ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ Selim ÖZKAN SALBAŞ (ADANA) KUMTAŞLARININ FİZİKO-MEKANİK VE PETROGRAFİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ MADEN MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ADANA, 2006

2 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FENBİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ SALBAŞ (ADANA) KUMTAŞLARININ FİZİKO-MEKANİK VE PETROGRAFİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ Selim ÖZKAN YÜKSEK LİSANS TEZİ Ç.Ü. FENBİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MADEN MÜHENDİSLİĞİ ANA BİLİM DALI Bu tez.../.../2006 tarihinde aşağıdaki jüri üyeleri tarafından oybirliği / oyçokluğu ile kabul edilmiştir. İmza:... İmza:... İmza:... Doç. Dr. Ergül YAŞAR Doç. Dr. Alaettin KILIÇ Doç. Dr. Suphi URAL DANIŞMAN ÜYE ÜYE İmza:... Doç. Dr. Ahmet. M. KILIÇ ÜYE İmza:... Yrd. Doç. Dr. Hakan GÜNEYLİ ÜYE Bu tez Enstitümüz Maden Mühendisliği Anabilim Dalında hazırlanmıştır. Kod No: Prof. Dr. Aziz ERTUNÇ Enstitü Müdürü İmza ve Mühür Bu çalışma Çukurova Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi tarafından desteklenmiştir. Proje No: MMF YL. 2 Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.

3 ÖZ YÜKSEK LİSANS TEZİ SALBAŞ (ADANA) KUMTAŞLARININ FİZİKO-MEKANİK VE PETROGRAFİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ SELİM ÖZKAN ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MADEN MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI Danışman: Doç. Dr. Ergül YAŞAR Yıl:2006, Sayfa: 105 Jüri: Doç. Dr. Ergül YAŞAR Doç. Dr. Alaettin KILIÇ Doç. Dr. Suphi URAL Doç. Dr. Ahmet M. KILIÇ Yrd. Doç. Dr. Hakan GÜNEYLİ Bu tez çalışması, Adana-Salbaş civarında yüzeylemekte olan kumtaşlarının mühendislik özelliklerinin belirlenerek, ekonomik olarak kullanılabilirliğini kapsamaktadır. İlk aşamada bölgenin jeolojisi, kumtaşları ve kumtaşlarının kullanım alanları hakkında araştırma yapılmış ve daha sonra çalışma alanını temsil edecek nitelikte kumtaşı örnekleri alınıp bu kumtaşının ekonomik olarak kullanılabilirliği fiziksel, kimyasal, mekanik ve petrografik analizler yapılarak araştırılmıştır. Deney sonuçları arasındaki ilişkiler istatiksel analizlerle yorumlanmıştır. Anahtar kelimeler: Kumtaşı, fiziksel, kimyasal, mekanik ve petrografik özellikler, yapı malzemeleri. I

4 ABSTRACT MSc THESIS EXAMINING PHYSICO-MECHANICAL AND PETROGRAPHIC PROPERTIES OF SANDSTONES OF SALBAŞ (ADANA) SELİM ÖZKAN DEPARTMENT OF MINING ENGINEERING INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF CUKUROVA Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Ergül YAŞAR Year: 2006, Page: 105 Jury: Assoc. Prof. Dr. Ergül YAŞAR Assoc. Prof. Dr. Alaettin KILIÇ Assoc. Prof. Dr. Suphi URAL Assoc. Prof. Dr. Ahmet M. KILIÇ Assist. Prof. Dr. Hakan GÜNEYLİ This study covers determining of engineering properties and usability of sandstones of Adana-Salbaş region that is present near surface. First of all, it was searched about geology of the region, properties of sandstones and their use. Then it has taken samples of sandstone from the Salbaş and whether economic importances of these exist is studied doing physical, chemical, mechanical and petrographic analyses. Relations on test results is evaluated with statistical analyses. Key words: Sandstone, physical, chemical, mechanical and petrographic properties, building materials. II

5 TEŞEKKÜR Çukurova Üniversitesi Maden Mühendisliği Bölümü Anabilim Dalında yapmış olduğum yüksek lisans çalışmamda her türlü yardımı esirgemeyen danışman hocam Sayın Doç. Dr. Ergül YAŞAR a teşekkürü bir borç bilirim. Deneysel çalışmalarım esnasında laboratuar imkanlarından faydalanmama olanak sağlayan, Bölüm Başkanımız Sayın Prof. Dr. Mesut Anıl a, deneyler esnasında yardımlarına başvurduğum ve beni yönlendiren Arş. Gör. Yasin ERDOĞAN, Ahmet TEYMEN, Yusuf Tayfun YÜNSEL ve M. Özgür KESKİN e, kimyasal analizleri yapmamda yardımcı olan Arş. Gör. Mehmet TÜRKMENOĞLU na ve MTA da görevli teknik eleman Ahmet AYKAMIŞ a teşekkürü bir borç bilirim. III

6 İÇİNDEKİLER Sayfa No ÖZ I ABSTRACT II TEŞEKKÜR III İÇİNDEKİLER IV ÇİZELGELER DİZİNİ VII ŞEKİLLER DİZİNİ IX SİMGELER VE KISALTMALAR X 1.GİRİŞ 1 2.KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Kumtaşları Kumtaşlarının Mineralojik Bileşimleri Ana Mineral taneleri Matriks Çimento Kumtaşlarının Sınıflandırılması Çimentolarına Göre Kumtaşlarının Sınıflandırılması 11 (1) Silikat Mineralleri ile Çimentolanmış Kumtaşları 12 (2) Diğer Çimento Mineralleri Kumtaşlarının Dokusal Özellikleri Kumtaşlarının Kullanım Alanları Kumtaşının Doğal Yapı Taşı Olarak Değerlendirilmesi Kumlar 23 (1) Döküm Kumu 26 (2) Cam Kumu 27 (3) Kırma Kumu (Parçalama Kumu) 28 (4) Diğer Özel Amaçlı Kumlar Kumtaşlarının Özellikleri Fiziksel Özellikler 30 IV

7 Mekanik Özellikler Petrografik Özellikler 34 (1) El Örneğinde Yapılacak Görsel Tespitler 34 (2) Petrografik Mikroskop İle Kumtaşında Belirlenebilecek Özellikler ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Çalışma Alanının Genel Jeolojisi Handere formasyonu (Th) Kuzgun Formasyonu (Tku) Kuzgun Üyesi (Tkuk) Salbaş Tüfit Üyesi (Tkus) Memişli Üyesi (Tkum) Çalışma Alanının Jeolojik Evrimi MATERYAL VE METOD Materyal Metod Fiziksel Deneyler Özgül Kütle Hacim kütlesi Ağırlıkça ve Hacimce Su Emme Oranı (Görünür Porozite) Porozite Sonik Hız Deneyi Mekanik Özellikler Tek Eksenli Basınç Dayanımı ve Elastisite Modülü (Young Modülü) 60 (1) Başlangıç Young Modülü (E b ) 63 (2)Teğetsel (Tanjant) Young Modülü (E t ) 63 (3) Kiriş (Sekant) Young Modülü (E s ) 63 (4) Ortalama Young Modülü (E ort ) Brazilian Deney Yöntemi İle Dolaylı Çekme Deneyi Darbe Dayanımı 65 V

8 Nokta Yük Dayanım Deneyi Shore Scleroscope Sertlik İndeksi Laboratuarda Schmidt Darbe Çekici Deneyi Kimyasal Analiz Alkali Ergitiş Yöntemi Gravimetrik Metot ile SiO 2 Analizi Volümetrik (hacimsel) Metot (Titrasyon) ile Kalsiyum ve Magnezyum Analizi Atomik Absorbsiyon Spektrometresi analizi ile Demir ve Alüminyum Analizi Petrografik Analiz ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Örneklerin Kimyasal Analizi Fiziksel Özellikler Mekanik Özellikler Tek Eksenli Basınç Dayanımı Dolaylı Çekme Dayanımı Darbe Dayanımı Schmidt Yüzey Sertlik İndeksi Nokta Yük Dayanımı Tek Eksenli Basınç Dayanımı ve Diğer Mekanik Özellikler Arasındaki İlişkiler Salbaş Kumtaşının Mekanik, Fiziksel ve Petrografik Özellikleri Arasındaki İlişkiler Petrografik Analiz SONUÇLAR VE ÖNERİLER 99 KAYNAKLAR 103 ÖZGEÇMİŞ 105 VI

