Gedik Mühendislik Müşavirlik İnşaat Sondaj ve Laboratuar Hizmetleri Sanayi Ticaret
Limited Şirketi
https://www.gediksondaj.com
Gedik - Consulting -
Engineering - Construction -
Drilling - and Laboratory
Analyses Company Limited
ALKALİ KAYAÇLAR
GİRİŞ
20. Yüzyılın başından bu yana, magmatik kayaların jeokimyasal olarak sınıflandırılması amacıyla çok sayıda öneride bulunulmuştur. Tüm kaya kimyasının kullanıldığı bu sınıflama önerilerinin büyük bölümünde, ilk dikkate alınan değişken silika içeriği (asit, ortaç, bazik, ultrabazik), ikinci değişken ise alkali oksitlerin (K2O ve Na2O) tek tek yada birlikte silikaya karşı değişimidir. Bu bağlamdaki ilk sınıflama önerisi Peacock Indeksi (PI) olarak tanınır. Bu sınıflamada PI değerleri 51 den düşük olan kayalar “alkalik” olarak tanımlanmıştır. Peacock un genel yaklaşımı doğrultusunda önce Kuno (1959) ve MacDonald ve Katsura (1964) ve nihayet Miyashiro (1975) tüm kaya ana oksit yüzdelerden giderek toplam alkalilere (K2O + Na2O) karşı silika (SiO2) dağılımını kullanarak “alkali- silika diyagramı” olarak tanımlanan diyagramları oluşturmuşlar ve düşük PI değerlerine sahip olan bazalt havaiyit mugearit trakit fonolit serisi kayalarını “alkalik kaya serisi” olarak tanımlamışlardır (Şekil 1a).
Şekil 1a. Alkalen ve toleyitik serilerin ayırdımı için kullanılan geleneksel alkali-silika diyagramı (Scharzer ve Rogers, 1974).
A eğrisi; alkalen alana düşen kayalar ise kendi içlerinde
“hafif alkalen” ve “şiddetli alkalen” kaya serileri, B (İrvine ve Baragar, 1971),
C (MacDonald ve Katsura, 1964),
D ve E (Kuno, 1959) eğrileri ile belirlenen sınır, alkalen kayaları subalkalen kayalardan ayırmaktadır.
ALKALİ KAYAÇLAR
GENEL TANIM
Alkali magmatik kayaçlar, yaygın şekilde kabul edildiği gibi üst manto peridotitlerinin değişik tip ve derecelerde kısmi ergimesinden türeyen magmalardan itibaren meydana gelmektedir (Fitton ve Upton, 1987; Wilson, 1989; Pitcher, 1993; Mitchell, 1996).
Alkalin kayaçlar, sub-alkalin kayaçlara oranla daha nadir görülmekle birlikte, çok daha zengin bir mineral parajenezine sahip olmaları, Na ve/veya K gibi +1 yüklü ve büyük iyonik yarı çapa sahip katyonları bağıl olarak daha bol miktarlarda içerirler. Bu kayaçlar, ayrıca, Nb, Y, Zr, Th, vb. HFSE ile REE mineralizasyonları ile birlik oluşturduklarından dolayı magmatik petrojenezde özel bir öneme sahiptirler.
Diğer taraftan, sadece yaklaşan levha kenarlarını karakterize eden subalkali-kalkalkali granitik kayaçlardan farklı olarak levha içi, kıtasal ve okyanusal rift zonları, sıcak nokta ve manto sorgucu gibi oldukça değişik jeodinamik konumda (Şekil 1) görülmeleri nedeniyle de önem kazanmaktadırlar.
Şekil 1. Alkali Kayaçların jeodinamik konumları.
ASTENOSFERİK MANTO
Sıcak Nokta Ada yayı
şoşonitleri OAB
(Alkalen) OOSB
(Toleyit)
Toleyit Kalk-alkalen/
şoşonit Rift
volkanizması Alkalen
m m
m m
m
m m
m m m
fakirleşmiş litosferik manto manto
kaması m-metasomatism
Okyanus (Ada) Yayı
fakirleşmiş litosferik manto Mg, Fe, Cr, Ni, V YAEE- Yüksek alan
enerjili elementler (HFSE) BİÇE-Büyük iyon çaplı elementler (LİLE) HNTE- Hafif nadir toprak elemetler
dayklar
manto yükselimi
Alt Kabuk Üst kabuk
Okyanus Kabuğu Kıtasal Kabuk
Alt Kabuk
Üst kabuk Bölümsel ergime Flogopitçe zengin damarlar
Alkalkin magmaların oluşum yerlerini gösteren şematik kesit (Müller ve Groves 2000’den değiştirilerek).
