Keban skarn yatağının mineralojik, jeokimyasal ve izotopik özellikleri (Elazığ-Doğu Anadolu)
Mineralogical, geochemical and isotopic characteristics of the Keban skarn deposit (Elazig-East Anatolia)
Yazar: ECE KIRAT
Danışman: PROF. DR. HALİM MUTLU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Elazığ yakınlarında bulunan Keban skarn yatağı, Permo-Triyas yaşlı metamorfikler ile Geç Kretase magmatik kayaçların kontak zonlarında gelişmiştir. Bazı alanlarda dayk/sil, bazı yerlerde ise stok tipi geniş apofizler halinde yerleşen Geç Kretase yaşlı Keban Magmatikleri, Erken Triyas/Jura yaşlı Nimri Formasyonuna ait metaklastik/ karbonatlı kayaçları kesmiş ve bunun sonucunda dokanakları boyunca kontak metasomatik skarn zonları ve cevherleşmeler meydana gelmiştir.  Cevher mineralleri galenit, kalkopirit, sfalerit, molibdenit, manyetit, hematit, bol miktarda pirit ile az oranda pirotin, arsenopirit, mangan grubu mineraller, nabit altın ve fahlerzdir. Gang mineralleri ise granat, piroksen, florit, kalsit, epidot, klorit ve kuvarstır. Dissemine, damar ve/veya masif formlarda çeşitli tane boylarında yerleşen cevherleşme sülfit minerali, oksitler ve süperjen zonları içerir. Bölgede dar alanda izlenen endoskarn zonu plajiyoklaz, piroksen ve granat minerallerinden, ekzoskarn zonu ise granat, piroksen ve vezüvyanit minerallerinden oluşur. Elektron mikroprob çalışmaları ile endoskarn granatların andradit-grossular, proksimal ekzoskarn granatların grossular ve distal ekzoskarn granatların ise andradit bileşiminde olduğu belirlenmiştir.  Prograd evredeki klinopiroksenlerde diyopsit bileşimi baskın iken retrograd evredeki piroksenlerde hedenberjite doğru bir gidiş görülür.
 Keban Magmatikleri nefelin siyenit-foid siyenit porfir bileşiminde olup alkalen, metalumina, A-tipi ve şoşonitik karakterlidir. NTE içeriğine bakıldığında negatif Eu anomalisi (Eu/Eu*= 0.67-0.79), kondrite göre normalize edilmiş desenlerde HNTE'ce zenginleşme görülmektedir. Skarn zonlarına ait kayaçların NTE konsantrasyonları Keban Magmatikleri ile aynı desende olmasına karşın çoğunluğu 100-150 kat tüketilme sergilemektedir. NTE konsantrasyonları, (Pr/Yb)n, Eu/Eu* ve Ce/Ce* oranları, endoskarnı oluşturan hidrotermal akışkanın magmatik kökenli ve büyük bir kısmının düşük ∑NTE konsantrasyonları ve (Pr/Yb)n oranları ile negatif Eu ve Ce anomalilerine sahip olduğu görülür.  Ekzoskarn ve cevherli kayaçları oluşturan hidrotermal akışkanlar, yüksek (Pr/Yb)n oranları ve yüksek NTE konsantrasyonuna sahip, büyük bir kısmı negatif Eu ve Ce anomalisine sahiptir. Nimri formasyonuna ait kalkşistlerin cevher ve ekzoskarn zonuna benzer NTE içeriklerine sahip olması, Keban Pb-Zn skarn yatağının sadece magmatik kökenli akışkanlardan çökelmeyip, metamorfik bir etkinin olduğunu da göstermektedir. Cevherli kayaçların La/Y oranının 1'den yüksek olması (ort. 12.38) bunların nötr-alkali koşullarda oluştuğuna işaret eder. Homojenleşme sıcaklıkları ve NaCl eşdeğeri tuzluluk değerleri sırasıyla; prograd evre için 384->600 oC ve % 5.2, retrograd evre için 229->600 oC ve % 2.07-50.8, cevherleşme evresi için 360-440 oC ve % 0.1-38.2 olarak belirlenmiştir. Homojenleşme sıcaklıkları ve tuzluluklarına göre, 1.evrede mineralizasyon derinliği 3 km'ye kadar görülürken 2. evredeki mineralizasyon 2-3 km arasında, cevherleşme ise 1.5-2 km arasında gerçekleşmiştir.  Skarn zonlarındaki kalsitlerde δ13C: ‰-4.63 ile -2.24 ve δ18O: ‰ +12.83 ile +18.24 arasındadır. Nimri Formasyonu kireçtaşından türediği düşünülen skarn kalsitlerinin δ13C ve δ18O oranları artan sıcaklıkla meteorik su ile reaksiyon sonucunda sistematik olarak azalmıştır.  Çalışma alanındaki sülfitlerin δ34S değerleri (‰ -8.5 ile +2.1 arasında) kükürdün esas olarak magmatik bir kaynaktan türediğini göstermektedir. δ34S değeri nispeten düşük (‰-8.5) olan bazı sülfitlerin bulunması organik madde içeren metasedimanter birimlerden türeyen akışkanın sülfit mineral bileşimini etkilemesi ile açıklanabilir.

