Geological Methods in Mineral Exploration and Mining / Roger Marjoribanks

 

MADEN ARAMALARINDA GOSSAN’IN ÖNEMİ SÜPERJEN ZENGİNLEŞME ve HENDEK ÖRNEKLERİNİN İNCELENMESİ

 

Gossanlar, tarih boyunca maden arama çalışmalarında önemli bir rol oynamış olup, altta yatan sülfür cevher yataklarının yüksek oranda aşınmış ve oksitlenmiş yüzey ifadeleridir.

Jeologlar, maden arayıcıları ve madencilik şirketleri için gossanlar; altın, bakır, kurşun, çinko ve gümüş gibi değerli minerallerin aranmasında yol gösteren doğal işaret levhaları olarak kabul edilir.

Ayırt edici renkleri, dokuları ve kimyasal bileşimleri nedeniyle gossanlar, yüzeyin altındaki gizli cevher yatağı hakkında hayati bilgiler sağlayabilir.

Gossanlar, sülfürce zengin cevher yataklarının aşınması ve oksidasyonu ile oluşur.

Pirit, kalkopirit, galenit veya sfalerit gibi sülfür mineralleri, Dünya yüzeyine yakın oksijen ve suya maruz kaldıklarında oksidasyon olarak adlandırdığımız reaksiyona girerler.

Bu süreçler sülfürik asit salınımına yol açarak daha fazla aşınmaya ve çözünür elementlerin süzülmesine neden olur ve geri kalan demir, hematit, goetit ve limonit gibi ikincil oksitler ile hidroksitler oluşturur.

Bu demirce zengin mineraller, gossanlara karakteristik paslı kahverengi, kırmızımsı veya sarı renklerini verir.

Bazı durumlarda, silika dirençli bir bileşen olarak kalır ve sert ve gözenekli silisli bir gossan örtüsü oluşturur.

Gossanlar belirli fiziksel ve kimyasal özellikleriyle karakteristiktir. Tipik olarak demirle lekelenmişlerdir ve demir oksitler nedeniyle koyu kırmızıdan kahverengiye ve sarıya kadar değişen renklere sahiptirler.

Kimyasal olarak, gossanlar demir bakımından zengindir ancak birçok çözünür baz metal bakımından fakirdir. Altın, gümüş ve dirençli minerallerin izleri genellikle kalır ve bu da onları değerli arama hedefi haline getirir.

Jeofiziksel olarak, gossanlar silisli yapıları nedeniyle genellikle yüksek direnç değerleriyle ilişkilendirilir ve kalıntı demir mineralojisine bağlı olarak manyetik olabilirler.

Bir gossanın varlığı, altta yatan bir sülfür mineral sisteminin güçlü bir göstergesidir. Tarihsel olarak, dünyanın en zengin cevher yataklarının çoğu ilk olarak yüzey gossanları aracılığıyla keşfedilmiştir.

Gossanlar Batı Avustralya'da altın, Amerika Birleşik Devletleri'nde bakır ve Avrupa'da kurşun-çinko yatakları için yapılan aramalara rehberlik etmiştir.

Bir gossan içindeki mineral topluluğunu ve jeokimyasal desenler analiz edilerek, alttaki cevher yatağının türü ortaya çıkarılabilir, aşınma derecesi tahmin edilebilir ve hatta olası süperjen zenginleşme bölgeleri belirlenebilir.

 

OKSİDASYON VE SEMANTASYON (SÜPERJEN ZENGİNLEŞME) YATAKLARI

Bileşimlerinde kükürt (S) atomu bulunan ve ayrışma ile sülfat verebilen sülfürlü cevherlerin oksidasyon ve semantasyon zonları gelişebilir. Sülfürlü cevherleri içeren yataklar yüzeye çıktıkları zaman, atmosfer koşullarında serbest ve suda erimiş halde bulunan oksijen ve karbondiyoksitin etkisine maruz kalarak çözünürler=ayrışırlar ve çözeltilerle derinlere doğru hareket ederler. Atmosferin yataklar üzerindeki bu tür etkisi yeraltısu tablasına kadar devam eder. Yeraltısu tablasının altında başka bir takım değişim ve dönüşüm olayları da söz konusudur. Yeraltısuyunun hareketine bağlı olarak alterasyona maruz kalan bir sülfür yatağında 3 zon meydana gelir. Bunlar:

