Trakya ve Batı Anadolu miyosen-kuvaterner alkalen volkanik kayalarında üst manto-kaynaklı asal gaz (helyum) izotop değişimlerinin incelenmesi
Investigation of upper mantle-derived noble gas (helium) isotopic variations in Thrace and West Anatolia miocene quaternary alkaline volcanic rocks
Yazar: DURU CESUR
Danışman: PROF. DR. KADİR SARIİZ
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Maden Yatakları ve Jeokimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Bu çalışmada Manisa-Kula, Kütahya-Simav, Osmaniye ve Trakya bölgelerindeki alkali volkanik kayaçların olivin minerallerinde helyum (3He/4He) ve oksijen izotop  (δ18O) ve ana kayaçlarda radyojenik izotop (Nd-Sr) ve Ar-Ar yaş analizleri yapılarak bu volkaniklerin oluşumu sırasında etkin olan süreçler (fraksiyonel kristallenme, kısmi ergime, kabuksal kirlenme vs.) ve türedikleri kaynak bölgelerinin jeokimyasal özellikleri araştırılmıştır. Kula bölgesinde üç farklı zaman serisinde oluşmuş bazalt lavlarından ayıklanan olivinlerden elde edilen helyum (3He/4He) izotop bileşimleri, bir örnek hariç (AHT 5.86 RA), okyanus ortası sırt bazaltlarına (MORB) benzer bir bileşim aralığında değişen değerler sunmaktadır (5.86-8.04). Benzer şekilde, Osmaniye alkali volkanikleri de MORB-tipi (8 RA) helyum izotop oranlarına sahiptir. Trakya örneği ise gaz kaybından daha fazla etkilenmiş bir kaynağa işaret edecek şekilde nispeten daha düşük bir asal gaz bileşimi sunmuştur (6.99 RA). Buna karşın Simav-Kütahya bölgesi volkanik kayalarından alınan değerler üst manto türevli ergiyiklerin bileşim aralığından daha düşük oranlarla temsil edilmekte ve önemli oranda kıta kabuğu katkısına işaret etmektedir (3.00-5.19 RA). Helyum izotop analizi yapılan olivin örneklerinin oksijen izotop değerleri (δ18O) Kula, Simav-Kütahya ve Osmaniye bölgeleri için sırasıyla 4.7-5.2 ‰, 5.4-5.7 ‰ ve 5.0 ‰'dir. Aynı örnek setleri için 87Sr/86Sr oranları 0.703012-0.703407, 0.707315-0.707458 ve 0.703170-0.703173 olarak, 143Nd/144Nd oranları ise 0.512966-0.513050, 0.512506-0.512516 ve 0.512979-0.513005 olarak bulunmuştur. Bu değerler Simav-Kütahya lavlarında toplam silikat yer bileşenine göre yüksek 87Sr/86Sr ve düşük 143Nd/144Nd oranlarına sahip olan ve astenosferik manto bileşimine göre düşük 3He/4He oranına sahip bir bileşenin önemli oranda katkısını öngörmektedir. İzotopik ve kimyasal veriler 3He/4He oranı yüksek olan Trakya, Kula ve Osmaniye bölgesi alkali kayalarının oluşumunda genel anlamda okyanus ada bazaltı (OIB) tipinde litosfer altı bir manto bileşeninin katkısının bulunduğunu ve bu kayalar üzerinde kıta kontaminasyonu etkilerinin önemsiz düzeyde olduğunu göstermektedir. Kula lavlarının özellikle iz elementlerindeki zenginleşmeler, düşük δ18O ve R/Ra değerleri, bu lavların OIB benzeri bir kaynaktan direkt düşük dereceli bir kısmi ergimeden ziyade farklı uç bileşenlerin katkısı sonucu oluşabileceklerini işaret etmektedir. 
 
Anahtar Kelimeler: Alkali kayaç, olivin, helyum izotop, kabuk-manto etkileşimi.

Abstract:
In this study, based on helium (3He/4He) and oxygen isotope (δ18O) compositions of olivine minerals separated from alkaline volcanic rocks in Manisa-Kula, Kütahya-Simav, Osmaniye and Trakya regions and radiogenic isotope (Nd-Sr) and Ar-Ar dating from whole rocks, the effects of magmatic process (e.g. fractional crystallization, partial melting, crustal contamination) on the genesis of these volcanics and geochemical characteristics of their source regions were investigated. Helium isotope (3He/4He) compositions of olivine minerals separated from the Kula-Manisa basalt lavas, which were formed in three different time series, display an increase from older to younger (from 5.86 to 8.04 RA) which is within the compositional range of mid-ocean ridge basalts (MORB), except one sample (AHT 5.86 RA). Likewise, Osmaniye alkali basalts and basanites have MORB-type (8 RA) helium isotope values (7.60-7.90 RA). Basaltic lava sample from the Thrace alkali field is represented by a relatively lower noble gas composition (6.99 RA) indicating a source region that is significantly affected by the gas loss. On the contrary, Simav-Kütahya volcanic rocks are characterized by helium values notably lower than those of upper mantle-derived melts and indicate substantial amount of crustal contribution (3.00-5.19 RA). Oxygen isotope compositions (δ18O) of the same olivine samples from the Kula, Simav-Kütahya and Osmaniye regions are 4.7-5.2 ‰, 5.4-5.7 ‰ and 5.0 ‰, respectively. For the same sample sets, the 87Sr/86Sr ratios are found 0.703012-0.703407, 0.707315-0.707458 and 0.703170-0.703173 and 143Nd/144Nd ratios are 0.512966-0.513050, 0.512506-0.512516 and 0.512979-0.513005. Regarding the Simav-Kütahya lavas, these values indicate a significant contribution from a source region represented by higher 87Sr/86Sr and lower 143Nd/144Nd ratios with respect to total silicate bulk earth and 3He/4He ratio lower than the asthenospheric mantle composition. Isotopic and chemical data show that in the formation of Thrace, Kula and Osmaniye alkali rocks with high 3He/4He ratio, melts of OIB-type sublithospheric mantle composition exerted a primary control and effects of crustal contamination are negligible. The enrichments of the Kula lavas, especially the trace elements, low δ18O and R/Ra values indicate contribution of different end member components of these lavas.

Keywords: Alkaline rocks, olivine, helium isotope, crust-mantle interaction.