İstanbul-Zonguldak tektonik birliğini kesen daykların petrolojisi ve jeodinamik evrimi
Petrology and geodynamic evolution of dykes cross-cutting the İstanbul-Zonguldak tectonic units
Yazar: FATİH ŞEN
Danışman: PROF. DR. HAYRETTİN KORAL
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Jeoloji Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Batı Pontidler' in bir parçası olan İstanbul-Zonguldak Tektonik Birliği Proterozoyik yaşlı temel kayalar üzerinde uyumsuzlukla gelen Rheic okyanusuna ait Paleozoyik yaşlı kıta-kenarı istifleri olarak tariflenir. İstanbul' dan Zonguldak' a kadar devamlılığı izlenebilen Paleozoyik yaşlı olan bu sedimanter istiflerin sedimantasyon aralığı, Ordovisyen-Karbonifer dönemine atfedilir. Bu tektonik birlikteki istiflerin Silüryen-Devoniyen geçişi itibari ile gösterdikleri farklı stratigrafi temelinde tektonik birliğin İstanbul-Güney Çamdağ bölümüne İstanbul birliği (Kadomiya) ve Kuzey Çamdağ-Zonguldak bölümüne Zonguldak birliği (Avalonya) olarak tanımlanır. Bu iki farklı birliğin erken Permiyen döneminde yan yana geldiği belirtilir, ve iki birliğin arasındaki tektonik dokanak Çamdağ' daki Güney Çamdağ ters fayı ile temsil edilir.

İstanbul-Zonguldak Tektonik Birliği' nin İstanbul birliği ve Zonguldak birliği olarak atfedilen parçalarına farklı yönlerde dayk-siller sokulmuştur. İstanbul birliğindeki kayaları kesen dayk-siller için ilk olarak Devoniyen yaşlı ve Üst Kretase yaşlı oldukları kurgulanmıştır. Ancak, U-Pb zirkon yaşlandırması ışığında, bu daykların Kampaniyen-Maastrihtiyen yaşında oldukları vurgulanır.

Bu çalışmanın amacı, İstanbul-Zonguldak Tektonik Birliği' nde iki parçalı olarak tanımlanan bu birliklerin iki parçalı modeli, bu birliklere sokulan dayk ve sillerden elde edilen kinematik,  jeokimyasal, U-Pb zirkon yaş verileri ışığında test etmektir. Ayrıca, bu birliklere sokulan dayk ve sillerden İstanbul-Zonguldak Tektonik Birliği' nin tektono-magmatik tarihçesine ışık tutmaktır.

Çalışmanın amaçları gereği İstanbul-Zonguldak Tektonik Birliği' nin batı bölümünü oluşturan İstanbul birliğinde İstanbul ve doğu bölümünü oluşturan Zonguldak birliğinde Düzce ile Bolu alanlarında çalışmalar yürütülmüştür. İstanbul birliğinin İstanbul sınırları içinde Proterozoyik yaşlı temel kayaları bugüne kadar gözlenmemiştir. Fakat, Zonguldak birliğinin batı bölümünü temsil eden Bolu' da Proterozoyik yaşlı eski kıta kökenli Demirci para-gnaysları üzerinde açılı uyumsuzluk ile oturan Proterozoyik yaşlı Yellice meta-volkanikleri yer alır. 576 my yaşlı olan Tüllikiriş graniti ile 565 my yaşlı olan Kapıkaya graniti, Yellice meta-volkaniklerini keser, ve Paleozoyik yaşlı sedimanter örtü istifinin tabanı niteliğindeki rift birimleri olarak kabul edilen Kurtköy formasyonu ile Yellice meta-volkanikleri sıyrılma fayı ile birbirinden ayrılır.

Bu çalışma kapsamında, bu tektonik birliğe sokulan dayklar-siller kinematik, jeokimyasal ve U-Pb yaş verilerine göre IV farklı sisteme ayrılmıştır. I. sistem daykları ise II., III., IV. sistem dayklardan kinematik veriler temelinde ayrılır, ve bu sistemdeki dayklarda kıvrım geometrisi gözlenir.

I. sistem daykları, Kapıkaya granitini kesen K740D 760KD kıvrım eksen gidişli dasit daykları, 556±3.6 my (U-Pb zirkon yaşı), Düzce' de ise Kurtköy formasyonuna sokulan K740D 810KD kıvrım eksen gidişli diyabaz daykları 552.4±3.0 my (U-Pb zirkon yaşı), İstanbul' da Kurtköy formasyonunu kesen K500D 640KD kıvrım eksen gidişli andezit daykları 549.0±3.9 my (U-Pb zirkon yaşı) olarak tespit edilmiştir. Bu daykların jeokimyasal verileri temelinde, bu tektonik birliğe bir rift ortamında sokuldukları saptanmıştır.