Abstract:
The Keban skarn deposit in the Elazig region, was formed at the contact between the Permo-Triassic metamorphics and the Late Cretaceous plutonic rocks. The Late Cretaceous Keban Magmatics, emplaced as dyke/sill and also stock-like large apophysis, intrudes to the meta-clastic/ carbonate rocks of the Early Triassic/Jurassic Nimri Formation and as a result contact metasomatic skarn zones and mineralization was formed along its contacts. Ore minerals are sphalerite, galena, chalcopyrite, magnetite, hematite abundant pyrite and small amount of pyrrhotite, arsenopyrite, manganese group minerals, native gold and fahlore, whereas gang minerals are garnet, pyroxene, fluorite, calcite, epidote, chlorite and quartz. Mineralization occurs as disseminated, vein and/or massive forms of variable grain sizes and sulphide mineral, oxide and supergene zones. The endoskarn zone which is observed in a narrow zone in the area consists of plagioclase, pyroxene and garnet minerals, whilst the exoskarn zone includes garnet, pyroxene and vesuvianite minerals. Electron microprobe analysis demonstrated that the composition of garnet in endoskarn is andraditic. Garnet in endoskarn is of andradite-grossular composition whereas those of distal exoskarn are composed of andradite type. The diopside composition is predominant in clinopyroxenes in the prograde stage, while hedenbergite type becomes dominant pyroxene phase at the retrograde stage. Keban plutonic rocks are alkaline, metaluminous, A-type and shoshonitic character. Based on REE trends, these plutonic rocks have a negative Eu anomaly (Eu/Eu*= 0.67-0.79) and LREE-enriched patterns. REE concentrations of skarn zones have the same pattern as the Keban Magmatics, but most of them are 100 to 150-fold depleted. Regarding REEs, (Pr/Yb)n, Eu/Eu* and Ce/Ce* ratios, the hydrothermal fluids responsible for the endoskarn formation are attributed to a magmatic source and most of them are characterized by low ∑ REE and (Pr/Yb)n ratios with negative Eu and Ce anomalies. The hydrothermal fluids responsible for the formation of exoskarn and ore rocks have high (Pr/Yb)n ratios and REE contents and the majority have negative Eu and Ce anomalies. However, it is observed that Keban Pb-Zn skarn mineralizations is evolved not only from magmatic source, but also metamorphic effect from calcschists of the Nimri Formation. The ore rocks having La/Y>1 (ave. 12.38) indicate that they are formed under neutral-alkali conditions. Homogenization temperatures and salinity values (wt. % NaCl equivalent) measured from fluid inclusion studies are 384 to >600 oC and % 5.2 for prograde stage, 229->600 oC and % 2.07-50.8 for retrograde stage, 360-440 oC and % 0.1-38.2 for mineralization stage. According to the homogenization temperatures and salinity values, the 1st stage was occurred at depth of 3 km, while mineralization in the 2nd and 3rd stages correspond to depths of 2-3 km and 1.5-2 km, respectively.  δ13C and δ18O values of skarn calcites of skarn zones range from 4.63 to -2.24 ‰ and +12.83 to +18.24 ‰. These values are due derivation from limestone of Nimri Formation and decreased systematically as a result of meteoric water reaction under increasing temperatures. δ34S values of sulfide minerals are between -8.5 to +2.1 ‰ indicating that sulfur is derived from a magmatic source. The relatively low δ34S value (-8.5 ‰) of some sulfide minerals is explained by the enhanced interaction of fluids with the organic matter-bearing metasedimentary units.