Geochemical Properties of the Şeyhler Borate Deposits (Emet, Turkey)

Abstract

Borate deposits of western Anatolia were formed in the intra-continental playa lake sediments during Miocene when the volcanic activity occurred from Paleogene to Quaternary. All mineralizations are associated with these volcanic activities. The main element Ca in Emet Şeyhler deposits shows enrichment compared to the averages of Earth crust and andesite. The trace elements of Se, Sr, As, Sb, Mo and Li in borate deposits enrichments are determined. It can be concluded that based on the concentration of Se and Li elements could be recovered as by product, besides B. Elements in deposits are clustered in two groups. A large group consists of elements such as Si, Mg, Al, Fe, K and a second group composes of B, Ca and Na. According to Ce and Eu anomalies observed in the REE distribution diagrams show these deposits should have formed under highly oxidative conditions with significant hydrothermal contribution.

Keywords

• Borate
• element correlation
• geochemistry
• mineralogy
• REE

Şeyhler Yöresi Borat Yatağının Jeokimyasal Özellikleri, Emet, Türkiye

Abstract

Batı Anadolu borat yatakları Paleojen’de başlayan ve Kuvaterner başlangıcına kadar devam eden volkanik aktivitelerin yer aldığı dönemlerde Miyosen kıta-içi playa-göl çökelleri içinde depolanmıştır. Cevher oluşumlarının tamamı volkanik aktivite ile ilgilidir. Emet Şeyhler yatağında Ca yerkabuğu ve andezit ortalamasına göre artış göstermiştir. Eser elementlerden As, Se, Cs, Li, Sr ve Sb zenginleşmeleri belirlenmiştir. Konsantrasyonlarına göre Se ve Li elementlerinin B’un yanında yan ürün olarak ekonomiye kazandırılabileceği sonucuna varılabilir. Yatakta elementler iki grup halinde kümelenmiştir. Si, Mg, Al, Fe ve K gibi elementlerden oluşan büyük grup ve B, Ca ve Na’dan oluşan ikinci grup şeklindedir. NTE dağılım diyagramlarında görülen Ce ve Eu anomalileri, yatakların yüksek oksijenli ve hidrotermal katkılı ortamda oluştuğunu ortaya koymuştur.

Keywords

• Bor
• element korelasyonu
• jeokimya
• mineraloji
• NTE

References

1. Abollino, O., Aceto, M., Buoso, S., Gasparon, M., Green, W,J., Malandrino, M. and Mentasti, E., 2004. Distribution of major, minor and trace elements in lake environments of Antarctica. Antarctic Science, 16(3), 277–291.
2. Akdeniz, N. ve Konak, N., 1979. Simav – Emet– Dursunbey – Demirci Yörelerinin Jeolojisi. MTA Derleme Raporu, No. 6547.108s.
3. Bau, M., 1991. Rare-earth element mobility during hydrothermal and metamorphic fluid rock interaction and the significance of the oxidation state of europium. Chemical Geology, 93 (3-4), 219– 230.
4. Bence, A.E. and Taylor, B.E., 1985. Rare earth element systematics of West Shasta Metavolcanic Rocks: Petrogenesis and hydrothermal alteration. Economic Geology, 80(8), 2164-2176
5. Bhatia, M.R. 1985. Rare earth element geochemistry of Australian Paleozoic graywacks and mudrocks: Provenance and tectonic control. Sedimentary Geology, 45(1-2), 97- 113.
6. Boggs, S. 2009. Petrology of Sedimentary Rocks. Cambridge University Press, Cambridge, England. 600 p.
7. Canet, C., Prol-Ledesma, R.M., Proenza, J. A., RubioRamos, M.A., Forrest, M J., Torres-Vera, M.A. and Rodriguez-Diaz A., 2005. Mn–Ba–Hg mineralization at shallow submarine hydrothermal veins in Bahý´a Concepcio´n, Baja California Sur, Mexico. Chemical Geology, 224, 96– 112.
8. Cantrell, K.J. and Bryne R.H. 1987. Rare earth element complexation by carbonate and oxolate ions. Geochimica Cosmochimica Acta, 51, 597-605.

