Investigation of the Geological, Geochemical and Gemological Features of Diaspore Formations on the Southwestern Side of the Menderes Massif (Bafa Lake - Milas)

Abstract

Interest in gemstones, which have been used as symbols of beauty, wealth and status since prehistoric times, has increased in recent years and taken an important place in many countries. The Menderes Massif is the most important area where bauxite deposits are observed in Turkey. Gemstone quality diaspore crystals are formed only in these deposits. In this study, the mineralogical, geochemical and gemological features of the diaspore formations on the south-western side of the Menderes Massif (Bafa Lake - Milas) were investigated. In field studies carried out in the study area, diaspore crystals were found in the Pınarcık region, located between Bafa Lake and Milas, within metabauxite formations together with chloritoid and muscovite, and in some places were encountered in altered zones close to the metabauxite limestone contact. As a result of petrographic analyses of the wallrock samples, grano-lepidoblastic textured “muscovite-quartzschist”, “quartz-phyllite”, “mica-quartzschist” and lepidoblastic textured “phyllite”, and nematoblastic textured “greenschist-chlorite-epidote fels” rocks were identified. To evaluate the main oxide, traces and rare earth elements on the 28 collected samples, Al₂O₃-SiO₂-Fe₂O₃ triangular variation was used. According to the classification, the bauxite samples were determined to be in the "ferric bauxite" and "bauxite" areas. As a result of SEM imaging and EDS analyses performed on the samples, it was determined that the samples mainly contained O, Al and Si. K, Na, Fe, Ca and Mg were also found close to these elements. Using Raman Spectroscopy, in the light of matching values obtained from the microscope's own database, it was seen that the samples taken from Pınarcık (PI) region were diaspore, and brucite (Mg(OH)₂)) and ugillite (Ca3(Ti, Al, Zr)₉O₂₀) minerals were also detected. In addition, FTIR analysis was performed on 4 samples taken from Pınarcık (PI) region and according to the results of their analysis, it was seen that the samples were compatible with standard wavelength references. It was scientifically proven that the samples collected from the region and subjected to facet processing are gemstone quality diaspore crystals with various color variations. This study will make an important contribution to understanding the properties of the gemstone quality diaspore mineral, its formation, and finding similar formations in the region.Diaspore formations in the study area are generally observed as lenticular, brecciated, cracked and pockets in crystallized limestones, bauxite and altered zones with calcite, muscovite and chloritoid minerals. Diaspores are generally observed in the form of sheet around Milas. Increased interest in diaspore crystal, especially in the last 30 years and this study will be important in terms of gaining the deserved value of diaspore crystal which is unique to our country. Since it is likely that new diaspore deposits will be found in the region, further studies are planned on this subject. The data to be obtained will be important in the determination of new diaspore deposits.

Keywords

• Diaspore
• FTIR
• Gemology
• Gemstone
• Menderes Massif
• Metabauxite
• Milas
• Raman Spectroscopy
• SEM-EDS

Project Number

201107007

Menderes Masifi’nin Güneybatı Kanadındaki (Bafa Gölü - Milas) Diaspor Oluşumlarının Jeolojik, Jeokimyasal ve Gemolojik Özelliklerinin Araştırılması

