Ankara-Erzincan kenet kuşağı üzerinde yer alan geç kretase yaşlı lösitli bazaltlar ile lamprofirlerin petrolojik evrimi ve tektonik anlamı

Abstract

Alp-Himalaya orojenik kuşağında yer alan Anadolu'nun jeolojik evriminde, Geç Kretase süresince Neo-Tetis Okyanusu'nun kuzeye yitimine bağlı olarak gelişmiş bir yay ortamı tanımlanır. Pontid dağ silsilesi içerisinde doğu-batı uzanımlı olarak gözlenen ada yayı litolojik birimleri, aslında batıda Balkanlar'da Apuseni-Timok, doğuda Ermenistan-Gürcistan sınırlarında ise Sevan-Akera olarak bilinen, Kretase süresince aktif bir yitim kuşağı olan Avrasya kıtasının orta kenar segmentini oluşturur ve Pontid yayı ismiyle anılır. Pontid yayı kuzeyde Sakarya ve güneyde Anatolid-Torid ya da Kırşehir bloklarının en erken Paleosen'de çarpışmasıyla sonlanmış ve İzmir-Ankara-Erzincan Kenet Kuşağı (İAEKK) oluşmuştur. Pontid yayının Karadeniz kıyısı boyunca kalkalkalin andezitik tipte volkanikler, bunlarla ilişkili piroklastik, epiklastik birimler ve çoğunlukla granitik intrüzyonlar ile temsil edilirken, nispeten daha güneyde İAEKK kayaları ve yayönü havza birimleri ile ilişkili olarak alkali potasik/ultrapotasik kayalar gözlenmektedir. Ankara-Kalecik, Bayburt-Maden, Amasya ile Amasya-Gümüşhacıköy ve kuzeyde Sinop civarı, bu kayaların yüzlek verdiği, literatürden bilinen alanlardır. Bu çalışma kapsamında ele alınan Kalecik, Amasya, Gümüşhacıköy ve Tosya ile Osmancık alanlarında yüzlek veren alkali potasik/ultrapotasik kayalar; kopukluklarla birlikte İAEKK kayaları ve yayönü havza birimlerini takip eden bir kuşak oluştururlar. Alkali ultrapotasik/yüksek potasyumlu kayalar lösititik, lamprofirik ve trakitik türde litolojiler sunar ve kalkalakalin andezitlerle birlikte Geç Kretase yaşlı volkanoklastik bir istif içerisine dayk, stok ve az oranda lav akıntıları şeklinde bulunurlar. Ultrapotasik kayalar, kıtasal alanlarda riftleşme ya da kıta-kıta çarpışmasını takiben gelişen genişlemeli tektonizmanın egemen olduğu ortamlarda tanımlanırlar ve aktif yay kuşaklarındaki örnekleri sınırlıdır. Baskın kalkalkalin andezitik magmatizmaya eşlik eden ultrapotasik/yüksek potasyumlu ürünlerin gözlendiği güncel dalma-batma zonlarının en bilinen örnekleri Sunda-Banda, Kamçatka, Japon ve Meksika yaylarıdır. Aktif dalma batma ortamlarındaki ultrapotasik magmatizmaya olan ilginin ve dolayısıyla çalışma sayısının artmasına rağmen, bu magmatizmanın olağan şekilde kalkalkalin ürünler vermesi beklenen bir yay ortamında hangi süreçler ile oluştuğu hala tartışılan konulardan biridir. Bu tez çalışması kapsamında, Pontidlerin güneyinde yay önü havza ve İAEKK kuşağını temsil eden birimlerle ilişkili olarak, Kalecik, Tosya, Osmancık, Gümüşhacıköy ve Amasya bölgelerinde gözlenen lösititik, lamprofirik ve trakitik kayaların, Geç Kretase yaşlı Pontid yayının evriminde hangi aşamada ve hangi tektonik ortamlarda oluştuğu anlaşılmak istenmektedir. Bu kayalar