1-Oksidasyon Zonu
2-Semantasyon Zonu
3-Birincil mineralizasyon Zonu

1-Oksidasyon Zonu: Sülfürlü cevher mineralleri içeren yatakların, bol miktarda oksijen ve karbondiyoksitle yüklü suların etkisinde kalarak, yeraltı su tablasının (YST) üst kesiminde oksit, hidroksit ve karbonat bileşimli cevher minerallerine dönüştükleri zona Oksidasyon Zonu denir. Oksidasyon zonları genel olarak birkaç metreden birkaç on metreye, nadiren 300-400m. derine inebilir.

Maden yataklarında en çok bulunan sülfür minerali Pirit'in oksidasyon zonunun gelişimini aşağıdaki gibi açıklayabiliriz. Yeraltı su tablasının üstünde, oksijen ve su ile reaksiyona giren pirit aşağıdaki tepkimeler sonucu önce demir sülfarta sonra demir hidroksite dönüşmüştür.
2FeS2 + 7O2 + H2O ----------> 2FeSO4 + 2H2SO4
12FeSO4 + 6H2O + 3O2 -------- > 4Fe2(SO4)3 + 4Fe(OH)3
Üç değerli demir sülfat kuvvetli bir oksitleyicidir ve diğer sülfürleri de etkiler ve başka sülfat bileşikleri de oluşturur. Örneğin
ZnS + 4Fe2(SO4)3 + 4H2O -------> ZnSO4 + 8FeSO4 + 4H2SO4
Oluşan metal sülfürlerin çoğu ve seyreltik çözeltiler halinde cevher yatağının çatlaklarından aşağıya doğru iner ve ortamdaki diğer bileşenlerle veya kayaçlarla reaksiyona girerek metalleri oksit, hidroksit, sülfat ve karbonatlar şeklinde çökeltir.

2-Semantasyon Zonu : Yeraltısu tablasının (YST) altında, oksijensiz koşullarda demir sülfat ve sülfürik asitin etkisi altında ikincil sülfür cevherlerinin oluştuğu zondur. Oksidasyon zonundan çözülmüş Cu ve Ag metalleri, sıvı ortamda taşınma özellikleri yüksek olduğundan, yani iyon halinde taşınabildikleri için, sülfat formunda YST 'nın altına süzülerek burada tenörleri yüksek ikincil sülfür cevherleri şeklinden çökelirler. Bu zonda çökelmeyi sağlayan en önemli reaksiyon sülfürlerle sülfat çözeltileri arasındaki reaksiyondur. Örneğin,

CuFeS2 + CuSO4 + H2O ---------> 8Cu2S + 5FeSO4 + 8H2SO4 Veya
CuFeS2 + CuSO4 --------> 2CuS + FeSO4

şeklinde gelişen reaksiyon sonucu Cu ve Ag sülfürler çökelir.

3-Birincil Mineralizasyon Zonu: Belirli bir seviyenin altında, kayaçların su içeriğinin azaldığı veya birincil cevherin (örneğin ayrışmamış pirit veya kalkopirit) yapısını ve özelliklerini koruduğu zondur.

Bu üç zon, maden damarının en üst kesiminde gelişmiş çoğunlukla demir ve silis minerallerinden oluşmuş (kuvars, limonit gibi) demir şapka veya Gossan adı verilen koruyucu zon altında gelişir.

Oksidasyon ve Semantasyon Zonlarının Oluşumunu Etkileyen Faktörler

Sülfür, sülfotuzları, arseniyürler ve antimoniyürler açısından zengin bir cevher kütlesinde oksidasyon ve sementasyon zonlarının gelişmesi bölgesel ve yersel bir takım faktörlere bağlıdır. Bölgesel faktörlerin başlıcaları:

1-İklim faktörü
2-Morfolojik ve tektonik faktörler dir.
Yapılan araştırmalar göstermiştirki oksidasyon ve sementasyon zonları, ısının yüksek, yağışın az fakat düzenli olduğu karasal Akdeniz ikliminin hüküm sürdüğü, erezyonun oksidasyondan daha yavaş işlediği, yüzeyin belirli bir dengeye ulaşmış olduğu ve yeraltısu tablasının derinlerde olduğu koşullarda çok iyi gelişmektedir.

