Geology, mineralogy and depositional setting of the Beypazarı Trona (Natural Soda) Deposit (Ankara, Türkiye)

Öz

The Beypazarı district is a large area of volcano-sedimentary rocks in the interior of central Anatolia, situated ~100 km northwest of Ankara. Trona, lignite, and bituminous shale occur in the lower part, and Na-sulfate and gypsum occur in the upper part of the sedimentary sequence of the Miocene Beypazarı basin. The Neogene Beypazarı Basin extends in an east-west direction from Beypazarı to Nallıhan and consists of a sedimentary sequence of up to 1200 m total thickness. The pre-Neogene basement rock assemblages of the Pontides limits the basin to the north. The Central Sakarya Region consisting of ultrabasic, granitic and metamorphic rocks bounds the basin to the south. The trona deposit, located 250–300 m below the surface, was discovered incidentally in the summer of 1982 by the General Directorate of Mineral Research and Exploration (MTA) while carrying out a drilling project on lignite deposits. An extensive exploratory drilling program was undertaken by MTA during the period 1983–1985 on behalf of Etibank. Proven trona reserves are 210 million metric tons, and total reserves are estimated to be 240 million metric tons. The Beypazarı trona deposit is the world’s second largest trona deposit after the Green River deposit, Wyoming, USA. In addition, there are ~400 million metric tons of lignite, 340 million metric tons of bituminous shale, and 1 million metric tons of Na-sulfate in the Beypazarı Basin. The trona deposit located north of Zaviye village is associated with shale in the lower part of the Hırka Formation and alternates with bituminous shale and claystones. Based on borehole data, it is estimated that the areal extent of the trona deposit is ~8 km2. The trona beds were deposited as two lens-like bodies within a 70–100 m thick zone in the lower part of the shale unit. A total of 33 trona beds are known: 16 in the lower trona lens and 17 in the upper lens. The total thickness of the lower trona horizon ranges from 40 to 60 m, and the total thickness of the upper trona horizon is ~40 m. The interval between the lower and the upper trona horizons varies from 30 m to 35 m. The central part of the trona deposit is generally thicker than the marginal parts, and the trona beds grade laterally into dolomitic mudstones and claystones toward the edges of the basin. The total thickness of the trona beds in both lenses varies between 21 and 34 m in the central parts, and 2.5 and 12 m in the marginal parts of the ore bodies. The common thickness of the individual trona beds in both trona horizons ranges from 0.4 m to 2 m. The isopach contours of both trona horizons are restricted by the Zaviye fault. The principal sodium-carbonate minerals are trona and minor nahcolite occurring in the marginal parts of the trona deposits, and trace amounts of pirssonite and thermonatrite occur locally. Trona and dolomite are associated throughout the trona zone. Calcite, zeolites, feldspars, and clays are the most common minerals within the rocks associated with the trona deposit. Trona crystals, generally white and occasionally grayish due to the presence of impurities, formed as massive crystals and as disseminated crystals in the claystone and shales. The products of zeolitization, dolomitization, and chloritization are rather widespread within the rock units associated with trona. The Beypazarı Basin was affected by an extensional tectonic regime during the Middle-Late Miocene period. This extensional regime converted to a unidirectional compressional regime during the Late Miocene–Early Pliocene period. The sediments associated with the trona, lignite, and bituminous-shale deposits formed in fluvial, lacustrine, and playa-lake (perennial and ephemeral) environments. The Beypazarı Basin is mainly filled by clastic materials and the penecontemporaneous products of adjacent volcanic activity, centered northeast of the basin. The most likely sources of Na for the formation of trona and other sodium-carbonate salts were thermal springs, tuffs interbedded with the sediments, and extensive Neogene volcanic rocks interfingering with sedimentary rocks in the northeastern part of the basin.

Anahtar Kelimeler

• Trona
• Beypazarı deposit
• Associated rock units
• Tectonics
• Turkey

Beypazarı Trona (Doğal Soda) Sahasının Jeolojisi, Mineralojisi ve Depolanma Ortamı, Ankara, Türkiye / Geology, mineralogy and depositional setting of the Beypazarı Trona (Natural Soda) Deposit (Ankara, Türkiye)

