Tuz Gölü ve yakın çevresindeki çökellerin mineralojik ve jeokimyasal özellikleri
Mineralogical and geochemical characteristics of the sediments in Salt Lake and the close vicinity
Yazar: MEHMET YAVUZ HÜSEYİNCA
Danışman: DOÇ. DR. ŞUAYIP KÜPELİ ; PROF. DR. HÜKMÜ ORHAN
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Jeoistatistik = Geostatistics ; Jeokimya = Geochemistry ; Jeokimyasal özellikler = Geochemical features ; Jeoloji = Geology ; Jeolojik inceleme = Geological survey

Özet:
Bu çalışma; Tuz Gölü suyu, bu sudan çökelen güncel tuz tabakası ve altındaki sığ göl çökelleri ile gölün yakın çevresinde yüzeylemiş olan eski göl çökellerinin mineralojik, petrografik ve jeokimyasal özelliklerinin incelenmesini amaçlamaktadır. Bu kapsamda incelenen çökellerin köken kayaç karakterleri, kaynak alanındaki kimyasal bozunma etkisi ve tektonik konumları belirlenmiştir.
Tuz Gölü suyunun kimyasal içeriği bazı yerel dalgalanmalar haricinde önemli bir değişim göstermemektedir. Korelasyon ilişkileri ve küme analizlerine göre sudaki element içeriği felsik ve mafik olmak üzere iki farklı kökenden kaynaklanmaktadır. Ana bileşen olan Na ve Cl elementleri ise muhtemelen yeraltındaki tuz tabakalarından hidrotermal çözeltiler vasıtasıyla taşınarak çökelme ortamına katılmışlardır.
Tuz kabuğu olarak adlandırılan ve göl suyundan kimyasal yollarla çökelen tuz tabakası önemli ölçüde halit ve daha az oranda jipsten meydana gelmektedir. Kabuğun alt ve üst seviyelerini temsil eden örneklerin her birinde Co, Rb, Sr, Zr, Cu, Pb ve Ni içeriği belirlenmiştir. Ancak diğer iz elementler bazı örneklerde ölçülmüş bazılarında ölçülememiştir.
Tuz kabuğunun altındaki sığ göl çökelleri, XRD analizlerine göre kırıntılı ve evaporitik mineral fazlarından oluşmaktadır. Kırıntılı faz kuvars, albit, hölandit, şabazit ve vermikülit; evaporitik faz ise halit, polihalit, jips, dolomit, kalsit, manyezit, huntit, kernit, probertit ve üleksit mineralleri ile temsil edilmektedir. Sığ göl çökellerinin ana oksit ve iz element içerikleri ICP-ES ve ICP-MS analizleriyle belirlenmiştir. Jeokimyasal veriler ana ve iz element içeriklerine göre hazırlanmış olan A-CN-K, köken ve tektonik konum diyagramlarına düşürülmüştür. Bunun yanında örneklerin Nadir Toprak Element (NTE) içerikleri, Arkeen Sonrası Avustralya Şeylleri (ASAŞ), Üst Kıtasal Kabuk (ÜKK) ve kondrit değerlerine göre normalize edilip değerlendirilmiştir. Sığ göl çökelleri için kaynak alanında kimyasal bozunma etkisi düşüktür (Rort=8.69 ve STİort=84.64). İz element içeriklerine göre çökeller, üst kabuk kökenli kayaçlar ile ortaç-mafik bileşimli kaynaklardan beslenmiş ve tektonik konum belirleme diyagramlarına göre kıtasal ada yayı konumunda depolanmıştır. Çökellerde, farklılaşmamış geç yay (FMGY), kısmen yeniden çökelme çevrimine girmiş sedimanter kayaç (YÇÇK) ve ofiyolitleri temsil eden taşınmış bileşen (TB) gibi tektonik ortamları yansıtan köken bileşenleri ayırtlanmıştır.
