Batı Anadolu'nun neotektonik rejiminin paleomanyetik çalışmalarla incelenmesi

Abstract

Neotektonik dönemin başlangıcından itibaren, Anadolu levhasının tektonik açıdan en fazla etkilenen bölgesi Batı Anadolu'dur. Bölgenin karmaşık tektonik özelliğinden dolayı, günümüze kadar söz konusu alanda birçok çalışma yapılmıştır. Ayrıca son yıllarda, Ege'deki kuzey-güney genişlemenin başlangıç mekanizması ve yaşı üzerine yapılan tartışmalar da bölgeyi aktüel bir çalışma alam haline getirmiştir. Batı Anadolu'daki paleomanyetik çalışmalar Sanver (1967) tararından başlatılmış olup ardından Lauer (1986), Kissel ve diğ., (1988), Orbay ve diğ., (1993) ve İTÜ-İÜ paleomanyetizma projeleri (1993-2000) gelmiştir. Bu tez çalışmasında kullanılan verilerin tamamı yukarıda bahsedilen projeler dizisi neticesinde elde edilmiş ve önceki araştırmalardan elde edilen paleomanyetik verilerle topluca değerlendirilmiştir. Günümüzde dünya genelindeki paleomanyetizma çalışmaları hem volkanik kayalar hemde sedimanter kayalar üzerinde yapılabilmektedir. Ancak Türkiye'nin sahip olduğu tek paleomanyetizma laboratuvarı "KANTEK" nın mevcut ekipmanları sadece volkanik kayalarda çalışmaya izin vermektedir. Dolayısıyla bu tez çalışmasında ilgilenilen kaya türü volkanik kayalardır. Oligosen-Pleyistosen yaş aralığında yer alan Batı Anadolu volkaniklerinden daha önceki paleomanyetik çalışmalarda örneklenmeyen mevkiler örneklenmiş, bazen de bir kaç yalan mevki seçilerek sonuçların kontrolü denetlenmiştir. Bu kapsamda sırasıyla Oligosen yaşlı 12 mevki, Alt Miyosen yaşlı 63 mevki, Üst Miyosen yaşlı 57 mevki, Pliyosen yaşlı 37 mevki ve Pleyistosen yaşlı 10 mevkiden paleomanyetik numune alınmıştır. Söz konusu numuneler "KANTEK" paleomanyetizma laboratuvannda ölçmelere hazır hale getirildikten sonra standart paleomanyetik yöntemler uygulanarak her mevkiye ait ortalama mıknatıslanma doğrultusu belirlenmiştir. 208 paleomanyetik mevkiden 179'unun güvenilir mıknatıslanmaya sahip olduğu belirlenmiştir. Sözü edilen güvenilir mıknatıslanmaya sahip mevkilerden bir grubuna ait numuneler Liverpool Üniversitesi Jeomanyetizma laboratuvannda da ölçülmüş ve benzer sonuçlara ulaşıldığı görülmüştür. Bu tez çalışması çerçevesinde örneklenen paleomanyetik mevkilerden 138'ine ait numuneler için kaya manyetizması çalışmaları yine Liverpool Üniversitesi Jeomanyetizma laboratuvarında yapılmıştır. Söz konusu numuneler üzerinde termomanyetik analiz, manyetik histerizis, düşük sıcaklık süseptibilite ve eşsıcaklık ısıl kalıcı mıknatıslanma çalışmaları yapılmıştır. Buna göre, numunelere ait Curie sıcaklıkları, numune içerisindeki tek ve çok domenli dane oranlan ve mıknatıslanmadan sorumlu manyetik danelerin türleri belirlenmiştir. Sonuç olarak, Batı Anadolu volkaniklerinin mıknatıslanmasından sorumlu danelerin genellikle çok domenli manyetit olduğu ortaya çıkarılmıştır. Ortalama mıknatıslanma doğrultularının denklinasyon ve eğim açılan, bölgenin tektonik hareketleri ile ilişkilendirilmeye çalışılmıştır. Oligosen yaşlı paleomanyetik veriler Trakya'da dönme göstermezken Biga yarımadası ve güneyinde saat yönünde bir rotasyon göstermektedir. Ege'nin Yunanistan kısmına ait aynı yaşlı paleomanyetik verilerde benzer sonuçlar göstermektedir. Buna göre, Oligosen' de Batı Anadolu'nun tüm Ege ile birlikte bir bütün olarak saat yönünde bir dönme hareketi yaptığı ortaya çıkarılmıştır. Oligosen'de