Ilgın (Konya) kuzeyindeki yüksek potasyumlu metamorfik kayaçların jeolojik ve petrolojik incelemesi
Geological and petrological investigation of high-K metamorphic rocks in the north of Ilgin (Konya)
Yazar: ŞENEL ÖZDAMAR
Danışman: PROF. DR. BEKTAŞ UZ ; PROF. DR. FAHRİ ESENLİ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Çalışma alanı, Konya ili, Ilgın ilçesi kuzeyinde yer almaktadır. Çalışma alanında, stratigrafik ve yapısal açıdan farklılıklar sunan ve birbirleri üzerinde uyumsuz olarak bulunan iki ana grup ile bunların üzerinde yine uyumsuz yer alan örtü birimleri vardır. Alttan üste doğru, bunlar; ?Paleozoyik yaşlı metamorfik grup?, ?Mesozoyik yaşlı metamorfik grup? ve bunlarla geçişli metavolkanikler ve ?Neojen çökeller? ile Kuvaterner yaşlı ?alüvyon? dur.Çalışma alanının genellikle batı ve orta kesiminde yaygın olarak izlenen Paleozoyik topluluğun kalınlığı 1000 m' ye kadar ulaşır ve çakıltaşı, kumtaşı, silttaşı, kiltaşı, kireçtaşı ve kuvarsitlerin metamorfik türevlerinden oluşur. Metakonglomeralar genellikle kumlu-killi çimento içinde gri renkli çört, kuvars parçaları ve yeşil tonlarında şist parçaları içerirler. Çakılları genelde köşeli ve çoğunlukla aynı havzanın ürünleridir. Üste doğru katmansız ya da kalın katmanlı olup iri çakıl ve hatta blokludurlar. Metakumtaşları metakonglomera ve şistler ile yanal ve düşey geçişlidir. Çoğunlukla ince-orta katmanlı ve grimsi yeşil renklidirler. Kayaç genelde tane desteklidir. Yer yer karbonat çimentolu, sert ve sıkı tutturulmuşlardır. Metakumtaşları değişik aşamalarda şisti doku gösterir. Fillatlar açık gri-sarımsı gri-grimsi yeşil renklerdedir ve ince mika pullarından oluşmaktadır. İnce taneli, uzamış kuvars ve feldspat taneleri çıplak gözle tanınabilen diğer minerallerdir. Metaçörtler ince katmanlı ve gri renkli olup, bazen bantlı yapısıyla kuvarsit görünümündedirler. Metaçörtlerin egemen olduğu kesimlerde diğer litolojiler de kısmen silisifiye olmuşlardır. Metakarbonatlar ince-orta katmanlıdır. Koyu gri-siyah veya açık gri-beyazımsı renklidirler ve bu ikinci türde şeker dokuludurlar. Genellikle şisti kayaçlardan metakarbonatlara geçişte ince bir ara geçiş olarak kalkşistler izlenir.Mesozoyik topluluk tabanda metakonglomera ile başlayıp üste doğru daha ince taneli ve nihayet karbonatlardan oluşan metasedimanterler ile bunlar arasındaki metalavlar ve metatüflerden oluşmaktadırlar. Mesozoyik topluluğun tabanında yer alan mor ve pembe renkli metakonglomeralar yanal ve düşey yönde dereceli olarak metakumtaşlarına geçiş gösterirler. Metakonglomeraların çakılları değişik renk tonlarında şist, kuvarsit ve kireçtaşı parçalarından oluşmaktadır. Metamorfizma ve deformasyon sonucu matrikste yapraklanma, çakıllarda uzama ve yönlenme gelişmiştir. Metakumtaşları grimsi-yeşilimsi-kırmızımsı renklerde, genelde haritalanamaz ölçekteki 5-30 cm arasında nadiren ise 10 m' ye varan kalınlıklardaki şistler arasındaki seviyeler ve haritalanabilir boyutlarda izlenirler. Metakumtaşlarında yaygın olarak çapraz tabakalanma, paralel laminalanma ve bazen de derecelenme gibi sedimanter yapılar belirgindir. Mesozoyik topluluğun şistleri başlıca kuvarsşist, mikaşist ve kloritşistlerdir. Bunlar genellikle mor, kırmızı, pembe nadiren sarımsı yeşil renklidirler. Mesozoyik yaşlı topluluğun en üst seviyesini sarı-gri-krem-beyaz renklerde olabilen metakarbonatlar oluşturur. En tipik yüzeylemeler bölgesel ölçekte Loras Dağı yöresinde (Konya) izlenir ve bu nedenle araştırmacılar tarafından ?Lorasdağı Kireçtaşları? olarak anılmaktadır. Birimin çalışma alanındaki kalınlığı 300 m' ye ulaşmaktadır. Farklı tabaka kalınlıklarındaki metakarbonatlar genellikle dolomitik kireçtaşı ve dolomit arasında değişim sunarlar.Bu çalışmada, ilk defa Ilgın (Konya) bölgesinde riyolit bileşimli metavolkaniklerin varlığı tespit edilmiş ve ?Ilgın metavolkanikleri? olarak adlanmıştır. Metavolkanikler açık-koyu gri ve yeşil renklidirler. Bunlar genellikle masif metalavlar ve nadiren de diğer şisti kayaçların arasında ince seviyeler halinde bulunan, haritalanamaz ölçekteki metatüflerdir. Lav kökenli kayaçlarda kirli beyaz ayrışma yüzeyleri yaygındır. Şistlere geçiş yaptığı bölümlerde yapraklanma belirginleşebilmekte ve yapraklanma düzlemleri boyunca muskovitler izlenmektedir. Metavolkanikler ortalama % 75-80 matriks ve % 20-25 fenokristallerden oluşur. Fenokristaller kuvars, K-feldspat, kalıntı sanidin ve albittir. Yapılan elektron mikroprob çalışmalarında feldspatların bileşiminin % 85-97 Ortoz, % 0-1.79 Anortit ve % 3.40-5.76 Albit'den oluştuğu saptanmıştır.