Alterasyon Nedir?

Merhaba Jeolojiye gönül vermiş meslektaşlar ve ilgili arkadaşlar, bugün anlatacağım konu ilgi alanlarımdan biri olan alterasyon konusu olacaktır. Genel hatlarıyla konuya değineceğim. Çünkü farklı tip yatak oluşumlarında gelişen alterasyonlardan bahsetmekten ziyade konuyu genel olarak anlatırsam mantığı daha iyi anlaşılır düşüncesindeyim.

Burada anlatacaklarım aşağıdaki gibi olacaktır:

1- Alterasyon nedir ve nasıl oluşur?

2- Alterasyon türleri nelerdir?

3- Alterasyon türlerini belirleyen parametreler nelerdir?

4- Maden yataklarında neden alterasyon gelişir?

5- Farklı tip cevherleşmelerde neden farklı alterasyon türleri gözlenir?

6- Neden her tip yatakta aynı alterasyonlara rastlanmaz?

NOT: Toprak oluşumu gibi olaylar veya yüzeyde gelişen fiziksel ayrışmalar da alterasyon olarak bilinir ama burada bunlardan bahsedilmeyecektir.

Alterasyon bir tür başkalaşım demektir yani metamorfizma da, farklılıklar olsa bile bir nevi alterasyondur. Değişen basınç ve sıcaklık koşullarına ayak uydurabilmek için mineraller aynı kimyasal şartlarda yapılarını değiştirirler ve bu durum sonucu metamorfizmaya uğraşım kayalar gelişir. Eğer kimyasal bir değişimden söz edersek metasomatizmadan bahsediyoruz demektir. Metamorfizma ortamda herhangi bir akışkan olmadan da gelişebilir iken alterasyon bir tür akışkan vasıtasıyla gelişebilmektedir.

Maden yatakları çok farklı yollar ile oluşurlar. Değerli mineraller ise mağmatik, metamorfik ve sedimanter kayaların içerisinde, uygun boşluklarda bulunduğu kaya ile sinjenetik veya epijenetik olarak birikir. Dolayısıyla alterasyon dediğimiz süreçler 3 tip kaya türünde de gözlenir ama mağmatik kayalarda daha çok gözlenmeleri beklenir. Bir kaya türü içerisinde değerli mineralin birikmesi işlemi bir tür farklılaşmış (kökeni değişken) akışkan tarafından gerçekleştirilir. Bu akışkan çökelecek olan değerli mineral(ler)i oluşturacak metalleri (genelde iyonik komplek olarak) topluluğunu taşır . Metalleri taşıyan H₂S, Cl^-, F^- gibi birden fazla farklı ligand olabilir. Bu akışkanlar direk mağmatik kaynaklı olabileceği gibi bir ısıtıcı tarafından sıcaklığı değişik seviyelerde yükseltilmiş yer altı suları-göl suları (her türlü tatlı su), formasyon suları, metamorfik sular veya deniz suyu olabilir. Aynı zamanda bunların karışımı şeklinde de olabilmektedir.

Çoğu durumda arazide gözlenen alterasyonlar yukarıda bahsedilen farklı kökenlere sahip akışkanlar tarafından meydana getirilir. Özellikle de bu akışkanlar süreksizlik düzlemleri boyunca daha iyi hareket edebildiklerinden, faylar veya kırıklar boyunca alterasyon oluşumları beklenmelidir. Aynı zamanda kayanın boşluk oranı ve permabilitesine bağlı olarak akışkan dolaşımı, kaya içindeki mineral çeperlerinde de gerçekleşebilir. Kaya içerisindeki boşluk veya çatlaklardaki alterasyonlar (1) eski minerallerin dış çeperleri boyunca yer değiştirme (replacement) şeklinde (2) eski mineralin kimyasını tamamen değiştirerek eskisini yok etme (perdeleme) şeklinde gelişmektedir. Alterasyona uğramış kayalar topluluğu rahatsız edilmemiş kayalara göre çok daha fazla gözenekli olurlar.

