Kızılcahamam (Ankara)-Gerede (Bolu) sahasına ait  volkaniklerin jeolojik, jeokimyasal özellikleri ve yapıtaşı olarak kullanılabilirliğinin araştırılması
Investigation of the geological, geochemical properties and usage as a building stone of volcanites of Kizilcahamam (Ankara)-Gerede (Bolu) field
Yazar: EMİNE DAĞ
Danışman: DOÇ. DR. ŞENEL ÖZDAMAR
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Jeoloji Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Bu çalışmada Kızıcahamam (Ankara)-Gerede (Bolu) arasında Galatya Volkanik Bölgesinin bir parçasını oluşturan Ankara ili, Kızılcahamam ilçesi ile Bolu ili, Gerede İlçesinin Kavacık köyünün içinde bulunduğu 80 km2'lik bir alanda yüzeylenen kaya birimlerinin mineralojik-petrografik, jeokimyasal ve fiziko-mekanik özellikleri incelenmiştir.
Bölgedeki kayaçların tabanını (temel kayasını) Mesozoyik döneme ait Jura-Alt Kretase yaşlı birimler oluşturmaktadır. Bu birimler üzerine zamansal ve açısal uyumsuzlukla gelen çalışma alanına ait kayaçları oluşturan Üst Paleosen-Üst Miyosen yaşlı andezitik, bazaltik, trakitik bileşimdeki lav/domlar ile onların piroklastiklerinden oluşan volkanikler gelmiştir. Tüm bu birimler ise Pliyosen yaşlı sedimanter kökenli kireçtaşı birimleri ile uyumsuzlukla örtülmüştür.
Yapılan saha çalışmaları ve petrografik incelemeler kayaçların başta andezit olmak üzere bazalt, trakiandezit, trakit, piroklastik ve kireçtaşı olduğunu göstermektedir. Çalışma sahasına ait volkanik kökenli kayaçlar genel olarak yarı kristalli (hipokristalin) porfirik dokulu, yarı özşekilli (hipidiyomorf) olmakla birlikte trakitler akma dokusu gösterirken, kireçtaşları sparitik doku ile birlikte mikrokristalen kalsitlerden oluşan mikritik dokudadır. Ek olarak mikritik dokudaki kireçtaşı örneklerinde fosil izlerine de rastlanılmıştır. Mineral bileşimini; plajiyoklas, K-feldspat, amfibol, piroksen, olivin, kuvars, kalsit ve opak mineraller oluşturur. En yaygın alterasyon türü killeşme olup, silisleşme, kloritleşme, opasitleşme, serisitleşme, sasuritleşme epidotlaşma diğer alterasyon türleridir. Plajiyoklaslar genelde zonludur ve ikizlenme görstermektedirler. Bazı örneklerde amfibollerin kenarlarından itibaren yoğun bir opasitleşmeye uğradığı görülmüştür. Olivin mineralleri yuvarlaklaşmış kenarlarından itibaren yenmiş bir görüntüdedir. Ayrıca olivinin alterasyonu sonucu oluşan kızıl-kahve renkli iddingsit mineralleri mevcuttur. Fenokristal boyutundaki minerallerde gelişmiş normal zonlamayla birlikte, ters ve salınımlı zonlanmanın varlığı, plajiyoklas ve piroksen minerallerindeki volkan camı kapanımları, bu kayaçları oluşturan magmaların, fraksiyonel kristalleşme ve magma karışımı gibi süreçlerle gelişimini tamamladığını düşündürmektedir.
Jeokimyasal incelemeler sonucunda, bölgedeki volkanik kayaçların trakibazalt, bazaltik trakiandezit, trakiandezit, trakidasit ve dasit bileşiminde oldukları belirlenmiştir. Kayaç sınıflama diyagramına göre volkaniklerin bir kısmı alkalin özellik gösterirken büyük bir kısmı subalkalin özellik sunmaktadır.  Subalkalin kayaçlar için geliştirilen, magmatizma bileşiminin saptanmasında kullanılan toleyitik ve kalkalkalen ayrımları için kullanılan diyagramda kayaçların tümünün kalkalkalen alana düştüğü saptanmıştır. Ayrıca, SiO2-K2O diyagramında çalışma sahasına ait örnekler, kalkalkalinden şoşonitiğe doğru uzanan bir seriyi işaret etmektedir. N-MORB ve kondrite göre normalize edilmiş iz element diyagramlarında görülen büyük iyon çaplı litofil elementler (LIL) ve hafif nadir toprak elementler (LREE)) bakımından zenginleşme, sahayı oluşturan magmanın karışımını gösteren diğer bir veridir. Sahaya ait volkaniklerinin, iz element, nadir toprak element çözümlemeleri sonuçlarına dayanarak, bu kayaçların oluşumunda, fraksiyonel kristalleşmenin yanında, magma karışımı, dalma-batma ve/veya kabuksal kirlenme süreçlerinin de etkili olduğu görülmektedir.
Harker diyagramlarında, SiO2'ye karşı Na2O ve K2O içerikleri artmakta, Al2O3, CaO, MgO, Fe2O3, TiO2 ve P2O5 içerikleri azalmaktadır. TiO2'deki azalma Fe-Ti oksitlerdeki, CaO'daki azalma plajiyoklaslardaki, MgO ve Fe2O3'deki azalma piroksenlerdeki, P2O5'deki azalma amfibollerdeki, Na2O ve K2O'daki artma Na ve K elementlerinin, Na-plajiyoklaz, feldspat ve mika, minerallerinin bünyelerine girmesiyle ve ayrıca bazaltlarda ikincil mineral olarak oluşan anizotrop analsim kalıntılarıyla açıklanabilir. Bu sonuçlar, çalışma sahasının oluşumunda, fraksiyonel kristalleşme sürecinin etkin bir rol oynadığına işaret etmektedir.