Çalışma alanında yaygın olarak görülen Neojen çökeller çakıltaşı, kumtaşı, kiltaşı, kireçtaşı ve killi kireçtaşı litolojilerinden oluşmuştur. Yanal geçişler gösterirse de alttan üste doğru; sarımsı, kırmızı, kirli sarı çakıltaşları, kumtaşları ve kiltaşları ve bunların tutturulmamış çökelleri ve lokal olarak karbonatça zengin seviyeler şeklinde izlenir. İstif içerisinde ayrıca, işletilmekte olan kömür seviyeleri de bulunur. Neojen çökeller, yerel olarak önemli kalınlığa ulaşan ?Güncel Alüvyon? ile örtülmüştür.Paleozoyik metamorfik grubun metakumtaşı ve şistleri yüksek SiO2 içeriğine sahiptirler. Na2O değerleri % 0.0-2.15 arasındadır. K2O nispeten yüksek değerlere (% 5.8) ulaşabilmektedir. Paleozoyik grup örneklerinde artan SiO2 ile Na2O, K2O, CaO, Al2O3, MgO ve Fe2O3 değerlerinde de artış, iz elementlerde ise azalma görülmektedir. Bazı örnekler yüksek Rb, bazı örnekler ise aşırı yüksek Sr değerlerine sahiptir. Normalize iz element dağılım diyagramında Rb, Pb, Sr, Ni ve Nb bakımından azalma, Cs, Th, Zr, Y ve Ta'da ise artma göstermektedirler. Normalize nadir toprak element diyagramında Eu'daki azalış karakteristiktir.Mesozoyik metamorfik grubun şistlerinde SiO2 değerleri % 64.02-81.33 arasında değişmektedir. Ba değerleri geniş bir aralığa sahiptir (6-485 ppm). Ayrıca bazı örneklerde 486 ppm'e kadar çıkabilen Zr değerleri saptanmıştır. Yüksek Rb değerleri ise muhtemelen bu kayaçlar içerisindeki muskovitlerin varlığına bağlıdır. Dolomitik metakarbonatlarda ise Na2O ve K2O değerleri çok düşük buna karşın Sr yüksektir. Mesozoyik grubun örneklerinde SiO2'ye karşı ana ve iz element dağılımları Paleozoyik grubun örneklerinden farklıdır. Bunlarda Fe2O3 ve Na2O'daki artış trendine karşılık diğer oksitlerde azalma görülmektedir. SiO2'ye karşı iz element dağılımlarında; Co ve Hf'de artma, diğerlerinde ise azalma izlenmektedir. Normalize iz element dağlımlarında Paleozoyik grubun kayaçlarında benzer normalize iz element dağılımı gösterirler.Paleozoyik ve Mesozoyik grup metasedimanterlerin örneklerinde daha çok felsik bir kaynak ön plana çıkmaktadır. Tektonik ortam olarak felsik-plütonik kırıntıların hakim olduğu bir yay ortamının ürünleri olduğu görülür.Çalışma alanı metavolkanik kayaç örnekleri % 67-77 arasında SiO2 içerirler ve K2O içerikleri ise % 5.8-10.6 arasındaki değerlerdedir. İncelenen örneklerin tümü bu haliyle yüksek potasyumlu asidik kayaç kimyasını vermektedir. Bu kayaçlar riyolit bileşimli, sub-alkalin kimyası veren ve levha içi ürünleri olan kayaçlardır. Büyük iyonlu litofil element (LILE) ve hafif nadir toprak element (LREE) içerikleri zenginleşmiş bir kaynağı işaret etmektedir. Nadir toprak element dağılımı; (La/Lu)N: 0.87-215.54 aralığını ve (Eu/Eu*)N: 0.0024-0.23 aralığını (negatif Eu anomalisi) verir. Ayrıca bu kayaçlar Sr87/Sr86 ve Nd143/Nd144 sonuçlarına göre üst kabuk malzemesinden fazlaca etkilenmişlerdir.Paleozoik grubun ?kuvars+albit+klorit+muskovit+biotit+stilpnomelan+kloritoid? şeklindeki mineral topluluğu bu grubun kayaçları için ilerleyen metamorfizmayı ve Mesozoik grupta stilpnomelan ve kloritoidin olmayışı düşük yeşilşist fasiyesinde ve metamorfizma derecesinin alttan üste doğru azaldığını gösterir. Muskovit K-Ar değerlerine göre (Paleozoyik grup örneği: 96.9±1.4My, Mesozoyik grup örnekleri; 70.2±1.0My, 65.6±1.0My ve 64.4±1.0My) bölge çok evreli metamorfizmanın etkisinde kalmış ve metamorfizmanın son evresi Üst Kretase-Alt Paleosen'de gelişmiştir. Metavolkanik tüm kayaç K-Ar değerleri 60.4±0.9My, 62.6±0.9My ve 64±2My olarak elde edilmiştir.

