Search

Bu çalışmada Çorum ili Dodurga ilçesinde yer alan Hançili Formasyonu bitümlü kayaçlarındaki element zenginleşmelerinin belirlenmesi ve kökensel incelenmesi araştırılmıştır. Element Analizleri ICP-ES (ICP emission spectrometry) ve ICP-MS (ICP mass spectrometry) teknikleri ile yapılmıştır. Kayaçlardaki organik karbon miktarları Rock-Eval VI cihazı ile analiz edilmiştir. Organik madde bakımından zengin 46 adet örnekte TOC% miktarları en düşük 0,61%wt, en yüksek 13,91%wt ve ortalama olarak 5,41%wt olarak tespit edilmiştir. Tespit edilen ana ve iz elementler dünya çapında anoksik ve oksik koşullarda depolandığı bilinen yedi farklı havzaya ait ana ve iz element değerleri ile kıyaslanmıştır. Bu tez kapsamında 46 tanesi bitümlü, 40 tanesi tüm kayaç olmak üzere incelenen örneklerde element zenginleşmeleri tespit edilmiştir. Miyosen Hançili Formasyonunda ortalama şeyle göre iz element zenginleşmelerinin Ag, As, Be, Bi, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, Sr ve V elementlerinde olduğu, ana element zenginleşmelerinin ise Si, Ti, Fe, Mg, Ca ve P elementlerinde olduğu tespit edilmiştir. Na, K, Ba, Pb, Rb, Sb, Tl, U, Zn ve Zr elementlerinde ise ortalama şeyle göre tüketilme tespit edilmiştir. Kökensel incelemeler sonucu örneklerin ortaç ve felsic kayaçlardan türediği sonucuna varılmıştır. Hançili Formation's bituminous rocks, which are located Çorum/Dodurga Area, were investigated in this thesis, about elemental enrichments and origin. Elemental analysis has been performed by ICP-ES (Inductively Coupled Plasma Emission Spectroscopy) and ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectroscopy) techniques. Organic carbon content in the bituminous rocks were analyzed by Rock-Eval IV device. TOC values of organic matter rich 46 sample is the lowest 0.61%wt, the highest 13.91%wt and average 5.41%wt. Determined major and trace elements are compared with the seven other areas which are accumulated under anoxic and oxic conditions in the worldwide. In this thesis elemental enrichment was detected in the samples, 46 of which were bituminous and 40 of which were hole rocks. The considerable trace and major element enrichment in Miocene Hançili Formation relative to the average shale are respectively in Ag, As, Bi, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, S, V and Si, Ti, Fe, Mg, Ca, P. Also consumption was determined relative to the average shale are Na, K, Ba, Pb, Rb, Sb, Tl, U, Zn ve Zr. The results of the provenans studies showed the samples were derived from felsic and intermediate rocks. 135

IV ÖZET Bu çalışma kapsamında Türkiye'nin en büyük linyit rezervine sahip Afşin- Elbistan Linyit havzasında yer alan Kışlaköy ve Çöllolar sektörlerine ait linyitlerin kısa kimyasal, petrografik, mineralojik ve element analizleri yapılmıştır. Linyit tabakası bol miktarda fosil kavkısı içermekte ve gidya ile ardalanmalı olarak Üst Miyosen-Pliyosen yaşlı Ahmetcik Formasyonu içerisinde yer almaktadır. Kışlaköy açık işletmesinde üretimi yapılan linyit, 4x340 MW kapasiteli Afşin- Elbistan termik santralında kullanılmaktadır. Açık işletmede linyit tabakasının ortalama kalınlığı 30 m civarındadır. Ancak bazı sondajlarda 80 m'ye kadar ulaşmaktadır. İşletilen linyit tabakasından 23 adet, toplam ondört adet sondajdan ise 63 adet linyit örneği alınmıştır. Bu örnekler üzerinde kısa kimyasal ve petrografik analizler, X-ışınları toz difraktometre (XRD) çekimleri, ICP-MS ve EDP-XRF yöntemleriyle element analizleri ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Sondaj örnekleri havada kuru bazda yüksek kül (%36) ve yüksek toplam kükürt içeriği (%3.9) ve düşük üst ısıl değerlerine (2776 kcal/kg) sahiptir. İşletilen linyit tabakasına ait orjinal bazda ortalama toplam nem içeriği ise %43 olarak saptanmıştır. İncelenen örneklerde mineral madde olarak çoğunlukla kalsit, kuvars, kil mineralleri, pirit, feldispat, aragonit, opal-CT