Çan -Çanakkale bölgesi kaolinit yataklarının ve çevresinin petrografik  minerolojik ve jeokimyasal incelenmesi
Genesis, stable isotope and mineral characterization of duman çaltikara bahadirli   and hamamtepe kaolinit deposits, Çanakkale, Turkey
Yazar: AYÇA AYDIN
Danışman: PROF. DR. ÖMER IŞIK ECE
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Bu tez çalışması Kuzeybatı Anadolu' da Biga yarımadasında Çanakkale iline bağlı Çan ilçesi civarındaki Duman, Çaltıkara, Bahadırlı ve Hamamtepe kaolinit yataklarının mineralojik, petrografik, jeokimyasal ve kökensel incelemesini konu edinmiştir. Arazi çalışmaları ile birlikte mineralojik, petrografik, jeokimyasal ve izotopik laboratuar çalışmalarını içermektedir.
Çalışma alanında  Oligosen-Miyosen volkanizmasına bağlı olarak oluşmuş andezitik bileşimli lavlar ve piroklastik kayaçlardır tespit edilmiştir.  Bölgedeki aktif tektonizma nedeniyle birimlerde faylanma, kırık ve çatlaklar meydana gelmiştir ve bu fay, kırık ve çatlak hatları boyunca yükselen hidrotermal çözeltiler yaygın bir alterasyona neden olmaktadır. Çalışmaya konu olan kaolinit ocakları söz konusu  volkanizmayla ilişkili olarak gelişen tüflerde tektonizma etkisi ile faylı kırıklı ve çatlaklı bir yapı kazanmıştır. Bu yapısal unsurlar hidrotermal çözeltinin  sirkülasyonunu kolaylaştırmış ve ana kayacın alterasyonu sonucunda kaolinitlerin oluşması sürecinde önemli bir rol oynamışlardır.   
Çaltıkara ocağında hakim mineralin kaolinit olduğu gözlenmiştir.  Silis zonunda kuvars hakimdir ve genellikle masif yapı sunmaktadır. Yapılan X-ışını difraktogramlarındaki pik çözümlemeleri neticesinde demiroksit minerallerine rastlanmıştır. Ocaklardan alınan sülfat minerali olan alünitlerden yapılan kükürt izotop analizleri δ34S +5.7 / +16.8 ‰ aralığında değişmekte olup, δ18O +10.3 / +12.2 ve δD -82 / -49 ‰ aralığındadır.
Bahadırlı kaolinit yatağı Çan volkanitleri içerisinde oluşmuştur. X-ışınları difraksiyonu pik çözümlemelerinde kaolinit, halloysit, montmorillonit ve illit gibi kil minerallerine ve kuvars, natroalünit, albit, anortit, sanidin, tridimit, jips minerallerine rastlanmış, fakat demir oksit mineraline rastlanmamıştır. Bu ocaktan kükürt izotop analizi yapılacak kadar sülfür minerali elde edilememiştir. Duraylı izotop analizleri ise; δ18O +13.4 / +19.0 ve δD -345 / -70.0‰ aralığındadır.
Duman kaolinit yatağı da Çan volkanitlerine ait tüf birimleri içinde oluşmuştur.  X-ışınları difraksiyonu pik çözümlemelerinde kaolinit, halloysit, montmorillonit, illit, gibi kil minerallerine ve kuvars, albit, alünit minerallerine rastlanmış, demir oksit mineraline rastlanmamıştır. Ocaklardan alınan sülfat minerali olan alünitlerden yapılan kükürt izotop analizleri δ34S -17.3 / +0.9 ‰ aralığında olup; δ18O -11.8 / +17.0 ve δD -99 / -93‰ aralığındadır.
Hamamtepe ocağı asidik tüfler içerisinde yeralır ayrıca yapılan incelemelerde bu ocaktaki majör mineralin kuvars olduğu gözlemlenmiştir. X-ışınları difraktogramlarında mikroklin ve muskovit gözlemlenmiştir. Ayrıca minör seviyede kaolinit, eser miktarda natroalunit varlığı tespit edilmiştir. Duraylı izotop analizlerinin sonuçları; δ18O -74 / -88 ve δD +10.3 / +14.5 ‰ şeklindedir. 
