Ankara-Erzincan kenet kuşağı üzerinde yer alan geç kretase yaşlı lösitli bazaltlar ile lamprofirlerin petrolojik evrimi ve tektonik anlamı başlıklı
Petrological evolution and tectonic implications of the late cretaceous leucite-bearing basalts and lamprophyres of the Ankara-Erzincan suture belt
Yazar: FATMA GÜLMEZ
Danışman: PROF. DR. ŞENGÜL CAN GENÇ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
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.

Abstract:
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.