Kars volkanik platosu'nun Çıldır (Ardahan ili) kuzeyindeki bölümünün volkanostratigrafisi, petrolojisi ve jeokimyası
Volcanostratigraphy, petrology and geochemistry of the Kars volcanic plateau in the north of Çıldır (Ardahan city)
Yazar: OLGUN DURU
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET KESKİN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mineraloji Petrografi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Jeokimya = Geochemistry ; Kars = Kars ; Petroloji = Petrology ; Plato = Plateau

Özet:
Erzurum-Kars Volkanik Platosu?nun (EKVP) en iyi volkano-stratigrafik kesitlerinden biri, Çıldır kuzeyinde (Ardahan) Gürcistan sınırına yakın Kura nehri kanyonu boyunca görülmektedir. Derinliği kimi yerde 700 m?ye ula?an Kura kanyonunun dik yamaçlarında sayıları 20?yi a?an lav yaygıları ve piroklastik birimler mostra vermektedir. Aktimur ve diğ. (1991)?nin paleontolojik ya? verilerine göre bu kesit, Üst Miyosen?den Kuvaterner?e kadar neredeyse 10 milyon yıllık bir zaman aralığını kapsamaktadır. Dolayısıyla Doğu Anadolu çarpı?ma zonunun bu bölümünün Üst Miyosen?den Kuvaterner?e kadar magmatik ve jeodinamik evriminin kayıtlarını içeren bir ar?iv niteliği ta?ımaktadır. Bu çalı?ma, Kura kanyonu kesitinin volkano-stratigrafisi, petrografisi, jeokimyası ve petrolojisini ortaya koymak ve ayrıca platoyu olu?turan kıtakıta çarpı?ması ile ili?kili lavların kökeni, jeodinamik ortamı ve püskürünceye kadarki süreçte yer kabuğu içindeki evrimleri sırasında etkili olmu? proseslerin petrolojik modellemeler ile ortaya konması amacıyla yapılmı?tır. Çalı?ma alanı içinde plato volkanitlerinin temeli yüzeylenmez. Plato istifi üç farklı evrede geli?mi? ve birbirinden litolojik açıdan farklı özellikler sunan dört birimden olu?ur. Üst Miyosen-Alt Pliyosen arasında püskürmü? piroklastik ve lavlardan olu?an toplam ~250 m kalınlıktaki Birinci Evre ürünleri Kura volkaniti olarak isimlendirilmi?lerdir. Kura volkaniti tabanda kalın aglomera düzeyleri ile ba?lar, üste doğru bazaltik andezit lav seviyeleri de kapsayan afirik dokulu plajiyoklaz-piroksen andezitlere geçer; bu evrenin lavları dasit bile?imine kadar evrimle?ir. Pliyosen döneminde püskürmü? ?kinci Evre volkanitleri kendi içinde iki faza ayrılır. Birinci faz literatüre ?Kars platosu? olarak geçmi? olan tipik plato morfolojisini olu?turan ve bu çalı?mada Öncül volkaniti olarak isimlendirilmi? olan bazaltik, bazaltik-andezitik ve bazaltik traki-andezitik bile?imli, monoton görünü? ve petrografiye sahip plato lavları ile ba?lar. Ölçülü kalınlığı 60?90 m?dir. Bu plato üzerinde oturan ve Öncül volkaniti?nin lavları ile hemen hemen aynı petrografik ve jeokimyasal özellikler sergileyen ortalama kalınlığı 70 m olan ikinci fazdaki küçük volkan konisi ve lav çıkı?ları, Kalaçatepe volkaniti olarak isimlendirilmi?lerdir. Volkanizmanın birinci ve ikinci evresi ile yanal geçi?li olarak Pliyosen ya?lı göl ve akarsu ortamında olu?mu?, ortalama kalınlığı 100 m yi bulan çakılta?ı, kumta?ı, çamurta?ı, kilta?ı-marn ardalanmasından olu?an Kalkalkale Formasyonu bulunmaktadır. Kıta-kıta çarpı?ması ile ili?kili volkanizmanın üçüncü ve son evresini, Üst Pliyosen-Alt Pleistosen ya?lı Sazlısu volkaniti?nin lavları te?kil eder. Plato üzerinde geni? alanlarda sırtlar ve domlar olarak görülen Sazlısu volkanitinin kalınlığı 90-350 m arasında deği?mekte olup, çoğunlukla porfirik dokulu lavlarla temsil edilmektedir ve ba?lıca plajiyoklaz ve piroksen kristalleri içeren andezit, dasit ve riyolitten olu?ur.Kura kanyonununda yamaçlarında lav istiflerinin en iyi görüldüğü kesitlerden Öncül ve Kale Vadi istifleri ayrıntılı çalı?ılmı?, lavların kalınlıkları ölçülerek ve her birinden karakteristik örnekler derlenerek platonun volkano-stratigrafik kesitleri olu?turulmu?tur. Ayrıca lavların petrografik ve jeokimyasal özelliklerinin ve petrolojik proseslerin zaman içindeki deği?imini incelemek amacıyla petrografik ve jeokimyasal stratigrafik kesitler de olu?turulmu?tur. Volkanizmanın bütün ürünleri kalkalkali karakter ta?