Mineralojik Tanım
Alkali derinlik kayaçları, AF granit ve türevleri hariç genel olarak serbest kuvars mineralini çok az (ALKOS) veya hiç içermeyen (ALKUS), feldispat minerallerinin çoğunluğu alkali feldispatlardan (çoğunlukla K-feldispat ve nadiren albit) oluşan, özellikle kuvarsın bulunmadığı durumlarda feldispatoyid grubu mineralleri (nefelin, lösit, vb) ve/veya sodalit grubu mineralleri (nozeyan, haüyn, sodalit, vb) içerebilen; mafik mineral topluluğu olarakta alkali amfibol (egirin, ribekit, arfvedsonit, hastingsit, kersutit), alkali piroksen (egirin, egirin-ojit), olivin grubu mineralleri, biyotit, filogopit, kankrinit, melilit, vb minerallerden oluşan kayaçlardır.
Jeokimyasal Tanım (Genel Alkali Tanımı, ALKOS/ALKUS)
Alkali kayaç
Bir magmatik kayaçta, feldispatların oluşumu için gerekli
olandan daha fazla miktarlarda Na ve K içeren kayaçlara alkali kayaç denir (Fitton ve Upton, 1987). Kayaçtaki bu alkali fazlalığı
feldispatoyid grubu mineraller (nefelin, lösit), sodalit grubu mineraller (sodalit, nozeyan, haüyn), alkali amfibol (kersutit,
hastingsit, arfvedsonit, ribekit), alkali piroksen (egirin, egirin-ojit) ve alkalilerce zengin diğer minerallerin (kankrinit, melilit vb.)
oluşumunda kullanılır.
Silisçe aşırı doygun alkalin (ALKOS) kayaç
Modal mineralojik bileşiminde ve normatif mineralojik bileşimde kuvars mineralinin bulunduğu, bunun yanısıra alkali amfibol ve alkali piroksen gibi mafik mineralleri az miktarda içeren kayaçlardır (Şekil 2;
Lameyre and Bowden, 1982; Debon and Le Fort, 1983). Silis bakımından tüketilmiş, feldispatoyid ve sodalit grubu mineralleri asla içermezler.
1
2 4 3 6 5
7 8
9
10
Q
P
ns f
8'
g
A
60
20
05
60 60 10
ALKOS trend ALKUS trend
Şekil 2. QAPF dörtgen diyagramındaki alkali kayaç toplulukları ve ALKOS --
ALKUS trendler (Lameyre and Bowden, 1982 ).
Silisçe tüketilmiş alkalin (ALKUS) kayaç
Magmanın ilksel bileşiminde feldispatların oluşumu için gerekli olandan daha fazla Na ve K bileşenlerinin bulunmasından dolayı, gerek modal mineralojik, gerekse normatif mineralojik bileşiminde feldispatoyid ve sodalit grubu mineraller gibi silis bakımından tüketilmiş minerallerin yansıra alkali piroksen, alkali amfibol, kankrinit ve melilit gibi alkalice zengin mineraller ile olivin grubu mineralleri içerebilirler (Şekil 2;
Lameyre and Bowden, 1982; Debon and Le Fort, 1983).
Serbest kuvarsın kesinlikle bulunmadığı alkalin kayaçlardır.
Metalojenik Potansiyel
Alkalin kayaçlar, yaygın şekilde kabul edildiği gibi, üst manto peridotitlerinin çok düşük dereceli fraksiyonel/Rayleigh erimesi ile meydana gelen magmalardan itibaren gelişen bir petrojenez mekanizmasına sahiptirler. Bu şekilde gelişen magmalarda ise, örneğin hem çok düşük dereceli kısmi erime (%1-5 arasında) ve hem de fraksiyonel erime koşulları nedeniyle, manto mineralleri (olivin, piroksen, granat, filogopit, amfibol) için uyumsuz olan HFSE (Sc, Ti, Y, Zr, Nb, Hf, Ta, Pb, Th, U) ve REE (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) bakımından önemli ölçüde zenginleşmeler ortaya çıkmaktadır. Bu nedenle, özellikle geniş bir yelpazede magmatik ayrımlanma süreçlerine maruz kalan magmatik kayaçların HFSE ve REE mineralizasyonu bakımından hedef kayaçları oluşturdukları sonucuna varılmaktadır (Şekil 3; Lameyre et al.,1982).
