Formation and Origin of Magnesite Veins in Yakacık Area (NW-Ankara)

Abstract

Magnesite occurrences in Turkey are generally formed as veins and stockworks in fractures and fissures of sedimentary rocks and altered ultramafic rocks. Ophiolitic units and magnesite formations crop out in the Central Anatolia part of the Anatolian Block within the İzmir-Ankara-Erzincan Suture Belt and around Yakacık village, located 15 km northwest of Ankara. The genetical investigation of the ore-forming fluid(s) was carried out using mineralogy and petrography, XRD characteristics, geochemical investigations and C-O isotope studies of ophiolitic units and magnesite formations in this study. Magnesite mineralizations were observed in two different forms, as quartz magnesite veins and as vein-stockworks, within the serpentinites of the Kapaklı member, which consists of olistostromal layers containing serpentinite, gabbro, diabase, basalt, radiolarite, and limestones around Yakacık. The vein-type magnesites show cryptocrystalline and microcrystalline structures and are accompanied by quartz, chlorite, dolomite, and serpentine minerals. Quartz, serpentine, olivine, calcite, and dolomite were determined in stockwork-type magnesite. The clay minerals were chlorite, smectite, and kaolinite. In mineralogical and Raman spectroscopic studies, both the vein- and stockwork-type mineralizations, alterations from olivine to kammererite and kammererite minerals were detected. The values obtained from the results of the geochemical analysis indicate that magnesites are associated with ultramafic rocks. In order to determine the origin of magnesites, δ13C (VPDB) and δ18O (VSMOW) stable isotope studies were carried out on magnesite and limestone. The δ13C and δ18O values are -3.07 to 9.67‰ and 23.05 to 27.49‰ for magnesites and 0.20 to 3.74‰ and 27.05 to 28.96‰ for limestones, respectively. The most important rocks that could be the main source for the C and O of magnesite formations are Jurassic limestones. In conclusion, the movement of surface waters towards the depths, the heating role of volcanism during the early-middle Miocene, the decarbonation of limestones due to the warming of the deep-flowing fluids, and the incorporation of CO2, partly from a magmatic contribution, are the main formation mechanisms of magnesite formed in the fractures of serpentinized ultramafic rocks.