Öz

Beypazarı Neojen Havzası, Beypazarı'ndan Nallıhan'a kadar doğu-batı doğrultusunda uzanan ve toplam kalınlığı 1200 m'ye varan bir tortul istiften oluşmaktadır. Pontidlerin Neojen öncesi temel kaya toplulukları havzayı kuzeye doğru sınırlamaktadır. Ultrabazik, granitik ve metamorfiklerden oluşan orta Sakarya Masifi havzayı güneyde sınırlar. Beypazarı ilçesi, Orta Anadolu'nun iç kesimlerinde, Ankara'nın ~100 km kuzeybatısında yer alan geniş bir volkano-sedimanter kaya topluluğunu kapsar. Beypazarı Miyosen havzasının sedimanter istifinin alt kısmında trona, linyit ve bitümlü şeyl; üst kısmında ise Na-sülfat ve jips bulunur. Beypazarı-Çayırhan bölgesinde, yaşları Orta ve Geç Miyosen arasında değişen, ~1200 m kalınlığında bir sedimanter istif yüzeylemektedir. Miyosen istifi, açısal bir uyumsuzluk boyunca temel kayalar üzerine oturur; temel kayalar Paleozoyik ile Eosen arasında değişen metamorfik, ofiyolitik, karbonat ve kırıntılı kayalardan oluşur. Beypazarı Neojen havzası esas olarak flüvyal, gölsel ve volkano-sedimanter kayalar ile kaplıdır. Miyosen istifi, Teke volkanikleri haricinde yedi sedimanter formasyona ayrılmıştır. Bu tortul kaya birimleri sırasıyla Çoraklar, Hırka, Akpınar, Çayırhan, Bozbelen ve Kirmir formasyonları ile Sarıyar Kireçtaşı'dır. Tersiyer volkanik kayaları havzanın kuzeydoğu kesiminde Beypazarı ve Kızılcahamam bölgeleri arasında dağılım göstermektedir. Neojen öncesi tortul kayalar Neojen havzasını batıdan sınırlar ve yaşları Paleosen'den Eosen'e kadar değişir. Zaviye köyünün kuzeyinde yer alan trona yatağı, Hırka Formasyonu'nun alt kısmındaki şeyllerle ilişkilidir ve bitümlü şeyl ile kiltaşlarıyla ardalanmalıdır. Sondaj verilerine dayanarak, trona yatağının alansal genişliğinin ~8 km2 olduğu tahmin edilmektedir. Trona yatakları, şeyl biriminin alt kısmında 70-100 m kalınlığında bir zon içinde, iki merceksel gövde olarak çökelmiştir. Alt trona merceğinde 16 ve üst mercekte 17 olmak üzere toplam 33 trona yatağı bilinmektedir. Alt trona horizonunun toplam kalınlığı 40 ila 60 m arasında değişmektedir ve üst trona horizonunun toplam kalınlığı ~40 m'dir. Alt ve üst trona horizonları arasındaki zon 30 m ile 35 m arasında değişmektedir. Trona yatağının orta kısmı genellikle kenar kesimlerine göre daha kalındır ve trona yatakları havzanın kenarlarına doğru yanal olarak dolomitik çamurtaşları ve kiltaşlarına merceksel olarak kamalanır. Her iki mercekte de trona yataklarının toplam kalınlığı orta kısımlarda 21 ila 34 m, cevher kütlelerinin kenar kesimlerinde ise 2,5 ila 12 m arasında değişmektedir. Her iki trona horizonundaki tekil trona yataklarının kalınlığı yaygın olarak 0,4 m ile 2 m arasında değişmektedir. Her iki trona horizonunun izopak konturları Zaviye fayı tarafından sınırlandırılmıştır. Ana sodyum-karbonat mineralleri tronadır, daha az oranda trona yataklarının kenar kesimlerinde oluşan nahkolit ve yersel olarak oluşan eser miktardaki pirsonit ve termonatrittir. Trona ve dolomit, trona zonu boyunca birbiriyle ilişkilidir. Kalsit, zeolitler, feldispatlar ve killer; trona yatağının ilişkili kayaları içinde en yaygın minerallerdir. Genellikle beyaz ve bazen de safsızlıkların varlığından dolayı grimsi olan trona kristalleri, kiltaşı ve şeyllerde masif ve dissemine kristaller olarak oluşmuştur. Zeolitleşme, dolomitleşme ve kloritleşme ürünleri trona ile ilişkili kaya birimlerinde oldukça yaygındır. Beypazarı havzası, Orta-Geç Miyosen döneminde genişlemeli bir tektonik rejimin etkisi altında kalmıştır. Bu genişleme rejimi, Geç Miyosen-Erken Pliyosen döneminde tek yönlü bir sıkışma rejimine dönüşmüştür. Trona, linyit ve bitümlü-şeyl çökelleri ile ilişkili tortullar flüvyal, gölsel ve playa-gölü (kalıcı ve geçici) ortamlarda oluşmuştur. Beypazarı havzası esas olarak kırıntılı malzemeler ve havzanın kuzeydoğusunda yoğunlaşan, bitişik volkanik faaliyetin yarı eşzamanlı ürünleri tarafından doldurulmuştur. Trona ve diğer sodyum-karbonat tuzlarının oluşumu için en olası Na kaynakları termal su kaynakları, tortullarla arakatmanlı tüfler ve havzanın kuzeydoğu kesimindeki tortul kaya arakatkılı geniş yayılımlı Neojen volkanik kayalardır.

