Pontid-anatolid çarpışma zonundaki mağmatik ve metamorfik kayaçların petrolojisi ve yapısal evrimi, Dursunbey, KB Türkiye
Petrology and structural evolution of magmatic and metamorphic rocks of the pontide-anatolide collision zone, Dursunbey, NW Turkey
Yazar: ZEYNEP ÖZBEY
Danışman: PROF. DR. ALASTAİR ROBERTSON ; PROF. DR. TİMUR USTAÖMER
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Bu çalışmanın amacı, Dursunbey bölgesinde yüzeylenen magmatik ve metamorfik kayaçların petrolojik ve yapısal özelliklerini çalışarak, Pontid-Anatolid çarpışma zonunun tektonik evrimine ışık tutmaktır. İnceleme alanı, Tavşanlı Zonu'nun en batı ucunu temsil eden mavişistlerin yüzeylendiği Dursunbey (Balıkesir) kuzeybatısındadır. Tavşanlı Zonu, bir yitim zonu boyunca manto derinliklerine kadar gömülen ve hızla yükselen pasif kıta kenarına dünyada bilinen en iyi örnektir. Bu çalışma sırasında yapılan bölgesel haritalama sonucunda, Anatolid karbonat platformu altında Paleozoyik yaşlı bir temel tanımlanmıştır.İnceleme alanının temelini ince bantlı, koyu gri renkli şistlerden meydana gelen Beyce Şistleri oluşturmaktadır. Birim, Sarıkaya Metagraniti ile kesilir. Jeokimyasal özelliklerine göre levha içi granit ve volkanik yay granitleri olarak sınıflanan metagranitin kıtasal bir rift ortamında yerleştiği düşünülmüştür. Bu metagranite ait zirkonlardan, İyon Prob U-Pb yöntemi ile 445.8±8.0 My (Üst Ordovisiyen) kristalizasyon yaşı elde edilmiştir. Dolayısıyla Beyce Şistleri'nin yaşı Üst Ordovisiyen ya da öncesidir.Beyce Şistleri ve Sarıkaya Metagraniti, Mesozoyik yaşlı bir istif ile uyumsuz olarak üzerlenir. Mesozoyik istif alttan üste doğru Kocasu Formasyonu, İnönü Mermeri ve Devlez Formasyonu'ndan oluşur. Tabanda kuvarsca zengin, kaba kırıntılı bir seviye ile başlayan Kocasu Formasyonu, üste doğru metabazit ve metariyolit ara katkılı açık kahverenkli, şistlerle devam eder. En üstte şistlerle sarmalanan metabazit merceklerinin gözlendiği bir seviye ile sonlanır. Metabazit ve metariyolitlerin jeokimyasal özellikleri levha içi ve volkanik yay magmatizmasını temsil etmektedir. Kocasu Formasyonu'nun rift ile ilişkili silisiklastik volkanik bir istifi (Geç Triyas?) temsil ettiği düşünülür. Birim uyumlu olarak ? 1300 m'den daha kalın olan bir metakarbonat platformu istifine (İnönü Mermeri, Geç Jura-Geç Kretase) geçer. İnönü Mermeri tabanda şist-metakarbonat ardalanması ile başlar ve dereceli olarak metakarbonatlara geçer. İstifin üstüne doğru metakarbonatlar içinde metaçört ara seviyeleri görülmeye başlar ve metaçört arakatkılarının sıklığı istifin üst bölümüne doğru artış gösterir.Giderek derinleşen sığ denizel bir ortamı temsil eden metakarbonatların üzerinde, metaçört, metabazit ve metakırıntılı kayalardan oluşan Devlez Formasyonu yer alır. Metabazitlerin jeokimyasal özellikleri levha içi magmatizmasına işaret etmektedir.Tüm istif, genellikle bir matriksle sarmalanan farklı kaya türlerindeki bloklarından oluşan Ovacık Kompleksi ile tektonik olarak üzerlenir. Bununla birlikte, matriks olmaksızın blokların yan yana bulunduğu da gözlenir. Radyolaryalı metaçört, mermer, bazik metavolkanik, metagabro, metabazit ve metaserpantin gözlenen blok türleridir. Blokları sarmalayan matriks, deforme olmuş, metamorfizma göstermeyen silisiklastik türbidit ve şeyllerden oluşur. Ovacık Kompleksi içindeki bazik volkanik blokların jeokimya analizleri ile üç farklı tektonik ortam ayırt edilmiştir: levha-içi bazalt (okyanus adası), okyanus ortası sırt bazaltları ve boninitik lav. Ovacık Kompleksi, içerdiği farklı kaya türlerindeki blokları ile bir yitim yığışım kompleksini temsil eder. Miyosen yaşlı volkanikler (Sacayak Volkanikleri) tüm birimleri uyumsuz olarak üzerler.Ovacık Kompleksi'nin tektonik