Pontid yayının bir parçası ise, gelişimleri özel manto koşullarını gerekli kılmaktadır. Tüm bu konulara yaklaşımda bulunabilmek amacıyla tüm kaya ana, iz element ve izotop çalışmalarının yanısıra mineral kimyası ve mineral izotop analizlerine başvurulmuştur. Ayrıca alkali ultrapotasik/yüksek potasyumlu volkanizmanın Pontid yayı ile ilişkilendirilmesi açısından büyük öneme sahip radyokronolojik yaş verisi üretilmiştir. Petrografik özelliklerine göre lösititik, lamprofirik ve trakitik olarak tanımlanmış kayalar, tüm alterasyon süreçlerine rağmen ultrapotasik/yüksek potasyumlu karakter (%K 2 O: 0.89-8.39) sergilemektedirler. Bunun yanında, bu kayalarda, yitim ile ilişkili kayalara özgü, LIL ve LRE elementlerce zenginleşme ile HFS ve HRE elementlerce fakirleşme ve bunlara eşlik eden Nb ile Ta tüketimi tipiktir. İlksel Sr ve Nd izotop içerikleri bakımından ise manto dizisini temsil eden kayalar ile benzerlik sunmaktadırlar ( 87 Sr/ 86 Sr (i): 0.70449-0.70609, 143 Nd/ 144 Nd (i) : 0.51252-0.51268). Lösititik ve lamprofirik kayalardan ayrılmış taze klinopiroksen fenokristallerinde δ 18 O izotop bulguları (2.4-5.0 % o ) umulmadık derecede düşük değerler sergilemektedir. Bu değerler tüm kayaya ait yüksek 143 Nd/ 144 Nd (i) , Ba/La, Nb/Ta ve düşük Th/La içerikleri ile desteklenmektedir. Bu durum altere okyanus kabuğunun önemli bir kaynak bileşeni olduğunu ortaya koyar. Ayrıca kayalara ait düşük Ce/Pb oranları ile eşlik eden yüksek Th içerikleri, kaynak alana önemli miktarda sediman katıldığının kanıtıdır. Bu özelliklerinden dolayı lösititik, lamprofirik ve trakitik kayalar, yitim kaynaklı sediman ve akışkanların etkilediği tüketilmiş bir manto kaynak alanının ürünleri olarak değerledirilmiştir. Ultrapotasik/yüksek potasyumlu magmatizmanın gelişmine imkan veren, bir diğer kaynak bileşeni ise, muhtemelen yiten levha üzerindeki bir süreksizlik boyunca manto kamasına etkiyen ve Pb izotopları ile tipik olan astenosferik mantodur. Tüm bu bileşenler kayalarda gözlenen yüksek potasyum içeriğini açıklamak için yeterli görünmemektedir. Bölgesel jeoloji göz önünde bulundurulduğunda, önceki dalma batma süreçleriyle yayönü havza altı mantosunda oluşmuş olan sulu fazların Geç Kretase yitimi esnasında, yitim gerilemesine bağlı olarak ergimeye katılması sonucunda, bu kayalardaki yüksek potasyum içeriği ortaya çıkmış olmalıdır. Stratigrafik ilişkileri bakımından iç içe bir görünüm sunan ve eş zamanlı olarak oluşan, lösititik ve lamprofirik kayalar silikaya doyumsuzdur ve jeokimyasal özellikleri bakımından benzerlik sunarlar. Trakitik kayalar ise genelde silikaya doyumludur ve bazı örneklerde serbest kuvars gözlenir. Stratigrafik gözlemler ve radyokronolik bulgularla ultrapotasik/yüksek potasyumlu magmatizmanın en genç ürünleri oldukları ortaya konan trakitler, ultrapotasik/yüksek potasyumlu magmanın kristallenmesine eşlik eden kabuk asimilasyonu süreçleri ile oluşmuştur.