II. sistem daykları kendi aralarında üç farklı as-gruba ayrılmıştır. Bunlardan (a) Demirci para-gnayslarına sokulan K800D yönlü dasit daykları 485.7±3.6 my (U-Pb zirkon yaşı), ve K150B yönlü dasit daykları 443.0±5.4 my (U-Pb zirkon yaşı) ile İstanbul' daki Aydos formasyonuna sokulan K500B yönlü bazaltik andezit daykları 445.9±5.4 my (U-Pb zirkon yaşı) olarak tespit edilmiştir ve bu as-gruptaki dayklar jeokimyasal özellikleri temelinde yay+çarpışma kökenli olarak saptanmıştır. (b) İstanbul' daki Kurtköy formasyonunu kesen K-G yönlü diyabaz dayk-silleri 379.4±2.3 my (U-Pb zirkon yaşı) olarak bulunmuştur, ve jeokimyasal verilere göre, bu dayk-sillerin bir rift ortamında sokuldukları saptanmıştır. (c) Düzce' de Yılanlı formasyonunu kesen K150D yönlü bazaltik andezit daykları 318.0±16 my (U-Pb zirkon yaşı), Demirci para-gnaysları kesen K50D yönlü bazaltik andezit daykları 301.0±1.6 my (U-Pb zirkon yaşı) olarak tespit edilmiştir, ve bu as-gruptaki daykların jeokimyasal özellikleri temelinde, İstanbul' daki K150D ve K50D yönlü bazaltik andezit daykları ile beraber, yay ortamında bu tektonik birliğe sokuldukları tespit edilmiştir.

III. sistem daykları kendi aralarında iki farklı as-gruba ayrılmıştır. Bunlardan (a) Yellice meta volkaniklerine sokulan K400-500D yönlü bazalt daykları 268.2±2.4 my (U-Pb zirkon yaşı), ve Demirci para-gnaysları kesen K750D yönlü granit daykları-silleri 262.0±1.4 my (U-Pb zirkon yaşı) ile K800B yönlü andezit daykları 261.4±1.7 my (U-Pb zirkon yaşı) olarak bulunmuştur, ve bu as-gruptaki daykların jeokimyasal özellikleri temelinde İstanbul' daki K400-500D yönlü bazalt daykları ve K800B yönlü andezit daykları ile birlikte bu tektonik birliğe yay ortamında sokuldukları saptanmıştır. (b) Kapıkaya granitini kesen K800D yönlü andezit daykları 252.7± 3.4 my (U-Pb zirkon yaşı), Demirci para-gnayslarına sokulan K500D yönlü andezit daykları 250.5±1.4 my (U-Pb zirkon yaşı), ve Dolayoba formasyonuna sokulan K500D yönlü andezit daykları 248.7±1.1 my (U-Pb zirkon yaşı) olarak bulunmuştur, ve bu as-gruptaki dayklara ait jeokimyasal veriler ışığında, bu tektonik birliğe bir rift ortamında sokuldukları saptanmıştır.

IV. sistem daykları, İstanbul' da Kurtköy formasyonuna sokulan K400D yönlü bazalt daykları 193±27 my (U-Pb zirkon yaşı), K100D yönlü lamprofir daykları 174.1±2.3 my (U-Pb zirkon yaşı), K100D yönlü lamprofir daykları 110.9±1.3 my (U-Pb zirkon yaşı) ve D-B yönlü bazalt daykları 86.5±1.90 my (U-Pb zirkon yaşı), K850D yönlü bazalt daykları 67.0±0.8 my (U-Pb zirkon yaşı), K750D yönlü dasit daykları 66.2±0.74 my (U-Pb zirkon yaşı), K800B yönlü olan bazaltik andezit daykları 62.0±0.79 ve 59.2±0.57 (U-Pb zirkon yaşları). Düzce' de Kurtköy formasyonunu kesen K600D yönlü olan andezit daykları 89.2±0.63 my (U-Pb zirkon yaşı) ve Demirci para-gnaysları kesen K700D yönlü andezit daykları 72.2±0.50 my (U-Pb zirkon yaşı) ve Kapıkaya granitini kesen K200B yönlü bazaltik andezit daykları 50.5±0.6 my (U-Pb zirkon yaşı) olarak bulunmuştur. Bu daykların jeokimyasal özelliklerine göre, bu daykların tümü bir rift ortamında bu tektonik birliğe sokuldukları tespit edilmiştir.

