Çangaldağ kompleksi ve ilişkili tektonik birliklerin petrolojisi, jeokronolojisi ve tektonik evrimi, Kastamonu
Petrology, geochronology and tectonic evolution of the Çangaldağ complex and associated tectonic units, Kastamonu
Yazar: ÖZGE KARSLIOĞLU TURGUT
Danışman: PROF. DR. TİMUR USTAÖMER ; PROF. DR. ALASTAIR ROBERTSON
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Yapısal jeoloji = Structural geology

Özet:
Bu çalışma, Tetis Okyanusu'nun Erken Mesozoik ve Geç Mesozoyik-Erken Senozoyik'teki evriminin kayıtlarını tutmuş, Paleotetis ve Neotetis'e ait farklı kıtasal ve okyanusal birlikleri içeren Orta Pontidler'de gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında, Taşköprü (Kastamonu) KD'sunda kritik bir alanda bu okyanusal birliklerden biri olan Çangaldağ Kompleksi ve benzer yaş konağında metamorfizmaya uğramış ve metamorfizma göstermeyen kaya toplulukları ayrıntılı olarak incelenmiştir. Bölgenin tektono-stratigrafisi kurularak, jeokronolojik ve jeokimyasal verilerin yardımıyla Orta Pontidler'in bu dönemdeki evrimine ışık tutulması amaçlanmıştır. Bu çalışmada Çangaldağ Kompleksi yaklaşık 200 km2'lik bir alanda ilk kez ayrıntılı olarak haritalanarak dört farklı birime ayrılmıştır. Bu birimlerden Sarpun Metamorfiti, ilk kez bu çalışmada tanımlanarak yaşlandırılmıştır.

İnceleme alanı, birbirinden yaklaşık D-B doğrultulu bir makaslama hattı boyunca ayrılan Güney ve Kuzey olmak üzere iki farklı blokta yer alan tektonik birliklerden oluşmaktadır. Güney Blok tamamen metamorfik, Kuzey Blok ise metamorfik olmayan birimlerden oluşmaktadır.

Güney Blok'ta, Çangaldağ Kompleksi birbiriyle tektonik dokanaklı dört farklı birimle temsil edilmektedir. Karapınar Birimi, yer yer metalav ve lav breşi seviyeleriyle ardalanmalı metavolkanoklastik kayalardan meydana gelmektedir. Birime ait jeokimyasal veri, lavların ada yayı toleyiti bileşiminde olup bir yitim zonu üstünde püskürdüğünü göstermektedir. İçerdiği tipik yeşilşist fasiyesi mineral topluluğunun yanı sıra, metavolkanoklastiklerde ribekit türü amfibollerin varlığı, birimin bu fasiyesin daha yüksek basınca sahip koşullarında metamorfizmaya uğradığına işaret etmektedir. Bu birim, güneyinde bulunan örtü birimleri üzerine Ekinveren Fayı boyunca itilmiştir, Bulak Birimi ile ise tektonik olarak üzerlenmektedir. Bulak Birimi'ndeki başlıca litolojiyi oluşturan ve geniş alanlar kaplayan fillatlar, yer yer metavolkanoklastik kayalarla yanal ve düşey olarak geçiş göstermektedir. Bulak Birimi Bozarmut Birimi ile tektonik olarak üzerlenmektedir. Bozarmut Birimi, başlıca bazaltik metalavlarla temsil edilmektedir. Birim içindeki ikincil litoloji, metariyolitlerdir. Metariyolit seviyelerinden elde edilen zirkonlardan yapılan U-Pb yaş analizi ile 164.7±2.3 My (Orta Jura – Kalloviyen) yaşı elde edilmiştir. Bu metavolkanik istif, birçok farklı lokasyonda, ufak metagranitik stoklarla kesilmektedir. İki farklı lokasyona ait örneklerdeki zirkonlarda yapılan U-Pb yaş analizi sonucunda 156.61±1.91 My (Üst Jura- Kimmericiyen), 163.2±1.3 My (Üst Jura – Oksfordiyen) ve 159.1±1.1 My (Üst Jura-Oksfordiyen) yaşları elde edilmiştir. Jeokimyasal özellikleri birimin, bir yitim zonunun üstünde gelişmiş okyanus içi bir magmatik yayın parçası olduğuna işaret etmektedir. Güneyde Karapınar Birimi üzerinde yer alan Bulak Birimi, kuzey dokanağında Sarpun Metamorfiti üzerinde tektonik olarak yer almaktadır. Sarpun Metamorfiti, tabanda mermer seviyesiyle başlar. Üste doğru fillatların baskın olduğu, metavolkanojenik kayalar, kuvars-kalkşist ve kalkşistlerle ardalandığı bir istif sunar. Bu istif içine, farklı lokasyonlarda serpantinit dilimlerinin yerleştiği saptanmıştır. Sarpun Metamorfiti'ne ait bir metakumtaşı örneğinden elde edilen kırıntılı zirkonların U-Pb yaş analizleri sonucunda birimin maksimum çökelme yaşı 136.8 My (Alt Kretase – Valanjiniyen) olarak hesaplanmıştır.

