Gemlik Körfezi’nin (marmara Denizi) Geç Kuvaterner Stratigrafisi Ve Morfotektoniği

Abstract

Gemlik Körfezi, Marmara Denizi'nin güneydoğusunda doğu-batı yönünde uzanan ve derinliği -113 m’ye ulaşan bir deniz alanıdır. Körfezin uzunluğunun 36 km ve genişliğinin 11 km olduğu bilinmektedir. Bunun yanında, merkezi kısmı oval şekilli bir depresyon bölgesidir. Gemlik Körfezi 349 km2'lik bir alanı kaplar ve körfezin batısında bulunan -50 m eşiği ile kuzey şelfine bağlanır. Körfez, Kuzey Anadolu Fay zonunun orta kolu üzerinde yer almaktadır. Bu çalışmada değişik R/V Urania seferlerinde toplanmış olan yüksek çözünürlüklü sismik, batimetrik veriler ve karot verileri kullanılarak, Gemlik Körfezi’nin geç Kuvaterner morfotektonik ve paleoşinografik evrimi araştırılmıştır. Fay haritası ve morfotektonik çalışmalar için Gemlik Körfezi’ni kapsayan 114 sismik profil analiz edilmiştir. Körfezin geç Pleistosen-Holosen paleoşinografik evriminin yorumlanması için 114 sismik profilden 29 adedi sismik stratigrafik analizin öğrenilmesi amacı ile kullanılmıştır. M13-08 karotu, R/V Urania’nın 2013 seferi sırasında Gemlik Körfezi'nin kuzeyinden 73.5m su derinliğinden alınmıştır. 6.7m uzunluğundaki karotun manyetik duyarlılık (MS) analizleri çok senörlü karot tarayıcı (MSCL) ile; tarihlendirilmesi ise hızlandırılmış kütle spektrometresi (AMS) radyokarbon analizleri ile yapılmıştır. Radyokarbon analizleri, deniz tabanının altındaki 238 cm, 144,5 cm, 258 cm, 564,5 cm, 652 cm derinliklerinden alınan fosiller üzerinde yapılmıştr. Radyokarbon tarihlendirmesine göre son 12.6 kyılı kapsayan karot, fosil içeriği ve litolojisine göre, üstte denizel olan L1 ve altta gölsel-deltaik olan L2 birimlerinden oluşmaktadır. Karotta L1 ve L2 birimleri, sismik profillerdeki S1 ve S2 sismik stratigrafik birimleri ile eşleştirilmiştir. Karot M13-08’de L2 Birimi; tatlı-acısu bivalvleri içeren, manyetik duyarlılığı (MS) yüksek, gri, iyi boylanmış orta taneli kumdan oluşmaktadır. Birimin üst kısmı, normal derecelenme gösteren iyi boylanmış gri kumdur ve Birim 2’den Birim 1 sınırına yaklaştıkça MS değerinde düşüş gözlenmektedir. Birim1- Birim2 sınırı, denizel ve gölsel sedimanlar arasındaki uyumsuzluğu göstermektedir. Birim 1, denizel fosiller (bivalve ve foraminifer) içeren ve üste doğru tane boyunda incelme gösteren yeşil çamurdur. Birimde en yüksek MS değerleri içeren kısım; ince, kahverengi, bantlı yeşil bir killi çamur ile üzerindeki koyu ve açık kahverengi yeşil killi çamurdur. Ayrıntılı sismik stratigrafik analizler ile Gemlik Körfezi’nde, alttan üste doğru sismik stratigrafik Birim S4, Birim S3, Birim S2 ve Birim S1 olarak adlandırılan dört sismik stratigrafik birim ayırt edilmiştir. Birim 1 ve Birim 2 arasındaki yüzey (kırmızı yansıtıcı) -75 m’den sığ alanlarda daha yaşlı birimleri kesen, şelf-kat eden bir uyumsuzluk yüzeyidir. Sismik stratigrafik birimlerin yaşları, M13-08 karotu ile Körfez doğusundan alınmış GE-124 karotunda daha önce yayınlanmış radyokarbon stratigrafi verileri ile yaşlandırılabilmektedir. Sismik stratigrafik Birim S1 yatay ve devamlı akustik yansıma yüzeyleri içermektedir. Birim yaşlı birimleri örtmekte olup, tabanı Gemlik Körfezi’nde bulunan, üstteki deniz ve alttaki göl birimlerini birbirinden ayırmaktadır. Sismik Birim 1 Holosen yaşlı çökelleri nitelendirmekte olup, bu birimin kalınlığının kıyıya doğru 3m ile 19.5m arasında değişimi havza boyunca izlenmektedir. Birim son 10.6 kyılda (kalibre edilmemiş 14C) çökelmiştir. Profillerde S1 birimi yerel Körfez paleo-vadilerini doldurmaktadır. Sismik