* KOÇCAĞIZ KÖYÜ (KAYSERİ) DOLAYININ STRATİGRAFİSİ VE İGNİMBİRİTLERİN YAPI - KAPLAMA TAŞI OLARAK KULLANILABİLİRLİĞİ Stratigraphy Around Koçcağız Village (Kayseri) and Usage of Ignimbrites As Building - Facing Stone Fatma DURAN Cengiz YETİŞ Mesut ANIL Jeoloji Müh. Anabilim Dalı Jeoloji Müh. Anabilim Dalı Maden Müh. Anabilim Dalı ÖZET İnceleme alanı Kayseri İli, Talas İlçesi, Koçcağız Köyü dolaylarında, şehir merkezine ortalama 45 km mesafede ve 1/25.000 ölçekli KAYSERİ - 035 - c1 paftasında yer almaktadır. Kayseri Yöresinde yüzeyleyen kayaçlar çoğunlukla tüf yapılışlı volkanik kayaçlar olup bölge Erciyes volkanizmasının etkisiyle oluşmuştur. Erciyes yöresinde volkanizma Geç Miyosen de başlamış ve Pliyosen de de aralıklı olarak devam etmiştir. Çalışma alanında temeli en alt birim olarak Geç Triyas - Jura yaşlı kristalize kireçtaşı - mermer yapılışlı Aşıgediği metamorfiti ile bunun üzerine uyumsuz olarak gelen Jura - Kretase yaşlı, kristalize kireçtaşı - dolomit yapılışlı Tavşancıdağtepe formasyonu oluşturur. Karbonat temel üzerine, Geç Pliyosen yaşlı Velibaba ignimbiriti gelmektedir. Kuvaterner de, Alüvyon ve Yamaç döküntüsü yer almaktadır. Bu çalışma ile Koçcağız Köyü dolayının 1/25.000 ölçekli ayrıntılı jeoloji haritası hazırlanmış, Koçcağız Köyü dolayı ignimbiritlerin birimlerinin mühendislik özelliklerini saptamaya yönelik deneyler yapılmış ve bunların yapı - kaplama taşı olarak kullanılabilirliğine ilişkin fiziksel, petrografik ve mekanik özellikleri değerlendirilmiştir. Anahtar Kelimeler: Erciyes volkanizması, ignimbirit, doğal yapı ve kaplama taşı. ABSTRACT The study area is in the Kayseri Province, Talas District, near Koçcağız Village about 45 km from city centre and is found 1/25.000 scale of 035 - c1 Kayseri sheet. There are mainly tuff units around Kayseri and the study area is affected from the Erciyes Volcanism.The volcanism in the Erciyes district starts in Upper Miocene and continues intermittently in Pliocene. Around the study area, Upper Triassic - Jurassic aged, crystallized limestone - marbles of the Aşıgediği methamorphics and Jurassic - Cretaceous aged cyrstallized limestone - dolomites of the Tavşancıdağtepe formation are found at the base of the succession. These carbonate basemend are unconformably overlain by the Upper Pliocene aged ignimbrites of the Velibaba * Yüksek Lisans Tezi-MSc. Tehsis 237
ignimbrite. Quaternary alluvium and slope waste are found at the top of the succession. By this study 1/25.000 scale of geological map of nearby Koçcağız Village is drawn. Experiments are carried out in order to determine the engineering features, physical, mechanical and petrographic charecteristics of volcanic rocks are discussed for the aspects of their usage as building and facing stone. Keywords: Erciyes volcanism, ignimbrite, naturel building and facing stone. Giriş Çalışma alanı içerisinde bulunan tüf kökenli kayaçların volkanizmaya bağlı olarak ortaya çıktığı saptanmıştır. Çalışma alanı; Kayseri ili, Talas ilçesinin yaklaşık 45 km doğusunda, Koçcağız Köyü dolayında, 1/25.000 ölçekli