Abstract

Tarih öncesi çağlardan beri güzellik, zenginlik ve statü simgeleri olarak kullanılan süstaşlarına olan ilginin son yıllarda artması sonucunda bu konu ülkeler bazında önemli bir yere gelmiştir. Ülkemiz açısından değerlendirildiğinde Menderes Masifi, Türkiye boksit yataklarının yaygın ve en önemlilerinin gözlendiği alanların başında gelmektedir. Süstaşı kalitesindeki diaspor kristalleri ise sadece bu yataklar içerisinde oluşmaktadır. Yapılan bu çalışmada, Menderes Masifi’nin güneybatı kanadındaki (Bafa Gölü - Milas) diaspor oluşumlarının mineralojik, jeokimyasal ve gemolojik özellikleri araştırılmıştır. İnceleme alanında gerçekleştirilen arazi çalışmalarında diaspor kristallerine Bafa Gölü ile Milas arasında yer alan Pınarcık bölgesinde kloritoid ve muskovit ile birlikte metaboksit oluşumları içerisinde yer yer de metaboksit kireçtaşı kontağına yakın altere zonlar içerisinde rastlanmıştır. Yankayaç numunelerinde yapılan petrografik analizler sonucunda grano-lepidoblastik dokulu “muskovit-kuvarsşist”, “kuvars-fillit”, “mika-kuvarsşist” ile lepidoblastik dokulu “fillit” ve nematoblastik dokulu “yeşilşist-klorit-epidot fels” kayaç tanımlamaları yapılmıştır. Derlenen 28 adet numune üzerinde yapılan anaoksit, iz ve nadir toprak element analizleri sonuçlarını değerlendirmek için Al₂O₃-SiO₂-Fe₂O₃ üçgen varyasyonu kullanılmış ve bu sınıflandırmaya göre, alınan boksit numunelerinin “ferrik boksit” ve “boksit” alanında olduğu belirlenmiştir. Numunelerde yapılan SEM görüntüleme ve EDS analizleri sonucunda numunelerin ağırlıklı olarak O, Al ve Si içerdiği, yakın çekimlerde ise bu elementlere ek olarak K, Na, Fe, Ca ve Mg’nin de varlığı tespit edilmiştir. Raman Spektroskopisi çekim sonucunda mikroskopun kendi veri tabanından alınan eşleşme değerleri ışığında Pınarcık (PI) bölgesinden alınan numunelerin diaspor olduğu görülmüş, bunun yanı sıra brusit (Mg(OH)₂)) ve ugilit (Ca₃(Ti, Al, Zr)₉O₂₀) olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca Pınarcık (PI) bölgesinden alınan 4 adet numune üzerinde FTIR analizi yapılmış ve bu analiz sonuçlarına göre numunelerin standart dalga boyu referanslarına istinaden uyumlu olduğu görülmüş ve bölgeden toplanarak fasetlenen numunelerin çeşitli renk varyasyonlarına sahip süstaşı kalitesinde diaspor kristali olduğu bilimsel olarak kanıtlanmıştır. Bu çalışmanın değerli taş niteliğindeki diaspor mineralinin özelliklerinin anlaşılmasına, oluşumuna ve bölgede benzer oluşumların bulunmasına önemli katkılar sağlayacağı düşünülmektedir.İnceleme alanında diaspor oluşumları makro olarak genellikle kalsit, muskovit ve kloritoid mineralleri ile birlikte kristalize kireçtaşları, boksit ve altere zonları içerisinde merceksi, breşik, çatlak ve cepler halinde gözlenmiştir. Diasporlar Milas civarında genellikle levha halinde gözlenmiştir. Özellikle son 30 yıllık süreçte daha önce pek bilinmeyen diaspor mineraline yönelik ilginin artması ve sadece ülkemizde bulunması bu çalışma ile hak ettiği değeri kazanması açısından önemli olacaktır. Yörede yeni diaspor yataklarının bulunması muhtemel görüldüğü için bu konuda daha detaylı çalışmaların yapılması düşünülmekte ve elde edilecek veriler yeni diaspor yataklarının tespitinde önem arz edecektir.

Keywords

• Milas
• Diaspor
• FTIR
• Gemoloji
• Menderes Masifi
• Metaboksit
• Raman Spektroskopisi
• SEM_EDS
• Süstaşı