stratigrafik Birim S2, -75 m’den daha derinde akustik olarak orta - düşük seviyeli iç yansıma ile karakterize olan tabakalanmış çamur örtüsünü (mud drape); şelf kenarında ilerleyen yüksek akustik yansımalı klinoformları karakterize etmektedir. Birim S2’nin kalınlığı sismik profillerinde 2m ve 5m arasında değişmektedir. Genel olarak, sismik Birim S2 göl-akarsu fasiyesi temsil eden bir birim olarak yorumlanmaktadır. Bu birimin kıyı kenarlarındaki ilerlemeye ilişkin yapısı profillerde ana uyumsuzluk yüzeyi tarafından kesiliyor olması, birimin regresif özelliğini göstermektedir. Birim Günümüzden Önce (G.Ö.) 13.9-10.6 kyılları arasında çökelmiştir. Gemlik Körfezinin profillerinde, berm sedimanları kırmızı reflektör ile kapanması ve bunun Birim S2’de 10.6 kyılına takamül etmesi gözlenmektedir. Berm çökellerinin yarandığı su derinliği -63 m ve -68 m arasında değişiyor. Bu değişim aynı zamanda 10.6 kyıl önce deniz transgresyonunun Gemlik Körfezi'ndeki su seviyesinin belirten bu değişimi o zamanki paleo-kıyı çizelgesinde su seviyyesi değişiminin sabit olarak izlendiyinin göstergesidir. Sismik stratigrafik Birim S3, yüksek sismik yansımalı, uyumlu ve orta derecede devamlı iç yansıtıcılar içermektedir. Şelf alanlarında, yüksek akustik iç yansıtıcılı klinoform yapıları ve havzanın doğu ve kuzey kıyılarında delta çökelimini temsil etmektedir. Birim, Körfezin derin kısmında (>-75m) yatay ve paralel tabakalı çökellerden oluşmuştur. Birim G.Ö. 15.8-13.9 kyılları arasında çökelmiştir. Sismik stratigrafik Birim S4, sismik kesitlerde görülebilen en yaşlı çökel birimdir. Körfezin batı kısmında birim yüksek yansıtıcılı, paralel tabakalıdır. Ancak, havzanın doğu kısmına doğru, -75 m’den daha derinlerde birim erozyonel vadicikler tarafından kesilen, dalgalı iç yansımalı, tümsekli (moundegd) bir çökel yapısı sergiler. Birim 15.8 kyıldan daha yaşlıdır. Yüksek çözünürlüklü sismik ve yenilenmiş batimetri verileri kullanılarak Gemlik Körfezi’nin ayrıntılı bir fay haritası oluşturulmuştur. Bu harita körfezde genel olarak doğu-batı yönlü aktif fayların ve KB-GD yönlü gerilmeli ikincil fayların varlığını göstermektedir. Körfezdeki ana faylar normal birleşeni de olan sağ-yanal transform fay özelliğindeki Armutlu, Gemlik Fayı, Kocadere ve Gençali faylarıdır. Armutlu, Kocadere ve Gemlik faylarının en yüksek düşey atımları sırası ile 6.20 m, 8.53 ve 6.97 m’dir. Fay geometrisi, körfezin Armutlu ve Gençali fayları arasında bir çek-ayır havza olarak açıldığını göstermektedir. Gemlik ve Batı faylarının sıkışma tektoniği sırası ile doğuda Gemlik Yükseltisi ve batıda Gemlik eşiğini oluşturmuştur. Karot ve sismik stratigrafik analizler, körfezin 10.6 kyıl öncesinde Marmara’nın diğer kısmlarından izole edilmiş bir göl olduğunu ve G.Ö. 15.8-13.9 kyılları arasında bu gölün kuzey ve doğusunda şelf kenarlarında deltaların oluştuğunu göstermektedir. Bфlling-Allerфd döneminin bir bölümü ile Younger Dryas dönemlerinde göl seviyesinin G.Ö. 10.6 k yıldaki deniz transgresyonuna kadar bir miktar alçaldığı görülmektedir. Gemlik Körfezi, Akdeniz suları tarafından Marmara Denizi’nin derin havzaları ve güney şelfine göre yaklaşık bin yıl daha geç istila edilmiştir. Bu bin yıllık gecikme, körfezin batısında yer alan -55 m’deki eşik nedeniyledir. Bu çalışma, ileride batimetrik haritalama, yüksek çözünürlüklü sismik profilleri ve karot verileri üzerinde benzer teknikler kullanılarak, Körfez'in batısına kadar uzatılabilir. Gemlik Körfezi'nin güney kıyısı boyunca kıyıya yakın bölgelerde sismik verilerin alınması gereklidir.