9. Constantopoulos, J., 1988. Fluid inclusion and REE geochemistry of fluorite from south central Idaho. Economic Geology, 83(3), 626–636.
10. Cooper, M A., Hawthorne F. C., García-Veigas, J., Alcobé, X., Helvaci, C., Grew, E. S. and Ball, N. A. 2015. Fontarnauite, (Na,K) 2 (Sr,Ca)(SO)[B58(OH)](H2O), A New Sulfate-Borate Mineral From Doğanlar (Emet), Kütahya Province, Western Anatolia, Turkey. Canadian Mineralogist, 53, 803-820
11. Çolak, M., Helvacı, C. and Maggetti, M., 2000. Saponite from the Emet Colemanite Mines, Kütahya, Turkey. Clays and Clay Minerals 48(4), 409-423.
12. Dündar, A., Güngör, N., Gürsel, T., Özden, M. ve Özyeğin, E. 1986. Kütahya-Emet Bor Tuzu Yatağı Nihai Değerlendirme Raporu, MTA Raporu, 151s (yayımlanmamış)
13. Erdem, N. İ., 2010. Emet-Hisarcık (Kütahya) Bor Yataklanmasını Oluşturan Bor Minerallerinin Dağılımları, Jeokimyası ve Oluşum Ortamlarının İncelenmesi, Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü., Kocaeli, Yüksek Lisans Tezi, 58s (yayımlanmamış)
14. Fleet, H.J., Henderson, P. and Kepme, D.D.C. 1976. Rare earth element and related chemistry of some drilled Southern Indian Ocean basalts and volcanogenic sediments. Journal of Geophysical Research (JGR) 81, 4257–4268.
15. Floyd, P.A., Helvacı, C. and Mittwede, S.K., 1997. Geochemical Discrimination of Volcanic Rocks Associated with Borate Deposits: an exploration tool? Journal of Geochemical Exploration, 60(3), 185–205.
16. Fee, J.A., Gaudette, H.E., Lyons, W.B. and Long, D.T. 1992. Rare earth element distribution in the Lake Tyrell groundwaters, Victoria, Australia. Chemical Geology, 96, 67-93.
17. Fu, X., Wang, J., Zeng, Y., Tan, F. and He, J., 2011. Geochemistry and origin of rare earth elements (REEs) in the Shengli River oil shale, northern Tibet, China. Chemie Der Erde-Geochemistry, 71(1), 21-30.
18. Gale G.H., Dabek L.B. and Fedikov, M.A.F., 1997. The application of rare earth element analyses in the exploration for volcanogenic massive sulphide deposites. Exploration and Mining Geology, 6(3), 233-252
19. García-Veigas, J., Rosell, L., Alcobé, X., Subias, I., Ortí, F., Gündoğan, I. and Helvacı, C., 2010a. Fontarnauite, a new sulphate-borate mineral from the Emet borate district (Turkey). Macla, 13, 97–98.
20. García-Veigas, J., Ortí, F., Rosell L, Gündoğan, I. and Helvacı, C., 2010b. Occurrence of a new sulphate mineral: Ca7Na3K(SO4)9 in the Emet borate deposits, western Anatolia (Turkey). Geological Quarterly, 54(4), 431–438.
21. García-Veigas, J., Ortí, F., Rosell L, Gündoğan, I. and Helvacı, C., 2011. Mineralogy, diagenesis and hydrochemical evolution in a probertite–glauberite–halite saline lake (Miocene, Emet Basin, Turkey). Chemical Geology, 280(3-4), 352–364.
22. Gawlik, J., 1956. Emet Kütahya Neojenindeki Borat Zuhuruna Ait Rapor, MTA Derleme Raporu, No:2479. (yayımlanmamış)
23. Graf, J.L.,1977. Rare earth elements as hydrothermal tracers during the formation of massive sulphide deposits in volcanic rocks, Economic Geology, 72(4), 527-548.
24. Habashi, F., 1997. Hanbook of Extractive Metallurgy. Wiley VCH. Weinheim. Germany. 2426p
25. Hatipoğlu, Z. N., 2010. Emet (Kütahya) Borat Havzası Volkanosedimanter Çökellerinin Mineralojisi ve Jeokimyası. Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. Ankara, Yüksek Lisans Tezi, 115s (yayımlanmamış) Helvacı, C. ve Firman, R.J., 1977. Emet Borat Yataklarının Jeolojik Konumu ve Mineralojisi. Jeoloji Mühendisliği Dergisi, 2, 17-29.
26. Helvacı, C. 1984. Occurrence of rare borate minerals: Veatchite-A, Tunellite, Teruggite and Cahnite in the Emet Borate Deposit, Turkey. Mineralium Deposita, 19 (3), 217-226.
27. Helvacı, C. and Orti, F. 1998. Sedimantology and diagenesis of Miocene colemanite-ulexite deposits (western Anatolia, Turkey). Journal of Sedimentary Research, 68(5),1021-1033.
