1. Batı Anadolu Hammadde Kaynakları Sempozyumu. 8-14 Mart 1999, İZMİR Karaburun kilinin stratigrafisi, mineralojisi ve pişme özellikleri The stratigraphy, mineralogy, and fired properties of Karaburun clay Aydın ARAS Fikret GÖKTAŞ Mahmut DEMİRHAN Hürriyet DEMİRHAN Serap İÇÖZ MTA Genel Müd., MAT Dairesi, 06520, Ankara, MIA Genel Müd., Ege Bölge Müd., 35040, Bornova, İzmir MTA Genel Müd., Ege Bölge Müd., 35040, Bornova, İzmir Kalemaden End. Hmd. San. ve Üc. AŞ, Çan, Çanakkale MTA Genel Müd., MAT Dairesi, 06520, Ankara ÖZ: Bu araştırma, Karaburun Yarımadası nın KB'sında bulunan ve seramik hammaddesi olarak kullanılan bağıl geç Erken Miyosen yaşlı kil oluşumunun stratigrafik ve teknolojik özelliklerini incelemeyi amaçlar. Kil hammaddesi olarak kullanılan çamurtaşı düzeyleri, alttan üste doğru tane boyu kabalaşmasının yansıttığı ilerleyen nitelikteki alüvyon yelpazesi tortul istifinin (Salman Formasyonu) alt bölümünde yoğunlaşır. Çökelme ortamının bir özelliği olarak, çamurtaşlarının değişen oranlarda çakıl, kum, silt ve kil boyu malzeme içermeleri, değişik düzeylerden üretilen kil hammaddelerinin kimyasal ve mineralojik özelliklerini etkilemekte ve bunun sonucu olarak farklı pişme özellikleri gözlenmektedir. Çamurtaşlarından ve beslenme alanlarındaki bozunmuş temel kayalardan alınan ömeklerin X-ışınları analizleri sonucunda kaolinit, illit ve klorit gibi benzer kil mineralleri saptanmış ve bu kil minerallerinin büyük ölçüde kaynak alanda oluşmuş, taşınmış ve depolanmış olduğu düşünülmüştür. ABSTRACT: This study is aimed to search the geological constraints and industrial properties of the Late Early Miocene clay deposits in the north-western part of the Karaburun Peninsula. The mudstone layers, which supply the clay raw material, are confined to the lower part of an alluvial fan unit. They increase in abundance higher in the section, in accordance with the fining upward segmental organisation of the alluvial fan unit. Variable amounts of silt to pebble-sized clasts are mixed with the mudstones. They affect the chemical and firing properties of the clay. X-ray diffraction analysis of the mudstones and altered basement rocks in the supply area, indicates a common composition of kaolinite, illite and chlorite. If seams that the clay minerals in the mudstones are inherited from the supply area. GİRİŞ Bu çalışma, 1997 yılında Karaburun çevresinde sürdürülen MTA "Batı Anadolu Altematif Seramik Hammaddeleri Arama Projesi" kapsamında gerçekleştirilmiştir. Çalışma alanı, Karaburun Yarımadası'nın KB'sında, URLA Kl6-c3 paftasında bulunan Salman Köyü çevresindedir (Şekil 1). Karaburun Yarımadası'nda yürütülen önceki çalışmaların hemen tümü, Neojen öncesi temel kayalarına yöneliktir. Kaya (1979, 1981) "Ortadoğu Ege Çöküntüsü"nün Neojen dönemindeki yapısal-stratigrafik özelliklerini araştırdığı çalışmalarında, Karaburun Yarımadası nın doğu kıyısındaki Miyosen tortullaşmasına kısmen değinmiştir. Borsi ve diğerleri (1972) ile Ercan ve diğerleri (1998), Karaburun Yarımadası'ndaki Neojen volkanizmasının jeokronolojik, petrolojik ve jeokimyasal özelliklerini araştırmışlardır. Bu çalışmada ise ağırlıklı olarak karasa1 Neojen'in stratigrafik ve sedimantolojik özellikleri ile bu istifte bulunan camurtaşlarının mineralojisi ve üretilen kil hammaddesinin pişme özellikleri incelenmiştir. Bilindiği gibi, her ne kadar "kil" bir kaya terimi olmasına rağmen, aynı zamanda bir tane boyu terimidir.
