ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DOKTORA TEZİ Fatih KARAOĞLAN ...

303 Pages·2013·14.07 MB·English

ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

DOKTORA TEZİ

Fatih KARAOĞLAN

GÜNEYDOĞU ANADOLU OROJEN İK KUŞAĞINDAKİ OFİYOLİTİK VE
GRANİTİK KAYAÇLARIN JEOKRONOLOJİSİ

JEOLOJİ MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

ADANA, 2012
ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

GÜNEYDOĞU ANADOLU OROJENİK KUŞAĞINDAKİ OFİYOLİTİK
VE GRANİTİK KAYAÇLARIN JEOKRONOLOJİSİ

Fatih KARAOĞLAN

DOKTORA TEZİ

JEOLOJİ MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

Bu Tez 16 / 03 /2012 Tarihinde A şağıdaki Jüri Üyeleri Taraf ından
Oybirliği/Oyçokluğu ile Kabul Edilmi ştir.

.......…….………………... …….………………... ......….………………
Prof. Dr. Osman PARLAK Prof. Dr. Fikret İŞLER Prof. Dr. Mesut ANIL
DANIŞMAN ÜYE ÜYE

…….………………........... …….……………….......................
Yard.Doç.Dr. Utku BAĞCI Yard. Doç Dr. Tamer RIZAO ĞLU
ÜYE ÜYE

Bu tez Enstitümüz Jeoloji Mühendisliği Anabilim Dalında hazırlanmıştır.
Kod No:

Prof. Dr. İlhami YEĞİNGİL
Enstitü Müdürü

Bu Çalışma Ç. Ü. Araştırma Projeleri Birimi Tarafından Desteklenmiştir.
Proje No: MMF2009D11

Not: Bu tezde kullan ılan özgün ve ba şka kaynaktan yap ılan bildirişlerin, çizelge ve foto ğrafların
kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere
tabidir.
ÖZ

DOKTORA TEZİ

GÜNEYDOĞU ANADOLU OROJENİK KUŞAĞINDAKİ OFİYOLİTİK
VE GRANİTİK KAYAÇLARIN JEOKRONOLOJİSİ

Fatih KARAOĞLAN

ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
JEOLOJİ MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

Danışman : Prof .Dr. Osman PARLAK
Yıl 2012, Sayfa: 288
Jüri : Prof. Dr. Fikret İŞLER
: Prof. Dr. Mesut ANIL
: Yard. Doç. Dr. Utku BAĞCI
: Yard. Doç. Dr. Tamer RIZAOĞLU

Bu çal ışmada, Güneydo ğu Anadolu Orojenik Ku şağı boyunca gözlenen
magmatik/metamorfik birimlerin olu şum, so ğuma ve yüzeyleme ya şlarının
jeotermokronoloji yöntemleri ile hesaplanarak; (i) Neotetis’in güney kolunda Yitim
zonu ile ili şkili kabuğun oluşum yaşı, (ii) okyanusun kapanmaya ba şladığı zaman
aralığı, (iii) k ıta-kıta çarp ışmasının gerçekle şme zaman ı ve (iv) k ıta-kıta
çarpışmasının hızının hesaplanması amaçlanmaktadır.
Güneydoğu Anadolu Orojenik Ku şağı dünya üzerinde da ğ olu şum
süreçlerinin en iyi gözlemlenebildiği alanlardan birisidir. Kuşağın evrimi Neotetis’in
güney kolunun Üst Kretase Miyosen zaman aral ığında kapan ımı ve k ıta-kıta
çarpışması sonucu yüksek plato oluşumunu içermektedir. Troodos (Kıbrıs)-Kızıldağ-
Koçali-Semail (Umman) ofiyolitleri (95-90 My) Arap k ıtası önü ofiyolit kuş ağı
ofiyolitlerini oluştururken, Göksun-İspendere-Kömürhan-Guleman ofiyolitleri (84-87
My) ise Toros kuş ağı ofiyolitlerini olu şturmaktadır. Her iki okyanusal kabuk
arasında ~5-7 My’l ık olu şum ya şı fark ı bulunmaktad ır. Kuzey Arap kenar ı
ofiyolitleri 85-65 My arasında kıta üzerine yerleşirken, Toros kuşağı ofiyolitleri 82-
84 My’dan önce Toros aktif k ıta kenar ının alt ına dalarak yay tipi granitoyidler
(Esence–Baskil) tarafından kesilmişlerdir. Erken-Orta Eosen döneminde bölge yay
gerisi havza ko şullarında açılmaya başlamış olup, ~50 My zaman aral ığında Berit
metaofiyoliti en yüksek metamorfizmas ına uğrayarak yüzeylemi ştir. Do ğanşehir
granitoyidi Orta Eosende çok fazl ı oluşum sürecini takiben Berit metaofiyoliti ve
napları kesmi ştir. Granitoyidler Eosen döneminde yükselimini sürdürürken
yüzeylemeleri Burdigaliyen – Messiniyen zaman aralığında gerçekleşmiştir.

