İstanbul ile Sakarya zonları arasındaki pontid-içi kenedinin Armutlu yarımadası doğusundaki evrimi
The geological evolution of the intra-pontide suture zone at the east of Armutlu peninsula: The boundary between Istanbul and Sakarya zones, Northwest Turkey
Yazar: KENAN AKBAYRAM
Danışman: PROF. DR. ARAL OKAY
İstanbul Teknik Üniversitesi / Avrasya Yerbilimleri Enstitüsü / Katı Yer Bilimleri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Bu tez kapsamında Pontid'lerin parçaları olan İstanbul ve Sakarya Zonları'nı birbirinden ayıran Pontid-İçi Kenedi'nin stratigrafik ve jeokronolojik evrimi çalışılmıştır. Bu doğrultuda, hem İstanbul hem de Sakarya Zonları'ndan gelerek Pontid-İçi kenedi boyunca deformasyon ve metamorfizmaya uğramış metamorfik birimlerle, Pontid-İçi Okyanusu'nun yitimi ile oluşmuş melanj tipi birimlerin bir arada bulunduğu Sapanca Gölü güneyinin jeoloji haritası yapılmıştır. Armutlu Yarımadası doğusunda kalan haritalama alanında, stratigrafisi ve yaşları iyi bilinmeyen, Mesozoyik-Tersiyer yaşlı metamorfik olmayan çökel birimler de yüzeyler. Bu tezde Sapanca Gölü güneyindeki birimlerin stratigrafik özellikleri araştırılırken, metamorfik birimlerden radyojenik yaş tayinleri yapılmıştır ve çökel birimlerinden yeni paleontolojik veriler elde edilmiştir. Bu tezde sunulan U/Pb, Pb/Pb zirkon, Rb/Sr mika ve Sm/Nd granat izotopik yaşları Sapanca Gölü güneyindeki haritalama alanından, Armutlu Yarımadası'nın daha batı kesimlerinde yüzlek veren diğer metamorfik kütlelerden ve çalışma alanının yaklaşık 55 km doğusundaki Almacık Dağları'ndan elde edilmiştir.Sapanca Gölü güneyinde birbirlerinden dik tektonik hatlarla ayrılan üç ana metamorfik tektonostratigrafik birimin bulunur. Bu birimlerden en yaşlısı amfibolit, metaperidodit, metapiroksenit ve gnaysdan oluşan, epidot-amfibolit fasiyesinde metamorfizma geçirmiş, Proterozoyik yaşlı bir temeldir ve Pamukova Kompleksi olarak adlanmıştır. Pamukova Kompleksi içerisinde epidot-amfibolit fasiyesindeki metamorfik birimleri kesen Neoproterozoyik, Kambriyen ve Ordovisyen yaşlı metagranitler ve tektonik olarak ardalanan mermer-kalşist-metakuvarsitler de bulunur. Pamukova Kompleksi'nin gnayslarının içerdiği zirkonların bu çalışmadaki U-Pb yaş tayinleri Neoproterozoyik verirken, kompleksin içerisindeki gnays, metagranit ve kalkşistlerin Rb-Sr mika ve Sm-Nd granat metamorfizma yaşları Üst Jura-Alt Kretase vermektedir (158-111 Ma). Pamukova Kompleksi'ni bütün olarak İstanbul Zonu'nun Geç Proterozoyik-Ordovisyen yaşlı temelinin Pontid-İçi Kenedi boyunca tektonize olmuş ve kısmen yeniden metamorfizma geçirmiş parçaları olarak yorumlamaktayız. Pamukova Kompleksi, metabazit, metaçört, sleyt ve serpantinitten oluşan ve Alt Kretase'de (110 Ma) yeşilşist fasiyesinde