Mustafakemalpaşa (Bursa) ve Susurluk (Balıkesir) arasında mostra veren magmatik kayaçların jeolojisi ve petrolojisi
Geology and petrology of the magmatic rocks which outcrops between Mustafakemalpasa (Bursa) and Susurluk (Balikesir)
Yazar: ALP ÜNAL
Danışman: DOÇ. DR. ŞAFAK ALTUNKAYNAK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Mustafakemalpaşa (Bursa) ve Susurluk (Balıkesir) ilçeleri arasında yaklaşık 230 km2?lik bir alanı kapsayan inceleme alanında başlıca 4 kaya topluluğu yer almaktadır. Bunlar yaşlıdan gence doğru; a) Temel kayaları b) Çataldağ graniti c) Çökel Topluluk ve d)Alüvyon?dur. İnceleme alanı ve çevresinde yaklaşık 450 km2?lik bir alanda yüzeyleyen Çataldağ plütonik topluluğu birbiri ile mekansal ortaklık gösteren ancak farklı yaşlardaki 2 ayrı granitik gövdeden ana plütondan oluşmaktadır;  Çataldağ granodiyoriti ve Çataldağ graniti. Çataldağ granodiyoriti erken Miyosen yaşlıdır (20-21 My) ve plütonik topluluğun batı kesimlerini oluşturur.  Bu tez çalışmasının ana konusu olan Çataldağ graniti ise Erken Oligosen (33 My) yaşlıdır ve plütonik topluluğun doğu kesimlerini oluşturur.  Bu tez çalışması kapsamında Çataldağ granitinin kuzey dokanağı boyunca ayrıntılı saha ve laboratuvar çalışmaları yapılmış, Çataldağ granitinin çevre kayaçlarla ilişkileri saptanmış, petrografik, jeokimyasal (ana-iz element ve Sr-Nd izotop), mikro ve mezo yapısal özellikleri ortaya konulmuştur. Elde edilen veriler ışığında Çataldağ granitinin kökeni, evrimi ve bölge tektonizması ile ilişkisinin ne olduğu sorununa yaklaşımda bulunulmaya çalışılmıştır. 

Çataldağ graniti biyotit granit ve biyotit-muskovit ( 2 mikalı) granit ve migmatitik granitler, mafik ve felsik sin-plütonik dayklardan oluşur, jeokimyasal olarak yüksek potasyumlu kalkalkalen, peraluminyumlu niteliklidir. Sr-Nd izotop bileşimleri ve ana-iz element paternleri Çataldağ granitinin yüksek kabuk bileşeni içeren yada kabuksal ergime sonucu gelişen bir granit olduğunu göstermektedir. Çataldağ granitinin Sin-plütonik gabro-diyorit bileşimli mafik dayklar tarafından kesilmektedir. Bunların jeokimyasal özellikleri zenginleşmiş manto ergiyiklerinden türediklerine işaret eder. Bu veriler Çataldağ granitinin çarpışma sonrası (Post Collisional) magmatizmanın ürünü olduğunu desteklemektedir.
 
Çataldağ graniti Alt Oligosen döneminde mezozonda diyapirik olarak yerleşimine başlamış, daha geç evrede erken Miyosende ise yeşilşist fasiyesinde metamorfik (Nilüfer birimi) ve metamorfik olmayan (Orhanlar grovağı ve Bornava Flişi) temel kayaları içine Çataldağ sıyrılma fayı yardımı ile yerleşmiştir. Çataldağ graniti hemen her alanda dinamik metamorfizmadan etkilenmiş, magmatik doku ve yapıları bir çok alanda korunamamıştır. Yapılan mikro yapısal incelemeler sonucunda elde edilen veriler Çataldağ granitinin maruz kaldığı deformasyonun iki farklı sıcaklık aralığında geliştiğini gösterir: (1) 600°C-250°C arasında ve (2) 250°C?den düşük sıcaklıklarda meydana gelen deformasyonlar. Gerek mikro yapısal incelemeler gerekse sahada gözlenen mezo ölçekli yapılar Çataldağ granitinde gözlenen her iki deformasyonun da aynı gerilme yönüne sahip olduğunu göstermiştir.  Derinde gelişmiş sünek ve bunu üzerleyen sığda gelişmiş kırılgan deformasyon birlikte kuzey yönlü bir gerilmeye işaret etmektedir.  Bu sonuç da KB Anadolu için literatürde belirtilen gerilme yönleri ile uyumludur. Çataldağ granitine ait biyotit ve muskovitler üzerinde  yapılan 40Ar-39Ar yaş tayinleri gerilme deformasyonunun yaşını 20-22 My olarak vermektedir.  Buna göre Çataldağ graniti Kazdağ masifininin bir çekirdek kompleksi olarak yükselme evresi (24 My) ile Uludağ masifinin hızla yükselmesi (20-21 My) ile üzerlenen bir dönemde KB Anadolu?nun gerilme evrimi içerisinde yükselmiş ve yüzeylenmiştir.

