İstanbul fragmanının ordovisiyen dönemindeki tektonik evriminin paleomağnetik verilerle belirlenmesi
Estimation of the tectonic evolution of the Istanbul fragment at ordovician age by paleomagnetic data
Yazar: ERDİNÇ ÖKSÜM
Danışman: PROF. DR. ZİHNİ MÜMTAZ HİSARLI
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Jeofizik Mühendisliği = Geophysics Engineering

Özet:
Türkiye?nin kuzeybatısı, doğrultu atımlı fay sistemleri ve çarpışma tektoniği ile bir araya gelmiş çeşitli okyanusal ve kıtasal birimlerden oluşan tektonik bir mozayik gibidir. Alt Ordovisiyen?den Alt Karbonifer?e kadar kesintisiz bir transgressif sedimanter istif içeren ve yaklaşık 100 km genişliğinde ve 500 km uzunluğundaki doğu-batı uzanımlı İstanbul Fragman?ı, bu mozayiğin önemli bir kıtasal bileşenini oluşturmaktadır.
İstanbul Fragmanı?nın temelindeki kayaların paleocoğrafik açıdan konumu bilinmemektedir. Diğer yandan İstanbul Fragmanı?nın, İstanbul ve Zonguldak zonları olmak üzere kökensel olarak biribirinden farklı iki kara parçasının bir araya gelmesiyle oluşan birleşik bir fragman olduğu da öne sürülmektedir. İstanbul Fragmanı?nın Erken Paleozoyik?teki paleocoğrafik konumu ile ilgili temelde iki farklı görüş vardır. Birinci görüşü savunan araştırmacılar, İstanbul Fragmanı?nın Erken Paleozoyikte Gondwana?dan riftleştiğini düşünmektedirler. İkinci görüşü savunan araştırmacılar ise, İstanbul Fragmanı?nın tüm Paleozoyik dönemi boyunca Lavrasya? nın bir parçası olarak bulunduğunu, günümüz konumuna Kretase? de Karadeniz?in açılımı ile birlikte güneye hareket ederek geldiğini söylemektedirler.
Bu tez çalışması, İstanbul Fragmanı?nın Ordovisiyen dönemi paleocoğrafyasındaki konumunu belirlemeye yönelik paleomağnetik çalışmaları ve elde edilen sonuçları ile yukarıda verilen görüşlerin test edilmesini kapsamaktadır.
İstanbul Fragmanı?nın Ordovisiyen yaşlı sedimanter birimlerinin yüzeylendiği İstanbul, Çamdağ ve Yığılca alanlarından bu tez kapsamında, Alt Ordovisiyen yaşlı kırmızı arkozik kumtaşlarından 49 mevki, Orta-Üst Ordovisyen yaşlı kuvarsit birimlerinden 20 mevki olmak üzere toplam 69 mevkide paleomanyetik örneklemeler yapılmıştır. Tüm mevkilerden elde edilen örnekler, ölçüm sistemlerine hazır hale getirildikten sonra İstanbul Üniversitesi Yılmaz İspir Paleomağnetizma Laboratuvarı ve Ludwig Maximillians Üniversitesi Paleomağnetizma Laboratuvarı olanaklarında standart paleomağnetik ölçüm işlemleri uygulanmıştır.
Paleomağnetik verilerin mıknatıslanmadan sorumlu mineral yapıları, domen yapıları gibi mıknatıslanma özelliklerini belirlemek amacıyla Eş-Isıl Kalıntı Mıknatıslanma, Lowrie testi, Histeresis analizleri ve Termomağnetik ölçümler gerçekleştirilmiştir. Kaya mağnetizması deneylerinden elde edilen sonuçlara göre İstanbul Fragmanı? nın Ordovisiyen yaşlı sedimanter birimlerinin %80?inde hematit mineralinin varlığı belirlenmiştir.
