Derekütüğün (Bayat-Çorum) civarı nabit bakır cevherleşmelerinin jenetik incelemesi
Genetic investigation of native copper mineralization around derekütüğün (Bayat-Çorum)
Yazar: BÜŞRA DEMİRTAŞ
Danışman: PROF. DR. EMİN ÇİFTÇİ
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: Jeoloji = Geology

Özet:
İnceleme alanı, Türkiye'nin önemli evaporasyon havzalarından olan Çankırı-Çorum sınırları içerisinde bulunduğundan yoğunlaşılan inceleme bölgelerindeki nabit bakır cevherleşmelerinin, Türkiye'de az bilinen evaporitler ile yakın ilişkili red-bed (kızıl yatak) tipi sedimenter bakır yataklarına örnek teşkil edebileceği anlaşılmıştır. Bu tip yatakların köken sürecinin anlaşılması Türkiye'deki diğer potansiyel alanların aranması ve tespit edilişi anlamında bir temel oluşturacaktır. 
Bu çalışma kapsamında Çorum ili Bayat ilçesine bağlı Derekütüğün-Tepekütüğün ile Uğurludağ ilçesine bağlı Üçoluk mevkilerini kapsayan geniş bir alanda jeolojik özellikler incelenmiş, yukarıda bahsi geçen mevkilerde gözlemlenen bakır cevherleşmesi, spesifik olarak nabit bakır cevherleşmesi, araştırmanın odak noktası olmuştur. Saha çalışmaları sırasında alınan numuneler jeokimyasal, mineralojik ve petrografik açılardan incelenmiştir.
İnceleme alanında Senozoyik döneme ait Paleojen, Neojen ve Kuvaterner yaşlı sedimenter litolojiler yüzlek vermektedir. İnceleme alanındaki en yaşlı birimler Paleojen istife ait olan sedimenter Orta Eosen yaşlı Kocaçay, Erken Oligosen yaşlı İncik ve Geç Oligosen yaşlı Kızılırmak formasyonlarıdır. Bunların üzerine Neojen istife ait sedimenter birimlerden Alt-Orta Miyosen yaşlı Bayındır ile Pliyosen yaşlı Bozkır ve Değim formasyonları gelir. En genç çökeller olan Alüvyon Kuvaterner döneme ait birimlerdir. Cevherleşme zonlarını barındıran Kocaçay ve İncik formasyonları incelemenin yoğunlaştığı bölgelerde yüzlekler vermektedir. 
Yoğunlaşılan cevherleşme bölgelerinden alınan el numunelerinin jeokimyasal, mineralojik ve petrografik özelliklerinin anlaşılması amacıyla incelemeler yapılmıştır. Jeokimyasal özelliklerinin araştırılması amacıyla XRF, XRD ve EPMA analizleri gerçekleştirilmiştir. Tepekütüğün ve Tuğlu bölgesinden alınan numunede yapılan XRF analizleri sonucunda sırasıyla %4,20 Cu ve %0,87 Cu tespit edilmiştir. Tepekütüğün cevherleşme alanından alınan numunede detaylı XRD analizi yapmak amacıyla numune kırıldıktan sonra stereomikroskop altında ayıklama metodu uygulanarak cevherce zengin ve fakir fasiyes olarak iki örnek oluşturulmuştur. Bu iki örneğin XRD analizi sonucunda cevherce zengin örneğin mineral bileşiminde kuvars, piroluzit, malakit, ramsdellit ve muskovit, cevherce fakir örneğin mineral bileşiminde kuvars, kaolinit, dolomit, piroluzit, albit, ramsdellit ve muskovit bulunduğu anlaşılmıştır. Derekütüğün, Bakırçay(Üçoluk kuzeybatısı) ile Üçoluk mevkilerinden alınan nabit bakır numunelerinde gerçekleştirilen EPMA sonucunda sırasıyla %100,002 Cu, %98,663 Cu ve %99,626 Cu tespit edilmiştir. Mineralojik özelliklerin araştırılması amacıyla Derekütüğün ve Üçoluk cevherleşme bölgelerinden alınan el numunelerinden hazırlanan parlak kesit numuneleri optik mikroskop altında incelenmiştir. Derekütüğün bölgesine ait parlak kesitlerde ana cevher minerali olan nabir bakıra ek olarak pirit, malakit,  azurit, piroluzit, ramsdellit, hematit ve götit gibi cevher mineralleri tespit edilmiştir. Üçoluk bölgesine ait parlak kesitlerde ana cevher minerali olan nabit bakıra ek olarak pirit, kalkopirit, kalkosit, kovellit, kuprit ve götit gibi demiroksitler tespit edilmiştir.