Anahtar kelimeler: Güneydoğu Anadolu, ofiyolit, granitoyid, U-Pb, Sm-Nd, Ar-Ar,
Fizyon İzi.
I
ABSTRACT

PhD THESIS

THE GEOCHRONOLOGY OF THE OPHIOLITIC AND THE GRANITIC
ROCKS ALONG THE SOUTHEAST ANATOLIAN OROGENIC BELT

Fatih KARAOĞLAN

UNIVERSITY OF ÇUKUROVA
INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES
DEPARTMENT OF GEOLOGICAL ENGINEERING

Supervisor : Prof .Dr. Osman PARLAK
Year 2011, Pages: 288
Jury : Prof. Dr. Fikret İŞLER
: Prof. Dr. Mesut ANIL
: Assist. Prof. Dr. Utku BAĞCI
: Assist. Prof. Dr. Tamer RIZAOĞLU

The scope of this study is to find out (i) the formation age of SSZ-type crust
along the south branch of Neotethys, (ii) the timing of the initiation of the closure of
the ocean, (iii) the timing of the continent-continent collision and (iv) the velocity of
the collision by measuring the formation, cooling and exhumation ages of the
magmatic units along the Southeast Anatolian Orogenic Belt using
geothermochronological tools.
Southeast Anatolian Orogenic Belt is one of the best places where mountain
building processes can be well observed. The evolution of the belt comprises the
closure of the south branch of the Neotethys during Upper Cretaceous – Miocene
time span and formation of high plato as a result of continent-continent collision. The
Troodos-Kızıldağ-Koçali-Semail ophiolites (95-90 Ma) formed peri-Arabian belt,
whereas Göksun-İspendere-Kömürhan-Guleman ophiolites (84-87 Ma) formed the
Toride belt ophiolites. There is an age difference of ~5-7 Ma between the formation
of the two oceanic crusts. While the peri-Arabian belt ophiolites obduct on the crust
during 85-65 Ma, the Toride belt ophiolites, intruded by arc volcanics (Esence-
Baskil), subducted beneath the Toride active margin before ~82-84 Ma. During
Early-Middle Eocene period the region opened in a back-arc basin setting. The Berit
metaophiolite had its maximum metamorhism and was exhumed during 52-50 Ma.
Doğanşehir granitoyid formed in a multi stage process during Middle Eocene and
intruded into Berit metaophiolite and nappes. The uplift of the granitoids were
continueing during Eocene period whereas the exhumation of the granitoids took
place during Burdigalian – Messinian period.

Keywords: South Anatolia, ophiolite, granitoid, U-Pb, Sm-Nd, Ar-Ar, Fission track.