Abstract:
The study area is located in the north of Ilgın (Konya). Two main metamorphic groups unconformably overlaid each other and sedimentary groups from Ilgın of Konya province are reported in this study. From bottom to top, these are; Paleozoic group, Mesozoic group, Upper Cretaceous-Paleocene metavolcanics, Neogene cover and Quaternary alluvium.The Paleozoic group is 1000 m in thickness observed particularly in the west and middle part of the study area. It is derived from the metamorphics of conglomerate, sandstone, siltstone, claystone, limestone and quartzite. Metaconglomerates consist of chert, shale, quartz and green schist fragments in clayey-sandy matrix. Genetically all the pebbles are probably from the same basin. Metaconglomerates are thin-bedded or massive and coarse grained and blocky upwards. Pebbles show elongation structures and chloritoid was observed in the foliated part of the rock. Metasandstones pass laterally and vertically into the metaconglomerate and schists. Metasandstones are grayish color, grain-supported, well-consolidated and carbonate cemented and bedding is from fine to medium. They exhibit schistosity in texture with various phases. Orientation and elongation are widespread in the rock. Phyllites are made up of mainly thin mica flakes which are gray and grayish green in color and rarely fine-grained, elongated quartz and feldspar. Metacherts, similar quartz in appearance are thin-bedded, gray in color. The other lithologies are partially silisified in the adjacent parts of this lithology. There are thin calcschist levels between schists and metacarbonates. Metacarbonates include elongated, flatted calcites, muscovite, chlorite, tourmaline and quartz.Metaconglomerates, at the base of Mesozoic group, purple-pinkish in color pass gradually laterally and vertically into metasandstones. Pebbles are made up of various colored schists, quartzite and limestone fragments. Foliation in cement and elongation in pebbles and schistosity are ascribed to the metamorphism and deformations. Metasandstones are grayish-reddish-greenish color, mostly 5-30 cm and rarely 10 m in thickness. Gradation sedimentary structures such as cross-bedded, parallel lamination and occasionally are marked in these rocks. Schists are mostly purple, red, pink and rarely yellowish green color. These lithologies are generally chlorite schist and quartz-chlorite schist. Metacarbonates are generally dolomitic limestone and dolomite and gray, white and yellow in color. They are in upper levels of Mesozoic group. Its most typical outcrops are observed in Lorasdağı (Konya) area. Thus, it was called as ?Lorasdağı Limestone? by several researchers. The thickness of the unit reaches up to 300 m in the study area.This study stated that rhyolitic metavolcanics are different from others formerly cited in Ilgın (Konya). Metavolcanics are light-dark gray and green colors. These are mostly metalavas and metatuffs unmapped in scale and thin bedded within schists. The black white alteration surfaces are widespread in the rocks considered lava origin. The foliation is marked in the passing into the schists and muscovites are wieved along foliation plains.Metarhyolites have 75-80% groundmass and 20-25% phenocrysts. Phenocrysts are quartz, K-feldspar, remnant sanidine and albite. Feldspars occur mostly as K-feldspar (Or 85-97 Ab 3-6 An 0-2). Matrix is composed of microcrystalline quartz, K-feldspar, sericite and rarely muscovite.Neogene sediments made up of conglomerate, sandstone, claystone, limestone, marl are widespread in the study area. These sediments are yellowish, reddish conglomerate, sandstone, claystone, unconsolidated fragments and locally CO3-rich levels from bottom to top also showing laterally passes. It includes operated coal