Bahadırlı ve Duman örneklerine ait duraylı izotop verilerine dayanarak hesaplanan paleortam sıcaklıkları kaolinleşmenin düşük sıcaklıklarda meteorik sularla gerçekleştiğini göstermektedir. Düşük paleoiklim oluşum sıcaklık değerleri   süperjen bir oluşumu işaret etmektedir. Çaltıkara örneklerdeki kaolinleşmenin düşük sıcaklıklarda meteorik sularla gerçekleştiğini göstermektedir. Bazı örneklerin kökenin  magmatik su olduğu ve oluşum sıcaklığının yüksek olduğunu gözlenmiştir ki bu kaolinitlerin  hidrotermal alterasyon koşullarında oluşmuştur. Paleoortam model oluşum sıcaklıkları epitermal alterasyon sıcaklık aralığında yer almaktadır. Bu ortamlar sıcak-su çıkışlarınında bulunduğu buhar ısıtmalı ortamlardır ve H2S'ce zengin buharın yüzeye yakın noktalar olan vadoz zonda yeraltı sularıyla ile karışarak soğuyup oksidize olması, ortamı asidikleştirip, çökelmesiyle oluştuğu kabul edilmiştir.

Abstract:
Duman, Çaltıkara, Bahadırlı and Hamamtepe kaolinite deposits located in the Çan Volcanics (Oligo-Miocen), which composed of lavas and tuffs and as a result of hydrotermal alteration of these lavas and tuffs kaolinit deposits were formed.
Development of hydrothermal alteration is related to Miocene tectonism and magmatism. Geodynamic evolution of the Aegean Region began with the first closure of the Neotethys along the Aegean-Cyprus subduction zone. During this episode, the Afro-Arabian and Anatolian plates started to collide in the Eastern Anatolia. 
During Oligocene, Biga Peninsula tectonically uplifted and then erosion was started. On the Early-Middle Miocene, calc-alkaline volcanism began and magmatic activity affected during the beginning of new regional tectonic stress. During Late Upper Miocene, extension of the Biga Peninsula started as a result of right-lateral movement of North Anatolian Fault and has continued to the present day.  As a result of tectonic activites, many fractures and fault zones formed and simultaneously widespread magmatism in the region. Geothermal waters have been ascending up through the fractures and faults which related to magmatism and regional tectonism.  Because of these ascending acidic waters; tuffs, feldspars, micas and volcanic rocks strongly altered into clay minerals especially kaolinite. 
Tuffs can be altered easily due to their amorphous structure and having more porosity and permeability than other volcanic rocks. Dissolved silica in ascending geothermal waters precipitate when they reach to the surface as the result of increasing of PH and decreasing of temperature. With the changes of the temperatures, the accumulation of silica started in the fault zones, fractures and pores of the rocks and/or formed on the surface of silica cap-rocks. 
Kaolinite samples were analyzed by XRD to determine their mineralogical compositions, which are as follows; 
- Bahadırlı deposit minerals are kaolinite, alunite, halloysite, illite montmorillonite and quartz, albite, tridymite, sanidine, microcline, cristobalite.
- Çaltıkara kaolinit deposits minerals are mainly quartz kaolinite, natroalunite, tridymite and rhomboklase. 
- Duman kaolinite deposits minerals are kaolinit, illite montmorillonite, natroalunite, halloysite quartz, albite, dolomite, tridymite, sanidine, microcline, and anorthite.
- Hamamtepe tuff deposits minerals are quartz, kaolinite, natroalunite, and microcline. 
 Micro-morphology Çaltıkara kaolinite deposit and Hamamtepe tuff deposit was determined from FE-SEM studies. There are two different type of kaolinite minerals especially determined in Çaltıkara kaolinite deposit; randomly scattered kaolinites and book-shaped kaolinites. Also quartz minerals are seen as scattered on the other mineral surfaces. For the samples which belong to Hamamtepe tuff deposits have very little alteration; as seen non-altered feldispar minerals on electron microscopy micrographs. 