Anahtar Kelimeler

• Trona
• Beypazarı yatağı
• İlişkili kaya birimleri
• Tektonik
• Türkiye

Kaynakça

1. Eugster, H. P. & Surdam, R. C. (1973). Depositional environment of the Green River Formation of Wyoming: a preliminary report. Geological Society of Bulletin, 84, 115-1120. https://doi.org/10.1130/0016-7606(1973)84%3C1115:DEOTGR%3E2.0.CO;2
2. Garcia-Veigas, J., Gündoğan, İ., Helvacı, C. & Prats, E. (2013). A genetic model for Na-carbonate mineral precipitation in the Miocene Beypazarı trona deposit, Ankara province, Turkey. Sedimentary Geology 294 (2013) 315–327. https://doi.org/10.1016/j.sedgeo.2013.06.011
3. Helvacı, C., İnci, U., Yılmaz, H. & Yağmurlu, F. (1989). Geology and Neogene trona deposit of the Beypazarı region, Turkey. Turkish Journal of Engineering and Environmental Sciences, 13 (2), 245–256.
4. Helvacı, C. (1998). The Beypazarı trona deposit, Ankara province, Turkey. in: Proceedings of the First International Soda Ash Conference. John R. Dyni & Richard W. Jones, (Eds.), Volume II. Wyoming State Geological Survey Public Information Circular 40, Laramie, 67-103.
5. Helvacı, C. (2010). Geology of the Beypazarı trona field, Ankara, Turkey. Mid-congress Field Exursion Guide Book. Tectonic Crossroads: Evolving Orogens of Eurasia-Africa-Arabia 4–8 October 2010, Ankara, Turkey.
6. Helvacı, C., Öztürk, Y. Y., Satır, M. & Shang, C. K. (2014). U-Pb zircon and K-Ar geochronology reveal the emplacement and cooling history of the Late Cretaceous Beypazarı granitoid, central Anatolia, Turkey. International Geology Review, 56(9), 1138–1155.
7. Helvaci, C. & Inci, U. (1989). Beypazari trona yatağının jeolojisi, mineralojisi jeokimyası ve yörenin trona potansiyeli (Proje No: TBAG-685). Türkiye Bilimsel ve Teknik Arastirma Kurumu. Temel Bilimleri Arastirma Grubu, 159 p.
8. İnci, U., Helvacı, C. &Yağmurlu, F. (1988). Stratigraphy of Beypazarı Neogene basin, Central Anatolia. Newsletters on Stratigraphy, 18(3), 165-182.

9. Ketin, I. (1966). Tectonic units of Anatolia (Asia Minor): Bulletin of the Mineral Research and Exploration (MTA Dergisi), 66, 23-34. https://doi.org/10.1127/nos/18/1988/165
10. Orti, F., Gündoğan, İ. & Helvacı, C. (2002). Sodium sulphate deposits of Neogene age: the Kirmir Formation, Beypazarı Basin, Turkey. Sedimentary Geology, vol. 146, p.305-333.
11. Öngur, T. (1977). Kizilcahamam GB'sinin volkanolojisi ve petrografi incelemesi: Türkiye Jeoloji Kurumu Bülteni (Türkiye Jeoloji Bülteni), 20(2), 1-12. https://jmo.org.tr/resimler/ekler/24ea4a4a067413b_ek.pdf
12. Saner, S. (1979). Explanation of the development of the Western Pontid Mountain an adjacent basins, based on platetectonic theoy, northwestern Turkey: Bulletin of the Mineral Research and Exploration (MTA Dergisi), 93, 1-20.
13. Yağmurlu, F., Helvacı, C., İnci, U. & Önal, M. (1988). Tectonic charateristics of structural evolution of the Beypazarı and Nallıhan Neogene Basin, Central Anatolia. METU Journal of Pure and Applied Science, 21 (1-3), 127-143.