metamorfizma geçirmiş bir eklenir prizmayı dik bir tektonik dokanakla üzerlemektedir. Bu eklenir prizma birimi ise Sapanca Kompleksi olarak adlanmıştır. Üçüncü metamorfik birim ise Sapanca Kompleksi'nin tektonik olarak üzerlediği Maşukiye Grubu'dur. Maşukiye Grubu yeşilşist fasiyesinde metamorfizma geçirmiş metaarkoz, sleyt, fillat ve mermerden oluşmaktadır, ayrıca nadiren metabazit arakatkıları da içerir. Maşukiye Grubu'nun metaarkozlarından elde edilen klastik zirkonların Pb-Pb ve U-Pb yaş tayinleri grubun çökelme yaşını bulmak amacıyla yapılmıştır. Metakumtaşlarından elde edilen U-Pb klastik zirkon yaşları 264-504 Ma, Pb-Pb yaşları ise 282-557 Ma aralığındadır. Bu verilere göre Maşukiye Grubu'ndaki metaarkozların çökelmesi Permiyen'den sonra (264±8,9 Ma) muhtemelen Triyas'ta gerçekleşmiştir. Metakumtaşlarından elde edilen Rb-Sr muskovit metamorfizma yaşları ise Alt Kretase verir (138±1,5 Ma). Maşukiye Grubu'nun metamorfizma öncesi pozisyonu tartışmalıdır. Bu birim daha önce Sakarya Zonu'ndaki Karakaya Kompleksi'nin eşleniği olarak görülmüştür. Bu çalışmada metasedimanter birimi Istıranca'daki Triyas yaşlı örtü birimlerinin eşleniği olarak yorumlamaktayız. Istıranca Masifi'ndeki Triyas yaşlı örtü birimleri Sapanca Gölü güneyindeki metasedimanter birimlerle benzer stratigrafiye, benzer oluşum ve metamorfizma yaşlarına sahiptir (139 Ma).Sapanca Kompleksi ile birlikte Pontid-İçi melanjını oluşturan bir diğer birim ise yer yer çok zayıf metamorfizma gösteren Gemlik Melanjı'dır. Pamukova Kompleksi'ne ait dilimler Gemlik Melanjı'nın hem altında hem de üstünde tektonik olarak yeralır. Gemlik Melanjı, zayıf metamorfizma gösteren fillat ve metagrovak matriksli, foliye çört, metagabro, gri renkli mermer, pelajik kireçtaşı, mikaşist, serpantinit, sipilit blokları içeren bir tektonik melanjdır. Gemlik Melanjı'nın içerdiği tabakalı çört bloklarından çalışma alanı dışında elde edilmiş olan radyolarya yaşları melanjın alt yaşının Geç Jura-Erken Kretase olduğunu göstermektedir.Çalışma alanındaki, metamorfik birimler Üst Kretase-Alt Eosen yaşlı bir çökel istif ile uyumsuz olarak örtülür. Bu örtü birimlerine Doğu Samanlı Grubu adı verilmiştir. Doğu Samanlı Grubu'na ait formasyonlar çalışma alanı kuzeydoğusu ve güneybatısında iki farklı çökel paket halinde mostra verir. Kuzeydoğuda Doğu Samanlı Grubu, Pamukova Kompleksi üzerinde yer almaktadır ve tabanında Kampaniyen-Maastrihtiyen yaşlı bir derin denizel konglomera-kumtaşı-silttaşı istifi olan Osmaniye Formasyonu yer alır. Osmaniye Formasyonu üste doğru metabazit, çört, kuvarsit, fillat, amfibolit, neritik ve pelajik kireçtaşı blokları içeren Geç Paleosen yaşlı bir tane akıntısına geçer (Kaşıkçılar Formasyonu). Kaşıkçılar Formasyonu üzerine uyumlu olarak Maastrihtiyen