Paleomağnetik çalışmalar kapsamında mevkilerden elde edilen örneklerin kalıntı mıknatıslanmalarına, ısısal ve alternatif alan temizleme işlemleriyle ulaşılmıştır.
xvi
Mevkilerin grup ortalama paleomağnetik vektörleri, Alt Ordovisiyen yaşlı toplam 24 mevkiye ait elde edilen ortalama kalıntı mıknatsılanma vektörlerinin ortalamalarından hesaplanmıştır. Orta-Üst Ordovisiyen yaşlı kuvarsit birimlerini içeren mevkilerden ise anlamlı bir grup ortalaması elde edilememiştir. Bu hesaplamalarda istatiksel açıdan daha iyi bir grup ortalama eğim açısı elde edebilmek amacıyla sapma açıları ihmal edilmiştir. Diğer yandan sedimanter kayaçlarda görülebilen eğim açılarındaki sığlaşmaların varlığını araştırmak amacıyla AMS ve E/I olmak üzere farklı iki yöntemde sığlaşma analizleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre İstanbul bölgesindeki eğim açıları ortalamasına f=0.6 ve Çamdağ-Yığılca Bölgesi eğim açıları ortalamasına f=0.78 sığlaşma düzeltmesi uygulanmıştır. Verilerin kalitesini arttırmak amacıyla yapılan bu işlemler neticesinde İstanbul Fragmanı?nın batı alanlarını kapsayan İstanbul Bölgesi için D/I=313.2°/30.4° (?95=2.9°) ve doğu alanını kapsayan Çamdağ-Yığılca Bölgesi için D/I=332.3°/49.6°(?95=6.3°) ortalama paleomağnetik vektörleri elde edilmiştir. Her iki bölgenin birlikte değerlendirilmesi durumunda ise sığlaşma faktörü f=0.64 ve buna göre ortalama paleomağnetik vektörü olarak D/I=315.6°/37.9° (?95=4.9°) değeri elde edilmiştir.
Elde edilen paleomağnetik ortalamaların güvenirliklerin belirlenmesinde mevkilerin istatiksel kıvrım testleri ve DC testi olmak üzere farklı iki yöntemde mıknatıslanma yaşları da sorgulanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre Alt Ordovsiyen yaşlı mevkilerin ortalama paleomağnetik vektörleri, %95 olasılıkla kıvrımlanmadan önce gelişmiş orjinal mıknatıslanmaları yansıtmaktadır.
Bu tez çalışmasınının sonucunda, tüm İstanbul Fragmanı?nın , ayrıca alt bölgelerini oluşturan İstanbul ve Çamdağ-Yığılca bölgelerinin Ordovisiyen dönemi enlemsel yerini temsil eden üç farklı paleoenlem değerine ulaşılmıştır. Bu paleoenlemler, İstanbul Bölgesi için 16°G, Çamdağ-Yığılca Bölgesi için 31°G ve her iki bölgenin birlikte değerlendirilmesi durumunda ise tüm İstanbul Fragmanı için 22°G olarak hesaplanmıştır. İstanbul ve Çamdağ-Yığılca bölgeleri için elde edilen enlemsel farklar, bu alanların Erken Paleozoyik?te muhtemelen aynı kıtanın farklı enlemlerdeki kısımlarından riftleşmiş olabileceğini düşündürmüştür.
Erken Paleozoyik?te, paleomağnetik çalışmalar ile ekvatoral bölgelerde olduğu belirlenen İstanbul Fragmanı?nın paleoboylamsal olarak ta en olası konumunun belirlenmesinde, bu tez çalışmasından elde edilen paleoenlem sınırları içerisinde kalan diğer kıtalara ait verilen zirkon yaş spektrumları ile İstanbul Fragmanı Ordovisiyen yaşlı kuvarsitlerine ait verilen zirkon yaş spektrumlarının karşılaştırılmaları göz önünde bulundurulmuştur. Sonuç olarak, bu tez çalışmasında, İstanbul Fragmanı?nın Ordovisiyen dönemi paleocoğrafyasındaki konumu için iki olası model sunulmuştur. Buna göre İstanbul Fragmanı, güney yarım kürede Erken Paleozoyik?te Baltık kıtasından riftleşmiş, yanal atımlı faylar boyunca hareket ederek Karbonifer? de Lavrasya?ya eklenmiş, yada Amazonya kıtası civarında Gondwana?dan riftleşerek yine yanal atımlı faylar boyunca uzun mesafeler alarak Karbonifer?de Lavrasya?ya eklenmiştir.