Alterasyonu en iyi özetleyen cümle kısaca şu şekildedir;

"Alteration involves the modification and replacement of the original minerals in a rock with a new suite of minerals with different chemistry." 
Türkçesi: "Alterasyon, kaya protolitindeki minerallerin farklı kimyalardaki yeni mineral birliklerine değişimi ve replasmanını kapsamaktadır."

Peki mineralleri değişime uğratan akışkanın özellikleri nedir? İşte maden yataklarındaki araştırma konularından biri de budur. Akışkanın sıcaklığı, basınç koşulu, tuzluluğu, yoğunluğu, bileşimi ve H ile O izotopları gibi parametreleri sıvı kapanım çalışmaları ile belirlenir ve farklı tür cevherleşme mekanizmaları tespit edilmeye çalışılır. İşte alterasyonu oluşturan akışkanın fiziksel ve kimyasal özellikleri ile içerisinde dolaştığı kaya türü, her zaman aynı olmayacağı için alterasyon türleri de değişkenlik gösterecektir. Akışkanın sıcaklık, basınç, pH, Eh parametreleri değiştikçe oluşan mineral de değişecektir. Örneğin asitik (pH 3-4 gibi) bir koşulda alunit ile kaolen mineralleri bir arada bulunabilir. Pirit minerali eğer ortam indirgen ise bunlara eşlik edebilir. Mesela pirit örneğinden yola çıkacak olursak neredeyse bütün pH koşullarında pirit minerali duraylı kalabilir (sıcaklık ve basınç uygun olmalı) ama ortam yükseltgen olmamalıdır. Sülfat içeriği yeterli olan bir akışkan pirit ile uygun koşullarda etkileşime girecek olursa alunit gelişimi kaçınılmazdır. Kaldı ki alunit yataklarının oluşumu da bir alterasyon sonucudur. Volkanlardan çıkan gazların bölgede bulunan K-Feldispatça zengin (trakit, arkoz gibi) kayaları altere etmesiyle oluşurlar. Az önce söylediğim piritlerin alunitlere alterasyonu da alunit yataklarını oluşturan diğer bir süreçtir. 

Hidrotermal Akışkanlar

Deminden beri akışkan'dan bahsediyorum ve şimdiye kadar hiç hidrotermal akışkan demedim. Oysa ki bahsettiğimiz şey hidrotermal bir akışkandır. Yukarıda kurmuş olduğum cümlelerin özeti farklı sıcaklıklarda değişik kökenlere sahip akışkanlardır. Hidrotermal de hidro: su kelimesi ile termal: ısı kelimesinden oluşan ısıtılmış su demek. Bunlar teletermal, epitermal, mezotermal, hipotermal, hiperermal şeklinde sıcaklıklarına göre sınıflandırılırlar fakat bu başlık altında bunlardan bahsetmeye pek gerek yok düşüncesindeyim.

Dünyadaki çoğu maden yatağı hidrotermal akışkanlar tarafından oluşturulur. Çoğu diyorum çünkü örneğin; ortomağmatik safhada gelişen yataklar örneğin podiform veya stratiform Cr yatakları hidrotermal akışkanlar oluşturmaz. Aynı şekilde mağma kristalizasyonu evresinde oluşan Ni, Co, Cu, Au, PGE gibi yataklar da hidrotermal akışkanlardan ziyade kristalizasyon esnasında karışamayan iki faz sonucu gelişir. 

