The geology, petrology and thermochronology of Ilica-Samli (Solarya) volcano-plutonic complex and its significance on Western Anatolian geodynamics

Abstract

Ege Genişlemeli Bölgesi'nde yer alan Batı Anadolu, çarpışma sonrası magmatizmanın gözlemlenebildiği, volkanik-plütonik sistemler arasındaki ilişkinin ve bu magmaların yerleşim koşullarının incelenebildiği en iyi bölgelerden biridir. Bu özelliklerin araştırılması, bölgenin jeodinamik evriminin anlaşılması açısından önem teşkil etmektedir. Solarya (Ilıca-Şamlı) Volkano-plütonik Kompleksi (SVPK) eş yaşlı ve eş kökenli volkanik, hipabisal ve yüksek Ba-Sr karakterine sahip plütonik kayalardan oluşmaktadır ve çarpışma sonrası magmatik aktivitenin temsili ürünlerinden bir tanesidir. Bu çalışmada, yukarıdaki konulara katkı sunmak adına SVPK'nin saha özellikleri, petrografisi, jeokimyası, petrojenezi ve termokronolojisi incelenmiştir. Solarya (Ilıca-Şamlı) Volkano-plütonik Kompleksi, Solarya Plütonik Topluluğu (SPT) ve onunla ilişkili hipabisal ve volkanik kayalardan oluşmaktadır. Solarya Plütonik Topluluğu üç farklı plütonik üyeyi barındırmaktadır; plütonun kuzey kesimi holokristalen porfrik dokusu ile belirgin K-Feldspat megakristalli granodiyoritten (KFMG) oluşmakta, güney kısımında ise holokristalen mikrogranüler doku gösteren mikrogranodiyorit (MGG) yer almaktadır. Üçüncü olarak da grafik/granofirik dokular içeren aplogranit, ana plüton gövdesi ve temel kayaları arasında bir hare şeklinde mostra vermektedir. Plütonik gövde boyunca mikrogranüler/porfrik dokusu ile belirgin gabroik diyorit- diyorit bileşimli mafik mikrogranüler anklavlar (MME) ve mafik dayklar yaygındır. Plütonik kayalar, granodiyorit/kuvars diyorit porfirlerden oluşan hipabisal kayalar ile geçişli konumda bulunmaktadırlar. Volkanik ve hipabisal kayalar ise birbirlerini farklı bölgelerde kesmekte ve hipabisal kayaların parçaları volkanik kayaların içerisinde bulunmaktadır. Volkanik kayalar tabanda andezitik kül yağma ve kül blok akma birimleri ile temsil edilmektedir. Bu birimlerin üzerine andezitik akma breşleri gelmekte ve daha üst seviyelerde andezit lavları egemen olmaktadır. Trakiandezit- bazaltik trakiandezit lavları andezitik volkanik kayaçların hemen üstünde konumlanmaktadırlar. Stratigafik en üst seviyelerde ise dasitik kül yağma ve kül blok akma birimleri, dasitik akma breşleri ve dasit lavları ile birlikte yer almaktadır. Dasit lavları inceleme alanında hem lav akıntıları hem de domlar ile temsil edilmektedir. Solarya Plütonik Topluluğu'nun U-Pb zirkon yaşları 21.8 ± 0.2 My ile 21.2 ± 0.1 My arasında değişmektedir. Bunlara uyumlu olarak 40Ar/39Ar biyotit yaşları 23.2 ± 0.2 My ile 21.8 ± 0.1 My arasında, K-Feldspat ve plajioklas yaşları ise 20.3 ± 0.2 My ile 21.6 ± 0.4 My arasında değişmektedir. Volkanik ve hipabisal kayaların 40Ar/39Ar biyotit yaşları benzer sonuçlar vererek 23.1 ± 0.2 My ile 21.0 ± 0.2 My arasında değişmektedir. Bu sonuçlar da plütonik, hipabisal ve volkanik kayaların eş yaşlı olduğunu göstermektedir. Solarya (Ilıca-Şamlı) Volkano-plütonik Kompleksi'ne ait plütonik, hipabisal ve volkanik kayalar, ortak magma kaynağından geldiklerinin ve benzer magma odası süreçleri geçirdiklerinin bir işaretçisi olarak benzer ana-iz element ve Sr-Nd-Pb-O izotopik