstellung und Anreicherung der potenziellen Daten (Abb. 3,4,5,6,7,8,9) je nach geophysikalischen Konzepten und Grundlagen kurz interpretiert. Hier wurde eine weitere (detaillierte) strukturelle Interpretation der aeromagnetischen und Schwerkraftergebnisse, insbesondere der tektonischen Trends der interpretierten Strukturen und ihrer Dichten, beigesteuert. Die tektonischen Trends der interpretierten Lineamente/Strukturen (hauptsächlich Verwerfungen und Scherzonen), die aus den Karten LTHG-RTP, LTHG-UPC-RTP, LTHG-BG und LTHG-UPC-BG ermittelt wurden, werden grafisch mithilfe von Rosendiagrammen dargestellt (Abb. 10, 11). Zur Vereinfachung wurde die ENS in der östlichen Wüste nach der traditionellen dreigliedrigen Klassifizierung in drei Strukturprovinzen (NED, CED und SED) unterteilt12,13. Auf den ersten Blick ist eine weitgehende oder sogar vollständige Übereinstimmung mit geringen Abweichungen zwischen den Haupttrends innerhalb der drei Provinzen sowohl für die Schwerkraft- als auch für die Magnetdaten (flach und tief) erkennbar (Abb. 5b, 6b, 8b, 9b). Allerdings haben die aus den Schwerkraftkarten interpretierten tektonischen Trends Vorrang, da sie die Veränderungen der tektonischen Trends zwischen strukturellen Provinzen genau darstellen und gleichzeitig die flach interpretierten Strukturen gut mit der geologischen und strukturellen Situation der betreffenden Provinzen übereinstimmen. In Bezug auf die nördliche ENS zeigen die Rosen der Schwerkraftkarten (Abb. 10) N43°–45° als Haupttektoniktrend und N320°–330° als Nebentrend. Bei den magnetischen Karten (Abb. 11) stimmen die wichtigsten tektonischen Trends, die aus tiefen magnetischen Daten interpretiert werden, vollständig mit denen überein, die aus den Schwerkraftkarten dargestellt werden, während die Rosendiagramme flacher magnetischer Daten andere tektonische Trends zeigen; N0°–5°, N330° und N270°–275°). In der zentralen ENS zeigt die Darstellung der interpretierten Strukturen im Rosendiagramm ein hohes Maß an Übereinstimmung zwischen den Gravitationsdaten (sowohl flach als auch tief) und tiefen magnetischen Daten (N290°–N300° als Haupttrends und N15°–40° als sekundäre Trends). während die flachen magnetischen Daten entgegengesetzte Richtungen ergeben (N15°–30° als Haupttrend und N270°–275° bis N315°–330° als Nebentrends). Im Gegensatz zur nördlichen ENS und der zentralen ENS scheint die südliche ENS eine komplexe Strukturprovinz mit mehreren tektonischen Trends zu sein, in denen die Darstellung von Magnet- und Schwerkraftdaten ein unterschiedliches Verhalten zeigt. Hier sehen die flachen Schwerkraft- und Magnetstrukturen in ihren dargestellten Trends identisch aus, aber die tiefen Strukturen beider Daten weisen zwei bis drei untergeordnete tektonische Trends auf; Tiefe Schwerkraftstrukturen haben Trends von N330°–335°, N10°–30° und N280°–285° (von groß nach klein), während die magnetischen Tiefenstrukturen tektonische Trends in N340°, N310°–315°, N10°– aufweisen. 15°, N80°–90°, N45°–55° und N290°–300° Richtungen (von Moll nach Dur).

Rosendiagramme, die die aus Schwerkraftdaten interpretierten Strukturlinien zeigen, einschließlich flacher und tiefer Strukturen der tektonischen Provinzen NED, CED und SED.

Rosendiagramme, die die aus aeromagnetischen Daten interpretierten Strukturlinien zeigen, einschließlich flacher und tiefer Strukturen der tektonischen Provinzen NED, CED und SED.

Die strukturelle und tektonische Interpretation der zuvor dargestellten Strukturen kann im Hinblick auf die Geologie, die strukturelle Lage und die tektonische Entwicklung der ENS als zusammenhängender Teil der ANS diskutiert werden. Drei Aspekte könnten berücksichtigt werden, um die offensichtlichen Veränderungen der Strukturtrends von einer Provinz zur anderen und auch von flachen zu tiefen Krustenebenen entlang der gesamten ENS aufzuklären: (1) die strukturellen Gegebenheiten jeder Provinz und die damit verbundene Grundgesteinszusammensetzung, (2) die Art/Beschaffenheit der verwendeten potenziellen Daten und (3) da die Strukturprovinzen im ED entlang großer Strukturdiskontinuitäten (Megashears) nebeneinander liegen, wird hier dringend die Untersuchung der interpretierten Strukturen zur Überprüfung der genauen Position solcher Grenzen empfohlen. Diese Aspekte werden in den nächsten Unterabschnitten für jede Strukturregion besprochen, gefolgt von einigen kritischen Schlusspunkten.