II
TEŞEKKÜR

Doktora tez çal ışmamım konu belirleme safhas ından son halini alana kadar
her türlü yard ımını gördüğüm tez dan ışmanım Prof. Dr. Osman PARLAK’a
katkılarından dolayı teşekkür ederim. Jeoloji Mühendisliği Bölüm Başkanlığına, Tez
İzleme Komitesi üyeleri Prof. Dr. Fikret İŞLER’e ve Prof. Dr. Zehra YE ĞİNGİL’e
katkılarından dolayı teşekkür ederim. Tezimin laboratuvar çal ışma safhasında LA-
MC-ICP-MS laboratuar ında benimle ilgilenen ve yöntemi ö ğreten Prof. Dr. Urs
KLÖTZLI, yard ımlarını esirgemeyen teknisyen Franz BIEDERMAN, ve Dr.
Zekeriya GÜNEŞ’e teşekkür ederim. ID-TIMS yöntemi ile radyometrik yaş tayini ve
izotop analiz yöntemleri konusunu bana ö ğreten ve laboratuar ında çalışmama izin
veren Prof. Dr. Martin THÖNI ve teknisyen Dr. Monica HORSCHINEGG’e
teşekkür ederim. Mineral kimyası çalışmalarında ve Viyana (Avusturya)’da kaldığım
süre içinde bana her türlü deste ği sunan Prof. Dr. Friedrich KOLLER’e
teşekkürlerimi sunarım. Salzburg Üniversitesi’nde bulunduğum süre içinde Fizyon
İzi yönteminin her türlü inceliklerini bana ö ğreten Doç. Dr. Ewald HEJL’e
teşekkürlerimi sunarım. 40Ar/39Ar yöntemi uygulamalarında bana yardımcı olan Prof.
Dr. Franz NEUBAUER ve Dr. Johann GENSER’e teşekkür ederim. Ayrıca Salzburg
Üniversitesi’nde mineral kimyas ı çalışmalarımda ve tart ışmaları ile bana yard ımcı
olan emekli Prof. Dr. Volker HÖCK’e te şekkürlerimi sunar ım. Tez çal ışmam
sırasında akademik anlamda benden yardımlarını esirgemeyen değerli bölüm öğretim
elemanlarına ve çalışanlarına teşekkür ederim. Tez çalışmamın arazi safhasında bana
yardımda bulunan Yard. Doç Dr. Tamer RIZAOĞLU ve Jeo. Yük. Müh. Nusret
NURLU’ya te şekkür ederim. Çe şitli vesilelerle tez çal ışmam sırasında bana
yardımları dokunan Yard. Doç Dr. Utku BA ĞCI, Prof. Dr. Aral OKAY’a
teşekkürlerimi sunarım. Bu tez çal ışmasının tamamı TUBİTAK-106Y231 numaralı
proje ile desteklenmi ştir. Ayr ıca TUBİTAK – Bilim Adam ı Yetiştirme Program ı
(TUBİTAK-BİDEB–2214) kapsam ında Yurt D ışı Ara ştırma Burs Program ı ile
Viyana Üniversitesi’nde çalışmalarda bulundum. Katkılarından dolayı TÜBİTAK’a
teşekkür ederim.
III
İÇİNDEKİLER

