Istranca masifi'nin doğu kesiminde yer alan volkanikli fliş istifinin yaşı ve kökeninin araştırılması
Investigation of age and origin of the volcanic flysch sequence in the eastern part of Strandja massif (NW Turkey)
Yazar: ALİ AKIN
Danışman: DOÇ. DR. GÜRSEL SUNAL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Jeoloji Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Fliş = Flysch ; Istranca masifi = Istranca massive ; Kayaçlar = Rocks ; Volkanik kayaçlar = Volcanic rocks

Özet:
Istranca Masifi, batısında Balkan Zonu, doğusunda İstanbul Zonu bulunan geç Prekambriyen'den erken Kretase'ye kesintili de olsa yapıların takip edilebildiği,  Tetisidlerin Paleozoik ve Mesozoik evriminin  daha iyi anlaşılabilmesi için önemli konuma sahip tektonik birliktir. Bazı araştırmacılar Istranca Masifi'ni Kimmerid Orojenezi'nin bir parçası olarak görürken, bazıları da Lavrasya'nın güneyinde konumlanmış pasif kıta kenarı olarak yorumlamaktadır. Masifin stratigrafisi eski çalışmalarda 1) Permiyen öncesi kristalin "temel" ve bunlara sokulan Permiyen yaşlı Kırklareli metagranitleri ve 2) Mesozoik sedimanter "örtü" olarak basitçe ikiye ayrılmıştır. Ancak, yapılan yeni çalışmalar ile litostratigrafik birimlerin yaşları oldukça değişmiştir. Masifin doğu kısmında (Kıyıköy bölgesi), temelde geç Proterozoik metasedimanterleri ve bunları kesen Kambriyen metagranitleri gözlenmiş, bu birimlerin üzerinde, daha önce Triyas olarak yaşlandırılan, Ordovisyen-Karbonifer aralığında gelişmiş metasedimanter kayaları tespit edilmiştir. Ayrıca Karbonifer yaşlı yığışım prizması ve genelde buna sokulan magmatik yayın parçalarına ulaşılmıştır. Bu değişikliklerin ardından Masif, batıda Kırklareli Birliği, doğuda Vize Birliği, Mahya Kompleksi, Yavuzdere Kompleksi ve Jura Napı olarak beş farklı tektonostratigrafik birliğe ayrılmıştır. Geç Jura-erken Kretase döneminde gelişen bölgesel metamorfizma ile kayalar epidot-amfibolitten yeşilşiste değişen fasiyes aralığında metamorfizmaya uğramıştır ve tüm bu kayalar üzerine nüfuz eden deformasyon yapıları (S2 foliasyonları ve L2 lineasyonları) gelişmiştir. Eski dönemde gelişmiş olan deformasyonlar, geç Jura-erken Kretase deformasyonu ile üzerlenmiştir. Istranca Masifi'nin Doğu kısmının yapısı, kuzeydoğu-, kuzey- ve nadiren kuzeybatı-verjanslı napların biraraya gelmesiyle oluştuğu düşünülmektedir. Doğu kısmında genel olarak geç Jura-erken Kretase dönemine ait iki farklı deformasyon evresinde, ilk olarak S2 foliasyonları oluşmuştur. Bunların eğim yönü kuzey, kuzeydoğu ve doğuya doğrudur. L2 lineasyonları ise kuzey, kuzeydoğuya doğrudur ve kuzey-, kuzeydoğuya doğru makaslama yönü verir. İkinci evrede ise foliasyonlar, krenülasyon klivajlarınca yer yer üzerlenmiştir. İkinci evre sıkışma ile gelişmiştir, güneybatıya doğru makaslama yönü vermektedir ve kuzey-, kuzeydoğuya doğru olan ilk evredeki makaslamanın tam zıttıdır.
Tüm bu eski öngörüler ile Mesozoyik döneme addedilen bu kayaç ve temsil ettikleri olayları test etmek için bu çalışma kapsamında, Istranca Masifi'nin doğu kısmında kalan, eski çalışmalarda "örtü" birimlerinin stratigrafik olarak en üst kısmını oluşturduğu düşünülen volkanikli fliş istifi olan Serves Metagrovağı ve bunun üstüne gelen Nişantaşı Metakumtaşı, Kumlukoy Metakumtaşı birimleri ayrıntılı bir şekilde çalışılmıştır. Bu kesimin yeni çalışmalar ve öngörüler ışığında stratigrafik konumu ve de geçirmiş olduğu deformasyon aydınlatılmaya çalışılmıştır.
