Aktif Faylanmanın Kumburgaz Havzasındaki Sedimanter Kayıtları, Marmara Denizi

Abstract

~1600 km uzunluğundaki Kuzey Anadolu Fayı’nın batı kısmında bulunan Marmara Denizi, Ege Denizi ve Karadeniz arasında bir geçiş bölgesi görevindedir. Marmara Denizi kuzey kısmında Kuzey Anadolu Fayı’nın aktif teknotik rejimi dolayısıyla beş büyük sedimanter havzaya sahiptir. İnsan hayatına mal olan ve şehirleri yokeden ~150 deprem ile 2500 yıllık uzun deprem geçmişi kayıtlar altındadır. Kuzey Anadolu Fayı’nın Marmara Denizi’ndeki en aktif kolu olan Kuzey kol, depremle tetiklenen çökeller için korunaklı muhteşem bir arşiv ve dikkat çekici bir laboratuvar olan sedimanter havzaları şekillendiren biçimlendiren bir role sahiptir. Deniz altı paleosismoloji çalışmalarında, sediman-gravite akıntı çökelleri deprem tarihi çalışılacak alanda kullanılan genel bir metottur. Sismotürbidit terimi, kendine özgü stratigrafik, sedimantolojik ve jeokimyasal karakteristiklere sahip depremle tetiklenen türbiditlerdir. Fakat ayırt edici özellikleri henüz tam olarak açıklanamamış veya tanımlanamamıştır ki, tezin başlangıç noktası da terimin ayırt edici özelliklerini belirleyen, uygun bir tanımlama yapmaktır. Bu tür su altı paleosismoloji çalışmalarında, çoklu-parametre yöntemler kullanılarak daha keskin sonuçlara ulaşılır. Bu nedenle yapılan bu çalışmada çok sensörlü karot alıcısı (MSCL) ile yoğunluk ve manyetik duyarlılık ölçümü yapıldı. X-ray Floresans aleti ile kalsiyum, potasyum, demir, mangan, stronsiyum element ölçümleri yapılarak fiziksel parametreler ile korelasyon sağladık. Tane boyu analizlerini MasterSizer (Malvern) kullanarak gerçekleştirildi. Marmara Denizi’nde ojinografik ve tektonik geçmişi incelemek üzere, “pourquoi pas?” gemisi ile multi disiplin bir çalışma için karotlar alınması amacıyla MARsite (2014) seferi düzenlenmiştir. Bu tez, MARsite projesine ait uzun bir piston karot ve beraberinde birkaç sismik yansıma profillerini kapsamaktadır. Tüm deneyler ve gözlemler Doğu Akdeniz Oşinografi ve Limnoloji Merkezi (EMCOL) laboratuvarlarında yapılmıştır. Radyokarbon analizi ise CEREGE radyokarbon laboratuvarında gerçekleştirilmiştir. Emcol kapsamında XRF, MSCL, Mastersizer, loglama ve smear-slide çalışmaları yapılmıştır. Yaklaşık 10 yıllık bu tür konularda çalışmalar yürüten ve projeler üreten bir kurumdur. Emcol laboratuvarlarında gerçekleştirilen deneyler sonucunda elde edilen türbidit seviyeleri Radyokarbon analizi için Cerege (Fransa)’ya yollanmış gelen sonuçlar ile yorumlamalara geçilmiştir. Karot alımı için seçilen bölgelerden biri olan, Kuzey Anadolu Fayı’nın Kuzey kolundaki Orta Segmentin geçtiği Kumburgaz Havzası segmentin anlaşılamayan davranışı nedeniyle özellikle ilgilenilmiştir. Hem tektonik olarak hem de oşinografik olarak havzanın Holosen boyunca tarihi tam olarak bilinmemektedir ki bu nedenle, sismotürbidit birimleri üzerinde fiziksel, jeokimyasal, dokusal ve paleontolojik metotlar ile (1) 7000 yıllık havzanın teknonik geçmişi, (2) ayırt edici özellikleri belirleyerek ve önemini göstererek sismotürbidit konseptini belirlemek, (3) asismik kayan veya kilitli olan Orta segmentin belirsiz davranışına bir cevap bulmak amacı ile çoklu-parametre çalışması uygulanmıştır. Çıkarılan piston karotu CS-01 28 sismotürbidit birimi içermektedir. MSCL, XRF, taneboyu, smearslide çalışmaları kullanılarak çökellerin sedimantolojik özelliklerini belirlenmiştir.Ters boylanmış türbiditler belirlendi, Kumburgaz Havzası’nda bulunan batimetrik bariyerin varlığı ile bu çökelmenin dinamiği açıklandı. Normal şartlarda yukarı