ve jips tanımlanmıştır. Sondaj örneklerine ait kuru kömür bazında element analizi sonuçları dünya ortalama değerleriyle karşılaştırıldığında Cr (ort. 67 ppm), Mo (ort. 11 ppm) ve U (ort. 13 ppm) elementlerinin linyitlerde daha bol bulunduklarını göstermektedir. İşletilen linyit tabakasında da ortalama Cr, Mo ve U değerleri sırasıyla 105 ppm, 14 ppm ve 15 ppm olarak belirlenmiştir. Bu çalışmalarda Cr, Mo ve U içeren minerallere rastlanılmamıştır. Kül ile Mo ve U elementleri arasında negatif doğrulasal bir ilişki belirlenmiş ve bu elementlerin çoğunlukla organik maddeyle birlikte bulunabileceği düşünülmüştür. ABSTRACT This study presents the results of proximate, petrographic, mineralogical and element analyses of lignites in the samples from the Kışlaköy and Çöllolar area in the Afşin- Elbistan lignite basin, which has the largest lignite rezerves of Turkey. The lignite seam containing abundant gastropoda shells and alternating with gyttja occur in the Ahmetcik Formation of Upper Miocene-Pliocene age. The lignite bed is currently exploited in an open-cast mine in the Kışlaköy lignite field and supply feed coal to a power plant with 4x340 MW capacity. The mineable thickness of the lignite bed in this mine is about 30 m, but in some boreholes it reaches 80 m. thickness. Twenty-three samples from the working lignite bed and sixty-three core samples of the lignites from 14 boreholes were collected and studied using proximate and petrographic analysis, X-ray powder diffraction (XRD), inductively coupled plasma-mass spectrometer (ICP- MS), energy-dispersive polarisation X-ray fluorescence spectrometer (EDP-XRF) and scanning electron microscopy with energy-dispersive X-ray microanalysis (SEM-EDX) techniques. The borehole samples on an air-dried basis have high ash yields (36%), and high total sulfur contents (3.9%), and low calorific values (2776 kcal/kg). The samples show that the worked lignite bed, on an as-received basis, averages high moisture contents (43%). The mineral matter of the studied samples is mainly made up of calcite, quartz, clay minerals, pyrite, feldspar, aragonite, opal-CT and gypsum. The trace element analyses, on a whole-coal dry basis, indicate that most of the borehole samples showed enrichment in specific elements, including Cr (av. 67 ppm), Mo (av. 1 1 ppm) and U (av. 13 ppm) when compared to the range of these elements for most coals in the world. The contents of Cr, Mo and U for the samples from the worked lignite bed are respectively 105 ppm, 14 ppm and 15 ppm. No Cr, Mo U-bearing minerals have been detected during these studies. The Mo and U concentrations are negatively correlated with the ash yields, and these elements are probably contained mainly within organic matter. 172

IV ÖZET Bu tez çalışmasının amacı, Erciyes stratovolkanın'nın jeokimyasal evriminin ortaya konulmasıdır. Bu doğrultuda, volkanik ürünlerin 2400km2 gibi çok geniş alanlara yayılması nedeniyle, tüm volkano-stratigrafik birimleri temsil eden sistematik örnek alımına gidilmiştir. Seçilmiş örnekler üzerinde mineralojik ve jeokimyasal analizler gerçekleştirilmiş, major ve iz element veriler ile Sr ve Nd izotop oranlarından ve mikroprob analiz sonuçlarından yararlanılarak kökensel yorumlara gidilmeye çalışılmıştır. Majör ve iz element analiz sonuçlan ve Sr, Nd izotop oranlan, Erciyes volkanik ürünlerinin genel olarak kalkalkali nitelikte olduğunu ve bu serinin tüm ürünlerini içerdiğini gösterse de, alkali, toleyitik ve kalkalkali nitelikte 3 farklı bazalt bileşimi de belirlenmiştir. Alkali bazaltlar, OIB kaynak bileşeninden oluşan bazaltlara ve Basin ve Range provensi alkali bazaltlanna benzerlerken, toleyitik bazaltlar ise MORB tipi bir kaynak bileşeni ile Serviletta ve Rio Grande Rift'i toleyitlerine benzerlik gösterirler. Dalma-batma kökenli bazalt kimyasını yansıtmayan kalkalkali bazaltlar ise lake