Q
A P
(Au)
( Pb - Zn)
1 2 3
5 4 6
U Th Mo Cu Th U
Ti Nb Zr REE Mo
Mo
A S 7
W Sn Nb U Y - REE
Alkali magmatik kayaç gruplarına eşlik eden bazı element toplulukları:Ti, Nb, Zr - REE - Th, U, Mo
AS: Masif sülfid oluşum alanı
1-7: Granitlerle ilişkili ve mobilizasyon alanı
Şekil 3. Alkali magmatik kayaç gruplarına eşlik eden bazı element topluluklarının QAP diyadramındaki dağılımları (Lameyre et al.,1982).
QAPF DÖRTGEN DİYAGRAMINDAKİ ALKA Lİ KAYAÇ TOPLULUKLARI
Lameyre ve Bowden (1982) tarafından yapılan çalışmada, alkali magmatik kayaçların QAPF dörtgen diyagramında başlıca beş değişik trend sergiledikleri ileri sürülmüştür (Şekil 4). Bunlardan üçü QAP, diğer ikisi ise APF üçgen diyagramlarında konumlanmakta olup, aşağıdaki gibi özetlenebilir.
QAP Üçgenindeki Alkali Granitoyidler ve İlişkili Kayaçlar
QAP üçgen diyagramında belirgin bölgelerde konumlanarak tanımlanabilir bir trend sergileyen alkali magmatik kayaçların tamamı, modal mineralojik bileşimlerinde serbest kuvars içermeleri nedeniyle jeokimyasal tanımlamada silis bakımından aşırı doygun alkalin (ALKOS) kayaçlar olarak tanımlanırlar. Bu kayaçlar, QAP üçgen diyagramında başlıca gabro/diyorit – monzogabro/monzodiyorit – monzonit – siyenit – kuvars AF siyenit – AF granit topluluğundan oluşan 8 nolu trend;
gabro/diyorit – monzogabro/monzodiyorit – monzonit – kuvars siyenit –siyenogranit topluluğundan oluşan 8’ nolu trend ve gabro/diyorit – monzogabro/monzodiyorit – monzonit – kuvars monzonit- monzogranit topluluklarından oluşan 7 nolu trend olarak (Şekil ) konumlanırlar (Lameyre ve Bowden, 1982).
1
2 4 3 6 5
7 8
9
10
Q
P
ns f
8'
g
A
60
20
05
60 60 10
ALKOS trend ALKUS trend
8 nolu trend; gabro/diyorit – monzogabro/monzodiyorit – monzonit – siyenit – kuvars AF siyenit – AF granit
8’ nolu trend; gabro/diyorit – monzogabro / monzodiyorit – monzonit – kuvars siyenit – siyenogranit
7 nolu trend; gabro/diyorit – monzogabro/monzodiyorit – monzonit – kuvars monzonit- monzogranit
Silis bakımından aşırı doygun alkalin (ALKOS)
kayaçlar
APF Üçgenindeki Alkali Kayaçlar
Açık renkli bileşenler olarak başlıca alkali feldispat ve plajiyoklazın yanısıra feldispatoyid grubu mineraller içeren, asla serbest kuvars içermeyen ve bu nedenle jeokimyasal bileşim olarak silis bakımından tüketilmiş alkalin (ALKUS) kayaç olarak tanımlanan bu kayaçlar, APF üçgen diyagramında, başlıca foid içeren gabro/diyorit – foid içeren monzogabro / monzodiyorit – foid içeren monzonit – foid içeren siyenit - foid içeren AF siyenit – foid siyenit topluluğundan oluşan 9 nolu trend ile foid içeren monzogabro / monzodiyorit – foid monzogabro / monzodiyorit topluluğundan oluşan 10 nolu trendler olarak (Şekil ) gözlenirler) (Lameyre ve Bowden, 1982).