Supporting Institution

Konya Teknik Üniversitesi

Project Number

201107007

References

1. Açlan, M., ve Davran, N. (2019). Karlıca Volkanitlerinin (Hamur-Ağrı) Petrografik ve Jeokimyasal Özellikleri. Hacettepe Üniversitesi Yerbilimleri Uygulama ve Araştırma Merkezi Bülteni, 40 (1), 72-91.
2. Alan, İ., Keskin, H., Böke, N., Altun, İ., Balcı, V., Elibol, H., Demirbağ, H., Bakırhan, B., Arman, S., Soyakil, M., Hanilçi, N., Çelik, Ö.F. ve Candan, O. (2019). Menderes Masifi’nin tektono-stratigrafik özellikleri projesi kapsamında elde edilen son bulgular. MTA Doğal Kaynaklar ve Ekonomi Bülteni, 28, 41-48.
3. Aleva, G. J. J. (1994). Laterites: Concepts, Geology, Morphology and Chemistry. Wageningen, the Netherlands: ISIRC, ISBN: 90.6672.053.0., 169 p.
4. Bau, M. & Dulski, P. (1996). Distribution of yttrium and rare-earth elements in the Penge and Kuruman iron-formations, Transvaal Supergroup, South Africa. Precambrian Research, 79, 37–55.
5. Bárdossy, G. & Aleva, J. Y. Y. (1990). Lateritic Bauxites. Developments in Economic Geology 27. Elsevier, Amsterdam.
6. Boynton, W. V. (19843. Cosmochemistry of the rare earth elements: Meteoric studies. In Rare Earth Element Geochemistry. Developments in Geochemistry, 2, 63–114. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-42148-7.50008-3
7. Bozkurt, E., Park, R.G. & Winchester, J. A. (1993). Evidence against the core/cover interpretation of the southern sector of the Menderes Massif, west Turkey. Terra Nova, 5, 445-451.
8. Candan, O. Çetinkaplan, M. (2001). Menderes masifi'ndeki eklojit / epidot-mavi şist fasiyesi metamorfizması ve Kikladik kompleksle karşılaştırması (Proje No: YDABÇAG-495). Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu.