Kuzey Blok'un stratigrafisinde tabanda Akgöl Formasyonu yer alır. Akgöl Formasyonu kumtaşı-şeyl ardalanmasıyla temsil edilir. Akgöl Formasyonu, Kayadibi Plütonuna ait stoklarla kesilmiş ve yer yer hornfelsleşmiştir. Kayadibi Plütonu, granitik, diyoritik ve gabroik fazları bir arada bulunduran bir magmatik kütledir. Bu çalışma kapsamında birime ait bir diyorit örneğindeki zirkonlarda yapılan U-Pb yaş analizi ile 166.7±1.1 My (Orta Jura – Batoniyen) kristalizasyon yaşı elde edilmiştir. Yine diyorit örneklerindeki piroksen ve amfibol minerallerinde yapılan mineral kimyası analizleri sonucunda Plüton'un oluşum sıcaklıkları 859-910 0C arasında ve yerleşme derinlikleri de 46-124 MPa arasında hesaplanmıştır. Jeokimyasal özelikleri, Plüton'un magmatik bir yay ortamında oluştuğunu göstermektedir.
Gerek Akgöl Formasyonu gerekse de Kayadibi Plütonu üzerine uyumsuz olarak, başlıca kumtaşı ve granit çakılları içeren Bürnük Formasyonu gelir. Daha üstte ise neritik kireçtaşlarından oluşan İnaltı Formasyonu yer alır. İnaltı Formasyonu üzerinde ise Kuzey Blok'un silttaşı-kumtaşı-şeyl aradalanmasından oluşan en genç birimi Çağlayan Formasyonu uyumlu olarak yer almaktadır.

İnceleme alanının en güneyinde bulunan örtü birimleri, Kastamonu-Boyabat – Havzası'na ait çökellerdir. Kapanboğazı Formasyonu, pembe renkleriyle karakteristik, pelajik kireçtaşlarından oluşmaktadır. Bu formasyon üst dokanağında andezitik-bazaltik konglomereların yer yer kumtaşı ve şeyllerle ardalandığı Yemişliçay Formasyonu ile geçişlidir. Yemişliçay Formasyonu üzerinde, gittikçe sığlaşan bir ortamda çökelen Akveren Formasyonu'na ait bol fosilli kireçtaşları, uyumlu olarak yer alır. Çangaldağ Kompleksi, Ekinveren Fayı boyunca bu örtü birimlerinin üzerine tektonik olarak itilmiştir.

Kuzey ve Güney Blok'tan elde edilen jeokimyasal veriler, her iki bloktaki Jura yaşlı felsik magmatizmanın yitim zonu üstü ortamında oluştuğuna işaret etmektedir. Kuzey Blok'ta yer alan Orta Jura magmatizması, And-tipi bir kıta kenarı yayının; Güney Blok'taki Orta-Üst Jura felsik magmatizması ise okyanus içi bir yayın ürünü olmalıdır. Bu iki farklı magmatizma, iki farklı yitim zonunun ürünüdür. Sarpun Metamorfiti, Kuzey Blok'un güney kenarı boyunca gerçekleşen yitim sırasında gelişmiştir.

Çangaldağ Kompleksi'ne ait farklı birimlerinden elde edilen kıvrım ekseni ve lineasyon gibi çizgisel unsurların DKD-BGB gidişli olması, bu birimlerin benzer deformasyona sahip olduğunu göstermektedir. Yapısal unsurların paralellik göstermesi, Güney Blok'ta bulunan dört birimin bir araya geldikten sonra, birlikte deformasyona uğradığına işaret etmektedir. Alt Kretase ve sonrası yaşlı olan Sarpun Metamorfiti'nin de benzer deformasyona uğraması, bu birimlerin Alt Kretase ve sonrasında hep birlikte deforme olduklarını düşündürmektedir.

İnceleme alanında Kuzey ve Güney Blok sınırı yüksek açılı bir fay zonu olup bu fay zonunun Çağlayan Formasyonu'nun çökeliminin ardından, olasılıkla Alt Eosen sonrasındaki bir dönemde yeniden çalıştığına işaret etmektedir.

Abstract:
This work has been carried out in the Central Pontides which contains different continental and oceanic assemblages of Paleotethys and Neotethys, keeping records of the Early Mesozoic and Late Mesozoic-Early Cenozoic evolution of the Tethyan Ocean. Within the scope of the study, the Çangaldağ Complex, one of these oceanic assemblages and the similar aged metamorphosed and non-metamorphosed rock assemblages were examined in detail on a critical area at northeastern of Taşköprü (Kastamonu). It was aimed to shed light on the evolution of the Central Pontides by establishing of tectono-stratigraphy of the region with the help of geochronological and geochemical data. In this study, the Çangaldağ Complex was mapped in detail on an area of about 200 km2 for the first time and divided into four different units. The Sarpun Metamorphics among these units was distinguished for the first time in this study.