9 ÇİZELGELER DİZİNİ Sayfa No Çizelge 2.1. Silis Kırıntılı Kumtaşlarında Yaygın Mineraller ve Kayaç Parçaları 5 Çizelge 2.2. Kırıntılı (klastik) Dokulu Kayaçların Sınıflandırılması 11 Çizelge 2.3.Türkiye de Tespit Edilmiş Kuvarsit Rezervleri 19 Çizelge 2.4.Türkiye deki Kuvarsit Yatakları 19 Çizelge 2.5. Türkiye deki Kuvars Kumu Yatakları 20 Çizelge 2.6. Türkiye de Tespit Edilen Kuvars Kumu Rezervleri ile SiO 2 Miktarları 20 Çizelge 2.7. Doğal Taşların Kullanım Alanlarının Belirlenmesinde Kullanılan Test Yöntemleri İçin Seçim Kılavuzu 21 Çizelge 2.8. ASTM C616, Kuvarslı Ebatlandırılmış Taşların Özellikleri 23 Çizelge 3.9. Adana İli Handere Formasyonu Kumtaşının Mekanik Özellikleri 40 Çizelge Moos-Ouervain a Göre Kayaçların Poroziteye Göre Sınıflandırılması 58 Çizelge Tek Eksenli Basınç Direncine Göre Kayaçların Sınıflandırılması 61 Çizelge Kayaçların Nokta Yük Direncine Göre Sınıflandırılması 67 Çizelge Schmidt Çekici Sertlik İndeksine Göre Kayaçların Sınıflandırılması 71 Çizelge Numunelerin Kimyasal Analizi 77 Çizelge Numunelerin Fiziksel Özellikleri 78 Çizelge Numunelerin Tek Eksenli Basınç Dayanımları 81 Çizelge Numunelerin Dolaylı Çekme Dayanımı 82 Çizelge Numunelerin Darbe Dayanımı 83 Çizelge Numunelerin (90 o ) Schmidt Yüzey Sertlik İndeksi 84 Çizelge Numunelerin Nokta Yük Dayanımları 85 Çizelge Mekanik Özelliklerin Tesbiti İçin Yapılan Deneyler Sonucu Tabaka Açılarına Göre Elde Edilen Ortalama Değerler 87 Çizelge Regresyon Analizleri Sonucu Elde Edilen Denklem ve Korelasyon Katsayıları 89 VII

10 Çizelge Karot Numunelerinin Fiziksel ve Mekanik Özellikleri 91 Çizelge Numunelerin Deformasyon-Tek Eksenli Basınç Gerilmesi Değerleri 94 Çizelge Karşılaştırılmış deney verileri arasındaki y ve R 2 değerleri 95 VIII

11 ŞEKİLLER DİZİNİ Sayfa No Şekil 2.1. Kumtaşlarının Sınıflandırılması 10 Şekil 3.2. Adana Yer bulduru haritası 38 Şekil 3.3. Çalışma Alanının Basitleştirilmiş Jeolojik Haritası 39 Şekil o, 45 o ve 90 o Olmak Üzere Üç Farklı Yönde Alınan Karot Numunelerinin Şematik Gösterimi 80 Şekil 5.5. Numunelerin Tabaka Açılarına Göre Tek Eksenli Basınç Dayanımı 81 Şekil 5.6. Tabaka Açılarına Göre Dolaylı Çekme Dayanımı Sütun Grafiği 83 Şekil 5.7. Düzeltilmemiş Nokta Yük Dayanımı (I s ) Sütun Grafiği 86 Şekil 5.8. Düzeltilmiş Nokta Yük Dayanımı (I s50 ) Sütun Grafiği 86 Şekil 5.9. Tek Eksenli Basınç Dayanımı-Dolaylı Çekme Dayanımı Değerleri Arasındaki İlişki 87 Şekil Tek Eksenli Basınç Dayanımı-Darbe Dayanımı Değerleri Arasındaki İlişki 88 Şekil Tek Eksenli Basınç Dayanımı-Düzeltilmiş Nokta Yük Dayanımı Değerleri Arasındaki İlişki 88 Şekil Tabakalaşma Eksenine Dik Olarak Alınan Karotlar 90 Şekil Tabakalaşma Eksenine 45 o Olarak Alınan Karotlar 90 Şekil Tabakalaşma Eksenine Paralel Olarak Alınan Karotlar 90 Şekil Tabaka Açılarına Göre Shore Scleroscope Sertlik İndeksi-Tek Eksenli Yük Grafiği 92 Şekil Tabaka Açılarına Göre Birim Hacim Ağırlığı-Tek Eksenli Yük Grafiği 93 Şekil Tabaka Açılarına Göre P Dalga Hızı-Tek Eksenli Yük Grafiği 93 Şekil Görünür Porozite-Tek Eksenli Yük Grafiği 94 Şekil Numunelerin Birim Deformasyon- Tek Eksenli Gerilme Grafiği 96 Şekil Hiç yük uygulanmamış ve tek eksenli yük sonucu kırılmış karot numunelerinden alınan ince kesitler 98 IX

12 SİMGELER VE KISALTMALAR d 0 : Özgül kütle (gr/cm 3 ), d k : Hacim kütlesi (Birim hacim ağırlık) (gr/cm 3 ), S k : Taşın kütlece su emme oranı (m/m, %), S h : Taşın hacimce su emme oranı (v/v, %), Pg : Kayacın görünür porozitesi (%), d kort : Ortalama kuru birim hacim ağırlık (ortalama hacim kütlesi) (gr/cm 3 ), d 0ort : Ortalama Özgül kütle (gr/cm 3 ). P : Taşın porozitesi (v/v, %), σ c : Tek eksenli basınç dayanımı, kg/cm 2 F : Numunenin yenilme yük değeri, kg, ε : Boy değişim oranı E : Elastisite modülü E b : Başlangıç Young Modülü E t : Teğetsel (Tanjant) Young Modülü E s : Kiriş (Sekant) Young Modülü E ort : Ortalama Young Modülü σ t : Taşın dolaylı çekme dayanımı, (kg/cm 2 ), D n : Kayacın darbe dayanımı, (kg.cm/cm 3 ). V p : P dalgasının yayılma hızı (m/s), X

13 1. GİRİŞ Selim ÖZKAN 1. GİRİŞ Çapı 1/16 (0,0625 mm)-2 mm arasında olan kum tanelerinin jeolojik süreçler sonucunda birleşmesi ile oluşan kayaca kumtaşı adı verilmektedir. Fakat bu çok genel bir tanımdır ve kumtaşlarının mühendislik (fiziksel, kimyasal, mekanik, petrografik) özellikleri ile bir fikir vermez. Kumtaşının mineralojik bileşenleri ve bu bileşenlerin miktarları, dokusal özellikleri, jeolojik oluşum biçimi değişkendir. Dolayısıyla kumtaşlarının mühendislik özellikleri ve ekonomik olarak kullanılabilirlikleri birbirlerinden farklıdır. Kumtaşlarının doğal taş ve çeşitli endüstri kollarında (cam kumu, inşaat kumu, vb.) öğütülmüş kum olarak iki ana kullanım alanı vardır. Aynı zamanda su, petrol ve doğal gaz için hazne kayaç olabilirler. Ancak yerkabuğunun yaklaşık %10-15 ini kapsamalarına rağmen, bütün kumtaşları kullanım alanı bulamaz veya su, petrol ve doğal gaz için hazne kayaç değildirler. Gerçekte kumtaşlarının istenilen alanda kullanılabilmesi için bazen çok kesin olan sınırlamalar ve şartlar vardır. Bunun için herhangi bir kumtaşının mühendislik özellikleri belirlendikten sonra ekonomik değeri hakkında fikir verilebilir. Gelişmiş ülkeler, kayaçların mühendislik özelliklerinin belirlenmesine büyük önem vermektedir. Böylece malzeme seçiminde daha sağlıklı kararların alınması sağlanmış dolayısıyla; para, zaman ve emek kaybı asgari düzeye, emniyet ise azami düzeye çıkmıştır. Bu çalışmanın ana amacı Adana-Salbaş civarı kumtaşlarının, mühendislik özelliklerinin tespit edilmesiyle bölge kumtaşının ekonomik olarak bir öneme sahip olup olmadığının TSE standartlarına göre değerlendirilmesidir. Deney sonuçları arasındaki olası ilişkiler regresyon analizleri ile değerlendirilerek, kumtaşının anizotropik özellikleri incelenmiştir. Ayrıca tabakalanma eksenine paralel, eğik ve dik olarak (0 o, 45 o, 90 o ) uygulanan tek eksenli basınç testi sonucu kırılmış karot numunelerinin ve hiç yük uygulanmamış sağlam numunelerin, petrografik analizleri yapılmış ve bunlar karşılaştırılarak, yüklerin değişimi ile petrografik özelliklerdeki farklılıklar incelenmeye çalışılmıştır. 1