Şekil 1. Çalışma sahasının jeoloji haritası. 1-Temel Kayaları, 2-Salman Formasyonu, 3-Yaylaköy Volkanileri, 3a-Volkanoklastikler, 4-Alüvyon, 5-Yamaç molozu. Ayrıca mineralojik olarak "hidratlı alüminyum silikat mineralleri" gurubu olarak da tanımlanır. Mühendislik jeolojisinde ise 2 mikronun altında tane boyutundaki her türlü malzeme kil olarak tanımlanır. Ülkemizdeki seramik hammaddecileri, kaoliniti kil minerallerinden ayırarak, ana minerali kaolinit olan yerinde oluşmuş killere "kaolin", içinde kaolinit ve/veya diğer kil minerallerinin bulunduğu hammaddelere "kil" adını vermektedirler. Bu ayrım ne mineraloji bilimi esaslarına, ne de literatürdeki tanımlamalara uymaktadır. Kaolinit de diğer kaolin grubu mineraller gibi bir kil mineralidir. Bütün dünyada kil hammaddeleri içinde sayılır. Yurdumuzda olduğu gibi dünyada da yerinde oluşmuş kaolin yatakları çoğunluktadır; sedimanter olanlar ise azdır. Sedimanter kaolin yatakları, oluşumları 2
ve günümüze kadar korunmaları çok özel koşullar gerektirdiğinden, az sayıdadırlar. Bu nedenle, bir kil yatağının sedimanter veya yerinde oluşmuş olması ya da ana kil mineralinin kaolinit olup olmaması, kil hammaddesinin "kil" olarak isimlendirilmesine engel değildir. Bu calışmadaki kil hammaddesinde "kaolinit'' baskın kil minerali olsaydı, yine "Çin kili (China Clay)" gibi "Karaburun kili" olarak isimlendirilebilirdi. STRATİGRAFİ İnceleme alanındaki karasai Neojen, alüviyal Salman Formasyonu ve bazaltik andezitandezit bileşimli Yaylaköy Volkanitleri ile simgelenir (Şekil 2). Şekil 2. Çalışma sahasının genelleştirilmiş stratigrafi kesiti. 3
Temel Kayaları İnceleme alanında kil üretimine konu olan Neojen tortullaşmasının (Salman Formasyonu) beslenme alanlarını, Karaburun Yarımadası'nın en yaşlı temel kayaları oluşturur. Alttan üste tekdüze ve çok kalın (>2000 m) bir türbiditik tortullaşmayı yansıtan istifin alt bölümü, şeyl, silttaşı, grovak ve kuvarsitlerin simgelediği, çök düşük dereceli metamorfik etkiler taşıyan (serisitli) kayatürü topluluğundan oluşur. Tortul istif, üste doğru silisiklastik distal türbiditlere dönüşür ve derecelenmiş kumtaşı, silttaşı, şeyl, siyah ve yeşilimsi gri renkli radyolarit, az oranda çakıltaşı ve olistolitler ile simgelenir. Radyolaritlerin kapsadığı mikrofauna (radiolaria, conodont, Mullerisphaeridae) Siluriyen-Alt Devoniyen'i gösterir. İstifin fosil içermeyen alt bölümü, bağıl Ordovisiyen yaşlıdır (Kozur, 1997). Salman Formasyonu Birim, alüvyon yelpazesi ortamında çökelimi yansıtan cakıltaşı ve camurtaşı topluluğundan oluşur. Ölçülmüş kalınlık 65 m'dir. Karaburun Yarımadası'nın kuzey bölümündeki karasal Neojen tortullaşmasının tabanını oluşturan istif, örgütlenmemiş bloktaşları ile başlar ve alttan üste tane boyu kabalaşmasıyla simgelenen ilerleyen (progressive) tipte bir alüvyon yelpazesi çökelimini yansıtır. Örgütlenmemiş bloktaşı, tortul istifin tabanında bulunan üst yelpaze kökenli moloz akması çökelidir. Alttan üste, bloktaşından bloklu iri çakıltaşına derecelenir. Ayrışma rengi alt kesimlerde kırmızımsı, üste doğru gridir. Ortalama blok boyutlan 35-50 cm arasındadır. 