Alteration geology and geochemistry of Kesikköprü (Bala, Ankara) Fe-skarn deposit

Abstract

This study investigates the mineralogy of skarn, ore, and wall rocks in the Kesikköprü Fe-skarn deposit, along with the behavior, distribution, and enrichment processes of major oxides and trace elements. It also evaluates the skarn-forming potential of the Kesikköprü granitoid for different metals. The Kesikköprü mineralization is linked to an endoskarn zone dominated by garnet-pyroxene (±phlogopite±epidote) and to an exoskarn zone, in which assemblages toward the wall rocks comprise garnet (±pyroxene±phlogopite), pyroxene (±garnet±phlogopite±epidote), epidote-garnet, and epidote. Magnetite mineralization is particularly found within the epidote-garnet and epidote exoskarn subzones. Mineralogical and geochemical data indicate a significant increase in iron content during the late stages of skarn formation. Geochemical and isocon-mass balance analyses demonstrate a strong protolith control on skarn formation. In the granitoids, the endoskarn formation is characterized by Ca-Fe-Mg-Mn-Si addition with Al and alkalis (Na, K) depletion, whereas marbles record Ca depletion accompanied by increasing Fe input toward the ore zones. Based on the genetic link between skarn-forming granitoids and associated metal types, the Kesikköprü granitoid is inferred to have the potential to generate not only Fe-skarns but also Cu- and partially Au- and Pb-Zn skarns. Given the regional mineralization, these findings suggest that the Kesikköprü granitoid has multi-metal potential worthy of further exploration.

Keywords

• Geochemistry
• Raman
• XRD
• SEM-EDS
• Skarn
• Kesikköprü

Kesikköprü (Bala, Ankara) Fe-skarn yatağının alterasyon jeolojisi ve jeokimyası

Abstract

Bu çalışmada, Kesikköprü Fe-skarn yatağındaki skarn, cevher ve yan kayaçların mineralojisi ve bu kayaçlara ait ana oksit ve iz elementlerin davranışı, göreceli dağılımı ve zenginleşme süreçleri ile Kesikköprü granitoyidinin farklı metaller açısından skarn üretme potansiyeli incelenmiştir. Kesikköprü cevherleşmesi, granat-piroksen (±filogopit±epidot) ile baskın bir endoskarn zonu ve yan kayaçlara doğru granat (±piroksen±filogopit), piroksen (±granat±filogopit±epidot), epidot-granat ve epidot mineral birliktelikleri ile temsil olunan ekzoskarn zonları ile ilişkilidir. Manyetit cevherleşmesi özellikle epidot-granat ve epidot ekzoskarn alt zonlarında daha yoğundur. Mineralojik ve jeokimyasal özellikler, skarn oluşumunun geç evrelerinde demir içeriğinin belirgin bir şekilde arttığını göstermektedir. Jeokimyasal ve izokon-kütle dengesi analizleri, skarnların oluşumlarında ilksel yan kayaç (protolit) kontrolünün güçlü olduğunu ortaya koymaktadır. Granitoyidlerde, endoskarn gelişimi sırasında Ca-Fe-Mg-Mn-Si ilavesi ve Al ve alkali (Na, K) tükenmesi görülürken, mermerlerde cevher zonuna doğru Fe artışı ile birlikte Ca tüketilmesi görülmektedir. Skarn oluşturan granitoyidler ile metal türü arasındaki kökensel bağlantıdan hareketle Kesikköprü granitoyidinin, yalnızca Fe-skarnı değil, aynı zamanda Cu-, ve kısmen de Au- ve Pb-Zn skarnları oluşturma potansiyelinin var olduğu, bölgedeki cevherleşmeler düşünüldüğünde, Kesikköprü granitoyidinin çoklu metal üretme potansiyelinin olabileceği düşünülmektedir.

