Sedimantoloji karbonat Kayaçlarının Diyajenezi KARBONAT KAYAÇLARININ KARBONAT KAYAÇLARININ DİYAJENEZİ DİYAJENEZİ Doç. Dr. Ziya KIRMACI? Karbonat kayaçlarının diyajenezi, kırıntılı kayaçlarda olduğu gibi, çökelmeden hemen sonra artan sıcaklık ve basınçla birlikte metamorfizmanın başladığı ana kadar tortuları etkileyen tüm prosesleri ihtiva eder. ? Şöyle ki; Giriş Giriş? Karbonat kayaçlarının büyük bir kısmı denizel koşullar altında oluşur. ? Tortulaşma sonrası karbonat tortuları: ? porozite, ? mineraloji ve ? kimyasal değişikliklere neden olan çeşitli diyajenetik süreçlere maruz kalır. ? Karbonat tortuları genel olarak: ? Çözülme, ? Rekristalizasyon ve ? Yer değiştirme gibi olaylar karşısında silisiklastik minerallerin büyük bir kısmına göre çok daha az duyarlıdır. ? Böylece; ? Bunlar yaygın bir mineralojik alterasyona maruz kalabilirler. ? Kalsit sonraki bir zamanda dolomit tarafından kısmen veya tamamen yer değiştirmiş olabilir. ? Karbonat taneleri ve mikrit gibi, orijinal depolanma dokuları yok olabilir veya tahrip olabilir ya da bir takım değişikliklere uğrayabilir. ? Karbonat tortularının porozitesi (gözenekliliği) sıkışma ve çimentolanma sonucu azalabilir, erime sonucu ise artabilir.Karbonat diyajenezinin rejimleri Karbonat diyajenezinin rejimleri ? Silisiklastik tortular gibi, Karbonat tortuları da: ? Sığ gömülme (eodiyajenez), ? Derin gömülme (mesodiyajenez) ve ? Yükselme (telodiyajenez) gibi genel diyajenez safhalarına maruz kalabilir. ? Karbonat diyajenezi: ? Denizel, ? Meteorik ? Yüzey altı gibi üç ana rejim veya bölgede meydana gelir.Karbonat ana diyajenetik ortamlarıDenizel bölge Denizel bölge ? Deniz tabanı ve çok sığ denizel yüzey altını içerir. ? Diyajenetik ortam burada deniz suyu sıcaklıkları ve normal tuzluluklardaki deniz suyu ile karakterize olur. ? Bu ortamdaki ana diyajenetik prosesler: ? Tortuların biyotürbasyonunu, ? delici organizmalar tarafından karbonatlı tanelerin değişikliğe uğratılmasını, ? ılık su alanlarında tanelerin çimentolanmasını sonuçlar.? Meteorik bölge tatlı su varlığıyla karakterize olur. ? Bu alan; ? su tablasının üzerinde doymamış zonu (tortu gözenekleri su ile dolu değil) ve ? su altı freatik zonu veya suya doygun zonu içerir. Meteorik bölge Meteorik bölge? Denizel karbonat tortuları deniz tabanı bölgesinden meteorik bölgeye iki şekilde geçebilir: ? Deniz seviyesinin düşmesi, ? Sığ bir karbonat havzasının giderek tortu ile dolması. ? Ayrıca, derin gömülü durumdaki yaşlı bir karbonat kayacının sonraki bir dönemde yükselme veya yüzeye çıkması (telodiyajenez) sonucu da meteorik bölge içerisine geçebilir.? Meteorik bölgedeki ana diyajenetik olaylar: ? Çözülme, ? Neomorfizma ve ? Kalsit çimentolanmasıdır.? Meteorik sular yüksek oranda CO 2 ile yüklü olmaları nedeniyle kimyasal olarak çok agresifdirler. ? Düşük-Mg kalsite göre çok daha duraysız olan aragonit ve yükse-Mg kalsit bu aşındırıcı sular tarafından kolaylıkla çözülebilir (eritebilir). ? Aragonitin ve yüksek-Mg kalsitin çözülmesi suların CaCO 3 bakımından doygun hale gelmesini sağlayabilir. ? Deniz tabanı üzerinde diyajenezin başlangıç safhasından sonra, olasılıkla meteorik bir bölgede, karbonat tortuları dereceli olarak gömülerek yüzey altı bölgede: ? basınç artışlarına, ? daha yüksek sıcaklıklara ve ? değişen gözenek sıvılarına maruz kalabilir. Yüzey altı bölge Yüzey altı bölge? Bu