ırlar ve tipik bir yitim bile?eni içerirler. Platoyu olu?turan volkanizmanın tüm evrelerine ait lavların magma odası evrimlerinde magma karı?ım i?lemine özgü mineral dokuları yaygındır. Petrolojik modelleme sonuçları, Birinci ve ?kinci evre lavlarının magma odası evriminde bunların primitif bazik nitelikte magma tarafından periyodik olarak tazelendiğini, volkanizmanın Üçüncü ve son evresinde ise evrimle?mi? lavların birbiri ile karı?tığını ortaya koymaktadır. Asimilasyon i?leminin petrolojik modelleme sonuçları, volkanizmanın ilk ve ikinci evrelerinde püskürmü? lavların magma odası evrimlerinde ve özellikle ?kinci Evre?nin magma evriminde kıtasal kabuğun asimilasyonu ile birlikte fraksiyonel kristallenme (AFC) sürecinin önemli olduğunu buna kar?ılık Üçüncü ve son evrede asimilasyondan ziyade fraksiyonel kristallenme (FC) sürecinin egemen olduğunu ortaya koymu?tur. ?z element sistematikleri, volkanizmanın her üç evresindeki lavların manto kaynak alanının yitim bile?enince zengin olduğunu ve tipik yay bile?eni sunduğu gösterir. Kısmi ergime modelleri, manto kaynak alanının spinelce zengin peridotit ile temsil edildiğini, ergime derecesinin ise % 0,5 ile % 2 arasına deği?tiğini göstermi?tir. Yay bile?iminin bölgede Üst Kretase-Eosen arasında hüküm sürmü? Pontid yayının litosferik manto üzerindeki metasomatizmasından miras kaldığı, büyük miktarda magma olu?umunun ise çarpı?ma zonu içinde kalınla?an ve stabilitesi bozulan litosferik mantonun soyulup ayrılmasına (delamination) ile yükselen astenosferin ısıtması sonucunda litosferik mantonun ergimesinden kaynaklandığı (Pearce ve diğ., 1990; Keskin ve diğ., 1998 ve 2006; Keskin, 2007) dü?ünülmektedir. Anahtar Kelimeler: Doğu Anadolu, çarpı?ma volkanizması, Erzurum-Kars Volkanik Platosu, Kura kanyonu, petrolojik modelleme, FC, AFC, magma tazelemesi

Abstract:
One of the best transects of the Erzurum-Kars Volcanic Plateau (EKVP) is exposed along the River Kura canyon in the north of the town of Çıldır (Ardahan) close to the state border with Georgia. There are over 20 lava and pyroclastic units on the walls of the Kura canyon, which reaches in depth up to 700 m in places. MTA?s reports indicatethat this section covers an almost 10 My time-span from Middle Miocene to Quaternary. The aforementioned stratigraphic section can be regarded as an archive that contains the record of the magmatic and geodynamic evolution of this part of Eastern Anatolia from Middle Miocene to Quaternary. This study aims to present the results on the volcano-stratigraphy, petrography, petrology and geochemistry of the Kura canyon section. It further targets to reveal genesis, geodynamic setting and the processes that played an important role in the magma chamber evolutions of the collision-related magmas until they erupted to the surface by utilizing petrological modeling. Nowhere in the study area is the basement beneath the volcanic plateau sequence exposed. The volcanic plateau sequence is made up of four volcanic units each consisting of different volcanic lithologies and erupted in three stages. The first stage, named in this study the Kura volcanics, reaching in thickness to ~250 m, consists of lavas and pyroclastics erupted between the Late Miocene and Lower Pliocene. The Kura volcanics starts with the alternations of a thick agglomerate layer at the base and changes upward into a lava sequence containing aphyric andesites with plagioclase+pyroxenes phenocrysts and some basaltic lava intercalations. There are more evolved lavas (e.g. dacites) in this unit. The second Stage volcanics that erupted during the Pliocene are divided into two