Doğu Trakya Bölgesi (Silivri) ergene formasyonunda kum-çakıl üretimindeki atık killerinin mineralojik ve jeokimyasal incelenmesi

Abstract

Doğu Trakya bölgesi Ergene Formasyonu içerisinde, kum-çakıl üretimi amacıyla işletilmekte olan pek çok ocak bulunmaktadır. Üretim sonucu kilce zengin malzeme atık durumuna düşmekte ve ocaklara ait mil havuzlarında depolanmaktadır. İstanbul ili, Silivri ilçesi kuzeyinde; Çayırdere - Beyciler - Sinekli - Büyük Sinekli - Bekirli mahalleleri (köyleri) hattı, çalışma alanı olarak belirlenmiştir. "Doğu Trakya Bölgesi (Silivri) Ergene Formasyonunda Kum-Çakıl Üretimindeki Atık Killerin Mineralojik ve Jeokimyasal İncelenmesi" başlıklı bu çalışmada amaç; çalışma alanında yer alan dört kum-çakıl ocağı için atıl duruma düşen kilce zengin bu potansiyel rezervin malzeme karakterini belirlemek ve endüstriyel hammadde olarak kullanılabilirliğini minerolojik açıdan ifade etmeye çalışmaktır. Bu amaca yönelik olarak sahadan derlenmiş örneklerin mineralojik, petrografik ve jeokimyasal özellikleri incelenmiştir. Doğu Trakya bölgesi ana olarak üç jeolojik topluluktan oluşmaktadır. Bölgenin kuzeyinde Paleozoyik yaşlı metamorfik ve magmatik kayaçlardan oluşan Istranca Birliği; doğusunda, Alt Ordovisiyen-Üst Kretase yaşlı metamorfik olmayan İstanbul Birliği yer alır. Doğu Trakya havzasının neredeyse tamamını kapsayan Orta Eosen-Pliyosen yaşlı Trakya Tersiyer Havzası birimleri ise; Istranca ve İstanbul Birlikleri'nin üzerinde yer alır. Çalışma alanı ve yakın çevresine bakıldığında Danişmen ve Ergene Formasyonlarına ait birimler gözlenmektedir. Çalışma alanının önemli bölümünü oluşturan Miyosen yaşlı Ergene Formasyonu (İstanbul Formasyonu - Kıraç Üyesi); Oligosen-Erken Miyosen yaşlı Danişmen Formasyonu'nun (çalışma alanında gözlemlenen; Gürpınar, Çantaköy Tüf ve Sinekli üyeleri) üzerine uyumsuz olarak çökelmiştir. Bu birimler üzerinde Kuvarterner yaşlı, çoğunlukla kum ve silt boyutlu bileşenlerden oluşan alüvyonlar yer alır. Çalışmaya konu olan kum ocakları Ergene Formasyonu (İstanbul Formasyonu-Kıraç Üyesi) içerisinde yer almaktadır. Çoğunlukla tutturulmamış çakıl ve kil ile milden oluşan birim içerisinde, oluşum şekli ile ilişkili olarak, çapraz tabakalanma, teknemsi çapraz tabakalanma, kanal içi çökelleri ve benzeri yapılar gözlenebilmektedir. Baskın litolojinin kum olduğu formasyon içerisinde yaklaşık %20-30 oranında çakıl ve en az %10 oranında kil silt boyutlu malzeme bulunmaktadır. Yer yer kil seviyeleri (ve mercekleri) gözlemlenmektedir. Birim için gözlemlenebilen kalınlık 30-40 m arasındadır. Ocakların kum-çakıl, kil seviyelerinden, stok malzemesinden ve mil havuzu çamurlarından örnekler alınmıştır. Seçilen örneklerle amaca yönelik; Binoküler mikroskop, petrografik-polarizan mikroskop, XRD, SEM+EDX, XRF ve ICP-MS analizleri gerçekleştirilmiştir. Ocak seviyelerinden alınmış tüvanan kum örnekleri ile gerçekleştirilmiş tüm çalışmalarda sonuçlar birbiriyle uyumludur. İncelemelerin birlikte değerlendirilmesi sonucunda kumlar için genel mineralojik bileşim; kuvars (+kuvarsit) (% 30-65) + feldspat (K-feldspat, plajioklaz) (% 10-55) + smektit (% 10-25) + illit-mika (%<5-10) + kalsit (% <5) + zeolit (%<5) + kuvarsit harici kayaç parçaları (%<20)" şeklindedir. Ocak ayna seviyelerini temsil eden bu örneklere ait sonuçlara bakıldığında; alttan üste doğru kuvars oranında azalmaya karşı feldspat oranında artış olduğu görülmüştür. Benzer ters ilişki; feldspat oranında azalmaya karşın smektit oranında artış şeklinde de gözlemlenir. Binoküler ve petrografik-polarizan mikroskop incelemelerinde, feldspatlarda gözlemlenen ayrışma kile (smektite) dönüşüm olarak yorumlanmıştır. Petrografik-polarizan