doğru azalan bir tane boyu değişimi gösteren türbiditler, sismik profil ve batimetri haritasıyla varlığı kanıtlanan bariyer nedeni ile terslenerek çökelmiştir. Bu çökelme dinamiği “hidrolik atlama” prensibi ile açıklanmaktadır. Aynı yapı kurak bölgelerdeki “dune” yapılarında görülen çapraz tabakalı laminasyonlardaki ters derecelenme örneği ile aynıdır. Amalgama türbiditler, aynı zamanda sediman-gravite akıntı çökellerinin zaman aralıklarını belirleyen elemental değişimler ile tespit edildi. Amalgama yapısı bir veya birden fazla peşpeşe gelişen olaylar sonucunda oluşan çökel istifine verilen isimdir. Bu yapının varlığının kanıtlanması Kumburgaz’daki türbiditlerin birden fazla çökel içerdiğini bu da diğer göstergeler göze alındığı zaman deprem ile oluşabileceğini desteklemektedir. Amalgama yapının kaç ayrı zamanda oluştuğunu mangan anomalisi ile yakalanmaktadır. Tezde örneği verilen amalgama yapıların bir kısmını tabanda temsil eden bir mangan anomalisi ile temsil edilmektedir. Bu yapı birden çok türbiditin peşpeşe aynı olay nedeni ile çökeldiğini göstermektedir. Buna karşın, birden fazla mangan anomalisi ile belirlenen amalgama türbiditler de mevcuttur. Bunların varlığı amalgama türbiditin belli bir zaman aralığında belirli sayıdaki olay neden ile çökeldiklerini göstermektedir. CS-01 karotunda iki mangan anomalisine sahip türbiditlere rastlanmıştır. Çoklu mangan anomalisi redox ufkunun göçünün birden daha fazla gerçekleştiğini buda birden daha fazla ani sedimantasyona maruz kaldığını gösterir ki, depremle geldiği tespit edilen bu yapılarda bulunan amalgama yapılar bir depremi ve peşisıra gelen bir arkçının varlığını göstermektedir. Sismotürbiditler için en önemli ayırt edici özellik olan “su kolunu salınım etkisi” neredeyse CS-01 de ki tüm türbidit seviyelerinde belirlendi. Bu salınım hareketi normalde kabul edilen türbiditlerin dışında ara seviyelerin daha karmaşık ve yer yer eksik olduklarını göstermektedir. Salınım olması gereken sedimantasyon dinamiğini değiştirmekte ve çökelme mekanizmasını bozmaktadır ki, CS-01 karotundaki türbiditlerde salınım etkisi ile oluşan laminasyonlu yapı türbiditlerin yaklaşık %70 ini oluşturmaktadır. Salınımın bir önemli göstergesi ise, çökel boyunca sedimanter yapıları etkileyen su salınımları genelde deprem ile meydana gelir ki devamlı su kolonu salınımına bağlı oluşan laminasyonlar nedeni ile karottaki türbiditlerin altbirimlerinin çoğu eksik görülmüştür. Smearslide çalışması infralitoriyal ve üst sikloritorial bölgeye ait canlıların karottaki varlığını göstermiştir ki sediman-gravite akıntı çökellerinin sediman kaldırıp taşımaya başladığı seviyenin Marmara Denizi’nde yamaç üstü (siklolitoral ve üstü) bölgelerden olduğunu kanıtlamaktadır. Son olarak, elde edilen 14 yaştan sadece 8 tanesi kullanılarak “Bayesian” istatistik metoduna dayanan bir yaş modeli oluşturulmuştur. Karot hernekadar ~830 yıllık sediman kaybına uğramış olsa da, model GÖ 830 dan GÖ 7170 yıllık kayıt içermektedir. Böylece 6000 yıllık sedimanter kayıt elde edilmiş olup ilk on sismotürbidit seviyesi tarihsel deprem kayıtları ile eşleştirilmiştir. Sonuç olarak bu çalışmada, sismotürbiditlerin tanımlanması, dünyada kullanımı ve belirlenmesinde bakılan yöntem ve “proxy”ler detaylıca işlenmiştir. Kumburgaz Havzası’nın morfotektonik yapısı açıkça ortaya konulmuştur. CS-01 sediman karotunda incelenen türbiditlerin bu sayede kaynakları ve çökelme mekanikleri belirlenebilmiştir. Marmara bölgesinde son yaklaşık 6000 yıllık sedimanter kayıt incelenmiş ve bölgenin depremselliği üzerine bilgi sağlamıştır.