değişken koşullar altında karbonat tortuları: ? fiziksel ve kimyasal sıkışma, ? Erime, ? Çimentolanma, ? Neomorfizma ve ? Yer değiştirme gibi ilave kimyasal/mineralojik değişimlere uğrayabilir. ? Derin yüzey altı diyajenez sırasında meydana gelen değişimlerin gerçek tabiatı gömülme ortamının özel koşullarına (sıcaklık, gözenek suyunun bileşimi, pH) bağlıdır.Ana diyajenetik prosesler ve değişimler Ana diyajenetik prosesler ve değişimler Biyojenik alterasyon (Bozuşma Biyojenik alterasyon (Bozuşma): ): ? Karbonat depolanma ortamlarında tortular: ? Delme, ? Oyma ve ? Tortu-yeme gibi organizma aktiviteleriyle yeniden işlenir. ? Bu aktiviteler: ? Karbonat tortularındaki birincil tortul yapıları tahrip eder ve geride benekli bir katmanlaşma ve değişik tip organik izler bırakır. ? Fungi, bakteri ve alg gibi çok çeşitli küçük organizmalar iskelet kırıntılarında ve diğer karbonat tanelerinde mikro-oyuklar (delgiler) açar. ? İnce taneli (mikrit) aragonit ve yüksek-Mg kalsit daha sonra açılmış olan bu oyuklar (holler) içerisinde tortulaşabilir. ? Delme ve mikrit tortulaşma prosesinin çok yoğun olduğu bazı ılık su ortamlarında karbonat taneleri hemen-hemen tümüyle mikritleşebilir. ? Bu proses mikritleşme olarak isimlendirilir. Brakiopod kavkıları üzerinde gelişmiş mikrit zarflanmalarıDiyajenez sırasında korunmuş Mollusk kavkılarındaki mikritik zarflanmalar (boyalı kesit).İskeletsel taneler gibi diğer allokemler de mikritleşebilir.Çimentolanma. Çimentolanma. ? Çimentolanma tüm diyajenetik bölgelerin önemli bir prosesidir. ? Okyanus tabanı üzerinde, çimentolanma çoğunlukla ılık su alanlarındaki tanece zengin tortuların gözenek yüzeylerinde veya boşlukları içerisinde meydana gelir. ? Resifler, platform kenarları üzerindeki karbonat kum sığlıkları ve karbonat plaj kumları erken çimentolanma için favori alanlardır. ? Platform kenarı boyunca tortuların iyi çimentolandığı deniz tabanı alanları sert zeminler diye isimlendirilir. ? Denizel bölgede: ? Deniz tabanı üzerinde meydana gelen çimentolar çoğunlukla aragonit, daha az olarak da yüksek-Mg kalsit bileşimlidir. ? Deniz tabanında meydana gelen çimentolar değişik yapıda gelişebilir. ? Plaj kayaçları: ? Menüsküs ve ? Pendant çimentoları içerebilir. Diyajenez sırasında karbonat kayaçlarında oluşan ana çimento tipleri. Deniz tabanı diyajenetik ortamları özellikle aragonitik menüsküs ve pendant çimentolar (plaj kayaçlarında), eş boylu çimento, iğnemsi çimento ve botroidal çimentoyla karakterize olmaktadır. Bloksu Botroidal Pendant (gravitasyonel) çimento Menüsküs çimento Eşboylu (lifi-kama şekilli) iğnelerin ağ şeklinde büyümesi kama şekili prizmatik İri mozaik Sintaksiyal kenar Eş boyutlu (kama şekilli)Mercan iskeletinde gelişmiş olan ve ışınsal lifi doku gösteren birincil çimento.Fotoğrafta iki çimento tipi görülmektedir: Birincisi, tanelerin tamamı üzerinde eş boyutlu kristaller tarafından oluşturulan kenar çimento (eş boyutlu kenar çimento); ikinci çimento tipi ise, meteorik sular veya derin gömülme ortamındaki gözenek suları tarafından oluşturulan mozaik kalsit çimento. Çimentonun mavi renge boyanması demir içerdiğini gösterir.Vadoz zonda meteorik sular tarafından oluşturulmuş olan menisküs çimento.Tanelerin alt yüzeylerinde gelişmiş olan pentand çimento (vadoz çimento). Meteorik sularda olduğu gibi, gel-git arası ve gel-git üstü ortamlarda