Kozak plütonunun (İzmir –Bergama) petrografik – jeokimyasal özelliklerinin belirlenmesi ve plütona ait kayaçların yapıtaşı olarak kullanılabilirliğinin değerlendirilmesi
Determination of  petrographic – geochemical properties of Kozak pluton (İzmir-Bergama) and aggregate (building stone) usability evaluation of rocks  belong to the pluton
Yazar: SABRİ DİNÇ ÖZMEN
Danışman: DOÇ. DR. ŞENEL ÖZDAMAR
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Jeoloji Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Bu çalışmada Bergama (İzmir), Burhaniye (Balıkesir) ve Ayvalık (Balıkesir) ilçeleri arasında yaklaşık 350 km2'lik alanıyla KB Anadolu bölgesindeki en geniş alanı kaplayan Kozak plütonunun petrografik, jeokimyasal ve fiziko-mekanik özellikleri incelenmiştir. İnceleme alanında, merkezde Kozak plütonuna ait magmatik kayaçlardan en yaygını olan granodiyorit olmakla birlikte, metamorfik temel kayaları, yarı derinlik ve volkanik türde magmatik kayaçlar ile çökel türü kayaçlar yüzlek vermektedir. Kozak plütonu yan kayaçlarla tektonik olarak keskin sınırlar göstermekte ve yan kayaçlar üzerinde metamorfizma etkileri meydana getirmiştir. Yapılan saha çalışmaları, petrografik incelemeler ve jeokimyasal analizler plütona ait kayaçların başta granodiyorit olmak üzere monzonit, kuvars monzonit ve granit litotipinde olduğunu göstermektedir. Kozak plütonuna ait bu kayaçlar genel olarak tüm kristalli, hipidiyomorfik ve granüler dokuda olmakla birlikte kenar zonlara doğru yer yer porfiritik dokudadır. Mineral bileşimini; kuvars, plajiyoklas, K-feldispat, amfibol ve biyotit ana mineralleri ile apatit, zirkon, sfen gibi tali mineraller ve epidot, serizit, klorit gibi ikincil mineraller oluşturur. En yaygın alterasyon türü serizitleşme olup kloritleşme, killeşme ve epidotlaşma diğer alterasyon türleridir. Plajiyoklaslar genelde zonludur ve ikizlenme görstermektedirler. K-feldispatlarda pertitleşme yaygındır. Ayrıca, mirmekitik doku ve poikilitik doku çoğunlukla görülmektedir. Plajiyoklaslarda görülen zonlanmalar, mirmekitik ve poikilit dokuların yanı sıra plütona ait kayaçlarda gözlenen mafik mikrogranüler anklavlar, magmanın ilksel bileşiminin değiştiğini göstermektedir.
Jeokimyasal analizlerden elde edilen ana oksit, iz ve nadir toprak element verilerine göre Kozak plütonuna ait kayaçlar; kalkalkalen, I tipi, metalüminli jeokimyasal karakter göstermektedir. Ayrıca, SiO2 - K2O diyagramında plütona ait örnekler, yüksek K kalkalkaliden şoşonitiğe doğru uzanan bir seriyi işaret etmektedir. N-MORB ve kondrite göre normalize edilmiş iz element diyagramlarında görülen büyük iyon çaplı litofil elementler (LILEs) ve hafif nadir toprak elementler (LREEs) bakımından zenginleşme, plütonu oluşturan magmanın karışımını gösteren diğer bir veridir. 
Harker diyagramlarında, SiO2'ye karşı Na2O ve K2O içerikleri artmakta, CaO, MgO, Fe2O3, TiO2, P2O5 içerikleri azalmaktadır. Ayrıca, Rb, Zr ve Nb artmakta, Sr azalmaktadır. TiO2'deki azalma Fe-Ti oksitlerdeki, CaO'daki azalma plajiyoklaslardaki, MgO ve Fe2O3'deki azalma piroksenlerdeki fraksiyonel kristallenmeyi işaret etmektedir.
