Orta toroslardaki kızıltepe (Bolkardağı-Ulukışla-Niğde) altın- gümüş-çinko-kurşun yatağının bazı jeolojik, mineralojik ve jeokimyasal özelliklerinin incelenmesi
Investigon of some geoligical, mineralogical and geochemical properties of kiziltepe (Bolkardaği-Ulukişla-Niğde) gold-si̇lver-zi̇nc-lead deposit in the central taurus belt
Yazar: MEHMET GÜLTEKİN
Danışman: PROF. DR. ŞUAYİP KÜPELİ
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Güney Türkiye'de, Orta Torosların doğusundaki Bolkardağları'nda yer alan sülfürlü ve sülfürsüz Kızıltepe Au-Ag-Zn-Pb yatağı jeolojik, mineralojik ve jeokimyasal özelliklerinin yanı sıra oluşum mekanizmasını anlamak amacıyla incelenmiştir. Yataktaki sülfürlü ve sülfürsüz cevherler Permo-Triyas yaşlı düşük dereceli metamorfik platform tipi Bolkardağ karbonatları içerisindeki devrik bir antiklinalin çatlak, kırık, fay ve breşik zonları ile yer yer de tabaka düzlemleri boyunca yer almaktadırlar. 
        Başlıca pirit, galenit, sfalerit, fahlerz minarellerden oluştuklarını ve piritlerin yer yer markazitlere dönüştüğü, piritlere seyrek olarak da arsenopirit minerallerin eşlik ettiği belirlenmiştir. Eser oranlarda gümüşlü? sulfotuz ve kovellin gibi minerallerden oluşan birincil sülfürlü cevher kalıntıları, Zn-Pb karbonatlar, Zn silikatlar ve Fe-Mn oksi-hidroksitlerden oluşan ikincil ve üçüncül sülfürsüz cevherler ve yan kayaçlar içerisinde kısmen de olsa korunabilmişlerdir.   Birincil sülfürlü cevherlere göre çok daha baskın olan ikincil ve üçüncül sülfürsüz cevherler, ya yüzeysel ayrışma süreçleri ile birincil sülfürlü cevher kütlelerinin yerini almışlar (otokton) ya da açık tektonik hatlar ve bunlarla ilişkili karstik boşluklar içerisinde yeniden depolanmışlardır (allokton). 
        Mineralojik ve petrografik incelemeler saha gözlemlerinin yanı sıra ince ve parlak kesit mikroskop, XRD ve SEM-EDS çalışmaları ile yürütülmüştür. SEM-EDS çalışmaları sırasında yapılan elementel ölçekli noktasal analizler ile ICP-MS ve ICP-OS cihazları ile gerçekleştirilen tüm kayaç ana ve iz element analizleri jeokimyasal çalışmaların temelini oluşturmuştur. 
        Birincil sülfürlü cevherler ortalama %32.08 Pb, %26.8 S, %20.41 Fe2O3, %15.22 Zn, %13.29 AK, %4.04 CaO ve %1,84 SiO2 içermektedirler. İstatistiksel analizlerde Fe-S, Al-K ve Zn-Fe arasında kuvvetli; Zn-Ca, Mg-Ca, Pb-Ca, Al-Si ve Mn-Fe arasında ise zayıf ya da çok zayıf pozitif korelasyonlar buna karşın Pb-AK ve Pb-Fe arasında ise kuvvetli; Zn-Pb ve Pb-Mg arasında da zayıf ya da çok zayıf negatif korelasyonlar belirlenmiştir. 
        Birincil sülfürlü cevherlerden türeyen ikincil ve üçüncül sülfürsüz cevherler ortalama % 30.81 Fe2O3, %11,73 AK, % 11.27% MnO, % 10.09 Pb, %5.06 Zn ve % 3.42 CaO içerirler.  Bu bileşenlerden K-Al; S-Fe arasında kuvvetli; Mg-Al, Pb-Fe arasında zayıf pozitif, buna karşın S-Mn, S-P arasında kuvvetli, Mn-Fe, Fe-Si, P-Ca ve Mn-Pb arasında da zayıf ya da çok zayıf negatif korelasyonlar görülmektedir.  
        Sülfürsüz ikincil-üçüncül cevherler, sülfürlü birincil cevherlere göre Mn, Si, K, Al, Fe, C bakımından zenginleşirken S, Mg, Pb, ve P bakımından da fakirleşmişlerdir. Birincil sülfürlü cevherlerde diğer iz elementlere göre daha yüksek oranlarda bulunan As, Cu, Sb, Cd ve Sn içerikleri sırasıyla 2518.2 ppm; 1181.9 ppm; 1107.6 ppm; 810.6 ppm ve 730.4 ppm dir. Bunlardan yüksek Cu, Sn ve Cd değerleri yüksek ısılı, As ve Sb değerleri ise düşük ısılı bir oluşuma işaret etmektedirler. Çok evreli yüzeysel ayrışma ve karstlaşma süreçleri, birincil sülfürlü Zn-Pb cevherlerini özellikle Au (1686.46 ppb) ve Ag (>100 ppm) bakımından zenginleştirerek onları sadece Zn ve Pb için değil aynı zamanda Au ve Ag için de işletilebilir düzeyde tenörlere sahip olan polimetalik ikincil-üçüncül sülfürsüz Zn-(Pb) cevherlerine   dönüştürmüştür. 