denizel sular tarafından da çökeltilebilinir. Drusy mozaik çimento. Bazı kalsit kristallerinin maviye boyanmamış olması sirkülasyondaki sularda demir miktarındaki azalmaya işaret eder. Sintaksiyal kenar çimento? Meteorik bölgede; ? Erime çimentolanmadan daha önemli bir prosestir. ? Çimento her zaman kalsitten oluşur. ? Çimentoları oluşturan CaCO 3 duraysız aragonit ve yüksek-Mg kalsitin erimesinden ortaya çıkmaktadır. ? Suya doygun olmayan vadoz zondaki kalsit çimentolar çoğunlukla menüsküs ve pendant çimentolardır. ? Sintaksiyal kenar çimento kalsitin tek kristalli ekinoderm kırıntısının çevresinde ve aynı optik devamlılıkta tortulaşmasıyla oluşur.Diyajenez sırasında karbonat kayaçlarında oluşan ana çimento tipleri. Meteorik bölge çimentoları hakim olarak kalsitten meydana gelmiştir. Vadoz zonda menüsküs ve pendant çimentolar, freatik zonda ise eş boyutlu, bloksu ve sintaksiyal kenar çimentolar oluşur. Bloksu Botroidal Pendant (gravitasyonel) çimento Menüsküs çimento Eşboylu (lifi-kama şekilli) iğnelerin ağ şeklinde büyümesi kama şekili prizmatik İri mozaik Sintaksiyal kenar Eş boyutlu (kama şekilli)? Derin gömülmede; ? Derin gömülme ortamlarında çimentolanmayı kontrol eden koşullar tam olarak anlaşılmış değildir. ? Bununla birlikte, kalsit çimentolar derin gömülme sırasında da meydana gelebilmektedir.? Gömülme sırasında karbonat çimentolanmasını üstün kılan belli-başlı faktörler: ? duraysız mineraloji (aragonit ve yüksek-Mg kalsitin varlığı), ? gözenek sularının kalsiyum karbonata göre aşırı doygunluğu, ? yüksek porozite ve permeabilite, ? sıcaklık artışı ve ? CO 2 kısmi basıncındaki azalmadır. ? Derinlerde meydana gelen çimentolanma için gerekli kalsiyum karbonatın en azından bir kısmı karbonat tortularının basınç erimesinden sağlanmış olabilir.Diyajenez sırasında karbonat kayaçlarında oluşan ana çimento tipleri. Yüzey altı gömülme bölgesinin çimentoları keza çoğunlukla kalsitten olur ve sintaksiyal kenar, kama şekilli prizmatik ve iri mozaik tipleri içerir. Bloksu Botroidal Pendant (gravitasyonel) çimento Menüsküs çimento Eşboylu (lifi-kama şekilli) iğnelerin ağ şeklinde büyümesi kama şekili prizmatik İri mozaik Sintaksiyal kenar Eş boyutlu (kama şekilli)Erime. Erime. ? Erime, çimentolanmayla ters bir durum arz etmesine karşın, oldukça önemli bir prosestir. ? Karbonat minerallerinin erimesi genel olarak çimentolanmaya neden olan koşullarla ters düşen koşulları gerektirir. ? Erime olayı: ? duraysız mineraloji (aragonit ve/veya yüksek- Mg kalsitin varlığı), ? düşük sıcaklık ve ? kalsiyum karbonata doygun olmayan düşük pH'lı (asidik) gözenek suları tarafından üstün kılınmaktadır. ? Erime özellikle saldırgan (agresif) gözenek sularında meydana gelmektedir. ? Erime deniz tabanı üzerinde önemsiz, fakat meteorik suların vadoz zon boyunca aşağıya, freatik zon içerisine doğru süzüldüğü ortamda etkili olmaktadır. ? Aragonitin ve yüksek-Mg kalsitin yaygın erimesi bu ortamda meydana gelir; şayet gözenek suları yeter derecede agresif ise kalsiti bile eritebilir. ? Erime özellikle su tablası boyunca (vadoz ve freatik zon arasındaki sınır boyunca) yoğunlaşma eğilimi göstermektedir. ? Karbonat kayaçlarında yaygın mağara oluşumlarının su tablası seviyesinde yaygın olması buna kanıt olarak gösterilebilir.? Erime, iki nedenden dolayı, derin gömülme (yüzey altı) bölgesinde meteorik bölgedekinden daha az yaygındır. Bunlar: 1. Aragonitin ve yüksek-Mg kalsitin büyük bir kısmı meteorik bölgede düşük-Mg kalsite dönüşmüş olmaktadır. 