Aslında konuya başlarken belirtmem gerekirdi ama olsun burada bahsedeyim çok geç kalmadan :). Kendimize şu soruları sormamız lazım: (1) Bizim değerli minerallerimiz nerede? (2) Hidrotermal akışkan dediğimiz sıvı gaz karışımının hareket yönü nedir? Bizim durağan halde bulunan sıvının metali nereden nereye taşıdığını cevaplayacak sorular bunlardır. Bir sıvıyı sabit durduğu bir yerden hareket ettirebilmemiz için basınç faktörü dışında ya bulunduğu yerin eğimini değiştirmemiz ya da sıvının ısısını arttırmamız gerekir. Sıvının ısısı artınca ne olacaktır, sıvının kütlesine bağlı olarak sıcaklığı değişecek ve dolayısıyla bünyesinde bulunan potansiyel enerji (m*g*h), kinetik enerjiye (0,5*m*V²) dönüşecek böylece atomların titreşimi artacak ve akışkan ya aynı sıvı fazda ya da gaz fazına geçip hareket edecektir. Bu bilgiler ışığında düşünecek olursak akışkanın derinlerde ısıtılması (üst veya alt kıta kabuğu ile okyanusal kabuk içerisinde) ve sürekli bir döngü halinde derinlerden belki de astenosfer sınırlarından metal taşıması gerekecektir. Akışkanlar 2-3 km gibi sığ derinliklerde oluşabileceği gibi 20 km gibi derinliklere kadar da inebilmektedir. Alterasyon dediğimiz olayda zaten ya metallerin söküldüğü ya da depolandığı yerlerde hem yan kayanın tipine göre hem de akışkanın kimyasına göre değişiklik gösterir. Peki bu akışkanın amacı nedir ki yan kayaçları alterasyona uğratıyor. Bunun cevabı da çok net, eğer baştan bu yazımı anlayarak okuduysanız cevabını bulmuşsunuzdur. Cevabı ben yine de vereyim; doğada her mineral en düşük enerji seviyesi ile stabil kalmak ister (örneği su 100^oC altında sıvı fazda 100^oC üzerinde gaz fazında en düşük gibbs free enerjisine sahiptir). Buradan yola çıkarsak, akışkan'ın H+ iyon kontrasyonuna bağlı olarak (yani pH) çözelti her zaman kendini nötr hale getirmeye çalışır. Eğer reaksiyonda H+ iyonu reaktanlar (reaksiyona girenler) kısmında ise ürünler oluştuktan sonra çözeltinin pH'si yükselecektir. Tersini düşünecek olursak H+ iyonu ürünler kısmında olursa (yani reaksiyon başlangıçta bazik) bu sefer reaksiyon sonucunda çözeltinin pH'si düşecektir. Böylelikle anlaşılabileceği gibi çözeltinin pH'sindeki farklılık alterasyonun türünü de değiştirecektir. İki örnek ile daha açıklayıcı yapalım konuyu:

2KAlSi₃O₈ + 2H⁺ + H₂O ---> Al₂ Si₂O₅(OH)₄ + 2K⁺ + 4SiO₂ (pH artar) 

CaSO₄*2H₂O + 2HCO₃^-  ---> CaCO₃ + SO₄^-2 + 2H₂O + CO₂ (pH azalır nedeni reaksiyonda kalın gösterilen bileşiklerin reaksiyonu karbonik asit üretir ) 

AÇIKLAMA: Birinci reaksiyon K-Feldispat'ın kaolen mineraline dönüşüm reaksiyonudur ve reaksiyonun gibbs free enerjisi negatif olduğundan kendiliğinden gerçekleşir. İkinci reaksiyon Jips mineralinin bazik karbonatlı bir akışkanı ile reaksiyonu sonucu kalsit'in geliştiği reaksiyondur.

ŞİMDİ YAN KAYA ALTERASYON TÜRLERİNE BİRAZ DEĞİNELİM

1- Silisleşme: Yan kayaçlar ile hidrotermal çözeltiler arasındaki reaksiyonlar sonucu kuvars veya opal ve çört gibi kriptokristalen siliste artış ile gelişir. SiO₂ doğrudan yan kayaya sonradan eklenebileceği gibi önceden var olan silis içerikli minerallerin mobil olan elementlerinin taşınması sonucunda geri kalan malzeme olarak da gelişebilir. Cevher yataklarının çevrelerinde haleler şeklinde meydana gelir. Cevher bulunan sahaların araştırılmasında önemli iz sürücülerden biridir. Yüksek sülfidasyon epitermal sistemlerde sinter zonları olarak bilinir.