ÖZ ............................................................................................................................ I
ABSTRACT ............................................................................................................ II
TEŞEKKÜRLER .................................................................................................... III
İÇİNDEKİLER .......................................................................................................IV
ÇİZELGELER DİZİNİ ...........................................................................................VI
ŞEKİLLER DİZİNİ ............................................................................................. VIII
1. GİRİŞ ................................................................................................................... 1
1.1. Genel Jeoloji ................................................................................................ 13
1.1.1. Ofiyolitler .......................................................................................... 14
1.1.1.1. Kızıldağ Ofiyoliti ................................................................... 14
1.1.1.2. Göksun Ofiyoliti .................................................................... 16
1.1.1.3. Berit Metaofiyoliti ................................................................. 18
1.1.1.4. İspendere Ofiyoliti ................................................................. 20
1.1.1.5. Kömürhan Ofiyoliti ............................................................... 23
1.1.2. Granitoyidler ..................................................................................... 24
1.1.2.1. Esence Granitoyidi ................................................................ 24
1.1.2.2. Doğanşehir Granitoyidi .......................................................... 25
1.1.2.3. Baskil Granitoyidi.................................................................. 26
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR ................................................................................... 29
3. MATERYAL VE METOD ................................................................................. 43
3.1. Materyal....................................................................................................... 43
3.2. Yöntem ........................................................................................................ 48
3.2.1. Mineral ayıklama ............................................................................... 49
3.2.2. Çeneli Kırıcı ...................................................................................... 51
3.2.3. Eleme ................................................................................................ 51
3.2.4. LA-MC-ICP-MS Zirkon U-Pb İçin Zirkon Mineral Ayıklanması ....... 52
3.2.5. Ağır Sıvı (Diiodmethan) .................................................................... 54
3.2.6. Manyetik Ayırıcı (Frantz Magnet) ..................................................... 56
3.2.7. Elle Seçim ......................................................................................... 57
IV
3.2.8. Tutturma, Aşındırma ve Parlatma ...................................................... 57
3.2.9. LA-MC-ICP-MS Yaş Tayini Yöntemi ............................................... 61
3.2.10. ID-TIMS Sm-Nd Yaş Tayini İçin Örnek Hazırlama ......................... 62
3.2.11. Element Çıkarma, Ölçüm Ve Hesaplama ......................................... 63
3.2.12. Apatit Fizyon İzi Yaş Tayini Yöntemi İçin Örnek Hazırlama ........... 66
3.2.13. 40Ar/39Ar Yaş Tayini Yöntemi İçin Örnek Hazırlama ....................... 77
4. ARAŞTIRMA BULGULARI ............................................................................. 81
4.1. Ofiyolitler .................................................................................................... 81
4.1.1. Petrografi ........................................................................................... 81
4.1.2. Jeokimya ........................................................................................... 83
4.1.2.1. Berit Metaofiyolitinin Mineral Kimyası ................................. 90
4.2. Granitoyidler ................................................................................................ 95
4.2.1. Petrografi ........................................................................................... 95
4.2.2. Granitoyid Jeokimyası ....................................................................... 97
4.2.2.1. Esence Granitoyidi ................................................................ 97
4.2.2.2. Doğanşehir Granitoyidi ........................................................ 100
4.2.2.3. Baskil Granitoyidi................................................................ 101
4.3. Jeokronoloji ............................................................................................... 104
4.3.1. LA-MC-ICP-MS zirkon U-Pb yaşlandırması ................................... 104
4.3.2. Sm-Nd Yaş Tayini ve Nd-Sr İzotop Jeokimyası Sonuçları ............... 119
4.3.3. 40Ar/39Ar Yaş Tayini Sonuçları ........................................................ 127
4.3.4. Apatit Fizyon İzi Yaş Tayini Sonuçları ............................................ 131
5. TARTIŞMA VE SONUÇLAR .......................................................................... 140
5.1. Tartışma ..................................................................................................... 140
5.2. Sonuçlar ve Öneriler .................................................................................. 167
KAYNAKLAR ..................................................................................................... 171
ÖZGEÇMİŞ ......................................................................................................... 195
EKLER ................................................................................................................. 195