Mead bazaltlanna ve Rio Grande rift toleyitlerine benzerler. Diğer taraftan yüksek SiCVli andezit ve dasitler ise TAOS plato volkanik bölgesi (USA) ve Egan Range (Nevada) ürünlerinin kimyasına benzerler. Jeokimyasal çalışmalar ve modellemeler (kısmi ergime ve asimilasyon-fraksiyonel kristalleşme modellemesi) MORB-benzer toleyitik bazaltlann ilksel manto kaynağından % 1-1.5'lik kısmi ergimeler sonucu olaşabileceğini göstermekle birlikte, çok düşük kısmi ergime değerlerinde bile alkali bazaltlann bu tip kaynaktan oluşabilmesi olası görülmemektedir. Alkali bazaltlann, diğer bazaltlara göre yüksek uyumsuz element içerikleri, 0.704322-0.705008 ve 0.512630-0.512731 arasında değişen ^Sr/^Sr ve 143Nd/144Nd izotop oranlan, bu bazaltlann, LIL elementlerce zengin astenosferik manto kaynağından oluşabileceği fikrini vermekte, diğer bir olasılık ise bu bazaltlann ilksel astenosferik manto kaynağı içerinde U, Th, Pb ve LIL elementler bakımından zenginleşmiş heterojen kısımlardan oluşabileciğidir. Bu zenginleşme süreci, çarpışma öncesi dalma-batmadan türeyen eriyiklerden ve/veya dalan okyanusal litosfer parçasının astenosfer içine batmasıyla oluşabilir.Kalkalkali ürünler, tüketilmiş bazaltik bir kaynaktan, dalma-batma zenginleşmesinden çok, kabuksal kirlenme sonucu oluşmuşlardır. AFC modellemesi, toleyitik bazalt bileşiminin % 10-20'lik AFC değerlerinde kalkalkali ürünler için olası kaynak bileşeni olduğunu ortaya koymaktadır. Toleyitik bazalt bileşimini baz alarak oluşturulan fraksiyonel kristalleşme modelleri, yüksek FC değerlerinde bile fraksiyonel kristalleşmenin kalkalkali bazaltları ve diğer kalkalkalileri oluşturmaya tek başına yeterli olmadığını göstermektedir. İz element verileri ile Sr ve Nd izotop oranlan kalkalkali ürünlerin jenezinde az da olsa kabuksal katkının varlığına işaret etmektedir. SİO2 bakımından doygun olan dasit ve riyodasitler, kabuksal katkının en yüksek olduğu ürünlerdir. Jeokimyasal incelemeler, Erciyes stratovolkanının oluşumu için kıtaiçi gelişimi gösterse de, plakalar arası çarpışma öncesi gelişen dalma-batma süreci astenosferik manto kaynağına etkimesi açısından önem taşımaktadır. Volkanizma, Anadolu bloğunda çarpışma sonrası süregelen gerilme rejimi altında, büyük ölçüde Ecemiş fayının aktivitesine bağlı olarak gelişmiştir. Bölge tektoniğine yönelik çalışmalar sonucu belirlenen 2 olası fay da volkanik gelişim üzerinde kısmen etkili görülmektedir. VI ABSTRACT This work aims the study of the geochemical evolution of the Erciyes stratovolcano. For this purpose, due to spreading of the volcanic products in broad surface, approximately 2400km2, representative lava samples from different volcano- stratigraphic units were collected during the course of the field study, then mineralogical and geochemical analysis were carried out on selected samples. According to the major and trace element compositions, Sr and Nd isotopic ratios and microprobe analysis results, detailed geochemical interpretations are performed to investigating the genesis of the Erciyes volcanic system. Although major and trace element, Sr, Nd isotope analysis and incompatible element contents imply, Erciyes volcanics are generally calc-alkaline and contain of all the products of these series, 3 different basalt compositions were also determined. These basalts are alkaline, tholeiitic and calc-alkaline in character. Alkaline basalts have OIB-like and Basin and Range type trace element signatures whereas tholeiitic basalts resemble MORB-like chemical composition, Serviletta and Rio Grande rift tholeiites. In addition, calc-alkaline basalts do not reflect subduction-derived basalt chemistry and resemble lake Mead basalts and Rio Grande Rift tholeiites. On the other hand, other calc-alkaline products, andesites and dacites resemble TAOS and Egan Range calc-alkaline volcanics. Further investigations and geochemical modeling technics (such