volcanic phases. The first phase, named in this study as the Öncül volcanics, is made up of basaltic, basaltic andesitic and basaltic trachy-andesitic lavas that form the typical plateau morphology. These lavas are rather monotonous in terms of their petrography and general appearance. The measured thickness of this unit is 60-90 m. Small volcanic cones and lavas of the second stage, which are sitting on the plateau and very similar to the Öncül lavas in terms of their petrography and geochemistry are named in this study as the Kalaçatepe volcanics. The average thickness of this unit is ~70 m. The first and second stage volcanics are interfingered with lake sediments consisting of the alternations of conglomerate, sandstone, mudstone, shale and marl. This sedimentary unit is named the Kalkalkale formation and reach in thickness around 100 m. The third namely the final stage is represented by the Late Pliocene ? Early Pleistocene Sazlısu volcanics. The Sazlısu volcanics is patchily exposed on the plateau as intermediate to acid lava domes and the ridges coinciding with lava flows. In general, it is represented by the porphyritic-textured andesitic, dacitic and rhyolitic lavas containing plagioclase and pyroxene phenocrysts and also amphibole and biotite in acid lavas. Thickness of these lava flows and edifices vary between 90 and 350 m.We carefully studied the most representative sections along the Kura canyon, the Öncül and Kale Valley sections, measuring the thickness of individual layers and collecting representative samples across them. By correlating these sections, we constructed a volcano-stratigraphic section. In addition, in order to study the petrography and geochemistry of the lavas and to examine the temporal variations in petrological processes, geochemical and petrographic stratigraphic sections are constructed. All the volcanic products in the study area are calc-alkaline in character with a distinct subduction signature. Most of the lavas display mineral textures the nature of which is associated with magma mixing process during their magma chamber evolution. Results of our petrological modeling studies indicate that the magmas that fed the volcanism during the First and the Second Stages of the volcanism were periodically replenished by fresh and primitive basaltic magma in the chamber. However during the Third and Last Stage, more evolved magmas were mixed into each other. The petrological modeling of the assimilation process reveal that the assimilation combined with fractional crystallization (i.e. AFC) was an important process during the magma chamber evolution of the First and especially the Second Stages of the volcanism. In contrast, magma evolution dominated by fractional crystallzation during the Third and the Last Stage. Trace element systematics indicate that the mantle source region was enriched by a subduction component and contained a distinct subduction signature. The partial melting models indicate that the mantle source region was represented by pedidotites rich in spinel and the degree of melting varied between 0.5% and 2%. The subduction signature in the magmas was possibly inherited from the Late CretaceousEocene Pontide arc, that possibly metasomatized the lithospheric mantle. The magma generation that created great volumes of volcanic products in the region can be linked to the delamination of lithospheric mantle resulted in the thickening of the lithosphere, which perturbated the mantle region creating widespread melting in the ?lithospheric mantle? due to the heat supplied by the upwelled asthenospere (Pearce et al., 1990; Keskin et al., 1998 and 2006; Keskin, 2007). Key words: Eastern Anatolia, collision volcanism, Erzurum-Kars Volcanic Plateau, Kura canyon, petrological modeling, FC, AFC , replenishment.