Kızılırmak Nehri merkez alındığında havzanın kuzeybatı ve güneydoğu yamaçlarında bulunan Kocaçay ve İncik formasyonlarında tespit edilen Derekütüğün ve Üçoluk cevherleşme zonlarının jenetik incelemesi için yapılan araştırmalar sonucunda havzanın merkez kesiminde yer alan Bayındır ve Bozkır formasyonlarının evaporasyon ürünleri ile aralarında bir ilişki kurulmasının mümkün olduğu görülmüştür. Stratigrafik birimlerin yaş-ortam özellikleri incelendiğinde Eosen'de Tetis Denizi'nin Anadolu'dan çekilmesiyle kalan bir havza içi göl ortamının varlığı ve bölgenin zaman içinde karasal ortama geçiş yaptığı ortaya çıkmıştır. Yaklaşık Geç Miyosen döneminde yaşanan kuraklık sonucu oluşmaya başlayan evaporatik birimler havza merkezinde yer almaktadır. 
Bu kuraklık döneminde evaporitik birimlerinden havza tabanına süzülen asidik meteorik sular, evaporitik birimlerden geçerken klor, sülfat ve karbonat anyonlarını bünyelerine almış ve bu anyonlarca zengin suları havza tabanına doğru aşağı yönlü dolaşıma sokmuştur. Havza tabanındaki temeli oluşturan volkanik ve çevre kayalardaki ofiyolitik kaya paketlerine ulaşan bu klorca zengin meteorik sular bu kayalardaki bakır metalini çözerek klorürlü kompleks halinde çözelti içerisine almıştır. Orta oksidasyon koşullarına sahip bu çözelti sistemden havza yamaçlarında bulunan fay ve kırık zonları boyunca yukarı yönlü harekete başlar ve indirgenme koşullarını sağlayan organik maddece zengin, yüksek geçirgenliğe sahip ve düşük H2S fugasiteli Geç Eosen-Erken Oligosen yaşlı sedimenter birimlere ulaştığında metal klorürlü kompleks bozularak metalin yani bakırın indirgenerek çözeltiden ayrılması ile ilksel olarak nabit ve daha sonra ikincil olarak sülfürlü bakır mineralleri oluşturacak şekilde çökelmesine ortam sağlar. 
İnceleme alanında gözlenen bakır cevherleşmelerinin, evaporitik birimlerle sınırlar gösteren Kocaçay ve İncik formasyonlarındaki kumtaşı ve konglomera içindeki tanelerarası boşlukları doldurarak çimento görevi gördüğü tespit edilmiş; dolayısıyla bu cevherleşme modelinin formasyonların diyajenezi ile sin-jenetik ve/veya sin-to-post-jenetik olduğu söylenebilir.
Türkiye'de evaporitler ile yakın ilişki kuran bu tip bakır yataklarının tespiti için bu oluşum modelinin takip edilmesiyle diğer potansiyel alanların varlığı ortaya koyulabilir, Sivas, Yozgat, Çorum, Çankırı hattı boyunca tespit edilmiş bu yatakların birbiri ile ilişkilerinin ortaya konması yönünde ileriye dönük çalışmalar için bir temel oluşturabilir.

Abstract:
Since the study area is located within the borders of Çankırı-Çorum, one of the important evaporation basins of Turkey, it has been understood that the native copper mineralizations in the focused study area may constitute an example of little-known red-bed type sedimentary copper deposits which are closely related to evaporites in Turkey. Understanding the genetic process of this type of deposits will provide a basis for exploring and identifying other potential areas in Turkey.
Within the scope of this study, geological elements were examined in a wide area covering the Derekütüğün-Tepekütüğün locations in the Bayat district and the Üçoluk location in the Uğurludağ district of Çorum province. The copper mineralizations observed in the above-mentioned locations, specifically the native copper mineralization, became the focus of the research. The samples taken during field studies were examined in terms of geochemical, mineralogical and petrographic aspects. 
In the study area, Paleogene, Neogene and Quaternary periods belonging to the Cenozoic era are observed. The oldest units in the study area are the sedimentary Middle Eocene aged Kocaçay, Early Oligocene aged İncik and Late Oligocene aged Kızılırmak formations belonging to the Paleogene period. These are overlain by the Lower-Middle Miocene aged Bayındır and Pliocene aged Bozkır and Değim formations, which are sedimentary units belonging to the Neogene period. Alluvium, the youngest sediment, is the unit from the Quaternary period. Kocaçay and İncik formations, which contain mineralization zones, crop out in the areas where the investigation is focused.
