Orta ve doğu toroslarda bulunan karbonat yankayaçlı Pb-Zn  cevher oluşumlarının alterasyon mineralojisi ve duraylı izotop nitelikleri
Alteration mineralogy and stable isotope characteristics of carbonate hosted Pb-Zn  ore deposits in central and eastern taurides
Yazar: AHMET CAN ÖZBEK
Danışman: DOÇ. DR. EMİN ÇİFTÇİ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Alp-Himalaya Dağ Kuşağı'nda bulunan Anadolu'yu oluşturan ana tektonik birimlerden olan Toros kuşağı önemli sayıda değişik rezerv ve tenöre sahip farklı tipte maden yatağı ve zuhurunu barındırmaktadır. Toros kuşağı çalışılan yataklara göre 4 alt bölgeye ayrılabilir: (I) Orta-batı Toroslar; (II) Bolkarlar; (III) Aldağlar-Batı Zamantı ve (IV) Doğu Zamantı. Karbonat-yankayaçlı primer kurşun ve çinko cevher oluşumları genellikle epijenetik yerleşimler olup, birçok örnekte oluşumları yapısal kontrollü olarak kabul edilebilir. Ancak bu yataklanmalar mevcut halleri ile sülfür kalıntıları (genellikle galen) içeren karbonatlar, silikatlar ve oksitler şeklindedir. Yataklanmaların bazıları tamamen non-sülfitik çinko yatağı kabul edilebilir derecede birincil özelliklerini yitirmiştir. Bütün kuşak boyunca çalışılan yataklar için cevher mineralojisi oldukça basit ve benzerdir: Galen-sfalerit-serüzit-smitzonit-Fe oksihidroksitler. Bu mineralojiye zaman zaman anglezit ve pirit eşlik etmektedir. Yatakların çoğunda ise galen yegane sülfür mineralidir.
Ancak gang mineralojisi bölgeden bölgeye önemli farklılıklar sunmaktadır. Kuşağın orta-batı bölümünde, florit ve barit yaygın olarak bulunmaktadır. Bolkarlarda plumbojarosit, kuvars ve daha az olarak kalsit ve dolomit bulunmaktadır. Aladağlar-Batı Zamantı bölümünde ise kalsit ve dolomit baskın halde gözlenmektedir. Doğu Zamantı cevher yatak ve zuhurlarında, kuvars yerel olarak önem arz etse de kalsit ve dolomit yagın olarak bulunmaktadır. Mekan kayaçlar çoğunlukla kireçtaşı olmakla beraber, dolomitler kalkşist ve mermerler bazı yataklarda önemlidir. Maden yatakları geçmişte ve günümüze kurşun ve çinko için işletilmiştir. Ancak; barit, bakır, gümüş, altın ve galyum bazı yerlerde önem arz etmektedir.
Karbonat kayaçların karbon ve oksijen izotop değerleri denizel karbonatlara özgü aralıklarda değişim göstermektedir. Karbon izotop bileşimi ‰ -3 ila ‰ +5 aralığında değişmekte ve ‰ +2 – ‰ +3 aralığında yoğunlaşmakta, oksijen ise ‰ +22 ve +30 aralığında değişmekte, ‰ +26 – ‰ +28 aralığında yoğunlaşmaktadır. Bu değerler denizel şelf karbonatlarına ait değerlerle uyuşmaktadır. 
Parajeneze ait kalsit gangına ait karbon izotop değerleri ‰ -8 ila ‰ +5 arasında değişmekte ve ‰ +2 – ‰ +4 aralığında yoğunlaşmaktadır. Oksijen izotop değerleri ise ‰ +15 – ‰ +30 arası değişmekte ve ‰ +24 – ‰ +26 arası yoğunlaşmaktadır. Bu değerler kalsitlerin meteorik sularla izotopik denge oluşturmuş, ana kayadan çözünmüş HCO3 bakımından zengin çözeltilerden oluşmuş olabileceğini göstermektedir.