2CaCO₃ + SiO₂(aq) + 4H⁺ ==> 2Ca⁺² (aq) + 2CO₂ + SiO₂(k) + 2H₂O

Kuvvetli silisleşme ve hematitleşme

2- Potasik (K-Feldispat) Alterasyon: Potasik alterasyonlar porfirik Cu-Mo-Au yataklarında ana cevherleşme zonları olması itibariyle önemlidir. Bu tip alterasyonlar porfiri sistemlerin en alt kısımlarında (yaklaşık 1-1,5 km derinlik), yüksek sıcaklıklarda (400-600 ^oC) gerçekleşir. Yüksek K⁺/H⁺ oranları ile karakteristiktir. Ayırtman mineral toplulukları K-Feldispat ve biyotit'tir. Olası yardımcı mineraller ise; pirit (en çok bu alterasyonda gözlenir), aktinolit, epidot, serisit, albit, turmalin ve manyetittir (Sillitoe, 2010). Diğer bulunabilecek mineraller; kuvars, karbonatlar ve belki klorit rastlanabilir. Genel olarak plajioklaslar (albitler) K-metasomatizma sonucu ornatılarak alkali minerallere yerlerini bırakırlar.

Granodiyoritte gelişmiş K-feldispat alterasyonu
 Potasik Alterasyon Halesi

3- Skarnlaşma, Kalk-Silikat Alterasyonu: Bu tip alterasyonlar tipik verimsiz veya verimli skarn zonlarının alterasyonlarıdır. Verimlinin anlamı yatak oluşturan skarn demektir bunu da belirteyim. Fe-Au-Zn-Pb-Cu-Mo-W-Sn-skarnlarında prograd ve retrograd evrede gelişen bütün kalksilikat mineral parajnezi skarn alterasyonunu yansıtır. Ana kaya içinde ve mermer-hornfelsler içerisinde gelişen mineraller topluluğu şu şekildedir; Granat, piroksen, amfibol, epidot, karbonatlar, olivin ve skapolit. Bu mineral elbetteki daha çok Ca, Fe, Mg, Al-silikatlar şeklinde olacaktır.
- Granatlar; Grossüler, Andradit,
- Piroksenler: Diyopsit, Hedenberjit, Johannesit
- Amfiboller: Tremolit, Aktinolit, Ferroaktinolit
- Epidotlar: Allanit, Klinozoisit
- Skapolitler: Meionit

 Skarnlaşmanın tipik iki minerali

4- Turmalinleşme: Turmalin minerali bünyesinde bulundurduğu B ve F gibi uyumsuz iyonlardan dolayı mağmatizmanın geç evrelerinde ancak katılaşan mineraller içerisine dahil olabilmektedir. Bu bağlamda turmalin minerali pnömatolitik evrede pegmatitler, pegmatitik granitler içerisinde hem aksesuar olarak, hem de yatak oluşturacak boyutlarda bulunabilir. Alterasyon olarak düşünülecek olursa F aktivitesinin arttığı orta-yüksek oluşum sıcaklığına sahip yataklarda gözlenir. Örnek olarak Sn-skarn yatakları verilebilir. Bu yataklar kontak metamorfizma-metasomatizma ürünleridir ve yüksek sıcaklıklarda gelişirler. Turmalin mineraline genelde topaz, flüorit, muskovit, grunerit ve bol miktarda kuvars eşlik eder. Sn-skarnlarda gelişen turmalinleşmeye aynı zamanda pnömatolitik safha alterasyonları da denmektedir. Bu tip gelişen alterasyonlar erken safha alterasyonlarını gelende yok eder veya gölgeler (Meinert ve diğ, 2005).

 Turmalinleşme

5- Karbonatlaşma: Dolomit ve ankerit mineral oluşumu olarak söylenebilir. Genelde düşük-orta sıcaklıklarda gelişmiş yataklarda gözlenir. Dolomitleşme yaygındır. Missisippi Vadi tipi Zn-Pb yataklarında cevherleşmeye yaklaştıkça, Mg içeriklerinde artış ve dolayısıyla dolomit oluşumu gözlenir. Ana cevher oluşumundan önce dolomitleşmenin geliştiği düşünülecek olursa; kalsit-dolomit replasmanı ile ana kayada gözeneklilik artacaktır. Bu durum değerli metallerimiz için rezervuar artışı demektir. Ankeritleşme daha tüfler ile ilişkili ve bazik magmatik kayaların karbonatlaşması ile oluşur. Ankerit bileşiminde Fe elementi taşıdığından Fe'yi mutlak bir yerden temin etmesi gerekecektir.