yaşlı neritik kireçtaşı blokları içeren pelajik marn matriksli Geç Paleosen-en Erken Eosen yaşlı bir karbonat tane akıntısı birimi gelir (Kadirler Formasyonu). Karbonat tane akıntıları hem yanal hem de düşey olarak Alt Eosen (Ipreziyen) yaşlı bir fliş istifine geçer (Bakacak Formasyonu). Bu fliş istifi içerisinde az oranda pelajik marn arakatkıları ve olistostromal kesimler de bulunur. Çalışma alanı güneybatısında ise Doğu Samanlı Grubu'na ait çökeller terslenmiş bir istif sunar ve başlıca iki formasyondan oluşur; Taşlı Tepe Kireçtaşı ve Bakacak Formasyonu. Taşlı Tepe Kireçtaşı, Maastrihtiyen yaşlı bir neritik kireçtaşı istifidir. Neritik kireçtaşları üste doğru önce Üst Maastrihtiyen yaşlı pelajik marnlara geçer. Bu istifi Bakacak Formasyonu'nun fliş tipi tabakaları, uyumsuz olarak örter. Bölgede Doğu Samanlı Grubu'na dahil edilemeyecek, ayrı bir çökel formasyon daha mostra verir. Bu formasyon Eskiyayla Formasyonu olarak adlanmıştır ve az oranda tüf arakatkıları içeren bir Senomaniyen-Santoniyen yaşlı pelajik kireçtaşı, şeyl istifidir. Eskiyayla Formasyonu'nun stratigrafik dokanakları gözlenmez, Eskiyayla Formasyonu Bakacak Formasyonu içerisinde devasa tektonik dilimler halinde ardalanmaktadır.Yukarıda tanıtılan, stratigrafik, yapısal ve jeokronolojik veriler ışığında çalışma alanında iki ayrı paleo-tektonik evre tespit edilmiştir;1) Pontid-İçi Kenedi boyunca çarpışmanın gerçekleştiği, Erken Kretase dönemi. Çalışma alanındaki tüm metamorfik birimlerin en son metamorfizması Erken Kretase'de gerçekleşmiştir. İstanbul ve Sakarya Zonları'nı ortaklaşa örten sedimanter paketin taban yaşı Santoniyen'dir. Bu durumda bu iki zon Santoniyen öncesi bir araya gelmiştir ve Erken Kretase metamorfizma yaşları muhtemelen Pontid-İçi Kenedi boyunca gerçekleşmiş olan çarpışmanın yaşıdır.2) Çarpışma sonrası gerçekleşmiş olan Alt Eosen sonrası sıkışmalı tektonizma evresi. Pontid-İçi kenedini örten Üst Kretase-Alt Eosen istifleri (Doğu Samanlı Grubu) Alt Eosen sonrası sıkışmalı bir tektonizmaya uğramışlardır. Bu tektonizma bölgede gerçekleşen bir yükselime bağlı olarak gelişmiş olabilir. Pontid-İçi kenedinin eklenir prizmasını temsil eden Sapanca Kompleksi hem Üst Kretase yaşlı denizel çökellere, hem de Paleosen-Alt Eosen yaşlı moloz akıntıları ve olistostromlarına yoğun olarak malzeme vermiştir. Sapanca Kompleksi'nin Bakacak Formasyonu üzerine bindirdiği de tespit edilmiştir. Sapanca Gölü güneyindeki metamorfik kayaların apatit fizyon iz yaşları bölgede Alt Eosen'de (51-53 Ma) bir yükselimin gerçekleştiğini doğrulamaktadır. Bu yükselimin ve Üst Kretase-Eosen yaşlı Doğu Samanlı Grubu'ndaki tane akıntıları ile olistostromların oluşumunun nedeni ise Pontid'ler ve Torid'lerin Geç Kretase-Paleosen döneminde çarpışmasıdır.