The study area can simply be divided into two blocks, separated by an E-W trending tectonic line. The Southern Block is composed of completely metamorphic and the Northern Block is composed of non-metamorphic units.

In the Southern Block, the Çangaldağ Complex is represented by four different tectonic units. The Karapınar Unit is composed of metavolcanoclastic rocks alternating with metalava and lava breccia levels. The geochemical data indicate that the lavas are of island arc tholeiitic composition and erupted above a subduction zone. In addition to the typical greenschist facies mineral assemblage, the presence of ribeckite-type amphiboles in metavolcanoclastics indicates that the unit underwent higher pressure metamorphism of this facies. This unit was thrust along the Ekinveren Fault over the cover units located to the south, and it is overlain tectonically by the Bulak Unit. The phyllites, forming the main lithology in the Bulak Unit and covering large areas, occasionally transitional laterally and vertically with metavolcanoclastic rocks. Bulak Unit is tectonically overlain by the Bozarmut Unit. The Bozarmut Unit is mainly represented by basaltic metalavas. The secondary lithology within the unit is metarhyolites. The U-Pb age analysis of the zircons obtained from metarhyolite yielded an age of 164.7 ± 2.3 Ma (Middle Jurassic-Callovian). This metavolcanic sequence is cut by small metagranitic stocks at many different locations. Zircons from two metagranite stocks, dated by U-Pb method, gave ages of 156.61 ± 1.91 Ma (Upper Jurassic-Kimmeridgian), 163.2 ± 1.3 Ma (Upper Jurassic-Oxfordian) and 159.1 ± 1.1 Ma (Upper Jurassic-Oxfordian). The geochemical features indicate that the unit is a part of an oceanic magmatic arc developed above a subduction zone. The Bulak Unit, located on the Karapınar Unit in the south, is tectonically located on the Sarpun Metamorphics in the northern contact. The Sarpun Metamorphics starts with marble at the base. It continious with the alternation of metavolcanogenics, quartz-calcschists, and calcschists while phyllites are predominate. In this sequence, serpentinite slices were found at different locations. The maximum sedimentation age of the unit was calculated to be 136.8 Ma (Lower Cretaceous - Valanginian) as a result of the U-Pb age analysis of the detrital zircons obtained from a sample of a meta-clastic rock from the Sarpun Metamorphics.

The stratigraphy of the northern block contains the Akgöl Formation at the base. The Akgöl Formation is represented by sandstone-shale alternation. The Akgöl Formation was cut by stocks of Kayadibi Pluton and metamorphozed into hornfels locally. The Kayadibi Pluton is a magmatic mass containing a combination of granitic, dioritic and gabbroic phases. In this study, the U-Pb age analysis of zircons in a diorite sample yielded 166.7 ± 1.1 Ma (Middle Jurassic-Bathonian) crystallization ages. As a result of the mineral chemistry analyzes made on the pyroxene and amphibole minerals in the diorite samples, the formation temperatures of Pluton were calculated between 859-910 0C and the depth of emplacement between 46-124 MPa. Its geochemical characteristics indicate that Pluton was formed in a magmatic arc environment. Both the Akgöl Formation and the Kayadibi Pluton are unconformably overlain by the Bürnük Formation which consists mainly of sandstones and conglomerates rich in granite pebbles. At the top is İnaltı Formation which is composed of neritic limestones. On the İnaltı Formation, the youngest unit consisting of siltstone-sandstone-shale intercalations of the North Block is conformable with the Çağlayan Formation.

The cover units are the deposits of the Kastamonu-Boyabat-Basin which are located at the south part of the study area. The Kapanbogazi Formation is composed of pink pelagic limestones. This formation is transitional with the Yemişlicay Formation where the andesitic-basaltic conglomerates are intercalated with sandstones and shales in the upper contact. Abundant fossiliferous limestones belonging to the Akveren Formation, which deposited in shallowing upward environment unconformably overlies the Yemişliçay Formation.
The geochemical data obtained from the Northern and Southern Blocks indicate that the Jurassic felsic magmatism in both blocks is formed above a supra-subduction zone. The Middle Jurassic magmatism in the Northern Block should be the product of an Andean-type continental margin while the Middle-Upper Jurassic felsic magmatism in the Southern Block represents an intra-oceanic arc. These two different magmatism are the products of two different subduction zones, one located near the S Eurasian margin and the other way to the south. Sarpun Metamorphics developed during the subduction of the southern margin of the North Block.

The fact that the linear elements such as the fold axis and the lineation obtained from the different units belonging to Çangaldağ Complex have ENE-WSW trend shows that these units have similar deformation. The coherence of the structural elements suggests that the four units in the Southern Block were deformed together, after they have come together. The similar deformation of the Lower Cretaceous and later aged Sarpun Metamorphite suggests that these units are deformed together in Lower Cretaceous and later.

In the study area, the Northern and Southern Block boundary is a high-angle fault zone indicating that this fault zone has been reworked after the deposition of the Çağlayan Formation, possibly at a time after the Lower Eocene.