9. Çağatay, N., Erler, A., Güleç, N., Savaşçın, Y. ve Tokel, S. (1993). Jeokimya Temel Kavramlar ve İlkeler, İkinci Baskı. (Ed: N. Çağatay, A. Erler), Türkiye Jeoloji Kurumu, Yerbilimleri Eğitim Dizisi, Ankara, 293 s.
10. Çağlayan, M. A., Öztürk, E. M., Öztürk, Z., Sav, H., & Akat, U. (1980). Menderes masifi güneyine ait bulgular ve yapısal yorum (New data on the southern part of the Menderes massif and a structural interpretation). Jeoloji Mühendisliği Dergisi,10(1), 9-17. https://dergipark.org.tr/tr/pub/jmd/issue/28159/297184
11. Dora, O. Ö., Kun, N. & Candan, O. (1990). Metamorphic history and geotectonic evolution of the Menderes Massif. In M.Y. Savaşçın & A.H. Eronat (Eds.), Proceedings of the International Earth Sciences Congress on Aegean Regions (Volume II, pp:102-115)
12. Dora, O. Ö. (2011). Menderes Masifindeki Jeolojik Araştırmaların Tarihsel Gelişimi. Maden Tatkik Arama Dergisi, 142, 1-23. https://dergipark.org.tr/tr/pub/bulletinofmre/issue/3960/52448
13. Dürr, St. (1975). Über Alter und geotektonische Stellung des Menderes-Kristallins/SW-Anatolien und seine Äequivalente in der mittleren Ägäis [Habilitation Thesis]. University of Marburg/Lahn, 107 pp.
14. Evensen, M. N.; Hamilton, P. J.; O’Nions, R. K. (1978). Rare earth abundances in chondritic meteorites. Geochimica et Cosmochimica Acta, 42(8), 1199–1212. https://doi.org/10.1016/0016-7037(78)90114-X
15. GIA, (2022, 03 Mayıs) Gemological Institute Of America, Round Brillant Cut. https://4cs.gia.edu/wp-content/uploads/2016/07/155880-960x960-round-brilliant-cut-diamond-illustration.jpg
16. Gill, J.B. 1981. Orogenic Andesite and Plate Tectonics. Springer-Verlag, Berlin, 390. https://doi.org/10.1007/978-3-642-68012-0
17. Grubb, P. L. C. (1973). High-level and low-level bauxitization: a criterion for classification. Miner. Sei. Engin. Johannesburg 5(3), 219-231.
18. Gu, J., Huang, Z., Fan, H. & Jin, Z. (2013). Mineralogy, geochemistry, and genesis of lateritic bauxite deposits in the Wuchuan–Zheng'an–Daozhen area, Northern Guizhou Province, China. Journal of Geochemical Exploration, 130, 44–59.
19. Gutnic, M., Monod, O., Poisson, A., & Dumont, J-F. 1979, Géologie des Taurides Occidentales (Turquie). Mémoires de la Société Géologique de France, No. 137, 112 pp.
20. Gümüş, A. (1998). İç Olaylara Bağlı Maden Yatakları. 1. Baskı, Bilim Ofset, İzmir, 481 s.
21. Hanilçi, N. (2013). Geological and Geochemical Evolution of the Bolkardağı Bauxite Deposits, Karaman-Turkey: Transformation from Shale to Bauxite. Journal of Geochemical Exploration, 133(2013),118-137.
22. Hatch, J. R. & Leventhal, J. S. (1992). Relationship between inferred redox potential of the depositional environment and geochemistry of the Upper Pennsylvanian (Missourian) stark shale member of the Dennis Limestone, Wabaunsee County, Kansas, USA. Chemical Geology, 99(1-3), 65– 82. https://doi.org/10.1016/0009-2541(92)90031-Y
23. Haskin, L. A.; Haskin, M. A.; Frey, F. A.; Wildeman, T. R. (1968). Relative and Absolute Terrestrial Abundances of the Rare Earths. In L. H. Ahrens, (Ed.); Origin and Distribution of the Elements (pp.:889-912). Pergamon: New York, NY, USA.
24. Hill, I. G., Worden, R. H., Meighan, I. G. (2000). Yttrium: the immobility-mobility transition during basaltic weathering. Geology 28, 923–926.
25. Jones, B. & Manning, D. A. C. (1994), Comparison of geochemical indices used for the interpretation of palaeoredox conditions in ancient mudstones. Chemical Geology, 111(1-4), 111 –129. https://doi.org/10.1016/0009-2541(94)90085-X
26. Kalkan, M. ve Ozpinar, Y. (2018). Civanadağ Bölgesi (Güğü-Balıkesir) Piroklastik Kayaçlarının Jeolojik, Petrografik ve Jeokimyasal Özellikleri, KB-Türkiye. Aksaray University Journal of Science and Engineering, 2(2), 95-115. https://doi.org/10.29002/asujse.331754
27. Karadağ, M. M., Temur S., Arık, F. ve Öztürk, A. (2003). Maşatdağı (Alanya-Antalya) diasporitik boksitlerinin dört anabileşen jeokimyası. Geosound (42), 35-51.
