Topuk köyü ve civarında (Orhaneli, Bursa) dünitlerin mineralojik ve jeokimyasal özellikleri ve olivin açısından endüstriyel kullanımının değerlendirilmesi
The mineralogical and geochemical characteristics of the dunites from topuk village and its vicinity (Orhaneli, Bursa) and evaluation of their industrial usage in terms of olivine
Yazar: ELİF ÇEVİK
Danışman: DOÇ.DR. ALİ HAYDAR GÜLTEKİN ; DOÇ.DR. YÜKSEL ÖRGÜN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2006
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
TOPUK KOYU VE CİVARINDAKİ (ORHANELİ, BURSA) DUNITLERIN MİNERALOJİK VE JEOKİMYASAL ÖZELLİKLERİ VE OLİVİN AÇISINDAN ENDÜSTRİYEL KULLANIMININ DEĞERLENDİRİLMESİ ÖZET İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Jeoloji Mühendisliği Bölümü Uygulamalı Jeoloji Anabilim Dalı'na yüksek lisans tezi olarak hazırlanan bu çalışmada, Topuk Köyü ( Orhaneli, Bursa) ve civarındaki dünitlerin mineralojik ve jeokimyasal özellikleri incelenmiş ve bu sahadaki dünitlerin olivin açısından ekonomikliliği değerlendirilmiştir. Bu amaçla bölgedeki ultrabazik kayaların mineralojik ve jeokimyasal karakteristikleri ortaya konmuş, ultrabazik birim içerisinden olivinin ana kaynak kayası olan dünitler daha detaylı şekilde incelenmiştir. Çalışma kapsamında, öncelikle sahanın jeolojik yapısını tanımlamak ve jeolojik haritasını oluşturmak üzere arazi çalışması yapılmış, bu sırada kayaçların mineralojik ve jeokimyasal özelliklerini incelemek için gerekli numuneler alınmıştır. Çalışma alanındaki litolojik birimler başlıca, yüksek basınç-düşük sıcaklık koşullarında metamorfizmaya maruz kalmış Paleozoyik-Mesozoyik yaşlı metamorfik kayalar, Üst Kretase-Paleosen yaşlı ultrabazik-bazik kayalar, Orta Eosen yaşlı Topuk granitoyidik sokulumu, Neojen yaşlı tortul birim şeklinde sıralanmaktadır. Dünitlerden ve harzburj itlerden alman toplam 120 adet kayaç örneğinden hazırlanan ince kesitler, kayaçların dokusal özelliklerini, mineralojik bileşimlerini, başta olivin olmak üzere kristallerin dane boylan ve alterasyon olaylarını tanımlamak amacıyla polarizan mikroskopta incelenmiştir. Optik mikroskop çalışmalan yanısıra dünitlerin mineralojik bileşimi XRD çalışmalarıyla da incelenmiştir. Mikroskop çalışmaları sonucu dünitlerin mineralojik bileşiminin ortalama olarak; % 90'dan daha fazla olivin, % 1-4 serpantin, % 1-3 opak mineraller (kromit, manyetit, pirit), % l'den az piroksen ve % 1-2 oranında manyezit, talk, kalsit ve klorit gibi ikincil ayrışım ürünü mineraller şeklinde olduğu saptanmıştır. Olivinin endüstriyel kullanımında önemli bir parametre olan dane boyu dağılımının da 0,04 mm ile 4 cm arasında olduğu mineralojik çalışmalarla saptanmıştır. Bu sonuca paralel olarak, XRD çalışmaları olivinlerin tamamıyla forsterit bileşimli olduğunu ve forsterite az oranda klinokrizotil ve lizarditin eşlik ettiğini ortaya koymuştur. Çalışma alanında yaygın olarak görülen alterasyon olayı serpantinleşmedir. Serpantinleşmenin yanı sıra talklaşma, kloritleşme, karbonatlaşma gibi ikincil oluşumlar da gözlenmiştir. xiDünitlerin jeokimyasal özelliklerini tanımlamak amacıyla 15 adet örneğin tüm kaya analizleri XRF ve yaş kimyasal yöntemlerle yapılmıştır. Ayrıca 5 adet örnek EDS (Enerji Dispersif Spektrometre) yöntemiyle de incelenmiştir. Yapılan kimyasal analizler sonucunda dünitlerin MgO değerlerinin % 40,99-50,2 aralığında (ortalama % 47,05), Si02 değerlerinin % 34,67-40,6 aralığında (ortalama % 39,10), Fe203 değerlerinin ise % 6,8-13,7 (ortalama % 9,94) aralığında ve AI2O3 değerlerinin % 0,1-0,83 (ortalama %0,29) aralığında değiştiği tespit edilmiştir. EDS analiz sonuçlarında ise bu parametrelerin sırasıyla % 45,35- 48,63, % 41,18-44,00, % 7,21- 11,68 ve % 0,02-0,36 aralıklarında değiştiği ortaya çıkmıştır. Bu değerler Orhaneli olivinlerinin ideal olivinin kimyasal bileşimine çok yakın olduğunu ortaya koymuştur. Ultrabazik kayaçların kaynak malzemesinin tesbiti için MgO 'e karşı AI2O3 ve CaO değerleri diyagramlara uygulanmıştır. MgO- AI2O3 ve MgO-CaO diyagramlarının her ikisinde de, dünit örneklerinin büyük bir çoğunluğu az tüketilmiş pirolit alanında, Harzburjit örneklerinin tümü ise bu alanın dışında yer almıştır. Elde edilen bu dağılımlar, dünitlerin manto malzemesi kökenli, harzburj itlerin ise manto kökenli malzeme ile birlikte dalma-batma zonundaki levhanın alt kesimlerinin kısmi ergimesiyle oluşan malzemeden türemiş hibrid bir magmanın ürünü olabileceği şeklinde yorumlanmıştır. Kaynak malzemenin MgO açısından zenginleşip zenginleşmediğini gösteren magnezyum sayısı (Mg #) tüm kaya analiz sonuçlan ve EDS analiz sonuçlan kullanılarak ayn ayn hesaplanmıştır. Bu değerin tüm kaya analizleri için 0,78-0,88; EDS analiz sonuçlarına göre ise de 0,80-0,88 arasında değiştiği ortaya çıkmıştır. Bu sonuçlar da serpantinleşme ve diğer alterasyon olayları dikkate alınmadığında, olivinin ağırlıkla forsterit bileşimli olduğu şeklinde yorumlanmıştır. İncelenen