İki farklı kökeni temsil ettiği belirtilen İstanbul-Zonguldak birliklerine sokulan dayk-sillerden elde edilen veriler temelinde, Avalonya mikro-kıtasında saptanan tektono-magmatik olayların bu tektonik birliklerde tespit edilmesi sonucunda İstanbul-Zonguldak Tektonik Birliği' nin tek parçalı olan bir Avalon kıtasını temsil ettiği ortaya konulmuştur. Bu tektonik birliğe sokulan dayk ve sillerin, tek evrede oluşmadığı; aksine Ediyakaran' dan İpresiyen' e kadar çok safhalı  olan tektono-magmatik olaylar zincirinin İstanbul-Zonguldak Tektonik Birliği içindeki varlığı ortaya çıkartılmıştır.

Anahtar kelimeler: İstanbul-Zonguldak Tektonik Birliği, dayk sistemleri, U-Pb yaşları, jeokimya, çok fazlı tektono-magmatizma

Abstract:
The Istanbul-Zonguldak Tectonic Unit which is a part of the Western Pontides is defined as Paleozoic aged continental-side edge sequence of Rheic Ocean which unconformably overlies the Proterozoic aged basement rocks. Sedimentation range of these sequence of Paleozoic age which can be traced from Istanbul to Zonguldak is attributed to the Ordovician-Carboniferous period. On the basis of the different stratigraphy shown by the Silurian-Devonian transition of the tectonic unit, İstanbul-Southern Çamdağ section of the tectonic unit are termed to İstanbul terrane (Cadomia) and Northern Çamdağ-Zonguldak section of the tectonic unit are named as Zonguldak terrane (Avalonia). It is stated that these two distinct terranes juxtaposed in early Permian and the tectonic contact between these terranes is represented by the South Çamdağ reverse fault in Çamdağ.

Paleozoic sequence in İstanbul and Zonguldak terrane of İstanbul-Zonguldak Tectonic Unit intruded to dykes and sills in disparate orientations. It was, firstly, established that dykes-sills were Devonian and Upper Cretaceous age for these intrusions cross-cutting rocks of İstanbul terrane. However, as a result of U-Pb (zircon) aging, it is emphasized that these dykes are of Campanian-Maastrichtian age.

The aim of this study is to test the two-part model of these units that are defined as two-part in Istanbul-Zonguldak Tectonic Unit in the basis of kinematic, geochemical, U-Pb zircon age data obtained from dykes and sills introduced into these units; otherwise, to shed light on the tectono-magmatic history of the Istanbul-Zonguldak Tectonic Unit.

Studies were carried out in İstanbul is the Istanbul terrane which is the western part of and the eastern part of the Zonguldak terrane in Düzce and Bolu in the İstanbul-Zonguldak Tectonic Unit for the purposes of the work. Proterozoic basement rocks of Istanbul terrane in Istanbul have not been observed until today. However the Demirci para-gneisses derived from ancient continent are unconformably overlain by Proterozoic aged the Yellice meta-volcanics in Bolu in the western part of the Zonguldak terrane. 576 ma Tüllikiriş granite and 565 ma Kapıkaya granite intruded to the Yellice meta-volcanics and the Kurtköy formation which is considered as rift units which are the basement of the Paleozoic sequence and the Yellice meta-volcanics are separated by detachment fault.

In this study, the dykes-sills cross-cutting the tectonic unit was divided into different systems according to kinematic, geochemical and U-Pb age data. I. system dykes are separated from II., III. and IV. system dykes on the basis of kinematic data, and in these dykes in this system, fold geometry is observed.

N740E with a plunge of 760NE of dacite dykes crosscutting the Kapıkaya granite are 556±3.6 ma (U-Pb zircon age), N740E with a plunge of 810NE of diabase dykes cross-cutting the Kurtköy formation in Düzce are 552.4±3.0 ma (U-Pb zircon age), N500E with a plunge of 6410NE of the andesite dykes cross-cutting the Kurtköy formation in İstanbul are 549±3.9 ma (U-Pb zircon age) that has been identified as I. system dykes. Depending on the geochemical data of these dykes, it was found that this tectonic unit was introduced in a rift setting.

