Sultansazlığı (Kayseri) havza kenarı miyo-pliyosen volkanizma ürünlerinin petrolojik korelasyonu
Petrological correlation of mio-pliocene volcanic products at sultansazliği (Kayseri) basin margins
Yazar: EFE AKKAŞ
Danışman: DOÇ. DR. HÜSEYİN EVREN ÇUBUKÇU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Kayseri = Kayseri ; Magmatik kayaçlar = Igneous rocks ; Orta Anadolu bölgesi = Central Anatolian region ; Sultan sazlığı = Sultan marshy ; Termodinamik = Thermodynamics ; Volkanik provens = Volcanic province

Özet:
Sultansazlığı Havzası (Kayseri, Türkiye) Üst Miyosen - Pliyosen istifi, doğuda ve batıda, farklı sistemlere ait kalk-alkalen (ağ.%51-69 SiO2) ile görece genç (Pliyo-Pleyistosen), nefelin normatif (ağ. %0,45 - 3,0), Na-alkalen efüzif ürünlerden ve ara katkılı piroklastik çökellerden oluşur. Havza kenarı istifinin, havza açılımından yaşlı ve eş yaşlı volkanik faaliyetin ürünleri olan farklı fizikokimyasal karakteristiklerdeki magmaları içermesi, dinamik evrim, farklılaşma süreçleri ve kökende değişiminin izlenmesi için eşsiz bir alan yaratır. Bu tez, Sultansazlığı Havzası kenarı Miyo-Pliyosen volkanik ürünlerine ait petrografik, mineralojik ve jeokimyasal ver ışığında sayısal modelleme teknikleri ile havza kenarı magmalarının, farklılaşma süreçlerini, termo-dinamik evrimlerini ve magmaların oluşumlarında etkili olan dinamik süreçlerin petrolojik açıdan değerlendirilmesi amacı taşır.

Yaygın mikrolitik-porfirik doku ve merkez-kenar normal zonlanma eğilimi ile genellikle denge durumundan sapma gösteren fazların bolluğu kapalı sistem fraksiyonlanmasına işaret eder. Artan silis ile birlikte sistematik Rb, Th, K zenginleşmesi, buna karşılık ana element oksitler (örn., MgO, CaO) ile geçiş metallerinde (örn., Ni, Cr, Ti) fakirleşme, plajiyoklaz ve ferromagnezyen fazların fraksiyonlanması ile farklı oranda kabuk asimilasyonu etkisini gösterir. Tahmin edilen rezervuar parametrelerine göre magmaların büyük bir bölümü geniş bir ΔP/ΔT gradyanı (ΔP:10-0,2 kbar / ΔT:1306-700°C) boyunca, düşük-orta oksidasyon koşulları (KFMort.: +1,09 ± 0,88 log fO_2) altında MOHO – alt kabuk (~33-28 km) derinliklerinden yükselerek, orta-sığ derinliklere taşınır. Bu hat boyunca magmaların farklılaşmalarına yol açan, polibarik  (10-5 kbar) kademeli fraksiyonlanma (~%35) ile kabuk asimilasyonu (%20-45), pMELTS ve kombine FK, AFK modelleri ile simüle edilmiştir. İlksel element karakteristiklerine göre yaklaşık MOHO derinliğinde, 1GPa basınçta, doğal bileşimlerdeki en yüksek forsteritik (XFo: 88,4 % mol) olivin ile dengede bulunduğu varsayılan ilksel eriyik bileşimi, 1323 °C likidus sıcaklığı için pMELTS ters fraksiyonlanma ile hesaplanmıştır. Hesaplanan ilksel eriyik bileşimindeki magmaların, alt-orta kabuk yüksek basınç polibarik fraksiyonlanmaları süresince, yüksek sıcaklık (~1323 °C), düşük-orta su içeriği (0,6 – 2,5 ağ. % H2O), düşük – orta oksidasyon (KFM 0 – +2 log fO_2) koşulları altındaki evrimleri doğal bileşimlerdeki kompozit piroksenler (opx-cpx) ile yüksek An (≥75 % mol) plajiyoklazlarındaki dengesizlik dokularının varlığını açıklar. Farklılaşma süreçlerinden görece az etkilenmiş genç magma (≤ ~5,5 My) serilerinin yüksek ΔP'ye (~10 kbar) karşılık düşük ΔT (~200-300°C) değerleri, transtansiyonel kuvvetlerin etkisinin havza açılımından öncesinde görece hızlı yükselim oranına sahip daha ilksel karakterdeki magmaların oluşumunu kolaylaştırdığını göstermiştir. Bölgesel tektonizma etkisinde magmaların fizikokimyasal özelliklerinin değişimine ek olarak, havza kenarı magmalarında yaşlıdan gence, kuzeyden güneye, köken karakteristiklerinde alt-kıtasaldan (KAS) sublitosferik manto (NAB) özelliklerine doğru dereceli geçiş, manto heterojenliği ve bölgesel jeodinamizma tartışmalarına katkı sağlayacak petrolojik bir kesit sunar.