Çalışma alanında görülen en yaşlı kayalar önceki çalışmalarda Serves Metagrovağı olarak isimlendirilen birimdir. Daha yaşlı birimler ile olan ilişkisi yoğun bitki örtüsü nedeniyle net olarak ortaya konulamamıştır. Ancak eski çalışmalarda Mahya şistlerinin devamı olarak dereceli geçişli olduğu söylenmektedir. Alt kesimleri Serves Burnu'nda, açık gri, gri renkli metakumtaşları, şistler ve gri-koyu gri renkli fillatlar şeklinde görülmektedir. İnce kesitte feldspatça zengin olan ve kuvars, litik taneler, muskovit içeren, iyi foliasyon geliştirmiş kayalardır. Nişantaşı Sırtı'na yakın kısımlarda görülen kahverengi altere renkli, serizitleşmiş kaba taneli metakumtaşları ince kesitte feldspat + litik taneler + kuvars + muskovit + serizit mineralleri gözlemlenir. Feldspatların bu kadar yaygın olması, kaynak alanın magmatik bir alana yakın olmasıyla ilişkili olabilir. Serves Koyu'nda ise ayırt edici olarak yeşil renkte görülen şist, fillat, kalkşistler ve metakumtaşları gibi metasedimanter kökenli kayalar ile bazik bileşimli metatüfler ardalanmış bir şekilde görülmektedir. İnce kesitte feldspat + amfibol + epidot + titanit + klorit + opak mineraller görülen, deformasyon sebebiyle eski dokusunu koruyamamış bu bazik kayalar petrografik olarak yeşilşist olarak adlandırılmış, arazi ilişkilerinden dolayı köken olarak tüf olarak yorumlanmıştır. Ayrıca, foliasyon düzlemlerine paralel gelişmiş ve makaslanıp kıvrımlanmış kuvars damarları, deformasyondan önceki dönemde akışkan varlığının yüksek olduğunu göstermektedir. Bu hali ile istif sedimanter anlamda türbiditik ve tektonik anlamı ile de filiş istifidir. Yaptığımız çalışmalar bu birimin Karbonifer yaşlı bir yığışım prizması ürünü olduğunu düşündürmektedir.
Çalışma alanındaki metamorfik kayaların yapısal özellikleri kısa mesafelerde farklılıklar göstermektedir. Bu sebeple çalışma alanı görülen S1 foliasyonlarına göre farklı yapısal "bölgelere (zonlara)" ayrılmıştır. Güneyde, Serves Koyu'nda, foliasyonlar ortaç-dik açılarda, güneye-güneybatıya doğru eğimlidirler ve foliasyonların kıvrımlanması ile izoklinal kıvrımlar gözlemlenmektedir. Kuvars damarlarından ve kıvrımlardan çıkartılan kinematik analizlere göre bu kısımlarda güneybatı- ve batıya verjanslı makaslama hareketi görülmektedir. Foliasyonlara paralel gelişmiş milonitik sünek faylarda güney-güneybatıya doğru normal faylanma görülmektedir. Serves Burnu'nda ise hafif dalımlı, açık kıvrımlar görünmektedir. Krenülasyon kıvrımı olarak yorumlanacak bu kıvrımlar, kuzeydoğu-güneybatı taraflarından saf makaslama (sıkışma) hareketi göstermektedir. Nişantaşı Sırtı'nda ise yatık kıvrımlar görülmektedir ve asimetrik kıvrım ve kuvars damarlarından çıkartılan kinematik hareket kuzeye doğru makaslama yönü göstermektedir. Foliasyonlar ile kıvrım eksen düzlemleri paraleldir. Tüm bu yapılar bindirmelerle ilişkili yapılardır.