Parajeneze ait karbonatlı cevher minerallerinden smitzonit ve serüzite ait karbon izotop değerleri ‰ -14 ila ‰ +6 arasında değişmekte ve ‰ -8 ila ‰ -6 aralığında yoğunlaşmaktadır. Oksijen izotop değerleri ise ‰ +14 ila ‰ +32 arası değişmekte ve ‰ +24 – ‰ +26 arası yoğunlaşmaktadır. Bu değerler bu minerallerin meteorik sularla izotopik denge oluşturmuş, ana kayadan çözünmüş HCO3 bakımından zengin çözeltiler ile sülfürlü minerallerin etkileşimi sonucu oluşmuş olabileceğini göstermektedir.
Cevher ve ileri altere kayaçlardan ayıklanan kil ve hemimorfitce zengin örneklere ait oksijen izotop değerleri ‰ -19.18 ila ‰ +30.93 arasında, döteryum (D) izotop değerleri ise  ‰ -7.53 ila ‰ -147.63 arasında değişmektedir. Bu değerler 18O – D diyagramında, meteorik su-sedimanter havza suyu ve hidrotermal su alanlarına dağılmakta, ancak alt bölgeler esas alındığında Orta-batı Toroslardan Doğu Zamantı'ya doğru giderek artan havza suyu bileşeni etkisi gözlenmektedir. Dolayısı ile birden fazla kaynaktan karışmış suların killerin oluşumunda etkin olduğu söylenebilir.

Abstract:
Taurides being one of the major tectonic units constituting the Anatolia within the Alpine-Himalian Orogenic Belt is a host to great number of various types of ore deposits and mineralizations with different sizes and contents. The Taurides could be subdivided into 4 subdistricts with regards to subject deposits: (I) Midwest Taurides, (II) Bolkarlar, (III) Aladaglar-West Zamanti, and (IV) East Zamanti. Essentially, carbonate-hosted lead and zinc mineralizations are primarily epigenetic emplacements and their formations can be considered as structurally controlled in many occurrences. However, these occurrences as they stand are mineralizations of carbonates, silicates and oxides that may and may not contain residual sulfides (generally galena). Some of them don't have any primary features and can be considered to be non-sulfidic zinc deposits. Ore mineralogy throughout the belt for the subject deposits is fairly simple and comparable: galena-sphalerite – cerussite – smithsonite - Fe-oxyhydroxides. Pyrite and anglesite accompany these mineral in places. In most of the occurrences, galena is the only sulfide mineral survived.

This study covers alteration mineralogy and stable isotope characteristics of carbonate hosted Pb-Zn ore deposits in central and eastern Taurides. Since primary sulfidic ore minerals of Taurides have been studied in earlier studies, secondary ore minerals such as cerussite, smithsonite, and Fe-oxyhydroxides have been studied for their stable isotope characteristics in this study. Host-rocks, both fresh and altered ones have been studied for their alteration mineralogy. The purpose of this study is to understand secondary proceses that shaped these mineralizations in that source of fluids, their isotope characteristics and product of these processes were studied using a number of analytical techniques.

In order to determine host rock characterization and alteration mineralogy of ore deposits, XRD method has been used. XRD experiments and recent studies shows, gangue mineralogy shows considerable differences from district to district. In mid-western part of the belt, fluorite and barite are common. In Bolkarlar, plumbojarosite and quartz with subordinate calcite and dolomite prevail. In Aladaglar-West Zamanti, calcite and dolomite are widespread. In East Zamantı deposits and mineralizations, although quartz locally becomes significant, dolomite and calcite are prevalent. Hostrocks are mostly limestones; however dolomites, calcschists and marbles are aslo important in some deposits. These deposits are and were mined for lead and zinc, however, barite, copper, silver, gold, gallium are significant in some of the occurrences.

In Aladag and Bolkar region, generally primer Pb-Zn ore deposits are locted in N-S, NE-SW directional fault and fracture zones. As a result of surface alteration of primer ore deposits, carbonate oxides and hydroxides ore minerals that presents in karstic caves have occurred.