Die NED-Strukturprovinz ist größtenteils von Graniten mit untergeordneten Mengen an Sedimenten vom Hammamat-Typ und einigen Freilegungen von bogenbedingten metavulkanischen und metasedimentären Assoziationen besetzt (Abb. 2a). Es wird hier vorgeschlagen, diese Provinz weiter bis zur Nordspitze des ENS auszudehnen und von der CED-Provinz durch eine breite Zone/einen breiten Gürtel aus NE-SW verlaufenden Verwerfungen zu trennen, die sich von der Qena-Safaga-Scherzone nach Süden bis zur NE-SW-orientierten Zone erstrecken Das Strukturgefüge kreuzte sich allmählich mit den von Nordwesten nach Südosten verlaufenden Verwerfungen, die die CED-Provinz nordnordwestlich von Quseir charakterisieren (Abb. 12). In dieser Studie wird dieser Gürtel als tektonische Grenze zwischen den Strukturprovinzen NED und CED betrachtet. Die rechtsseitigen Scherkriterien wurden einige Kilometer westlich der Stadt Safaga an der Küste des Roten Meeres gefunden13,28. Die Bildung von Qena-Bend ist vermutlich auf die Reaktivierung der Qena-Safaga-Scherzone im Tertiär zurückzuführen13, und die offenen Brüche und die anhaltende hohe Seismizität sind ebenfalls Folgen der heutigen Aktivität in der Qena-Safaga-Scherzone29.

Die vorgeschlagenen tektonischen Provinzen; Extensional-Provinz (NED), Wrench-Induced-Transpresional-Provinz (CED) und Kompressions-/Extrusions-Provinz (SED), wobei ihre inneren und äußeren tektonischen Grenzen auf der aus Schwerkraftdaten erstellten Strukturkarte eingezeichnet sind. QSSZ: Qena-Safaga-Scherzone; QQSZ: Qift-Quseir-Scherzone; IMASZ: Scherzone Idfu-Marsa Alam; WKWHSZ: Scherzone Wadi Kharit–Wadi Hodein; NED: Nordöstliche Wüste; CED: Zentralöstliche Wüste; SED: Südostwüste.

Neben den voluminösen Intrusionen älterer und jüngerer Granitoide ist die NED-Strukturprovinz durch ausgedehnte Felder von E-W-orientierten Deichschwärmen gekennzeichnet, die auf den ausgedehnten Ursprung oder die Natur dieser Provinz hinweisen. Die E-W- und NE-SW-Strukturen sind in der NED-Provinz vorherrschend, obwohl der NW-SE-tektonische Trend in Rosendiagrammen dargestellt ist (Abb. 10, 11). Das Vorhandensein von NW-SE verlaufenden Verwerfungen kann leicht im Hinblick auf die Oligozän-Miozän-Öffnung des Grabenbruchs Rotes Meer-Golf von Suez interpretiert werden, wo viele große NW-SO-normale Verwerfungen die westliche Schulter des Grabens begrenzen (Abb. 8b, 9b). In dieser Provinz nimmt die Dichte der Strukturen mit der Tiefe (4 km) sowohl in der Schwerkraft- als auch in der magnetischen Aufwärtsfortsetzungskarte zu (Abb. 6b, 9b), was darauf hindeutet, dass in den oberen Krustenebenen des NED die Hauptstrukturen durch die Schwerkraft gestört und verdeckt werden voluminöse Intrusionen älterer und jüngerer Granitoide und die ausgedehnten postgranitischen Gangschwärme. Eine solche Situation könnte auch zeigen, dass sich das tektonische Regime während der jüngsten tektonischen Ereignisse der panafrikanischen Orogenese im späten Neoproterozoikum (Ediacaran-Zeit) von Kompressions- und Transpressionsregime wie in den südlichen bzw. zentralen Provinzen zu Dehnungsregimen geändert hat (Abb. 13). .