Fiziko-mekanik özelliklerinin belirlenmesi için çalışma sahasına ait bazalt örnekler üzerinde özgül ağırlık, su emme, magnezyum sülfat donmaya karşı mukavemet ve tek eksenli basınç dayanımı deneyleri yapılmıştır. Deneyler sonucunda her bir lokasyondan alınan kayaç örnekleri değerlendirildiğinde, tüm örneklerin özgül ağırlık, su emme, magnezyum sülfat donmaya karşı mukavemet değerlerini ve tek eksenli basınç dayanımı değerlerini sağladığı görülmüştür. Deney sonuçlarının, TSE standartları, CIRIA/CUR (1991); CIRIA, CUR, CETMEF (2007), Karayolları Teknik Şartnamesi, DSİ Teknik Şartnamesindeki limit değerleri karşılandığı ve iyi kalitede olduğu belirlenmiştir. Dolayısıyla doğal taş haliyle deniz dolgusunda (blok taş olarak), anroşman inşaatında ve benzeri işlerde kullanılabileceği sonuç ve kanaatine varılmıştır.

Abstract:
In this study, the mineralogical-petrographical, geochemical and physico-chemical analysis of rock units outcropping in an area of 80 km2, including Ankara province, Kızılcahamam district and Bolu province, Gerede District Kavacık village, which forms a part of Galatya Volcanic Region between Kızıcahamam (Ankara)-Gerede (Bolu) mechanical properties were investigated.
The basement (basis rock) of the rocks in the region is composed of Jurassic-Lower Cretaceous units belonging to the Mesozoic period. Upper Paleocene-Upper Miocene aged andesitic, basaltic, trachytic lava/domes and their pyroclastic volcanics were overlaid on these units, forming the rocks belonging to the study area with temporal and angular unconformity. All these units are unconformably overlain by units of Pliocene aged sedimentary origin.
Field studies and petrographic studies show that the rocks are mainly andesite, but also basalt, trachyandesite, trachyte, tuff and limestone. The rocks of volcanic origin belonging to the study area are generally semi-crystalline (hypocrystalline) porphyritic, subhedral (hypidiomorphic), trachytes flow texture, while limestones are micritic texture consisting of microcrystalline calcites with sparitic texture. In addition, fossil traces were found in limestone samples of micritic texture. The fossils were completely transformed into micritic calcite and aragonite. Mineral composition; It forms plagioclase, K-feldspar, amphibole, pyroxene, olivine, quartz, calcite and opaque minerals. The most common alteration type is argillization, silicification, chloritization, opacitization, sericitization, sasuritization, epidotization are other alteration types.Plagioclases are generally zoned and show twinning. In some samples, it was observed that the amphiboles underwent intense opacification from their edges. Olivine minerals look eaten from their rounded edges. In addition, there are red-brown colored iddingsite minerals formed as a result of the alteration of olivine. The presence of reverse and oscillating zoning, volcanic glass inclusions in plagioclase and pyroxene minerals, together with the normal zoning developed in phenocrystal-sized minerals, suggests that the magmas forming these rocks completed their development through processes such as fractional crystallization and magma mixing.
As a result of geochemical investigations, it was determined that the volcanic rocks in the region are in the composition of trachybasalt, basaltic trachyandesite, trachyandesite, trachydacite and dacite. According to the rock classification diagram, while some of the volcanics show alkaline properties, most of them present subalkaline properties. In the diagram developed for subalkaline rocks and used for tholeiitic and calc-alkaline separations used to determine the magmatism composition, it was determined that all of the rocks fell into the calc-alkaline area. In addition, the samples of the study area in the SiO2 - K2O diagram indicate a series extending from calc-alkaline to shoshonitic. The enrichment in large ion diameter lithophile elements (LIL) and light rare earth elements (LREE) seen in trace element diagrams normalized to N-MORB and chondrite is another data showing the mixture of magma forming the massif. Based on the trace element and rare earth element analyzes of the volcanics of the area, it is seen that magma mixing, subduction-subduction and/or crustal contamination processes are also effective in the formation of these rocks, as well as fractional crystallization.
In Harker diagrams, Na2O and K2O contents increase against SiO2, Al2O3, CaO, MgO, Fe2O3, TiO2 and P2O5 contents decrease. Decrease in TiO2, decrease in Fe-Ti oxides, decrease in CaO, decrease in plagioclase, MgO and Fe2O3, decrease in pyroxenes, decrease in P2O5 increase in amphiboles, Na2O and K2O elements Na and K, Na-plagioclase, feldspar and mica, can be explained by the incorporation of minerals into their structures. High Na can be explained by anisotropic analcime residues that occur as a secondary mineral in basalts. These results indicate that the fractional crystallization process plays an active role in the formation of the study area.
In order to determine their physico-mechanical properties, specific gravity, water absorption, magnesium sulfate frost resistance and uniaxial compressive strength tests were carried out on basalt samples belonging to the study area. When the rock samples taken from each location were evaluated as a result of the experiments, it was observed that all samples provided specific gravity, water absorption, magnesium sulfate resistance to freezing and uniaxial compressive strength values. Test results, TSE standards, CIRIA/CUR (1991); It has been determined that the limit values in CIRIA, CUR, CETMEF (2007), Highways Technical Specification, DSI Technical Specification are met and are of good quality. Therefore, it has been concluded  that it can be used in sea fill (as block stone), in the construction of anroşman and similar works in its natural stone form.