90-130 cm arasında değişen boyutlardaki iri bloklar, özellikle taban kesiminde yoğunlaşır. Yuvarlanma derecesi, köşeli ve küt köşelidir. Dokusa1 olgunluk derecesi düşük, katrnanlanmasız ve zayıf-orta arası pekişmiştir. Çakıl ve bloklar, çoğunluk sırasına göre şeyl, grovak ve kuvars türümlüdür. Çamurtaşı, bağıl oranları değişken kil-silt karmalarından oluşur. Kil üretimi, tortul istifin alt bolümünde bağıl kalınlık ve sıklık gösteren çamurtaşı düzeylerine yöneliktir. Seramik hammaddesi olarak işletilen en kalın (yaklaşık 5 m.) çamurtaşı düzeyi en altta, örgütlenmemiş bloktaşı-iri çakıltaşı topluluğunun hemen üzerinde yer alır. Olağan olarak, seçimsiz dağılımlı kaba-çok kaba kum ve çakılcık boyutlarında litoklastlar, yanal süreksiz ince çakıltaşı ve çakılcıktaşı aradüzeyleri kapsar. Renk, genellikle gri ve sarımsı gridir. Tortul istifin en üst bölümündeki çamurtaşı düzeylerinde gözlenen kırmızı paleooksit rengi, yoğun klorit içeriklerinin alterasyonuna bağlıdır. Özgül olarak içyapısızdır. İstifin en alt bölümündeki işletilen çamurtaşı düzeyi içinde, 1-10 cm arasmda değişen kalınlıklarda linyit düzeylerine ve tümsel kömürleşmiş ağaç parçalarına rastlanır. İnce çakıltaşı, yaygı akması ve kanal dolgusu fasiyeslerindedir. Çamurtaşları içinde yana1 süreksiz mercekler olarak bulunur ya da onunla ardalanır. Ortalama tane boyu l cm ile 5 cm arasmda değişir. İstifin altından üstüne doğru, ortalama çakıl boyutu, iri çakıl kapsamı ve katman kalınlıkları artar. Tane ya da aramadde (genellikle çamur) destekli, orta derecede boylanmış, zayıf-orta pekişmiştir. Çakıllar, çoğunlukla küt köşeli ya da az yuvarlaktır. Kumtaşı, çamurtaşı içinde 10-20 cm arasında kalınlıklarda seyrek aradüzeyler olarak bulunur. Koyu kızıl-kahverenkli, masif, demir çimentolu ve çok sıkı pekişmiştir. 4
Birimin yüzlekleri, paleocoğrafik bütünlüğünü yitirmiş bir havzanın erozyon kalıntıları olarak korunmuş olduklarından, ince1eme alanı içinde havza analizine ilişkin veriler yetersizdir. Yarımadanın kuzeyinde, URLA K16-c2 paftasında yüzeyleyen formasyonun eşlenikleri, alttan üste tane boyu incelmesi gösteren alüvyon yelpazesi çökellerinden oluşur. Tortul istif, yanal ve düşey yönde, algli kireçtaşlarının simgelediği gölsel çökellere derecelenir. İnceleme alanındaki alüviyal çökelimin de, yanal yönde göle açılması beklenir. İşletmeye konu olan çamurtaşı düzeyi, alt yelpazeden göl kıyısına ulaşan düşük yoğunluklu çamur akmalarının ürünü olmalıdır. Süspansiyondan çökelimi yansıtan sedimanter kayıtların yokluğu, içyapısızlık, kötü boylanma, gri renk tonunun yansıttığı paleoredüksiyon koşulları ve ince linyit düzeylerinin varlığı, önerilen çökelme asortamını destekleyen verilerdir. Çamurtaşı düzeyinden üste doğru, tane boyu kabalaşmasının gösterdiği tortullaşma enerjisindeki ve hızındaki artış, havza kıyılarını etkileyen yükselmenin koşulladığı yelpaze ilerlemesini yansıtır. Temel kayaları üzerinde uyumsuz konumlanan birim, Yaylaköy Volkanitleri tarafindan kesilir ve örtülür. Birimin Yaylaköy Volkanitleri ne göreli yaşı Erken Miyosen 'dir. Yaylaköy Volkanitleri İnceleme alanındaki siyah renkli ve bazalt görünümlü lavlar, yüksek potasyumlu kalkalkalen volkanizma ürünleridir ve bazaltik andezit-andezit bileşim alanları içindedirler (Ercan ve diğerleri, 1998). İki evreli olduğu saptanan lav çıkışlarını, volkanoklastik arakatkılı türdeş piroklastikler birbirinden ayırır. Borsi ve diğerleri (1972)'nin