Geological Methods in Mineral Exploration and Mining / Roger Marjoribanks

 

GULEMAN (ELAZIĞ) BÖLGESİNİN JEOLOJİSİ, STRATİGRAFİSİ, OFİYOLİTLERDE CEVHERLEŞME VE KROM YATAKLARI

KAYNAKLAR

(1) Guleman (Elazıg) Bölgesinin Jeolojisi, Stratigrafisi, Ofiyolitlerde Cevherleşme ve Krom Yatakları, 2019. Dr. İlker Şengüler, YILMADEN Holding, İSTANBUL.

YILMADEN Library, İSTANBUL

(2) Guleman (Elazıg) Bölgesinin Jeolojisi, Stratigrafisi, Ofiyolitlerde Cevherleşme ve Krom Yatakları, 2019. Dr. İlker Şengüler, EUROGOLD Mining, İSTANBUL.

EUROGOLD Mining Library, İSTANBUL.

(3) MTA Rapor Demirbaş No: 47899, Yer Numarası: 200 (328) S 476 g, MTA Genel Müdürlüğü Kütüphane/Derleme, ANKARA.

Kromit Madeninin Jeolojik Oluşumu, Petrogenetik Mekanizmaları ve Evrimsel Dinamikleri Hakkında Genel Bilgiler

 1. Giriş ve Kromit Mineralojisi Kromit minerali, kristal kimyası bakımından spinel grubuna dahil olan ve ideal stokiyometrik bileşimi FeCr2O4 formülüyle ifade edilen bir demir-krom oksittir. Kristal kafesinde divalent ve trivalent katyon alanlarında geniş kapsamlı izomorf yer değiştirmeler gerçekleşmektedir. Divalent katyon konumunda demir (Fe2+) ile magnezyum (Mg2+) arasında magnezyokromit (MgCr2O4) yönünde katı çözelti serisi oluşurken, trivalent katyon konumunda krom (Cr3+) ile alüminyum (Al3+) ve demir (Fe3+) değişimi gerçekleşerek herisinit (FeAl2O4) bileşimine doğru geçişler gözlenmektedir. Bu karmaşık ikame mekanizmaları nedeniyle doğal kromit minerallerinin genel kimyasal formülü (Fe,Mg)(Cr,Al,Fe)2O4 şeklinde tanımlanmaktadır. Yüksek erime sıcaklığına ve mekanik dayanıma sahip olan kromit, ultramafik magmaların derin yer kabuğu ve manto koşullarında yaklaşık 1400∘C civarındaki yüksek sıcaklıklarda soğumaya başlamasıyla çökelen en erken magmatik fazlardan birini teşkil eder. Paslanmaz çelik endüstrisinin ve ferrokrom üretiminin yegane cevher kaynağı olan kromit yatakları, magmatik ayrışma ve fraksiyonel kristallenme süreçleriyle oluşmaktadır. Doğadaki ekonomik kromit birikimleri, oluştukları tektonik ortamlar, magma odası geometrileri, hazne kayaç litolojileri ve cevher gövdesi morfolojilerine bağlı olarak Stratiform (Katmanlı) ve Podiform (Alpin Tipi) yataklar olmak üzere iki temel jeolojik sınıfta incelenmektedir. 