In Bolkardag unit and around Horozkoy, Pb-Zn mineralizations in base marbles and other Pb-Zn mineralizations have occurred in Bolkardag marbles in the area. Aladag unit that does not show metamorphism has rich Zn-Pb ore deposits in Permian and Triassic rock formations. In Ortakonus region Pb-Zn ore deposits can be observed in Demirkazik formation which is a part of Aladag unit. This lithological consistency shows that ore deposits have stratabound nature. 

The occurrences are hydrothermal Pb-Zn ore deposits; therefore, hydrothermal alteration can be observed near by the ore deposits and between ore and carbonate host rocks. Altered and clay rich rocks were determined by XRD experiments. As a result of XRD experiments, Kaolinite, dolomite, quartz, and montmorillonite are some of the important hydrothermal alteration products in the study area.

At the next stage of study, carbon and oxygen isotope values of carbonate host rocks, calcite gangue and carbonated ores were evaluated in order to understand source of the carbonates and solutions. Oxygen and deuterium isotope values of clay and hemimorphite-rich splits acquired from ore and advanced altered hostrocks were evaluated in order to understand source of the water. 

Carbon and oxygen isotope compositions of the host carbonates fall in the typical range for the marine carbonates. Carbon isotope composition vary between -3 ‰  and +5 ‰, concentrating between +2 ‰ - +3 ‰, while oxygen isotope composition ranges from +22 ‰ to +30 ‰, concentrating between +26 ‰ and +28 ‰. These values are highly compatible with those of marine shelf carbonate rocks. 

Carbon isotope values of calcite gangue of the paragenesis vary between -8 ‰ - +5 ‰ concentrating in between +2 ‰ - +4 ‰. Oxygen isotope values of the calcites range from +15 ‰ to +30 ‰ concentrating between +24 ‰ and +26 ‰. These values indicate that the calcites may be resulted by solutions that contain HCO3 dissolved from host carbonates and isotopically equilibrated with meteoric waters. 

Carbon isotope values of carbonated ores, smithsonite and cerussite of the paragenesis vary between -14 ‰ and +6 ‰ concentrating in between -8 ‰ and -6 ‰. Oxygen isotope values range from +14 ‰ to +32 ‰ concentrating between +24 ‰ and +26 ‰. These values indicate that the carbonate ores may be resulted through geochemical interactions of sulfide minerals and solutions that contain HCO3 dissolved from host carbonates and isotopically equilibrated with meteoric waters. 
Oxygen isotope values of clay and hemimorphite-rich splits acquired from ore and advanced altered hostrocks vary in the range of -19.18‰ and +30.93‰, while deuterium (D) values fall in the range of  -7.53‰ and -147.63‰.
These values show scattered pattern on the 18O (SMOW)‰ vs D (SMOW)‰ diagram plotting in meteoric water-sedimentary basin waters-hydrothermal waters fields, but when the data evaluated based on the subdistricts, the plot suggests that solutions have increasing basinal water component within the mix from the Midwest towards the East Zamanti. Thus, the formation is due to mixed waters from more than one source. 
To sum up, there are marine shelf carbonate rocks in the whole area. These rocks are host to previously sulfide but currently non-sulfide plus sulfide ore deposits. Most of the occurrences do not have any primary features due to intense oxidation-carbonation that resulted in the formation of non-sulfidic zinc and lead mineralizations. Most of these are direct replacement formations in that sulfidic primary mineralizations are subject to supergene oxidation resulting in the formation of mostly carbonate and to a lesser extent oxides and silicates. Residual and karst-fill style formations are second most common occurrences. They particularly occur in Bolkardağ area. Wall-rock replacement type formations are also present however not common. This is most probably due to scarcity of pyrite in the primary ore. Pyrite is source for acid formation which results in leach of zinc sulfide to mobilize zinc.  
Stable isotope studies indicated that type of fluids which are responsible from the formation of oxide and carbonate (non-sulfide) ore minerals can vary in places. Some other ore minerals are generated by fluids which have different and mixed sources in the study area. According to stable isotope values, fluids have magmatic character in Bolkardag region and sedimentary character in Aladag and East Zamanti region.  On the other hand, in the Bolkardag area, hydrothermal fluids are meteoric and in Aladag and East Zamanti it is basin water.