Keywords

• Jeokimya
• Raman
• XRD
• SEM-EDS
• Skarn
• Kesikköprü

References

1. [1] Göncüoğlu MC, Toprak V, Kuşcu İ, Erler A, Olgun E. “Orta Anadolu Masifinin Batı Bölümünün Jeolojisi, Bölüm 1-Güney Kesim”. Türkiye Petrolleri Anonim Ortaklığı, Ankara, Türkiye, 2909, 1991.
2. [2] Kuşcu İ, Erler A. “Mineralization events in a collision related setting: The Central Anatolian Crystalline Complex”. International Geology Review, 40(6), 552-565, 1998.
3. [3] Yılmazer E, Terzi MH. “Geochemistry, isotope characteristics, and evolution of the Kesikköprü iron deposit (Türkiye)”. Minerals, 15(5), 528, 2025.
4. [4] Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Türkiye Yer Altı Kaynakları (İllere göre). MTA Yer Bilimleri ve Kültür Serisi-5, Ankara, Türkiye, 2009.
5. [5] Brennich G. “Çelebi-Kesikköprü-Hirfanlı Bölgesinde Manyetit Zuhurları Hakkında Rapor”. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara, Türkiye, 2755, 1960.
6. [6] Kraeff A. “Kesikköprü Konsesyonu”. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara, Türkiye, 3349, 1962.
7. [7] Boroviczeny F. “200/240 No.lu Ruhsat Sahasının Kesikköprü Yakınındaki Demir Yatağı Hakkındaki Rapor”. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara, Türkiye, 3481, 1964.
8. [8] Boroviczeny F. “200/212 Nolu Ruhsat Sahasında Yapılan Jeolojik Etüdler Hakkında Sunulan Rapor”. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara, Türkiye, 3570, 1964.