Istranca Masifi'nin doğu kesiminden alınmış olan üç farklı metakumtaşı ve bir yeşilşist örneğinden ayırtlanan zirkonlardan yapılan U-Pb tarihlendirilmesiyle kayaların oluşum yaşı, son depolanma tarihleri ve kaynak alanları hakkında değerli verilere ulaşılmıştır. Nişantaşı Sırtı'ndan ve Mavroz Koyu'ndan alınan iki kaba taneli metakumtaşı benzer yaş sonuçları vermiştir. İlk örnekten derlenmiş 109 zirkondan elde edilmiş olan en genç yaş 342 My'dır. İkinci örnekten ayrılan 120 zirkondan en genç yaş 338.2 My'dır. Serves Koyu'ndaki metatüf örneğinden elde edilebilmiş 4 zirkon mineralinden ise en genç 324 Ma yaş elde edilmiştir. Poliçe tarafından alınan Kumlukoy Metakumtaşı'na ait örnekten ise 256 My gibi genç bir yaş elde edilmiştir. Eski çalışmalarda Jura olarak öngörülen Serves Metagrovağı'nın çökelim yaşı bu çalışmada alt Karbonifer olarak bulunmuştur. Serves Koyu'ndaki birimlerin yapısal olarak daha üstte olduğu düşünülürse daha genç yaş vermesi normal bir durumdur. Kumlukoy Metakumtaşı'nın yaşı ise Üst Permiyen-Triyas olarak verilebilir. Bu yaşlar çerçevesinde, Serves Metagrovağı'nın altta görülen kayaları Mahya ve Yavuzdere Kompleksleri'nin geliştiği yay ile ilişkili görünmektedir. Serves Koyu birimleri ise gerek petrografik, gerek yapısal ve de yaşı açısından Mahya Kompleksi ile doğrudan benzerlik göstermektedir. Daha genç çökelim yaşına sahip Kumlukoy Metakumtaşı ise batıdaki Triyas Metasedimanter istifi ile benzerlik göstermektedir. Ayrıca, Serves Metagrovağı detritiklerinin Mesoproterozoik dönemi zirkonları içermemesi bu birimlerin Gondwana'nın Kuzey Afrika kısımları ile deneştirilebileceğini gösterir.
Bu çalışma sonucunda, Istranca Masifi'nin doğusunda Jura ve Kretase yaşlı olarak kabul edilen birimlerin yaşlarının Karbonifer ve Permo-Triyas olduğu saptanmıştır. Serves Metagrovağı'nın daha batıda kalan Mahya ve Yavuzdere Kompleksleri ile ilişkisi anlaşılmaya çalışılmıştır ve detritik zirkonlar yardımıyla kökenleri hakkında veriler elde edilmiştir. Ayrıca, bölgenin yapısal jeolojisi çalışılarak birimlerin kendi içerisindeki konumları aydınlatılmaya çalışılmıştır.

Abstract:
The Strandja Massif is a tectonic unit in NW Turkey which is bounded by the Balkan Zone in the west and the Istanbul Zone in the east. It has late Proterozoic to early Cretaceous rocks and relevant structures therefore it is a key location for understanding the Paleozoic and Mesozoic evolution of the Tethyan Realm. Some researchers consider the Massif as a part of the Cimmerian Orogeny, while others interpret it as a part of the passive continental margin located in the south edge of Laurasia. Traditionally, stratigraphy of the massif has been divided into two parts: 1) Pre-Permian crystalline "basement" and intruding Permian Kırklareli metagranites, 2) Mesozoic sedimentary "cover". However, the ages of the lithostratigraphic units have drastically changed with new studies that supported by isotope geochronology. In the eastern part of the Massif, late Proterozoic metasedimentary rocks intruded by Cambrian metagranites are overlain by Ordovician-Carboniferous metasediments. These units were assigned to Permian and Triassic in the previous studies. In addition to these, fragments of the Carboniferous magmatic arc was discovered. After these studies, the Massif has divided into five different tectonostratigraphic units as; the Kırklareli Unit in the west, the Vize Unit in the east, the Mahya Complex, the Yavuzdere Complex and the Jurassic Nappe. All of these units regionally metamorphosed in ranging from epidote-amphibolite and greenschist facies and penetratively deformed during the late Jurassic-early Cretaceous time. This deformation produced S2 foliations and L2 lineations and reworked all previously formed deformations. The structure of the eastern part of the Massif interpreted as a stack of northeast-, north- and rarely nortwest vergent nappes. Dips of the S2 foliations are generally inclined to the north, northest and east. The L2 lineations are generally plunged to the north and northeast and it has top-to-north, top-to-northeast sense of shear. Foliations is partly overlain by crenulation cleavages, which are the products of the next deformation stages. Last ductile deformation phase has compressive component and it gives top-to-southwest sense of shear, contary to the previous deformation phase.
In order to contribute to the stratigraphic and structural studies in the Massif and to solve remaining complex relationships, the Serves Metagreywacke, the Nişantaşı metasandstone and the Kumlukoy metasandstones which are thought to form the stratigraphically upper parts of the "cover" units is were examined in detail within the scope of this study. The stratigraphic positions and structural relationships of these units were tried to be clarified.