V
ÇİZELGELER DİZİNİ

Çizelge 3.1. Çalışma kapsamında araziden derlenen örnekler .................................. 43
Çizelge 3.2. Bazı kayaç yapıcı, aksesuar ve cevher minerallerinin yoğunluğu ......... 55
Çizelge 3.3. Bazı minerallerin Frantz Magnet magnetik ay ıklama aletindeki
magnetik duyarlılıkları ........................................................................ 58
Çizelge 4.1. Berit metaofiyolitine ait örneklerin mineral içerikleri .......................... 93
Çizelge 4.2. Berit metaofiyolitine ait basınç-sıcaklık hesaplamaları. ....................... 95
Çizelge 4.3. LA-MC-ICP-MS zirkon U-Pb yöntemi ile elde edilen yaş
verileri .............................................................................................. 106
Çizelge 4.4. Rb-Sr analiz sonuçları ....................................................................... 120
Çizelge 4.5. Sm-Nd analiz sonuçları ..................................................................... 121
Çizelge 4.6. 40Ar/39Ar mineral yaş tayini yöntemi için seçilen örnek ve
mineraller. ........................................................................................ 128
Çizelge 4.7. Apatit Fizyon İzi yaş tayini için alınan örnekler. ................................ 131
Çizelge 4.8. Apatit Fizyon İzi yaş tayini sonuçları ................................................ 133
Çizelge 4.9. Fizyon izi yöntemi iz uzunluk ölçüm sonuçları. ................................. 135
Çizelge 5.1. Çalışma alanında daha önce yapılan radyometrik yaş tayini
verileri. ............................................................................................. 148
Çizelge 5.2. Granitoyidlerden elde edilen kristallenme ve soğuma yaşları ............ 161

VI
VII
ŞEKİLLER DİZİNİ

Şekil 1.1. Türkiye’nin tektonik birlikleri ................................................................. 2
Şekil 1.2. Erken Permiyen döneminde levhaların konumu ....................................... 3
Şekil 1.3. Eksiksiz bir ofiyolit istifi ve okyanusal kabuk ile karşılaştırılması ........... 4
Şekil 1.4. Doğu Akdeniz kuşağı ofiyolitleri............................................................. 5
Şekil 1.5. Tetis ofiyolitleri üzerinde yapılan U-Pb yaşları ........................................ 7
Şekil 1.6. Çalışma alanının yerbulduru haritası ..................................................... 11
Şekil 1.7. Güneydoğu Anadolu Orojenik Kuşağı boyunca yüzeyleyen tektonik
birimler ................................................................................................ 13
Şekil 1.8 Kızıldağ ofiyolitinin basitleştirilmiş jeoloji haritası ................................ 15
Şekil 1.9. Güneydoğu Anadolu kuşağında gözlenen ofiyolitlerin
genelleştirilmiş dikme kesitleri ............................................................. 16
Şekil 1.10 Göksun-Afşin bölgesinin jeoloji haritası ................................................. 17
Şekil 1.11. Günedoğru-Beğre (Doğanşehir-Malatya) civarının jeoloji haritası ......... 19
Şekil 1.12. Berit metaofiyolitin genelleştirilmiş stratigrafi kesiti. ............................ 20
Şekil 1.13. İspendere (Malatya) ve civarınınjeoloji haritası. .................................... 22
Şekil 1.14. Baskil – Sivrice (Elazığ) bölgesinin jeoloji haritası................................ 23
Şekil 3.1. Kızıldağ ve Göksun ofiyolitlerinden derlenen örnekler .......................... 46
Şekil 3.2. Berit metaofiyoliti, İspendere ve Kömürhan ofiyolitlerinden
derlenen örneklerin arazi görünümü ...................................................... 47
Şekil 3.3. Granitoyidlerin arazi görünümü............................................................. 48
Şekil 3.4. Çalışmada uygulanacak olan yaş tayini yöntemleri ve jeolojik
birimler ................................................................................................ 49
Şekil 3.5. Jeokronoloji çalışmalarında mineral ayıklama işlemleri ......................... 50
Şekil 3.6. Kaba öğütme için kullanılan çeneli kırıcı. .............................................. 51
Şekil 3.7. Viyana Üniversitesi Yer Bilimleri Fakültesi Jeokronoloji bölümü
örnek kırma-öğütme laboratuvarı. ......................................................... 52
Şekil 3.8. Islak eleğin (Wilfley table) şematik çizimi ............................................ 53
Şekil 3.9. Islak elek (Wilfley table) ....................................................................... 54
Şekil 3.10. Ağır sıvı kullanarak minerallerin yoğunluklarına göre ayrılması ............ 56
VIII