Balaban (Demirköy-Kırklareli) demir cevherleşmesinin jeolojisi ve oluşumu
Geology and formation of the Balaban (Demirköy-Kirklareli) iron mineralization
Yazar: ERCAN DEMİRYÜREK
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN ÖZTÜRK
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Jeoloji Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
İnceleme alanı, Istranca Masifi içinde yer alır ve gnays, migmatit ve granitlerden oluşan geç Variskan bir temelden oluşur ve erken Permiyen döneminde yüksek dereceli bir metamorfizma geçirmiştir. Geç Variskan temel üzerine ise Mezozoyik yaşlı birimler uyumsuz olarak çökelmiştir. Bu çökel birimler, çakıltaşlarından oluşan erken Jura yaşlı Yuvarlaktepe formasyonu, kalın kumtaşları ile temsil edilen Gümüşalan Formasyonu ve Toarsiyen döneminde oksijensiz denizel koşullarda çökelen piritli siyah şeyl ile fosfatlı şeyl içeren Balaban Formasyonundan oluşmaktadır. Bu çökel birimler geç Jura–erken Kretase döneminde kıtasal çarpışma orojenine uğrayarak yeşil şist fasiyesinde metamorfizma geçirmiş ve geç Kretase yaşlı Demirköy plütonu tarafından kesilmiştir.
Balaban demir cevherleşmesi, iki farklı cevher tipinden oluşmaktadır. Birincisi, Gümüşalan formasyonunun üst kesimlerinde yer alır ve başlıca hematit, götit ve limonitten oluşur. Cevherleşme parajenezi lepidokrosit, magnetit, pirit, pirotit, kromit, rutil, kalkopirit, sfalerit ve psilomelan minerallerinden oluşur. Cevherleşme kumtaşları içinde superjen oksidasyon ürünü BALABAN (DEMİRKÖY-KIRKLARELİ) DEMİR CEVHERLEŞMESİNİN JEOLOJİSİ VE OLUŞUMU
olup oolitik ve pizolitik dokular içermez. İkinci tip cevherleşme breş dolgulu hematit cevherleşmesi olup kumtaşları ile siyah şeyller arasındaki kırık ve fay hatlarında gözlenir.
Birinci tip cevherin Fe tenörü (%Fe2O3) % 2,9 ile % 45,9 arasında (ort. %25,1), breş dolgulu cevherin Fe tenörü ise (%Fe2O3) ise % 9,1 ile % 72,1 arasında (ort. %31,45) değişmektedir. Birinci tip olan kumtaşları içindeki cevherde Fe + P + As +V element birlikteliği tipiktir. Buna karşın ikinci tip breş dolgulu cevher Fe+Au+Cu+Zn element birlikteliği sergiler. Bu tip cevherin ortalama 32 ppb Au içermesi ve ayrıca Cu, Zn değerlerinin birinci tip cevhere göre daha yüksek değerler göstermesi cevherleşmenin Demirköy plütonunun yerleşimiyle ilişkili hidrotermal süreçlerle ilgili olabileceğine işaret eder.
Kumtaşı içindeki cevherli seviyenin üstünde yer alan piritli şeyl seviyelerine ait piritlerin δ34SCDT değerleri ‰ -37 ile ‰ -18 arasında değişir. Yüksek negatif değerler olasılıkla bakteriyel kükürt indirgenme işlemlerine işaret etmektedir. Balaban formasyonundaki piritli siyah şeyl düzeyleri, oksijensiz koşullarla ilişkili çökeller olarak Macaristan'ın Toarsiyeni ile korele edilebilir. Toarsiyen karbonatlı şeylleri içinde yer alan ve oksijensiz sığ denizde çökelen 10 metre kalınığa erişen pirit zonu, Balaban demir cevherleşmesine kaynaklık etmiş olmalıdır. Demir, piritli siyah şeyllerdeki piritlerin oksitlenmesiyle açığa çıkmış ve Gümüşalan formasyonunun üst kesimlerinde kumtaşları içerisinde oksitlenerek çökelmiş olmalıdır. Bu dönem olasılıkla Üst Kretase sonrası-Orta Eosen öncesi aralığıdır. Bu dönemde bölgesel yükselmeye bağlı olarak piritik şeyllerin oksidaysonu gerçekleşmiş ve yeraltı suları hareketine bağlı olarak kumtaşı içinde dolgulanmalar şeklinde demiroksit cevherleşmesi oluşmuştur. Breş dolgulu cevher içinde 50 ppb'ye varan altın değerleri, Au, Cu ve Fe iyonlarının derindeki yaşlı kayalardan (soğumuş Demirköy plütonu dahil) olasılıkla Orta Eosen sonrası dönemde hidrotermal çözeltilerce söküldüğünü ve bunların Gümüşalan ile Balaban Formasyonları arasındaki faylı dokanaklarda depolandığını gösterir. Her iki cevher tipindeki yüksek negatif özellikteki duraylı kükürt izotop değerleri cevherleşmede magmatik hidrotermal etkinliğin bir rolü olmadığını göstermektedir.

