Geology, mineralogy and geochemical properties of the Çaldağ Ni-Co laterite deposits

Çaldağ Ni-Co yatağı Gediz grabeni içinde bir havzaiçi yükselti şeklinde yea ralan Çaldağ’ın üst kesimlerinde yakla- şık 10 km2’lik bir alan kapsar. Halen pilot üretim aşamasında olan Çaldağ Ni-Co yatağı dünyanın önde gelen Ni-Co yatakları arasındadır. Yatak, % 1.14 Ni ve % 0.05 Co olmak üzere, 38 milyon ton cevher içermektedir. Yeni Kale- donya tipi lateritik Ni-Co yatakları olarak literatürde yeralan bu tür yataklar eser miktar Ni-Co içerikli peridotitlerin lateritleşmesi sonucu karmaşık ve zonlu bir yapı sunarlar. Çaldağ Ni-Co yatağı Geç Kretase-Erken Paleosen yaşlı ofiyolitik karmaşık içinde yeralmaktadır. Bu karmaşık tür- biditik kumtaşı-çamurtaşı ardalanması, pelajik kireçtaşı ve çamurtaşı arakatkılı spilitik volkanitlerden oluşan bir matriks ile içindeki değişik boyutlu kireçtaşı, radyolarit ve serpantinleşmiş ultramafik kütlelerinden oluşur. Fark- lı derecelerde serpantinleşmiş peridotitik kayalar başlıca dünit, harzburjit ve piroksenitlerden oluşmaktadır. Bu kaya topluluğu yapısal bir dokanak ile Menderes Masifi’ne ait metamorfik kayalar üzerinde oturur. Bu kayalar Üst Miyosen-Alt Pliyosen yaşlı gölsel tortullar tarafından açısal uyumsuzlukla örtülür. Volkanik kayaçlar üzerinde ya- pılan ana, iz ve nadir toprak element analizleri bu kayaçların toleyitik magmadan türediklerini ve okyanus içi-yay ortamında oluştuklarını işaret etmektedir. Nikel içeren birincil minerallerin serpantinleşmiş ultramafik kütleler içinde yeralan pentlandit ve çeşitli nikel-sülfür alaşımları oldukları saptanmıştır. Çalışmalarda nikel ve kobaltın yatak oluşturacak şekilde zenginleşmesini sağ- layan iki farklı lateritleşme evresinin varlığı saptanmıştır: (1) Üst Paleosen-Orta Eosen dönemine karşılık gelen ilk lateritleşmede kolloform yapılı götit, hematit,limonit, Ni-Co asbolan, Mn oksitler oluşmuştur. Lateritik yatak Üst Eosen’de gelişen bindirme faylarıyle kuzeye doğru bugunkü Çaldağı bölgesine taşınmıştır. (2) Oligosen’de gelişen ikinci lateritleşmede kolloform yapı yanında breşik yapılı ve çatlak dolgusu Ni-Co asbolan, takovit, pekorait, Mn oksitler, jips, bravoit, götit, limonit, pirit ve markasit ile nimit, haloysit ve montmorilllonit gibi kil mineralleri oluşmuş- tur. Çaldağ bölgesindeki lateritik nikel-kobalt zenginleşmesi başlıca serpantinleşmiş ultrabazikler (% 0,2-1,2 Ni; % 0,04-0,11 Co) demirli ve kilce zengin (% 0,02-5,6 Ni; % 0,02-5,2 Co), karbonatlı-jipsli (% 0,2-1,2 Ni; % 0,04-0,11 Co) ve silisli laterit(% 0,2-1,2 Ni; % 0,04-0,11 Co) olmak üzere farklı zonlardan oluşmaktadır. İkinci lateritleşme sonrası Çaldağ laterit yatağı Miyo-Pliyosen döneminin karasal-gölsel çökelleri ve gölün son ev- resinde oluşan algli kireçtaşları ile örtülmüştür. Neotektonik dönemde bölge normal faylarla parçalanarak KB-GD uzanımlı horst ve graben yapılarının oluşumu sağlamıştır. Çaldağ yükseliminin gerçekleştiği bu evrede, yükselen bloklar aşınmaya başlamış ve Pliyo-Kuvaterner yaşlı genç çökeller oluşmuştur. Bu dönemde Çaldağ yükseltisinde örtülü bulunan lateritik düzeyler yüzeyleyerek aşınma etkisi altında kalmıştır.Çaldağ Ni-Co deposit covers an area approximately 10 km2 on the Çaldağ horst of Gediz Graben. This world class Ni-Co deposit has recently started to be exploited. Extensive exploration drilling on the mineralization proved a reserve of 38 million tonnes, with a grade of 1.14% nickel and 0.05% cobalt. Showing complex and zoned struc- tures, Çaldağ mineralization is analogous to the New Caledonian type residual nickel deposits that are formed by the intense tropical weathering (lateritization) of the peridotites which consist of trace amounts of nickel. Çaldağ Ni-Co mineralization is developed over the ultramafic rocks of Late Cretaceous-Early Paleocene ophiolitic mélange. The ophiolitic mélange consists of limestone blocks, radiolaria, and serpentinized ultramafic rock masses set in a matrix composed of interbedded sandstone-shale, spilitic volcanic rocks with pelagic limestone and shale intercalations. Peridotites with variable serpentinization are mainly composed of dunite, harzburgite and pyroxenite. The ophiolitic mélange was emplaced tectonically on the basement rocks of Menderes masif. The whole succes- sion is uncomformably overlain by Upper Miocene-Lower Pliocene lacustrine sediments. Whole rock, trace and REE analysis on volcanic rocks implies that they have tholeiitic magmatic source and they formed in intra oceanic -arc environment. The primary Ni-bearing ore phases in serpentinized peridotites are pentlandite and associated nickel-sulfide alloys. In Çaldağ mineralization, lateritic profile consists of serpentinized peridotites (% 0,2-1,2 Ni; % 0,04-0,11 Co), iron- oxide and clay-rich saprolite (% 0,02-5,6 Ni; % 0,02-5,2 Co), carbonate and gypsum-bearing laterite (%0,2-1,2 Ni; % 0,04-0,11Co), and silica rich laterite (% 0,2-1,2 Ni; % 0,04-0,11 Co) with different Ni-Co contents. Two different lateritization stages are determined in the enrichment of Ni-Co ore; 1) Colloform goethite, limonite and hematite, Ni-Co asbolane and manganese oxides are mainly formed during the first lateritization stage (Upper Paleocene- Middle Eosene). Laterite was carried tectonically towards north to its present place by thrust faults during Upper Eocene. 2) The second lateritization took place in Oligocene, beside the colloform ore, takovite, pecoraite, manga- nese oxides, gypsum, bravoite, pyrite, marcasite and clay minerals such as nimite, halloysite, montmorillonite were deposited either as fracture infills or brecciated masses. Following the second lateritization event, the Çaldağ lateritic deposit was covered by Mio-Pliocene terrestrial- lacustrine sedimentary units. During the Neotectonic period, the region was dissected by high-angle normal faults resulted in NW-SE trending horst and graben structures. The Çaldağ horst was uplifted during this stage and the Plio-Quaternary alluvial fans were formed around the Çaldağ Horst due to erosion of the rising blocks. Finally, the latest event resulted in erosion of the cover series and the Çaldağ lateritic deposit cropped out over the Çaldağ Horst