Lead and sulfur isotope studies of the Koru (Çanakkale, Turkey) lead-zinc deposits

Abstract

Koru (Çanakkale) kurşun-çinko yatakları Biga Yarımadası’ndaki Tersiyer yaşlı volkanik kayaçlar içinde gözlenenen kurşun-çinko yataklarının tipik örneklerinden birisidir. Yatakların yakın çevresinde yüzeyleyen volkanik kayaçlar; Eosen yaşlı Akçaalan andeziti, Oligosen yaşlı Adadağı piroklastikleri, Miyosen yaşlı Dededağ dasiti ve Pliyo–Kuvaterner yaşlı Karaömerler bazaltı şeklinde ayrılmışlardır. İnceleme alanı içindeki cevherleşmeler, Adadağı piroklastikleri içinde BKB–DGD konumlu fay hattı boyunca damar tipi ve üst seviyelerdeki ileri derecede breşleşmiş kesimlerde stokvork tipi oluşumlar şeklindedir. Cevherleşmelerde galenit, sfalerit ve barit hakim mineraller olup, pirit, kalkopirit, fahlerz (tennantit), markazit, kalkosin, kovellin, bornit, tenörit ve kuvars az miktarlarda bileşime katılmaktadır. Kükürt izotop jeokimyası incelemeleri, $\delta^{34}S$ değerlerinin baritlerde o/oo +14.9 ile +17.3 aralığında (ortalama o/oo +16.5), sfaleritlerde o/oo –1.9 ile –0.1 aralığında (ortalama o/oo –1.2), galenitlerde ise o/oo –5.2 ile –3.0 aralığında (ortalama o/oo –3.9) değiştiğini göstermektedir. Barit ve sülfür mineralleri ile denge halindeki H2S’in izotopsal bileşiminin farklı olması (sırasıyla, o/oo +5.5 ile +7.9 ve o/oo –2.1 ile –0.5), galenit ve sfaleritleri oluşturan çözeltilerdeki kükürtün kökeninin baritlerdekinden farklı olduğunu göstermektedir. Baritlerin $\delta^{34}S$ değerleri, literatürde Tersiyer sonrası deniz suyundaki sülfat ve sedimanlar içinde çökelmiş sülfatlı mineraller için belirlenmiş kükürt izotopları bileşimi ile uyumlu olup, kükürtün bölgede bulunan bu yaşlardaki kayaçlar içinde çökelmiş sülfatlı minerallerden veya bu kayaçların gözeneklerinde hapsolmuş deniz suyu içinde çözülü sülfattan kaynaklandığını işaret etmektedir. Galenit ve sfaleritlerin bileşimindeki kükürtün ise o/oo 0 (sıfır)’a yakın olması nedeniyle bölgedeki volkano-sedimanter kayaçların volkanik bileşenleri ile ilişkili olduğu kabul edilmiştir. Kurşun izotopları jeokimyası sonuçları yöredeki cevherleşmelerde zenginleşen kurşunun manto kökenli malzemeden çok farklı ve orojenez etkisinde kalmış kıtasal kabukla yakın ilişkili olduğunu göstermektedir. Hesaplanan Pb izotopları model yaş değerleri (70–1 Milyon yıl) cevherleşmelerin olası jeolojik yaş aralığı (Oligosen sonrası) ve çevredeki Eosen–Kuvaterner volkanik ve volkanosedimanter birimlerin yaşı ile uyuşmakta olup, galenit içindeki kurşunun bu birimlerden kaynaklandığını göstermektedir. Bu çalışmadaki kükürt ve kurşun izotopları sonuçları ve daha önceki eser element ve nadir toprak elementleri ile yayınlanmamış oksijen ve hidrojen izotop verilerine göre; sülfürlü minerallerin yapısındaki Pb, Zn, Cu ve S’ün çevredeki birimlerin volkanik bileşenlerinden, baritlerin bileşimindeki Ba ve S’ün ise çevredeki volkano-sedimanter birimler içinde çökelmiş sülfatlı minerallerden veya kayaçlar içindeki gözeneklerde hapsolmuş deniz suyu içinde çözülü $So_4^{=}$ iyonlarından bu birimler içinde dolaşan meteorik kökenli yüzey sularınca çözülerek yataklar içinde çökeltildiği sonucuna varılmıştır.

Koru (Çanakkale) barite-bearing lead-zinc deposits are typical examples of the lead-zinc deposits occurring in the Tertiary volcanic rocks which crop out in the Biga Peninsula. Volcanic rocks around the investigated deposits are distinguished as Eocene Akçaalan andesite, Oligocene Adadağı pyroclastics, Miocene Dededağ dacite and Plio–Quaternary Karaömerler basalt. The investigated deposits are hosted by Adadağı pyroclastics and show two different mineralization styles such as stockwork ore veinlets in the upper parts and ore veins along the fault zones in WNW–ESE direction, in the lower parts. Sphalerite, galena, pyrite, chalcopyrite, quartz, barite and calcite are the main minerals and they are accompanied by small amounts of fahlore (tennantite), marcasite, covellite and bornite. Sulfur isotope studies show that the $\delta^{34}S$ values of sphalerite, galena and barite change in the range of –1.9 to –0.1 (average – 1.2) o/oo VCDT, –5.2 to –3.0 (average –3.9) o/oo VCDT and +14.9 to +17.3 (average +16.5) o/oo VCDT , respectively. There are two different ranges of $\delta^{34}S$ values of H2S in equilibrium with barite (+5.5 to +7.9 o/oo) and sulfide minerals (–2.1 to –0.5 o/oo), indicating that the sulfur in sulfide minerals and barite derived from different sources. The similarity of the δ34S values of barite to those of precipitated sulfate minerals in sediments or SO4 = ions dissolved in sea water of Late Tertiary suggests that the sulfur in barite was derived from the precipitated sulfate minerals or SO4 = ions dissolved in pore water in surrounding volcano-sedimentary units. On the other hand, proximity of the $\delta^{34}S$ values of sphalerite, galena and H2S (in equilibrium with these two minerals) to 0 ‰ points to a genetic relation of the sulfur with the volcanic components of the surrounding volcano-sedimentary units. Lead isotope data are close to those of a model orogenic reservoir and are very different from a mantle-related reservoir. Calculated Pb-isotope model ages for these deposits (from 70 to 1 Ma) are in accordance with the possible geological age of the mineralization (post Oligocene) and indicate that the lead in galena was derived from the surrounding Eocene–Quaternary volcanic and volcano-sedimentary units. These data, along with the results of previous studies related to trace element and REE abundances and O- and H-isotope compositions, suggest that the Pb, Zn, Cu and S in sulfide minerals were leached from the volcanic components of the volcanosedimentary units, while the Ba and S in barite were leached from the precipitated sulfate minerals or $So_4^{=}$ ions dissolved in pore water in surrounding volcano-sedimentary units by deep circulation of meteoric water.