özellikler sergilemektedir. SVPK orta- yüksek-K kalk-alkalen seriler ile temsil edilmekte, çarpışma sonrası kayalarına benzer olarak LILE'inde zenginleşme ve Nb, Ta, P ve Ti elementlerinde ise fakirleşme göstermektedir. Buna ek olarak SPT'na ait örneklerin Ba değerlerinin 710 ile 1505 arasında, Sr değerlerinin ise 305 ile 706 arasında değiştiği görülmektedir. Bu değerler de SPT'nun yüksek Ba-Sr'lu granitoyidlere bir örnek olduğunu göstermektedir. SVPK'nin ilksel izotopik değerlerine bakıldığında 87Sr/86Sr değerlerinin 0.70702–0.70862 arasında, 143Nd/144Nd değerlerinin ise 0.51232 ile 0.512450arasında değiştiği görülmektedir. SVPK −4.9 ile −2.05 ƐNd arasında değişen değerler sunmaktadır. 207Pb/204Pb and 206Pb/204Pb izotop değerleri sırası ile 15.68 ile 15.73 ve 18.75 ile 18.88 arasında değişmektedir. Kuvars ve tüm kaya δ 18O izotop sonuçları da 8 ile 10.6 arasındadır. Jeotermobarometre hesaplamaları amfibol ve plajioklas mineralleri üzerinde yapılmış mineral kimyası sonuçlar kullanılarak hesaplanmıştır. Hesaplanan değerler bir çok farklı araştırıcıyı baz alarak hesaplanmış ve ortalama değerler kullanılmıştır. Bunun sonucunda Solarya Plütonik Topluluğu'na ait üyelerin farklı sıcaklık ve basınç yerleşim koşularına sahip olduğu görülmektedir. K-Feldspat megakristalli granodiyorit için ortalama yerleşim sıcaklığı 797C yerleşim basınç değeri ise 1.65 kbar olarak hesaplanmıştır. Yerleşim basınç ve sıcaklık değerleri mikrogranit-granodiyorit için ise ortalama 745C ve 0.69 kbar olarak ortaya konulmuştur. Aplogranitler üzerinde, içerisindeki mafik mineral eksikliği sebebi ile jeotermobarometre hesaplamaları yapılamamıştır. Ancak kuvars-alkali feldspat-plajioklas üçgenindeki konumu aplogranitlerin yerleşim basınç değerinin 0.5 kbar'dan az olduğunu göstermektedir. Saha, petrografi ve jeotermo-barometre sonuçları, 40Ar/39Ar ve U-Pb zirkon yaş verileri ile birlikte değerlendirildiğinde Solarya Plütonik Topluluğu'nun farklı üyelerinin kabukta farklı derinliklere farklı mekanizmalar ile yerleştiğini ortaya koymuştur. K-Feldspat megakristalli granodiyorit yerleşimine zorlamalı olarak kabuğun nispeten derin kesimlerinde başlamıştır (or. 1.65 kbar; or. 797C; 6.1 km derinlik). Zorlamalı yerleşime işaret eden veriler pluton ve temel kayaları arasındaki nispeten dik dokanaklar, plütonun yerleşimi esnasında gelişen yapısal ve bileşimsel değişiklikler olarak sunulabilir. Bu aşamadan sonra mikrogranit-granodiyorit, kazan göçmesi mekanizması ile daha sığ kesimlere pasif olarak yerleşmiştir (or. 0.69 kbar; or. 745C; 2.4 km derinlik). Bunu izleyen evrede ise levha sokulum kayaları (hipabisal kayalar ve aplogranit) plütonik gövde etrafındaki çembersel kırıklara yaklaşık 1.5 km derinlikte yerleşimini tamamlamıştır. Bu yerleşim sırası elde edilen jeokronoloji verileri ile de desteklenmiştir. Bütün bu veriler bölge jeolojisi ile birlikte değerlendirildiğinde Solarya Volkano-plütonik Kompleksi ve eş yaşlı diğer volkano-plütonik komplekslerin kıtasal litosfer tabanının sıcak astenosfer tarafından kısmi ergimeye uğratılması veya kıta litosferi tabanının kopup astenosfere gömülmesi mekanizmaları tarafından tetiklenen, yakınlaşma ile eş zamanlı gelişen genişlemeli rejim (syn-convergent extension) altında geliştiğine işaret etmektedir.