Plattentektonische Situation und strukturelle Provinzen im Zusammenhang mit unterschiedlicher Plattenkinematik. Das früheste Ereignis, die Konvergenz und die Kollision zwischen Gabgaba-Gebeit-Terranen und dem Terran der östlichen Wüste entlang der YOSHGAH-Naht lösten eine Nord-Süd-Kompression (dicker roter Pfeil) und damit verbundene nach Norden und Süden gerichtete Überschiebungen (roter Doppelpfeil) in der südlichen Kompressionsprovinz aus. Die mit der Nabitah-Orogenese verbundene West-Ost-Konvergenz (dicker schwarzer Pfeil) führte zu einer Veränderung der Naht und der W-E-Kompression im Hamisana-Gürtel. Im nördlichen Teil ist diese Bewegung in große sinistrale Streik-Schlupf-Systeme des Najd-Verwerfungssystems unterteilt, was zu einer transstromalen Bewegung innerhalb der CED-Wrench-Provinz führt (schwarze Halbpfeile). Der Rückzug des nördlichen cadomischen Bogens ermöglichte eine Ausdehnung in die nördliche NED-Extensionsprovinz (blauer Doppelpfeil) (nach 14).

Die strukturelle Provinz CED besteht hauptsächlich aus suprastrukturellen Gesteinen (Ophiolithe und Inselbogenansammlungen) in Verbindung mit den Scherzonen-bezogenen Gneiskuppeln (z. B. Migif-Hafafit-, Meatiq-, Sibai- und Shalul-Kuppeln)15,30,31 und zugehörigen Hammamat-Becken (z. B. Karim-, Hammamat- und Zeidun-Becken) (Abb. 2b). Tatsächlich befand sich der CED im Kern des weithin bekannten Najd-Scherkorridors innerhalb des ED, wo er durch die Scherzone Wadi Kharit–Wadi Hodein im Südwesten und die Scherzone Qena-Safaga im Norden abgegrenzt werden sollte. Diese Region umfasst eine Vielzahl von Schraubenschlüssel-Strukturen in den südlichen Ausläufern, die nach Norden hin allmählich zu auffälligen transpressionalen Strukturen aufgewertet werden (Abb. 13). Die CED-Strukturprovinz umfasst mehrere große Scherzonen, wie die E-W-orientierte Idfu-Mersa-Alam-Scherzone, die Najd-bezogene NW-orientierte Nugrus-Scherzone und die Atalla-Scherzone. Im Gebiet zwischen den Scherzonen Idfu-Mesa Alam und Qena-Safaga werden die transpressionalen und extensionalen Strukturen dominiert und interagieren. Diese Strukturen werden ursprünglich dem Najd-Verwerfungssystem im Krustenmaßstab zugeschrieben, das durch spröde bis halbduktile Scherzonen gekennzeichnet ist, die auf verschiedenen Maßstäben vertreten sind, die von einzelnen Verwerfungen bis hin zu gebirgigen, unheimlichen Mega-Scherzonen reichen. Das Vorhandensein einer Vielzahl von Deformationsstrukturen führte zu einer Abstufung der metamorphen Fazies von niedrig- und mittelgradig in suprastrukturellen Gesteinseinheiten bis hin zu hochgradig im Kern von Gneiskuppeln. Darüber hinaus erleichterte die spätere Intrusion syn- bis spättektonischer und posttektonischer Granite die Verbreitung mineralisierter Zonen. Gemäß der bisherigen strukturellen und tektonischen Lage des CED ist die Hauptrichtung der Verwerfungen und Hauptstrukturen NW-SE und WNW-ESE (Abb. 10, 11). Die NW- und WNW-orientierten Strukturen werden durch die NE-SO-orientierten Verwerfungen abgeschnitten, was auf den tektonischen Trend NE-SW als jüngeren Trend hinweist (der sekundäre Trend in Abb. 10). Darüber hinaus ist die Dichte der interpretierten Strukturen im CED relativ höher als im NED. Die tektonische Grenze zwischen CED und SED ist umstritten, wobei traditionell die Scherzone Idfu-Mersa Alam vereinbart wird und die Scherzone Nugrus-Shait dringend empfohlen wird16. Den vorliegenden Studienergebnissen zufolge ist die Scherzone Wadi Kharit–Wadi Hodein nicht ausgeschlossen, da die strukturellen Trends unmittelbar südlich dieses Gürtels in zwei Haupttrends WNW-OSE und NE-SW aufgeteilt sind, die als die wichtigsten strukturellen Trends in charakterisiert werden der SED-Strukturprovinz (Abb. 12).