aldığı 19.2 my ve 21.3 my yaşları ilk evre lavlarına ilişkin olabilir. Karaburun ile Yeniliman arasında, geçiş ilişkisiyle Salman Formasyonu'nu üzerleyen gölsel kireçtaşlarını kesen 16 my ve 18 my yaşlı (Ercan ve diğerleri, 1998) lav girmeleri, olasılıkla ikinci evrenin eşlenikleridir. Lav örnekleri mikrolitik porfirik dokuludur. Plajiyoklas (labrador) ve piroksen (ojit) hamurda mikrolitler şeklinde bulunur. Olivin, iddingisitleşmiş fenokristaller halindedir (Ercan ve diğerleri, 1998). İki evreli lav çıkışını aralayan ve olasılıkla ikinci evrenin başlangıcını yansıtan piroklastik istif, alttan üste doğru az belirgin tane boyu kabalaşması gösterir. Alt bölümde beyaz renkli ve masif vitrik toz tüf düzeyleri, üst bölümde ise litik-kristal kül tüf ve lapilli tüf topluluğu egemendir. İstif genelinde, alttan üste doğru ortalama piroklast boyutlarındaki artışa koşut olarak katman kalınlıkları da artar. Yersel olarak, volkanoklastik kaba-çok kaba kumtaşı ve volkanoklastik çamur akması düzeyleri kapsar. Altere kesimlerde karbonatlaşma (dolomit ve kalsit) ve killeşme (smektit ve illit) olağandır. Birim, temel kayaları ve Salman Formasyonu üzerinde uyumsuzdur. KİL MİNERALOJİSİ Salman Formasyonu'nun kil hammaddesi olarak kullanılan çamurtaşı düzeylerinden alınan on adet örneğin tüm kaya ve kil fraksiyonlarının X-ışınları difraksiyon analizleri yapılmıştır. Ayrıca karşılaştırılmak üzere bu sedimanter kayaların kaynak alanında bulunan temel kayaların bozunmuş kesimlerinden alınan örneklerden de aynı şekilde X-ışınları difraksiyon analizleri yapılmıştır. Bu analizler, MTA Maden Analizleri ve Teknoloji Dairesi 5
laboratuvarlarında Philips PW 1140 X-ışınları difraktometresinde Cu Kα ışını kullanılarak yapılmıştır. Bu analizlerde saptanan mineraller karşılaştırıldığında, her iki grup örnekte ortak kil mineralleri ve illit, kaolinit, klorit, smektit grubu, plajiyoklaz, kuvars ve jips gibi diğer mineraller saptanmıştır (Sekil 3a). Şekil 3a. Çin kili (1), Westerwald kili (2), Bozunmuş temel kaya (3) ve Karaburun kili (4) örneklerinin X-ışını difraktogramları. Kaynak kaya olabilecek bozunmuş temel kayalardan alınan örneklerde, -aynı tür kil minerallerinin saptanması, -kaolinitin, bozunmuş temel kayalardan alınan örneklerde miktar olarak daha fazla bulunması, -kaolinitin düşük kristlallenme derecesi, -çamurtaşlarından alınan örneklerde jipsin varlığı büyük bir olasılıkla, çamurtaşlarında bulunan bu kil minerallerinin otijenik olmayıp detritik kökenli olabileceğini düşündürmektedir. Kökenle ilgili daha sağlam kanıtlar, kristal biçimleri (SEM) ve içerdikleri eser elementlerin saptanmasıyla elde edilebilir. Bozunmuş temel kaya örneklerinde yapılan ince kesit çalışmalarında, tamamen killeşmiş örneklerin yanısıra, hafif yönlenme de gözlenen kumtaşlarında serisit, az miktarda biyotit, kuvars, plajiyoklaz ve killeşme saptanmıştır. Aynı örneklerden yapılan DTA analizlerinde, termal davranışları ve faz dönüşümleri incelenmiştir. Bozunmuş temel kaya örneğinde, kristal suyunun 540 C de kaybedilmesi ile bir endotermik ve mullitin oluşumuyla da 980 C de bir eksotermik pik gözlenmiştir. Çamurtaşı örneğinde gözlenen çok küçük eksotermik pik, kaolinitin miktar olarak azlığını gösterir (Şekil 3b). Analizlerde, klorit ve kaolinit minerallerinin ayırt edilmesinde, 2N HCL çözeltisi ve 500 C ısıl işlemi kullanılmıştır. 6