Abstract:
The aim of this thesis was to study the geological history of the boundary between two geologically different continental units, namely the İstanbul and Sakarya Zones of the Pontides. The boundary between these two zones is called Intra-Pontide Suture. For this purpose a key area on the Intra-Pontide Suture Zone has been choosen, which is located south of the Sapanca Lake about 150 km east of İstanbul just south of the North Anatolian fault. In this area different metamorphic tectonostratigraphic rock units, which were once parts of both İstanbul and Sakarya Zones and metamorphic mélange units of Intra-Pontide Ocean crop out. In the area there are also Upper Mesozoic and Lower Tertiary sedimentary cover units also crop out. New U/Pb and Pb/Pb zircon, Rb/Sr mica and Sm/Nd garnet ages of the metamorphic units were not only obtained from the mapping area but also from western part of Armutlu Peninsula and the Almacık Mountains, which are approximately 55 km east of the Sapanca Lake.There are three main metamorphic tectonostratigraphic units south of the Sapanca Lake. They have steeply dipping tectonic contacts. The oldest unit is an epidote-amphibolite facies metamorphic unit consisting of an intercalation of amphibolite, metaperidotite, metapyroxenite, metagabbro and gneiss representing the Proterozoic basement of the İstanbul Zone, the Pamukova Complex. In the Pamukova Complex there are also Neoproterozoic, Cambrian, Ordovician granitic bodies cutting the epidote-amphibolite facies metamorphic rocks and tectonic intercalations of marble- calcschists-metaquartzites. The new U/Pb zircon ages of the gneisses from the Pamukova Complex give latest Proterozoic ages. The Rb-Sr mica, Sm/Nd garnet ages of the gneisses, calcschists, and metagranites of the Pamukova Complex give Late Jurrasic-Early Cretaceous (158-111 Ma) ages. Basen on the radiogenic and stratigraphic data the Pamukova Complex is interpreted as the Proterozoic basement of the İstanbul Zone, which was tectonised and reheated during the subduction of the Intra-Pontide Ocean. This old basement is tectonically underlain by an Early Cretaceous (110 Ma) accretionary complex of metabasite, metachert, serpentinite, slate, phyllite metamorphosed in greenschist facies (the Sapanca Complex). The third tectonic unit is a meta-arkose, slate, phyllite, marble and minor metabasite sequence (Maşukiye Group) metamorphosed in greenschist facies, which also has a tectonic contact with Sapanca Complex. The U-Pb and Pb-Pb single zircon evaporation ages of the clastic zircons from metasandstones of the Maşukiye Group are between 264-557. These new clastic zircon ages from the metasedimentary unit show that deposition of the sandstones must post-date Permian (264±8,9 Ma) and occurred possibly during Triassic. The new Rb-Sr muscovite ages from the metasedimentary unit and the accreationary complex are Early Cretaceous (138-111 Ma). The Maşukiye Group was previously interpreted as the equivalent of the Karakaya complex within the Sakarya zone. We interpret it as a part of Strandja Triassic clastics. The Triassic cover units of the Strandja Massif have a very similar stratigraphy and similar formation and metamorphism ages (e.g.; 139 Ma). There is another mélange unit croping out south of Sapanca Lake, the so called Gemlik Mélange. Gemlik Mélange is an anchi-metamorphic tectonic mélange consisting of a phyllite-metagreywacke matrix and foliated chert, metagabbro, grey marble, pelagic limestone, micaschist, serpentinite, spilite blocks. Huge blocks of Pamukova Complex has been oBSEMrved as tectonic intercalations in the Gemlik Mélange. Radiolarian ages from the bedded chert blocks of Gemlik Mélange from the western part of Armutlu Peninsula are Late Jurassic-Early Cretaceous.South of Sapanca Lake the Upper Cretaceous and Lower Eocene sediments unconformably overlie the mélanges and the metamorphics of the Intra-Pontide suture zone. These cover sequence is called as East Samanlı Group and new paleontological data obtained from planktonic and benthic foraminifera