6- Listvenitleşme: Ultrabazik veya bazik kayaların geç evre sokulumları veya aktif jeotermal sistemler tarafından kuşatılması ile oluşurlar. Bu iki durumdan birinin gerçekleşmesi durumunda ultrabazik veya bazik kayalar (silisçe fakirlerdir) yoğun hidrotermal kuşatma altında silis ve/veya karbonatça zenginleşerek özel bir mineral olan listvenitlere dönüşürler. Listvenitler ofiyolitik kayalar içerisinde lensler veya damarlar şeklinde meydana gelir. Özellikle epitermal altın yatakları ile zamansal ilişkiye sahiptirler yani listvenit oluşumu ile yakından ilişkilidirler. Listvenit oluşumu sırasında ana kayalarından ayrışan ve hidrotermal çözelti tarafından taşınan Au iyonları veya kompleksleri silisleşmenin arttığı bölgelerde yoğunlaşabilmektedir.

Oman, listvenitleşme ve karbonat damarları

7- Fillik (Serisitik) Alterasyon: Porfirik sistemlerde potasik alterasyonların seviye olarak üstünde gelişir. Sıcaklıkların ve K⁺/H⁺ oranının düşmesi ile serisitik alterasyona geçiş olur. Serisit ince taneli bir mika mineralidir. Yaygın olarak ortoklas, plajioklas ve mafik minerallerin alterasyon ürünüdür. Fillik alterasyonun dolayısıyla tipik minerali serisittir ve bu minerale kuvars, pirit ve belki klorit eşlik eder. Aşağıdaki resimde serisit ile birliktelik sunan fuksit minerali de bir tür fillosilikattır. (Açıklama: Aşağıdaki resimde gördüğünüz mineral isimlerinin renkleri ile minerallerin gerçek renkleri örtüşmektedir)

British Kolombiya Au yatağı serisit alterasyonu

8- Propillitik Alterasyon: Bu tür alterasyonlar porfir sistemlerinde cevherleşmeyi, potasik ve fillik alterasyonu çevreler. Epitermal sistemlerde yoğun olarak gözlenirler. Oluşumlarında yer altı sularının etkisi büyüktür (epidot varlığı buna işaret etmektedir; ısınmış yeraltı suları ile oluştuğu düşünülür). Yüksek K⁺/H⁺ oranları ile ilişkilidir. Bu alterasyon türünün tipik kılavuz mineralleri; epidot, klorit, albit ve karbonat (kalsit, ankerit) dörtlüsüdür. Olası yardımcı mineralleri; pirit (çok gözlenmez), manyetit, hematit, aktinolit ve nadiren illit, montmorillonittir. Çok geniş zonlanmalar oluşturduklarından maden aramacılığında kılavuz olarak kullanılmaktadır. Aşağıdaki kloritleşme, bu alterasyon türünün özel halidir.

9-  Kloritik Alterasyon: Porfirik sistemlerde Sillitoe, 2010'a göre propillitik alterasyona kıyasla daha sığ seviyelerde oluşmaktadır. Çok basit tanımlama ile koyu renkli minerallerin (örneğin amfibolit biyotit gibi) klorit (Mg,Fe,Al)6 [(Si,Al)4O10](OH)8] mineraline dönüşmesi işlemidir. Buradaki kloritlerdeki demirler ferrik veya ferrus olabilir.