28. Keller, W. D. (1964). The origin of high-alumina clay minerals. W. F. Bradley, (Ed.), Nationals Conference on Clays and Clay Minerals, 12 th, Proceedings, (pp.: 129-151), Macmillan Company, New York.
29. Krauskopf, K. B. (1979). Current perspectives in geologic disposal of radioactive wastes. Proceedings of the Symposium on Waste Management, (pp.: 99-107).
30. Konak, N. Akdeniz, N. Ve Öztürk, E. M. (1987). Geology of the south of Menderes Massif. In Guide Book for the Field Excursion along Western Anatolia, for the IGCP Project No. 5: Correlation of Variscan and pre-Variscan events of the Alpine-Mediterranean mountain belt (pp.:42-53), Maden Tetkik ve Arama Enstitüsü.
31. Lüle, Ç. (1998). Muğla-Milas-Küçükçamlıktepe diaspor oluşumlarının mineralojisi, oluşum koşulları ve gemolojik özellikleri [Yayımlanmamış Yüksek Lisans Tezi]., Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı.
32. Meshram, R. & Randive, K. (2011). Geochemical study of laterites of the Jamnagar district, Gujarat, India: Implications on parent rock, mineralogy and tectonics. Journal of Asian Earth Sciences. 42(6), 1271-1287. https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2011.07.014
33. Ma, J., Wei, G., Xu, Y., Long, W. and Sun, W. (2007). Mobilization and re-distribution of major and trace elements during extreme weathering of basalt in Hainan Island, South China. Geochimica et Cosmochimica Acta, 71, 3223–3237. https://doi.org/10.1016/j.gca.2007.03.035
34. McLennan, S. M. & Taylor, S. R. 1984. Archaean Sedimentary Rocks and Their Relation to the Composition of the Archaean Continental Crust. In Archaean Geochemistry (pp. 47–72). Springer: Berlin/Heidelberg, Germany.
35. Motoki A., Sichel S. E., Vargas, T., Melo, D. P. Kenji F. & Motoki, K. F. (2015). Geochemical behaviour of trace elements during fractional crystallization and crustal assimilation of the felsic alkaline magmas of the state of Rio de Janeiro, Brazil. Annals of the Brazilian Academy of Sciences 87(4): 1959-1979.
36. Nakamura, N. (1974). Determination of REE, Ba, Fe, Mg, Na and K in carbonaceous and ordinary chondrites Geochimica et Cosmochimica Acta, 38(5), 757-775, https://doi.org/10.1016/0016-7037(74)90149-5
37. Okay, A. I. & Tüysüz, O. (1999). Tethyan sutures of northern Turkey. In "The Mediterranean Basins: Tertiary extension within the Alpine orogen. In B. Durand, L. Jolivet, F. Horváth & M. Séranne Eds.)), Geological Society, London, Special Publication 156, 475-515.
38. Okay, A. I. (2000). Was the Late Triassic orogeny in Turkey caused by the collision of an oceanic plateau? In E. Bozkurt, J. A. Winchester & J. D. A. Piper (Ed.), Tectonics and Magmatism in Turkey and the Surrounding Area (25-41), Geological Society, London, Special Publication, 173. https://doi.org/10.1144/GSL.SP.2000.173.01.0
39. Önay, T. Ş. (1949). Über die Smirgelgesteine Südwest-Anatoliens. Schweizerische Mineralogische und Petrographische Mitteilungen, 29, 357-492.
40. Özlü, N. (1983). Trace-element content of “Karst Bauxites” and their parent rocks in the mediterranean belt. Mineralium Deposita, 18(3), 469-476. https://doi.org/10.1007/BF00204491
41. Öztürk, A. & Koçyiğit, A. (1983). Menderes Grubu kayalarının temel-örtü ilişkisine yapısal bir yaklaşım (Selimiye - Muğla) (A structural approach to the basement-cover relation in the Menderes Group (Selimiye-Muğla)). Türkiye Jeoloji Kurumu Bülteni, 26(1), 99-106. https://jmo.org.tr/resimler/ekler/c144c47ecba6f83_ek.pdf
42. Öztürk, H. ve Hanilçi, N. (1999). Doğankuzu ve Mortaş Boksit Yatağının Jeolojisi ve Sülfürlü Zonların Özellikleri, Orta Toroslar, Türkiye. Maden Tetkik ve Arama Dergisi, 121, 185-197.
43. Özturk, H., Hein, J. R. & Hanilçi, N. (2002). Genesis of the Doğankuzu and Mortaş bauxite depoists, Taurides, Turkey: Separation of Al, Fe and Mn and implications for passive margin metallogeny. Economic Geology, 97, 1063-1077.