olarak üzerlediği alttaki tüm birimler mavişist metamorfizmasına uğramıştır. Petrografik incelemeler, mikroprob analizleri ve jeotermobarometre yöntemleri ile birimlerde hakim metamorfizma koşullarının 415±65?C ve 24±2.5 kbar ile 444±100?C ve 22.6±3.2 kbar olduğu belirlenmiştir. Bu koşullar, mavişist metamorfizmasına uğrayan Paleozoyik - Mesozoyik istifinin 74-79 km manto derinliklerine kadar gömüldüğünü göstermektedir. Ovacık Kompleksi'nde mavişist metamorfizmasına uğradığı belirlenen bloklar ile düşük metamorfizma gösteren blokların birlikte bulunması, yitim zonu boyunca bazı dilimlerin derine gömülüp yükselerek, düşük metamorfizma gösteren eşlenikleri ile yanyana geldiğini göstermektedir.Birimlerden elde edilen makro ve mikro yapılar kullanılarak toplam 4 deformasyon evresi ayıklanmıştır. D1 deformasyonu, S1 foliasyonlarının gelişimi ile ilişkilidir ve sıkışmalı D2 deformasyonu ile kıvrımlanmıştır. İlk iki deformasyonun (D1, D2), izlerinin, D3 deformasyonu ile üzerlenmiş olmasına rağmen, kıvrımlanmayı temsil eden yapılar mavişist mineralleri içinde korunmuştur. D1 ve D2 deformasyonları, mavişist metamorfizmasından önce yer almıştır ve birimlerin yitim zonu boyunca derine doğru gömülmesi ile ilişkilidir. D3 deformasyonu, mavişist minerallerinin budinleşmesi ile temsil edilir ve mavişistlerin yüzeylenmesi sırasında gelişmiştir. D4, deformasyonu ise üstte Ovacık Kompleksi ile altta Beyce Şistleri, Kocasu Formasyonu ve İnönü Mermeri arasında gelişen milonitik bir zonu temsil eder. Makaslama yönü belirteçleri, güneydoğuya eğimli bir zon boyunca üst blokun (Ovacık Kompleksi) güneye doğru hareket ettiğini göstermiştir. Milonitik zon, olasılıkla mavişistlerin yüzeylenmesi sırasında meydana gelmiştir.Özetle, bu çalışmada elde edilen sonuçlarla Türkiye'deki bir kenet zonunun tektonik evriminin anlaşılmasına katkıda bulunulmuş ve ilk kez Mesozoyik Anatolid karbonat platformunun tabanında Alt Paleozoyik veya daha yaşlı kıtasal bir temelin varlığı ileri sürülmüştür

Abstract:
The aim of this study is to shed light on the tectonic evolution of the Pontide-Anatolide Collision Zone using petrological and structural data from magmatic and metamorphic rocks exposed in the key, Dursunbey area. The study area is located northwest of Dursunbey (Balıkesir), where blueschists represent the westernmost exposed part of the Tavşanlı Zone. The Tavşanlı Zone is one of the world's best examples of a subducted, then rapidly exhumed continental margin. As a result of regional mapping during this work a Palaeozoic "basement" was discovered beneath the Anatolide carbonate platform for the first time.The stratigraphic basement, termed the Beyce Schists, is made up of finely banded, dark grey schists. This unit is cut by the Sarıkaya Metagranite. Chemcially, this metagranite shows both within-plate and volcanic arc affinities and is thought to have been intruded in a continental rift setting. Ion microprobe U-Pb dating of zircons separated from the metagranite yielded an inferred crystallisation age of 445.8 ± 8.0 Ma (Late Ordovician). The age of the Beyce Schists is, therefore, pre- or syn-Late Ordovician.The Beyce Schists and the Sarıkaya Metagranite are unconformably overlain by a Mesozoic sequence, made up of the Kocasu Formation, the İnönü Marble and the Devlez Formation. The Kocasu Formation begins with a coarse-grained horizon, rich in quartz pebbles and is followed by pale brown schist intercalated with metabasites and metaryholites. At the top of the unit schists include lenses of metabasite. The geochemistry of the metabasites and metarhyolites are suggestive of both within-plate-type and volcanic arc-type magmatism. The Kocasu Formation is thought to represent a rift-related siliciclastic sequence and a volcanic unit (Late Triassic?). This unit gradually passes into a metacarbonate platform sequence (İnönü Marble) ? 