Orta Sakarya Bölgesinde Sakarya Kıta Kabuğunun Erken Mesozoyik Öncesi Tektonik Gelişimi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa, Mühendislik Fakültesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: OKŞAN GÖKÇEN UĞURCAN
Danışman: Timur Ustaömer
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu çalışma, Orta Sakarya Bölgesindeki kıta kabuğu kökenli Liyas öncesi yaşlı metamorfik temelin tektono-stratigrafisini ve Paleozoyik evrimini ortaya koymayı amaçlamaktadır. Bu doğrultuda, Orta Sakarya Bölgesi'nin en fazla birim çeşitliliğine sahip olan kesimi çalışma alanı olarak seçilerek (İnhisar-Sarıcakaya arası) 1/25.000 ölçeğinde haritalanmış ve tektono-stratigrafinin farklı düzeylerinden petroloji, jeokimya ve jeokronoloji çalışmaları yapılmıştır. Haritalama çalışmaları, çalışma alanındaki metamorfik temelin güneye verjanslı fay zonları ile ayrılmış üç tektonik dilimden oluştuğunu göstermektedir. Bu tektonik dilimler tabandan tavana doğru 'Tarpak Dilimi', 'Orta Sakarya Gnays Dilimi' ve 'Orta Sakarya Fillat ve Kontak Şist Dilimi' olarak adlandırılmıştır. Tarpak Dilimi yeşilşist fasiyesinde metamorfizmaya uğramış meta-kırıntılı, meta-karbonat ve meta-volkanoklastik birimlerden oluşmaktadır. İstif taban seviyelerinde yer yer foliasyonlu felsik dayklar ile kesilmektedir. Meta-kırıntılılar ile geçişli olan mafik volkanoklastiklerden yapılan tüm kaya jeokimya analizleri, bu kayaların yitim zonu gerisinde püskürdüğünü ve N-MORB tipi kayalarınkine benzer şekilde 'tüketilmiş üst manto' tipi bir kaynak alanla ilişkili olduklarını göstermektedir. İstifi kesen açık renk meta-magmatiklerin jeokimyası yitim ilişkili bir süreçten etkilenmiş dioritik bir magmadan kökenlendiklerini göstermiştir. Meta-kırıntılı seviyelerdeki kuvarsofeldispatik şistlerden yapılan detrital zirkon analizinde ise Karbonifer, Devoniyen, Ordovisyen, Ediakaran, Kriyojeniyen ve Paleoproterozoyik yaşlı zirkonlar saptanmıştır. Bu şistlerdeki en genç detrital zirkon 328 My (Serpukoviyen/Karbonifer) yaşlıdır. Aynı birimin biyotitlerinden yapılan Ar-Ar yaş tayini 280.9 My (Cisuralian/Permiyen) soğuma yaşı vermiştir. Stratigrafik ve analitik veriler ışığında Tarpak Dilimi'nin 328-280 My aralığındaki bir dönemde çökelmiş olabileceği düşünülmektedir. Tarpak Dilimi'nin üzerine tektonik olarak Orta Sakarya Gnays Dilimi gelmektedir. Çalışma alanının doğusunda Tarpak Dilimi'nin kamalanarak son bulduğu kesimlerde, Orta Sakarya Gnays Dilimi'nin Paleosen-Eosen yaşlı Kızılçay Formasyonu üzerine itilmiş olduğu gözlenir. Orta Sakarya Gnays Dilimi tabanda Çayköy Ortognaysları ve bunları üzerleyen Sarıcakaya Paragnaysları'ndan oluşmaktadır. Çayköy Ortognaysları amfibolit fasiyesinde bölgesel metamorfizma geçirmiş granitik ve siyenitik gnayslar ile bunlar arasındaki bantlı amfibolit sillerinden oluşmaktadır. Peralumin ve kalk-alkalen magmatizmadan kökenlenen granitik gnayslardan 503±12 My (Orta-Geç Kambriyen), 500±11My ve 488±5.1 My (Geç Furongiyen-Alt Tremadosiyen) U-Pb zirkon kristalleşme yaşları elde edilmiştir. Anorojenik A-Tipi magmatizmadan kökenlenmiş olan siyenitik ortognayslar ise 473.9±5.7 