METAMORFİK YATAKLAR

Metamorfizma, sert kaya kütlelerinin bozunma ve diyajenezin ötesinde maruz kaldıkları fiziksel ve kimyasal koşullara karşı mineralojik ve yapısal olarak göstermiş oldukları adaptasyondur. Progresif (ilerleyen) metamorfizma yalnızca rekristalizasyonla başlar, yüksek sıcaklık ve basınç, mineral fasiyesleri ile devam ederek metasomatik süreçlerle ilerler ve kısmi anateksi ve palinjenez (granitizasyon) ile son bulur. Metamorfizma, 20-1000 MPa (en genel şekliyle 200-800 MPa) arası basınçlarda ve 200-1000°C (genellikle 300-750°C) arası sıcaklıklarda etkilidir. Artan basınç terimleriyle açıklamak gerekirse, metamorfizmanın en alt fasiyesi kontak (termal) metamorfizma fasiyesidir. Bu fasiyes düşük sıcaklıklarda andaluzit duraylılığı ile, pelitik kayaçlarda sillimanit, mullit ve korund ile ve yüksek sıcaklıklarda kalkerli kayaçlarda vollastonit ile karakterize edilir (Miyashiro, 1973). İkinci fasiyes, andaluzit-sillimanit fasiyesi (Abukama tipi olarak adlandırılır), ilk fasiyesle yakından ilşkilidir. Andaluzit, pelitik kayaçlarda daha düşük derecede duraylı iken, sillimanit daha yüksek mertebelerde duraylıdır. Bir sonraki fasiyes düşük basınç grubu (Buchan tip) olup, Abukama ve Barrovian tipleri arasındadır. Barrovian tipi, disten-sillimanit fasiyesidir. Bu fasiyeste dişten orta derecelerde duraylı iken, sillimanit daha yüksek derecelerde duraylıdır. Yüksek basınç grubu (Sanbagava tipi), düşük mertebeli zeolit içeren jadeit-glokofan fasiyesi (Alpin tip) ile yüksek mertebeli jadeit-kuvars fasiyesi arasındadır. Epimetamorfizma kaolenit kafesinin 450-500°C sıcaklıklarda ayrışması ile başlar. Mezometomorfîzma, kloritin tahrip olduğu 600°C ile başlarken, katametamorfizma muskovit kafesinin tahrip olduğu 700-750°C sıcaklıkta başlar ve hiperstenin 900-950°C sıcaklıklarda yokolmasıyla son bulur.

Metamorfik süreçlerde suyun varlığı kritik bir öneme sahiptir ki bu su, metamorfizma öncesi bulunan juvenil su, gözenek suyu veya H2O veya OH içeren minerallerden türeyen sudur. Su veya tam anlamıyla su buharı, özellikle süperkritik sıcaklıkların (374°C) üzerinde yüksek basınç oluşturur, metamorfik alterasyonların sıcaklığım düşürür ve bunları hızlandırarak kolaylaştırır (litostatik basınç kendi başına derinlerde yüksek mertebeli bölgesel metamorfizmaya neden olamaz). Su, madde özlerinin seçimli transfer edilmesini ve bunların mineral yataklarında zenginleşmelerini kolaylaştıran oldukça aktif bir çözücü şeklinde davranır. Örneğin, 650°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda su buharının da etkisiyle, sedimanlardaki bitümlü bileşenler CO2 şeklinde göçederler ve H2 ile reaksiyona girerek grafit formu şeklinde tekrar çökelirler.

Kontak metamorfizma esnasında, sokuluma yakın olan kayaçlar artan sıcaklık ile altere olurken, hem artan sıcaklık hem de basınç (litostatik basınç ve stres) bölgesel metamorfizmada önemli bir role sahiptir. Bu koşullar altında, metamorfik metasomatizma olarak adlandırılan bir süreç sonucunda büyük miktarlarda materyal transfer olur. Bu olay kireçtaşı-granit kontağında granat-piroksen kayacının oluşumunu veya peridotitin bölgesel metamorfizması sonucu sabuntaşının oluşumunu da kapsayabilir. Kontak metamorfık ve bölgesel metamorfık tiplere ek olarak ayrı bir grup, daha önceden migrasyon ile zenginleşmiş olan birtakım faydalı bileşenlerin metamorfizma esnasında rekristalize oldukları metamorfık yatakları içine alır. Bitümlü sedimanlardaki grafit yatakları, ince kömür damarlarının amorf karbonu ile bitümlü şeyller grafite rekristalize oldukları zaman, kontak ve bölgesel metamorfizma ile oluşurlar. Lateritlerdeki alüminyumca zengin mineraller ve bunların yeniden çevrimlenmesi ile oluşmuş sedimanlardaki (boksitler, kaolenitik killer) kaolenler korund, andaluzit, sillimanit ve distene rekristalize olurlar.