mikroskop çalışmalarında bölge kumlarının hem K-feldspat hem de plajioklas içerdiği gözlemlenmiştir. Ayrışmanın çoğunlukla K-feldspatlarda gözlemlenmesi, oluşan smektitin büyük ölçüde K-feldspat kaynaklı olduğunun bir göstergesidir. Buna karşın, daha az oranda, plajioklas-smektit dönüşümü de söz konusudur. XRD analiz sonuçları ve SEM görüntüleri de bölgede sadece K-feldspat-smektit dönüşümü olmadığını göstermiştir. SEM incelemelerinde smektitlerin mısır gevreği veya gül rozeti benzeri morfolojilerde oldukları; feldspat kenarlarında, dilinim ve ikiz düzlemleri boyunca ve de pertitik zonlarında oluştukları görülmüştür. SEM incelemelerinde feldspatlara ek olarak, kum-çakıl birimlerinde az oranda bulunan mikaların kenarlarından itibaren smektite dönüşüm olduğu da gözlemlenmiştir. SEM-EDX analizi ile smektitlerin yaklaşık değerler olarak Si (%20), Al (%7), Fe (%5), Mg (%1,5), Ca (%1,5), K (%0,5) kimyasında olduğu ve yüksek Fe içerikli smektitler olabileceği görülmüştür. Bu sonuçlara ek olarak; kum örneklerine ait jeokimya analizi sonuçlarına bakıldığında kuvars/feldspat oran değişimleri ile smektit varlığı ve artışı majör oksit özelinde gözlemlenmektedir. Ayrıca, smektitle doğru orantılı olarak toplam iz ve nadir toprak element değer artışı söz konusudur. SiO2 oranında azalmaya karşın; feldspat-smektit dönüşümüyle, Al2O3, Fe2O3, MgO+CaO oranlarında artış ve Na2O+ K2O oranında azalma olduğu görülmektedir. Feldspat smektit dönüşümüyle ortaya çıkan feldspat kaybı, kimyasal bir sonuç olarak Na2O+K2O oranında azalma olarak gözlemlenmektedir. Na2O ve K2O majör oksit değerleri ayrı ayrı değerlendirildiğinde Na2O değerleri önemli bir fark göstermez. Bu durum bölge kumlarında çoğunlukla K-feldspat-smektit dönüşümü gerçekleştiğini göstermektedir. Bölgeden alınmış kil örneği (bentonit) için gerçekleştirilmiş XRD analizi sonucunda genel mineralojik bileşimin "smektit (%70-75) + illit-mika(%<5) + klorit-kaolinit (%5-10) + kuvars (%<5) + feldspat (%<5) + kalsit (%10-15)" şeklinde olduğu belirlenmiştir. Mil havuzu çamur örnekleri ve bu örneklerden hazırlanmış kil fraksiyonu ile gerçekleştirilen XRD analizleri sonucu belirlenmiş genel mineralojik bileşim ise smektit (%60-65) + illit-mika (%5-10) + klorit-kaolinit (%5-10) + kuvars (%5-10) + feldspat (%5-10) + zeolit (%<5, klinoptilolit)"şeklindedir. Kum, kil (bentonit) ve mil havuzu çamur örnekleri kullanılarak gerçekleştirilmiş XRD analizleri sonucunda bölgedeki ana kil mineralinin dioktahedral (d060 mesafe değeri 1,49 Å), Ca-smektit (smektit d001 mesafe değerlerine göre) olduğu belirlenmiştir. Kil fraksiyonu sonuçları, örneklerde ana kil minerali olan Ca-smektite ek olarak az ve eser oranda illit, klorit, kaolinit bulunduğunu göstermiştir. Ek olarak smektitin düşük oranda I/S (illit/mika) türü karışık katman içerebileceği belirlenmiştir. Tüm bunlara ek olarak jeokimya çalışmaları sonucunda elde edilen değerler kullanılarak köken ve alterasyon indeksini gösterir diyagramlar oluşturulmuştur. CIA ve PIA değerlerinin smektitle de ilişkili olması sebebiyle ocakların kilce daha zengin alt seviye kumlarında alterasyon indekslerinin göreli yüksek olduğu saptanmıştır. Gerçek rezerv değeri saptama amacı bulunmayan bu çalışmada, bölgedeki herhangi bir kum-çakıl ocağında gerçekleştirilen, 1 milyon ton kum-çakıl agregası üretimi sonucunda 100 bin ton atıl mil rezervi oluşacağı saptanmıştır. Bu rezerv özel bir ekonomik harcama gerektirmeden ortaya çıkan yan ürün olarak düşünülmelidir. Bu çalışma ile mineralojik karakteri belirlenmiş atıl durumdaki potansiyel bir hammaddenin değerlendirilmesine yönelik, jeolojik-mineralojik bir değerlendirme sunulmuştur.