Demirci (Manisa) bölgesindeki piroklastiklerle ilişkili zeolit oluşumunun incelenmesi
Investigation of zeolite formation associated with pyroclastics in the demirci (Manisa) region
Yazar: NİMET COŞKUN
Danışman: PROF. DR. RECEP FAHRİ ESENLİ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ BALA EKİNCİ ŞANS
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Jeoloji Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Zeolitleşme = Zeolitization

Özet:
Demirci (Manisa) Neojen Havzası içerisindeki tüf birimi (Akdere Tüfü) ile ilişkili zeolit oluşumları bu tez çalışmasının ana konusunu oluşturmaktadır. Bu tez ile Akdere Tüfü'nün zeolitleşmesi jeolojik, mineralojik-petrografik, jeokimyasal ve oluşum koşulları açısından açıklanmaya çalışılmıştır. Batı Anadolu'da Miyosen yaşlı volkano-sedimanter havzalardan birisi olan, KD-GB uzanımlı Demirci Havzası, tüf birimi içerisinde zeolit grubu bir mineral olan klinoptiloliti yüksek oranda içermektedir.
Yaklaşık 1000 m kalınlığındaki Neojen yaşlı volkanoklastik seri Menderes Masifi'nin Paleozoik yaşlı metamorfikleri (gnays, şist ve mermer) üzerine uyumsuzlukla gelmektedir. Neojen seri, en altta, kaba ve ince klastiklerden oluşmakta olup blok, çakıl, kum, silt boyutlu elemanların silt-kil- boyutlu matrikste tutturulmuş litolojileridir. Bu birimlerin üzerine riyolitik-riyodasitik karakterli, zeolitik özellikte ve yaklaşık 60 m kalınlığındaki Tüf Birimi (Akdere Tüfü) gelmektedir. Tüf birimi kül, toz boyutlu cam parçaları ve pumis parçalarından ve az oranda da mineral parçalarından oluşmaktadır. Akdere Tüfünün üzerine uyumlu olarak kumtaşı, kireçtaşı, çamurtaşı, şeyl, tüf/tüfit ardalanmalı Üst Gölsel Birim gelmektedir. Bu birim, altındaki tüf biriminin devamı olarak gölsel ortamda çökelmiş olan kısmen karbonatlı klastiklerden oluşmaktadır. Stratigrafik olarak en üstteki birim ise güncel alüvyonal çökellerdir.
Petrografik-polarizan mikroskop ile incelenen tüflerde cam ve pumis parçalarının tüm örneklerde ana bileşen oldukları tespit edilmiştir. Camsı malzemenin % 80`in üzerinde olması incelenen tüflerin camsı (vitrik) tüf sınıfına girdiğini göstermektedir. Örnekler genelinde camsı malzeme haricinde gözlemlenen mineraller ise kuvars, plajioklaz, biotit, muskovit ve amfiboldür. Örneklerin XRD inceleme sonuçlarına göre ise klinoptilolit en yaygın mineral olup,  eşlik eden mineraller ise Opal-CT (opal-kristobalit/tridimit), smektit, kuvars, feldspat ve mikadır.
Tüflerin kimyasal bileşim tespiti için çalışma alanından derlenen örneklere kimyasal analiz yapılmıştır. Kimyasal analiz sonuçlarına göre örnekler, % 71-75 aralığında SiO2, % 9- 12 aralığında Al2O3, % 0.9-2.3 aralığında Fe2O3, % 2.6-3.9 aralığında K2O, % 1.6-3.0 aralığında CaO, % 0.6-1.1 aralığında MgO ve % 0.1` den az oranda Na2O içermektedir. Jeokimya verilerine göre tüfler riyolitik-riyodasitik-dasitik türünde ve kalkalkalin seri karakterlidir. Analiz edilen örneklerin tektonik ortamlarının volkanik ada yayı olduğu tespit edilmiştir.
Zeolitik tüflerdeki nadir toprak element değerleri ise ƩREE: 89.58-177.87 ppm, ƩLREE: 89.79-155.80 ppm, ƩMREE: 9.10-16.78 ppm ve ƩHREE: 2.64-12.34 ppm arasında değişmektedir. Zeolitleşme ile beraber Ba, Nb, Nd, P, Hf, Zr, Ti ve Tb fakirleşmesi, Rb, Th ve U zenginleşmesi, negatif Eu anomalisi ve hafif toprak elementleri zenginleşme tespit edilmiştir. Zeolitleşme ile meydana gelen en önemli artış gösteren iz element ise Cs'dur. 
Örnekler üzerinde gerçekleştirilen taramalı elektron mikroskop (SEM) çalışmalarına göre örneklerin yüksek oranda klinoptilolit, smektit, opal-CT mineralleri içerdiği görülmüştür. Akdere Tüfü'ne ait klinoptilolitlerin K-Ca-klinoptilolit ve kısmen de K-Na-Ca- klinoptilolitler türü oldukları tespit edilmiştir. Zeolitleşmenin yanında silisleşmenin ve killeşmenin varlığı, Opal-CT ve smektit mineralleri ile ortaya konmuştur. 