Fosfatlar apatit kayacına dönüşebilirler ve endüstriyel mineraller muhtemelen metamorfizma esnasında göçeden flor ve bor elementlerini içerebilir ve böylece yeniden oluşmuş yatakları geliştirebilirler. Metamorfizma esnasında bazı mineraller OH ve H2O bileşenlerini kaybederek susuz hale gelirken, OH ve H2O içermeyen diğerleri sadece rekristalize olurlar. Ultrametamorfizmada, faydalı bileşenler ve uçucular, özellikle de su, dışarı atılır ve bazı bileşenler metamorfik cephenin ön tarafına doğru göç ederek talk, sabuntaşı ve antofillit yataklarını oluştururlar. Dengede olan ve birbirleriyle reaksiyona girme eğilimi göstermeyen bileşenlere sahip kayaçlar ve mineral yatakları, belirli metamorfık fasiyes koşulları altında oluşabilirler (Tablo 3).

Tablo 3. Bilinen metamorfik fasiyesler ve bunlara ait tipik mineral birlikleri
 

Sıcaklık

Düşük basınç

Yüksek basınç

Koşullar:

Litostatik basınç<300 MPa
Derinlik <10 km
Su basıncı değişken.
Kontak metamorfizmanın tipik koşulları

Litostatik basınç ve su basıncı yaklaşık 300-1200 MPa
Derinlik 10-40 km
Su basıncı değişken.
Bölgesel metamorfizmanın tipik koşulları

200-500oC

Albit-epidot- hornfels fasiyesi
S: kuvars, plajiyoklaz, mikroklin, biyotit

Yeşilsilt fasiyesi
S: kuvars, albit, klorit, muskovit ve kuvars, albit, muskovit, biyotit
M: albit, epidotlar, aktilonit, klorit

300-600oC

Hornblend hornfels fasiyesi
S: kuvars, plajiyoklas, mikroklin, biyotit,
muskovit
M: plajiyoklaz, hornblend

Amfibolit fasiyesi
S: kuvars, plajiyoklaz, muskovit, biyotit, almandin
M: plajiyoklaz, hornblend

500oC üzeri

Piroksen hornfels fasiyesi
S: kuvars, plajiyoklas, ortaklaz, kordiyerit, andaluzit
M: plajiyoklaz, diyopsit, hipersten

Granulinit fasiyesi
S: kuvars, plajiyoklaz, ortoklaz, granat, sillimanit
M: plajiyoklaz, granat, hipersten, kuvars

600oC üzeri

Sanidinit fasiyesi
S: tridimit, kordiyerit, mullit, cam
M: plajiyoklaz, diyopsit, granat

Eklojit fasiyesi
S: bilinmiyor
M: omfazit, granat


      Sıcaklık ve basınç aralıkları yaklaşık alınmıştır.
      S: şeyllerin metamorfizması ile oluşan mineral birlikleri.
      M: mafik magmatik kayaçların metamorfizması ile oluşan mineral birlikleri.
      Kaynak: Krauskopf, 1967.

Metamorfojenik endüstriyel mineraller içinde amorf masif grafit, yeşilşist fasiyesi metamorfizması altında oluşur; disten, sillimanit, korund ve kristalen grafit amfıbolit fasiyesi koşullan altında oluşur; zımpara (diyasporit) her iki koşulda da oluşur; granat granulit fasiyesi koşullan altında duraylıdır ve elmas da eklojit fasiyesi kayaçlarında bulunur.

Şekil-11, her üç Al2SiO5 modifikasyonunun da belirli basınç ve sıcaklık koşullarında birlikte oluşabildiklerini göstermektedir. Boksit minerallerinin rekristalizasyonu ile oluşan disten veya sillimanite ek olarak, yüksek dereceli metamorfizma koşulları altında muskovitin K-feldispata dönüşümü esnasında açığa çıkan aşırı Al2O3'den itibaren de bu mineraller aşağıdaki denkleme uygun olarak oluşabilirler (PH2O + 200 MPa ve T=570°C koşullarında):


2KAl2(AlSi3O10)(OH)2 + SiO2 Û3KAlSiO8 + A12SiO5 + H2O
      (sanidin)



Şekil 11. Al2O3 – SiO2 sisteminin faz diyagramı

Ortama SiO2 getiriminin olması durumunda, distenin yerine korund oluşur; andaluzit ise aşağıdaki denkleme uygun olarak pirofillitten itibaren gelişir:

Al2(Si4O10)(OH)2 Û Al2SiO5 + 3SiO2 + H2O Pirofillit kaolenitin alterasyonu ile oluşabilir: Al2(Si2O5)(OH)4 + 2SiO2 ÛAl2(Si4O10)(OH)2 + H2O Pirop granulit fasiyesi koşulları altında flogopitten itibaren oluşurken, almandin ise biyotit ve muskovit alterasyonunun ürünüdür.