9. [9] Boroviczeny F. “Kesikköprü Yakınındaki 200/240 No.lu Ruhsat Sahasında Yapılan Jeolojik Etüdler Hakkında Rapor”. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara, Türkiye, 3591, 1964.
10. [10] Boroviczeny F. “200/248 Nolu Ruhsat Sahasında Yapılan Jeolojik Etüdler Hakkında Sunulan Rapor”. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara, Türkiye, 3584, 1964.
11. [11] Yaz N, Sözen A. “Kesikköprü Madencilik Ltd. Şirketi Kesikköprü Demir Ruhsat Sahaları Hakkında Rapor”. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara, Türkiye, 3810, 1965.
12. [12] Yaz N, Sözen A. “Kesikköprü-Çelebi-Hirfanlı Bölgesinin Manyetit+Hematit Zuhurları Hakkında Rapor”. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara, Türkiye, 4440, 1967.
13. [13] Sözen A. “Kesikköprü Madentepe Manyetit Zuhur Hakkında Rapor”. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara, Türkiye, 4212, 1970.
14. [14] Sungurlu B. “Kesikköprü-Çelebi-Hirfanlı Bölgesinin Manyetit Zuhurları Hakkında (Yaz ve Sözen) İsimli Rapordan Kesikköprü Ltd. Şirketine ait Ar: 200/248 Ruhsat No’lu Demir Sahası İçin Derlenen Rapordur”. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara, Türkiye, 4231, 1970.
15. [15] Öztürk M. “Ankara-Keskin-Çelebi; Kırşehir-Kaman; Nevşehir-Hacıbektaş Yörelerindeki Demir Zuhurlarının Jeoloji Raporu”. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara, Türkiye, 7158, 1981.
16. [16] Öztürk K, Kurt M, Öztürk M, Sarı İ. “Ankara-Bala-Kesikköprü, Madentepe, Büyükocak, Çataldere, Camiisagir Demir Yatakları Jeoloji ve Rezerv Raporu”. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara, Türkiye, 7355, 1983.
17. [17] Öztürk K, Öztürk M. “Ankara-Bala-Yukarıtepeköy-Kartalkaya Demir Cevherleşmesi Jeoloji Etüd ve Arama Raporu”. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara, Türkiye, 7357, 1983.
18. [18] Bilgin ZR, Akarsu B, Erbaş A, Elibol E, Yaşar T, Esentürk K, Güner E, Kara H. “Kırıkkale-Kesikköprü-Çiçekdağı Alanının Jeolojisi”. M.T.A Derleme Rapor No: Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara, Türkiye, 7876, 1986.
19. [19] Demiröz T, Ceylan Ü, Okşaş M. “Kesikköprü-Bala-Ankara Madentepe Büyükocak Boyalı İn Demir Yatakları Fizibilite Etüdü”. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara, Türkiye, 8286, 1986.
20. [20] İşbaşarır O, Arda N, Tosun S. “Kesikköprü (Bala-Ankara) Demir Yatağı Maden Geçidi, Suluocak ve Boyalı İn Ocağı Detay Jeoloji ve Jeofizik Raporu". Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara, Türkiye, 10649, 2004.
21. [21] Bayhan H. “Kesikköprü skarn kuşağının (Bala-Ankara) mineralojisi ve petrojenezi”. Hacettepe Üniversitesi Yerbilimleri, 11, 45-57, 1984.
22. [22] Bayhan H. “Kesikköprü (Bala-Ankara) yöresindeki Fe, Pb-Zn ve florit cevherleşmelerinin mineralojisi”. Cumhuriyet Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, Seri A-Yerbilimleri, 6-7(1-2), 25-33, 1990.
23. [23] Wondenmagegnahu TW. Mineralogy, Chemistry and Physical Properties of the Magnetite Ore Deposits Around Kesikköprü Village and the Surrounding Areas. MSc Thesis, Middle East Technical University, Ankara, Türkiye, 1990.
24. [24] Terzi MH. Kesikköprü (Bala-Ankara) Demir-Oksit Cevherleşmelerinin Mineralojisi, Petrografisi ve Jeokimyası. Yüksek Lisans Tezi, Aksaray Üniversitesi, Aksaray, Türkiye, 2014.
25. [25] Doğan B. Kesikköprü Demir Yatağının (Bala-Ankara) Maden Jeolojisinin İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Ankara Üniversitesi, Ankara, Türkiye, 1996.
26. [26] Doğan B, Ünlü T, Sayılı S. “Kesikköprü (Bala-Ankara) demir yatağının kökenine bir yaklaşım”. Bulletin of the Mineral Research and Exploration, 120, 1-33, 1998.