Keywords

• C-O isotope
• kammererite
• magnesite
• ultramafic
• XRD

Project Number

21L0443015

Yakacık (KB-Ankara) Bölgesi Manyezit Damarlarının Oluşumu ve Kökeni

Abstract

Türkiye’deki manyezit oluşumları, genellikle sedimanter kayaçlar ve altere ultramafik kayaçların kırık ve çatlakları içerisinde damar ve ağsal (stokvörk) şekilde bulunmaktadır. İzmir-Ankara-Erzincan Sütur Kuşağı içerisindeki Anadolu Bloğu’nun Orta Anadolu olarak adlandırılan kısmında ve Ankara’nın 15 km kuzeybatısında bulunan Yakacık köyü civarında ofiyolitik birimler ile manyezit oluşumları yüzlek vermektedir. Bu çalışmada ofiyolitik birimler ile manyezit oluşumlarının mineraloji ve petrografisi, XRD karakteristikleri, jeokimyasal incelemeleri ve C-O izotop çalışmaları kullanılarak cevherleşmeyi meydana getiren akışkan(lar)ın kökensel incelemesi yapılmıştır. Bölgedeki manyezit cevherleşmesi Yakacık civarında serpantinit, gabro, diyabaz, bazalt, radyolarit ve kireçtaşlarını içeren olistostromal düzeylerden oluşan Kapaklı üyesine ait serpantinitler içerisinde damar-ağsal (stokvörk) ve kuvarslı manyezit damarları şeklindedir. Manyezit damarları kriptokristalin ve mikro kristalin yapı göstermekte ve manyezitlere kuvars, klorit, dolomit ve serpantin mineralleri eşlik etmektedir. Ağsal (stokvörk) manyezitlerde ise kuvars, serpantin, olivin, kalsit ve dolomit mineral birlikteliği belirlenmiştir. Kil minerallerinin ise klorit, simektit ve kaolinitten oluştuğu tespit edilmiştir. Yapılan mineralojik ve raman spektroskobik çalışmalarda hem damar hem de ağsal (stokvörk) cevherleşmelerde olivin mineralinden kemererit mineraline dönüşümler tespit edilmiştir. Jeokimyasal analiz sonuçlarından elde edilen değerler, manyezit oluşumlarının ultramafik kayaçlarla ilişkili olduğuna işaret etmektedir. Manyezit oluşumlarının kökenlerini saptayabilmek için δ13C (VPDB) ve δ18O (VSMOW) duraylı izotop çalışması manyezitten ve kireçtaşından alınan örnekler üzerinde yapılmış olup manyezitlerde δ13C (VPDB) ‰-3,07 ile 9,67 arasında, δ18O (VSMOW) ‰23,05 ile 27,49 arasında, kireçtaşlarında δ13C (VPDB) ‰0,20 ile 3,74 arasında, δ18O (VSMOW) ‰ 27,05 ile 28,96 arasında değiştiği görülmüştür. Bölgede, manyezit oluşumlarına ait C ve O için kaynaklık edebilecek en önemli kayaç Jura yaşlı kireçtaşlarıdır. Sonuç olarak, yüzey sularının derinlere hareketi, erken-orta Miyosen’de bölgede gözlenen volkanizmanın ısıtıcı rol üstlenmesi, derinlere inen akışkanların ısınması sonucunda kireçtaşlarının dekarbonasyonu ve kısmen de magmatik bir katkı ile CO2'yı bünyesine alması serpantinleşmiş ultramafik kayaçların kırık-çatlaklarında oluşan manyezitin ana oluşum mekanizmalarıdır.

Keywords

• Ultramafik
• manyezit
• kemererit
• XRD
• C-O izotop

Supporting Institution

Ankara Üniversitesi

Project Number

21L0443015

Thanks

Bu çalışma birinci yazarın dördüncü yazar danışmanlığında yürüttüğü Yüksek Lisans tezinden oluşturulmuştur. Yazarlar, arazi çalışmalarına katkılarından dolayı Canberk Odabaşı’na, makalenin son şeklini almasında büyük katkıları bulunan Erdinç Yiğitbaş (Editör) ve 3 anonim hakeme teşekkür ederler. Bu çalışma “Ankara Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi (21L0443015)” tarafından desteklenmiştir.

References

1. Abu-Jaber, N. S. & Kimberley, M. M. (1992). Origin Of Ultramafic-Hosted Vein Magnesite Deposits. Ore Geology Reviews, 7(3), 155-191. https://doi.org/10.1016/0169-1368(92)90004-5
2. Aharon, P. (1988). A stable-isotope study of magnesites from the Rum Jungle Uranium Field, Australia: Implications for the origin of strata-bound massive magnesites. Chemical Geology 69(1), 127-145.
3. Akyürek, B., Bilginer, E., Dağer, Z., Soysal, Y. ve Sunu, O. (1980). Eldivan-Şabanözü (Çankırı), Hasayaz-Çandır (Kalecik-Ankara) dolayının jeolojisi (Rapor no: 6741). MTA Raporu (yayımlanmamış).
4. Akyürek, B., Bilginer, E., Akbaş, B., Hepşen, N., Pehlivan, Ş., Sunu, O., Soysal, Y., Dağer, Z., Çatal, E., Sözeri, B., Yıldırım, H. ve Hakyemez, Y. (1982). Ankara-Elmadağ-Kalecik dolayının jeolojisi (Rapor no: 7298). MTA Raporu (yayımlanmamış).
5. Altıner, D., Koçyiğit, A., Farinacci, A., Nicosia, U.I & Conti M. A. (1991). Jurassic-Lower Cretaceus Stratigraphy and Paleogeographic Evolution of the southern Part of NorthWestern Anatolia (Turkey). Geologica Romana, 27, 13-80.
6. Altınlı, G. E. (1965). İnegöl havzasının jeolojisi ve hidrojeolojik incelemesi. G.Ü. Fen Fak. Mecmuası, B.28 (3-4), 173-199.
7. Altınlı, G. E. (1973). Bilecik Jurasiği. Cumhuriyet’in 50. Yılı Yerbilimleri Kongresi, Tebliğler Kitabı, s.: 103-111.
8. Aydın, M., Serdar, H. S., Şahintürk, Ö., Yazman, M., Çokuğraş, R., Demir, O. ve Özçelik, Y. (1987). Çamdağ (Sakarya)-Sünnicedağ (Bolu) yöresinin jeolojisi. Türkiye Jeoloji Kurumu Bülteni, 30(1), 101-107. https://jmo.org.tr/resimler/ekler/4feb0096faa8326_ek.pdf