Kayseri - K35 - c1 paftasında yer almaktadır. Çalışma alanında temeli gri - koyu gri renkli, orta - kalın katmanlı, yer yer katmanlanmaya koşut yapraklanmalı Geç Triyas - Jura yaşlı, başlıca kristalize kireçtaşlarından oluşan Aşıgediği metamorfiti oluşturur. Aşıgediği metamorfiti üzerine ise uyumsuz olarak koyu gri - siyah renkli, kristalize kireçtaşı ve dolomitlerden oluşan, demir içermesi nedeniyle yer yer kahve - kırmızı renkli olarak görülen, katmanlanma yüzeylerinde lamellibranş ve gastropod kavkılarının yer aldığı, çok çatlaklı ve çatlakları kalsit dolgulu Tavşancıdağtepe formasyonu gelmektedir. Bu birimin üzerine Tersiyer zaman dilimine ait olan, oldukça geniş yayılımlı, gri - koyu gri - siyah - kiremit kırmızısı - sarı - pembe renkli, sert, masif görünümlü, Geç Pliyosen yaşlı Velibaba ignimbiriti açılı diskordanslıdır. Bunun üzerine Kuvaterner yaşlı başlıca kum, kil, çakıl ve tüf parçalarından oluşan Alüvyon ile köşeli çakılları kapsayan litolojik olarak tutturulmamış - gevşek tutturulmuş Yamaç döküntüsü yer almaktadır. Bu çalışma ile Koçcağız Köyü (Kayseri) dolayının 1/25.000 ölçekli ayrıntılı jeoloji haritası yanı sıra, bölgenin genelleştirilmiş stratigrafi kesiti hazırlanmıştır. Ayrıca Koçcağız Köyü ve dolayı kayaçların mühendislik özelliklerine yönelik deneyler yapılmış ve bu yörede hakim olan kayaçların yapı - kaplama taşı olarak kullanabilirliğine ilişkin fiziksel, mekanik, kimyasal, petrografik vb özellikleri değerlendirilmiştir. Materyal ve Metot Materyal Araştırmanın ana materyalini Kayseri ili, Talas İlçesi, Koçcağız köyü dolayının stratigrafisi ve ignimbiritlerin yapılarda kaplama taşı olarak kullanılabilirliği oluşturmaktadır. Metot Koçcağız Köyü (Kayseri) ve civarının genelleştirilmiş stratigrafik istifi ortaya konarak, 1/25.000 ölçekli jeoloji haritası hazırlanmış ve yöre ignimbiritlerin yapı ve kaplama taşı olarak kullanılabilirliği değişik parametrelere göre incelenmiştir. 238
Araştırma Bulguları Çalışma alanında temeli gri - koyu gri renkli, orta - kalın katmanlı, yer yer katmanlanmaya koşut yapraklanmalı Geç Triyas - Jura yaşlı, başlıca kristalize kireçtaşından oluşan Aşıgediği metamorfiti oluşturur. Aşıgediği metamorfiti üzerine ise uyumsuz olarak koyu gri - siyah renkli, kristalize kireçtaşı ve dolomitlerden oluşan, demir içermesi nedeniyle yer yer kahve - kırmızı renkli olarak görülen, katmanlanma yüzeylerinde lamellibranş ve gastropod kavkılarının yer aldığı, çok çatlaklı ve çatlakları kalsit dolgulu Tavşancıdağtepe formasyonu gelmektedir. Bu birimin üzerine Tersiyer zaman dilimine ait olan, oldukça geniş yayılımlı, gri - koyu gri - siyah - kiremit kırmızısı - sarı - pembe renkli, sert, masif görünümlü, Geç Pliyosen yaşlı Velibaba ignimbiriti açılı diskordanslıdır. Bu birimler üzerine Kuvaterner yaşlı başlıca kum, kil, çakıl ve tüf parçalarından oluşan Alüvyon ile köşeli çakılları kapsayan litolojik olarak tutturulmamış - gevşek tutturulmuş Yamaç döküntüsü yer almaktadır (Şekil1,2). 239
Şekil 1. Koçcağız köyü ve dolayı genelleştirilmiş stratigrafi kesiti. 240