        Sülfürlü birincil cevherler toplam 8.66 ppm toplam NTE+Y; sülfürsüz ikincil cevherler ise 18,16 ppm toplam NTE+Y içeriklerine sahiptirler. Şeyl normalize birincil sülfürlü cevher örnekleri zayıf negatif Ce (Ce/Ce*=0.79 Ortalama ) ve kuvvetli pozitif Eu (Eu/Eu*=1.83 Ortalama  ) anomalileri ile kondritik Y/Ho oranlarına (Ortalama 26) sahip birbirlerine benzer düz veya düze yakın NTE desenleri sunmaktadırlar. Sülfürsüz ikincil-üçüncül cevherler belirgin negatif Ce (Ortalama Ce/Ce*= 0,77) ve kuvvetli pozitif Eu (Ortalama Eu/Eu* = 10.17) anomalileri ile süper kondritik Y/Ho oranlarına (Ortalama 39.7) sahip olan birbirlerine çok benzeyen düz veya düze yakın NTE desenleri gösterirler.  Şeyl ile birincil ve ikincil-üçüncül cevherler arasındaki en önemli fark, NTE+Y içeriklerinin Şeyl'e göre özellikle birincil cevherlerde, daha az oranda da ikincil cevherlerde daha düşük olmasıdır. Bu belirgin farklılığın nedeni cevher yapıcı hidrotermal çözeltilerin asıl kaynağı durumundaki litosferik manto kökenli Horoz granodiyoriti ile ilişkili sıcak çözeltilerin NTE içeriklerinin kabuk kökenli bir magma ile ilişkili hidrotermal çözeltilere göre daha fakir olması olabilir. 
        Elde edilen jeolojik, mineralojik, petrografik ve jeokimyasal veriler, Kızıltepe Au-Ag-Zn-Pb yatağının üç evreli bir oluşum modeline sahip olduğunu göstermektedir. Birinci evre Geç Kretase'den itibaren başlayan ve Geç Paleosen-Erken Eosen döneminde giderek etkinleşen Neotetis okyanusunun güney kolunun kapanması ile ilişkili kompresyonel tektonik rejim altındaki dalma-batma, çarpışma ve kabuk kalınlaşması gibi bir dizi tektonik olay sırasında Horoz Granodiyoriti'nin Permo-Triyas yaşlı Bolkardağ karbonatları içerisine sokulum yapması ve eş zamanlı hidrotermal çözeltilerden tektonik kontrollü hipojen-epijenetik karakterli birincil sülfürlü Zn-Pb cevher damar, mercek ve kütlelerinin çökelmesidir. İkinci evre birincil sülfürlü Zn-Pb cevherlerinin erken yüzeysel ayrışma ve karstlaşma süreçleri sonucunda Zn-Pb karbonat, -silikat ve Fe-Mn oksi-hidroksitlerden oluşan toprağımsı-kabuğumsu-böbreğimsi ikincil sülfürsüz Zn-Pb cevherlerine dönüşmesidir. Üçüncü evre ise çok evreli geç yüzeysel ayrışma ve iç karstlaşma süreçleri ile birlikte hem birincil sülfürlü cevher kalıntılarının hem de ikincil sülfürsüz cevherlerin Zn karbonat, Zn-silikat, Zn-hidrat ve Fe-Mn oksi-hidroksit minerallerine dönüşerek üçüncül sülfürsüz Zn-(Pb) cevherlerini oluşturması ve daha önce oluşmuş olan birincil ve ikincil cevherlerle birlikte çok karmaşık bir şekilde karst sedimanları şeklinde iç içe yeniden çökelmeleridir.

Abstract:
The sulfide and non-sulfide Kızıltepe Au-Ag-Zn-Pb deposit, located in the Bolkar mountains, east of the Central Taurus Belt in Southern Turkey, was investigated in order to understand its formation mechanism as well as its geological, mineralogical and geochemical properties. The sulfide and non-sulfide ores in the deposit are located along the crack, fracture, fault, brecciated zone and in some places bedding planes of an overturned anticline within the Permo-Triassic low grade metamorphic platform type Bolkardağ carbonates.
               Primary sulfide ore residues, mainly composed of minerals such as pyrite, galena, sphalerite and fahlerz, and pyrites are occasionally transformed into marcasites, and pyrites are rarely accompanied by arsenopyrite minerals. Trace proportions of silver? minerals such as sulphate and covelline have been partially preserved in secondary and tertiary non-sulfide ores composed of Zn-Pb carbonates, Zn silicates and Fe-Mn oxy-hydroxides and in host rock crbonates. Much more dominant than primary sulfide ores, secondary and tertiary sulfide ores have either been displaced by surface weathering processes (autochthon) or redeposited in open tectonic lines and associated karstic spaces (allochthon).