Transition from a long-lasting period of subduction to continental collision represents one of the most complex environments for magma generation. Transformation of an arc-system into a collisional orogeny will be usually accompanied with volcanism that geochemically mimics the older arc lavas, but with important ingredients derived from the continental lithosphere. Moreover, this syn- collisional episode will evolved into a post-collisional phase during which volcanism may also be extremely variable. Post-collisional volcanism is usually ascribed to combinations of several processes, including slab detachment, delamination, slab roll back and extension, and each one of these processes may involve different sources and melting regimes. In the simplest case, the magma source will be conductively- heated, sub-continental mantle lithosphere usually heavily metasomatised. Additionally complicating factors may be the involvement of the slab tear or ridge subduction, that substantially change the thermal structure of the mantle, as well as metasomatic processes resulting in the generation of more silica undersaturated magmas. The Cretaceous period in the Alpine-Himalayan Mountain Belt is best characterized by the convergence between continents that terminated the northern branch of NeoTethys Ocean. This subduction was followed by diachronous collision of the megacontinents Laurasia and Gondwana with numerous continental slivers during Tertiary, which resulted in formation of a suture belt. The middle segment of the suture belt is named the Izmir-Ankara-Erzincan Suture Zone (IAESZ). It corresponds to the Vardar Suture Zone in Eastern Europe and the Sevan-Akera Zone in the Lesser Caucaus. The collision started first during the early Paleocene in western Anatolia, and slightly later further east. Although the exact timing of this event is still under discussion, further evidence for subduction termination is provided by postcollisional magmatism, as its volcanic products abundantly overlie heterogeneous basement units juxtaposed before Eocene. Upper Cretaceous time represents part of a global subduction period along Eurasian margin which caused the formation of the Pontide magmatic arc in Anatolia, the Apuseni-Banat-Timok-Srednogorie belt situated in south-eastern Europe and the Somkheto–Karabakh arc in Lesser Caucaus. The subduction initiation is dated as Middle Jurassic to Upper Cretaceous based on the volcanoclastic series around the Lesser Caucasus, whereas in the Pontides the initiation of subduction is proposed to be in the Middle Jurassic period, although this age is a matter of ongoing discussion. It is generally accepted that the European margin is represented by a huge southward growing, subduction-accretionary complex that is at least 100 km wide, starting from Permian or Triassic in the Central Pontides. Along Central Pontides, in Upper Cretaceous, subduction generated a back arc basin represented by Black Sea, and simultaneously formed a fore-arc accretionary prism. The arc volcanism is dominated by Upper Cretaceous-Paleocene calcalkaline magmatic rocks. However, slighly younger volcanism occurred in the fore-arc sedimentary melange, including a number of dykes of ultrapotassic, High-K and adakitic lavas, which are atypical for an active convergent margin In the Eastern Pontides, the leucite-bearing volcanism was associated with the final phase of subduction and was coeval with the initiation of collision.Therefore active arc volcanism worldwide, dominantly shows calkaline affinity, and there are only a few examples where ultrapotassic rocks occur, such as in Indonesia, Mexico and Japan etc. The earliest age reported for Pontide arc volcanism is Turonian. Younger, well defined forearc basins in which Cenomanian and Maastrichtian aged turbidites, pelagic limestones intercalated with lava flows and related clastics were deposited, also host the potassic products of Upper Cretaceous volcanism. However, in the case of the Central Pontides, it is not possible to simply draw the lithotectonic belts, representing continental arc units, fore arc units and melange units. Therefore slab rollback simultaneous with the growth of an accretionary prism may have caused the arc to migrate southward which is evident by stratigraphical features and paleomagnetic data which suggests approximately 450 km shift of arc magmatism from Turonian to Campanian. The most reliable time constraints come from U-Pb zircon and Re-Os ages which documented arc hinge migration from north to south during a 14 Myr time period in Srednogorie Zone. Upper Cretaceous volcono-sedimentary succession related to the consumption of the Tethys Ocean includes a variety of alkaline ultrapotassic rocks that were identified as dykes, stocks and lava flows in the Central Pontides of Turkey. This PhD study focuses on these rocks that are classified as leucititic, lamprophyric and trachytic varieties based on their mineral paragenesis by evaluting their major and trace element geochemistry, Sr, Nd and Pb isotopes and mineral chemistry. Although the detailed stratigraphical work reveals that the ultrapotassic rocks are related to suture belt rocks and forearc units in the Upper Cretaceous Pontide Arc, 40 Ar/ 39 Ar radiometric age analysis are also presented to constrain timing and establish their geodynamic setting. Although these ultrapotassic rocks display a variation of K 2 O contents (0.89-8.39 wt.%) that were induced by alteration processes (mainly analcimization), they are characterised by significant enrichment of LILE and LREE relative to HFSE and HREE with Nb and Ta depletion which are very common features for subduction- related magmas. Initial strontium and neodymium isotope compositions of ultrapotassic rocks are restricted to the mantle array field (87Sr/86Sr (i) :0.70449-0.70609, 143Nd/144Nd (i) : 0.51252-0.51268) and indicate that a depleted mantle source was an important component of the source for these ultrapotassic magmas. The nature of the source region is highly complex and involved contributions of several components.