Şekil 2.Koçcağız köyü dolayının basitleştirilmiş jeoloji haritası. Ç.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yıl:2010 Cilt:22-2 241
Mesozoyik Aşıgediği metamorfiti (Mza) Göncüoğlu ve ark. (1994) göre, Orta Anadolu metamorfitleri, yaygın olarak yüzeyleyemez ve iki formasyonla simgelenir. Bu, iki formasyondan ilkini temsil eden Aşıgediği metamorfiti (Mza) çalışma alanında en alt ve en yaşlı birimi oluşturmaktadır. Formasyon, mermer - kristalize kireçtaşlarından oluşur (Şekil 1,2). Birim gri - koyu gri renkli, orta - kalın katmanlı, yer yer katmanlanmaya koşut yapraklanmalıdır. Seyrek olarak ince şist ara düzeyleri kapsar. Birim, en altta alacalı renkli metakırıntılılarla başladığı, bunların kuvars ve kuvarsitik gnayslardan oluştuğu, daha üste doğru sarımsı gri muskovit ve kuvarslı mermerlere geçtiği, bunların da üzerine gri - beyaz renkli kalın katmanlı mermerlerin geldiği ve istifin en üstünde çört ara düzeyli mermerlerin yer aldığı belirtilmektedir. Aşıgediği metamorfitinin özgün kalınlığı tektonizma nedeniyle saptanamamıştır (Türkecan ve ark., 1998). Kristalize kireçtaşı - mermerlerin, bölgesel deneştirmeler ile Üst Triyas - Jura yaşında olduğu saptanmıştır. Tavşancıdağtepe formasyonu (JKt) Çalışma alanını ve dolayında kristalize kireçtaşı ve dolomitlerden oluşan birim genel olarak koyu gri ve siyah renklidir. Demir içermesi nedeniyle yer yer kahve - kırmızı renkli olarak ta görülür. Kalın katmanlar arasında, kimi yerde, 2-3 m kalınlıkta ince katmanlı düzeyler de gözlenir. Formasyon çok çatlaklıdır ve çatlaklar beyaz renkli kalsit dolguludur. Bu kalsit dolguları demirli suların etkisiyle, yer yer kırmızıya boyanmış durumdadır. Dolomitler, kireçtaşları içinde yanal - düşey geçişli ara düzeyler halinde bulunur. Siyah renkleri ve kırıldıklarındaki kötü kokularıyla belirgindirler. En belirgin özelliği çökel kökenli demir mineralleri içermesidir. Kireçtaşlarının katmanlanma yüzeylerinde lamellibranş ve gastropod kavkıları görülmektedir. Ancak yeniden kristallenme nedeni ile bu izleri kırık yüzeylerinde izlemek güçtür. Birim altta Aşıgediği metamorfiti üzerine açısal diskordanslıdır (Şekil 1,2). Topografik alçaklarda üzerine açısal uyumsuzlukla Geç Pliyosen yaşlı Velibaba ignimbiriti gelmektedir. Çalışma alanı içerisinde katmanlı yapısının yer yer kaybolması ve kıvrımların bazı yerlerde etkin olmasından dolayı kalınlığı hakkında tam bir bilgi edinilememiştir. Bu verilerin sonucunda, formasyonun yaşı hakkında kesin bilgiler bulunmamakla birlikte önceki çalışmalara göre birim Jura - Kretase zaman aralığında çökelmiş olmalıdır. Senozoyik Çalışma alanında Senozoyik te birisi Tersiyer de, diğer ikisi ise Kuvaterner de olmak üzere 3 farklı litostratigrafi birimi ayırt edilmiştir (Şekil 1,2) 242