Eski göl çökelleri kapsamında Tuz Gölü'nün yakın çevresinde yüzeylemiş olan Mezgit gurubunun Yassıpur, Akboğaz ve Tepeköy formasyonları ile Cihanbeyli, İnsuyu ve Tuzgölü formasyonları incelenmiştir. Yassıpur formasyonu için kaynak alanda kimyasal bozunma etkisi çok düşüktür (AKİort=48.73 ve BKİort=56.45). İz element içeriklerine göre formasyon, FMGY tipi köken bileşeninin bulunduğu ve başlıca ortaç-mafik mağmatik bileşimli kaynaklardan beslenmiş ve kıtasal ada yayı kenarında depolanmıştır.
Masif jipsten oluşan Akboğaz formasyonunun NTE içeriği ÜKK ve ASAŞ'a göre oldukça düşüktür. Formasyonun Y/Ho oranı doğrudan deniz suyundan çökelimi desteklemezken düşük NTE içeriği ve kondrit normalize desenlerde gözlemlenen lantanit dörtlü etkisi, doğrudan deniz suyundan çökelim olduğunu kuvvetlendirmektedir. Akboğaz formasyonunun altındaki ve üstündeki formasyonlarla arasında terrijen malzeme bakımından zengin olan alt ve üst geçiş zonları bulunmaktadır. Alt geçiş zonunda kaynak alanında kimyasal bozunma etkili değildir. Kırıntılı malzeme bakımından daha zengin olan üst geçiş zonunda ise bu etki bozunmaya başlangıç aşamasındadır (AKİort=56.02 ve BKİort=59.21). İz element içeriklerine göre bu zonlardaki terrijen malzeme FMGY köken tipi bileşeninin bulunduğu ortaç-mafik bileşimli kaynaktan beslenerek okyanusal ada yayı konumunda depolanmıştır.
Kumtaşlarından oluşan Tepeköy formasyonu için kaynak alanda kimyasal bozunma etkisi düşüktür (AKİort=51.42 ve BKİort=61.22). İz element içeriklerine göre formasyon, FMGY ve TB tipi köken bileşenlerinin olduğu ortaç-mafik bileşimli kaynaktan beslenerek kıtasal ada yayı konumunda depolanmıştır.
Cihanbeyli formasyonunun gevşek tutturulmuş kiltaşı-silttaşı seviyesi için kaynak alanda kimyasal bozunma etkisi bozunmaya başlangıç aşamasındadır (AKİort=58.09 ve BKİort=64.50). İz element içeriklerine göre bu seviye farklılaşmış genç yay (FGY) tipi köken bileşeninin bulunduğu ortaç-mafik bileşimli bir kaynaktan beslenmiş ve tektonik ayırtlama diyagramlarına göre okyanusal ve kıtasal ada yayı konumlarında depolanmıştır.
Kireçtaşlarından oluşan İnsuyu formasyonunun NTE içeriği kapsadığı kırıntılılardan dolayı yüksektir. Hafif nadir toprak element (HNTE) içeriğinin ve negatif Eu anomalisinin (Eu/Eu*) yüksek oluşundan dolayı formasyonun bünyesindeki bu kırıntılılar üst kabuk kökenlidir.
Tuzgölü formasyonuna ait jipslerin NTE içeriği bünyesindeki terrijen malzeme miktarının az olmasından dolayı düşüktür. Ancak elde edilebilen verilere göre HNTE içeriği yüksektir ve felsik bir kaynağa işaret eder.
Elde edilen tüm bu jeokimyasal veriler yaşlı ve güncel göl çökellerinin çoğunlukla mafik ve kısmen üst kabuk kökenli kayaçlardan beslenerek bir yay önü havzada depolandıklarını göstermektedir.

Abstract:
This study aims to investigate mineralogical, petrographical and geochemical characteristics of the Salt Lake water, the recent salt layer precipitated from this water and bottom shallow lake sediments with the old lake sediments outcropping in close vicinity. In this context, source rock characteristics, chemical weathering effects in the source region and tectonic setting of the sediments were determined.
The chemical composition of Salt Lake water doesn't show any significant change except for some local fluctuations. According to the correlation relationships and cluster analysis, element content of the water originates from two different sources being felsic and mafic. Na and Cl which are the main components of the water participated to the deposition environment probably via transportation from underground salt layers by the hydrothermal fluids.