Die SED-Strukturprovinz (Abb. 2c) bestand aus einem Mosaik komplexer Bereiche aus Gneisen und Migmatiten, stark schieferhaltigen Metasedimenten und deformierten älteren Graniten (Granodioriten und Tonaliten)13,32. Diese Provinz ist durch die früheren Kompressions- und Extrusionsstrukturen gekennzeichnet (Abb. 12). Weiter in der äußersten südwestlichen Ecke des SED existiert die markante Wadi Allaqi Suture Zone, in der die ältere Phase der N-S-Kompression stattgefunden hat, etwa 750–660 zwischen den SED- und Gabgaba-Terranen (Abb. 13). Die sich von S nach SW ausbreitenden Überschiebungen und überschiebungsbedingten Falten sind für diese Region sehr charakteristisch. Die wichtigsten Strukturtrends in diesem Gebiet verlaufen von WNW nach OSO nach NW nach SO (Abb. 8b, 9b). Nach Osten hin wird die Nahtzone des Wadi Allaqi durch die extrusionsbedingten Strukturen abrupt abgeschnitten (Abb. 12). Die Vertreibung/Extrusion des ANS aus dem Mosambikgürtel33 nach Norden führte zu einer seitlichen Bewegung nach Norden auf der Hamisana-Scherzone und zur Extrusion/Flucht des ENS relativ zum Sahara-Metakraton (Abb. 13). Die tektonische Stapelung des ophiolitischen Gesteins bei Gabal Gerf und die Bildung einiger wichtiger Scherzonen, wie der Wadi Kharit–Wadi Hodein-Scherzone und der anderen NW-SO-Najd-bezogenen NW-SE-Scherzonen, sind die späteren Folgen einer solchen tektonischen Bewegung . Gemäß den Strukturstudien und den interpretierten Strukturen in der vorliegenden Studie sind die tektonischen Trends der Extrusionsstrukturen N-S, NNO-SSW und NO-SW, die in den Rosendiagrammen dargestellt wurden (Abb. 10, 11). Was die Struktur- und Liniendichtekarten betrifft, die aus den Magnet- und Schwerkraftdaten extrahiert wurden, ist die Dichte der interpretierten Strukturen für die SED-Provinz absolut die höchste sowohl in tiefen als auch in flachen Krustenebenen (Abb. 5c, 6c, 8c, 9c). Diese Beobachtung steht in völliger Übereinstimmung mit der zuvor diskutierten strukturellen und tektonischen Situation und lässt offensichtlich den Schluss zu, dass die südlichste Provinz (SED) der ENS die älteste und am stärksten deformierte Terrane ist.

In diesem Abschnitt werden die theoretischen und mathematischen Grundlagen der angewandten Verbesserungen zur Erkennung von PF-Daten der großen Strukturen im Untersuchungsgebiet veranschaulicht (Abb. 14). Der LTHG-Ansatz stellt das Verhältnis der ersten vertikalen und der Gesamtgradienten der horizontalen Ableitungen (HD) dar, die zusammen bemerkenswerte kleine und große Amplitudengrenzen ergeben. Der Zweck dieser Methode besteht darin, dass die numerische Logistikfunktion eine Sigmoidkurve erzeugt. Sein S-Erscheinungsbild ist äußerst relevant für die Arkustangensgleichung, die normalerweise zur Erkennung von Kanten und Seiten potenzieller Felder verwendet wird11.

Flussdiagramm, das die in der vorliegenden Studie verwendeten Datenanalysen und Methoden zeigt.

Die positive Konstante (α) verwaltet das Potenzial des LTHG und wird vom Forscher definiert. Experimentelle Erträge aus synthetischen Daten bestätigen, dass die größten Erträge im Allgemeinen bei Verwendung von α = 2–10 erzielt wurden. THG ist die gesamte horizontale Amplitude, \(\partial x\) und \(\partial y\) sind die HD in x- und y-Richtung und \(\partial z\) ist die vertikale Ableitung des Feldes.

Die LTHG-Technik ist eine der leistungsstärksten Verbesserungen zur Erkennung der Grenzen potenzieller Feldquellen (Magnetfeld und Schwerkraft) und ermöglicht eine scharfe und genaue Strukturkartierung11,34. Die Magnet- und Schwerkraftwirkung setzt sich nach oben fort (UPC)35 bis zu einer Höhe von 8 km (4 km Tiefe). Der LTHG-Filter wird sowohl auf die ursprünglichen als auch auf die nach oben gerichteten Daten des Untersuchungsgebiets angewendet, um flache bzw. tiefe Strukturen abzubilden. Surfer (Version 13), Geosoft (Version 6.4) und ArcGIS (Version 10.4) werden verwendet, um die potenziellen Daten des Untersuchungsgebiets zu verbessern, zu interpretieren und darzustellen.