14 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Kayaçlar sahip oldukları özelliklere göre birçok şekilde sınıflandırılabilirler. Jeolojik olarak ise oluşum biçimlerine bağlı olarak magmatik, sedimanter ve metamorfik kayaçlar olmak üzere üçe ayrılırlar. Yerkabuğunun derinliklerinde bulunan ve sıcaklığı o C arasında değişen, uçucu bileşenler (gazlar) bakımından doygun bir silikat eriyiği olan magmanın, basınç ve sıcaklığın giderek azalması ve katılaşması/kristalleşmesi sonucu ile soğuması sonucu magmatik kayaçlar oluşur. Dağ oluşum bölgelerinde sedimanların, ayrıca mevcut magmatik ve metamorfik kayaçların değişik nedenlerle yerkabuğunun daha derin kısımlarına inmeleri ve yerkabuğunun bazı yerlerinde meydana gelen yersel sıcaklık ve/veya basınç yükselmeleri, bu kayaçlarda bazı kimyasal reaksiyonların gelişmesine yol açar. Bunun sonucu bu kayaçlar, mineralojik bileşimlerini ve/veya yapı ve dokularını değiştirerek metamorfik kayaçları meydana getirirler. Magmatik, metamorfik ve daha önece oluşmuş sedimanter kayaçlar, yüzeysel koşullar altında (atmosfer, hidrosfer ve biyosfer etkisi ile) fiziksel veya kimyasal bozuşmaya maruz kalırlar. Bozuşma ürünlerinin çeşitli etkenlerle taşınması sonucu sedimanlar oluşur. Başlangıçta gevşek durumda olan sedimanlar üzerinde biriken diğer sedimanların ağırlığı ve buna bağlı olarak sıcaklığın artması sonucu gözenek çözeltilerininde etkisiyle birbirleriyle bağlantılı hale geçer, pekişir ve tıkız bir durum alır. Diyajenez adı verilen bu fiziksel ve kimyasal değişiklikler sonucu sedimanter kayaçlar oluşur (Kurt, 1998). Sedimanter bir kayacın oluşumunda en az dört safha vardır. Bu safhalar; 1. Mevcut kayaçların ayrışması, 2. Kayaçların ayrışması sonucunda meydana gelen malzemenin çeşitli yollarla taşınması, 3. Taşınan malzemenin belli yerlerde birikmesi veya çökeltilmesi, 4. Biriken veya çökelen sedimanların taşlaşma (diyajenez) geçirerek sıkışması, pekişmesi. 2

15 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN Sedimanter kayaçlar; kırıntılı (klastik) sedimanter kayaçlar, volkanoklastik çökeller, kimyasal sedimanter kayaçlar ve organik yanıcı (karbonlu) sedimanter kayaçlar olmak üzere dört ana gurup altında sınıflandırılmaktadır (Kurt, 1998). Kırıntılı sedimanter kayaçlar, daha evvelce var olan kayaçlardan türeyen irili ufaklı kırıntıların bir araya gelerek oluşturdukları sedimanter kayaçlardır. Bir bağlayıcı ile taneler birbirlerine bağlı değilse çimentosuz tortul kayaçlar (çakıl, kum, silt, kil), bir bağlayıcıyla taneler tutturulmuşsa çimentolu tortul kayaçlar (çakıltaşı, kumtaşı, kiltaşı) denir. Kırıntılı sedimanter kayaçlardaki irili ufaklı kırıntılar (çakıl, kum, silt, kil) detritik (allojen) mineralleri oluştururlar. Ana kayaçtan koparılan kırıntıların (minerallerin) sularda tuz, kristaloid veya kolloid olarak çözülmesi ve bu çözünen minerallerin sedimanter havzalarda çökelmesi ile otojenik mineraller oluşur. Otojenik mineraller tanelerin çimentolanmasını sağlayan minerallerdir. Ancak her otojenik mineral çimento olarak etki etmez. Kırıntılı kayaçların adlandırılması, tanelerin boyutlarına, türlerine, biçimlerine, yuvarlaklık ve boylanma derecelerine, homojen veya heterojen oluşlarına ve çimento maddesinin bileşimine göre yapılır. Kırıntılı sedimanter kayaçlar tane boylarına göre; Konglomera ve breşler Kumtaşları, Killi ve siltli kayaçlardan, oluşmaktadır Kumtaşları Kumtaşı veya gre terimi klastik tanelerden (1/16-2 mm) meydana gelmiş bir sedimanter kayaç numunesinde sadece ana minerallerin % 50 si silis olduğu zaman kullanılır (Abdüsselamoğlu, 1968). Materyalin cins ve miktarını gözetmeksizin %50 den fazla kum (1/16-2 mm) boyutunda tane içeren kırıntılı sedimanter kayaçlara ise arenit (Latince) veya psamit (Grekçe) denir. Bununla beraber arenit veya psamit terimi yerine kumtaşı deyimi kullanıla gelmiştir. 3

16 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN Psamit terimi bol mikalı kumtaşları için de kullanılmaktadır. Klastik Yunanca clastos kelimesinden gelmekte olup kırılmış manasına gelmektedir ve bu terim herhangi bir boyut belirtmez. Bunun için Udden-Wenthworth derecelendirme ölçeği gibi boyut ifade eden cetveller kullanılır (Prothero ve Schwab, 1999) Kumtaşlarının Mineralojik Bileşimleri Kumtaşlarının mineralojik bileşimi onların sınıflandırılmasında kullanılan temel bir özelliktir. Mineralojik bileşim ayrıca kumtaşlarının ekonomik önemini petrol ve gaz hazneleri, doğal taş ve endüstriyel kum olarak kullanılabilirliği açısından etkileyebilir. Mineralojik bileşim kumtaşlarının diajenezi esnasında önemli bir etkiye sahiptir ve dolayısıyla kayaçların nihai porozite ve permeabilitelerini ve dolayısıyla kumtaşlarının petrol ve gaz hazneleri olabilme olasılığını etkiler. Mineralojik bileşim aynı zamanda kumtaşlarının dayanımını da etkilemektedir. Örneğin tanelerin çoğu kuvarstan oluşmuş ve çimentosu kuvarslı olan kumtaşlarının dayanımı çok yüksektir. Ancak porozitesi yüksek ve çimentosu zayıf, az çimentolanmış veya çimentolanmamış kumtaşları çok yüksek kuvars miktarına sahip olsalar bile elde ufalanabilmekte veya suda dağılabilmektedir. Endüstride kum olarak kullanılacak kum veya kumtaşlarında ise, kayacın mineralojisi onun kum olarak kullanılabilirliğini belirler. Kumtaşlarında yaygın biçimde bulunan bileşenler Çizelge 2.1 de görülmektedir (Boggs, 2003). Kumtaşlarının bileşenleri kökenlerine göre detritik veya kırıntılı (detrital) bileşenler ve otojenik bileşenler olmak üzere ikiye ayrılır. Detritik mineraller ana kayaçlardan mekanik ve kimyasal aşınma yoluyla oluşmuştur. Kumtaşlarının bileşenleri kimyasal prosesler ile oluşmuş ise bunlar otojenik minerallerdir. Detritik mineraller, silika mineralleri (kuvars, kalsedon, opal), feldispatlar (alkali feldispatlar ve plajiyoklaz feldispatlar), mikalar (muskovit, biyotit ve klorit), kil mineralleri, ağır mineraller, kayaç parçaları, iskelet kalıntıları ve organik maddelerden oluşmuşlardır. 4