Tersiyer Velibaba ignimbiriti (plev) Türkecan ve ark (1998) göre, Erciyes Volkanizması sonucu oluşan litostratigrafi birimlerinden önemli bir tanesi de Velibaba ignimbiritidir. Şekil 3. a) Ocak aynasında genellikle gri renkte görülen ignimbiritler masif - kalın katmanlıdır. b) Birimin tabanında yer yer fazla kalın olmayan, pembe - kırmızımsı renkli, dağılgan kısımlar gözlenmektedir Bölgede Velibaba ignimbiriti dayanımlı olması nedeni ile yamaçlarda tipik kornişler oluşturur. İçinde litik parçalar ile 5 cm ye kadar uzamış siyah ya da kırmızımsı alev yapıları bulundurur. Yer yer yeterince yassılaşmamış küçük pomza parçalarına rastlanır. Kaynaklanmanın iyi olduğu kesimleri oldukça serttir. Kaynaklanmanın iyi olmadığı kesimler ise daha yumuşak olup, ayrışmaya uğramıştır. Genelde masif görünümlü ve çok kalın katmanlıdır (Şekil 3. a). Çalışma alanı içerisinde, bu birimde işletilen taşocaklarında yapılan incelemelerden elde edilen bilgiler, masif görünümlü ve kalın katmanlı birimin oldukça iyi, iri blok verimine sahip olduğunu ve kaplama - yapı taşı olarak kullanılabileceğini göstermektedir. İstifin tabanında yer yer 50-60 cm ye erişen, pembemsi renkli, yumuşak - dağılgan kesimler yer almaktadır (Şekil 3. b). Ayrancı (1963) tarafından, yörede yapılan incelemede, birimin 2,88 ± 0,15 my yaşta olduğu saptanmıştır. Buna göre birimin yaşı Geç Pliyosen başlangıcı olarak bildirilmiştir. Çalışmanın ana konusunu teşkil eden Tersiyer yaşlı Velibaba ignimbiritinden derlenen numunelerden ince kesitler hazırlanmış olup, petrografik inceleme sonuçları aşağıda verilmiştir. 243
Şekil 4. a) Andezitik tüf örneği ince kesitinde mikrolitik plajioklas içerisinde ayrışarak karbonat ve ikincil minerallere dönüşmüş kesimler, b) Andezitik tüf örneği ince kesitinde mikrolitik plajioklas içerisinde ikizlenmesi ile ojit bileşimli piroksen ve biyotit ile ince opakların görünümü. Piroklastik kayaç içerisindeki plajioklasların çoğu ayrışarak serisit, karbonat, kaolinit gibi ikincil minerallere dönüşmüş durumdadır. Yer yer fenokristallerde, plajioklaslara göre çok daha az oranda bulunan carlsbad ve albit ikizlenmesi görülen andezin ile ojit bileşimli piroksen, nadiren amfibol, çok nadir biyotit görülür. Matriks tamamen mikrolitik plajioklaslardan ve dönüşmüş ikincil minerallerden oluşur (Şekil 4. a,b). Seyrek olarak gözlenen silisifikasyon ikincildir. Serisit ve kaolenleşen feldispat ve plajioklaslar açık rengi oluştururken ferro magnezyumlu minerallerin ayrışmasıyla açığa çıkan FeO ise opakları oluşturmuştur. Kuvaterner Alüvyon (Qal), Yamaç döküntüsü (Qyd) Alüvyon, litolojik olarak kum, kil, çakıl ve tüf parçalarından oluşmaktadır, kalınlığı 0,3-1,5 m arasında değişmektedir. Yamaç döküntüleri, tutturulmamış ya da kısmen tutturulmuş köşeli çakılları kapsar. İgnimbiritlerinTemel Mühendislik Özellikleri Koçcağız ve dolayında bulunan ignimbiritlerin fiziko - mekanik özellikleri TS 699/1987, TS EN 1097/6 Mart 2002,TS 1910/1977, TS EN ISO 140-1 2002, TS 2381-2 EN ISO 717-2 2005, TS 825 1998 te önerilen yöntemlere uygun olarak yapılan deneylerle belirlenmiştir. 244
