Istranca masifindeki Dereköy Antik Bakır Madeni ve Demirköy Antik Demir Madeninin jeolojik ve arkeometalurjik incelenmesi
Geological and archaeometallurgical investigation of the Dereköy Antique Copper Mine and Demirköy Antique İron Mine in strandja
Yazar: YİĞİT KURT
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN ÖZTÜRK
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Jeoloji Ana Bilim Dalı / Jeoloji Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Açık maden ocakları = Open pit mines ; Dökme demir = Cast iron ; Endüstri arkeolojisi = Industry archaeology ; Maden jeolojisi = Mine geology ; Pirometalurji = Pyrometallurgy ; Sünger demir = Sponge iron

Özet:
Istranca bölgesinin jeolojisi  Paleozoyik yaşlı metamorfik, Mesozoyik yaşlı plütonik ve volkano-tortul ve Senezoyik yaşlı tortul  kayaçlardan oluşur. Mesozoyik ve Senozoyik formasyonlar Eosen ve daha genç kayaçlar tarafından  uyumsuzlukla örtülürler. Demirköy Dereköy, Şükrüpaşa ve Boztaş plütonları Istranca Masifi içerisindeki Kretase yaşlı  plütonlar olup, bunların  dokanaklarında  pek çok cevherleşme yer alır. Dereköy Plütonunun karbonatlı kayaçlarla olan dokanaklarında skarn tipi demirli bakır yatakları  gelişmiştir. Bu yatakların en önemlisi Dereköy bakır  yatağı olup  buradaki bakır sülfürlü ve bakır karbonatlı  bakır cevherleşmesi antik dönemdeki bakır madenciliğinde ve  ergitmesinde cevher kaynağını oluşturmuştur. Demirköy magnetit granitinden  serbestleşen magnetitler ise dere kıyılarında zenginleşerek Fatih Demir Dökümhanesi'ne cevher kaynağı sağlamıştır.

Dereköy antik bakır madeni cüruflarının X-Işını kırınım grafiklerinde saptanan tenorit,  ergitme işlemleri sırasındaki sıcaklığın 1000 °C  nin üzerine çıktığına işaret eder. Dereköy antik bakır madeni cürufları genel olarak fayalitik bir matriksten oluşur  ve dağınık şekilde  ortalama 4 mm çapında bakır- bakır sülfür  kürecikleri içerir. Ani soğuma nedeniyle Dereköy cüruflarında çok tipik dendritik ve iskelet yapıları tespit edilmiştir. Yine Demirköy demir cüruflarının X-Işını kırınım grafiklerinde saptanan mullit,  ergitme işlemleri sırasındaki sıcaklığın 1500 °C  nin üzerine çıktığına işaret eder.  Demirköy Fatih dökümhanesi cürufları ise genel olarak camsı bir matriksten oluşur ve 1- 2 cm çapında demirli ve silisli kürecikleri içerir. Dereköy antik bakır madenindeki odun kömürlerinden yapılan 14C yaş tayini ile bu madenin takvim yaşı M.S. 72-219 yıl olarak belirlenmiştir. Antik Fatih Dökümhanesindeki ergitme işleminin takvim yaşı ise (14C) M.S. 1812-1919 olarak saptanmıştır.
Bakır cüruf kimyasının jeoistatistiksel değerlendirilmesinde Cu elementinin; U ve W ile yüksek düzeyde, Sn, Y, Mo ile orta düzeyde pozitif korelasyon gösterdiği saptanmıştır.  Öte yandan Cu elementi Ga ve Ta ile yüksek düzeyde, Co ve Ni ile orta düzeyde negatif korelasyon göstermektedir. İz elementlerden Zr, Ba, Rb, Sr, Mo, Pb, W, Ta ve tüm NYE bakırın  cüruf fazında,  Au, Ag, Cd ise bakırın metal fazında zenginleştiği saptanmıştır. Cevher ve cüruf örnekleri kondrite normalize NYE desenlerinin benzerlik  göstermesi, cevher kaynağı olarak Bahtiyar Tepe skarn cevherinin kullanıldığına işaret etmektedir.
Demirköy Fatih dökümhanesi'nden alınan cüruf ile Bulanıkdere ve Değirmendere'ye ait dere kumlarının jeokimya analiz sonuçları dere kumlarının ergitilmeden önce yıkanarak zenginleştirildiğine işaret etmektedir. İz element analizleri Zr, Ba, Cs, Hf, Th, U, Y, Sr ve tüm NYE lerinin demirin cüruf fazında,  Co, Ni, Cu, Pb, Zn, Au' ın ise demirin metal fazında zenginleştiğini göstermektedir. Demir cürufunun Zr ve Ba değerleri  granite göre sırasıyla 3 kat ve 2,5 kat zenginleşme gösterir. Magnetitli dere kumu ile cüruf örneklerinin benzer  kondrite normalize NYE desenleri göstermesi ve Zr, Ba gibi ağır elementlerin hem dere kumlarında  hem de cüruflarda zenginleşmesi cevher kaynağının açık olarak  magnetitli dere kumu olduğunu gösterir.