A 1/100.000 scale geological map published by General Directorate of Mineral Research And Exploration covering the Kızılırmak Basin, where the study area located, was simplified from Çankırı – G 32 and H 32 sheets and adapted to the geological map of the study area. The three cross-sectional models were prepared in the direction that would pass through the mineralization zones in Derekütüğün, Tepekütüğün and Üçoluk locations. During the field studies, strike dip measurements were taken from the layers in the mineralization zones in the northwest and southeast axis of the Kızılırmak Basin, and the cross-sectional models were obtained from these measurements with the data falling on the mineralization zones. The same formation unit, İncik, was observed in the mineralization zones on both opposite sides of the basin, and the layer positions in these areas were measured as mutually inclined to the basin center.
Investigations were made to understand the geochemical, mineralogical and petrographic properties of hand samples taken from focused mineralization zones. XRF, XRD and EPMA analyzes were carried out to investigate the geochemical properties. As a result of the XRF analysis performed on the sample taken from Tepekütüğün and Tuğlu locations, 4.20% Cu and 0.87% Cu were detected, respectively. In order to perform a detailed XRD analysis on the sample taken from Tepekütüğün locations, two samples were formed as ore-rich and poor facies by applying the sorting method under the stereomicroscope after the sample was crushed. As a result of the XRD analysis of these two samples, it was understood that the mineral composition of the ore-rich sample contained quartz, pyrolusite, malachite, ramsdellite and muscovite, while the ore-poor sample contained quartz, kaolinite, dolomite, pyrolusite, albite, ramsdellite and muscovite. As a result of EPMA performed on the native copper samples taken from Derekütüğün, Bakırçay (northwest of Üçoluk) and Üçoluk locations, 100.002% Cu, 98.663% Cu and 99.626% Cu were detected, respectively. In order to investigate the mineralogical properties, bright section samples prepared from hand samples taken from the Derekütüğün and Üçoluk mineralization zones were examined under a polarizing microscope. In addition to native copper, which is the main ore mineral, ore minerals such as pyrite, malachite, azurite, pyrolusite, ramsdellite, hematite and goethite were detected in the bright sections of the Derekütüğün location. In addition to native copper, which is the main ore mineral, pyrite, chalcopyrite, chalcosite, covellite, cuprite, goethite and such iron-oxide minerals were detected in the bright sections of the Üçoluk location's hand samples. In the light of these data, a paragenetic sequence chart of mineralization was created.
As a result of the research conducted for the genetic investigation of, it was seen that it is possible to establish a relationship between the Derekütüğün and Üçoluk mineralization zones detected in the Kocaçay and İncik formations located on the northwestern and southeastern slopes of the Kızılırmak basin and the evaporation products of the Bayındır and Bozkır formations located in the central part of the basin. When the age-facies characteristics of the stratigraphic units were examined, it was revealed that there was an intra-basin lacustrine environment remaining after the Tethys Sea withdrew from Anatolia in the Eocene and that the region transitioned to a continental environment over time. Evaporatic units, which started to form as a result of the aridness happened in the Late Miocene period, are located in the center of the basin.
During this aridness period, acidic featured meteoric waters filtered from evaporitic units to the basin floor, absorbed chlorine, sulfate and carbonate anions while passing through evaporitic units and put the solution rich in these anions into downward circulation towards the basin bottom. These chlorine-rich meteoric waters, which reached the volcanic rocks in the basin and surrounding ophiolitic rock packages, dissolved the copper metal in these rocks and put it into solution as a chloride complex. 
The solution with medium oxidation conditions begins to move upward from the system along the fault and fracture zones on the basin slopes and the solution reaches the Late Eocene-Early Oligocene aged sedimentary units with highly permeable and having low H2S fugacity, rich organic matter that provides reduction conditions to complexes in the solution. As a result of chlorine's tendency to form a complex with Na+ and S-2 in the environment and copper's tendency to be released and reduced, the metal chloride complex breaks down and the metal, namely copper, is released. By being reduced and released from the solution, it precipitates initially as native form and then secondarily sulphide minerals.
The copper mineralizations observed in the field were found as cement by filling the intergranular spaces in the sandstone and conglomerate in the Kocaçay and İncik formations, which show borders with evaporitic units; thus, this mineralization model can be said as syn-genetic and/or syn-to-post-genetic with the diagenesis of the formations.
By following this genetic model to detect this type of copper deposits that are closely related to evaporites in Turkey, the existence of other potential areas can be explored, and it may be a basis for future studies to reveal the relationships of these deposits detected along the Çankırı, Çorum, Yozgat, Sivas line. It is thought that red-bed type sedimentary copper deposits can be made economically profitable by using suitable enrichment methods in other potential areas in Turkey.
This type of low-grade and wide-area deposits are classified as relatively weak compared to other types of copper deposits when evaluated economically. Since the main ore mineral in question is native copper, metallurgical separation and enrichment methods appropriate to the nature of the metal should be preferred in the planning of enrichment methods and the enrichment facility should be designed to be able to apply these methods. In order to make this types of deposits economically minable and contribute to the country's economy, the research and development processes must be studied in detail before the mining activity.