The geology and the genesis of Yalvaç-Isparta sedimantary magnesite deposits

Abstract

“Yalvaç-Isparta Sedimanter Manyezit Yataklannm Jeolojisi ve Kökeni” isimli tez İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü kapsamında, tez yürütücüsü Doç. Dr. Fuat YAVUZ ve eş tez yürütücüsü Prof. Dr. Filiz Sunar ERBEK’in gözetiminde yüksek lisans tezi olarak hazırlanmıştır.Bu tez kapsamında, Yalvaç- Yankkaya Neojen Havzasında oluşan sedimanter manyezit ve huntit oluşumları ele alınmıştır. Daha önceki araştırmalarda, magnezyumca zengin Yalvaç karbonatlar ile ilişkili sistematik bir jeokimyasal çalışma yapılmamıştır. Kuşçu ve Cengiz (2004); Göller Bölgesinde Aşağıtırtar, Salda Gölü ve Madenli sahalarından alman sınırlı numune üzerinde manyezit oluşumlarının jeokimyasal özelliklerini irdelemeye çalışmışlardır. Huntit cevherinin zenginleştirilmesi ve bu cevherin yanmayı geciktirici hammadde olarak kullanılması, Kangal (2004) taralından incelenmiştir. Magnezyumca zengin Yalvaç-Isparta karbonatlarının bu tez kapsamında araştırılmasının asıl amacı, manyezit ve huntit minerallerinin bu oluşumlar içerisinde yer almasıdır. İnceleme alanı olan, Türkiye’nin güneybatısındaki Yalvaç-Yankkaya Neojen Havzası (İsparta) karbonatlan içerisinde dolomit, manyezit ve huntit birlikteliğine az oranda kasit ve aragonit mercekler, tabakalar ve nodüller şeklinde eşlik etmektedir. Magnezyum elementi yerkabuğunda en çok bulunan sekizinci elementtir. Ticari anlmada en önemli magnezyum kaynağını manyezit teşkil eder. Manyezit çoğunlukla refrakter endüstrisinde hammadde olarak kullanılır. Manyezit aynca metalik magnezyum kaynağı olarak metalik alaşımlarda katkı maddesi olarak da kullanılmaktadır. Manyezit mineraline ek olarak, huntit de magnezyum içeren bir diğer karbonat mineralidir. Huntit beyazlığından ve diğer özelliklerinden dolayı genellikle boya hammaddesi olarak kullanılmaktadır. Huntit boya katkı maddesi olarak kullanılmasına rağmen, plastik malzemelere katılarak yanmayı geciktirici malzeme olarak ta kullanılmaktadır. Huntit yüksek ısı dayanımına sahiptir. İnceleme alanının yersel jeolojisi, arazi çaılşması ve uzaktan algılama çahşmalan il birlikte göz önünde bulundurularak tanımlanmıştır. Bunu, toplanan numuneler üzerinde yapılan mineralojik, jeokimyasal, termoanalitik ve elektron mikroprob çalışmaları takip etmiştir. Saha çalışmaları 2003 yazında sürdürülmüştür. İnceleme alanı kayaçlannı temsil eden toplam 82 el numunesi çalışma sahasından toplanmıştır. Yan kayaçlardan alman 16 numune ince kesit çalışmalarında kullanılmıştır. Geri kalan 66 numune şu anda aktif madencilik çalışmalarının sürdürülmediği ocaklardan alınmıştır. Çalışma sahasını kapsayan üç boyutlu arazi modelleri, SPOT 4 pankromatik ve SPOT 4 çok kanallı uydu görüntüleri (02/12/2003 tarihli) ve sayısal görüntü işleme teknikleri fayların yerlerini belirlemek, ocakların konumlarım göstermek, sedimentar manyezit yataklarının çökeldiği havzanın genel görüntüsünü belirlemek amacıyla kullanılmıştır. El örneklerinde manyezit ve daha az oranda huntit ana kaya konumundaki dolomitten zor ayırtlandığı için, her iki ocaktan da alman örnekler X-ışınlan difraksiyon analizine tabi tutulmuştur. Bu sistematik analizlerin sonuçlarına göre, seçilen ve gruplanan karbonat örnekleri ana oksit, minör, iz element ve nadir toprak element içerikleri açısından, Kanada’daki ticari bir laboratuvarda ICP-ES ve ICP-MS tekniklerine göre analiz edilmiştir. Ana oksid, iz element ve nadir toprak elementlerin değişimleri farklı ikili ve kondrite göre normalize edilmiş grafikler üzerinde açıklanmaya çalışılmış ve bunların yataklanma sırasındaki davranıştan jeolojik ve mineralojik değerlendirmeler eşliğinde yorumlanmıştır. Manyezit ve huntit birliktelikleri göz önünde bulundurularak, manyezit, huntit ve dolomitik yan kayaçlann termoanalitik özelliklerini açıklamak amacıyla karbonatların ısı altında soğuma ve ısınması sırasındaki termal davamışlan incelenmiştir. Huntitin ekonomik değere sahip olmasından dolayı bu mineralin kristal şekli, boyutları ve kimyasal özellikleri EDX içeren taramalı elektron mikroskop çalışmanyia incelenmiştir. Sonuç olarak jeokimyasal, sedimentolojik ve mineralojik özellikler göz önünde bulundurularak Yalvaç karbonatlarının fizikokimyasal özellikleri bu tez kapsamında araştırılmıştır.