27. [27] Kuşcu İ, Tosdal RM, Gençalioğlu-Kuşcu G. “Episodic porphyry Cu (-Mo-Au) formation and associated magmatic evolution in Turkish Tethyan collage”. Ore Geology Reviews, 107, 119-154, 2019.
28. [28] Orhan A, Deniz K. “Kaman Fe-skarn yatağı ile ilişkili Çelebi Plütonu’nun jeokimyası, mineral kimyası ve kristallenme koşulları (Kırşehir, Orta Anadolu)”. Uluslararası Katılımlı 73. Türkiye Jeoloji Kurultayı, Ankara, Türkiye, 24-28 Mayıs 2021.
29. [29] Orhan A. “Mineralogy, fluid inclusions and carbon isotopes of the Kaman iron deposits, Central Anatolia, Turkey: Implication for ore genesis and hydrothermal evolution”. Ore Geology Reviews, 127, 103808, 2020.
30. [30] Meinert LD. Compositional Variation of Igneous Rocks Associated with Skarn Deposits-Chemical Evidence for a Genetic Connection Between Petrogenesis and Mineralization. Editor: Thompson JFH. Magmas, Fluids, and Ore Deposits, Mineralogical Association of Canada Short Course Series, 23, 401-418, Victoria, British Columbia, Canada, Mineral Deposit Research Unit Press, 1995.
31. [31] Kuşcu İ, Gençalioğlu-Kuşcu G, Erler A. “Geochemical signatures of granitoids associated with skarns in central Anatolia”. International Geology Review, 43(8), 722-735, 2001.
32. [32] Kuşcu İ, Gençalioğlu-Kuşcu G, Meinert LD, Floyd PA. “Tectonic setting and petrogenesis of the Çelebi granitoid, (Kırıkkale-Turkey) and comparison with world skarn granitoids”. Journal of Geochemical Exploration, 76(3), 175-194, 2002.
33. [33] Kuşcu İ, Gençalioğlu-Kuşcu G, Sarac C, Meinert LD. “An approach to geochemical characterization of productive versus barren granitoids in terms of iron in Central Turkey”. Journal of Asian Earth Sciences, 24(3), 311-325, 2004.
34. [34] Seymen İ. “Kaman (Kırşehir) dolayında Kırşehir masifinin stratigrafisi ve metamorfizması”. Türkiye Jeoloji Kurumu Bülteni, 24, 7-14, 1981.
35. [35] Göncüoğlu MC, Toprak V, Kuşcu İ, Erler A, Olgun E, Rojay B. “Orta Anadolu Masifinin Batı Bölümünün Jeolojisi, Bölüm 2: Orta Kesim”. Türkiye Petrolleri Anonim Ortaklığı, Ankara, Türkiye, 3155, 1992.
36. [36] Göncüoğlu MC, Erler A, Toprak V, Olgun E, Yalınız K, Kuşcu İ, Köksal S, Dirik K. “Orta Anadolu Masifi’nin Orta Bölümü’nün Jeolojisi, Bölüm 3. Orta Kızılırmak Tersiyer Baseni’nin Jeolojik Evrimi”. Türkiye Petrolleri Anonim Ortaklığı, Ankara, Türkiye, 3313, 1993.
37. [37] Akıman O, Erler A, Göncüoğlu MC, Güleç N, Geven A, Türeli TK, Kadıoğlu YK. “Geochemical characteristics of granitoids along the western margin of the Central Anatolian crystalline complex and their tectonic implications”. Geological Journal, 28(3-4), 371-382, 1993.
38. [38] Erler A, Bayhan H. “Orta Anadolu granitoyidlerinin genel değerlendirilmesi ve sorunları”. Yerbilimleri, 17, 49-67, 1995.
39. [39] Işık F, Baş H, Koçak K. “Gabroyik kayaçların petrografik ve jeokimyasal karakteristikleri: Orta Anadolu Masifi, Yeşilhisar-Kayseri (Türkiye)”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 8(2), 227-238, 2002.
40. [40] Bailey EB, Mc Callien WJ. “Ankara melanjı ve Anadolu şariyajı”. Bulletin of the Mineral Research and Exploration, 40, 17-21, 1950.
41. [41] Bayhan H. “İç Anadolu granitoyid kuşağındaki Çelebi sokulumunun jeokimyası ve kökensel yorumu”. Jeoloji Mühendisliği, 29, 27-36, 1986.
42. [42] Grant JA. “The isocon diagram-a simple solution to Gresens equation for metasomatic alteration”. Economic Geology, 81, 1976-1982, 1986.
43. [43] İlbeyli N, Pearce JA, Thirwall MF, Mitchell JG. “Petrogenesis of collision-related plutonics in central Anatolia, Turkey”. Lithos, 72(3-4), 163-182, 2004.
44. [44] Pearce JA, Harris NBW, Tindle AG. "Trace-element discrimation diagrams for the tectonic interpretation of granitic rocks". Journal of Petrology, 25, 956-983, 1984.