Abstract:
Northwestern Turkey is a mosaic of various oceanic and continental units amalgamated by strike-slip and collision tectonics. One of its important component is the İstanbul Fragment, dominated by an east-west trending 100 km wide and 500 km long continental unit that comprise an Early Ordovician to Early Carboniferous transgressive sedimentary sequence.
The paleogeographic position of the basement rocks in the İstanbul fragment is unknown. However it was suggested that the İstanbul fragment evolved into a single terrane by the amalgamated of the İstanbul and Zonguldak zones which are in different origin. In principle there are two different views about the paleogeographic position of the İstanbul fragment in Early Paleozoic. One group of researchers suggest that the İstanbul fragment was rifted from the Gondwana in Early Paleozoic. Other researches have alternatively proposed that the İstanbul fragment was a part of the Eurasia during the Paleozoic and obtained its present position by southwards movement in Cretaceous as a result of the opening of Black Sea.
A paleomagnetic study is carried out to put forward the paleogeographic position of the İstanbul fragment in Ordovician by considering the result in the frame of the two alternative models.
A total of 69 sites were sampled from Ordovician sedimentary rocks in the area around İstanbul, Çamdağ and Yığılca, including Lower Ordovician red continental clastics from 49 sites and Middle-Late Ordovician quartzites at 20 sites. The paleomagnetic measurements are carried out in the İstanbul University Yılmaz Ispir Paleomagnetism laboratory and the Ludwig Maximillians University Paleomagnetism Laboratory after preparing the samples into standart measurement conditions.
Rock magnetic experiments were performed on each pilot sample to identify the magnetic remanence carriers and their domain states. These include thermomagnetic measurements, hysteresis loops, acquisition of saturation isothermal remanent magnetization (SIRM), and thermal demagnetization of SIRM. Rock magnetic measurements indicated that 80% of the Ordovician sedimentary rocks from the İstanbul fragment carries hematite as the magnetic mineral.
Paleomagnetic results from each site are obtained by applying thermal and alternative demagnetization steps. The Lower Ordovician group mean direction is calculated from 24 reliable sites, whereas no reliable mean direction could be obtained from Middle-Late Ordovician quartzites. The paleolatitude of the group mean direction is obtained by using only the inclination data to show a better grouping. AMS and E/I techniques were used to an inclination shallowing correction. A correction factor f=0.6 is applied to the
xviii
mean inclination values in the İstanbul zone, whereas the correction factor f=0.78 is used for the mean inclination values in the Yığılca area. A mean direction of D/I=313.2°/30.4° (?95=2.9°) is obtained for the İstanbul area whereas the mean paleomagnetic direction in the Çamdağ-Yığılca area is obtained as D/I=332.3°/49.6°(?95=6.3°) after applying the tests for increasing the quality of paleomagnetic data. A mean direction of D/I=315.6°/37.9° (?95=4.9°) is obtained with a correction factor f=0.64 if the mean directions for the two area are considered together.
The age of the magnetization is discussed by using statistical fold tests and the DC test. A positive fold test at approximately the 95% confidence level, showing that the magnetization of the Lower Ordovician sites is acquired before folding.
With this thesis the paleolatitude in Ordovician for the İstanbul fragment including the subareas of the İstanbul and the Çamdağ-Yığılca areas is obtained. A mean paleolatitude of 16° and 31° are calculated for the İstanbul area and the Çamdağ-Yığılca area, respectively; Whereas a mean paleolatitude of 22°is obtained if the two areas are interpretated together. The difference in the paleolatitude for the İstanbul and the Çamdağ-Yığılca area indicates that these areas should be rifted in the Early Paleozoic from the same continent of its different latitudes.
The paleomagentic results show that the İstanbul fragment is placed in an equatorial position during Lower Paleozoic. However to constrain the paleolongitudinal position of the İstanbul fragment, zircon ages from the Ordovician quartzites of the İstanbul fragment as well as for the neighbouring continents are considered. Two alternative models are put forward for the paleogeographic position of the İstanbul fragment. As a result, the İstanbul fragment is rifted from the Baltic continent in Early Paleozoic time and is attached to Laurasia during Carboniferous by its movement along lateral faults. Another suggestion would be that the İstanbul fragment is rifted from Gondwana near the Amazonia continent and is amalgamated to Laurasia with the large-scale lateral movement along faults.