17 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN Çizelge 2.1. Silis Kırıntılı Kumtaşlarında Yaygın Mineraller ve Kayaç Parçaları (Boggs, 2005) BAŞLICA MİNERALLER (>~%1-2) Kuvars (Silika) Grubu Mineralleri Kuvars (Monokristal veya Polikristal olarak) Kristobalit ve Tridimit Kalsedon ve Mikrokristalin kuvars Opal Feldispatlar-potasyum feldsipatlar (ortoklaz, mikrolin, sanidin, anortoklaz) ve plajiyoklaz feldispatlar (albit, oligoklaz, andezin, labrodorit, bitovnit, anortit) Kil Mineralleri ve İnce Mikalar-kil mineralleri (kaolinit grubu, illit grubu, smektit grubu ve klorit grubu; ince mikalar genellikle muskovit (serisit) ve biotit. AKSESUAR MİNERALLER (<~%1-2) İri Mikalar-genellikle muskovit ve biyotit Ağır Mineraller (spesifik gravite>2,9) Stabil opak olmayan mineraller-zirkon, turmalin, rutil, anatas Metastabil opak olmayan mineraller-amfiboller, piroksenler, klorit, garnit, apatit, stavrolit, epidot, olivin, topaz, monazit, klinozosit, zoisit, artı yaklaşık 100 adet diğer minör hacimli diğer mineraller Stabil opak mineraller-hematit, limonit Metastabil opak mineraller-magnetit, ilmenit, lökoksen Kayaç Parçaları Magmatik kayaç parçaları Metamorfik kayaç parçaları Sedimanter kayaç parçaları Kimyasal Çimentolar Silikat mineralleri-genellikle kuvars; diğerleri kalsedon opal, feldispatlar ve zeolitler Karbonat mineralleri-genellikle kalsit; (daha az yaygın) aragonit, dolomit, siderit Demir oksit mineralleri-hematit, limonit, götit Sülfat mineralleri-anhidrit, jips, barit Ana kayaçtan koparılan kırıntıların (minerallerin) sularda tuz, kristaloid veya kolloid olarak çözülmesi ve bu çözünen minerallerin sedimanter havzalarda çökelmesi ile otojenik mineraller oluşur. Otojenik mineraller, ya çökelme işleminden kısa bir süre sonra ya da çökel henüz konsolide olmamış durumda iken veya gömülme ve diajenez esnasında, çökeller içerisinde oluşabilir. Otojenik mineraller; 5

18 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN çimento olarak veya çimento olarak etki etmeyen, gözenek boşluklarında kristallenmiş yeni mineraller olarak oluşurlar; ya da orijinal kırıntılı minerallerin veya kayaç kırıntılarının yerini alarak şekillenirler (Üşenmez,1985). Otojenik mineraller başlıca kuvars ve diğer silika mineralleri, feldispat, mika ve kil, glokoni ve kamozit ve diğer mineralleri içerir. Kumtaşları (detritik veya otojenik kökenli); ana mineralleri oluşturan taneler, matriks ve çimento olmak üzere üç temel bileşenden oluşmaktadır. Ayrıca orijinal minerallerin yerini almış mineraller ve gözenek boşlukları bulunabilir. Bu bileşenlerden çimento ve orijinal minerallerin yerlerini almış olan mineraller (kimyasal prosesler ile oluştukları için) otojenik minerallerdir. Bazı ana mineral tanelerin, matriksin veya çimentonun yerini alan otojenik (yeni kristalleşen) mineraller çoğu kumtaşının gözeneklerinde bulunabilir. Fiziksel prosesler ile oluşmuş, ana mineraller ve matriks ise detritik minerallerdir. Kumtaşlarında, kum (0, mm) ve iri silt (0,0625-0,031) boyu arasındaki taneler kumtaşlarının ana minerallerini oluşturur. Kumtaşları keza çeşitli miktarlarda matriks (0,03 mm den küçük malzemeler) ve çimento içerebilir Ana Mineral Taneleri Ana mineral taneleri, kuvars, feldispat, kayaç parçaları, iri tane boylu mikalar ve ağır mineralleri içeren, iri silt ve kum boyunda (0,03-2 mm) kırıntılı taneciklerdir. Kırıntılı taneler herhangi ana kayaçlardan mekanik-kimyasal ayrışma yoluyla oluşmuş bileşenlerdir. Kumtaşlarının çoğu kırıntılı bileşenleri, terijen (terrigenous, karasal/yeryüzeyinden gelen) silis kırıntılı (siliciclastic) taneciklerdir (particle). Bu terijen silis kırıntılı tanecikler; kayaçların bozuşması, volkan patlamaları ve çökelme havzası dışındaki ana kayaçtan sedimentlerin (çökellerin) taşınması işlemleri ile oluşmaktadır. Bununla birlikte bazı volkanik kökenli tanecikler çökelme havzası içerisindeki volkanik bölgelerden kaynaklanmış olabilir. Kumtaşlarındaki az miktarda, iskelet parçaları veya karbonat kırıntıları gibi kırıntılı bileşenler silis kırıntılı tanecikler olmayabilir. Karbonat kırıntıları, resif kütleleri veya diğer 6

19 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN konsolide olmamış veya yarı konsolide olmuş karbonat yapılarının mekanik parçalanması ile çökelme havzası içinde oluşmuşlardır. Kumtaşları, aynı zamanda, kırıntılı çökel boyunca, çökelme bölgesinde ölen organizmaların birikmesi sonucu havza içi biojenik artıklar içerebilir. Kırıntılı bileşenler için kaynak materyaller sağlayabilen magmatik, metamorfik ve sedimanter kayaçların geniş çeşitliliğinden dolayı, kumtaşlarının teorik olarak geniş bir çeşitlilikte mineral grubu içermesi gerekirdi. Bunun gerçekleşememesinin nedeni, taşınma ve çökelme esnasında tanelerin kimyasal bozuşma ve fiziksel-kimyasal işlemlere maruz kalmasına bağlanmaktadır. Bu işlemler kimyasal olarak stabil olmayan ve mekanik olarak zayıf olan kum tanelerinin tahrip olmasına ve tane boylarının küçülmesine neden olmaktadır. Bu yüzden çoğu kumtaşının ana mineral taneleri çoğunlukla kuvars, feldispat ve kayaç parçalarından oluşmuştur. İri mikalar, özellikle muskovit, çoğu kumtaşının ana minerallerinin yüzde bir kaçını oluştururlar. Son olarak ağır mineraller-özellikle kimyasal açıdan stabil zirkon, turmalin ve rutil- kumtaşlarının kırıntılı bileşenler küçük bir yüzdesini oluşturabilirler Matriks Matriks, ana mineral taneleri arasındaki boşlukları dolduran daha ince taneli (<0,03 mm) materyaldir (Boggs,2003). Matriks terimi tane boyutunu ifade etmekte olup bu terim ile bağlayıcı manası kastedilmemesine rağmen zayıfda olsa taneleri birbirine bağlamaktadır. Bağlama kuvveti matriksin bileşimi, bulunduğu derinlik (sıcaklık ve basınç) ve diajenezin safhasına göre değişmektedir. Derinliğin artışı ve diajenezin ileri safhalarında bağlayıcı kuvveti artmaktadır. Diajenez işleminin başlarında ve sığ derinliklerde ise bağlayıcı kuvveti düşüktür. Matriksin mineralojisinin etkisi ise mineral cinsine göre farklılık göstermektedir. Matriksin bağlayıcı kuvvetinin artmasının nedeni sıcaklık ve basınç artışı ile matriks, taneler ve matriks-tane arası kimyasal değişimlerden ileri gelmektedir. Kumtaşlarındaki en yaygın matriks mineralleri, ince taneli silika mineralleri, feldispatlar, mikalar, kil mineralleri ve klorittir. Ana mineral tanelerinden daha fazla matriks içeren silis kırıntılı kayaçlar, şeyl ve çamur kayaçlarıdır. 7