Aus der Interpretation der verarbeiteten und interpretierten Potenzial- und Strukturdaten lassen sich folgende Punkte ableiten:

Der panafrikanische Gürtel im ED Ägyptens kann aufgrund der auffälligen Veränderung der Grundgesteinslithologie, der Strukturtrends und des tektonischen Regimes in mindestens drei große strukturelle/tektonische Provinzen unterteilt werden.

Die drei Provinzen sind SED, CED und NED von älter nach jünger und auch von Süden nach Norden. Diese Provinzen sind durch große tektonische Diskontinuitäten (breite Schergürtel) getrennt, die dem Qena-Safaga-Schergürtel zwischen NED und CED und höchstwahrscheinlich dem Wadi-Kharit-Wadi Hodein-Schergürtel zwischen CED und SED entsprechen. Die Scherzonen Idfu-Mersa Alam und Nugrus-Shait unterscheiden sich weniger stark zwischen den interpretierten flachen und tiefen Strukturen.

Der SED ist durch ausgeprägte Kompressions- und geschätzte Extrusionsstrukturen gekennzeichnet. Die Allaqi Suture Zone und die Hamisana Shear Zone stehen jeweils in direktem Zusammenhang mit diesen tektonischen Bewegungen. Es gilt hier als die älteste (stark deformierte) Strukturprovinz und weist die höchste Liniendichte unter den drei Provinzen auf. Die wichtigsten tektonischen Trends verlaufen hier von WNW nach NW im westlichen Teil der Provinz und von N, NNO nach NE in den östlichen Teilen.

Der CED ist durch transpressionale und extensionale Strukturen gekennzeichnet, die kinematisch der Najd-Orogenese ähneln. Die wichtigsten tektonischen Trends sind NW-SE und WNW-ESO, während der tektonische Trend NE-SW jünger ist und stellenweise den Najd-Schertrend zergliedert. Die Liniendichte dieser Provinz ist sowohl für unterirdische als auch für oberflächennahe Strukturen untergeordnet. Das Alter der tektonischen Strukturen in dieser großen Provinz wird in hohem Maße durch den Zeitpunkt der Verformung im Najd-Verwerfungssystem bestimmt.

Das NED zeichnet sich durch Dehnungsstrukturen mit tektonischen Hauptrichtungen in Ost-West- und Nord-Süd-Richtung aus. Die Dichte der Strukturen ist an der Oberfläche oder nahe der Oberfläche gering und nimmt mit der Tiefe allmählich zu, wie aus den Magnet- und Schwerkraftdaten hervorgeht. Das Alter der Bauwerke in dieser Provinz steht in engem Zusammenhang mit den jüngsten tektonischen Ereignissen, die die Gondwana-Länder in der späten Ediacara-Zeit (jünger als 550 Millionen Jahre) betrafen.

Die panafrikanischen tektonischen Strukturen werden stark von den NW-SO (N25°–30°W) ausgerichteten Verwerfungen beeinflusst, die auf die Öffnung des Roten Meeres-Golfs von Suez während der Oligozän-Miozän-Zeit zurückgehen, insbesondere im Osten Grenze des Schildes entlang der Westschulter des Roten Meeres.

Es gibt eine bemerkenswerte Veränderung im Trend und in der Dichte der interpretierten Strukturen mit der Tiefe, insbesondere im NED, wo die älteren Strukturen durch die jüngere Deformation verdeckt werden, was darauf hindeutet, dass die Krustenentwicklung des Gürtels schrittweise von Süden nach Norden erfolgte.

Die Schwerkraftdaten eignen sich am besten für die genaue Darstellung/Abgrenzung der tektonischen Trends, und obwohl die interpretierten Strukturen mäßig bis stark mit denen korrelieren, die aus den magnetischen Daten ermittelt wurden, werden die interpretierten Strukturen aus den magnetischen Daten weitgehend von der Streichänderung in der Lithologie beeinflusst. Alterationszonen und magnetische Mineralogie.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim jeweiligen Autor erhältlich.

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Samir Z. Kamh

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ZH: Konzeptualisierung, Methodik, Daten, Verarbeitung, Schreiben, Originalentwurfsvorbereitung. WH und SK: Validierung, Methodik, Überprüfung und Bearbeitung, Konzeptualisierung. AME: Methodik, Überprüfung und Bearbeitung, Konzeptualisierung.

Korrespondenz mit Ahmed M. Eldosouky.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Eingegangen: 30. November 2022

Angenommen: 30. Januar 2023

Veröffentlicht: 02. Februar 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-29008-x

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