Sea of Marmara (SoM) is located at the west part of the ~1600 km long North Anatolian Fault (NAF) being a conduit between Black Sea and Aegean Sea. SoM contains five sedimentary basins at the northern border due to active tectonic regime of NAF. 2500 years long historical earthquake history is recorded which has destroyed cities and caused human loss within ~150 major earthquakes. Most active branch of the NAF in SoM is the Northern Branch playing the fundamental role in forming the tectonically active sedimentary basins which had become a perfect archive to preserve and a spectacular laboratory to examine the earthquake-triggered depositions. In subaqueous paleoseismology studies, sediment-gravity flow deposits are often used as a method to establish earthquake history of the related region. The term seismoturbidite is earthquake-triggered turbidites which have the particular stratigraphical, sedimentological and geochemical characteristics. However, the distinctive features could not very well be fully explained or described yet thus, this is the starting point of the thesis in which to ensure a proper description for distinctive features of term. MARsite (2014) cruise is recovered sediments cores by “pour quoi pas?” to establish a multi-disciplinary study in SoM in order to investigate tectonic, oceanographic history. Thesis contains one piston core and several seismic reflection profiles from the MARsite project. Experiments and observations are executed in the East Mediterranean Centre for Oceanography and Limnology (EMCOL) laboratories. Radiocarbon analysis is executed by CEREGE radiocarbon laboratory. One of the locations which is chosen for coring is Kumburgaz Basin where Central segment of NNAF passes, especially interested because the complicated seismicity of the segment. Holocene history of the Kumburgaz basin is not fully revealed both seismically and oceanographically therefore, a multi-parameter study has executed on seismoturbidite layers by using physical, geochemical, textural and paleontological methods to find out; (1) unravel 7000 years long tectonic history of the region, (2) determine concept of seismoturbidite by accentuating distinctive features, (3) find the answer the ambiguous behavior of the Central Segment whether it is creeping of locked. Recovered piston core CS-01 contains 28 seismoturbidites layers. By using MSCL, XRF, grain-size and smear slides we obtained sedimentological aspects of the depositions. Inverse graded turbidites are identified and their deposition dynamics are explained by presence of bathymetric barrier in Kumburgaz Basin. Amalgamated turbidites (stacked turbidites) are detected by using elemental proxies which is also precursor for the determination of the time interval for sediment-gravity flow deposits. Most important feature for seismoturbidite which is seiche effect, has been identified almost all turbidite units in the CS-01. Water oscillations are mainly caused by earthquakes which affect the sedimentary structures in the successions so that, most of the subunits of turbidites are missing because of constant seiche controlled laminations. Smear slide study showed species whose being habitants in infralittoral and upper circalittoral sections of the submarine environment, are identified proving that sediment-gravity flow deposits initiated entrainment from the upper slope region (circalittoral and further up) in SoM. Lastly, 8 out of 14 ages which have been obtained, is used for age model by using Bayesian statistics method. Core however contains sediments loss from the top ~830 years, model includes the date between BP 830 to BP 7170 years. Therefore 6000 years of sedimentary records is obtained and first 10 seismoturbidites are correlated with historical records.