TARİHİ YAPILARDA MİNERALOJİK, PETROGRAFİK VE JEOTEKNİK ÇALIŞMALARIN ÖNEMİ: BİTLİS KALESİ ÖRNEĞİ (BİTLİS-DOĞU ANADOLU)

Öz

Tüf, ignimbirit gibi doğal taşlar düşük yoğunlukları, yüksek dayanımları, kolaylıkla şekillendirilebilmeleri ve mükemmel yalıtım özelliklerine sahip olmaları nedeniyle dünyanın birçok yerinde yapıtaşı olarak kullanılmaktadır. Ülkemiz Üst Miyosen - Pliyosen dönemlerinde oluşmuş, kaynaklaşmış ve kaynaklaşmamış özellikte ignimbirit yüzeylenmelerine ev sahipliği yapmaktadır. Bu ignimbiritler Anadolu Selçukluları ve Osmanlı dönemi tarihi yapılarında yaygın olarak kullanılmıştır. Bitlis ignimbiriti Özdemir (2003), Karaoğlu vd (2005) ve Özdemir vd (2006) tarafından “Nemrut ignimbiriti” olarak adlandırılmıştır. Bu makalede, Bitlis vadisi içerisinde, Bitlis ili ve çevresinde tip yayılım gösteren, oldukça iyi kaynaklaşmış ignimbirit Bitlis ignimbiriti adı altında çalışılmıştır. Bitlis ignimbiriti taban, orta ve tavan olmak üzere üç farklı seviyeden oluşmaktadır. En altta siyah, siyahımsı kahverengi renkli, camsı yapıda, oldukça iyi kaynaklaşmış taban seviyesi bulunur. Taban seviyesinin üzerinde kırmızımsı pembe-bordo renkli, orta-iyi derecede kaynaklaşmış orta seviye yer almaktadır. En üstte grimsi pembemsi renkli, daha az kaynaklaşmış, bol miktarda kayaç parçaları içeren tavan seviyesi bulunmaktadır. Mineralojik olarak Bitlis ignimbiriti sanidin + plajiyoklaz + piroksen + opak mineral ve daha az oranda anortoklaz’dan oluşan mineral bileşimine sahiptir. Makro ve mikro ölçeğinde dokusal olarak taban, orta ve tavan arasında belirgin bir farklılık bulunmaktadır. Bitlis ignimbiritinin taban seviyesi örneklerinde ötaksitik ve kalıntı perlitik doku hakim olmakla birlikte, bu seviye orta ve tavan seviyelere göre daha kompakt yapıdadır. Taban ve orta seviye örneklerinde yassılaşmış pomza parçaları (fiamme) ve volkanik cam parçalarının (shard) oranları tavan seviyesi örneklerine göre daha fazladır. Kimyasal analizleri sonuçlarına göre Bitlis ignimbiriti örneklerinin bazı ayrışma indeks değerleri hesaplanmıştır. Buna göre taban seviyeden tavan seviyesine doğru Ruxton oranı, Parker ayrışma indeksi ve Yeniden uyarlanmış potansiyel ayrışma indeksi değerleri artarken, Vogt oranı, Kimyasal alterasyon indeksi, Kimyasal ayrışma indeksi ve kızdırma kaybı değerlerinin azalma gösterdiği belirlenmiştir. Yapıtaşlarını kullanım alanlarına göre sınıflandırabilmek için fiziko-mekanik özelliklerinin bilinmesi gerekmektedir. Bitlis ignimbiriti düşük yoğunluklu olup, yoğunluk değerleri taban, orta ve tavan seviye örneklerinde sırasıyla 2.31, 1.88 ve 1.63 g/cm3 olarak belirlenmiştir. Gözeneklilik değerlerinin taban seviyeden tavan seviyeye doğru artış gösterdiği ve sırasıyla % 3.97, 19.11 ve 30.3 arasında değiştiği belirlenmiştir. Bitlis ignimbiritinin zayıf-orta derecede dayanımlı olup, tek eksenli sıkışma dayanımları tabandan üst seviyeye doğru sırasıyla 41.12, 25.03 ve 15.85 MPa olarak belirlenmiştir. Suda dağılmaya karşı duraylılık indeks değerleri yüksekten çok yükseğe kadar değişim göstermekte olup, taban seviye için % 98.34, orta seviye için % 98.30 ve tavan seviye için % 97.50 olarak belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• İgnimbirit, Doğu Anadolu, Bitlis Kalesi, Kimyasal Ayrışma İndisleri, Mekanik - Fiziksel Parametreler