gözlenen saat yönü rotasyon, Alt Miyosen'de de varlığını devam ettirmiştir. Alt Miyosen paleomanyetik verileri saat yönünde ~30°'lik bir rotasyonu işaret etmektedir. Yılmaz ve diğ., (2000) Batı Anadolu'daki KD-GB doğrultulu grabenlerin graben dolgusunun yaşma bakarak, Alt Miyosen yaşında olmaları gerektiğini öne sürmektedir. Paleomanyetik verilerin gösterdiği rotasyon değeri ile KD-GB doğrultulan grabenlerin birebir uyum gösterdiği rahatlıkla görülmektedir. Bunun anlamı Oligosen-Alt Miyosen boyunca hüküm süren K-G sıkışma neticesinde K-G doğrultulu grabenler gelişti ve söz konusu grabenler günümüze gelinceye kadar saat yönünde ~30° döndü. Alt Miyosen sonuna kadar Batı Anadolu'da hüküm süren etkin tektonik kuvvetler değişerek bölgenin Üst Miyosen sonrası saatin ters yönünde dönmesine neden olmuştur. Ancak söz konusu ana rotasyon, İzmir-Eskişehir çizgisinin kuzeyinde kalan alanlar için geçerlidir. Bu hattın güneyinde kalan alan ise yine daha önceleri gibi saat yönündeki rotasyonuna Pliyosen sonuna kadar devam etmiştir. Söz konusu bu rotasyonun lokal bir hareket olmadığı ve Fethiye-Burdur fay zonunu kullanarak gelişmiş olabileceği düşünülmektedir. Kuzey Anadolu Fayı'na yakın mevkilerdeki Pliyosen yaşlı volkaniklere ait paleomanyetik sonuçlarda fayın etkisi görülmekte (saatin ters yönünde) olup, faydan uzaklaştıkça sadece kuzey-güney genişlemenin etkisi varlık göstermektedir. Öte yandan, Batı Anadolu'ya ait en genç volkanikler olan Kula volkaniklerinden elde edilen paleomanyetik sonuçlara göre, bölgede son 1.6 My' dan beri rotasyon ve/veya enlemsel bir hareketin olmadığı ortaya çıkartılmıştır. Ortalama mıknatıslanma doğrultularının eğim açılarına bakıldığında, aynı yaşlı ve birbirine yakın paleomanyetik mevkilerin mıknatıslanma doğrultularının eğim açılan arasında farklılıkların olduğu görülmüştür. Söz konusu farklılıklar, tektonik olaylar sonucu gelişebileceği gibi yermanyetik alanının dipol ekseninin eğikliğinden de kaynaklanabilir. Bilindiği gibi, yermanyetik alanını temsil eden dipolün ekseni ile coğrafik eksen arasında ~1 1.5°'lik bir açı farkı vardır. Eksen doğrultulan arasındaki açı farkının, ortalama mıknatıslanma doğrultularının eğim açısında maksimum 20°'lik bir değişime neden olabileceği hesaplanmıştır. Dolayısıyla ortalama mıknatıslanma doğrultularının eğim açılan arasındaki farkın 20° 'den büyük olması durumunda, tektonik deformasyonlardan söz etmek mümkün olacaktır. Bu tez çalışması ile Batı Anadolu'da, söz konusu eğim açılan arasındaki farkın 20° 'den büyük olan çok sayıda bölgenin olduğu saptanmıştır. Düşük mıknatıslanma eğim açısına sahip volkaniklerin geçmişte, bugünkü coğrafik enleminden daha güneyde yeraldığı ve günümüze gelinceye kadar bir miktar kuzeye ötelenmiş olduğu söylenebilir. Aynı şekilde yüksek eğim açısına sahip volkaniklerin de geçmişte daha kuzey enlemlerdeyken, güneye doğru hareket ederek bugünkü coğrafik konumunu aldığı söylenebilir. Ancak, Batı Anadolu'da bir çok bölgede görüldüğü gibi, hemen hemen yanyana duran iki paleomanyetik mevkinin birinin kuzeyden diğerinin de güneyden gelerek bugünkü konumlarım aldığını söyleyen bir tektonik model pek gerçekçi olmayacaktır. Söz konusu ortalama mıknatıslanma doğrultularının eğim açılarındaki farklılığa, lokal tektonizma sonucu gelişen listrik faylanmaların ve blok hareketlerinin neden olmuş olabileceği söylenebilir.