Geochemical analysis revealed that Al2O3 values are very high but the other values of major oxides (CaO, Na2O, K2O, TiO2, P2O5 and MnO) are very low, compared to fresh volcanic rocks. This is a characteristic feature of alteration and kaolinitization due to acid-sulphate chemical leaching. Some kaolinit samples have high TiO2 and Fe2O3 values because of the presence of Fe-oxide minerals (rhomboclase ext.). While the feldspar altered, K+ leaves the system and, alunite minerals were formed by the presence of SO42- and K+ in micro-environments.
Alteration mineral assemblages give idea about alteration stages and types. Quartz, alunite, phyrophillite/kaolinite and dickite mineral assemblages are indicating advanced argillite alteration. Vuggy quartz and quartz form are found in the center of the alteration zones and they have erosion-resistant. Quartz–alunite and quartz–kaolinite associations located near the quartz zone. This mineral associations reflect the gradually neutralization of acidic solutions when ascended through fracture zones. 
These deposits include iron oxide minerals. According to mineralogical composition of the deposits, geothermal solutions change from acidic to neutral when it getting away from the fault zones and through time. 
Sillitoe (1999) distinguished deep and shallow epithermal systems using mineral composition of the deposits. He identified shallow epithermal systems with quartz+ alunite+vuggy quartz and silicifications, but this system is poor for metals and sulphide minerals. 
Alunite group minerals occur highly acidic and oxidized conditions. Quartz+alunite+kaolinite+pyrite composed of geothermal waters in environments where pH is usually between 2 and 3. Alunite, kaolinite and sulphide can give information on the ambient temperature. Kaolinite, silica minerals and alunite are characteristic minerals of the advanced argillitic alteration. 
These formations around the world have been considered to be a steam-heated environment if it is in the vadose zone and it considered to supergene environment if it above the water table. Kaolinite-alunite system  is defined as high-sulphidation and sulphide minerals are defined as low-sulphidation.
S-O-H stable isotopes were analyzed from the Bahadırlı, Çaltıkara, Duman  and Hamamtepe  deposits. The sulfur isotope values of 6 alunite samples were determined from Duman and Çaltıkara deposits. Duman  δ34S isotopic values range from -17.0 to +0.9 ‰ and these values reflect its formation from magmatic-hydrothermal derived sulfur. Çaltıkara δ34S isotopic values range from +8.6 to +16.8 ‰ and these values reflect its formation from  magmatic-hydrothermal derived sulfur.   
The O and H isotopic values of Duman kaolinite deposit range from δ18O +13.4 / +19.0 ‰ and from δD -70 / -345  ‰ which are very close to the line of S/H which indicates low temperature. Isotopes data suggest that original geothermal waters were meteoric waters and  these datas reflect genesis of supergene origin and enriched regarding δ18O values. These very low  values of δD should be related with the affect of organic component contribution and bacteria on the Duman kaolinite deposit.  Coal can be seen on study area as small size lines also some samples are collected from under these coal lines.
 O and H isotopic values of the Çaltıkara  kaolinite deposit are between δ18O values  10.3 / 11.4 ‰  and δD values -77 / -82 ‰ which data reflect genesis of supergene origin and enriched regarding δ18O values. Certain number of values shows thet meteoric water effects kaolinitization, others indicates original geothermal waters were magmatic waters which means this deposit formed due to hydrotermal alteration. 
The O and H isotopic values of Bahadırlı kaolinite deposit range from δ18O 11.8 to 17.0 ‰  and from δD - 93 to -99 ‰  which is  very close to the line of S/H which indicates low temperature. Isotopes data suggest that original geothermal waters were meteoric waters and  these datas reflect genesis of supergene origin and enriched regarding δ18O values.
According to model paleo-temperature calculation, which is depending to kaolinite-water oxygen isotope fractionation, formation temperatures of Duman deposit range from 32°C to 61°C and formation temperatures of Çaltıkara  deposit range from 69°C to 84°C, formation temperature of Bahadırlı deposit is 72°C.
 The results are based on datas from mineralogical, geochemical and S-H-O isotopes analyses.