                Mineralogical and petrographic studies were carried out with field observations as well as thin section optical and ore microscopes, XRD and SEM-EDS studies. Elemental scale point analyzes made during SEM-EDS studies and all rock major and trace element analyzes performed with ICP-MS and ICP-OES devices formed the basis of geochemical studies.
                 Primary sulfide ores contain on average 32.08% Pb, 26.8% S, 20.41% Fe2O3, 15.22% Zn, 13.29% AK, 4.04% CaO and 1.84% SiO2. In statistical analysis, strong positive correlations between Fe-S, Al-K and Zn-Fe; Weak or very weak positive correlations between Zn-Ca, Mg-Ca, Pb-Ca, Al-Si and Mn-Fe, whereas strong negative correlations between Pb-AK and Pb-Fe; Weak or very weak negative correlations were also determined between Zn-Pb and Pb-Mg.
              Secondary-tertiary non-sulfide ores derived from primary sulfide ores contain an average of 30.81% Fe2O3, 11.73% AK, 11.27% MnO, 10.09% Pb, 5.06% Zn and 3.42% CaO. There are strong positive correlations between K-Al, S-Fe; weak positive correlations between Mg-Al, Pb-Fe, while strong negative correlations between S-Mn, S-P, and weak or very weak negative correlations between Mn-Fe, Fe-Si, P-Ca and Mn-Pb in the secondary-tertiary naon sulfide ores.
              Non-sulfide secondary-tertiary ores are enriched in Mn, Si, K, Al, Fe, C, and depleted in S, Mg, Pb, and P compared to sulfide primary ores. The contents of As, Cu, Sb, Cd and Sn, which are found at higher rates in primary sulfide ores than other trace elements, are 2518.2 ppm, 1181.9 ppm; 1107.6 ppm; 810.6 ppm and 730.4 ppm, respectively. Of these, high Cu, Sn and Cd values indicate a high-temperature formation, while As and Sb values indicate a low-temperature formation. As a result of multi-stage surface weathering and karstification processes, primary sulfide Zn-Pb ores were especially enriched in Au (1686.46 ppb) and Ag (>100ppm) and transformed into secondary non-sulfide Zn-(Pb) ores that yielded exploitable grades for Au and Ag as well as zinc and lead.
             Primary sulfide Zn-Pb ores have a total 8.66 ppm REE+Y; non-sulfide secondary Zn-(Pb) ores have a total REE+Y content of 18.16 ppm. Shale normalized primary sulfide ore samples exhibit similar flat or nearly flat REE patterns with weakly negative Ce (Average Ce/Ce*=0.79) and strongly positive Eu (Average Eu/Eu*=1.83) anomalies and chondritic Y/Ho ratios (Average 26). Non-sulfide secondary-tertiary ores have very similar REE+Y patterns with süper chondritic Y/Ho ratios (mean 39.7), distinct negative Ce (Ce/Ce*= Mean 0.77) and strongly positive Eu (Eu/Eu* = Avg. 10.17) anomalies. They show flat or nearly flat REE patterns. The most important difference between shale and primary and secondary-tertiary ores is that REE+Y contents are lower than Shale especially in primary ores and to a lesser extent in secondary-tertiary ores. The reason for this significant difference may be that the REE contents of the hydrothermal solutions associated with the lithospheric mantle-origin Horoz granodiorite, which is the main source of ore-forming solutions, are poorer than the hydrothermal solutions associated with a crustal magma.
               The geological, mineralogical, petrographic and geochemical data show that the Kızıltepe Au-Ag-Zn-Pb deposit has a three-stage formation model. The first stage is the intrusion of the lithospheric mantle-origin magma formed in the Bolkardağ region into the Permo-Triassic units and simulteneously emerged hydrothermal solutions in this process precipitating sulfide Zn-Pb ore veins, lenses and masses along the cracks, fractures, faults and brecciated zones in the Bolkardağ marbles. This process, which provides the formation of primary sulfidic Zn-Pb ores with hypogene epigenetic character, was resulted from the compressional tectonic regime causing a series of tectonic events such as subduction, collision and crustal thickening occurred simultaneously with the closure of the southern branch of the Neotethys oceanin Turkey, which started from the Late Cretaceous and became more active during the Late Paleocene-Early Eocene. The second phase is the transformation of primary sulfide Zn-Pb ores into earthy-crustic-renal-like secondary sulphur-free Zn-Pb ores consisting of Zn-Pb carbonate, -silicate and Fe-Mn oxy-hydroxides as a result of early surface weathering and karstification processes. The third stage is the transformation of both primary sulfide ore residues and secondary non-sulfur ores into Zn carbonate, Zn-silicate, Zn-hydrate and Fe-Mn oxy-hydroxide minerals to form tertiary sulfide-free Zn-Pb ores, with multi-stage late superficial weathering and internal karstification processes. and they are intertwined in the form of karst sediments in a very complex way together with the primary and secondary ores that have formed before.