Fiziko-mekanik özelliklerinin belirlenmesi için plütona ait örnekler üzerinde özgül ağırlık, su emme, Los Angeles aşınma ve magnezyum sülfat donmaya karşı mukavemet deneyleri yapılmıştır. Deneyler sonucunda her bir lokasyondan alınan kayaç örnekleri değerlendirildiğinde, tüm örneklerin özgül ağırlık, su emme ve magnezyum sülfat donmaya karşı mukavemet değerlerini sağladığı, Los Angeles aşınma değerlerinin ise çoğu şartname için karşılandığını bazıları için ise sınıra yakın ve daha yüksek çıktığı gözlenmiştir.
Kozak plütonunda yapılan petrografik ve jeokimyasal analizler ile fiziko-mekanik deneyler birbirleri ile mukayese edilmiştir. Değişen mineral bileşimi ve dokusal özelliklere göre fiziko-mekanik deney sonuçları karşılaştırılmıştır. Biyotit içeriği fazla olan kayaçların özgül ağırlığının arttığı, kuvars içeriği fazla olan ve iri taneli granüler dokusal özellik gösteren kayaçların daha düşük su emmeye sahip olduğu, biyotit azaldıkça ve iri taneli granüler doku gözlendikçe Los Angeles aşınma dayanımının arttığı, magnezyum sülfat dona karşı mukavemet değerinin ise azaldığı yani mukavemetin arttığı gözlenmiştir. Jeokimyasal özellikler ise ana oksit ve iz element analiz sonuçları ile fiziko-mekanik deney sonuçları grafikler üzerinden değerlendirilmiştir. SiO2 arttıkça genel olarak Los Angeles aşınma değerinin düştüğü yani agreganın daha dayanıklı olduğu, Fe2O3 arttıkça genel olarak 0-4 mm özgül ağırlık 2,610 g/cm3 değerinin üzerinde olduğu gözlenmiştir.

Abstract:
This study aims to obtain informations about the relation between petrographic - geochemical properties of a magmatic rock and physico-mechanical test results of this magmatic rock. For this purpose, petrographic, geochemical and physico-mechanical properties of Kozak Pluton which is located in between the cities of Bergama (İzmir), Burhaniye (Balıkesir) and Ayvalık (Balıkesir) and covers the largest area of approximately 350 km2 among other plutons at Aegean region has been studied in this study. In the study area, along with granodiorite which is the most common rock of the Kozak pluton exists at the center there also outcrops metamorphic basement rocks, hypabyssal and volcanic rocks and sedimentary rocks. The basement rocks are composed of Triassic aged metamorphic rocks and the hypabyssal rocks are in the form of sheet intrusions around the Kozak pluton. Additionally, Lower-Middle Miocene volcanic and volcanosedimentary association and Upper Miocene-Pliocene volcanics and volcanogenics cover the Kozak pluton.  
Kozak pluton is in elliptical shape and the long axes lies along SW-NE direction. It shows tectonically sharp boundaries with surrounding rocks and has metamorphism effects on these rocks. For all investigations including site and laboratory works, 48 rock samples which respresent the region have been taken and 10 of them have been selected and prepared for the tests and analyses. Both site investigations and petrographic analyses indicate that Kozak pluton is in granodiorite and quartz monzonite composition. The pluton also shows arenization and exfoliation structures due to hydrothermal alteration. Moreover, spheroidal weathering and blocky jointing are commonly seen on these rocks.   
Petrographic and mineralogical analyses have been carried out in Geological Department of Mine Faculty located in Istanbul Technical University with using Leica DM 750P Model polarizing petrographic microscope. The sections are prepared for each location and mineral compositions, textures and alteration products are determined. The results are given as that Kozak pluton is commonly holocrystalline hypidiomorphic granular in texture but close to the border zones the porphyritic texture can be seen. Mineral compositions include main minerals of plagioclase, K-feldspar, quartz, amphibole and biotite, accessory minerals of apatite, zircon and sphene and secondary minerals of epidote, sericite and chlorite. While the most common alteration is sericitization, there are also chloritization, claying and epidotization take part in the study area. Minerals and textures remark the magma mixing process. Zoned and twinned plagioclases and pertitised in K-feldspars are common. In addition, the specific textures of mirmekitic and poikilitic are also seen. The mafic microgranular enclaves in Kozak pluton refers to the change of magmas primary composition. 