20 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN Çimento Çimentolar başlangıçta açık olan gözenek boşluklarını dolduran otojenik minerallerdir. Çimentolanma iki şekilde olmaktadır. Birincisi var olan tanelerin üzerine aynı cins mineralin eklenmesi ile olur. Bu, silisli çözeltilerin kuvars taneleri üzerini orijinal kristal yapısıyla optik süreklilik devam edecek şekilde kaplamasıyla oluşur. İkinci çimentolanma şekli ise süzüntü sularının dokular arasına çökelmesi ile olur. Bunlardan önemlileri sırasına göre silika, demir oksitler ve karbonatlardır. (Blyth ve Freitas, 1984). Çimento mineralleri, herhangi bir boyuta kadar veya doldurdukları gözeneklerden daha büyük olabilirler. Petrografik mikroskop altında görülebilen çimentolar, nadir olarak kumtaşının toplam hacminin %30 undan fazlasını oluştururlar ve genellikle daha az miktardadır Kumtaşlarının Sınıflandırılması Kumtaşları, en geniş haliyle ikiye ayrılır. Bunlardan biri silis kırıntılı (Siliciclastic) kumtaşları (çoğu terijen orijinli) diğeri ise silis kırıntılı olmayan (Nonsiliciclastic) kumtaşları (çoğu karbonatlar ve evaporitler) dır. Silis kırıntılı olmayan kumtaşlarının kumtaşı olarak değerlendirilmesinin nedeni oluşum biçimlerinin kumtaşı ile aynı olması (kırıntıların diğer kayaçlardan aşındırılması, taşınması, çökelme ve diajenez işlemi) ve tane boylarının kum boyutunda olmasındandır. Birçok kaynakta bunlar kumtaşları içerisinde değerlendirilmeyip kendi gruplarında değerlendirilirler. Silis kırıntılı kumtaşları ise epiklastik ve volkanik kırıntılı kayaçlar olmak üzere ikiye ayrılırlar. Epiklastik kayaçlar, önceden var olan kayaçların kırıntılarından oluşmuştur. Kırıntılar bozuşma (materyalin ana kayaçtan koparılması) ve erozyon (materyalin taşınması) ile meydana gelmiştir. Bu yüzden epiklastik kayaçlar çoğunlukla silikat minerallerinden ve çeşitli türde magmatik, metamorfik ve sedimanter kayaçların parçalarından oluşmuştur. Volkanik kırıntılı kayaçlar, cam dahil olmak üzere özellikle volkanik 8

21 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN malzeme (kum boyu aralığında) açısından zengin kayaçlardır. Çoğu volkanik kırıntılı kayaçlar, doğrudan volkanik patlama sonucu oluşmuş kül veya lapilli gibi piroklastik materyalleri içerirler. Diğer yandan volkanik kırıntılı kayaçlardaki bazı materyaller, eski volkanik kayaçların bozuşması ile oluşmuş epiklastik malzemeler olabilmektedir. Volkanik kırıntılı kayaçlar çoğu kaynakta ayrı olarak değerlendirilmektedir. Bu çalışmada da kumtaşları terimi ile epiklastik kökenli kumtaşları kastedilmektedir. Günümüze kadar kumtaşlarının sınıflandırılması üzerinde pek çok çalışmalar yapılmıştır. Sınıflandırma kimyasal bileşim, mineralojik bileşim (ana mineraller, matriks ve çimento), yapısal ve dokusal özellikler, vb. gibi ölçütler esas alınarak yapılmıştır. Bugüne kadar kumtaşlarının gerek sınıflandırılmasında gerekse adlandırılmasında istenilen ölçüde bir birlik sağlanamamıştır (Üşenmez, 1985). Kumtaşlarının iyi bir şekilde sınıflandırılması, kumtaşını oluşturan bileşenlerin çeşitliliği, sınıflandırmayı yapan jeologların kişisel yargıları, vb. birçok nedenden dolayı zordur. Friedman ve Sanders (1978) a göre 1940 yılından bu yana 10 ülkede ve 7 dilde 50 den fazla sınıflandırma sistemi vardır. Bu sistemlerin çoğu sözel bir kısmı ise sayısal sınıflandırmalardır (Boggs, 2005). Bu sayısal sınıflandırmalardan biri, Gilbert ın (Williams vd, 1982) en son versiyonu olan sınıflandırma sistemidir (Boggs, 2005). Bu sistemde matriks içeriği temel alınarak, kumtaşları arenitler (matriks içeriği %5 den az) ve vakeler (matriks içeriği %5 den fazla) olarak ikiye ayrılmaktadır ve matriks içeriği %50 yi aştığında ise kumtaşı kumlu çamurtaşını ifade etmektedir. Ayrıca arenitler (veya vakeler) mineralojik bileşimdeki Kuvars, feldispat ve kayaç parçalarının içeriğine göre; kuvars arenit veya vake (Kuvars>%90), feldispatik arenit veya vake (Kuvars<%90, Feldispat>Kayaç parçaları) ve litik arenit veya vake (Kuvars<%90, Kayaç parçaları>feldispat) olmak üzere 6 gruba ayrılmaktadır (Boggs, 2005). Bu sınıflandırma sistemlerinde arenitlerin veya vakelerin matriks miktarı ve çeşidi, çimento miktarı ve çeşidi, dokusal, yapısal vb. özellikleri farklı olabilmektedir. Örneğin %90 dan fazla kuvarstan oluşmuş bir kuvars arenitin, içeriğindeki kuvarstan dolayı sağlam olması beklenirken, çimentosunun zayıf olması ve porozitesinin 9

22 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN yüksek olması nedeniyle, kayacın elle bile ufalanması mümkün olabilmektedir. McBride (1963) tarafından önerilmiş olan ve sadece ana mineralleri temel alan, matriks in kullanılmadığı sınıflandırma sistemi ise Şekil 2.1. de görülmektedir. Şekil 2.1. Kumtaşlarının Sınıflandırılması (McBride, 1963) Bu sınıflandırma sistemi, Gilbert ve diğer bazı araştırmacının sınıflandırlama sistemine ana mineralleri temel almasından dolayı benzerdir. Arkoz ve grovak genellikle sınıflandırmalarda pek kullanılmayan, fakat jeologlar tarafından yaygın biçimde kullanılan iki kumtaşı terimidir. Arkoz terimi, bazı kumtaşı sınıflandırmalarında ve çoğu jeolog tarafından ise yaygın bir şekilde kullanılır. Bu terimin tam manası belirsizdir. Çünkü terim farklı şekillerde tanımlanmaktadır. Bu terim, el örneklerinde gözle görülebilen miktarlarda feldispat içeren kumtaşları için kullanılabilir veya %20 den, %25 den, %30 dan fazla (yani bu miktarlardan herhangi biri olabilir) feldispat içeren ve granitik kaynak kayaçların tanelerinden oluşmuş kumtaşları için kullanılır. Muhtemelen bir arkoz için 10