Salt layer and so-called salt crust that is chemically precipitated from the lake water consists from mainly halite and to a lesser extent gypsum. In each of the samples representing the lower and upper levels of the crust Co, Rb, Sr, Zr, Cu, Pb and Ni contents were determined. However, other trace elements were measured in some samples but in some could not be measured.
Shallow lacustrine sediments beneath the salt crust is composed of clastic and evaporitic mineral phases according to the XRD analysis. Clastic phase is represented by quartz, albite, heulandite, chabazite, vermiculite; evaporitic phase is represented by halite, polyhalite, gypsum, dolomite, calcite, magnesite, huntite, kernite, probertite and ulexite minerals. The major oxide and trace element contents of the shallow lake sediments were determined by ICP-ES and ICP-MS analysis. Geochemical data are plotted on A-CN-K, provenance and tectonic setting diagrams prepared according to major and trace element contents. In addition, Rare Earth Element (REE) contents of the samples are normalized by Post Archean Avustralian Shale (PAAS), Upper Continental Crust (UCC) and chondrite values and then evaluated. The chemical weathering effect is low in the source area (Ravg=8.69 and STIavg=84.64). According to trace element contents, sediments are fed from upper crustal rocks and intermediate-mafic sources while deposited in continental island arc setting according to tectonic setting discrimination diagrams. In sediments, source components reflecting tectonic environments such as Young Undifferentiated Arc (YUA), partly Recycled Sedimentary Rocks (RSR) and Exotic Components (EC) representing ophiolites were identified.
Within the scope of ancient lake sediments, Yassıpur, Akboğaz and Tepeköy formations belonging to Mezgit group with Cihanbeyli, Insuyu and Tuzgölü formations outcropping around the close vicinity of the Salt Lake were studied. The chemical weathering effect in the source area of Yassıpur formation is very low (CIAavg=48.73 and CIWavg=56.45). According to trace element contents, formation is fed from mainly intermediate-mafic compositional sources which have YUA type source component and deposited in continental island arc setting.
REE contents of Akboğaz formation consisting from massive gypsum is very low compared to UCC and PAAS. Y/Ho ratio of the formation doesn't support direct deposition from sea water while low REE content and the lanthanide tetrad effect observed in the chondrite normalized patterns strengthens the case of direct deposition from sea water. There are lower and upper transition zones rich in terrigenous material between the Akboğaz formation and the top and bottom formations. In the lower transition zone, chemical weathering in the source area is not effective. This effect in the upper transition zone which is richer in terrigenous material is at the early stage of weathering (CIAavg=56.02 and CIWavg=59.21). According to trace element content, terrigenous material in these zones are fed from intermediate-mafic compositional sources which have YUA type source component and deposited in oceanic island arc setting.
Chemical weathering effect in the source area for Tepeköy formation consisting of sandstones is low (CIAavg=51.42 and CIWavg=61.22). According to trace element contents, formation is fed from intermediate-mafic compositional sources which have YUA and EC type source components and is deposited in continental island arc setting.
Chemical weathering effect in the source area of loosely cemented claystone-siltstone level of Cihanbeyli formation is at the early stage of weathering (CIAavg=58.09 and CIWavg=64.50). According to trace element contents, this level is fed from mafic-intermediate compositonal sources which have young differentiated arc (YDA) type source component and is deposited in oceanic and continental island arc settings according to tectonic setting discrimination diagrams.
REE content of the Insuyu formation consisting of limestone is high due to the terrigenous material content. Because of high light rare earth element (LREE) contents and negative Eu anomalies (Eu/Eu *), these terrigenous material within the formation have upper crustal origin.
REE contents of gypsum belonging to Tuzgölü formation is low because of the small amount of terrigenous material within the formation. But high LREE content indicate a felsic source according to data obtained.
All these obtained geochemical data indicate that old and recent lake sediments are often fed from mafic and upper crustal source rocks and deposited in a fore-arc basin.