My (Floian) U-Pb zirkon kristalleşme yaşı vermiştir. Bantlı amfibolit sillerinin büyük bir kısmının iz element karakteristikleri, bileşimi E-MORB ila OIB aralığında olan geçiş serisi magmalara, daha az sayıda sil örneğinin iz element kimyası ise sub-alkali magmatizmaya işaret etmektedir. Sub alkalin örneklerin iz element jeokimyaları yitim ilişkili bir proses ile modifiye olmuş tüketilmiş litosferik mantodan ergidiklerini göstermektedir. Daha alkalin karakterdeki geçiş serisi magmaların NTE ve HFSE kimyaları (Dy/Yb, La/Yb, Nb içeriği gibi) ise olasılıkla sığ astenosferik manto ya da litosferik-astenosferik manto geçişinde olan nispeten zenginleşmiş bir kaynak alandan ergidiklerine işaret etmektedir. Alkalin indeksi (Nb/Y) en fazla olan bantlı amfibolit örneğinden 473.25±4 My (Floian) zirkon U-Pb kristalleşme yaşı elde edilmiştir. Bu çalışmada Çayköy Ortognaysları'nın Alt Paleozoyik döneminde Gondvana kuzey kenarını etkileyen riftleşme sonucu oluştuğu önerilmektedir. Gondvana kuzey kenarının Geç Kambriyen-Alt Ordovisyen döneminde yoğun olarak astenosferik yükselme, litosferik incelme, blok faylanma, aşınma ve erozyona maruz kaldığı bilinmektedir. Çalışma alanındaki Floian yaşlı siyenitik ve bazik magmanın kıtasal kabuğa sokulum yaptığı dönem, muhtemelen bu proseslerin bölgede en şiddetli olduğu evreye karşılık gelmektedir. Orta-Geç Kambriyen/Alt Ordovisyen yaşlı peralumin granitler ise muhtemelen astenosfer yükselmesine bağlı jeotermal gradyan artışının kabukta yarattığı kısmi ergime sonucu oluşan ergiyiklerin üst kabuğa yerleşerek kristalleşmesi sonucu oluşmuşlardır. Granitik gnaysların kalk-alkalen kimyası, olasılıkla kabuksal kaynak alanlarındaki iz element karakteristiklerinin bir sonucu olmalıdır. Nitekim, granitik ortognayslar içinde bolca bulunan kalık mineral fazları (inherited zircon) bu olasılığı doğrulamaktadır. Çayköy Ortognaysları'ndan yapılan U-Pb analizleri, bazı örneklerde Devoniyen (384-401 My) ve Karbonifer (330 ve 315 My) yaşlı metamorfik zirkonların kristalleştiğini ortaya koymuştur. Gelişen bu metamorfik zirkonlar çoğunlukla kristallerin kenar zonlarından itibaren ya da özşekilsiz izole parlak (zonsuz yapıda) kristaller şeklinde gözlenir (Th/U<0). Devoniyen yaşlı metamorfik zirkonlar olasılıkla Reyik Okyanusu'nun yitimine bağlı olarak gelişmiştir. Bölgedeki Karbonifer yaşlı bölgesel metamorfizma Devoniyen metamorfizma/deformasyon izlerini silmiştir. Jeotermobarometre çalışmaları, bantlı amfibolitlerin 634-750ºC'de ve 5-6.2 kbar basınç altında metamorfizma geçirdiğini göstermektedir. En tabanda gnaysik foliasyon kazanmış meta-konglomera düzeyleri ile başlayan Sarıcakaya Paragnaysları ise kuvarsit, kuvars-şist, ve iki mikalı psammitik/konglomeratik paragnays litolojilerinin ardalanmasından oluşmaktadır. Sarıcakaya Paragnayslar'ındaki çakılların jeokimyası ve çakıllı kuvarsitlerden yapılan detrital zirkon yaş analizleri, paragnaysların metamorfizma öncesinde ortognaysların protolit kayaçlarından malzeme aldığını göstermektedir. Bir kuvarsit örneğinden ayıklanan zirkon kristalleri üzerinde yapılan U-Pb izotop analizlerinde en genç zirkonun 