The Importance of Mineralogical, Petrographic and Geotechnical Studies in Historical Heritage: The Bitlis Castle Case (Bitlis-Eastern Anatolia)

Öz

Natural stones such as tuff and ignimbrites are used extensively in many parts of the world as building materials because of light weight, strong, soft enough to be easily given form to useful blocks and perfect insulating properties. Turkey widely hosted welded and non-welded ignimbrites that formed during the Upper Miocene and the Pliocene times. They have been commonly used in historical building which had been built in the Anatolian Selçuklu and Ottoman empires times. The Bitlis ignimbrite is named by Özdemir (2003), Karaoğlu et al (2005) and Özdemir et al (2006) as “Nemrut ignimbrite”. In this paper, we approved that the most densely welded ignimbrite crops out typically along Bitlis valley and the vicinity of Bitlis city leding to use this ignimbrite as the Bitlis Ignimbrite. The Bitlis ignimbrite can be divided into three levels these are lower (LL), middle (ML) and upper (UL). The lower level (LL) shows black to blackish brown and glassy well-welded structure. Moderately welded middle level (ML) is reddish pink colour and has high amount of fiammes. The upper level (UL) of the ignimbrite has grey to greyish pink, weakly welded and rock fragments with different composition. The mineralogical composition of Bitlis ignimbrite is composed of sanidine + plagioclase + pyroxene + opaque minerals and less amount of anorthoclase. Each levels of Bitlis ignimbrite have clear differences in terms of macroscopic and microscopic views. Eutaxitic and relict perlitic texture is dominant in LL samples and this level has more compact structure than ML and UL. The amount of flattened pumice fragments and volcanic glass shards in LL and ML are more abundant than UL. Some chemical indices used for the characterization of the degree of weathering in Bitlis ignimbrite are calculated based on chemical analyses results. From LL to UL, there is an increase of Ruxton Ratio, Weathering Index of Parker and Modified Weathering Potential Index values, whereas a decrease can be observed for Vogt’s Residual Index, Chemical Alteration Index, Alumina to Calcium-Sodium Oxide Ratio and Loss on Ignition values. Building stones can be classified according to their mineralogy, mechanical and physical properties and processing types. Mechanical and physical properties are more significant depending on the stones practice aim. Bitlis ignimbrites are of low density 2.31, 1.88 and 1.63 g/cm3 for LL, ML and UL respectively they also have high porosity ranging between 3.97, 19.11 and 30.3 (%) for LL, ML and UL respectively. Strength of Bitlis ignimbrites are very weak to moderate in compression, 41.12, 25.03 and 15.85 MPa for LL, ML and UL respectively. Slake durability index ranges from high to very high, 98.34 for LL, 98.30 for ML and 97.50 for UL.

Anahtar Kelimeler

• Ignimbrite, East Anatolia, Bitlis Castle, Chemical Weathering Indices, Mechanic-Physical parameters

Kaynakça

1. Aydan, Ö. and Ulusay, R. 2003, Geothecnical and geoenviromental characteristics of man-made underground structures in Cappadocia-Turkey. Engineering Geology, 245-272pp
2. Aydar, E., Gourgaud, A., Ulusoy, I., Digonnet, F., Labazuy, P., Şen, E., Bayhan, H., Kurttaş¸, T., Tolluoğlu, A.Ü. 2003, Morphological analysis of active Mount Nemrut stratovolcano, eastern
3. Turkey: evidences and possible impact areas of future eruption. Journal of Volcanology and Geothermal Research 123, 301–312.
4. Binal, A., Kasapoğlu, K.E., Gökçeoğlu, C. 1998, Eskişehir-Yazılıkaya çevresinde yüzeylenen volkanosedimanter kayaçların donma-çözünme etkisi altında bazı fiziksel ve mekanik parametrelerinin değişimi, Yerbilimleri, 20, 41-54.
5. Binal, A. 2009a, Prediction of mechanical properties of non-welded and moderately welded ignimbrite using physical properties, ultrasonic pulse velocity, and point load index tests. Q J Eng Geo and Hydro., 42,107-122.
6. Binal, A. 2009b, A new laboratory rock test based on freeze–thaw using a steel chamber Q J Eng Geo and Hydro., 42,179-198.
7. Boray, A. 1975, Bitlis dolayının yapısı ve metamorfizması. Türkiye Jeoloji Kur. Bült., 18, 81-84.
8. Bozkurt, E. 2001, Neotectonics of Turkey–a synthesis. Geodinamica Acta, vol.14, p.3-30.