9. Baker, A. J. & Fallick, A. G. (1989). Evidence from Lewisian limestones for isotopically heavy carbon in ten-thousand-million-year-old seawater. Nature, 337, 352–354.
10. Bindeman, I. (2008). Oxygen isotopes in mantle and crustal magmas as revealed by single crystal analysis. Reviews in Mineralogy & Geochemistry 69, 445–478.
11. Borshcevskiy, Y. A. (1980). Oxygen and hydrogen isotope data on the nature of hydrothermal mineralizing fluids. Geochemistry International 17, 40-50
12. Braithwaite, C. J. R. & Zedef, V. (1996). Hydromagnesite stromatolites and sediments in an alkaline lake, Salda Gölü, Turkey. Journal of Sedimantary Research, 66(5), 991-1002.
13. Clark, I. D. & Fritz, P. (1997). Environmental Isotopes in Hydrogeology. Lewis Publishers, Boca Raton, N.Y.
14. Criss, R.E. (1999). Principles of Stable Isotope Distribution. Oxford University Press, New York.
15. de Obeso, J. C. & Kelemen, P. B. (2018). Fluid rock interactions on residual mantle peridotites overlain by shallow oceanic limestones: insights from Wadi Fins, Sultanate of Oman. Chemical Geology 498, 139–149. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2018.09.022
16. Deines, P. (1989). Stable isotope variations in carbonatites. In: K. Bell, (Ed.), Carbonatites: genesis and evolution (301-359). Unwin Hyman, London.
17. Demeny, A., Ahijado, A., Casillas, R. & Vennemann, T. W. (1998). Crustal contamination and fluid/rock interaction in the carbonatites of Fuerteventura (Canary Islands, Spain): C, O, H isotope study. Lithos 44, 101–115.
18. Demeny, A. & Harangi, S. Z. (1996). Stable isotope studies on carbonate formations in alkaline basalt and lamprophyre series: evolution of magmatic fluids and magma-sediment interactions. Lithos 37, 335–349.
19. Duru, M ve Aksay A. (2002). 1/100.000 ölçekli Açınsama nitelikli Türkiye Jeoloji Haritaları, Bolu H29 Paftası. MTA. No:42.
20. Eroskay, O. (1965). Geology of the Paşalar gorge-Gölpazarı area. İstanbul Üniversitesi Fen Fakültesi Mecmuası, Seri B 30(3-4), 133-170.
21. Fallick, A. E., Ilich, M. & Russell, M. J. (1991). A stable isotope study of the magnesite deposits associated with the alpine-type ultramafic rocks of Yugoslavia. Economic Geology 86, 847–861.
22. Fritz, P. (1976). Oxygen and carbon isotopes in ore deposits in sedimentary rocks. In: K. H. Wolf (Ed.), Handbook of Strata-bound and Stratiform Ore Deposits, Ch. 7 (pp.: 191-217). Elsevier, Amsterdam.
23. Gartzos, E. (1990). Carbon and oxygen isotope constraints on the origin of magnesite deposits North Evia (Greece). Schweizerische Mineralogische und Petrographische Mitteilungen 70, 67-72.
24. Granit, Y. & Tintant, H. (1960). Observation preliminaires sur le Jurassique de la region de Bilecik (Turquie). C.R. Acad. Sc. Paris, 251, 1801-1803.
25. Hodson, J. D. (1977). Stable isotopes and limestone lithification. Journal of the Geological Society of London 133, 637–660.
26. Hoefs, J. (1997). Stable isotope geochemistry. Springer, Heidelberg, 1–214.
27. Hoernle, K., Tilton, G., Le Bas, M. J., Duggen, S. & Garbe-Schönberg, D. (2002). Geochemistry of oceanic carbonatites compared with continental carbonatites: mantle recycling of oceanic crustal carbonate. Contributions to Mineralogy and Petrology 142, 520–542.