Şekil 3b. Karaburun kili (5) ve bozunmuş temel kaya (6) örneklerinin DTA eğrileri PİŞME ÖZELLİKLERİ Karaburun kilini oluşturan çamurtaşlarının, çökelme ortamının bir özelliği olarak kum, silt ve kil boyutunda ve değişik oranlarda temel kayalardan türemiş malzeme içermeleri, seramik hammaddesi olarak kullanımda zorluklar yaratmaktadır. Değişik seviyelerden alınan örneklerin çakıl, kum, silt ve kil oranlarının farklılığı, örneğin mineralojik içeriğini de değiştirmekte ve kimyasal analizlerde de görüldüğü gibi, özellikle toplam alkali ve demir yüzdeleri değişmektedir. Bu durumda toplam (flux) eritici miktarı (Fe+K+Na+Ca) değiştiği için pişme özellikleri, pişme çekmesi, su emmesi, pişme renkleri ve maksimum pişme sıcaklıkları da değişmektedir. Daha çok kum ve çakıl içeren örnekte alkaliler düşerken demir miktarı artmış, diğer yandan kil ve silt boyu malzeme artınca alüminyum ve potasyum artmıştır (Tablo 1). Kuru dayanım, KY-5 örneğinde görüldüğü gibi, daha iri malzeme içeren ve demirce zengin kilden preslenen bünyede yüksek olmasına rağmen, 1150 C ve 1200 C'lerde KY-5 göre daha çok kil ve kil boyu malzeme içerdiğinden pişme küçülmeleri daha yüksek, su emmeler ise daha düşük değerler olarak ölçülmüştür (Tablo 2). Tablo 3'te ise aynı bünyelerden Minolta renk ölçer ile ölçülen renk parametreleri verilmiştir. 7
Tablo 1. Değişik seviyelerden alınan Karaburun kili örneklerinin kimyasal analiz sonuçları Tablo 2. Değişik seviyelerden alınan Karaburun kili örneklerinden preslenen bünyelerin çeşitli sıcaklıklarda pişme özellikleri Tablo 3. Değişik seviyelerden alınan Karaburun kili örneklerinden preslenen bünyelerde ölçülen renk parametreleri SONUÇLAR Bu çalışmada "Karaburun kili"nin, illit, kaolinit, klorit ve smektit grubu kil mineralleri ile kil dışı mineral olarak plajiyoklaz, kuvars, hematit ve jips minerallerini içerdiği; çakıl, kum, silt ve kil tane boyunda malzemenin taşınarak alüvyal yelpaze ortamında depolanan "çamurtaşları" olduğu ortaya konulmuştur. Çamurtaşlarının, depolanma ortamının özelliği olarak her seviyede farklı miktarda çakıl, kum, silt, ve kil boyu malzeme içermeleri nedeniyle, değişik seviyelerden elde edilen kil hammaddelerinden preslenen bünyelerde farklı pişme özellikleri ölçülmüştür. DEĞİNİLEN BELGELER Borsi, S., Ferrara, G., Innocenti, F. and Mazzuoli, R, 1972, Geochronology and petrology of Recent volcanics in the eastern Aegean, Bull.Volcanologique, 36, 3, 473-496. Ercan,T., Türkecan, A. ve Satır, M., 1998, Karaburun Yarımadası'nın Neojen Volkanizması, Cumhuriyetin 75. Yıldönümü Yerbilimleri ve Madencilik Kongresi, Bildiri Özleri Kitabı, MTA Genel Müdürlüğü, Ankara, 12-13. Kaya,O., 1979, Ortadoğu Ege Çöküntüsünün (Neojen) stratigrafisi ve tektoniği, Türkiye Jeoloji Kurumu Bült., 22, 35-38. Kaya, 0. 1981, Miocene reference section for the coastal parts of West Anatolia, Newsl. Straigr., 10 (3), 164-191. 8
Kozur, H., 1997, New straigraphic results on the Paleozoic of the western parts of the Karaburun Peninsula, Westem Turkey, Pişkin, Ö., Ergün, M., Savaşçın, M.Y., Tarcan, G. (ed), The International Earth Sciences Colloquium on the Aegean Region (IESCA-95), Abstracts, 289-307, İzmir. 9