II. system dykes are divided into three different sub-groups. (a) N800E and N150W trending dacite dykes crosscutting the Demirci para-gneisses are 485.7±3.6 ma (U-Pb zircon age) and 443.0±5.40 ma (U-Pb zircon age), N500W trending basaltic andesite dykes cross-cutting the Aydos formation in İstanbul are 445.9±4.0 ma (U-Pb zircon age) that has been discovered as (a) sub-group and these dykes have been identified as volcanic arc-collision origin on the base of their geochemical characteristics. (b) N-S trending diabase dykes and sills cross-cutting the Kurtköy formation in İstanbul are 379.4±2.3 ma (U-Pb zircon age) that has been appointed to (b) sub-group, and on the depending on the geochemical data of these intrusions, it was found which this tectonic unit was introduced in a rift setting. (c) N150E trending basaltic andesite dykes cross-cutting Yılanlı formation in Düzce are 318.0±16 ma (U-Pb zircon age) and N50E trending basaltic andesite dykes cross-cutting the Demirci para-gneisses in Bolu are 301.±1.6 ma (U-Pb zircon age) that has been found as (c) sub-group. On the basis of the geochemical characteristics of the dykes in this sub-group, it was provided that these tectonic unites were intruded to in the arc setting together with N150E and N50E trending basaltic andesite dykes in İstanbul.

III. system dykes are divided into two sub-groups. (a) N400-500E trending basalt dykes cross-cutting the Yellice meta-volcanics are 268.2±2.4 ma (U-Pb zircon age), and N750E trending granite dykes and sills crosscutting the Demirci para-gneisses are 262.0±1.4 ma (U-Pb zircon age) and N800W trending andesite dykes are 261.4±1.7 ma (U-Pb zircon age) which has been identified as (a) sub-groups, and according to geochemical data of these dykes, it was found that these tectonic units were intruded to in the arc setting together with N400-500E trending basalt dykes and N800W trending andesite dykes in İstanbul, and (b) N800E trending andesite dykes crosscutting the Kapıkaya granite are 252.7±3.4 ma (U-Pb zircon age), N500E trending andesite dykes cross-cutting the Demirci para-gneisses are 250.5±1.4 ma (U-Pb zircon age), N500E trending andesite dykes crosscutting the Dolayoba formation in İstanbul are 248.7±1.1 ma (U-Pb zircon age) that has been provided with (b) sub-groups, and on the depending on of geochemical data of these dykes it was found that these tectonic units were intruded to in the rift setting.

N400E trending basalt dykes are 193.6±2.7 ma (U-Pb zircon age), N100E and N200E trending lamprophyre dykes are 174.1±2.3 ma (U-Pb zircon ages), 110.9±1.3 ma (U-Pb zircon ages), E-W trending basalt dykes are 86.5±1.90 ma (U-Pb zircon ages), N850E trending basalt dykes are 67.0±0.80 ma (U-Pb zircon ages), N750E trending dacite dykes are 66.2±0.74 ma (U-Pb zircon ages), N800W trending basaltic andesite dykes are 62.0±0.79 ma, 59.2±0.57 ma (U-Pb zircon ages) that are crosscut the Kurtköy formation in İstanbul and N600E trending andesite dykes cross-cutting the Kurtköy formation are 89.2±0.63 ma (U-Pb zircon ages) in Düzce and N700E trending andesite dykes cross-cutting the Demirci para-gneisses are 72.2±0.50 ma (U-Pb zircon ages), N200W trending basaltic andesite dykes cross-cutting the Kapıkaya granite are 50.5±0.63 ma (U-Pb zircon ages) that has been identified as IV. system dykes. According to geochemical data of these dykes, it was discovered that the tectonic unit was introduced in a rift setting.

Based on the data obtained from the dykes, which were introduced to the Istanbul-Zonguldak units stating that it represents two distinct origins, It was revealed that the Istanbul-Zonguldak Tectonic Unit represents an one-piece Avalon continent as a result of the detection of tectono-magmatic events detected in the Avalonia micro-continent in İstanbul terrane and Zonguldak terrane. The dykes and sills that intruded to this tectonic unit were not formed in a single phase; on the contrary the existence of chain of tectono-magmatic phenomena Ediacaran to Ypresian is uncovered in the Istanbul-Zonguldak Tectonic Unit.

Keywords: İstanbul-Zonguldak Tectonic Unit, dyke systems, U-Pb dating, geochemistry, multi-phase tectono-magmatism