Gevrekseydi (Kütahya) ve yakın çevresindeki kil yataklarının jeolojisi, mineralojisi, jeokimyası ve jenezi

Abstract

Batı Anadolu'da, Miyosen yaşlı riyolitik-dasitik bileşimli volkanik kayaçların hidrotermal alterasyonu ile oluşan kaolen yatakları bulunmaktadır. Bu yataklarda bulunan kil minerallerini tespit etmek, fiziksel-kimyasal özellikleri ve potansiyel endüstriyel kullanım alanları açısından oldukça önemlidir. Bu çalışmada; benzer volkanik kayaçların hidrotermal alterasyonu sonucunda Gevrekseydi köyü ve çevresinde (Kütahya, Türkiye) oluşmuş kaolen yataklarının jeolojisi, mineralojisi ve jeokimyasal incelemeleri yapılarak kil minerallerinin türleri, çalışma alanındaki dağılımları ve oluşum mekanizmaları saptanmıştır. Mineralizasyon ve karakterizasyon çalışmaları için X-ışınları difraksiyonu (XRD), taramalı elektron mikroskop (SEM), Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), diferansiyel termal ve termogravimetrik analiz (DT/TGA) ve elementel analiz metodları kullanılmıştır. XRD çalışmalarında kil mineralleri olarak; kaolinit, halloysit, simektit, illit ve vermikülit bulunmuştur. Kil dışı mineraller olarak ise silis grubu (kuvars, kristobalit, tridimit), demir grubu (hematit, manyetit, götit), sülfat grubu (alunit, natro-alunit, minamit), silikat grubu (muskovit, biyotit, piroksen, sanidin, albit, şabazit), karbonat grubu (kalsit, dolomit, manyezit, ankerit) mineraller ve titanyum mineralleri (rutil, anataz) tespit edilmiştir. Taramalı elektron mikroskop incelemelerinde kaolinit kristallerinin altıgen yapraksı morfoloji, halloysitlerin tüp şekilli, uzamış şekilli ve kısa tüpler şekilli morfoloji, simektitlerin ise gül yapısında morfoloji gösterdikleri tespit edilmiştir. Ayrıca, SEM görüntülerinde kil minerallerinin ana kayaçta bulunan volkan camının ve feldispat mineralerinin çözünmesi neticesinde oluştukları, halloysitlerin ayrıca kaolinit kristallerinin transformasyonu sonucunda oluştuğu belirlenmiştir. TGA eğrilerinde, kaolinit ve halloysit'in kristal suyunun ayrılmasını gösteren 530-590 oC arasında gelişen ana endotermik reaksiyon piki ve FTIR analizlerinde kaolinit'in 3690,52 cm-1 ve 3619,91 cm-1 bantları tespit edilmiştir. İzotopik δ18O ve δD verileri ile kaolenlerin oluşum sıcaklığı 57-108 °C arasında, simektitlerin oluşum sıcaklığı ise 50-97 °C arasında hesaplanmıştır. Ana oksit, iz element ve nadir toprak element analizleri hidrotermal alterasyon sürecinde kil yataklarında elementel mobilitenin gerçekleştiğini göstermiştir. Kimyasal alterasyon indeksi (CIA) sonuçları bölgede ileri derece arjilik alterasyon gerçekleştiğini ve Ba+Sr'a karşı Ce+Y+La ile δ18O'e karşı δD diyagramları bölgedeki yatakların hipojen kökenli olduğu ortaya koymuştur. Kütle değişim diyagramı SiO2 ve Al2O3'ün ana kayaca göre kaolinitik ve simektitik zonda zenginleştiğini, Fe2O3, CaO ve Na2O'nun kaolinitik zonda yıkandığını, MgO ve K2O'nun ise simektitik zonda zenginleştiğini göstermiştir. İz elementlerden Ba+2 ve Sr+2 ana kayaca göre alunitik ve kaolinitik zonlarda önemli oranda zenginleşmişken simektitik zonda geçiş metallerinden Ni 93 kat, Zn 51 kat, Co 19 kat artmıştır. Örümcek diyagramında nadir toprak elementlerinin kaolinitik ve simektitik zonlarda ana kayaca göre azaldığı, alterasyon derecesi daha yüksek olan kaolinitik zonda ise tüketilmenin daha fazla olduğu tespit edilmiştir. Gevrekseydi köyü ve çevresindeki kil yataklarının asidik, yüksek sülfidasyonlu epitermal bir sistemde oluştuğunu gösteren kökensel bir model öne sürülmüştür. Bu sistemde mineralizasyon faylar tarafından kontrol edilen hidrotermal akışkanlar ile sağlanmıştır ve yataklardaki başlıca mineralizasyon üstten alta doğru opal silis şapka, kaolinit + alunit + halloysit, kuvars + kaolinit + alunit + simektit ve alunit + kaolinit + halloysit + kuvars şeklinde gerçekleşmiştir.