as partial melting and AFC modelling) show that MORB-like tholeiitic basalts can be derived from primitive mantle source by % 1-1.5 melting degrees whereas extracting of OIB-like alkaline basalts from that type of asthenospheric source do not seem to be possible even in very low melting degrees. Incompatible element contents and 0.704322- 0.705008; 0.51263-0.512731 ^Sr/^Sr and 143Nd/144Nd isotope values imply that alkaline basalts must have derived from LIL element enriched asthenospheric mantle source, however, these basalts may be derived from U,Pb,Th and LIL element enriched part of primitive astheospheric mantle source. These enrichments resulted from the melts which were released from pre-collisional subduction or sinking of slab into the asthenospheric mantle.vu Calc-alkaline volcanics, are derived from depleted basaltic source with crustal contamination rather than subduction enrichment process. AFC modelling indicate that tholeiitic basalt composition is the possible source for calc-alkaline products in the case of % 10-20 AFC conditions. Meanwhile, fractional crystallization modelling from that tholeiitic basalt composition does not uniquely sufficent to produce calc- alkaline basaltes and other calc-alkalines even in high fractional crystallization degrees. Trace element content, ^Sr/^Sr and 143Nd/144Nd isotope ratio express crustal contribution in the genesis of calc-alkaline magmas. Dacites and rhyodacites are the most contaminated products depending on Sr and Nd isotope ratios. Of all the geochemical data suggest intraplate origin or chemical evolution for the Erciyes stratovolcano, but possible contribution from subducted slab to asthenospheric mantle source, before the collision of Afro-Arabian and Eurasian plates, can never be ruled out. Volcanism progressed under the influence of the extensional tectonics, maintained after the continental collision and activity of Ecemiş fault. Further more, tectonic-related studies indicate that 2 possible faults seem to be partially responsible for the evolution of Erciyes volcanics. 143

ÖZET GEDİZ NEHRİ VE ÇEVRESİNİN RADYOAKTİF, MAJOR VE İZ ELEMENT SEVİYELERİNİN BELİRLENEREK FAKTÖR ANALİZİ YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ BAKAÇ, Mustafa Doktora Tezi, Nükleer Bilimler Anabilim Dalı (Fizik) Tez Yöneticisi: Doç. Dr. Mehmet N. KUMRU 1998, 247 sayfa Gediz Nehri, Gediz ilçe merkezinin doğusundaki Murat Dağı yamaçlarından doğar ve İzmir körfezinin kuzey kesiminde Foça ilçesi yakınlarında Ege Denize dökülür. Gediz Nehri akıntısı boyunca başlıca metamorfik, volkanik, paleozoik, mesozoik ve neojen özellikteki jeolojik yapılardan geçmektedir. Gediz Havzası 38°.04'-39°.13' kuzey enlemleri ile 260.42'-290.45' doğu boylamları arasında yer almaktadır. 1996 ve 1997 yaz aylarında yapılan çalışmada, nehrin denize döküldüğü noktadan başlayarak yukarı doğru her km'de bir olmak üzere nehirsel işlemler de dikkate alınarak su, dip sediment, toprak ve her 10 km'de bir olmak üzere de süspanse sediment örneklemeleri yapıldı. Aynı zamanda arazi çalışmaları sırasında hava ve su sıcaklık ölçümleri, sularda pH, Eh, öz iletkenlik ve toplam alkalinite, nehir çevresinde gama ve beta aktiviteleri ile yüzey gama ölçümleri yapıldı. Nehir boyunca örneklemelerin yapılması esnasında nehre kansan dere ve çaylardan su, sediment ve toprak örnekleri ile kuyu, pınar ve çeşmelerden de suVI örnekleri toplandı. Örneklemeler yapılırken nehirle ilgili bilgiler de not edildi. Labaratuvar çalışmaları olarak toprak, dip sediment ve süspanse sediment örneklerinde radon kollektör yöntemi kullanılarak Ra226; çok kanallı gama spektroskopi yöntemi kullanılarak eU238, eTh232 ve %K40; toprak, su ve süspanse sediment örneklerinde AAS yöntemi kullanılarak Cu, Mn, Fe, Ni, Cd, Pb, Zn, Cr, Co, Mg, Ca, Na, Al, K; dip ve süspanse sediment örneklerinde XRF yöntemi kullanılarak Ca, Ti, Mn, Zn, Rb, Sr, Y, Zr, Ba, La, Ce; su