28. Hofmann, B. A., Bernasconi, S. M. (1998). Review of occurrences and carbon isotope geochemistry of oxalate minerals: implications for the origin and fate of oxalate in diagenetic and hydrothermal fluids. Chemical Geology 149,127–146.
29. Kahya, A. & Kuşcu, M. 2014. Source of the mineralizing in ultramafic related magnesite in the Eskişehir area, northwest Turkey, along the İzmir – Ankara Suture: a stable isotope study. Turkish Journal of Earth Sciences 23, 1-15.
30. Kilias, S. P., Pozo, M., Bustillo, M., Stamatakis, M. G. & Calvo, J. P. (2006). Origin of the Rubian carbonate-hosted magnesite deposit, Galicia, NW Spain: mineralogical, REE, fluid inclusion and isotope evidence. Mineralium Deposita, 41, 713-733.
31. Kralik M., Aharon P., Schroll E. & Zachmann, D. (1989). Carbon and oxygen isotope systematics of magnesites: a review. In P. Moller (Ed.) On the formation of Magnesite-Monograph Series on Mineral Deposits, 28 (pp. 197-223). Geburder Borntraeger, Berlin.
32. Lorrain, A., Savoye, N., Chauvaud, L., Paulet, Y. M. & Naulet, N. (2003). Decarbonation and preservation method for the analysis of organic C and N contents and stable isotope ratios of low carbonated suspended particulate material. Analytica Chimica Acta 491, 125–133.
33. Lugli, S., Morteani, G. & Blamart, D. (2002). Petrographic, REE, fluid inclusion and stable isotope study of magnesite from the Upper Triassic Burano Evaporites (Secchia Valley, northern Apennines): contributions from sedimentary, hydrothermal and metasomatic sources. Mineralium Deposita 37, 480-494.
34. MTA. (1982). Türkiye Manyezit Envanteri. MTA Yayınları, No:186, 258.
35. Morteani, G. (1982). The rare earth element contents and the origin of the sparry magnesite mineralizations of Tux-Lanersbach, Entachen Alm, Spiessnagel and Hochfilzen, Austria and the lacustrine magnesite deposits of Aiani-Kozani, Greece and Bela-Stena, Yugoslavia. Economic Geology 77, 617-631
36. Möller, P. (1989). Minor and trace elements in magnesite monograph series on mineral deposits. Gebrüder Borntradger, 28, 173-195.
37. O’Neil, J. R. & Barnes, I. (1971). 13C and 18O Composition In Some Fresh-Water Carbonate Associated With Ultramafic Rocks: Western United States. Geochimica Et Cosmochimica Acta, 35, 687-697.
38. Pohl, W. (1989). Comparative Geology of Magnesite Deposits and Occurences In P. Moller, Magnesite. Geology, Mineralogy, Geochemistry And Formation Of Mg- Carbonates (Monography Series On Mineral Deposits, 28). Gebruder Borntaeger, Berlin.
39. Pohl, W. & Siegl, W. (1986). Sediment-hosted megnesite deposits. In K. H. Wolf, (Ed.): Handbook of Strata-bound and stratiform deposits, Part IV, Volume 14, Regional Studies and Specific Deposits, (pp.: 223-310). Elsevier Science Publishers B.V.
40. Ray, J. S., Ramesh, R. & Pande, K. (1999). Carbon isotopes in Kerguelen plume-derived carbonatites: evidence for recycled inorganic carbon. Earth and Planetary Science Letters 170, 205–214.