levels. These sediments are covered by alluvium locally reaching up to a sizable thickness.The Paleozoic metasandstone and schist samples have high content of SiO2. Na2O values of Paleozoic samples vary from zero to 2.15 % and a higher value of K2O (5.8 %) is found in some samples. Some oxides (K2O, Na2O, CaO, Al2O3, MgO and Fe2O3) increase with increasing SiO2 whereas trace element contents decrease. The values of high Rb and low Sr in some samples are significant. The chondrite-normalized trace element and rare earth element patterns of metasedimentary rocks show Rb, Pb, Sr, Ni, and Nb depletion whereas those Cs, Th, Zr, Y and Ta enrichment. The depletion of Eu values is characteristic. Schists have 64.2-81.33% SiO2. These values suggest that the Paleozoic group is felsic lithologies and acidic in character. Ba values are in the range of 6-485 ppm. On the other hand, some samples have high Zr values (486 ppm). The high contents of Rb may have resulted from the presence of muscovite in these rocks. Na2O and K2O values are very low whereas Sr values are high in dolomitic metacarbonates. The major oxides and trace element trends with increasing SiO2 for the samples from Mesozoic are different compared to the Paleozoic group samples. The increasing trends of Fe2O3 and Na2O are observed against the decrease trend of the other oxides. Co and Hf increase whereas the others decrease in Harker variation diagrams. Utilizing Hf-La/Th for the two groups, show mostly felsic provenance. According to Zr/Sc-Th/Sc, metasediments are made up of rhyolite. On the other hand, Plotting major element provenance discriminant diagrams, these rocks infer to large field.The metavolcanics have 66-77 % SiO2, 5.8-10.6 % K2O, 0.08-1.77 % Na2O, 12-18 % Al2O3, 0.1-0.4 % MgO, < 1 % CaO. This chemical composition suggests that metavolcanics are high-K rocks with acidic character. The Ba contents of some samples reach up to the high levels. Plotting data for metavolcanics in the SiO2 vs. Zr/TiO2 diagram samples fall into the rhyolite field. Moreover, samples are sub-alkaline in character and within plate granite in the Nb-Y tectonic discrimination diagram.Magma composition changes due to mineral fractionations. K2O, CaO, MgO, Fe2O3 and TiO2 show negative correlations with increasing SiO2 whereas Na2O shows positive correlation. As the SiO2 content increases, the Sr, Ba, Co, Th, Sc and Hf contents decrease and the Rb content increases. Cs shows variation. Linear correlations can be explained by fractional crystallizations whereas such unlinear trends as negative and/or positive correlations can be explained by partial alterations and magma mixing in major and trace element diagrams. It can be proposed that the fractional crystallization, contamination and mixing are observed in Ilgın metavolcanics. Depletion of K2O, CaO and Sr with increasing SiO2 content reflect the crystallization of sanidine and plagioclase.Metavolcanics are extremely K-rich (7-11 wt. % K2O), calc-alkaline in character and show also strong enrichment in LILE and LREE, implying possibly an enriched source. Metavolcanics show concave REE pattern with (La/Lu) N: 0.87-215.54 and have negative Eu anomalies (Eu/Eu*) N: 0.0024-0.23.The mineral assemblages of Paleozoic group are quartz, albite, chlorite, muscovite, biotite, stilpnomelane, chloritoid, whilst the absence of stilpnomelane and chloritoid in Mesozoic group demonstrates a progressive low greenschist metamorphism and also decreasing metamorphism grade upwards.One sample, 3.92, from Paleozoic unit in Ilgın (Konya) region, yielded muscovite age of 96.9±1.4 Ma, whilst three samples, 4.10, 3.109 and TSD1, yielded muscovite ages of 70.2±1.0 Ma, 65.6±1.0 Ma and 64.4±1.0 Ma, implying polyphase metamorphism in this region and the last phase was in Upper Cretaceous-Lower Paleocene. Three samples, 3.37, 3.122 and 2.5 from metavolcanics yielded whole rock ages of 60.4±0.9 Ma, 62.6±0.9 Ma and 64±2.0 Ma.