9. Buket, E. and Temel, A. 1998, Major-element, trace-element, and Sr–Nd isotopic geochemistry and genesis of Varto_Mus¸/volcanic rocks, Eastern Turkey. Journal of Volcanology and Geothermal Research 85, 405-422.
10. Cas, R.A.F. and Wright, J.V. 1988, Volcanic Succession Modern and Ancient. Unwin Hyman Ltd., 528 p. London.
11. Çağlayan, M.A., İnal, R.N., Şengün, M. and Yurtsever, A. 1983, Structural setting of Bitlis Masif. Tekeli O. and Göncüoğlu, C. eds., Geology of the Taurus belt International symposium, 245-254.
12. Demirtaşlı, E. ve Pisoni, C. 1965, Ahlat - Adilcevaz bölgesinin jeolojisi (Van Gölü kuzeyi), Maden Tetkik ve Arama Enstitüsü Dergisi, 64, 22 - 35.
13. Dewey, J.S., Hempton, W.R., Kidd, W.S., Şaroğlu, F. and Şengör, A.M.C. 1986, Shortening of Continental lithosphere: the neotectonics of Eastern Anatolian-a young collision zone: Coward Ries, eds., Collision Tectonics da., Geological Society Special Publication, 19, 3-36.
14. Ercan, T., Fujitani, T., Matsuda, J.I., Notsu, K., Tokel, S., Ui, T., 1990, Doğu ve Güneydoğu Anadolu Neojen-Kuvaterner volkaniklerine ilişkin yeni jeokimyasal, radyometrik ve izotopik verilerin yorumu. MTA Dergisi 110, 143-164.
15. Fisher, V.R. and Schmincke, H.U. 1984, Pyroclastic Rocks. Springer Verlag, 471 p., Berlin-Germany. Gamble, J. C. 1971, Durability-plasticity classification of shales and other agrillaceoues rocks. Ph.D. thesis, University of Illinois
16. Göncüoğlu, M. C. ve Turhan, N., 1985, Bitlis Metamorfik kuşağı orta bölümünün temel jeolojisi. MTA Rapor No. 7707 (yayımlanmamış).
17. Harnois, L. 1988, The CIW index: a new Chemical Index of Weathering. Sedimentary Geology, 55, 319-322.
18. ISRM, 1981, Rock Characterisation. Testing and Monitoring, Edt. Brown, E.T., Pergamon Pres, Oxford, 211pp.
19. ISRM, 2007, The complete ISRM suggested methods for rock characterization, testing and monitoring: 1974–2006. In: Ulusay R, Hudson JA (eds) Suggested methods prepared by the commission on testing methods, ISRM, Compilation arranged by the ISRM Turkish National Group, Kozan ofset, Ankara
20. Karaoğlu, Ö., Özdemir, Y., Tolluoğlu, A.Ü., Karabıyıkoğlu, M., Köse, O., Froger, J.F. 2005, Stratigraphy of the volcanic products around Nemrut Caldera: implications for reconstruction of the caldera formation. Turkish Journal of Earth Sciences, 14, 123-143.
21. Ketin, I. 1977, Van Gölü ile Iran sınırı arasındaki bölgede yapılan jeoloji gözlemlerinin sonuçları hakkında kısa bir açıklama, Türk. Jeol. Kur. Bült., 20, 79-85.
22. Korkanç, M. 2007, The Effect of geomechanical properties of ignimbrites on their usage as building stone: Nevsehir Stone (in Turkish). Chamber of Geological Engineering of Turkey Geo Eng J, 31(1),40-49.
23. Moon, V. G. 1993a, Microstructural controls on the geomechanical behaviour of ignimbrite. Engineering Geology, 35(1/2),19-31
24. Moon, V.G. 1993b, Geotechnical characteristics of ignimbrite: A soft pyroclastic rock type. Engineering Geology 35,33-48
25. NBG, 1985, Norwegian Rock Mechanics Group: Handbook in engineering geology - rock. (in Norwegian) Tapir, Trondheim, Norway, 1985, 140 pp.
26. Nesbitt, H.W., Young, G.M. 1982, Early Proterozoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of lutites. Nature 299, 715-717.