The oldest rocks defined in the previous studies are the units of the Serves Metagraywacke. Its relationship with underlying unit is not clear due to dense vegation of the region, however, in previous studies suggest that the Mahya Schists passing upward gradually to the Serves Metagraywackes. The lower parts of the unit exposed at the Serves Cape as well foliated light gray, gray coloured metasandstones, schists and gray-dark gray colored phyllites. In thin section studies, feldspar + lithic fragments + quartz + muscovite minerals can be observed. Near the Nişantaşı Ridge, sericitized coarse grained metasandstones which have brown alteration color are observed. Under thin sections, feldspar + lithic fragments + quartz + muscovite + sericite minerals can be defined. Domination of feldspar grains in these rocks can be related to a possible  proximity to a magmatic source region. In Serves Bay, there are distinctively green colored metasedimantary rocks such as schist, phyllites, and calc-schists alternating with metatuffs that has basic geochemical compositions. In thin sections, feldspar + amphibole + epidote + sphene + chlorite + opaque minerals are the main constitıent of the basic rocks which are petrographically named as greenschists. Because of the deformation, these rocks could not preserve their initial textures and are interpreted as a tuffaceous rocks due to field relationships. In addition to these rocks, quartz veins developed parallel to the foliation planes and later sheared and folded to gather with surrounding rocks. This indicates that fluid content was high in the pre-deformation period.
The structural features of the metamorphic rocks in the study area changes suddenly in short distances. For this reason, the study area is divided into different structural "domains" according to attitude of the S1 foliations. In the south, in the Serves Bay, foliations has south-southwest dip directions with a moderate to steep dipping angles. Isoclinal folds are observed due to folding of the foliations. Top-to-south, top-to-southwest sense of shear is determined from quartz vein porphyroclasts and asymmetric folding of the foliations. Mylonitic ductile faults developed generally parallel to the foliations that has top-to-south sense of shear with normal fault kinematic. On the other hand, at the Serves Cape, gently plunging open folds which is interepreted as crenulation folds can be observed. They indicate NE-SW compression direction. On the Nişantaşı Ridge, recumbent folds are dominant structures. Top-to-north sense of shear derived from asymmetric folds and folded quartz veins, which indicates opposite movement from the Serves Bay. Foliations and fold axial planes are semi-paralel in this domain. These structures associated with thrust tectonics.
Zircons extracted from three different metasandstone samples and one greenschist sample have been used for U-Pb zircon dating to reveal the formation age and source area of these rocks. Two sample metasandstones taken from the Nişantaşı Ridge and the Mavroz Bay gave similar age results. The youngest age from 109 zircons seperated from the first sample is ~342 Ma, and the youngest age obtained from 120 zircons seperated from the second sample is ~338.2 Ma. Only 4 zircon grains could be extracted from the greenschist/metatuff sample, which revealed the youngest age of ~324 Ma. The sample from Kumlukoy Metasandstone taken by the Poliçe Bay gave ~256 Ma as the youngest zircon age component. According to the previous studies, the age of the Serves Metagraywacke was given as Jurassic. However, according to our results, the deposition age of the unit is lower Carboniferous. Additionally, the deposition age of the Kumlukoy Metasandstone, which was interpreted as early Cretaceous in the previous studies, is defined as Upper Permian-Lower Triassic. In the light of the new age data, lower structural level of the Serves Metagraywacke could be correlated with the turbiditic rocks of the Mahya-Yavuzdere Complexes. Structural position of metasediments and greenschists in the Serves Bay is higher than other units. Because of the structural position, petrographic similarities and the age data, Serves Bay rocks can more precisely be correlated with the Mahya Complex. The Kumlukoy Metasandstone, which has the youngest depositional age, is similar to the Triassic Metasedimentary sequence in Kırklareli Unit. Beside, concidering that the Serves Metagreywacke do not contain Mesoproterozoic detrital zircons, it can be correlated with the North African sector of the Gondwana-Land.
As a summary, the ages of the units accepted as Jurassic and Cretaceous in the east of the Strandja Massif turned out to be Carboniferous and Permo-Triassic, respectively. The Serves Metagreywacke could be a part of the Carboniferous Mahya-Yavuzdere arc and origin of this unit could again be correlated with northern Gondwana-Land.