Bu bölgesel faktörlerin dışında
*Cevher kütlesinin bileşimi
*Yankayacın hidrojeolojik nitelikleri

gibi yersel faktörlerinde zonların gelişiminde etkili olduğu ortaya konmuştur. Cevherin mineralojik bileşimi birinci dereceden önem taşır. Örneğin, pirotin (FeS), pirit'ten (FeS2) daha cabuk okside olurken, sementasyon zonunda sadece Cu, Ag ve nadiren Nikel sülfür mineralleri gelişir. Ayrıca yankayacın geçirgenliği, kırıklı-çatlaklı oluşu, ve mineralojik bileşimi zonların dağılımını ve derinliğini belirler. Örneğin kumtaşlarında oksidasyon zonu kolay gelişip, düzgün dağılırken, geçirgenliği düşük kayaçlarda oksidasyon düzensiz ve, kırık ve çatlakların kontrolünde gelişir. Örneğin, yankayaç karbonatlı bir kayaç ise, oksidasyondan kaynaklanan asitli sular, oyuk ve kovuklar oluşturacak, oluşan yeni mineraller de buralara yığışıp, girintili-çıkıntılı bir görünüm sergileyecektir.

Zonlarda Gelişen Mineraller ve Formülleri

ZON

imonit Fe(OH)3
Pirolüsit MnO2
Psilomelen Karışık mangan oksit
Manganit MnO(OH)

Amorf silis

Üst Seviye

Klorarjilit AgCl
Malakit CuCO3.Cu(OH)2
Azurit 2CuCO3.Cu(OH)2
Serüzir PbCO3
Simitsonit ZnCO3

OKSİDASYON ZONU

Jaruzit KFe3(SO4)2(OH)3
Kalkantit CuSO4.5H2O
Brokantit Cu4SO4 (OH)6
Anglesit PbSO4

Alt Seviye

Tenörit CuO
Küprit Cu2O
Atakamit Cu2(OH)3Cl
Nabit Altın Au
Nabit Gümüş Ag
Nabit Bakır Cu
Kovelin CuS
Kalkozin Cu2S
Bornit Cu5FeS4
Arjantit Ag2S

SEMENTASYON ZONU

Puristit Ag2AsS3
Pirarjirit Ag3SbS3
Nabit Altın Au
Nabit Gümüş Ag
Kalkopirit CuFeS2
Pirit FeS2

BİRİNCİL CEVHER ZONU

Galen PbS2
Sfalerit ZnS2
Barit BaSO4
Kuvars SiO2

 

SÜPERJEN ZENGİNLEŞME

Cevher yataklarında, hipojen süreçler ile oluşmuş ana mineraller (pirit, kalkopirit, galenit, sfalerit gibi sülfitler) yüzeye yakın düşük sıcaklıklarda oksitlenmiş aşağı doğru süzülen meteorik sular ile altere olabilirler ve ikincil veya diğer bir ifade ile süperjen minerallere (süperjen cevherler) dönüşebilirler. Bu dönüşüm süreci içerisinde aşağı doğru inen yeraltı suyu birincil sülfit minerallerini oksitler ve çözer. Sonucunda çözünmüş metaller (Cu, Zn, Pb, Fe gibi) çözelti içinde sıklıkla aşağıya doğru hareketlenir ve böylece iki farklı ikincil mineral zonunu oluştururlar. Bunlardan birincisi yeraltı su seviyesinin üzerinde diğeri ise altında kalmaktadır. Su seviyesinin üzerindeki koşullar genelde oksitleyicidir. Buralarda oluşan ikincil mineraller, oksit koşullarda stabil kalabilen mineraller olacaktır. Bunlar bakır (Cu) mineralleri için malakit (malahit de denir), azurit ve kuprit; çinko (Zn) için genelde simitsonit ve kurşun (Pb) için ise piromorfit, vanadinit olarak sıralanabilir. Su seviyesinin altında kalan bölgede koşullar ya daha az oksik ya da indirgendir (redüklenmiş), işte bu bölgede oluşan mineraller süperjen zenginleşmeyi sağlamaktadır. Bu mineraller bakır (Cu) için kovellin, bornit, enarjit, kalkosit ve dijenit; kurşun (Pb) anglezit şeklinde örneklenebilir. Hatta bakır ve altın gibi doğal metaller bile bu zonda oluşabilmektedir.

