Koyunağılı (Mihallıççık-Eskişehir) güney batısının jeolojisi ve killerinin mineralojik, jeokimyasal ve kökensel incelenmesi

Abstract

ÖZET Doktora Tezi KOYUNA?ILI (MİHALIçgK - ESKİŞEHİR) GÜNEYBATISININ JEOLOJİSİ VE KİLLERİNİN MİNERALOJİK, JEOKİMYASAL VE KÖKENSEL İNCELENMESİ Selahattin KADİR Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Jeoloji Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Prof. Dr. Halil BAŞ 1995, Sayfa: 196 Jüri: Prof. Dr. Halil BAŞ Prof. Dr. Ali BİLGİN Doç. Dr. Mustafa KUŞÇU İnceleme alanı, Orta Sakarya masifinde yeralan Beypazarı-Çayırhan havzasının güney kenarında, Koyunağılı Köyü güneybatısında bulunmaktadır. Çalışma sahasında ve yakın çevresinde Paleozoyik, Mesozoyik ve Senozoyik yaşlı birimler yüzeylenmektedir. Litostratigrafik birim esasına göre yapılan çalışmada, temeli Paleozoyik yaşlı mavişist, glokofanlı yeşilşist ve kloritşistten oluşan Belen metamorfitleri ve bu birimin üzerine bindirmeli olarak gelen Mesozoyik yaşlı serpantinit birimleri oluşturmaktadır. Metamorfîtler ve serpantinitler çalışma sahasının güneyinde ve doğusunda geniş bir yayılım göstermektedir. Temel birimler üzerinde uyumsuz olarak Orta-Üst Miyosen yaşlı, sırasıyla aşağıdaki formasyonlar yer alır. Bunlar; Çoraklar formasyonu (çakıltaşı, kumtaşı,çamurtaşı, silttaşı ve tüf), Hırka formasyonu (tüfler), Karadoruk formasyonu (slllslfiye dolomit ve dolomitler), Akpınar formasyonu (silislfiye tüf, kristal tüf ve karbonat arabantlı kil, klltaşı ardalanması), Bozçayır formasyonu (alacalı killeri) ve en üstte Acısu formasyonu (klltaşı-kireçtaşı ardalanması)'dur. Bu birimin üzerinde, Pliyosen yaşlı Kırmızıtepe formasyonunu oluşturan konglomera, kumtaşı, çamurtaşı, klltaşı ardalanması gözlenmektedir. En genç olarak Kuvaterner yaşlı alüvyonlar yer almaktadır. Mineralojik çalışmalar kapsamında, kil ve diğer örnekler üzerinde petrografik, XRD, DTA-TG, SEM, IRspektrum çalışmaları yürütülmüştür. Çalışma alanında neoformasyon yoluyla oluşmuş kil mineralleri ve diğerleri X-ray difraksiyonu çalışmaian ile belirlenmiştir. İnceleme alanında tüfler geniş yayılım göstermektedir. Evaporasyona bağlı olarak pH'm farklı etkileri ile birlikte çeşitli alanlardan havzanın beslenmesiyle, farklı mineral parajenezleri görülmektedir. Başlıca mineral parajenezleri; Iaflinit + analsim + kalsit + dolomit + feldspat, sepiyolit + analsim + dolomit + illit, sepiyoiit + analsim + dolomit + opal-CT + feldspat, montmorillonit + analsim + dolomit + illit + feldspat + kuvars + opal-CT, montmorillonit + analsim + kalsit + feldspat + illit ve montmorillonit + dolomit + kalsit + analsim + kuvars+ feldspat + illit'dir. İnceleme alanında yer alan tüflerin diyajenezine ve evaporasyona bağlı olarak alkali yönünden zengin çökeller oluşmuştur. Tatlı su girişine