For determination of geochemical properties of Kozak pluton, major and trace element analyses have been made on 10 rock samples. ALS laboratory which is located in Izmir is performed these analyses. The analitic methods used in these analyses could be reached on http://www.alsglobal.com website. According to the major and trace element values obtained from geochemical analyses Kozak pluton is in calc-alkaline, I type and metaluminous character. Morover, Kozak pluton shows a series extending from high-K calc-alkaline to shoshonitic in SiO2 - K2O diagram. As the SiO2 values changing between %60,92 and %72,21, the 4 rock samples seem asidic and 6 rock samples seem intermediate in composition. The trace element patterns which are normallized in accordance with N-MORB and chondrite show the enrichment of large ion lithopile elements (LILE) and light rare earth elements (LREE) which point out another magma mixing process in pluton. As SiO2 values increase, major oxides of Na2O and K2O values also increase however CaO, MgO, Fe2O3, TiO2 and P2O5 values decrease. Additionally, while SiO2 values increase, trace elements of Rb, Zr and Nb values increase but Sr values decrease. Decrease in the TiO2 indicates the fractional crystallization of the Fe-Ti oxides. Moreover, decrease in CaO purport the fractional crystallization of plagioclase minerals and decrease in MgO and Fe2O3 shows the fractional crystallization of pyroxene minerals.
Within the scope of physico-mechanical analyses, the tests of specific gravity, water absorption, Los Angeles abrasion and magnesium sulfate soundness have been performed. These tests have been chosen in accordance with many specifications. So, results are given in following. Specific gravity results are changing between the values of 2,603 g/cm3 to 2,625 g/cm3 for 0-4 mm grain sized samples and 2,628 g/cm3 to 2,694 g/cm3 for 4-25 mm grain sized samples. Water absorption values are obtained as 0,60% to 1,84% for 0-4 mm grain sized samples and 0,63% to 2,08% for 4-25 mm grain sized samples. Los Angeles abrasion test values are between 27,40% and 33,70%. And, magnesium sulfate soundness has give us the range of 1,76% to 9,03%. Test results of rock samples taken from each location indicates that specific gravity, water absorption and magnesium sulfate soundness values are satisfying but the Los Angeles abrasion values do not fulfill the required results for some specifications. These Los Angeles abrasion values are also satisfactory for many specifications. The reason behind the low Los Angeles values is thought be due to using laboratory type jaw crusher which breaks the rocks flaky. If cubic crushers like tertiary crushers are used, it is though that the Los Angeles abrasion values are going to be below 20%. 
Later on, petrographic - geochemical analyses and physico-mechanical tests have been compared with each other. First of all, the physico-mechanical test values are evaluated with changing mineral composition and textures of rocks, correlatively. As amount of biotite decreases and coarse grained granular texture is observed, specific gravity values increases and Los Angeles abrasion and magnesium sulfate soundness values decrease. Rocks showing low quartz composition and coarse grained granular texture have lower water absorption. Secondly, geochemical properties of each rock samples based upon major and trace element analyses are compared with physico-mechanical test values. As SiO2 values increase, Los Angeles abrasion values are generally decrease. As Fe2O3 values insrease,  specific gravity values of 0-4 mm are more than 2,610 g/cm3. Al2O3, CaO, MgO and trace elements datas give nothing comparable thus there couldn't show any approach to physico-mechanical properties.
Finally, findings are scrutinized and the locations of which take part in the south of the region K7, in the middle of the region K4 and K5 and in the north of the region K9 could be used as aggregate (building stone).