Çizelge 1. İgnimbirit numunelerine uygulanan deney sonuçları ve kullanılabilirlik. DENEY SONUÇ KULLANILABİLİRLİK Çıplak göz ve lup ile inceleme Mikroskop altında inceleme İnce taneli, az gözenekli, ayrışmış yüzeyi gri, kirli beyaz - bej, taze kırık yüzeyi açık gri renkli. Hamur içinde mikrolitik boyuttaki plajioklas kristallerinin de yoğun bir değişim geçirdikleri ve gaz boşlukları içine kalsitin yerleştiği görülmektedir. Tane boyu, gözenek ve renk olarak talebe karşılık verebilecek uygunluğu göstermektedir. Kayaç içinde boşluk ve çatlaklara rastlanmaması nedeni ile blok vermeye uygunluğu gözlenmektedir. Sertlik 2,5 Mohs Yer döşemesi ve kaplama taşı olarak kullanıma uygundur. Birim hacim ağırlık 1,58 gr/cm³ Hafif yapı malzemesi olarak kullanıma uygundur. Özgül ağırlık 2,508 gr/cm³ Yer döşemesi ve kaplama taşı olarak kullanıma uygundur. Ağırlıkça su emme % 17 Doğal yapı malzemesi olarak kullanıma uygundur. Porozite % 15 Yapı ve kaplama taşı olarak kullanıma uygundur. Don mukavemeti Δ (%) 11,25 Don sonucu oluşan etkilere karşı fazla etkilenmediği saptanmıştır. Eğilme dayanımı 13,53 N.mm/mm³ Doğal yapı taşı olarak kullanımı açısından bu değerin yüksek olduğu saptanmıştır. Aşınmaya karşı dayanıklılık 23,70 cm³/50cm² Doğal yapı taşı olarak kullanımı açısından bu değerin yüksek olduğu saptanmıştır. Basınç mukavemeti 215,5 kg/cm² Doğal yapı taşı olarak kullanımı açısından düşük dirençli kayaç grubunda yer aldığı saptanmıştır. Açık hava tesirlerine dayanıklılık Matlaşma görüldü. Ses yutulması Düşük %26,92 Yüksek %24,76 Doğal yapı taşı olarak kullanılmasında, açık hava tesirlerinin fonksiyonuna zarar getirebilecek bir değişiklik yaratmadığı saptanmıştır. Ses yalıtımı istenen ortamlarda, doğal yapı taşı olarak kullanılmasının uygun olduğu saptanmıştır. Isı iletkenliği 0,189W/Mk Isı yalıtımı özelliği istenen yapılarda kullanıma uygunluk gösterdiği saptanmıştır. Plaka verme Çok iyi. Uygundur. Kenar-köşe Düz ve parçalanmasızdır. Uygundur. durumu Yansıtma Parlatılan yüzeyler zayıf - orta düzeyde yansıtmaya sahiptir. Parlatma yapılmadan üzerine farklı işlemlerin yapılması daha çok talep görmektedir. Cila alma Orta derecede cila almaktadır. Silimli levhalar cila görüntüsü yaratmaktadır. Ocak ve Fabrika İşletmesi Çalışma sırasında Emre Taş ve Madencilik A.Ş. ye ait ignimbirit ocaklarında, ocakların nasıl işletildiği, blok verimliliği ve doğal taş işleme - kesme tesisinde tüf blokların değerlendirilmesi ile ilgili incelemeler yapılmıştır. İlgi ignimbiritlerin ocak işletme alanında yatay konumlu, çok kalın - masif katmanlı olması, düşey çatlaklar dışında çatlak olmaması ve bunların ara mesafesinin de 5-7 m arasında olması, düzenli büyük blokların eldesini sağlamaktadır. İgnimbiritlerin 245
üzerinde çok ince ayrışmış malzeme ile yer yer ince bitkisel toprak, blok alınabilecek seviyelerinin alt kısımlarında ise yeterince taşlaşmamış, gevşek volkanik materyal bulunmaktadır. Söküm kolaylığı açısından, bu zayıf seviyeler oldukça yararlıdır. Ocaktan blok sökümü sırasında blok alınacak seviyenin altında bulunan taşlaşmamış seviye kazılıp boşaltılmaktadır ve tabaka üst kısmından kepçe ve ekskavatör yardımı ile bloğun altında bulunan boşluğa doğru çekim yapılarak bloklar sökülmektedir. Doğal yapı taşına olan talebin en belirgin özellikleri, bu taşların doğa ve tarihi dokuya uygun olmaları, dış mekanlarda zeminde kaygan olmamaları