Western Turkey host to many kaolin and halloysite deposits which were formed from hydrothermal alteration of Miocene volcanic rocks. The determination of clay minerals in these deposits is essential in terms of their physical-chemical properties and potential industrial uses. In this study; the kaolin deposits of Gevrekseydi village and its vicinity (Kutahya, Turkey) formed as a result of hydrothermal alteration of the similar volcanic rocks were studied in terms of their geology, mineralogy and geochemistry in order to determine the types of the clay minerals as well as their distribitions and formations. For mineralisation and characterisation studies, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), differential thermal and thermogravimetric analysis (DT/TGA) and elemental analysis methods were used. The clay minerals detected in the XRD studies were kaolinite, halloysite and smectite, illite and vermiculite. As non-clay minerals; silica group (quartz, cristobalite, tridymite), iron group (hematite, magnetite, goethite), sulphate group (alunite, natro-alunite, minamide), silicate group (muscovite, biotite, pyroxene, sanidine, albite, chabazite), carbonate group (calcite, dolomite, magnesite, ankerite) minerals and titanium minerals (rutile, anatase) were determined. Scanning electron microscopy studies revealed that kaolinite crystals have hexagonal leaf morphology; halloysites have tubular shaped, stubby shaped and elongate shaped morphology; smectites have rose-like morphology. In SEM images, it was determined that clay minerals were formed as a result of the dissolution of volcanic glass and feldspar minerals in the host rock, halloysite was also formed by the transformation of kaolinite crystals. In DT/TGA analysis, the main endothermic reaction peak which shows the separation of crystal water of kaolinite and halloysite was detected between 530-590 oC and 3690,52 cm-1 and 3619,91 cm-1 bands of kaolinite were detected in FTIR analyses. According to isotopic δ18O and δD data, the formation temperature of kaolin is between 57-108 °C and the formation temperature of smectites is between 50 and 97 °C. Major oxide, trace element, and rare earth element analyses showed that elemental mobility occurred in clay deposits during the hydrothermal alteration process. The results of the chemical alteration index (CIA) showed that highly argillic alteration occurred at the region and Ce + Y + La versus Ba + Sr and δ18O versus δD diagrams revealed that the deposits in the region are hypogenous in origin. Mass change diagram showed that compared with host rock SiO2 and Al2O3 were enriched in both kaolinitic and smectitic zone, Fe2O3, CaO and Na2O were leached in the kaolinitic zone, MgO and K2O were enriched in the smectitic zone. The trace elements Ba+2 and Sr+2 were significantly enriched in the alunitic and kaolinitic zones compared to the host rock. In the smectitic zone, the transition metals enriched by Ni 93 fold, Zn 51 fold, Co 19 fold. In the spider diagram, it was found that rare earth elements decreased in the kaolinitic and smectitic zones compared to the parent rock, while the decrease in the kaolinitic zone was higher which alteration degree was also higher. A genetic model is proposed showing that the clay deposits in Gevrekseydi village and its vicinities are formed in an acidic, high sulfidation epithermal system. In this system, mineralisation is provided by hydrothermal fluids controlled by faults, and the main mineralisation in the beds is formed from top to bottom as opal silica cap, kaolinite + alunite + halloysite, quartz + kaolinite + alunite + smectite and alunite + kaolinite + halloysite + quartz.