444 My yaşlı (% 99 konkordan) olduğu saptanmıştır. Gerek detrital zirkon popülasyonunda, gerekse granitik ortognayslarda kalık mineral fazı olarak sıkça gözlenen Kriyojeniyen (~678-720 My) ve Toniyen (744-999 My) yaşlı zirkon popülasyonları Orta Sakarya Gnays Dilimi'nin Gondvana kuzeydoğusundan kökenlenen bloklardan biri olduğunu göstermekedir. Alt Paleozoyik döneminde Gondvana kuzeydoğusundan türeyen bloklar farklı araştırmacılar tarafından Minoan Blokları (Zulauf ve diğ., 2012) ya da Karpat Tipi Bloklar (Balintoni ve diğ., 2011) olarak adlandırılmıştır. Sarıcakaya Paragnaysları'ndaki biyotit ve muskovitlerden 336 My (Visean) Ar-Ar plato yaşı elde edilmiş ve metamorfizma yaşı olarak yorumlanmıştır. Ortognayslar ve paragnaysların protolit kayaları arasındaki aşınma yüzeyi olasılıkla, Gondvana kuzeydoğusundaki bloklarda Alt Ordovisyen sonu ila Orta Ordovisyen dönemlerinde süregelen ve 1- yay magmatizması, 2- Orta Ordovisyen deformasyonları/yükselimi ve bunu takiben gelişen Geç Ordovisyen uyumsuzluğu şeklinde kendini gösteren bir sürecin ürünü olmalıdır. Metamorfik mineral parajenezleri göz önüne alındığında migmatitik paragnaysların Vizeen döneminde yüksek sıcaklık-düşük basınç mertamorfizmasından etkilendiği söylenebilir. Paragnays istifinin içinde yer yer amfibolit budinleri gözlenmektedir. Amfibolit budinlerinden alınan örneklerin birçoğu hem N-MORB hem de yay türü magmaların iz element karakteristiklerini yansıtmaktadır. Yitim bileşeni içermeyen daha az sayıda örneğin jeokimyasal özellikleri E-MORB ve N-MORB magmalar ile oldukça benzeşmektedir. Orta Sakarya Gnays Dilimi'n deki makro ve mikro yapılar sağ yönlü doğrultu atımlı sünek deformasyonun oldukça etkin olduğunu göstermektedir. Gnays dilimi doğrultu atımlı makaslama zonları boyunca batıya doğru hareket etmiş olmalıdır. Orta Sakarya Gnays Dilimi üzerine gelen 'Orta Sakarya Fillat ve Kontak Şist Dilimi' litostratigrafik olarak iki farklı birime ayrılmıştır. Bu tektonik dilim içindeki benekli şist, hornfels ve milonitik kontak şist topluluğu Akkum Şistleri, bunların protolit kayaçları olan fillat ve mika şistler ise Geyikoynağı Metamorfitleri olarak adlandırılmıştır. Orta Sakarya Gnays Dilimi ile Orta Sakarya Fillat ve Kontak Şist Dilimini ayıran D-B gidişli tektonik hat boyunca doğrultu atım tektoniği ile ilişkili olduğu düşünülen pek çok sünek deformasyon belirteci (S ve δ-tipi porfiroklastlar, C' tipi makaslama bantları, mineral uzama lineasyonları) gözlenmiştir. Yapılan jeotermobarometre hesaplamaları bantlı hornfelslerin 561-621ºC sıcaklık aralığı ve 2.4-3.8 kbar basınç altında, milonitik kontak şistlerin ise 549-596ºC sıcaklık ve 3.5-3.9 kbar basınç altında metamorfizma geçirdiğine işaret etmektedir. Orta Sakarya Gnays Dilimi ve Orta Sakarya Fillat ve Kontak Şist Dilimi, Sarıcakaya Plutonu tarafından kesilmektedir. Plutonun dioritik kesimlerinden yaşlandırılan zirkonlar 318 My (Başkiriyen/Karbonifer) kristalleşme yaşı vermiştir. Amfibol ve amfibol-plajiyoklas çiftine dayalı yapılan termobarometre çalışmaları 3.7 kbar-4.7 kbar yerleşim derinliği ve 672-736ºC magma sıcaklığına işaret etmektedir.