Mineralogical, Geochemical Properties and Origin of Phosphate Formations in the Upper Cretaceous Karababa Formation (Mardin-Mazıdağı)

Üst Kretase Yaşlı Karababa Formasyonu Fosfat Oluşumlarının Mineralojik, Jeokimyasal Özellikleri ve Kökeni (Mardin-Mazıdağı)

Abstract

The study investigated phosphate-rich sedimentary rocks in the Late Cretaceous Karababa Formation in the Mardin-Mazıdağ region, which represents the northern part of the Arabian Plate. The stratigraphic succession is divided into three members as i) Karataş: ellipsoidal gray-colored, largely weathered, fossiliferous shelly micritic limestone, ii) Ekinciler: dolomitic cherty limestone interbedded with marls, and iii) Evciler: argillaceous limestone with common phosphatic horizons. Large numbers of hand samples, collected from the outcrop successions, were carefully studied with optic microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM). They indicate the presence of optical isotropic pelletic apatite minerals (37% P2O5), bone fragments, fish teeth, and invertebrate fossil fragments like brachiopod shells in phosphorite rocks and micritic limestone. The phosphorites in the Karababa Formation are interpreted to have been deposited in a very shallow, near-shore or low energy environment. The X-ray diffraction (XRD) method confirmed the presence of apatite (carbonate fluorapatite: CFA), calcite, quartz, rare feldspar, dolomite, and clay (smectite, palygorskite, illite, kaolinite, chlorite, sepiolite, mixed layered illite-vermiculite, and chlorite-vermiculite) in phosphatic, silicic and other carbonate rocks. Total trace element concentrations in apatite minerals range from 2436 ppm to 2456 ppm, with total concentrations normalized to chondrite (ppm) higher than North America Shale Composite (NASC) at 664.98 ppm for P, 208.33 ppm for Sr and 33.66 ppm for Y. Common occurences of apatite, palygorskite/sepiolite, and smectite clay minerals in various sections of the Karababa Formation were interpreted as authigenic minerals in the marine environment. However, occurrences of mixed layered clay minerals were interpreted as a result of neoformation and/or transformation processes. The phosphate occurences in the Karababa Formation are considered to form due to mineral formation processes occurring via biogenic and biogeochemical activities that developed with the changes in sea level linked to tectonic movements associated with the evolution of the Neotethyan ocean during the Upper Cretaceous period.

Özet

Bu çalışmada Arap Plakası’nın kuzeyini temsil eden Mardin-Mazıdağı yöresinde fosfatlı sedimanter kayaçlar içeren Üst Kretase yaşlı Karababa Formasyonu incelenmiştir. Stratigrafik istif sırasıyla; i) nodüler çört yumruları ve fosil kavkıları içeren gri bej renkli ince-orta taneli fosforit seviyeleri içeren Karataş üyesi, ii) kireçtaşı-marn ardalanmasından oluşan Ekinciler üyesi ve iii) killi kireçtaşı ile temsil edilen Evciler üyesi olmak üzere üç üyeye ayrılmıştır. Yüzeysel istiflerden toplanan çok sayıdaki el örnekleri Optik Mikroskopi (OM) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) altında ayrıntılı olarak incelenmiştir. Fosforit kayaçları ve mikritik kireçtaşları içerisinde optik izotrop pelletik apatit mineralleri (%37 P2O5), kemik parçaları, balık dişleri ve brakiyopod kabukları gibi omurgasız fosil parçaları içermektedir. Karababa Formasyonu fosforitleri çok sığ, kıyıya yakın veya düşük enerjili bir ortamda çökeldiği yorumuna gidilmiştir. X-ışınları kırınımı (XRD) incelemelerine göre; fosfat, silis ve karbonat kayaçları apatit (karbonat florapatit: CFA), kalsit, kuvars, ender feldispat, dolomit ve kil (simektit, paligorskit, illit, kaolinit, klorit, sepiyolit, karışık tababakalı illit-vermikülit ve klorit-vermikülit) mineralleri içermektedir. Apatit minerallerinin toplam eser element konsantrasyonları 2436-2456 ppm arasında değişmekte olup, kondrit normalize toplam derişimleri sırasıyla P için 664,98 ppm, Sr için 208,33 ppm ve Y için 33,66 ppm olarak Kuzey Amerika Şeyl Bileşimi (NASC) den daha yüksek miktarlara sahiptir. Apatit, paligorskit/sepiyolit ve simektit türü kil mineralleri denizel ortamda otijenik, karışık tabakalı mineralleri ise neoformasyon ve/veya transformasyon süreçleriyle oluşmuştur. Karababa Formasyonu fosfat oluşumları Üst Kretase döneminde Neotetis okyanusunun evrimi ile ilişkili tektonik hareketlere bağlı deniz seviyesindeki değişimlerle birlikte gelişen biyojenik ve biyojeokimyasal faaliyetlere bağlı olarak mineral oluşum süreçlerinin gerçekleştiği biçiminde değerlendirilmiştir.