Çalışma kapsamından derlenen örnekler ile zeolit oluşumu endüstriyel olarak kalitesine göre sınıflandırılmıştır. % 85 üzerinde klinoptilolit içeren alanlar endüstriyel olarak yüksek kaliteli "Zeolit Fasiyesi (K1)" olarak tanımlanmıştır. % 85 ila % 50 oranında zeolit ile opal minerali içeren alanlar ise "Zeolit + Silis Fasiyesi (K2)" ve % 50 den az oranda zeolitin yanı sıra silis ve smektit grubu kil mineralleri içeren alanlar ise "Zeolit + Silis + Kil Fasiyesi (K3)" olarak sınıflandırılmıştır. Tüf biriminin zeolit içermeyen, muhtemelen havza kenarı fasiyesi olan ve yoğun olarak volkanik cam ve kısmen opal (amorf opal ve opal-CT) ile smektit içeren alanlar "Taze Cam + Silis + Kil Fasiyesi (K4)" olarak gruplandırılmıştır.

Abstract:
The main focus of this thesis is the zeolite formations associated with the tuff unit (Akdere Tuff) within the Neogene Basin of Demirci (Manisa). This study aims to explain the zeolitization of Akdere Tuff in terms of geological, mineralogical-petrographic, geochemical, and formation conditions. The Demirci Basin, one of the Miocene-aged volcano-sedimentary basins in Western Anatolia with a NE-SW orientation, contains a high amount of clinoptilolite, a mineral of the zeolite group, within its tuff unit.
The Neogene-aged volcaniclastic series, approximately 1000 meters thick, unconformably overlies the Paleozoic-aged metamorphics (gneiss, schist, and marble) of the Menderes Massif. The Neogene series consists of coarse and fine clastics at the bottom, which are lithologies composed of block, gravel, sand, and silt-sized elements cemented in a silt-clay-sized matrix. Over these units lies the Tuff Unit (Akdere Tuff) of rhyolitic-rhyodacitic character, approximately 60 meters thick with zeolitic properties. The tuff unit consists of ash, dust-sized glass fragments, pumice pieces, and a small fraction of mineral fragments. Conformably overlying the Akdere Tuff is the Upper Lacustrine Unit, characterized by alternations of sandstone, limestone, mudstone, shale, and tuff/tuffite. This unit consists of partially carbonate clastics deposited in a lacustrine environment, as a continuation from the underlying tuff unit. The stratigraphically uppermost unit is the recent alluvial deposits.
Petrographic analysis using a polarizing microscope identified glass and pumice fragments as the main components in all tuff samples. With over 80 % glassy material, the tuffs examined fall into the vitric tuff class. Besides the glassy material, minerals observed include quartz, plagioclase, biotite, muscovite, and amphibole. The results of rhe XRD examination of the samples indicate that clinoptilolite is the most widespread mineral, with accompanying minerals such as Opal-CT (opal-cristobalite/tridymite), smectite, quartz, feldspar, and mica.
Chemical analyses were conducted on samples collected from the study area to determine the chemical composition of the tuffs. According to the chemical analysis results, the samples contain 71-75 % SiO2, 9-12 % Al2O3, 0.9-2.3 % Fe2O3, 2.6-3.9 % K2O, 1.6-3.0 % CaO, 0.6-1.1 % MgO, and less than 0.1 % Na2O. Geochemical data shows that the tuffs are rhyolitic-rhyodacitic-dacitic in type and have a calc-alkaline series character. The tectonic setting of the analyzed samples is identified as a volcanic island arc.
Rare earth element values in zeolitic tuffs vary as follows: ΣREE: 89.58-177.87 ppm, ΣLREE: 89.79-155.80 ppm, ΣMREE: 9.10-16.78 ppm, and ΣHREE: 2.64-12.34 ppm. In conjuction with zeolitization, the study identified depletion of Ba, Nb, Nd, P, Hf, Zr, Ti, and Tb; enrichment of Rb, Th, and U; a negative Eu anomaly; and enrichment of light rare earth elements. The most significant increase in trace elements due to zeolitization is observed in Cs.
Scanning electron microscope (SEM) studies on samples show a high content of clinoptilolite, smectite, and Opal-CT minerals. The clinoptilolites in Akdere Tuff are identified as K-Ca-clinoptilolite and partially K-Na-Ca-clinoptilolite types. Besides zeolitization, the presence of silicification and clay formation is demonstrated by Opal-CT and smectite minerals.
Samples collected within the scope of the study classified zeolite formation industrially based on quality. Areas with over 85 % clinoptilolite content are defined as high-quality "Zeolite Facies (K1)". Areas with 85 % to 50 % zeolite and opal mineral content are classified as "Zeolite + Silica Facies (K2)", and areas with less than 50 % zeolite along with silica and smectite group clay minerals are classified as "Zeolite + Silica + Clay Facies (K3)". Areas containing no zeolite, likely representing the basin margin facies, and dominated by volcanic glass and partially opal (amorphous opal and Opal-CT) with smectite are grouped as "Fresh Glass + Silica + Clay Facies (K4)