in this group, which give a high resolution on the events during Late Cretaceous-Early Eocene. The sedimentary sequence can be divided into four sub-units and most of these comprise either debris ? ows or olistostromal units. East Samanlı Group starts with a deep marine thick sandstone-conglomerate-limestone unit with some debris ? ow intercalations and is of Campanian-Maastrichtian age (with Orbitoides sp. and Siderolites sp. and called as Osmaniye Formation). This is overlain by a debris ? ow unit with clasts of metabasite, chert, quartzite, phyllite, amphibolite, neritic and pelagic limestone (Kaşıkçılar Formation). Pelagic limestone clasts include Late Maastrichtian and Paleocene planktonic foraminifera (Globotruncana sp., Morozovella sp. etc.) and suggest a Late Paleocene age for the unit. The debris ? ow passes up into a carbonate debris ? ow unit (third unit), which has a Late Paleocene (P2-P4 planktonic zone)-Earliest Eocene pelagic marn matrix and exotic blocks of Upper Cretaceous calcarenite and neritic limestone (Kadirler Formation). The carbonate debris ? ows pass laterally and vertically to the fourth unit which is a Lower Eocene ? ysch sequence with olistostromes. The ? ysch has a rich and diverse assemblage of orthophragmines (Discocyclina, Orbitoclypeus, Nemkovella) and nummulitids of Ypresian age [shallow benthic zones (SBZ) 5/6, 8/9, 10; Bakacak Formation]. In the olistostromal part of the ? ysch, olistoliths of marble, pelagic limestone, and rare granite, amphibolite, ophiolitic blocks (chert, serpentinite, metabasite, phyllite) are oBSEMrved.Apart from the Doğu Samanlı Group there are also two other sedimentary formation Cretaceous in age crop out in the mapping area. These two units are a Cenomanian-Maastrichtian red pelagic limestone unit with minor amounth of tuff layers is called as Eskiyayla Formation and a shallow marine limestone unit Maastrichtian in age (Taşlıtepe Limestone). Stratigrapic contacts of Eskiyayla Formation can not be observed in the study area. Eskiyayla Formation has been mapped as very large tectonic intercalations in the Lower Eocene flysch (Bakacak Formation) in the region. Some clasts of the Eskiyayla Formation has also been oBSEMrved in the conglomerates of the Bakacak Formation. Taşlıtepe Limestone unconformably overlies Sapanca Complex and comprise only very limited outcrops in the mapping area. Some blocks of the Taşlıtepe Limestone has also been oBSEMrved in the East Samanlı Group.All the stratigraphic, structural and geochronologic data show that there were two paleotectonic conractional regimes in the study area.1) The closure of the Intra-Pontide Ocean at Early Cretaceous. The latest metamorphism occured during the Late Jurassic-Early Cretaceous as Rb/Sr mica, Sm/Nd garnet ages of all the metamorphic units imply. The ? rst regional transgression over both İstanbul and Sakarya Zones also show that the Intra-Pontide Ocean must be closed before Santonian. In this case the latest metamorphism age, which is Early Cretaceous, probably represents the time of the collision of the Pontide terranes along the Intra-Pontide Suture Zone.2) Post-orogenic uplift after Early Eocene. Common existence of debris ? ows and olistostromal units in the Late Cretaceous- Early Eocene unconformable cover of the study area proves that a younger regional, probably contractional tectonic activity was active during this time interval. This contractional tectonism was probably occured as a result of an uplift in the region. In the Upper Cretaceous-Lower Eocene rock units, the blocks of the metamorphic melange of Intra-Pontide Ocean (Sapanca Complex) is very common. The Sapanca Complex also thrusted over the Lower Eocene units (Bakacak Formation). New apatite fission track data from metamorphic rocks cropping out at south of Sapanca Lake also confirms that Early Eocene uplift (51-53 Ma). The Late Cretaceous-Paleocene collision of Pontides and Taurides in the south generated a major relief, which formed the source for the debris ? ows and olistostromes in the Sapanca region.