23 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN en çok kabul edilen tanımlama; %25 den fazla feldispat içeren feldispatik kumtaşlarıdır. Arkozlar, büyük olasılıkla, feldispat içeriğinden daha düşük miktarda kayaç parçalarına sahiptir (Boggs 2003). Birçok jeolog tarafından kullanılan grovak terimi daha da belirsizdir. Bazı araştırmacılar tarafından bu terimin kullanılmaması gerektiği önerilmişsede halen bu terim kullanılmaya devam edilmektedir. Genelde grovak, koyu gri, yeşilimsi gri veya siyah, bol matriksli, sağlamlaşmış kumtaşları için kullanılır. Crook (1970) a göre bu terimin orijini Werner (1787) a kadar uzanmaktadır ve aslında bu terim, saha özellikleri temel alınan bazı kayaçlara verilmişdir (Boggs, 2003) Çimentolarına Göre Kumtaşlarının Sınıflandırılması Goodman (1989), kaya mekaniğinde kayacın kökeninden çok davranışının önemli olduğunu ve jeolojik sınıflandırma sistemlerinin pek faydalı olmadığını belirtmiştir. Kırıntılı kayaç grubundaki jeolojik kayaç isimleri de çimentonun karakterine dair bir fikir vermedikleri için kaya mekaniğinde çok kullanışlı değildirler. Goodman (1989), bunun için kayaçların; kristalin doku, kırıntılı (klastik) doku, çok ince taneli kayaçlar ve organik kayaçlar olarak sınıflandırılmasının ve bunlarında daha alt sınıflara ayrılmasının daha uygun olacağını belirtmiştir. Kırıntılı (klastik) doku nun alt sınıflandırılması Çizelge 2.2 de görülmektedir. Çizelge 2.2. Kırıntılı (klastik) dokulu Kayaçların Sınıflandırılması (Goodman, 1989). Kırıntılı (klastik) doku Örnekler Duraylı çimentolu Az çözünebilir çimentolu Çok çözünebilir çimentolu Tamamı çimentolanmamış veya zayıfça çimentolanmış Çimentolanmamış Silis çimentolu kumtaşı ve limonitik kumtaşı Kalsit çimentolu kumtaşı ve konglomera Jips çimentolu kumtaşları ve konglomera Ufalanabilir kumtaşları ve tüf Kil bağlayıcılı kumtaşları Değişik kayaçların parçalarından ve muhtelif mineral tanelerinden oluşan kırıntılı kayaçlar özelliklerini, başlıca parçaları birarada tutan çimento veya 11

24 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN bağlayıcıya borçludurlar. Bazıları duraylı ve sıkı çimentolanmış olup kırılgan, elastik bir davranış sunarlar. Diğerleri suda uzunca bekletildiklerinde sedimente dönüşürler. Çimentolarına göre kumtaşlarının sınıflandırılmasında, kumtaşını oluşturan tanelerin cinsine bakılmaksızın sadece çimento bileşimi göz önünde tutulurak sınıflandırma yapılmaktadır (Abdüsselamoğlu,1968). Kumtaşları önceden varolan kayaç, mineral, vb. doğada var olan materyallerin aşınması, taşınması ve biriktirilmesi sonucu oluştuğu için çimento malzemesi olarak herhangi bir minerali veya mineralleri içerebilirler. Bunlar; silikat mineralleri, karbonat mineralleri, demir oksit mineralleri, sülfat mineralleri, kil mineralleri, mika mineralleri, fosfat mineralleri, sülfit mineralleri, organik malzemeler, vb. olabilir. Ancak bu mineral gruplarından kuvars minerali, demir oksitler, kalsit minerali, killer ve mikalar en yaygın olanlarıdır. Diğerlerine nadir olarak tesadüf edilir. (1) Silikat Mineralleri ile Çimentolanmış Kumtaşları Eski akarsu, buzul ve deniz kumlarının sekonder olarak teşekkül eden silisle çimentolanmasından meydana gelir. Bunlarda doku özelliklerine göre isim alırlar. Kuvarslı kumtaşları Kuvarsit kumtaşları Kuvarsitler Kuvarslı kumtaşlarında taneler arası mesafe boşlukludur. Bu boşluklarda sonradan teşekkül eden yani sekonder kuvars tanecikleri yer alır. Klastik olan ilk kuvars tanelerine nazaran sekonder olan kuvars taneleri daha küçüktür. Kuvarsit kumtaşlarında ise klastik kuvarsların etrafını kuşatan sekonder kuvars kuşağı mevcuttur. Bu sekonder kuvars ilk kuvars taneden ince bir hudutla ayrılır. Sekonder kuvars parlaklığı ve içerisinde bulunabilen yabancı maddelerle ilk kuvars tanelerinden ayrılırlar. Kuvarsitlerin kırılma yüzeyleri konkoidal olup yağ parlaklığı gösterirler. Taneler çok sıkışık olup hemen hemen poroziteleri yoktur. Tipik bir kuvarsit örneğinde SiO 2 oranı % 98,95 veya % 99 u bulur. Mevcut organik elemanlar primer 12

25 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN ve sekonder olsun diajenez esnasında yok olmuşlardır. Mikroskopta ince kesitlerine bakıldığı zaman mozaik veya dantelsi bir yapı gösterirler. Çok diajenetik veya metamorfik olarak teşekkül eder. Kuvarsitlerin çimento maddesi genellikle kristalin değildir ve taneler de girift bir durum yoktur. Bu özellikleri ile metamorfik kuvarsitten ayırt edilirler. Kuvarsitlerden, ortokuvarsitler tortul kökenli olup tanelerde korozyon çizgileri vardır. Ağır mineraller bu tip kuvarsitlerde mevcut olabilir. Metakuvarsitler rejional veya kontakt metamorfizma sonucu meydana gelirler. Bu sebeple metamorfizma mineralleri metakuvarsitlerde mühim bir yer işgal eder. Çimentolu Kuvarsitlere nadir tesadüf edilir. Kuvars taneleri silis çimento ortamında dağılmış olup taneler etrafında ayrıca sekonder kuvars zarfı mevcuttur. Opal Çimentolu Kumtaşları daima glokonili, fosilli ve sünger spikülleri bol olan kumtaşlarıdır. Mevcut elemanlar arasında kuvars ve glokoni hakimdir. Ağır mineraller ise diğerlerine oranla çok azdır. Opal çimento tanelerin etrafının kuşatır. Taneler arasında yer yer boşluklara tesadüf etmek mümkündür. Kalsedonit Çimentolu Kumtaşları genellikle yeşil renkli ve sert kayaçlardır. Çimento ya tamamen veya kısmen kalsedonitten müteşekkildir. Silis Çimentolu Kuvars ve Feldispat Taneli Kumtaşları diğer kumtaşlarına benzerlerse de onlardan farklı olarak oranı % 20 ye varan feldispat taneleri ihtiva ederler. Tanelerde aşınma oranı çok azdır. Çimento yapısı kuvarsit kumtaşlarında olduğu gibidir. Yalnız onlardan farklı olarak bir miktar pelitik madde ihtiva ederler. Bu tip kumtaşları mevcut demir oksitten dolayı kırmızı renklidirler. Eğer organik madde karışırsa renk daha da koyulaşır. Köşeli feldispat tanelerinden meydana gelmiş kumtaşına ise Grit denir. Kömür tabakaları altında bulunan ince taneli silisli kumtaşı veya silttaşına ise ganister denmektedir. 13

26 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN (2) Diğer Çimento Mineralleri Karbonat mineralleri genellikle kalsit, daha az yaygın olarak aragonit, dolomit, siderit, magnezit, vb. karbonat grubu mineralleri içerirler. Kalsit çimento ile çimentolanmış kumtaşlarına kalkerli kumtaşları denilmektedir. Demir oksit çimentolu kumtaşları, genellikle kuvars ve daha az feldispat taneleri ile demiroksit bileşimli çimentodan meydana gelir. Bu tip kumtaşları redüktör ortamda oluşurlar. Demir oksit, Hematit, limonit, götit, vb. demir minerallerinden biri olabilir. Sülfat mineralleri ile çimentolanmış kumtaşlarında genellikle anhidrit, jips ve barit minerallerine tesadüf edilir. Kil mineralleri ile çimentolanmış kumtaşlarında, klorit dahil olmak üzere taneler arasında bağlayıcı olarak kil mineralleri bulunur. Mika mineralleri ile çimentolanmış kumtaşları biyotit ve muskovit (beyaz mika) mineralleri bulunabilir. Mikalar, kayaçç boyunca yayılmış veya birkaç santimetre aralıklarla oluşmuş paralel tabaklar halinde çökelmiş olabilirler. Bu yapı kuvars ve mika karışımının suda yavaşça çökelmesi sonucu oluşur. Mika yassı (düz) yapısından dolayı durgun suda kuvarstan daha yavaş çökelir. Bunun sonucu olarak kuvars tanelerinden onların üzerinde tabaka biçiminde oluşarak ayrılır. Şartlar stabil kalırsa bu işlem bir çok defa tekrarlanır. Granitik kütlelerin çatlaması ile bir takım yarıkların meydana gelmesi, bu yarıklarda feldispatların kaolene dönüşmesi ve böylece kuvars ve mikanın açıkta kalması neticesinde kaolenli bir kum yığını meydana gelir. Buna arena adı verilir. Fosfat Çimentolu Kumtaşlarında, çimento fosfat bileşiminde olup glokoni, pirit ve apatit kristalleri ihtiva eder. İnce kesitlerinde fosfat çimento amorf görünür. Organik Çimentolu Kumtaşlarında, sızıntı sularla eriyik halde taşınan organik maddeler kum depoları içinde toplanır ve diajenez esnasında katılaşarak çimentoyu meydana getirirler. Organik çimentolu kumtaşına Alios da denir. 14