Western Anatolia is one of the most tectonically active region of the Anatolian plate since the beginning of Neotectonic period. Many studies have been conducted in the region because of its complex tectonicframe. Furthermore, the region is subject to instense investigations recently due to high interests on the starting mechanisms and age determination of the North-South extension in the Aegean. Palaeomagnetic studies of Western Anatolia was commenced by Sanver (1967) and followed by Lauer (1986), Kissel et al. (1988), Orbay et al. (1993) and ITU-IU palaeomagnetism projects (1993-2000). The data set which was used in this thesis were compiled from the above mentioned projects, and an overall evaluation was performed by considering the palaeomagnetic results of the previous studies. Palaeomagnetism experiments can only be achieved by utilizing both volcanic and sedimentery rocks. However, the available equipments of Turkey's only palaeomagnetism laboratory "KANTEK" allows paleomagnetic experimental analysis only on volcanic rocks. Therefore, only volcanic rocks were studied in this thesis. The volcanic rocks of unsampled sites of Western Anatolia between the ages of Oligocene-Pleistocene, which hadn't been sampled at previous palaeomagnetic studies, were sampled and sometimes near sites were choosen so as control the results. From this point of view, palaeomagnetic samples were collected at 12 sites with Oligocene age, 63 sites with Early Miocene age, 57 sites with Late Miocene age, 37 sites with Pliocene age and 10 sites with Pleistocene age. In "KANTEK" palaeomagnetism laboratory, mean magnetization direction were obtained for each sites after the samples prepared for the measurements by application of standart palaeomagnetic methods. It was determined that 179 palaeomagnetic sites out of 208 have reliable magnetization. Some of the samples from the reliable paleomagnetic sites were also measured at Liverpool University Geomagnetism Laboratory and similar results were obtained. The rock magnetism studies of the samples from 138 palaeomagnetic sites were also made at Liverpool University Geomagnetism Laboratory. On the mentioned samples the thermomagnetic analysis, magnetic hysterisis, low temperature susceptibility and thermoremanent magnetization studies were applied. According to these studies, Curie temperatures of samples, the ratios of the magnetic single-domain and multi- domain grains in the samples and types of the magnetic grain responsible for magnetization were determined. Consequently, grains responsible for the magnetization of Western Anatolia volcanic rocks generally appears to be magnetite with multi-domain. xv Declination and inclination angle of the mean magnetization direction were related to the regional tectonic motions. Oligocene aged palaeomagnetic data does not show any rotation at Thrace, whereas, they indicate clockwise rotation at Biga peninsula and its southwards. The same aged palaeomagnetic data from Greece also show similar results. According to these results, it appears that Western Anatolia along with the whole Aegean underwent a clockwise rotation at Oligocene. The clockwise rotation which observed at Oligocene continued at Early Miocene, too. Early Miocene palaeomagnetic data indicate that there is an approximately 30° clockwise rotation. Yılmaz et al. (2000) proposes that NE-SW grabens at Western Anatolia to be Lower Miocene aged on the basis of age of deposits filling those grabens. It can clearly be seen that the amount of rotation estimated from the palaeomagnetic data is in agreement with the NE-SW trend of the grabens. This means that N-S trending grabens developed as a result of N-S compression dominated during Oligocene-Early Miocene, and then those grabens have rotated approximately 30° in clockwise up to now. The tectonic forces which dominate Western Anatolia until Early Miocene changed and this caused the region to rotate anti-clockwise after Late Miocene. But the mentioned main rotation was restricted to north of İzmir-Eskişehir line. The southern part of the region continued to its clockwise rotation as it happened in the past until the end of Pliocene. It is thought that this rotation might not be a local rotation but it is developed by means of Fethiye-Burdur fault zone. The effects of the North Anatolian Fault on the paleomagnetic results of Pliocene aged volcanics which are close to the fault zone (anti-clockwise) are seen, on the contrary, only the effect of N-S extension is observed far away from the fault zone. On the other hand, according to the palaeomagnetic results obtained from Kula volcanic rocks, which are the youngest volcanics of the Western Anatolia, no rotational and/or latitudinal motion were obtained since the last 1.6 Ma. Differences between the inclination angle of magnetization direction for close palaeomagnetic sites with the same age can be noticed when the inclination angle of the mean magnetization directions are studied. These differences may not only the results of tectonic motions, but also arise from the slope of Earth magnetic field dipol axis. As it is well known, there is an approximately 11.5° difference between the Earth magnetic field dipol axis and the geographic axis. It is calculated that the angle difference between the axes directions cause maximum 20° change in the inclination angle of mean magnetization direction. Therefore, it would be possible to discuss about tectonic deformations in case of more than 20° difference between the inclination angles of mean magnetization direction. In this study, many areas with inclination angle differences greater than 20° were located in Western Anatolia. It can be thought that the volcanics with low magnetization inclination angle had been located at southern latitudes in the past, and then they have been moved to their current geographic locations at northward until nowadays. Similarly, it can be thought that the volcanic rocks with high inclination angle once located at northern latitudes, then moved to southward and finally arrived at their recent geographic locations. However, a tectonic model proposing that one site moved from north to xviii south and the other moved from south to north to arrive at their recent locations for two nearby palaeomagnetic sites is not a realistic evaluation in the region of Western Anatolia. It is more realistic to state that the inclination angle differences of mean magnetization direction were caused by listric faults and block movements due to local tectonism involved.