Gulf of Gemlik is an east-west oriented marine inlet with a maximum depth of 113 m in the south-eastern part of the Sea of Marmara. It is located on the middle branch of the North Anatolian Fault Zone (NAFZ). In this study, the Quaternary paleoceanographic evolution and morphotectonics of the Gemlik Gulf are investigated using high resolution seismic, bathymetric and core stratigraphic data obtained during the various cruises of R/V Urania. The studied Core M13-08 was recovered from a depth of 73.5 m from the northern shelf of Gemlik Gulf during RV Urania 2013 expedition. The 6.70 m long core was analyzed for magnetic susceptibility (MS) using Multi Sensor Core Logger (MSCL) and dated using Accelerator Mass Spectrometry (AMS) radiocarbon analysis. According to 14C dates and fossil content, Core M13-08 covers the last 12.6 uncalibrated ka BP (all radiocarbon ages in this thesis are in uncalibrated 14C years), and includes two litho-stratigraphic units: an upper marine unit (Unit L1) and the lower lacustrine-deltaic unit (Unit L2). As a result of seismic to core correlation, Unit L1 and L2 correspond to seismic stratigraphic units S1 and S2. In Core M13-08, Unit L2 consists of dark gray, well-sorted medium sand, with fresh to brackish water bivalves and high MS due to high concentrations of magnetic minerals. The upper-most part of the Unit L2 is composed of gray, well-sorted sand with normal grading that is well consistent with the decreasing MS value towards to the boundary between Unit L2 to L1. This stratigraphic boundary is associated with an unconformity surface that separate the lacustrine to marine units in the studied core. The marine unit L1 is a green mud with marine fossils (bivalves and foraminifera) showing a fining upward sequence. The highest MS value in Unit L1 is associated with a thin layer consisting brownish green banded clay and the overlaying dark to light brown green clayey mud. As a result of detailed seismic stratigraphic analysis, four main seismic stratigraphic units have been differentiated in the seismic profiles from the Gemlik Gulf. We called these stratigraphic units in the profiles as units S4, S3, S2, and S1 from the bottom to top. The youngest lowstand unconformity surface is represented by reflector surface (marked as red) that is a shelf-crossing unconformity characterized by subtle erosional truncation of the underlying older units in shallow (<-75 m) part of the Gulf. Ages of the seismic stratigraphic can be estimated by core-to-seismic correlations, using radiocarbon chronology of Core M13-08 and previously published chronostratigraphic information of Core GE-124 from the eastern part of the Gulf. Unit S1 is characterized by horizontal and continuous, acoustically strong internal reflectors. It extensively covers the younger units. The base of the Unit S1 separates the upper marine and the lower lacustrine sediments in the Gemlik Gulf. This unit was deposited during the last 10.6 ka BP Unit S2 is a bedded mud drape with acoustically moderate to low internal reflectors in the basin (>-75 m) and progradational clinoforms with acoustically stronger internal reflectors on the shelf-edge, where the prograding nature of this unit implies regressive deposition. The unit is truncated by the main unconformity surface in the profiles. This unit was deposited during 13.9-10.6 ka BP. Unit S3 includes highly-reflective, conformable and moderately continuous internal reflectors. On the shelf, Unit S3 consists of clinoforms and deltaic foresets with acoustically strong internal reflectors. The unit characterizes a deltaic system located on eastern and northern shelf margins of the Gulf. In the deep basin (> ~ -75 m), Unit S3 shows transition to horizontal and parallel-bedded sediments. This unit was deposited during 15.8-13.9 ka BP. Unit S4 is the oldest sedimentary unit recorded in the high resolution seismic profiles. On the western part of the gulf, this unit consists of highly-reflective parallel bedded internal reflectors. Towards the eastern part of the basin, where the gulf begins to deepen below -75 m, Unit S4 comprises mound-shaped sediments with wavy internal reflectors that are truncated or separated by erosional gullies formed on a reflector (marked as blue on the interpreted seismic lines). This unit is older than 15.8 ka BP. Using the high resolution seismic profiles and the updated bathymetric map, we produced a new fault map of the Gulf. This map shows that the main active faults in the area are roughly E-W oriented İmralı, Gemlik, Kocadere, Gençali dextral transform faults. The Armutlu, Kocadere and Gemlik faults have a clear normal component with a maximum vertical offset of 6.2 m, 8.53 and 6.97 m, respectively. The fault geometry suggests that the deep Burgaz Basin of the Gemlik Gulf has evolved as a pull-apart basin between the Armutlu and Kocadere transform faults. The transpression by the Gemlik and Western Faults resulted in the Gemlik Uplift (Rise) in the east the Gemlik sill in the west of Gemlik Gulf. The core and seismic stratigraphic analyses show that the Gulf was a lacustrine environment prior to 10.6 ka BP, with lacustrine shelf-edge delta developments in the north and east during 15.8-13.9 ka BP. There was lowering of the lake level and erosion during part of the Bølling-Allerød and Younger Dryas, which was followed by the marine transgression at 10.6 ka BP, about one thousand years later than the first entry of Mediterranean waters in the Sea of Marmara. The reason for the 1 ka delay is the -55 m sill to the west of the Gemlik Gulf. It is recommended that this study is extended to the west of the Gulf, using similar techniques of multi-beam bathymetric mapping, high resolution seismic reflection profiling and core analysis. The seismic reflection data is especially needed for the near shore areas along the southern shoreline of Gemlik Gulf.