1- Gossan Zonu: Birincil cevher zonunun kalıntısı olan bu zon bütün birimleri örter ve Fe-oksitler (hematit-götit-limonit) ile ifade edilirler. Bunun yanında kuvars, pirit, alunit gibi minerallerde olabilmektedir. Asıl kayadan yıkanan minerallerin yerine asitik ve düşük oksitleyici koşullarda hareketsiz kalan Fe iyonları, (özellikle pirit) oksijen ve/veya hidroksit ile yükseltgenerek çözeltilmektedir (Reaksiyon 1). Kuvars'ın varlığı da beklenen bir durumdur ki bu koşullarda (düşük sıcaklık burada önemli) alterasyona son derece dayanıklı bir mineraldir. Gossan örtüsünün olduğu yataklar daha iyi korunabilmektedir. Bu zonun kimyasal içeriği de altta yatan cevherleşme hakkında bizlere bilgiler vermektedir. Örneğin, yüksek kurşun içeriği ve/veya ikincil kurşun (arsenat) karbonat ve sülfat (anglezit-serusit-bödantit) minerallerinin gossan zonlarında bulunması.

Gossan zonlarında kalıntı olarak gelişmiş olan değerli metaller bulunabilmektedir. VMS (volkanojenik masif sülfitler) yataklarında bu durum not edilmiştir.

2- Yıkanma Zonu (Leached Zone): Gossan zonunun alt kısmında bulunur. Yoğun derecede ana kayadan mineraller yıkanmıştır. Nedeni ise üst kısımda bulunan Fe yükseltgenmesi sonucu oluşan karbondioksitli, sülfatlı akışkan, sülfürik asit (H₂SO₄) ve karbonik asit (H₂CO₃) üreterek bu zonda aşırı yıkanmalara sebep olur.

Reaksiyon 1: 2Fe₂S + 7O₂ + 2H₂O ---> 2FeSO₄ + 2H₂SO₄ 

Yukarıdaki reaksiyon bize gösteriyor ki pirit'in varlığı aslında bütün olayın başı, yani pirit yoksa zenginleşmede yok, pirit varsa zenginleşme de var. Pirit'in bu reaksiyonu aslında sadece hematit ve limonit gibi minerallerin oluşmasını sağlamıyor. Asıl önemli olan yan ürün olarak sülfürik asitin üretilmesi, bu ürün daha alttaki yıkanma zonundan minerallerin taşınabilmesini sağlıyor. Pirit'in hematite ve limonite dönüşümü ile ilgili reaksiyonu da yazayım da tam olsun :)

Reaksiyon 2: 2Fe₂S + 7.5O₂ + 4H₂O ---> Fe₂SO₃ + 4H₂SO₄ 

Reaksiyon 3: 2Fe₂S + 7.5O₂ + 5H₂O ---> 2FeOOH + 4H₂SO₄ 

Not: Dikkat edecek olursanız 3 reaksiyonda da girenler aynı ama ürünler farklı, işte burada çözelti içeresindeki oksijen ve su moleküllerinin miktarları önem kazanıyor. Aynı zamanda termodinamiksel parametreler ile reaksiyonların gibbs serbest enerjilerinin de bilinmesi gerekecektir.

3- Oksitlenmiş Zon (Oxidised Zone): Yıkanma zonundan aşağıya doğru süzülen çözeltiler sülfat, karbonatlar ve bütün oksitlenmiş zonlarda bulunan limonit gibi ikincil mineralleri oluşturmak için oksit zon içerisinde diğer birincil mineraller ile reaksiyona girerler. Öncelikle birincil sülfür mineralleri sülfatlara ve daha sonra ikincil karbonatlı minerallere dönüşürler.