2. Stratiform Kromit Yataklarının Petrogenetik Oluşumu Stratiform tipi kromit yatakları, kararlı kıtasal kratonlar veya kratoniçi riftleşme havzalarına sokulum yapmış, Prekambriyen (Arkeyan ve Erken Proterozoik) yaşlı devasa katmanlı mafik-ultramafik intrüzyonlarda gelişim gösterir. Tabular veya huni biçimli geometrilere sahip olan bu intrüzyonlar, kıtasal kabuk içerisindeki büyük magma odalarında soğuyarak yüzlerce kilometrelik yatay devamlılığa sahip katmanlı kayaç dizilimlerini meydana getirir. Bu yataklarda chromitite (masif kromit kayacı) seviyeleri, dunite, peridotit, piroksenit ve anortozit gibi silikat kayaçlarıyla mükemmel bir ritmik ardalanma sergiler. Güney Afrika'da yer alan Bushveld Kompleksi, ABD'deki Stillwater Kompleksi, Kanada'daki Bird River Sill ve Finlandiya'daki Kemi intrüzyonu bu oluşum mekanizmasının en karakteristik küresel örnekleridir. Magmatik hazne içerisinde kromitin yoğunlaşması temel olarak fraksiyonel kristallenme ve kütleçekimsel çökelme (gravity settling) prensiplerine dayanır. Yüksek özgül ağırlığa sahip olan kromit taneleri, silikat eriyiği içerisinde kristalleştikten sonra hazne tabanına doğru batarak birikir. Ancak tipik bir bazaltik magmanın olağan soğuma seyrinde kromit, olivin veya piroksen gibi silikat mineralleri ile eşzamanlı çökeldiğinde, oluşan kayaçtaki kromit oranı %1 ile %2 sınırında kalmakta ve ekonomik açıdan işletilebilir masif cevher katmanları meydana gelememektedir. Ekonomik değeri olan ve %50 ile %95 arasında kromit içeren masif chromitite katmanlarının (seams) teşekkül edebilmesi için magmatik sistemin silikat kristallenmesini durdurup, faz diyagramında doğrudan "yalnızca (chromite-only) kararlılık alanına kayması zorunludur. kromit" Magma odasını yalnızca kromit çökelten bu evreye sokan ilk temel mekanizma, kabuk kirlenmesi veya silis kontaminasyonu olarak bilinen süreçtir. Magma haznesinin tavanından koparak ergiyen kuvarsca zengin kıtasal kabuk kayaçları, ana magmanın silis (SiO2) konsantrasyonunu aniden yükseltmektedir. Silis oranındaki bu artış, eriyiğin faz dengesini değiştirerek olivin ve piroksen doygunluğunu baskılar ve eriyiği tek başına kromit biriktiren kararlılık sahasına kaydırır. Eklenen felsik bileşen tamamen tükenene kadar hazne tabanına yalnızca masif kromit taneleri yığılır. Masif kromit katmanlarının teşekkülünde rol oynayan ikinci ve daha yaygın kabul gören mekanizma ise magmatik recharge ve magma karışımı (magma mixing) modelidir. Magma haznesine tabandan düzenli aralıklarla enjekte edilen taze, ilksel ve Cr-Mg bakımından zengin primitif magmanın, oda içerisinde evrimleşmiş ve silisçe zenginleşmiş mevcut magma ile karışması sonucu hibrit bir magma oluşur. Oluşan bu karışım eriyiği, dikey faz sınırlarını aşarak kromit bakımından aşırı doygun (supersaturated) hale gelir. Sıcaklık ve bileşim dengelenene kadar süren bu evrede, magmatik hazne tabanı boyunca onlarca kilometrelik eksensel devamlılığa sahip, monomineralik masif kromit katmanları çökelmektedir. 