tüm mineralojik, jeokimyasal ve fiziksel özellikler, Orhaneli olivinlerinin, endüstriyel hammadde olarak kullanılan olivinler için belirtilen dünya standartları ile oldukça benzerlik gösterdiğini ortaya koymuştur. ŞE-TAT Madencilik yukarıda belirtilen niteliklere sahip olivin rezervinin, başta Gölcükboğazı Tepe olmak üzere 400.000.000 ton görünür, 800.000.000 ton muhtemel rezerv ve toplam 1.200.000.000 ton olduğunu belirtmiştir. Refrakter sanayii, döküm sanayii, EBT - elektrik ark ocakları eksantrik alt ayarlama delik kumu, kumlama kumu ve aşındırıcı sanayii gibi değişik alanlara farklı dane boylarında ürün verebilecek nitelikte olan Orhaneli olivinleri, özellikle başta refrakter endüstrisi ile ilgili kuruluşlar olmak üzere, demir-çelik fabrikalarınca, deniz kuvvetlerince ve tersanelerce yoğun şekilde talep görmektedir. Şirket Makedonya ve İspanya'ya da ürün satmaktadır. xii

Abstract:
THE MINERALOGICAL AND GEOCHEMICAL CHARACTERISTICS OF THE DUNITES FROM TOPUK VILLAGE AND ITS VICINITY (ORHANELİ, BURSA) AND EVALUATION OF THEIR INDUSTRIAL USAGE IN TERMS OF OLIVINE SUMMARY Olivine is an industrial mineral that attracts significant attention recently. The name of olivine comes from its olive-green color. Its hardness, grain size and melting point properties are the most important parameters for being used as an industrial mineral. Olivine is first used in the early 1930s for a refractory material. As a refractory raw material, it was first introduced in the United States as hand-cobbed, selected, shaped blocks of crude olivine. Olivine can be used in a lot of industrial fields today just as: Iron and steel industry, refractory, casting, foundry sand, abrasive industries, ballast material, environmental technologies and agriculture. This study comprises the mineralogical and geochemical properties of olivines from the dunites near Topuk village (Bursa-Orhaneli, Northwest Anatolia, Turkey) and their convenience for industrial usages in point of economics. The lithological unites in the study area are: Paleosoic-Mesozoic metamorphic basement rocks, Cretaceous - Paleocene ultrabasic and basic rocks, Mid-Eocene Topuk granitoyidic intrusion and Neogene sediments. The dunites, harzburgites, and serpentinite take part in the ultrabasic-basic unit. The thin sections prepared from the dunite and harzburgite samples are examined in polarizan microscope in order to determine the texture properties, mineralogical compositions, describe the grain sizes, especially of olivines and explain the alterations. Mineralogical composition of the non-altered Orhaneli dunites can be given as: Olivine (>90%), serpentine (1-4 %), opaque minerals especially chromite, magnetite, pyrite (1-3 %) and secondary minerals as magnesite, chlorite (1-2 %). Beside optical examinations, the mineralogical compositions of the dunites are studied by XRD method. XRD studies indicates that olivines are in forsterite composition (93 % on average), clinochrysotile (5 % on average) and lizardite (0.22 % on average) accompanying to the forsterite. The grain size of olivines, which is an important parameter for olivines in point of their industrial usages, are fixes as between 0,04 mm.- 4 cm. Serpentinisation is the most common alteration type in the study area. It can be seen in the area in different degrees from 1 % to 1 00 %. It has a negative effect on the industrial usage of olivine. In addition to serpentinisation, chloritization, talcization, and carbonatization can be seen in the area. In order to define the geochemical properties of dunites, whole rock analyses of 1 5 samples are done by XRF and wet-chemical methods. The chemical analyses give the composition results for MgO, Si02, Fe203 and LOI as: 40,99-50,2 %, 34,67-40,6 %, 6,8-13,7 %, 0,11- 1 1,27 %, respectively. Besides, 5 samples are examined by EDS method. The results indicate that these olivines are suitable for industrial usages. Their mineralogical and chemical properties are consistent with this. The results of chemical analyses plotted on different xmdiagrams. The correlation between the parameters and the origin of the ultrabasics are examined. In addition to these mineralogical and chemical compositions, the physical parameters of the Orhaneli dunites have the suitable properties for being used in industry when compared to the international standards. Non-altered/very little altered dunites are located on the southeastern part of the area and have large outcrops on Golcukbogazi hill and its vicinity. In the study area, the proved reserve is 400.000.000 tones, the probable reserve is 800.000.000 tones and the total reserve is 1.200.000.000 tones. Orhaneli olivines are demanded especially from the firms related to refractory industry, iron-steel factories, naval forces and shipyards. SE-TAT Mining Company also exports these olivines to different countries such as Macedonian and Spain. xiv