4- Zenginleşmiş Zon (Enriched Zone): Yüzeyden taşınmış Cu, Pb, Zn gibi iyonların indirgen zonlarda zenginleşme zonudur. Mineralleri yukarıda verilmiştir.

5- Ana Zon (Primary Zone): Altere olmamış birincil mineralleri içerir. Yukarıda minerallerini verdim.

Son bir söz: Anlatılan süperjen zenginleşmeleri hem denizaltı (submarine) hem de karasal (subaerial) ortamda gelişebilmektedir.

MİNERALLER HAKKINDA AYRINTILI BİLGİ İÇİN

Anglezit: http://www.mta.gov.tr/v3.0/bilgi-merkezi/anglezit

Azurit: http://www.mta.gov.tr/v3.0/bilgi-merkezi/Azurit

Bornit: http://www.mta.gov.tr/v3.0/bilgi-merkezi/bornit

Bödantit: http://www.mindat.org/min-652.html

Dijenit: http://www.webmineral.com/data/Digenite.shtml#.WEYZrfmLTIU

Enarjit: http://www.mta.gov.tr/v3.0/bilgi-merkezi/enarjit

Galenit: http://www.mta.gov.tr/v3.0/bilgi-merkezi/galenit

Kalkosit: http://webmineral.com/data/Chalcocite.shtml#.WEYZ0fmLTIU

Kalkopirit: http://www.mta.gov.tr/v3.0/bilgi-merkezi/kalkopirit

Kovellin: http://www.mta.gov.tr/v3.0/bilgi-merkezi/kovellin

Kuprit: http://www.mta.gov.tr/v3.0/bilgi-merkezi/kuprit

Malakit: http://www.mta.gov.tr/v3.0/bilgi-merkezi/malahit

Pirit: http://www.mta.gov.tr/v3.0/bilgi-merkezi/pirit

Piromorfit: http://www.mta.gov.tr/v3.0/bilgi-merkezi/piromorfit

Sfalerit: http://www.mta.gov.tr/v3.0/bilgi-merkezi/sfalerit

Simitsonit: http://www.mta.gov.tr/v3.0/bilgi-merkezi/simitsonit

BELUCİSTAN'DAKİ PORFİR BAKIR ALTIN PROSPEKSİYONUNDA HENDEK (YARMA) ÖRNEKLERİNİN İNCELENMESİ

Belucistan'daki porfir bakır-altın prospektlerimizden, yüksek potansiyelli alanlardaki hendeklerden ve mineralleşmiş bölgelerden toplanan mineralleşmiş örneklerin, el örneklerine dayalı odaklanmış bir çalışmasıyla geçirildi. Örnekler, geniş bir yelpazede cevher türlerini, alterasyon stillerini ve süperjen ortamları yansıtmaktadır.

Çalışma, fiziksel özellikleri, mineral birlikteliklerini, dokuları ve alterasyon özelliklerini gözlemlemeye odaklanarak, mineralleşme süreçlerine ilişkin kritik bilgiler sağladı ve genel keşif modelini güçlendirdi.

Örnekler, kalkopirit, bornit, kovellit, kalkosit, botrioidal malakit ve krizokolla dahil olmak üzere çeşitli bakır sülfür ve oksit topluluğunun yanı sıra, güçlü süperjen zenginleşmeyi gösteren damar ağı, oksit bölgeleri ve yıkanmış kapaklar sergilemektedir.

Jeolojik olarak, örnekler çok aşamalı mineralizasyon, birincil sülfidasyon ve iyi gelişmiş potasyumca zengin, fillitik, arjilitik ve propilitik alterasyon zonlaması ile klasik porfir sistem özelliklerini yansıtmaktadır; bu özellikler, yüzeye yakın bakır oranlarını artıran süperjen süreçlerle yerel olarak örtüşmektedir.

Kuvars-sülfür damarcıkları, kırık kontrollü mineralizasyon, gossanlar ve oksidasyon cepheleri, klasik bir porfir Cu-Au genetik modelini daha da desteklemektedir.

Elle yapılan örnek incelemeleri, saha gözlemlerini alterasyon sistemlerine ve etkili hedeflemeye doğrudan bağlayarak mineral arama çalışmalarının temel taşlarından biri olmaya devam etmektedir.