This thesis titled as “The Geology and The Genesis of Yalvaç-Isparta Sedimentary Magnesite Deposits” was prepared as a master thesis in the scope of Institute of Science & Technology of Istanbul Technical University (İ.T.U.) under the supervision of both Assoc. Prof. Fuat YAVUZ and co-supervisor Prof. Dr. Filiz Sunar ERBEK. In this thesis, Neogene sedimentary magnesite and huntite mineralizations from the Yalvaç-Yankaya Basin (Isparta) are reported. In earlier studies no systematic studies were oriented to the geochemistry of the Yalvaç carbonates. However, superficial geochemical properties of magnesite occurrences from Lakes District were studied by Kuşçu and Cengiz (2004) at three different localities of Aşağıtırtar, Lake Saida, and Madenli based on the limited carbonate samples. Enrichment studies of huntite ores and their utilization as a flame retardant raw material from the study area were carried out by Kangal (2004). The main objective examining the Yalvaç-Isparta carbonates in this thesis is the existence of both magnesite and huntite minerals within these occurrences. Carbonate mineral assemblages composed of dolomite, calcite, magnesite, and huntite and to a lesser extend aragonite forming layers, lenses or nodules occur in the Yalvaç-Yankkaya Neogene Basin (Isparta), southwestern Turkey. The magnesium element is the eighth abundant element in the earth crust. The most important magnesium source is magnesite mineral that consists of carbonate. Magnesite is economically important because of its strenght to heat. It is mainly used as a raw material in the refractory industry. Magnesite is also used as the source of metallic magnesium addited to other metals to produce metallic alloys. In addition to magnesite mineral, huntite is another carbonate mineral composed of magnesium. Huntite is used as paint additive because of its whiteness and other chemical properties. Although huntite is used as additive material for painting industry, it is also added to polymeric materials to product flame retardant materials. Huntite has high strenght to heat. It is decomposed between the temperatures 200-400 °C. The local geology, stratigraphy and lithology were described first based on the field and remote sensing studies. Mineralogical, geochemical, thermoanalytical, and electron microprobe studies on the collected carbonate samples were followed. The field studies were conducted in summer 2003. Total 82 hand samples were collected from the study area. Sixteen samples were taken from host rocks for the thin section examinations. The rest of 66 were sampled from the quarries. The three dimensional terrain models covering the study area, satellite image data which are SPOT 4 Panchromatic and SPOT 4 Multispectral (both dated on December 2003), and image processing techniques were used to exhibit the geological properties; to designate the locations of faults; to show both the locations of the quarries and the general view of the basin in which sedimentary magnesite deposits formed. Samples taken from two different quarries were subjected to the detailed X-ray diffraction analysis as magnesite, and to a lesser extend huntite, can not be distinguished from the host rock dolomite in hand samples. As a result of this systematic analysis, selected and grouped carbonate samples were analyzed for major oxide, minor, trace, and rare-earth element contents by using inductively coupled plasma emission spectrometry (ICP-ES) and ultratrace inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) techniques at a commercial laboratory in Canada. Variations of major, trace and rare-earth elements on different binary and chondrite- normalized graphs were tried to discuss and their behaviors during the deposition were interpreted under the geological and mineralogical studies. Taking into account the existence of magnesite and huntite assemblages, thermoanalytical properties of magnesite, huntite, and host rock dolomite were investigated in order to explain the thermal behaviors of carbonates during heating and cooling. Due to the economic interest of huntite, the crystal shape, its size and chemical composition were studied by scanning electron microcopy (SEM) equipped by EDX. Finally, physicochemical conditions of carbonate minerals were discussed under the geochemical, sedimentological and mineralogical concepts.