ve sağlık açısından sakınca oluşturmamalarıdır. Bölgede taş kesme - işleme tesislerinde hammadde olarak taş ocaklarından getirilen sarı - kahverengi - gri - pembe - ala - siyah - kırmızı vb renkli ignimbiritler kullanılmaktadır. Doğal taş işleme ve kesme tesislerinde, ocaktan çıkarılmış boyutlu ignimbirit blokları talebe uygun ebatlarda kesilmekte ve yine talep doğrultusunda kumlama, mucarta, silim, patinato, tambur, profil, derz, tarama vb işlemlere tabii tutulmaktadır. İnşaat ve yapı sektöründe harpuşta, basamak, duvar kaplama, yer döşeme, çörten, denizlik, pencere sövesi, kat silmesi, sütun, fıskiye, bordür, tamburlu dekoratif taşlar, kemer taşları, kilit taşları, çeşme taşları, mezar taşları vb gibi talebe uygun değişik renk ve boyutlarda birçok ürün hazırlanmaktadır (Şekil 5. a,b) Diğer doğal taşlar ve mermerlere uygulanan kumlama, mucarta, silim, patinato, çarpma, pah kırma, profil, derz, tamburlama (eskitme), tarama, honlama vb işlemler ignimbiritlere de uygulanmaktadır. Şekil 5. a) Gri tüf levhaları ve b)sarı tüf levhaları kullanılarak yapılmış uygulamalar. Sonuçlar Çalışma alanında Mezosoyik ve Senozoyik yaş aralığında beş adet kaya stratigrafi birimi ayırtlanarak bölgenin 1/25.000 ölçekli jeoloji haritası ve Genelleştirilmiş Stratigrafi Kesiti hazırlanmıştır. Bölgede temel kayaları; kristalize kireçtaşı, mermer, dolomit ile temsil edilir. Bu birimler üzerine, Geç Pliyosen yaşlı Velibaba ignimbiriti açılı diskordansla gelir. Velibaba ignimbiriti ve Erciyes Volkanizması sonucu oluşan benzer birimlerin, bölgede oldukça geniş alanlarda yüzeyleyen, çeşitli volkanik materyal ve pomza parçaları içeren, iyi kaynaklanmış andezitik tüf özelliği taşıdığı ortaya konmuştur. 246
Renk ve mühendislik özellikleri çok az değişken olan ignimbiritlerin yoğunluğunun düşük olması nedeniyle, hafif yapı taşı olarak kullanımı, işlenmesi ve nakliyesi açısından uygun özellikler taşıması nedenleriyle ocak üretimleri sonucunda, fabrikada çeşitli şekil - boyutlarda ebatlandırılan doğal taşlar bölge ve civarında cami, külliye, bina vb yapılarda kullanılmakta, dekoratif özellikleri itibarı ile de ülkemizin diğer bölgeleri için alternatif yapı taşı olabilecek potansiyele sahip bulunduğu ortaya konmuştur. Kaynaklar AYRANCI, B., 1963. Orta Anadolu da Kayseri Civarında Erciyes Volkanik Bölgesinin Petrolojisi ve Jeolojisi. MTA Dergisi, Sayı:74, 13-24. GÖNCÜOĞLU, M. C., DİRİK, K., ERLER, A., ve YALNIZ, K., 1994. Orta Anadolu Masifinin Doğu Bölümünün Jeolojisi. Sivas, TPAO Rapor No:3535, 135s. TÜRKECAN, A., ACARLAR, M., DÖNMEZ, M., HEPŞEN, N., ve BİLGİN, R., 1998. Kayseri (Bünyan, Develi, Tomarza) Yöresinin Jeolojisi ve Volkanik Kayaçların Petrolojisi. MTA Jeoloji Etüdleri Dairesi, Ankara, 16-90. TS 699 Ocak 1987 Tabii Yapı Taşları Muayene ve Deney Metodları Standardı. TS EN 1097/6 Mart 2002 Standardı. TS EN 140 1 2002 Akustik Yapılarda ve Yapı Elemanlarında Ses Yalıtımının Ölçülmesi. TS 2381 2 EN ISO 717 2 2005 Akustik Bina Elemanları ve Binalarda Ses Yalıtımının Değerlendirilmesi. TS 825, 1998, Binalarda Isı Yalıtım Kuralları. 247