45. [45] Pearce JA. "Sources and settings of granitic rocks". Episodes, 19, 120-125, 1996.
46. [46] Li W, Xie G, Mao J, Zhu Q, Zheng J. “Mineralogy, fluid inclusion, and stable isotope studies of the Chengchao deposit, Hubei province, eastern China: Implications for the formation of high-grade Fe skarn deposits”. Economic Geology, 114(2), 325-352, 2019.
47. [47] Qu H, Friehauf K, Santosh M, Pei R, Li D, Liu J, Zhou S, Wang H. “Middle–Late Triassic magmatism in the Hutouya Fe–Cu–Pb–Zn deposit, East Kunlun Orogenic Belt, NW China: Implications for geodynamic setting and polymetallic mineralization”. Ore Geology Reviews, 113, 103088, 2019.
48. [48] Ghinet CS, Marincea S. “Phlogopite in magnesian skarns from seven occurrences in the Banatitic Magmatic and Metallogenetic Belt, Romania”. Goldschmidt Conference, Virtual, 4-9 July 2021.
49. [49] Kaya M, Kumral M, Yalçın C, Abdelnasser A. “Genesis and evolution of the Yolindi Cu-Fe skarn deposit in the Biga Peninsula (NW Turkey): insights from genetic relationships with calc-alkaline magmatic activity”. Minerals, 13(10), 1304, 2023.
50. [50] Feng Q, Gao M, Fu C, Li S, Li Y, Gao J, Ma M, Wang Z, Zhu Y, Wu B, Duan Z, Dang Z. “Phlogopite 40Ar/39Ar geochronology for guodian skarn fe deposit in qihe–yucheng district, luxi block, north china craton: a link between craton destruction and Fe mineralization”. Minerals, 14(7), 690, 2024.
51. [51] Kuşcu İ. “Geochemistry and mineralogy of the skarns in the Çelebi district, Kırıkkale, Turkey”. Turkish Journal of Earth Sciences, 10(3), 121-132, 2001.
52. [52] Yao Y, Chen J, Lu J, Wang R, Zhang R. “Geology and genesis of the Hehuaping magnesian skarn-type cassiterite-sulfide deposit, Hunan Province, Southern China”. Ore Geology Reviews, 58, 163-184, 2014.
53. [53] Ünlü T, Dumanlılar Ö, Tosun L, Akıska S, Tiringa D. Turkish Iron Deposits. Editors: Pirajno F, Ünlü T, Dönmez C, Şahin MB. Mineral Resources of Turkey, Modern Approaches in Solid Earth Sciences, 16, 225-260, Cham, Switzerland, Springer, 2019.
54. [54] Einaudi MT, Meinert LD, Newbery RJ. “Skarn deposits”. Economic Geology, 75th Anniversary Volume, 317-391, 1981.
55. [55] Meinert, LD, Dipple GM, Nicolescu S. “World skarn deposits”. Economic Geology, 100th Anniversary Volume, 299-336, 2005.
56. [56] Demirela G. Orta Anadolu Bölgesinde Demir (Fe) ve Kurşun-Çinko Üreten Skarn Granitoyidlerinin Jeokimyasal Karakterizasyonu ve Farkları. Yüksek Lisans Tezi, Niğde Üniversitesi, Niğde, Türkiye, 2003.
57. [57] Demirela G, Kuşçu İ, Yılmazer E, Saraç C. “Orta Anadolu bölgesinde yer alan Fe-skarn granitoyidlerinin temel jeokimyasal özellikleri”. Türkiye Demir Yatakları Jeolojisi Madenciliği ve Mevcut Sorunları Sempozyumu, İstanbul, Türkiye, 23-25 Haziran 2005.
58. [58] Yücel-Öztürk Y, Helvacı C, Satir M. “Genetic relations between skarn mineralization and petrogenesis of the Evciler Granitoid, Kazdağ, Çanakkale, Turkey and comparison with world skarn granitoids”. Turkish Journal of Earth Sciences, 14(3), 255-280, 2005.
59. [59] Meinert LD, Brooks JW, Myers GL. Whole Rock Geochemistry and Contrast Among Skarn Types. Editors: Buffa RH, Coyner AR. Geology and Ore Deposits of the Great Basin: Reno, Nevada, Geological Society of Nevada, Fieldtrip Guidebook Compendium, 1, 72-80, 1991.
60. [60] Delibaş O. Kırıkkale-Yozgat Yöresi Demir, Bakır-Molibden ve Kurşun Cevherleşmelerinin Oluşumunda Magma Karışım Süreçlerinin Rolü. Doktora Tezi, Hacettepe Üniversitesi, Ankara, Türkiye, 2009.
61. [61] Delibaş O, Genc Y. “Re-Os molybdenite ages of granitoid-hosted Mo-Cu occurrences from central Anatolia (Turkey)”. Ore Geology Reviews, 44, 39-48, 2012.