2. Derinlikle artan sıcaklık tüm karbonat minerallerinin eriyebilirliğini azaltmaktadır. ? Sıcaklık artışından sonuçlanan erimedeki azalmayı yenmek için organik maddenin gömülme çürümesinin bir sonucu olarak (dekarboksilasyon) gözenek sularına yeter derecede CO 2 ilave edilebilirse, erime derinde de meydana gelebilir. Neomorfizma Neomorfizma ? Neomorfizma inversiyon ile rekristalizasyon proseslerini kapsayan bir terimdir. ? İnversiyon (dönüşüm) bir mineralin onun polimorfuna dönüşümünü (örn.: aragonitin kalsite dönüşümü gibi) ifade eder. ? İnversiyon yalnızca katı (kuru) fazda meydana gelir. ? Şayet aragonitin kalsite dönüşümü suyun varlığıyla meydana gelmiş ise, bu az duraylı aragonitin erimesi ve hemen-hemen eş zamanlı olarak yerine daha duraylı kalsitin tortulaşması şekline olur. ? Bu proses kalsitleşme olarak ifade edilir. ? Rekristalizasyon bir mineralin kimyasal ve mineralojik yönden çok az veya hiç bir değişikliğe uğramaksızın boy ve şeklinde meydana gelen değişimi ifade eder. ? Kalsitleşme ve rekristalizasyon çoğunlukla el ele yürür.? Neomorfizma her üç diyajenetik bölgede de oluşur. ? Ancak meteorik ve yüzey altı diyajenetik ortamlarda özellikle daha önemlidir. ? Neomorfizma hem karbonat tanelerini hem de mikriti etkileyebilir ve yaygın olarak kristallerde boy artışını sonuçlar. ? Bu proses ilksel dokuyu tahrip eder ve yaygın olması durumunda tüm kayacın rekristalize olmasına neden olabilir. ? Böylece, ince taneli (mikritik) bir kireçtaşı iri taneli spari bir kireçtaşına dönüşebilir. Yer Yer değiştirme değiştirme ? Yer değiştirme, bir mineralin erimesini ve yerine farklı bileşimli başka bir mineralin hemen-hemen eş zamanlı tortulaşmasını gerektirir. ? CaCO 3 minerallerinin diğer minerallerle yer değiştirmesi yaygın bir diyajenetik prosestir. ? Meteorik ve derin gömülme ortamlarında karbonatların mikrokristalen kuvarsla (çörtle) veya dolomitle CaMg(CO 3 ) 2 yer değiştirmesi çok yaygındır. Fiziksel ve kimyasal Fiziksel ve kimyasal sıkışma sıkışma ? Henüz depolanmış, sulu karbonat tortuları %40 dan %80 kadar değişen oranlarda bir başlangıç porozitesine sahiptir. ? Bu tortular giderek yüzey altına doğru gömülürlerken, üstleyen tortuların basıncı tanelerin yeniden düzenlenmesine ve daha sıkı istiflenmesine neden olur. ? Silisiklastik tortularda olduğu gibi, sıkışma oldukça sığ gömülme derinliklerinde katmanların incelmesine ve porozite azalmasına neden olur. ? Yaklaşık 1000 ft (305 m) derinliklerdeki derin gömülme ile giderek artan daha büyük yük basıncıyla, taneler çatlama ve kırılma ile ve plastik veya hafif sıkışmayla değişikliğe uğrayabilir. ? 100 m. kadar sığ gömülme derinliklerinde bile, sıkışma karbonat tortularının depolandıkları andaki kalınlıklarını yarısından daha fazla oranda azaltabilir. ? bu azalma da ilksel gözenek hacimlerinin %50-60 oranında azalmasına neden olur.? Yaklaşık 200 metreden 1500 metreye kadar değişen gömülme derinliklerinde, karbonat tortularında kimyasal sıkışma başlamaktadır. ? Sıkışma: ? Tane-tane dokanaklarında basınç erimelerini, ? taneler arasında girik veya süturlu kontakların oluşumunu sonuçlayabilir. ? Daha büyük ölçekte, basınç erimeleri stilolit olarak isimlendirilen damarların oluşmasına neden olur.