örneklerinde radon kollektör yöntemi kullanılarak Ra226, laser fluometrik yöntem kullanılarak uranyum; süspanse sediment örneklerinde PAR yöntemi kullanılarak uranyum tayinleri yapıldı. Sonuçlar grafik ve çizelgeler halinde verilerek tartışıldı. Bu şekilde, Gediz Nehri ve çevresinin radyoaktif, major ve iz element seviyesi belirlenmeye çalışıldı. Daha sonra toprak, su, dip sediment ve süspanse sediment örneklerinde elde edilen sonuçlar, faktör analiz yöntemi ile ayrı ayrı incelendi. Böylece nehrin geçtiği hat boyunca, nehir ve çevresinde yüksek çıkan değerlerin sebepleri araştırılarak faktör analizi yöntemi ile bunların kaynaklan tesbit edilmeye çalışıldı. Faktör analiz istatistiğinin Gediz Nehri boyunca uygulanmasıyla bu faktörlerin jeolojik, antropojen etkiler sonucunda oluşmuş endüstriyel ve evsel, radyoaktif, volkanik, tarımsal, ekonomik hammadde ve deniz faktörleri olabileceği sonucuna varıldı. Anahtar sözcükler: Faktör analizi, major ve iz element, nehir, radyoaktivite. VII ABSTRACT THE EXAMINATION OF THE GEDIZ RIVER AND ITS SURROUNDINGS BY THE FACTOR ANALYSIS METHOD DETERMINING THE LEVELS OF RADIOACTIVITY, MAJOR AND TRACE ELEMENT BAKAÇ, Mustafa Ph.D. Thesis, Nuclear Sciences (Physics) Supervisor: Assoc. Prof. Mehmet N. KUMRU 1998, 247 pages The Gediz River orginates at the slopes of Murat Mountain in the east of Gediz village and is discharged to the Aegean Sea near Foça village in the north of Izmir Gulf. The bedrock structure is mainly composed of metamorphic and volcanic rocks of paleozoic, mesozoic and neojen ages. The Gediz Basin stands between 38o.04'-39°.13' north latitudes and 26°.42,-29°.45' east longitudes. The study has been made in the summer seasons of 1996 and 1997. Water, bottom sediment and soil samplings have been made at 1 km intervals and suspended sediment samplings have been made at 10 km intervals. These studies have been made from the point at which the river joins the sea to source of the river. In addition, in the course of field samplings air and water temperatures, pH, Eh, specific conductivity and total alcalinity of waters, beta and gamma activities, gamma survey in the vicinity of the river have been measured. Furthermore; water, sediment and soil samples have been collected from the streams which join theVIII river and water samples have been collected from the springs, wells and drinking waters. In the course of samplings, information about the river was also recorded. In the laboratory, the concentration of Ra226 in the soil, water, sediment, eU238, eTh232 and `/oK40 in soil, sediment; Cu, Mn, Fe, Ni, Cd, Pb, Zn, Cr, Co, Mg, Ca, Na, Al, K in soil, water and sediment; Ca, Ti, Mn, Zn, Rb, Sr, Y, Zr, Ba, La, Ce in bottom and suspended sediment; uranium in water and suspended sediment have been analyzed by using the collector chamber, multichannel gamma spectroscopy, atomic absorption spectroscopy, laser fluorometric and PAR methods, respectively. The results have been presented giving graphics and in tabular forms. By this study, the level of radioactivity, major and trace element of the Gediz River and its surroundings have been determined. Then, all the results in soil, water and bottom and suspended sediment samples have been estimated by using the factor analysis method, respectively. So, determining the levels of radioactivity and the elements of the river and its surroundings along the river have been established by the factor analysis method. The sources of the high results in the river and its surroundings have been tried to find out. It has been generally fixed that those factors were effective in the samples with the factor analysis along the Gediz River. These factors are named as industry, geology, radioactivity, volcanoes, agriculture, economy, sea and settlement. Key words: Factor analysis, major and trace element, radioactivity, river. 247