1
2 4 3 6 5
7 8
9
10
Q
P
ns f
8'
g
A
60
20
05
60 60 10
ALKOS trend ALKUS trend
9 nolu trend; foid içeren gabro/diyorit – foid içeren monzogabro / monzodiyorit – foid içeren monzonit – foid içeren siyenit - foid içeren AF siyenit – foid siyenit
10 nolu trend; foid içeren monzogabro / monzodiyorit – foid monzogabro /
monzodiyorit
Silis bakımından tüketilmiş alkalin (ALKUS) kayaç
SUB-ALKALİN KAYAÇLAR ALKALİN KAYAÇLAR Toleyitik Bazalt
Serisi
Toleyitik picrit bazalt
Olivin toleyit
Kuvars toleyit
Düşük Al'lu andezit
Kalk-Alkalen Seri
Yüksek Al'lu bazalt
Andezit
Dasit
Riyolit
Alkali olivin
bazalt serisi Nefelinitik/Lösititik analsimitik kayaçlar
Alkali pikrit bazalt Ankaramit
Alkali olivin bazalt Bazanit
Na'ca zengin seri K'ca zengin seri Havayit
Nefelin havayit Trakibazalt Lösit trakibazalt
Müjearit
Nefelin müjearit Trakiandezit lösit trakiandezit
Benmorit
Nefelin benmorit K'ca zengin trakit
Trakit
Fonolit Lösit fonolit
Nefelinit Melilit nefelinit
Analsimit
Lösitit Lamproit
Ana volkanik seriler (Irving ve Baragar, 1971)
Modak Bileşim Derinlik Yüzey Açıklama
Tüm feldspatların %10’undan daha azı alkali feldspat
Tüm minerallerin %10’undan daha azı feldspatoyid
Alkali gabro,
Alkali dolerit Alkali bazalt
Tüm feldspatların %10 ile %40 alkali feldspat
Tüm minerallerin %10’undan daha azı feldspatoyid
Monzogabro
Trakidolerit Trakibazalt
Tüm feldspatların %10’undan daha azı alkali feldspat
Tüm minerallerin %10’undan
daha fazlası feldspatoyid Teralit
Teşenit
Nefelinli Bazanit
(nefelin- olivin tefrit)
Analsim Bazanit
(analsim olivin tefrit)
Baskın
feldspatoyid nefelin Baskın
feldspatoyid analsim
Tüm feldspatların %10 ile %40 alkali feldspat
Tüm minerallerin %10’undan daha fazlası feldspatoyid
Esseksit Glenmorit
Nefelinli trakibazalt
Analsimli trakibazalt
Wilkinson (1974) tarafından önerilen alkalin bazaltik kayaçların sınıflandırması.
Alkalin Kayaçlar Sub-alkalin Kayaçlar
Piroksen
Ti’ca zengin salt ve/veya Ca’ca zengin ojit.
Ortopiroksen ve pijonit tipik olarak bu kayaçlarda bulunmaz. Yavaş soğuma ile oluşmuş piroksenlerde dahi eksolüsyon lamelleri bulunmaz.
Genellikle Ti’ca fakir ojit, hipersten veya pijonit.
Kalk-alkalin bazik kayaçlarda Ca-fakir ojit ve hipersten bolca bulunur. Pireksenlerde soğuma lammelleri (Ca’ca zengin ve Ca’ca fakir) yaygın olark bulunur.
Olivin
Olivin genellikle hem iri kristaller halinde hem de hamurda bulunur. Genellikle kristal dış kısmını örten Ca’ca fakir piroksen bulunmaz. Bazı özel durumlarda diyopsitce zengin klinopiroksenler zar şeklinde olivinleri örter.
Tipik olarak sadece iri zonlanmamış kristaller halinde bulunur. Genellikle Ca’ca fakir piroksenler tarafından çevrilmiştir.
Amfibo/Mika
Ti’ca zengin pargasitik amfiboller görülür. Mikalar Mg’ca zengin flogopit bileşimindedir.
Tipik olarak toleyitlerde amfibol bulunmaz. Kalk- alkali kayaçlarda yeşil hornblende sıkça rastlanılır.
Mikalar Fe’ce zengin biyotit bileşimindedir.
Felsik Mineraller
İri plajiyoklalar labrador bileşiminddir. Nadiren anortoklas iri kristalleri görülür, alkali feldspatlar genellikle hamurdadır. Değişik modlarda nefelin ve analsim içerebilirler.
Plajiyoklaslar genellikle labrador bileşimindedir. Bazı toleyitlerde hamur daha asidik bileşimli plajiyoklas latalarından oluşmuştur. Doygun kayaçlarda kuvars- feldspat içi-içe büyüme yapılarına ve hatta kuvarsa rastlanabilir.