3. Podiform Kromit Yataklarının Oluşumu ve Manto Süreçleri Podiform (Alpin Tipi) kromit yatakları, okyanusal litosfer parçalarının orojenez süreçleriyle kıtasal kenarlar üzerine bindirdiği ofiyolit komplekslerinde teşekkül etmektedir. Bu yataklar, Dünya üzerindeki okyanus ortası sırtları, yay-ardı havzalar ve özellikle Yitim Üstü Zon (SSZ - Supra-Subduction Zone) tektonik rejimlerinde şekillenen okyanusal mantonun derinliklerini yansıtır. Stratiform yatakların düzenli katmanlı yapısının aksine, podiform cevherleşmeler ofiyolitlerin manto seksiyonunu oluşturan tüketilmiş harzburjit ve lherzolit tektonitleri ile Manto-Kabuk Geçiş Zonu (MCTZ) dunitleri içerisinde uyumsuz, mercek, pod, tüp ve damar geometrilerinde gözlenir. Podiform kromititlerin petrogenezinde temel yönlendirici mekanizma, kapalı bir magma odasındaki çökelmeden ziyade, üst mantoda gerçekleşen eriyik-kayaç etkileşimi (melt-rock interaction) ve odaklanmış eriyik taşınımıdır. Yitmekte olan okyanusal levhadan salınan sulu akışkanlar, üzerindeki manto kamasını (mantle wedge) kısmi erimeye uğratarak yükselen magmaları üretir. Yükselen bu doymamış mafik eriyikler, üst manto peridotitlerinin içerisinden süzülürken çevre kayaçtaki ortopiroksen minerallerini çözündürür. Piroksenlerin eriyiğe katılması, magmanın silis içeriğini artırırken reaksiyon çeperlerinde olivin çökelmesini tetikler. Bu süreç, magmanın geçtiği kanalların etrafında kalınlığı birkaç santimetreden birkaç metreye varan tipik bir dünit kılıfı (dunite envelope) oluşturmaktadır. Ortopiroksen çözünmesiyle silisçe zenginleşen ve kimyasal dengesi değişen eriyik, tek başına kromit çökeltecek doygunluk seviyesine ulaşır. Manto içi magma kanallarında veya kanalların genişlediği hazne benzeri boşluklarda türbülans ve konveksiyon akıntılarının etkisiyle biriken kromit kristalleri masif, nodüler (üzüm taneli), orbiküler ve bantlı dokular sunan podiform cevher kütlelerini meydana getirir. Podiform kromititler, mineral kimyalarındaki krom numarasına (Cr# = Cr/[Cr + Al] atomik oranı) göre jeokimyasal ve tektonik açıdan iki ana sınıfa ayrılmaktadır. Yüksek-Cr kromitler (Cr# ≥ 0.60), yüksek derecede erimeye uğramış mantodan türeyen sulu boninitik magmaların aşırı tüketilmiş harzburgitlerle reaksiyonu sonucu oluşur. Bu yataklar genellikle daha derin manto seviyelerinde şekillenir ve yitim önü (forearc) ortamlarını temsil eder. Yüksek-Al kromitler (Cr# < 0.60) ise daha düşük erime derecelerine sahip MORB benzeri tholeiitik magmaların daha az tüketilmiş lherzolitik manto ile etkileşimi sonucu çökelir. Bu tür yataklar ise çoğunlukla okyanus ortası sırtı veya yay ardı havza ortamlarında, Manto-Kabuk Geçiş Zonuna yakın sığ derinliklerde konumlanmaktadır. 