Abstract:
The study area is located within the Strandja Massif, which consists of a late Variscan basement composed of massive gneiss, migmatite and granites and underwent a high-grade metamorphism in the early Permian period. Mesozoic aged cover units were unconformably deposited on this late Variscan basement. The Mesozoic cover units consist of the early Jurassic Yuvarlaktepe formation consisting of conglomerates, the Gümüşalan Formation represented by thick sandstones, and the Balaban formation containing pyrite black shale and phosphate shale deposited under anaerobic marine conditions during the Toarcian period. These sedimentary units underwent continental collision orogeny during the late Jurassic-early Cretaceous period and metamorphosed in green schist facies and were later cut by the late Cretaceous Demirköy pluton.
Balaban iron ore mineralizations consist of two different ore types. The first is located in the upper parts of the Gümüşalan formation and consists mainly of hematite, goethite and limonite. Mineralization paragenesis consists of lepidocrosite, magnetite, pyrite, pyrrhotite, chromite, rutile, chalcopyrite, sphalerite and psilomelane minerals. The fist type iron ore mineralization is a product of supergene oxidation in sandstones and does not contain oolitic and pisolitic textures. The second type of mineralization is breccia filled hematite mineralization and is observed in fracture and fault lines between sandstones and black shales.
GEOLOGY AND FORMATION OF THE BALABAN (DEMİRKÖY-KIRKLARELİ) IRON MINERALIZATION
The Fe grade of the first type ore (Fe2O3) is between 2.9% and 45.9% (average 25.1%), while the Fe grade of the breccia filled ore (Fe2O3) is between 9.1% and 72.1% (average 31.45%). Fe + P + As +V element association is typical in the sandstone - hosted ore. On the other hand, the second type of breccia filled ore exhibits Fe+Au+Cu+ Zn element association. This type of ore contains an average of 32 ppb Au and also has higher Cu and Zn values than the first type of ore, indicating that the mineralization may be related to hydrothermal processes associated with the emplacement of the Demirköy pluton.
The δ34SCDT values of the pyrites belonging to the pyrite shale levels above the ore level in the sandstone range from ‰ -37 to ‰ -18. High negative values probably indicate bacterial sulfur reduction processes. The pyrite-bearing black shales in the Balaban formation can be correlated with the Toarcian deposits of Hungary, which were formed under anoxic marine conditions. The pyrite zone reaching 10 meters thick, which is located in the Toarcian carbonate shales and precipitated in the oxygen-free shallow sea, must have been the source of the Balaban iron mineralization. Iron should have been dissolved by the oxidation of pyrites in pyrite-bearing black shales and deposited by oxidation in the sandstones of the upper parts of the Gümüşalan formation.
This period was probably the post Upper Cretaceous – pre Middle Eocene interval. In this period, depending on the regional uplift, the oxidation of the pyritic shales occurred, and depending on the groundwater movement, iron oxide mineralization took place in the form of cementations in the sandstone. Gold values up to 50 ppb in braeccia filiing -type iron ore mineralization indicate that the gold, Cu and Fe was leached from basement rocks (including the cooled Demirköy pluton) by hydrothermal solutions in the post Middle Eocene and were deposited along the fault zones between the Gümüşalan and Balaban Formations. The highly negative stable sulfur isotope data in both deposits exclude the role of magmatic hydrothermal activity in the mineralization.