Doğu Pontid Alkalin Provensi kayaçlarında bulunan kayaç yapıcı minerallerin kimyası
ALKALİ KAYAÇLARIN MAFİK MİNERAL İÇERİKLERİNE GÖRE İSİMLENDİRİLMESİ
Açık renkli ana bileşenleri feldispatoyid grubu mineraller (nefelin, lösit, kankrinit) ve sodalit grubu minerallerden (sodalit, nozeyan, haüyn) oluşan alkali kayaçların mafik mineral topluluğu, alkali bileşime uyumlu olarak, olivine grubu (fayalit), alkali amfibol (kersutit, hastingsit, arfvedsonit, ribekit) ve alkali piroksen (egirin, egirin-ojit) gibi minerallerin yanısıra melilit gibi alkalilerce zengin diğer mafik bileşenlerden oluşmaktadır.
Mafik minerallerin türü, alkali kayaçların tanımlanmasında parajenez açısından önemli olduğu gibi; alkali bileşimli mafik minerallerin kayaç içindeki bağıl oranı da son derece önemlidir (Tablo 1). Örneğin; feldispatoyid (f) miktarı % 0-10 aranında olan foid siyenit kayacının M indisi: 0-30 arasındadır. Aynı bileşimli kayacın M indisi:
30-60 arasında olduğunda kayacın adı, malignit; M indisi: 60-90 arasında olduğunda kayacın adı, şonkinit olarak özelleşmektedir (Tablo 1).
Tablo 1. Alkali plütonik kayaçların M indisine gore tanımlanması
(Le Maitre ve diğ., 1989).
P’
M’
Q = 0 - 5 or F = 0 - 10 F = 10 - 60
0-10 10-35 35-65 65-90 90-100 0-10 10-50 50-90 90-100 F = 60-100
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 An>50
An<50 An>50
An<50 nefe. lösit* *
80 70 60 50 40 30 20
10
Alan
anortozit
Bu kesimler yukarıdaki kayaçların melanokratik eşdeğerleridir
Bu kesimler aşağıdaki kayaçların lökokratik eşdeğerleridir
ALKALİ KAYAÇLARLA BİRLİK OLUŞTURAN VE NADİR BULUNAN KAYAÇ GRUPLARI
Alkali kayaçlarla birlik oluşturan ve yer yuvarında nadir bulunan kayaç toplulukları üç ana grupta incelenebilir:
1. Karbonatitler
2. Lamprofirik kayaçlar 3.Melilitik kayaçlar
Karbonatitler
% 50’ den fazla modal CO3 içeren kayaçlardır. Karbonatitler, plütonik olabildikleri gibi, volkanik kökenli de olabilirler.
Mineralojik olarak kendi içinde;
Kalsit karbonatit (ana karbonat minerali, kalsit; sovite, alvikite)
Dolomit karbonatit (ana karbonat minerali, dolomit =beforsite)
Ferro karbonatit (ana karbonat minerali, zenginleşmiş demirdir)
Natro karbonatit (ana karbonat minerali,Na, K, Ca) olmak üzere dört ana gruba ayrılabilirler.
Lamprofirik Kayaçlar
Lamprofirik kayaçlar, jeolojik bulunuş ve oluşum şekillerine göre üç ana gruba ayrılırlar:
Lamprofirler (porfirik dokulu; M indisi: 35-90, nadiren ultramafik; bi, demirli flogopit, amfibol, cpx, ol, + melilit içerir;
genellikle dayk şeklinde bulunur; F ve f sınırlıdır;)
Lamproitler (lamprofirlere benzer, bazen de K-Ti-rizhterite, priderite, wadeite, jeppite, Fe-ortoklaz içerir, + lösit içerir;
genellikle dayk ve küçük püskürükler şeklinde bulunur; F ve f sınırlıdır)
Kimberlitler (ultramafiktir ve yaygın olarak serpantinleşmiş olivin ile bulunur, değişik oranlarda flogopit, opx, cpx, CO3 ve
kromit içerir; genellikle baca şeklinde bulunur; F ve f bulunmaz)
Lamprofirik kayaçlar; Ol, prx, bi ve Plg hidrotermal alterasyonu ile oluşur; Ca ve zeolit ve diğer hidrotermal minerallerle ilksel fazda bulunabilirler.
Melilitik Kayaçlar
Bu tür kayaçlar, % 10’ dan fazla modal melilit içeren kayaçlardır. Kendi içinde;
Ultramafik melilitik kayaçlar (M indisi >90)
Melilitik kayaçlar (melilitik olmayan kayaçlar: M indisi <90) olarak ikiye ayrılır.
Alkali derinlik kayaçlarında yaygın olarak görülen alkali mineraller ile aynı parajeneze ait diğer karakteristik mineral toplulukları.