Abstract:
Geology of the Istranca region consists of Paleozoic metamorphic, Mesozoic plutonic and volcano-sedimentary and Cenozoic aged sedimentary rocks. Mesozoic and Cenozoic formations are unconformably overlain by Eocene and younger rocks. The Demirköy Dereköy, Şükrüpaşa and Boztaş plutons are Cretaceous aged plutons in the Istranca Massif and there are many mineralizations in their contacts. In the contacts of Dereköy Pluto with carbonated rocks, skarn type ferrous copper deposits developed. The most important of these deposits is the Dereköy copper deposit, where copper sulphide and copper carbonate copper mineralization formed the source of ore in copper mining and melting in ancient times. The magnetites that have been decomposed from Demirköy magnetite granite have been enriched on the banks of the streams and provided an ore source to the Fatih Demir Foundry.
The tenorite detected in the X-Ray diffraction graphs of Dereköy antique copper mine slags indicates that the temperature during melting processes exceeded 1000 °C. Dereköy antique copper mine slags generally consist of a fayalitic matrix and contain a scattered average of 4 mm diameter copper-copper sulfur prills. Due to the undercooling, very typical dendritic and skeletal structures were detected in Dereköy slags. The mullite, which was also found in the X-Ray diffraction graphs of Demirköy iron slags, indicates that the temperature during smelting rose above 1500 ° C. The Demirköy Fatih foundry's slags generally consist of a glassy matrix and contain ferrous and siliceous prills with a diameter of 1-2 cm. By the determination of carbon-dating (14C) from charcoal in Dereköy Ancient Mine, the calendar age of this mine was A.D. 72-219 years determined. By the charcoal (14C) obtained from Fatih Iron Foundry, this antique mine's calendar age was determined as A.D. 1812-1919.
In the geostatistical evaluation of copper slag chemistry, Cu element; It was found that there was a high level of positive correlation with U and W, and moderate positive correlations with Sn, Y, Mo. On the other hand, the Cu element shows a high level of negative correlation with Ga and Ta and a moderate negative correlation with Co and Ni. Trace elements Zr, Ba, Rb, Sr, Mo, Pb, W, Ta and all REE copper were found to be enriched in the slag phase and Au, Ag, Cd are enriched in the metal phase of copper. The ore and slag samples show similarity to the chondrite normalized REE patterns, indicating that Bahtiyar Tepe skarn ore is used as the ore source.
The geochemical analysis results of the river sands of Bulanikdere and Degirmendere with the slag taken from the Demirkoy Fatih foundry indicate that the river sands are enriched by washing before smelting. Trace element analysis shows that Zr, Ba, Cs, Hf, Th, U, Y, Sr and all REE's are enriched in the slag phase and Co, Ni, Cu, Pb, Zn, Au in the metal phase of iron. Zr and Ba values of iron slag show 3 times and 2.5 times enrichment, respectively, according to granite. Magnetized river sand and slag samples show similar chondrite normal REE patterns and heavy elements such as Zr and Ba are enriched both in river sands and slags, and the ore source is clearly magnetite river sand.