41. Rruff, 2022. https://rruff.info/clinochlore/display=default/ 16.12.2022. 09.01.2023.
42. Saner, S. (1980). Batı pontidlerin ve komşu havzaların oluşumlarının levha tektoniği kavramı ile açıklanması, Kuzeybatı Türkiye. MTA Dergisi, c. 93/94, 1-19.
43. Santos, R. V. & Clayton, R. N. (1995). Variations of oxygen and carbon isotopes in carbonatites: a study of Brazilian alkaline complexes. Geochimica Et Cosmochimica Acta 59, 1339–1352.
44. Schmid, I. H. (1987). Turkey’s Salda Lake, a genetic model for Australia’s newly discovered magnesite deposits. Industrial Minerals, 239, 19-31.
45. Schroll, E. (2002). Genesis of magnesite deposits in the view of isotope geochemistry. Boletim Paranaense de Geociencias, 50, 59-68.
46. Şener, M. & Şengüler, I. (1998). Geological, mineralogical and geochemical characteristics of oil shale bearing deposites in the Hatildag oil shale field, Göynük, Turkey. Fuel, 77(8), 871-880.
47. Şentürk, K. & Karaköse, C. (1979). Orta Sakarya dolayının temel jeolojisi (Rapor no: 6642). MTA Raporu (yayımlanmamış).
48. Taylor, H. E., Frechen, J., Degens, E. T. (1967). Oxygen and carbon isotope studies of carbonatites from the Laacher See District, West Germany and the Alno District Sweden. Geochimica Et Cosmochimica Acta, 31, 407–430.
49. Taylor, H. P. (1974). The application of oxygen and hydrogen isotope studies to problems of hydrothermal alteration and ore deposition. Economic Geology, 69, 843-883. https://doi.org/10.2113/gsecongeo.69.6.843
50. Ten Dam, A. & Erentöz, C. 1970. Kizildere geothermal field-Western Anatolia. Geothermics 2(1), 124-129.
51. Topak, Y. (2006). Yukarıtırtar - Aşağıtırtar Köyleri (Isparta Kuzeydoğusu) Arasında Gözlenen Manyezit Yatağının Oluşumu ve Kökeni [Yayımlanmamış, Doktora Tezi]. Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Jeoloji Mühendisliği Anabilim Dalı.
52. Türkecan, A., Dinçel, A., Hepşen, N., Papak, İ., Akbaş, B., Sevin, M., Özgür, İ. B., Bedi, Y., Mutlu, G., Sevin, D., Ünay, E., Saraç, G. ve Karataş, S., 1991. Bolu-Çankırı (Köroğlu Dağları) arasındaki Neojen yaşlı volkanitlerin stratigrafisi ve petrolojisi. Türkiye Jeoloji Kurultayı Bülteni, Cilt:6, 85-103.
53. Üner, T., ve Aksoy, İ. (2018). Beyşehir-Hoyran Ofiyoliti İçerisindeki Tektonitlerin Dokusal ve Jeokimyasal Özellikleri: Beyşehir (Konya) Güneyinden Bir Örnek. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 18(3), 1067-1082.
54. Valley, J. W. (1986). Stable isotope geochemistry of metamorphic rocks. In J. W. Valley, H. P. Taylor, Jr. & J. R. O’Neil (Eds.), Stable Isotopes in High Temperature Processes, Mineralogical Society of America, Reviews in Mineralogy, Vol. 16, 445-489.
55. Whitney, D. L. & Evans, B. W. (2010). Abbreviations for names of rock-forming minerals. American Mineralogist, 95(1), 185-18.
56. Zedef, V. (1994). The origin of magnesite in Turkey, a stable isotope study [Unpublished PhD. Thesis]. Glasgow, UK, Glasgow University.
57. Zedef, V., Russell, M. J. & Fallick, A. E. (2000). Genesis of vein stockwork and sedimentary magnesite and hydromagnesite deposits in the ultramafic terranes of southwestern Turkey: a stable isotope study. Economic Geology 95, 429–446.