28. Helvacı, C. 2003. Türkiye Borat Yatakları. Jeolojik Konumu, Ekonomik Önemi ve Bor Politikası. BAÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi. 5(1) 4-41.
29. Helvacı, C. 2004. Türkiye Borat Yatakları. Jeolojik Konumu, Ekonomik Önemi ve Bor Politikası. 5. Endüstriyel Hammaddeler Sempozyumu, 13-14 Mayıs, İzmir, Türkiye, s.11-27.
30. Helvacı, C. 2015a. Geological Features of Neogene Basins Hosting Borate Deposits: An Overview of Deposits and Future Forecast, Turkey. Bulletin of the Mineral Research and Exploration, 151, 173219.
31. Helvacı, C. 2015b. Revıew of The Occurrence of Two New Mınerals in The Emet Borate Deposıt, Turkey: Emetite, Ca 7 Na3K(SO, and Fontarnauite, Na2Sr(SO4)[B5O84)(OH)](H. Bulletin of the Mineral Research and Exploration, 151, 273-287.
32. Henderson, P. 1984. Rare Earth Element Geochemistry. Devolopments in Geochemistry. Elsevier, Amsterdam, pp 317-347.
33. İlhan, A. 2006. Emet ve Hisarcık (Kütahya) Civarı Bor Yataklarının Mineralojik ve Jeokimyasal İncelenmesi. Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. Ankara, Yüksek Lisans Tezi, 88s. (yayımlanmamış)
34. İnan, K. 1975. Sulu Bor Mineral Yataklarının Oluşumu, Türkiye Jeoloji Bülteni, 18(1-2), 165-168.
35. Johannesson, K.H., Lyons, W.B., Yelken, M.A., Gaudette, H.E. and Stetzenbach, K.J. 1996. Geochemistry of rare earth elements in hypersaline and dilute acidic natural terrestrial waters: Complexation behaviour and middle rare earth element enrichment. Chem. Geol., 133, 125-144.
36. Kamber B.S. and Webb G.E. 2001. The geochemistry of late Archaean microbial carbonate: implications for ocean chemistry and continental erosion history. Geochimica Cosmochimica Acta, 65(15):2509–2525
37. Kato, Y. and Isozaki, Y., 2009.　Comment on “Evaluation of palaeo-oxygenation of the ocean bottom cross the Permian-Triassic boundary” by Kakuwa (2008): Was the Late Permian deep-superocean really oxic? Global and Planetary Change, 69(1-2), 79-81.
38. Koç, Ş., Kavrazlı, and Ö., Koçak, İ., 2008a. Geochemistry of colemanite deposit of Kestelek, Bursa, Turkey. 33rd. International Geological Congress, August 6-14th, Oslo, Norway, Abstracts MRB-01 (http://www.cprm.gov.br/33IGC/1352424.html).
39. Koç, Ş., Koçak, İ. and Kavrazlı, Ö., 2008b. Trace Elements Concentrations of Colemanite in Kestelek Borate Deposit. 16th International Symposium on Boron, Borides and Related Materials, Matsue, Shimane, Japan, September 7-12, p.57-58.
40. Koç, Ş., Kavrazlı, Ö. and Koçak, İ., 2017. Geochemistry of Kestelek Colemanite Deposit, Bursa, Turkey. Journal of Earth Science, 28 (1), 63-77
41. Koçak, İ., 2014. Batı Anadolu Borat Yataklarının Jeokimyasal İncelenmesi. Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. Ankara, Doktora Tezi, 318s. (yayımlanmamış)
42. Koçak, İ. and Koç, Ş., 2009. Trace element enrichment of Bigadiç Borates deposits, Balikesir, Turkiye. Goldschmidt Conference Abstracts 2009, June 22-26th, Davos, Switzerland. Geochimica Cosmochimica Acta, 73 (13), 671
43. Koçak, İ. and Koç, Ş., 2011. Trace Element Contents of Bigadiç and Kestelek Borate Deposits. 17th International Symposium on Boron Borides and Related Materials September 11-17, İstanbul, Turkey, p.232
44. Koçak, İ. and Koç, Ş., 2012a. Major and Trace Element Geochemistry of the Bigadiç Borate Deposit, Balikesir, Turkey. Geochemistry İnternational, 50 (11), 926–951
45. Koçak, İ. ve Koç, Ş. 2012b. Kırka Borat Yatağında Zenginleşen Eser Elementler. V. Ulusal Jeokimya Sempozyumu, Bildiriler ve Özetler Kitabı, 23-25 Mayıs, Denizli, s.43-44.
46. Koçak, İ. and Koç, Ş., 2016. Geochemical characteristics of Kırka (Sarıkaya) borate deposit, northwestern Anatolia, Turkey. Journal of Earth System Science, 125 (1), p.147-164