4. Stratiform ve Podiform Yatakların Karşılaştırmalı Jeolojik Analizi Stratiform ve podiform kromit yatakları, oluştukları tektonik rejimler, hazne kayaç litolojileri, cevher geometrisi ve jeokimyasal karakteristikleri bakımından belirgin farklar sergilemektedir. Aşağıdaki tabloda her iki yatak tipinin temel nicel ve nitel parametreleri karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Jeolojik Parametre Stratiform Kromit Yatakları Podiform Kromit Yatakları Tektonik Rejim ve Konum Kararlı kıtasal kratonlar, kratoniçi rift havzaları Ofiyolitik kompleksler, Yitim Üstü Zonlar (SSZ), orojenik kuşaklar Hazne Kayaç Litolojisi Katmanlı mafik ultramafik intrüzyonlar (piroksenit, norit, dünit, anortozit) Manto peridotitleri (harzburjit, dünit, serpantinit) Cevher Gövdesi Geometrisi Geniş alan kaplayan, lateral devamlılığı tensel-yüzsel katmanlar/seams Düzensiz mercekler, podlar, silindirler, damarlar, merceksi kütleler Jeolojik Zaman Aralığı Baskın olarak Prekambriyen (Arkeyan ve Erken Proterozoik) Çoğunlukla Phanerozoik (Paleozoyik ve Mezozoyik) Karakteristik Dokusal Özellikler Magmatik kümülat dokuları, ritmik katmanlaşma, dereceli çökelme Masif, nodüler, orbiküler, bantlı ve plastik deformasyon dokuları Jeolojik Parametre Stratiform Kromit Yatakları Podiform Kromit Yatakları Baskın Oluşum Mekanizması Magma odasında fraksiyonel kristallenme, kabuk kirlenmesi ve magma karışımı Üst mantoda eriyik kayaç reaksiyonları, piroksen çözünmesi ve eriyik akışı Kromit Mineral Kimyası (Cr#) Orta-Düşük Cr# (değişken Al ve yüksek Fe3+ içeriği) İkili dağılım: Yüksek-Cr (Cr#≥ 0.60) ve Yüksek-Al (Cr#<0.60) Platin Grubu Element (PGE) İçeriği Yüksek IPGE ve PPGE (Rh, Pt, Pd) birikimi (örn. Bushveld Merensky Reef) Baskın IPGE (Os, Ir, Ru) birikimi, belirgin negatif Pt ve Pd anomalisi Tipik Dünya Örnekleri Bushveld (Güney Afrika), Stillwater (ABD), Bird River Sill (Kanada) Kempirsai (Kazakistan), Guleman (Türkiye), Bulqiza (Arnavutluk), Troodos (Kıbrıs) Her iki yatak tipi arasındaki farklar, cevherleşmeyi kontrol eden ana fiziko-kimyasal ortamın doğrudan bir yansımasıdır. Stratiform yataklarda devasa boyutlar ve düzenli katmanlar kapalı bir magmatik haznedeki gravite çökelimi ve faz kaymalarıyla yönetilirken, podiform yataklarda süzülen eriyiklerin mantodaki reaksiyon kapasitesi ve orojenik deformasyonlar ön plana çıkmaktadır. Platin grubu element (PGE) jeokimyasındaki zıtlık da bu durumu destekler: Stratiform sistemlerde sülfit eriyiklerinin ayrışmasıyla platin ve paladyum (PPGE) gibi ergime sıcaklığı daha düşük elementler zenginleşirken, podiform yataklarda yüksek sıcaklıklı manto şartlarında kromit yapısına öncelikli olarak osmiyum, iridyum ve rutenyum (IPGE) dahil olmaktadır. 