Western Anatolia (Turkey), located in the Aegean Extensional Province, is widely known as one of the best regions to examine the nature of post-collisional magmatism and to investigate the link between volcanic and plutonic systems and their emplacement conditions which are crucial to better understand the geodynamic evolution of the region. The Solarya (Ilıca-Şamlı) Volcano-plutonic Complex (SVPC) is one of the representatives of this post-collisional magmatic activity and remarkable for its coeval and cogenetic volcanic, hypabyssal and plutonic rocks with high Ba-Sr characteristics. In this study, the field properties, petrography, geochemistry, petrogenesis and thermochronology of SVPC have been investigated to contribute to above issues. Solarya Plutonic Association consists of three main plutonic members showing different textural properties; the northern part of the plutonic body is formed from K-feldspar megacrystalline granodiorite (KFMG) with distinct porphyritic texture whereas southern part is made up of microgranite-granodiorite (MGG) displaying microgranular texture. Haplogranite, which displays graphic/granophyric textures, is represented by a thin aureole between SP and basement rocks. In addition, mafic microgranular enclaves (MME) and mafic dikes of gabbroic diorite to diorite in composition with distinct microgranular/porphryitic texture are common within the plutonic body. Plutonic rocks pass into hypabyssal association which is represented by granodiorite/quartz-diorite porphyry sheet intrusive rocks. Hypabyssal and volcanic rocks cut one another and fragments of hypabyssal rocks are found in volcanic rocks. Volcanic association is formed from trachyandesite, andesite and dacite lavas with associated pyroclastic rocks. Volcanic rocks commonly interfinger with sedimentary rocks. The U-Pb zircon dating results of SPA range between 21.8 ± 0.2 Ma to 21.2 ± 0.1 Ma. The 40Ar/39Ar biotite isochron ages differ from 23.2 ± 0.2 to 21.8 ± 0.1 Ma whereas the K-feldspar and plagioclase separates yield plateau ages of 20.3 ± 0.2 Ma and 21.6 ± 0.4 Ma, respectively. 40Ar/39Ar radiometric ages of volcanic and hypabyssal associations have 40Ar/39Ar biotite ages changing from 23.1 ± 0.2 to 21.0 ± 0.2 indicating that they are coeval with SPA. Plutonic, hypabyssal and volcanic associations of SVPC show similar major-trace and Sr-Nd-Pb-O isotopic compositions indicating a common magma source and similar magma chamber processes. They are medium to high-K calc-alkaline rocks and display enrichment in LILE and depletion in Nb, Ta, P and Ti similar to those of post-collisional magmatic rocks. In addition, SPA presents Ba values between 710 and 1505 ppm and Sr values between 305 and 706 ppm indicating that it is one of the representative examples of high Ba-Sr granitoids. SVPC has initial 87Sr/86Sr values of 0.70702–0.70862 and 143Nd/144Nd values vary from 0.51232 to 0.512450. They display ƐNd values of −4.9 and −2.05. 207Pb/204Pb and 206Pb/204Pb isotopic values range between 15.68 and 15.73 and 18.75 to 18.88, respectively. Quartz and whole rock δ 18O isotopic values vary from 8 to 10.6. The geochemical and isotopic characteristics of SVPC are collectively considered to reflect an enriched mantle (EMII) or sub-continental lithospheric mantle source. Bulk mixing model between ƐNd and 87Sr/86Sr isotopic data suggests that the crustal contribution to the enriched mantle source is about 25–45%. Field relations, petrography and geothermo-barometry studies on SVPC combined with 40Ar/39Ar and U-Pb zircon dating results suggest that different members of the SPA were emplaced into different levels of crust with different mechanisms. The KFMG began its emplacement forcefully in the relatively deeper levels in the crust (av. 1.65 kbar; av. 797C; 6.1 km depth). After this stage, MGG was passively emplaced into the shallow levels (av. 0.69 kbar; av. 745C; 2.4 km depth) via cauldron subsidence and in the latter stages the sheet intrusive rocks were emplaced into the ring faults at 1.5 km depth. Evaluation of all these data together with the geology of the region collectively suggests that Solarya Volcano-plutonic Complex and other coeval volcano-plutonic complexes was developed under syn-convergent extensional regime driven by the convective removal or partial delamination of the continental lithosphere beneath western Anaolia.