Abstract:
This study presents geology, tectonics and major-trace element geochemistry (combined with Sr-Nd-Pb isotope compositions) of Cataldag granite exposed around the Mustafakemalpasa and Susurluk town of Balıkesir and Bursa. In the study area four main rock groups are distinguished. These are from bottom to the top as follows; a) Basement rocks b) Cataldag granite and c)Sedimentary association d)Alluvium 
The basement rocks (Nilüfer unit) are made up of metapelites and metabasites that are Triassic in age. They represent the ?Karakaya complex? belonging to Sakarya continent. Sedimentary association rest unconformably on the metamorphic basement rocks.
Cataldag granite is represented by biotite granite and biotite muscovite granites. granitic in composition. Petrographically, they display holocrystalline, hipidiomorphic granuler texture. Cataldag granite is affected by dynamic metamorphism in general.
Cataldag granite have foliations in different orientations. Dip values of these foliations differ from 5 to 35°. In the northern part of the pluton, dip directions of foliations rotate towards the north and their strikes become parallel to Cataldag detachment fault. 

Microstructural studies on Cataldag granite indicate that deformations in Cataldag granite develop in two different temperature ranges: (1) deformations developed at 600-250°C and (2) deformations developed at <250°C. Grain boundary migrations in quartz and myrmekite formations are some examples for deformations which develop between 600-250°C. Deformations that develop under 250°C are represented by subgrain rotations and microfaults which characterize brittle deformation.

New major-trace element geochemical data and Sr-Nd isotope compositions obtained from this study and geology of the study area together with regional correlations are in good agreement with the magmas of post collisional tectonic setting which are originated from crustal melting.

In northwestern Turkey, during the  late Cretaceous-early Tertiary period, Northward subduction and consumption of Neotethyan Ocean resulted in continent-continent collision between Sakarya continent and Anatolid-Tauride platform (Şengör and Yılmaz, 1981).  Timing of the continent-continent collision is not well documented in the literature. However, units of both the suture zone and the Sakarya continent were covered  unconformably by middle Eocene aged sedimentary rocks (Gebeler formation; Akyürek and Soysal, 1983; Başlamış formation, the Akdeniz, 1980). This data indicate that  continent-continent collision developed before the middle Eocene.

Cataldag pluton crops out at the northern part of Izmir Ankara Suture Zone (IASZ) and both emplaced in basement rocks of Sakarya continent and sture zone units (Akyuz, 1996). Radiometric ages indicates that Cataldag pluton has 26-20 Ma (Late Oligocene- Early Miocene) cooling ages ( Boztug et. al. 2009, Kamacı and Altunkaynak 2011, Altunkaynak et. al. 2012). 

In the Northwestern Anatolia, a number of exposed plutons which have similar ages are completely have hybrid composition and calc-alkaline in character and represented by I-type granitoids. Geochemically, they show similarity to volcanic arc and post-collisional magmatic associations (Bingöl et al, 1982, 1992; Güleç, 1991; Yılmaz, 1989, 1990; Aldanmaz et al., 2000;Yılmaz, 2001; Altunkaynak and Dilek 2006, Altunkaynak, 2012).  Many researchers interpreted the early Miocene magmatism as arc magmatism by taking into consideration of their geochemical features, similar to subduction-related (Fytikas , 1984; Pe Piper and Piper, 1989; Gülen 1990; Ercan, 1979; Delaloye and Bingöl, 2000). However, according to  geological features of  West Anatolia,  there is no geological evidence supporting an active arc magmatism NW Anatolia during the the early Miocene. 

Taking this into consideration, the geochemical features of samples were considered as the records of previous subduction events. (Aldanmaz et al., 2000; Yılmaz et al., 2001). Overall evaluation of geology of NW Anatolia and the geological and geochemical features of Cataldag granite indicates that, in NW Anatolia, Cataldag granite represets a unique example of S type granites which were derived from continental crust during the Oligocene?. 

Cataldag granite, geochemically,  is granitic in composition that is consistent with petrographical investigations. The studied rock samples  are subalkaline and generally calc-alkaline in character.  They have high K content and various SiO2 contents ranging from 71 to 78%. They display  enrichment in LILE elements, K, Rb, Ba, Th, Sr with the strong depletion in Ti and Nb that are typical of subduction-related magmatic associations or post collisional magmatic associations.  Both samples belong to Cataldag granite have similar major-trace element characteristics and Sr-Nd isotope compositions indicating that they are co-genetic and  were originated from a common magma. 

The Sr-Nd isotopic signatures and trace element characteristics of Cataldag granite are similar to the anatectic granitoids which derived from melting of continental crust. This shows that Cataldag granite is similar to the anatectic granites which are originated from crustal melting. 

Structural properties of the study area indicates that, an extensional regime is dominant in the area from the begining of Late Oligocene- Early Miocene. A detachement fault which is located at the northern part of the area brings Cataldag granite and basement rocks side by side. 

Cataldag granite was affected by a ductile and overlaying brittle deformation. This deformation is contionous and starts to develop at 600°C to 250°C and lower temperatures. The reason of this deformations is Cataldag detachment fault (CDF). Cataldag granite undergone to ductile deformation at depths with the movement of CDF, and at shallower depts ductile deformation is overlayed by brittle deformation. 

This detachment fault indicates an extensional regime which is dominant in the area at Early Miocene. This conclusion is compatible with other studies in the area. Many studies indicate that this extensional regime is the main reason for the development of this detachment faults. But the time of the begining of this extensional regime is not clearly mentioned before. 

According to the Ar/Ar age date obtained from biotite and muscovite od Cataldag granite Kamaci and Altunkaynak 2010 suggest that the age of the deformation is 20-22 Ma (Early Miocene) This data indicates that, CDF which is the main reason for the deformation of Cataldag granite, was active at Early Miocene.