47. Krauskopf, K.B., 1989. Introduction to Geochemistry. McGrow-Hill international editions, 617p.
48. Michard A. and Alberede F., 1986. The REE content of some hydrothermal fluids. Chemical Geology, 55, (1–2), 51–60.
49. McLennan, S.M., 1989. Rare Earth Elements in Sedimentary Rocks Influence of Provenance and Sedimentary Processes. Chapter in: Geochemistry and Mineralogy of Rare Earth Elements. B. R. Lipin and G.A. Mckay (Eds). Book Crafters, Michigan, 348 pp.
50. Nonce, W.B. and Taylor, S.R. 1977. Rare earth patterns and crustal evoluation. II. Archean Sedimentary Rocks from Kalgoorlie, Australia. Geochimica Cosmochimica Acta, 41(2), 225-231.
51. Nozaki Y., Zhang J. and Amakawa H. 1997. The fractionation between Y and Ho in the marine environment. Earth and Planetary Science Letters, 148, 329–340.
52. Özkul, C. 2008. Emet (Kütahya) Neojen Havzası Bor Prospeksiyonu: Hedef Saptamada Jeokimyasal Yöntem Geliştirme, Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü. Kocaeli, Doktora Tezi, 158s. (yayımlanmamış)
53. Özkul C., Çiftçi, E., Tokel, S., and Savaş M., 2017. Boron as an exploration tool for Terrestrial Borate Deposits: A soil geochemical study in Neogene Emet-Hisarcık Basin Where the World Largest Borate Deposits Occur (Kütahya Western Turkey). Journal of Geochemical Exploration, 173, 31–51
54. Özpeker, İ. 1969. Batı Anadolu Borat Yataklarının Mukayeseli Jenetik Etüdü, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü. Doktora Tezi, İstanbul, 116s. (yayımlanmamış)
55. Sant’Anna, L.G., Clauer, N., Cordani, U.G., Riccomini, C., Velázquez, V.F. and Liewig, N. 2005. Origin and migration timing of hydrothermal fluids in sedimentary rocks of the Paraná Basin, South America. Chemical Geology, pp., 1-21. Schroll, E., 1975. Analytische Geochemie. Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart, 292p.
56. Sverjensky, D. A., 1984, Europium redox equilibria in aqueous solution. Earth Planet Science Lettters, 67(1), 70-78.
57. Şahinci, A. 1991. Doğal Suların Jeokimyası, Reform Matbaası, 548s, İzmir.
58. Şaşmaz A., Türkyılmaz, B., Öztürk, N., Yavuz, C. and Kumral, M., 2014. Geology and Geochemistry of Middle Eocene Maden Complex Ferromanganese Deposits from Elazığ-Malatya Region, Eastern, Turkey. Ore Geology Reviews, 56, 352-372.
59. Taylor, S.R. and McLennan, S.M., 1985. The Continental Crust: Its Composition and Evolution. Blackwell, Oxford, 312 p.
60. Usui, A. and Mita, N., 1995. Geochemistry and mineralogy of a modern buserite deposit from a hot spring in Hokkaido, Japan. Clay and Clays Minerals, 43(1), 116–127.
61. Weill, D.F. and Drake, M.J. 1973. Europium Anomaly in Plagioclase Feldspar: Experimental Results and Semi quantitative Model. Science, 180 (4090), 1059–1060.
62. Wright, J., Schrader, H. and Holser, W.T. 1987. Paletedox variations in ancient oceans recorded by rare earth elements in fossil apatite. Geochim. Cosmochim. Acta, 51(3), 631-644.
63. Yalçın, H. 1984. Emet Neojen Gölsel Baseninin Jeolojik ve Mineralojik-Petrografik İncelenmesi, Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. Ankara, Yüksek Mühendislik Tezi, 198 s (yayımlanmamış)
64. Yalçın, H., Semelin, B. ve Gündoğdu, M.N. 1985. Emet gölsel Neojen baseninin jeolojik incelenmesi (Hisarcık güneyi). H. Ü. Yerbilimleri Dergisi, 12, 39 -52.
65. Yalçın, H., Gündoğdu, M.N. 1985. Emet gölsel Neojen baseninin kil mineralojisi. II. Ulusal Kil Sempozyumu, H.Ü. Beytepe-Ankara, 24-27 Eylül, Bildiriler Kitabı (Eds. M.N. Gündoğdu ve H. Aksoy), 155-170.
66. Yalçın, H. ve Gündoğdu, M. N., 1987. Neojen yaşlı Emet gölsel volkanosedimanter baseninin mineralojik petrografik incelenmesi: Neoformasyon minerallerinin oluşumu ve dağılımı. H.Ü. Yerbilimleri Dergisi, 14, 45 -61.