Abstract:
Upper Miocene - Pliocene sequence of the Sultansazlığı Basin consists of calc-alkaline magma series belonging to different systems in the east and west, and relatively young, nepheline normative, Na-alkaline effusive products with intercalated deposits of pyroclastic products. Sequence of the basin rim represents a unique area for tracking dynamic evolution, differentiation processes and temporal change in source characteristics since contains both earlier and contemporaneous products than the basin opening in different physicochemical characteristics. This thesis aims to the petrological evaluation of differentiation processes, thermo-dynamic evolutions, and dynamic processes of magmas at the Sultansazlığı Basin rim Mio-Pliocene volcanic sequence using numerical modeling techniques in the light of petrographic, mineralogical and geochemical data.

Common microlithic-porphyritic texture and the abundance of crystallized phases that usually deviate from the equilibrium condition with normal zoning trend from core to rim indicate closed system fractionation. Systematic enrichment of Rb, Th and K with increasing silica content and depletion of major element oxides with transition metals show effect of crystallization of plagioclase and ferromagnesian phases with a variable amount of crustal assimilation. According to the reservoir parameters, the majority of magmas are raised from MOHO – lower crustal depths and transported to medium-shallow levels throughout the broad ΔP/ΔT gradient (ΔP:10-0.2 kbar / ΔT:1306-700°C) under low-to-moderate oxidation conditions (QFM.: +1.09 ± 0.88 log fO_2). Along this route, differentiation of magmas during both polybaric high pressure (10-5 kbar) fractionation and gradual fractionation (~%35) with crustal assimilation (20-45 %) has been simulated by pMELTS and various numerical models (FC, AFC). Based on the most primitive natural samples, the primitive melt composition for the approximate MOHO depth in equilibrium with the highest forsteritic olivine (XFo: 88.4 mole %) in natural samples was calculated for 1323 °C liquidus temperature using pMELTS reverse fractionation. From calculated primary melt compositions, high-pressure polybaric fractionation along lower-mid crust levels under high temperature (~1323 °C), low to medium water content (0,6 – 2,5 wt. % H2O), low to medium oxidation conditions (KFM 0 – +2 log fO_2)  explain the existence of composite pyroxenes (opx-cpx) and common disequilibrium textures in high An (≥ 75 mole %) plagioclase. High ΔP (~10 kbar) versus low ΔT (~300°C) values of the relatively less differentiated young magmas (≤ ~5.5 My) demonstrate that transtensional forces before the basin opening facilitate the formation of primitive magmas having with relatively high rising rate. In addition to the changes in the physicochemical properties of magmas under the influence of regional tectonics, the gradual transition from sub-continental (KAS) to the sub-lithospheric mantle (NAB) characteristics in basin margin magmas, from old to young, from north to south, present a petrological section that will contribute to the discussions of mantle heterogeneity and regional geodynamics.