10- Arjillik Alterasyon: Bu tip alterasyonlar kaya protolitinden bulunan minerallerin hangi tip minerallere nasıl dönüşmüş olduğunu dikkate alarak iki tipe ayrılır. Bunlar a) Düşük-Orta Arjillik Alterasyon b) İleri Arjillik Alterasyon

10a- Düşük-Orta Arjillik Alterasyon: Önemli oranda 1A ve 2A grubu mobil iyonların (Ca, Mg, Na) taşınımı sonucunda düşük sıcaklıklarda ve düşük K⁺/H⁺ oranları (orta-düşük pH) ile oluşan kil mineralleri topluluğu arjillik alterasyon olarak bilinir. Buhar ve/veya akışkan çözeltisi içerisindeki esas S konsantrasyonu H₂S ile sağlanır (Hedenquist ve diğ, 2000). Plajioklas ve mafik (ferromagnezyumlu) mineraller kaolenit, montmorillonit gibi kil minerallerine dönüşürler. K-Feldispat kısmen korunmuştur. Porfir sistemlerinde (kenar zonlarında), epitermal sistemlerde sık gözlenir. Ayırt edici mineraller; yukarıdaki söylediklerim tipik olmakla birlikte bunlara ek serisit olasılıkla klorit ve biyotit, K-feldispat olabilir. Kuvars da gözlenebilir. Düşük sülfidasyon epitermal sistemlerinde çok düşük sıcaklıklardan dolayı K-feldispat yerine adularya gelişmektedir.

10b- İleri Arjillik Alterasyon: Çok büyük oranda veya tamamen mobil iyonlar taşınır ve geriye sadece silika ve alümina kalır. Buhar ve/veya akışkan çözeltisi içerisindeki esas S konsantrasyonu SO₂ ve H₂SO₄ ile sağlanır (Hedenquist ve diğ, 2000). Plajioklas ve mafik (ferromagnezyumlu) mineraller tamamen kil ve Al'ca zengin minerallerine dönüşmüştür. Esas mineralleri; kaolen, alunit, profillit, dikit ve vuggy kuvarslardır. Yardımcı mineraller; turmalin, topaz, diyaspor, korundumdur. Epitermal sistemlerde yüzeye yakın gelişir. İleri arjillik alterasyonu, kalk-alkalen magmalara kıyasla, alkalen magma ile ilişkili porfiri Cu yataklarında daha az hacim kaplar (Sillitoe, 2002; Holliday ve Cooke, 2007). Oysa ki bu tür sistemlerde km'lerce uzunluğunda mineralizasyon ve alterasyon gelişebilmektedir. Bu alterasyonların oluşum hacimlerindeki değişim, magmaların K⁺/H⁺ oranlarından (pH düşük) kaynaklanmaktadır (Burnham, 1979). Yukarıda da bahsettiğim gibi arjillik alterasyonların gelişebilmesi için K⁺/H⁺ oranları düşük olması gerekmektedir. Bu bağlamda, bakacak olursak alkali kökenli magmalarda bu oran K ve Na içeriğinden dolayı yüksek, kalk-alkali magmalarda ise düşük olacaktır. Yani yukarıda belirtilen farklılığın asıl sebebi budur.

 Yoğun ileri arjillik alterasyon (kaolen, alunit)
Sarı renkli damar kükürt damarı (Doğal Kükürt)

 İleri arjillik alterasyonun tipik sarı ve beyaz renkleri

11- Serpantinleşme: Yüksek sıcaklık mineralleri olan olivin ve piroksenlerin oluşumlarından çok daha düşük sıcaklıklardaki çözeltiler ile  temasları sonucu su alma reaksiyonu gerçekleşir ve ikincil mineral olan serpantinit gelişir. Ofiyolitlerin ultramafik kayalarında sıklıkla gözlenmektedir. Yüzey sularının ayrıştırmasından ziyade deniz tabanında oluşmuş kırık ve çatlaklardan sıcak deniz suyunun derinlerde bu tip kayaları penetre etmesi ve ısınması ile gerçekleşir.

 Serpantinit el örneği, ufak krizotil gelişimi

12- Jaspillitleşme: Fe ve Mn yataklarında karbonatlı birimlerin aşırı miktarda silisleşmesi ve demirce zenginleşmesi sonucu oluşur. Direk cümleyi alıntı yaptım, bu alterasyonla ilgili bilgim zayıf tır:) İdare edersiniz artık.

Yüksek Jeolog Kemal Anıl TÖZÜN - 09.05.2016