Safaalan kuzeyi (Saray, Tekirdağ) bölgesindeki kaolen oluşumunun mineralojik, petrografik ve jeokimyasal incelemesi
Mineralogical, petrological and geochemical examination of kaolin occurrence in northern Safaalan (Saray, Tekirdağ)
Yazar: DENİZ CEMRE ÖZDEMİR
Danışman: PROF. DR. RECEP FAHRİ ESENLİ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Jeoloji Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Tekirdağ ili Saray ilçesi sınırları içerisinde yer alan Safaalan yerleşim merkezinin kuzeyindeki kaolen oluşumları bu tez çalışmasının ana konusunu oluşturmaktadır. Çalışma kapsamında kaolen oluşumunun jeolojik, jeokimyasal ve mineralojik özellikleri açıklanmaya çalışılmıştır. Çalışma alanında dört jeolojik birim gözlenmiştir. Alttan üste doğru granit, kaolen, kuvarsit ve kuvarsşist şeklinde sınıflanabilir. Literatür araştırmaları da göz önüne alındığında bölge granitleri Kızılağaç Metagraniti, kuvarsitler, Şermat Kuvarsiti, kuvarsşistler ise Çiftlik Kuvarsşisti içerisinde yer almaktadır. Kaolenler, metagranit-kuvarsit dokanağında bir alanda gözlenmiş olup haritalanabilir ölçekte bulunmamaktadır. Jeolojik haritada işaretlenmiş ve kaolen oluşumu olarak tanımlanmıştır. Petrografik olarak bakıldığında granitler, kuvars, plajioklaz (albit), ortoz ve mikroklin türü feldspat mineralleri ve mika (muskovit) minerali ve de düşük oranlarda opak ve ikincil bazı mineralleri içermektedir. Kaolenlerde feldspat oranı granitlere göre oldukça düşmektedir. Kaolen oluşumları granitlerin ayrışma (weathering) ürünleridir. SEM analizlerinde kaolinitler, yarı özşekilli ve özşekilsiz levhaların kümelenmesi ile kitap-akordeon şeklinde gözlenmektedir. tipik hekzagonal görünümü yoktur. Kaolinit levhalarının kenarlarından ise tüp- çubuk şekilli halloysitler meydana gelmiştir. Kaolinitlerin oluşum zamanının halloysitlerin oluşumundan önce olduğu anlaşılmıştır. XRD çalışmaları ve kil fraksiyonu ile kaolenlerin mineral bileşimleri kaolinit, sulu halloysit, mika, kuvars ve bazı örneklerde feldspat, smektit, karışık katmanlı kil mineralleri olarak tespit edilmiştir. Kil fraksiyonu ile 550 oC'de 2 saat fırınlanan kaolinitçe zengin iki örnekte kaolinit piklerinin kaybolduğu görünmüştür. Buradan da 7 Å pikinin klorite değil kaolinit mineraline ait olduğu doğrulanmıştır. Diğer bir husus ise sulu ve susuz halloysit ayrımını görebilmek, halloysit piklerinin mika (10 Å) veya kaolinit-klorit (7 Å) pikleri ile örtüşüp örtüşmediği ayrımını yapabilmek için etüvde 100 oC'de 2 saat bekletilen iki örneğe XRD çalışması yapılması olmuştur. Burada 10 Å şiddetinde azalma, 7 Å şiddetinde ise artış gözlenmiştir ve halloysitlerin sulu halloysit olduğu anlaşılmıştır. Aynı zamanda 10 Å paterninin düşük şiddette hala mevcut olması mika varlığına işaret etmiştir. Jeokimyasal incelemelerde granitlerin yüksek K'lu kalkalkalen granit olduğu görülmüştür. Hafif nadir toprak elementlerinin (LREE) ağır toprak elementlerine göre (HREE) daha zenginleşmiş olduğu, ağır toprak elementlerinin ise kondrit seviyesine daha yakın olduğu görünmektedir. Örnekler genelinde pozitif Ce ve negatif Eu anomalileri dikkat çekmektedir. Alterasyon derecelerini anlayabilmek adına kimyasal alterasyon indeksi (CIA) ve plajioklaz alterasyon indeksi (PIA) hesaplanmıştır. Granitlerde CIA değerleri 57.87-58.67 arasında iken kaolen örneklerinde 89.45-98.12 aralığında, PIA değerleri ise granitlerde 65.38-66.45 arasında iken ve kaolen örneklerinde PIA 100'e yakın (99.82-99.97) sonuç vermektedir. CIA ve PIA değerlerindeki bu dağılım çalışma alanındaki granitlerin yüksek derecede alterasyona maruz kalmaları sonucu kaolenleştiklerini göstermektedir. Süperjen-hipojen oluşum kökeni değerlendirmelerinde kaolenlerin her iki alanda da bulunuyor olması iki farklı alterasyon aşaması söz konusu olduğunu göstermektedir. Bunlar (1) ayrışma-aşınma (weathering) (2) hidrotermal alterasyon olmak üzere iki aşamada özetlenebilir. İlk olarak granitlerde yer alan feldspatların ayrışması ile oluşmuş kaolinitler ve gömülme ile birlikte sıcaklığın da düşmesi sonucu kaolinitlerden dönüşen halloysitler kaolen birimlerini temsil oluşturmaktadır. 