5. Türkiye Podiform Kromit Cevherleşmeleri ve Guleman Ofiyoliti Örneği Türkiye, Neotetis okyanusal kollarının Kretase dönemindeki kapanışı ve obdüksiyonu sonucunda şekillenen Tethys Orojenik Kuşağı üzerinde yer aldığından, podiform kromit yatakları bakımından küresel ölçekte ayrıcalıklı bir konuma sahiptir. Muğla-Fethiye, Pozantı-Karsantı, Kopdağı, Kayseri-Pınarbaşı ve Elazığ-Guleman gibi başlıca ofiyolit bölgelerinde yüksek metalurjik kaliteye ve ideal Cr/Fe oranlarına sahip binlerce podiform cevherleşme teşekkül etmiştir. Güneydoğu Anadolu Ofiyolit Kuşağı içerisinde yer alan Geç Kretase yaşlı Guleman Ofiyoliti, sunduğu bütünsel okyanusal litosfer kesiti ve barındırdığı zengin rezervlerle Türkiye'nin en önemli kromit havzasıdır. Yaklaşık 200 km2 genişliğinde bir alanda yüzeyleyen Guleman Peridotit Birimi, iç yapısında %65 oranında harzburjit ve dünit bileşimli tektonitler ile %35 oranında dünit, verlit, klinopiroksenit, troktolit ve gabrolardan oluşan kümülat kayalarını barındırmaktadır. Guleman kromititleri podiform sınıfta yer almalarına rağmen, tipik Alpin tipi yatakların aksine hem doğrultu hem de eğim yönünde olağanüstü bir yapısal devamlılık sergilemektedir. Bu durum, mantodaki magma kanallarının uzun süreli ve kararlı bir eriyik akışına ev sahipliği yaptığını göstermektedir. Guleman sahasındaki cevher kütleleri jeolojik konumlarına, hazne kayaç ilişkilerine ve dokusal özelliklerine göre dört ana bölgede yoğunlaşmaktadır. Gölalan kesimi, devasa boyutlu, iri kristalli (kristal boyutları 2-3 cm'ye ulaşan), silikat matrisi son derece az olan ve %48 ile %54 Cr2O3 arasında değişen yüksek tenörlü masif kromit kütleleriyle karakterizedir. Kefdağ (Doğu ve Batı Kef) kesimi, tektonitler ile kümülatlar arasındaki Manto-Kabuk Geçiş Zonunda (MCTZ) konumlanan yaklaşık 100 metre kalınlığındaki dunitik kuşak içerisinde yer alır. Batı Kef yatağı, bu geçiş dünitinin taban seviyelerinde doğu-batı doğrultulu ve güneye dik eğimli masif cevher kütleleri sunmaktadır. Soridağ kesimi, diapirik olarak yükselen çok fazlı tüketilmiş üst manto peridotitleri içerisinde gelişmiştir. Bu sahada pikritik ve boninitik magmaların manto kanallarından yükselimi sırasında konveksiyon akıntıları kontrolünde biriken cevher kütleleri yer almaktadır. Rut-Lasir-Ayıpınarı kesimi ise harzburgitler içerisinde etrafı ince bir dünit zarı ile çevrili damar ve mercek şekilli podiform birikimlerden oluşmaktadır. Guleman kromit yataklarından elde edilen petrolojik ve jeokimyasal veriler, cevherleşmenin Yitim Üstü Zon (SSZ) ortamında ada yayı tholeiitleri (IAT) ve boninitik eriyiklerin harzburgitik manto ile reaksiyona girmesi sonucu teşekkül ettiğini ortaya koymaktadır. 

6. Sentez ve Gelecek Perspektifi Kromit yataklarının teşekkülü, gezegenimizin manto-kabuk evrimi, magmatik hazne içi faz dengeleri ve levha tektoniği süreçlerinin birbirini tetiklemesiyle gerçekleşen karmaşık bir magmatik ayrışma olayıdır. Stratiform yataklarda Prekambriyen yaşlı kıtasal haznelerdeki kütleçekimsel çökelme, kabuk kontaminasyonu ve magma karışımı dinamikleri yüzsel devamlılığı olan devasa rezervleri oluştururken; podiform yataklarda yitim üstü zonlardaki manto içi eriyik-kayaç reaksiyonları ve odaklanmış eriyik akışı yerel cevher birikimlerini yönlendirmektedir. Arama jeolojisi açısından geleceğe dönük değerlendirmelerde, mineral kimyasındaki Cr#, Mg# ve iz element oranları ile PGE (Platin Grubu Elementler) dağılım kalıpları en kritik vektör belirleyiciler olarak öne çıkmaktadır. Özellikle derin okyanusal manto kesitlerinde ultra-yüksek basınç minerallerinin ve eriyik-akışkan reaksiyon izlerinin tespiti, podiform kromitlerin derin mantle-plume ve yitim kanalları ile olan ilişkisini daha net ortaya koyacaktır. Jeofiziksel sondaj ve dirençlilik (rezistivite) arama metotlarının, detaylı petrojenetik modellerle entegre edilmesi, gerek Türkiye'deki Guleman ve Kopdağı benzeri ofiyolitik kuşaklarda gerekse küresel arama sahalarında örtülü kromit rezervlerinin keşfedilmesinde temel yönlendirici olmaya devam edecektir.