27. Öner, F., Türkmen, S., Özbek, A and Karakaya, T., 2006. Engineering properties of Hinis Ignimbrites (Erzurum, Turkey) and their usability as a building stone. Environmental Geology, 50,275-284
28. Özdemir, Y., Karaoğlu, Ö., Tolluoğlu, A.Ü. and Güleç, N. 2006, Volcanostratigraphy and petrogenesis of the Nemrut stratovolcano (East Anatolian High Plateau): the most recent postcollisional volcanism in Turkey. Chemical Geology, 226, 189-211.
29. Parker, A. 1970, An index of weathering for silicate rocks. Geol. Mag. 107, 501-504.
30. Perinçek, D. 1980, Bitlis metamorfiklerinde volkanitli Triyas. Türkiye Jeoloji Kur. Bült., 23, 201-212.
31. Perinçek, D. ve Özkaya, İ. 1981, Arabistan levhası kuzey kenarının tektonik evrimi, Yerbilimleri, 8, 91-101.
32. Reiche, P., 1943, Graphic representation of chemical weathering. J. Sediment. Petrol. 13, 58-68.
33. Roaldset, E. 1972, Mineralogy and geochemistry of Quaternary clays in the Nuinedal Area, southern Norway. Norsk Geolisk Tidsskrift 52, 335-369.
34. Ruxton, B.P. 1968, Measures of the degree of chemical weathering of rocks. J. Geol. 76, 518-527.
35. Şaroğlu, F. ve Güner, Y. 1981, Doğu Anadolu'nun jeomorfolojik gelişimine etki eden öğeler: Jeomorfoloji, tektonik, volkanizma ilişkileri, TJK Bült., 24, 39-50.
36. Şaroğlu, F. ve Yılmaz, Y. 1984, Doğu Anadolu'nun neotektoniği ve ilgili magmatizması: Ketin Simpozyumu bildirileri, 149-162.
37. Şaroğlu, F. ve Yılmaz, Y. 1986, Doğu Anadolu'da neotektonik dönemdeki jeolojik evrim ve havza modelleri, MTA Derg., 107, 73-94, Ankara.
38. Şengör, A.M.C. 1979, The North Anatolian transform fault: its age, offset and tectonic significance, Jour. Geol. Soc., 136, 269-282, London.
39. Şengör, A.M.C. 1980, Türkiyenin Neotektoniğinin Esasları, TJK konferans dizisi, 40s. Ankara.
40. Şengör, A.M.C. and Kidd, W.S.F. 1979, Post-collisional tectonics of the Turkish-Iranian plateau and a comparison with Tibet. Tectonophysics, 55, 361-376.
41. Şengör, A.M.C., Görür, N. and Şaroğlu, F. 1985, Strike slip faulting, and related basin formation in zones of tectonic escape: Turkey as a case study; Strike-slip deformation, basin formation and sedimentation, Biddle and Christie-Blick, edt., Society of Economic Paleontologists and Mineralogists Special Publication, 37, 227-264.
42. Şimşek, O. ve Erdal, M. 2004, Ahlat taşının (ignimbirit) bazı mekanik ve fiziksel özeliklerinin araştırılması. G.Ü. Fen Bilimleri Dergisi, 17(4), 71-78.
43. Topal, T. and Doyuran, V. 1997, Engineering geological properties and durability assesment of the Cappadocia Tuff. Engineering Geology, 175-187pp
44. Türkecan, A. 1991, Muş yöresindeki pliyosen yaşlı volkanitlerin petrolojisi. MTA Dergisi, 112, 85-101.
45. Ulusoy, İ., Labazuy, P., Aydar, E., Ersoy, O. and Çubukçu, E. 2008, Structure of the Nemrut caldera (Eastern Anatolia, Turkey) and associated hydrothermal fluid circulation. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 174, 269-283.
46. Vogt, T. 1927, Sulitjelmafeltets geologiog petrografi. Norges Geologiske Undersokelse 121, 1-560 (in Norwegian, with English abstract).
47. Yılmaz, Y., Dilek, Y. ve Işık, H. 1981, Gevaş (Van) ofiyolitinin jeolojisi ve sinkinematik bir makaslama zonu: TJK Bült., 24/1, 37-44.