44. Özyurt, M.; Kırmacı, M.Z.; Al-Aasm, I.; Hollis, C.; Taslı, K.; Kandemir, R. REE Characteristics of Lower Cretaceous Limestone Succession in Gümüşhane, NE Turkey: Implications for Ocean Paleoredox Conditions and Diagenetic Alteration. Minerals, 10, 683. https://doi.org/10.3390/min10080683
45. Pearce, J. A., Harris, N. B. W. & Tindle, A. G. (1984). Trace element discrimination diagrams for the tectonic interpretation of granitic rocks. Journal of Petrololgy, 25, 956-983. https://doi.org/10.1093/petrology/25.4.956
46. Price, R. G., Grayc, M., Wilson, R. E., Frey, F. A. & Taylor, S. R. (1991). The effects of weathering on rare earth elements Y and Ba abundances in Tertiary basalts from southern Australia. Chemical Geology, 93, 254–265. https://doi.org/10.1016/0009-2541(91)90117-A
47. Ramdohr, P. & Strunz, H. (1978). Klockmanns Lehrbuch der Mineralogie. Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart, 876pp. Mineralogical Magazine, 43(329), 686-686.
48. Read, P. G. (2005). Gemmology, (Third Ed.). Elsevier.
49. Rimmele, G., Oberhansli, R., Goffe, B., Jolivet, L., Candan, O. & Çetinkaplan, M. (2003). First evidence of high-pressure metamorphism in the “Cover Series” of the southern Menderes Massif. Tectonic and metamorphic implications for the evolution of SW Turkey. Lithos, 71, 19-46.
50. Rollinson, H. R. (1993). Using geochemical data: Evaluation, presentation, interpretation. Longman Scientific and Technical, Wiley, New York.
51. Saatçioğlu, H. A. (2002). Kaybolmak Üzere Olan Değerlerden Diaspor Kristalleri. Madencilik Bülteni, 64, 25-28.
52. Schuiling, R. D. (1962). On petrology, age and structure of the Menderes migmatite complex (SW-Turkey). Bulletin of the Mineral research and Exploration Institute of Turkey, 58, 71-84. https://dergi.mta.gov.tr/dosyalar/images/mtadergi/makaleler/eng/20151028141 120_954_2275ee3d.pdf
53. Thompson, R. N. (1982). Magmatism of the British tertiary volcanic province. Scotland Geological Journal 18, 49-107.
54. Seyhan, İ. (1972). Bentonit, kil ve tuğla-kiremit toprakları jeolojisi. MTA yayınları, No:13, Ankara, Türkiye.
55. Şengör, A. M. C. & Yılmaz, Y. (1981). Tethyan evolution of Turkey: a plate tectonic approach. Tectonophysics, 75, 181–241.
56. Şengör, A.M.C., Satır, M., Akkök, R. (1984). Timing of tectonic events in the Menderes massif, western Turkey: implications for tectonic evolution and evidence for Pan-African basement in Turkey: Tectonics, 3, 693-707
57. Şengör, A. M. C. (1986). The dual nature of the Alpine-Himalayan system: Progress, problems and prospects. Tectonophysics, 127(3–4), 177-195.
58. Tanaka, T. & Masuda, A. (1973). Rare-earth elements in matrix, inclusions, and chondrules of the Allende meteorite. Icarus, 19(4), 523-530. https://doi.org/10.1016/0019-1035(73)90079-1
59. Taylor, S. R., McLennan, S. M. (1981). The composition and evolution of the continental crust: rare earth element evidence from sedimentary rocks. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences, 301(1461), 381-399. https://doi.org/10.1098/rsta.1981.0119
60. Taylor, S. R., McLennan, S. M. (1995), The geochemical evolution of the continental crust. Reviews of Geophysics 33, 241–265. https://doi.org/10.1029/95RG00262
61. Temur S., Kansun G., Karadağ, M. M., Arık, F. & Öztürk, A. (2003). Maşatdağı (Alanya-Antalya) diasporitik boksitlerinin stratigrafik konumu. Geosound, 109-122.
62. Wakita, H., Ray, P. & Schmit, R.A. Abundances of 14 rare-earth elements and 12 other trace elements in Apollo 12 samples: Five igneous and one breccia rocks and four soils. In Proceedings of the Second Lunar Science Conference, (pp.:1319-1329), Volume 2.
63. Wright, J., Schrader, H. & Holser, W. T. (1987). Paleoredox variations in ancient oceans recorded by rare earth elements in fossil apatite. Geochimica et Cosmochimica Acta, 51(3), 631–644. https://doi.org/10.1016/0016-7037(87)90075-5
64. Zamanian, H., Ahmadnejad, F. & Zarasvandi, A. (2016). Mineralogical and geochemical investigations of the Mombi bauxite deposit, Zagros Mountains, Iran. Chemie der Erde Geochemistry, 76(1), 13–37. https://doi.org/10.1016/j.chemer.2015.10.001