1300 m thick (Late Jurassic-Late Cretaceous ?). This begins with schist-metacarbonate alternations, passing gradually into metacarbonates. Metachert intercalations appear in the upper part of the succession, while the uppermost levels of the carbonate are relatively rich in chert of diagenetic replacement origin.The conformably overlying Devlez Formation comprises metachert, metabasite and metaclastics that are interpreted to represents a transition to a deeper marine environment prior to tectonic emplacement. The geochemistry of the metabasites is suggestive of eruption in a within-plate setting.The whole sequence is then tectonically overlain by the Ovacık Complex, generally a block-in-matrix-type melange. However, block-against-block fabric without matrix is also present in places. The main block lithologies are radiolarian metachert, marble, basic metvolcanic rocks, metagabbro, metabasite and metaserpentine. In contrast, the matrix is made up of highly deformed but unmetamorphosed siliclastic turbidites and shales. Geochemical data for the basic volcanic blocks in the melange reveal three distinct eruptive tectonic settings: within-plate (oceanic island type), mid-oceanic ridge and boninitic. The melange of the Ovacık Complex is intepreted as an accretionary prism formed by subduction. Miocene extrusive rocks (Sacayak Volcanics) then uncomformably overlie all of the above units.All of the units structurally beneath the Ovacık Complex have undergone blueschist metamorphism. This took place at 415±65?C and 24±2.5 kbar, to 444±100?C and 22.6±3.2 kbar based on a combination of petrographic study, microprobe analysis and geothermobarometric calculations. Accordingly, the Palaeozoic-Mesozoic sequence was buried to 74-79 km (mantle) depths. Although mostly unmetamorphosed the Ovacık Complex includes some blocks that were metamorphosed to blueschist facies. The co-existence of low-grade-metamorphosed blocks with blueschist facies blocks in the Ovacık Complex is interpreted as the result of mixing of subducted, then exumed material with other material that was accreted in a subdcution trench setting but never deeply buried.Four deformation phases are recognised using a combination of macro- and micro-structural data that was collected from all of the stratigraphical units. The D1 deformation relates to formation of a S1 foliation which was folded by D2 contractional deformation. Although the first two deformation phases (D1 and D2) have been largely obliterated by the D3 deformation, early fold fabrics are preserved within blueschist metamorphism minerals. D1 and D2 are interpreted to be associated with initial accretion of the continental margin lithologies in a subdcution trench setting, locally prior to blueschist facies metamorphism. The D3 deformation, represented by a boudinaged mineral fabric, followed the blueschist facies metamorphism, and is attributed to exhumation of the high-pressure rocks. The fourth deformation event (D4), is represented by a mylonitic shear zone located between the Beyce Schist below and the Ovacık Complex above. Shear-sense structures indicate top-to-the-south movement along a southeast-dipping shear mylonitic zone that probably developed during exhumation of the high-pressure rocks.In summary, the results of this thesis improve our understanding of the tectonic development of a key suture zone in Turkey and provide the first clear evidence of the existence of a Lower Palaeozoic or older regional continental basement beneath the Mesozoic Anatolide carbonate platform.