27 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN Kumtaşlarının Dokusal Özellikleri Doku diğer özelliklerle birlikte, kayaçların karakterize edilmesine birbirlerinden ayrılmasına ve onların korelasyonuna yardımcı olur. Daha da ötesi kumtaşlarının dokusu; porozite, permeabilite, yoğunluk, elektriksel iletkenlik, ses geçirgenliği gibi özellikleri etkileyen faktörlerdendir. Kumtaşlarında doku ile tanelerin boyutsal özellikleri, şekilleri ve birbirleriyle olan ilişkileri yani tanelerin birbirlerine göre konumları kastedilmektedir ve doku kavramının mineraloji ile alakası yoktur. Kumtaşlarında daha önceden var olan kayaçlardan tanelerin aşınması, taşınması ve bir yerde çökelmesi ile oluşan doku kırıntılı dokudur. Ancak kumtaşlarında, otojenik minerallerden dolayı, kristalin doku da bulunabilmektedir. Klastik dokuda taneler birbirleri ya yüzey kontaktı halinde bulunurlar veya aralarında temas yoktur. Taneler birbirleriyle yüzey kontaktı halinde iken veya aralarında temas yok iken, boşluklarda matriks veya çimento mevcuttur. Kristalin dokuda, çoğunlukla bariz kristal yüzeyine sahip parçacıklar birbirleri içine girmiş halde (interlocking) bulunurlar. Klastik veya kristalin doku arasındaki fark taneler arasındaki temas durumuna göre yukarıda belirtildiği şekilde anlaşılabilir. Kumtaşlarında doku üç temel özelliği içerir. Bunlar tane boyu (grain size), tane şekli (grain shape) ve fabrik (fabric) dir. Tane boyu ve şekli tanelerin bireysel özellikleridir. Fabrik ise tane agregatlarının bir özelliğidir. Tane, sınırları gözle veya çeşitli aletlerle (petrografik mikroskop, elektron mikroskobu, vb.) görülebilen, önceden var olan kayaçlardan gelen kırıntılara karşılık gelmektedir. Tanelerin adlandırılmaları boyutlarına göre yapılmaktadır. Sedimantolojistler tarafından en çok kullanılan tane derecelendirme ölçeği Udden- Wentworth ölçeğidir (Wentworth, 1922). Bu ölçekte 256 1/256 mm boyutunda, doğal yollarla oluşmuş tanelere çeşitli adlar verilmektedir. Örneğin 1/16-2 mm boyutundaki taneler kum olarak adlandırılmaktadır. Konsolide olmuş kayaçta kum ve iri silt boyu tanelerin boyutlarını ölçmek için kullanılan geleneksel, teknik petrografik mikroskoba monte edilmiş bir oküler mikrometre ile ince kesitte tane boylarının ölçümüdür. İnce kesitte tanelerin boylarını 15

28 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN ölçmek için kullanılan bir diğer karmaşık ve pahallı yöntem ise imaj analizdir (Erlich et al., 1984; Mazullo ve Kenedy, 1985; Schafer ve Teyssen, 1987). İri silt boyundan daha küçük tanelerin boyları ise ancak elektron mikroskobu kullanılarak ölçülebilir. Parçacık veya tane boylanması, klastik sedimanter kayaçta tane boylarındaki değişimin ifadesidir. Yani bir sedimanter kayaçta bütün taneler aynı boyutta değildir. Örneğin kırıntılı sedimanter bir kayaçta, tanelerin %50 sinden fazlası kum boyutunda ise o kayaç kumtaşıdır. Kumtaşında bütün taneler kum boyutunda olacak diye bir koşul yoktur. Bu diğer kırıntılı sedimanter kayaçlar içinde geçerlidir. Tane şekli parçaçıkların dış morfolojisinin (görünüşünün) tüm yönlerine karşılık gelmektedir. Tane şekliyle tanelerin biçimi, yuvarlaklık veya köşeliliği, yüzey dokusu kastedilmektedir. Petrografik mikroskop ile ince kesitte tanelere bakıldığında, taneler iki boyutta görülebilmektedir. Yuvarlaklık veya köşelilik, bir tanenin köşelilliğinin keskinliğinin bir ölçüsüdür ve iki boyutta ölçülmektedir. Yüzey dokusu, çizikler, çukurluklar gibi klastik parçacıkların yüzeyinde var olan mikro rölyef (tanede bir tarafın diğerinden daha yüksekte görünmesi) özellikleridir. Biçim ve yuvarlaklıktaki değişimler sediment taşınması ve diajenez sonucu oluşmaktadır. Fabrik, tane agregatlarının iki özelliğine karşılık gelmektedir. Bunlar tane paketlenmesi (grain packing) ve tane yönelimi (grain orientation) dir. Tane paketlenmesi, tanelerin boyut ve şeklinin, çökelin kompaksiyonunun ve çökelme sonrası fiziksel ve kimyasal işlemlerin bir fonksiyonudur. Tane paketlenmesinde, tanelerin birbirlerine temas edip etmediği veya taneler birbirine temas ediyorsa bu temasın çeşidi araştırılır. The AGI Glossary of Geology (Bates ve Jackson, 1980), paketlenmeyi Bir sedimentte veya sedimanter kayaçta katı parçacıkların boşluktaki yerleşimi veya düzenleme durumu olarak tanımlamaktadır. Ancak spesifik olarak katı taneciklerin düzenlenmesinde, onlar arasında kristallenebilecek herhangi otojenik tanelerin paketlenme kavramından tamamen ayrı olduğunu belirtmiştir. 16

29 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN Tanımı ne olursa olsun, paketlenme birkaç değişkenin veya özelliğin-parçacık boyu ve boylanması, parçacık biçimi, parçacık yönelimi ve düzenlenmesi dahil-bir fonksiyonu olarak kabul edilmektedir. Tane oryantasyonu (yönelimi) çoğunlukla, çökelme zamanında etkili olan fiziksel işlemlerin ve koşulların bir fonksiyonudur. Bununla birlikte tane oryantasyonu çökelme sonrası organizmaların aktiviteleri sonucu (bioturbation) modifiye olabilir ve bir dereceye kadar diajenez esnasında kompaksiyon prosesinden etkilenebilir Kumtaşlarının Kullanım Alanları Kumtaşlarının iki ana kullanım alanı vardır. Bunlardan birincisi kumtaşının doğal yapıtaşı olarak kullanılması, ikincisi ise bileşiminde yüksek miktarda kuvars içeriğine ve diğer bazı koşullara bağlı olarak, değişik endüstriyel alanlarda kum olarak kullanılmasıdır. Kumtaşları aynı zamanda petrol, doğal gaz ve su için hazne kayaç olabilirler. Yapı kumtaşı sağlamlığı ve duraylılığına göre büyük binaların iç ve dış yüzeylerinde ve toplu konut alanlarında, sokaklarda (kaldırım taşı ve kaldırım kenar taşı), köprülerin karada kalan ayaklarında, istinat duvarlarında kullanılır. İyi çimentolanmış kumtaşı beton agregası, demiryolu balastı ve rip-rap biçiminde kırılarak kullanılabilir. Bununla beraber kumtaşı kaba agregat biçiminde diğer kayaçlara nazaran, çok az kullanılmıştır. Ticari olarak kumtaşının çok büyük bir oranı, zayıfça çimentolanmış ve dağılabilir özelliklerinden dolayı cam kumu ve diğer özel amaçlar için kullanılır. Protokuvarsit ve ortokuvarsit eskiden öğütme ve biley taşı olarak önemliydi. Grovak ise ince dilimler halinde yol döşemede, yaya kaldırımında kullanılırdı. Fakat bu kullanım alanı şimdi çok daralmıştır. Birçok özel nitelikli kumlar da yol döşeme ve bina yapımında kullanılan kumlar gibi alınır-satılır ve bunlardan bazısı kum ocaklarında sınırlı miktarlarda bulunur ve özgün niteliklerinden dolayı uzun mesafelere gönderilirler. Bu şekildeki kumlar, endüstriyel kayaçlardan daha çok endüstriyel minerallere benzerler. Yüksek 17