açık, detritik malzeme katılımlı beslenmenin yoğun olduğu kenar zonlar Al ve Mg'ca zengin olduğundan, yüksek alkali (pH>9) ortamlarda montmorillonit ve az oranda da klorit oluşmuştur. Alüminyum iyon konsantrasyonu genellikle havzanın sığ kesimlerinde yüksek olduğundan buralarda karışık tabakalı killer (montmorillonit+sepiyolit) ve montmorillonit minerallerinin sığ su fasiyesli Bozçayır ve Acısu formasyonlannda oluştuğu saptanmıştır. Akpınar formasyonunda özellikle Ocak çevresinde, bazik pH şartlarında, Mg ve Si'ce zengin ve Al'ce fakir ortamlarda sepiyolit oluşmuştur. Aynca Ocak çevresinde, Kırmızıtepe fayına bağlı olarak gelişen kaynaklardan Na getirimi ile ikincil diyajenetik proseslere de bağlı olarak, yeraltı suların bünyesinde bulunan Na'un, sepiyolit kristal yapısındaki Mg'u kısmen ornatması sonucunda ikincil olarak Iaflinit (Na-sepiyolit) oluşmuştur. Laflinitin DTA-TG çekimleri ile dehidratasyon ve dehidroksilasyon evreleri saptandıktan sonra, bu sıcaklıklara tekabül eden örneklerin XRDİİİ çekimleri yapılmıştır. Zeoütik ve bağlı su ile hidroksil gruplarının atılması sonucunda, X-ray difraksiyonu pik şiddetlerinde zayıflama gözlenmiştir. Faz dönüşümlerine bağlı XRD özellikleri ise şöyledir: Isı artışına bağlı olarak sepiyoiit, laflinit ve analsimin pik şiddetleri zayıflamış ve ilk iki mineral 790-820 °C de faz değiştirerek enstatit ve albite dönüşmüştür. Taramalı elektron mikroskop (SEM) çalışmalarında neoformasyon minerali olarak oluşan sepiyoiit, analsim, albit ve sanidin minerallerinin kökensel olarak daha çok volkanik cam çözünme boşluklannda bulunduğu saptanmıştır. Kısmen çözünmüş volkanik cam partikülleri üzerinde ve çevresinde ise, sepiyoiit, laflinit ve analsim oluşumu gözlenmektedir. Mihalıççık sepiyolitinin IR-spektrum bandı laflinitten farklıdır, ancak Polatlı-Türktacir kahverenkli sepiyoiit bandıyla benzerlik göstermektedir. Mihalıççık killerinin kökenini belirlemek amacıyla sepiyoiit içeren Akpınar formasyonu içerisinden sistematik olarak 27 adet altere tüf örneği alınmıştır. Aynca çörtlerden 1 adet örnek, Hırka, Bozçayır, Acısu formasyonlarından 1 'er adet, metamorfitlerden 3 ve serpantinitlerden 2 adet olmak üzere toplam 36 adet örnek alınmıştır. Kimyasal analiz sonuçlarına göre Mihalıççık sepiyolitli killerinin Na, K ve Sr değerlerinin yüksek olması, bu neoformasyon minerallerinin oluşumunda etken kaynağın volkanik tüf olduğunu göstermektedir. Mihalıççık sepiyolitinin teknolojik inceleme sonuçlarına göre; seramik sanayinde, sondaj çamuru katkı maddesi, absorbant, kedi toprağı, ağartma toprağı, deterjan sanayinde dolgu maddesi ve boya katkı maddesi olarak kullanılabilme alanlanna sahip olduğu tesbit edilmiştir. ANAHTAR KELİMELER: Koyunağılı, Mihalıççık kili (sepiyoiit, laflinit), diyajenez.