Anahtar kelimeler: Kaolen, kaolinit, halloysit, mineraloji, Safaalan (Tekirdağ), Türkiye

Abstract:
Kaolin occurrence in the north of Safaalan settlement located within the borders of Saray district of Tekirdağ province constitute the main subject of this thesis. Within the scope of the study aim to explained about the geological, geochemical and mineralogical features of kaolin. Four geological units were observed in the study area. It can be classified as granite, kaolin, quartzite and quartz schist from bottom to top. Considering the literature researches, the granites of the region are included in the Kızılağaç Metagranite, the quartzites are included in the Şermat Quartzite, and the quartz schists are included in the Çiftlik Quartz Schist. Kaolins were observed in an area at the metagranite-quartzite contact and are not found on a mappable scale. It is marked on the geological map and defined as a kaolin occurrence. Petrographically, granites contain quartz, plagioclase (albite), orthoclase and microcline type feldspar minerals and mica (muscovite) minerals, as well as some opaque and secondary minerals in low proportions. The feldspar ratio in kaolins is quite low compared to granites. Kaolins were formed by weathering of granites. In SEM analysis, kaolinites are observed as book-accordion-shaped clusters consisting of subhedral and euhedral plates and the layers do not have a typical hexagonal appearance. It is understood that the occurrence of kaolinite is earlier than halloysite. Mineral compositions of kaolins were determined as kaolinite, hydrated halloysite, mica, quartz and in some samples feldspar, smectite, mixed-layered clay minerals due to XRD studies and clay fraction. It was observed that the kaolinite peaks disappeared in two kaolinite-rich samples that were fired at 550 oC for 2 hours with the clay fraction. Thus, it was confirmed that the 7 Å peak does not belong to chlorite, but to kaolinite. Another issue is XRD study on two samples that were kept in an oven at 100 oC for 2 hours in order to distinguish between hydrated and anhydrated halloysite whether the halloysite peaks overlap with mica (10 Å) or kaolinite-chlorite (7 Å). After XRD examination, a decrease in the intensity of 10 Å and an increase in the intensity of 7 Å were observed and it is understood that the halloysites were hydrated form. At the same time, the 10 Å pattern was still present at low intensity, indicating the presence of mica. The results of geochemical analyses revealed that the granites are high-K calc-alkaline granites.  According to the chondrite, light rare earth elements (LREE) are more enriched than heavy earth elements (HREE), while heavy earth elements are closer to the chondrite level. Additionally, remarkable positive Ce and negative Eu anomalies are observed in samples. Chemical alteration index (CIA) and plagioclase alteration index (PIA) of the samples were calculated in order to present the degree of alteration. While CIA values are between 57.87-58.67 in granites, 89.45-98.12 in kaolin samples, PIA values are between 65.38-66.45 in granites and PIA is close to 100 (99.82-99.97) in kaolin samples. The distribution in CIA and PIA values shows that granites in the study area are kaolinized as a result of exposure to high degree of alteration. The presence of kaolins in both areas in the supergene-hypogene origin assessments indicates that there are two different alteration stages. These can be summarized in two stages as (1) weathering and (2) hydrothermal alteration. Firstly, kaolinites formed by the decomposition of feldspars in granites and halloysites transformed from kaolinites as a result of the decrease in temperature with burial constitute kaolin units.

Keywords: Kaolin, kaolinite, halloysite, mineralogy, Safaalan (Tekirdağ), Turkey