30 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN ısıya dayanıklı (refrakter) tuğlanın yapımı için kullanılan malzeme ortokuvarsittir. Refrakter tuğla kömür fırınlarında ve metalurjik ocaklarda kullanılır. Ortokuvarsit aynı zamanda ferrosilikonun hammaddesidir. Ferro-silikon bir demir-silis alaşımı olup birçok kullanım alanı vardır. Bunlardan biride gravite yoğunlaşmasıdır. Pulverize (toz haline getirilmiş) kuvars, öğütülmüş yüksek silisli kumdan yapılır. Beyaz porselen eşya imalinde, porselen sırlamasında, cam sırlamada, boyada yayıcı ve dolgu olarak, mekanik sabunda (vim, fay gibi) abrazif ve temizleyici olarak kullanılır. Bu gibi amaçlar için kullanmada kum 200 meş (mesh) boyutunda öğütülür (Silt boyu veya daha ince). Türkiye de inşaatlarda çoğunlukla çimentosu karbonatlı ve glokonili olan yeşilimsi kumtaşları kullanılmak için aranır. Bu tip taşların en önemlileri Bilecik in Osmaneli; Elazığ Sal ve İstanbul un Şile kumtaşlarıdır (Erguvanlı,1984). Yurdumuzda süs ve yapı işlerinde pek fazla kullanılmayan kuvarsitler dış etkilere fazla dayanıklı olmaları nedeniyle liman inşaatlarında kullanılmışlardır. İstanbul da Kınalıada dan çıkarılan kuvarsitlere halk Kınalı Taşı der ve bunlar adanın güneyindeki 3-4 ocaktan çıkarılır. Bu kuvarsitler İstanbul da Salıpazarı rıhtımında, Haydarpaşa binasında ve dalgakıran inşaatında kullanılmıştır. İstanbul un doğusunda Pendik yöresindeki kuvarsitler öğütülerek hafif yapı malzemesi yapımında (Ytong) yararlanılmaktadır (Erguvanlı, 1984). Ülkemizde işletilen ilk kumtaşı ise, kumlu kireçtaşı olan Ünye Taşı dır. DPT (2001) e göre ülkemizde tespit edilebilen ve üretimi yapılan Kumtaşı ocakları Afyon (Sincanlı, Sandıklı), Bolu (Göynük), Eskişehir (Sarıcakayaç), Ankara (Bilecik) ve Sarı kumtaşı Ankara (Beypazarı) dır. Onargan ve vd. (2005), kumtaşlarının ülkemizde geniş bir yayılım sunmakla beraber bilinen kumtaşı ocaklarının eskiden beri Ankara, Çanakkale, Yalova, Edirne ve Elazığ yörelerinde bulunduğunu belirtmişlerdir. Sarıgan (1988), ülkemizde İzmir, Aydın, Kütahya, Ankara, Muğla, Çanakkale, Bitlis ve Bingöl de kuvars yatakları olduğunu belirtmiştir (Kuşçu,2001). Türkiye de tespit edilmiş kuvarsit rezervleri Çizelge 2.3 de, Türkiye deki kuvarsit yatakları Çizelge 2.4 de, Türkiye deki kuvars kumu yatakları Çizelge 2.5 te 18

31 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN ve Türkiye de tespit edilen kuvars kumu rezervleri ile SiO 2 miktarları ise Çizelge 2.6 da görülmektedir. Çizelge 2.3. Türkiye de Tespit Edilmiş Kuvarsit Rezervleri (Kuşçu, 2001) Bulunduğu Yer Rezervi Antalya (Gazipaşa, Kaledıran, Meler) Zonguldak (Alaplı, Sapçaköy) Kastamonu (Daday) İstanbul (Beykoz) Adana (Feke, Saimbeyli, Horzum) Yozgat (Çomakdağ) Denizli (Şirinköy) ton Muhtemel ton Gör.+Muh ton Mümkün ton Mümkün ton Gör+Muh ton Gör+Muh ton Gör+Muh. Çizelge 2.4. Türkiye deki Kuvarsit Yatakları (Sarıgan, 1988) Kuvarsit Yatakları Antalya;Kaledıran-Demirtaş,Gazipaşa,Yakacık, Manavgat İstanbul; Beykoz, Pendik, Kartal, Gebze, Istranca Masifi Denizli; Şirinköy Mersin; Taşucu-Ovacık Yozgat; Çamakdağ Afyon; Emirdağ Çankırı; Eskipazar-Ovacık Kayseri; Felahiye Sivas; Doğanbeyli Adana, Osmaniye, Feke, Saimbeyli Aydın Bolu Zonguldak, Alaplı, Sapçaköy, Bartın Kumtaşının Doğal Yapı Taşı Olarak Değerlendirilmesi Doğal taşların kullanılabilirliğinin tesbiti için uygulanan testler, ana başlıklar altında, fiziksel, mekanik ve petrografik testlerdir. Bu ana başlıklar altında yapılabilecek birçok test yöntemi mevcuttur ve hangi testlerin yapılması gerektiği sürekli tartışma konusu olmuş ve bunun sonucu olarak şüphe ve belirsizlikler 19

32 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN doğmuştur. Bu testlerden amaca uygun olanların, kurallarına göre yapılması gerekmektedir. Aksi takdirde zaman, para ve emek kaybı sözkonusu olacaktır. Bu gibi konularda TSE standartlarından yararlanmak veya alıcının belirttiği ek özelliklerin tespit edilmesi daha uygundur. Örneğin Avrupa Birliği ülkelerine yapılacak olan doğal taş ihracatlarında, doğal taşın Avrupa Birliği standartlarına uygun olması gerekmektedir. Çizelge 2.5. Türkiye deki Kuvars Kumu Yatakları (Sarıgan, 1988) Kuvars Kumu Yatakları İstanbul (Yalıköy, Şile, Kilyos, İhsaniye, Pinkılıç, Kabakça, Karamandere, Belgrat) Tekirdağ (Safalan, Saray) Kırklareli [Kıyıköy (podima)] Zonguldak Sinop (Sarıkum) Adana (Kozan) Adapazarı Kapıdağ Yarımadası Çizelge 2.6. Türkiye de Tespit Edilen Kuvars Kumu Rezervleri ile SiO 2 Miktarları (Sarıgan, 1988). İl ve İlçe Rezerv SiO 2 miktarı (%) İstanbul-Şile İstanbul-Çatalca-İhsaniye ton Gör.+Muh ton Gör.+Muh Tekirdağ-Safalan ton Gör.+Muh Sinop-Sarıkum ton Muh Bazı durumlarda TSE veya diğer standartlar yetersiz kaldığında başka kaynaklara başvurulabilir. Örneğin, Onargan ve vd. (2005) tarafından belirtilen, doğal taşların kullanım alanların belirlenmesi için kullanılabilecek test yöntemleri için seçim kılavuzu (Çizelge 2.7), taşın kullanım amacına göre hangi testlerin yapılması gerektiği konusunda bir fikir vermektedir. 20