iv ABSTRACT Ph.D. Thesis GEOLOGY OF KOYUNAGILI (MIHALIÇgK-ESKIŞEHIR) AND MİNERALOGİCAL, GEOCHEM1CAL AND GENETİC INVESTİGATION OF THE CLAY IN THE STUDY AREA Sefahattin KADİR Selçuk University Graduate School of Natural and Applied Science Department of Geological Engineering Supervisor: Prof. Dr. Halil BAŞ 1995, Page: 196 jury: Prof. Dr. Halil BAŞ Prof. Dr. Ali BİLGİN Assoc Prof. Dr. Mustafa KUŞÇU The study area has located at the northwest of Koyunağılı village situated to the south margin of the Beypazarı-Çayırhan basin in the Middle Sakarya Massif. Middle-Upper Miocene formations were composed of; Çoraklar formation (conglomerate, sandstone, mudstone, siltstone and tuff), Hırka formation (tuff), Karadoruk formation (silicified dolomite), Akpinar formation (silicified tuff, crystal tuff and carbonate interbedded clay, claystone repetietion), Bozcayı r formation (mixed colours clay) and Acisu formation (daystone-limestone repetetion). These formation were overlain by the Pliocene Kirmizitepe formation (conglomerate, sandstone, mudstone, claystonerepetetion). Quaternary alluvium sediments were the youngest unit in the study area. The mineralogic features of the day minerals and non-day samples were determined by means of Petrographic, XRD, DTA-TG, SEM and IR Spectrum studies. Neoformed day minerals and other non-day minerals of the investigated area were determined by X-ray diffraction. In the investigated area tuffs were widely spread out. Different mineral paragenesis were seen due to various effects of pH related to evaporation and feeding of the basin from several area. The main mineral paragenesis were; loughlinite + analcime + calcite + dolomite + feldspar, sepiolite + analcime + dolomite + illite, sepiolite + analcime + dolomite + opal-CT + feldspar, montmorillonite + analcime + dolomite + illite + feldspar + quartz + opal-CT, montmorillonite + analcime + caldte + feldspar + illite and montmorillonite + dolomite + calcite + analcime + quartz + feldspar. As a result of the diagenesis of the tuffs, alkali rich precipitations were formed depending on the evaporation. Freshwater and detritic materials feeding dominant margin of the basin were rich in AI and Mg. In high alkali (pH>9) environments montmorillonite and a small amount of chlorite were formed. The concentration of the aluminium ion was generally dominant in the shallow part of the basin. Therefore montmorillonite + sepiolite and montmorillonite mixed-layer clays were neoformed in the shallow fades of the Bozçayır and Acisu formations. In the Akpinar formation, especially around Ocak (Killik area), sepiolite was formed in the dominance of a basic pH, Mg and Si, but poor in AI. Na rich springs were developed along the Kirmizitepe fault and Ioughlinitization occured by partly substitution of the Na contained underground water with the Mg of the sepiolite crystal. Dehydration and dehydroxylation of loughlinite were determined by DTA-TG studies. XRD pattern of the samples corresponding to these temperatures were taken. The intensity of the peak on the XRD pattern of loughlinite got weaker due to the loss of zeolitic and crystal water and hydroxyl group. XRD properties depending on the phase changes were as follow; the sepiolite, loughlinite and analcime peak intensities got weaker due to increasing heat, sepiolite and loughlinite minerals transformed to enstatite and albite in 790-820 C.vi Based on the scanning electron microscope (SEM) studies, the origin of the sepiolite, anaidme, albite, sanidine neoformed minerals were found in the dissolved volcanic glass. Sepiolite, loughlinite and anaidme were formed on or around the partly dissolved glass particles. İR-spectrum bands of the Mihalıççık sepiolite were different from the loughlinite, but it was similar to brown coloured sepiolite band of the Polatlı- Türktadr area. In order to define the origin of the Mihalıççık clays, 27 systematic altered tuff were collected from the Akpmar formation which contained sepiolite occurences. Moreover, 1 sample from each of the Hırka, Bozçayır and Acisu formations and 1 sample from the chert, 3 samples from the metamorphics and 2 samples of the serpentinites were collected. A total of 36 samples were collected for the geochemical analyses. The chemical analyses of the sepiolitic clays showed high amounts of Na, K and Sr, therefore the origin of the neoformed minerals might be volcanic tuff. According to the results of technological tests, Mihalıççık sepiolite can be used in the ceramic industry, drilling mud supplement, absorbant, cat-litter, bleaching earth, detergent filling industry and painting addisive. KEY WORDS: Koyunağılı, Mihalıççık clay (Sepiolite, loughlinite), diagenesis