Geri Dön

İstanbul zonu'nun ordovisiyen öncesi jeolojik evrimi

Pre-ordovician geological evolution of the İstanbul zone

  1. Tez No: 967594
  2. Yazar: SİNAN YILMAZER
  3. Danışmanlar: PROF. DR. GÜLTEKİN TOPUZ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Jeoloji Mühendisliği, Geological Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Katı Yer Bilimleri Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Jeodinamik Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 282

Özet

Bu çalışmanın temel amacı, İstanbul Zonu'nun geç Neoproterozoyik–erken Paleozoyik dönemdeki jeolojik evrimini ortaya koymaktır. Bu kapsamda, başlıca iki hedefe odaklanılmıştır: (i) İstanbul Zonu'nun temelini oluşturan kayaların oluşum ve metamorfizma yaşlarının belirlenmesi ve oluştukları jeodinamik ortamın sınırlandırılması, (ii) bu temel birimleri uyumsuz olarak örten en üst Kambriyen–Orta Ordovisiyen yaşlı sedimanter birimlerin kaynak alanlarının sınırlandırılması. Elde edilen veriler, Uzak Doğu Avalonya ve Baltika'ya ait mevcut literatür verileriyle karşılaştırılarak, İstanbul Zonu'nun da içinde bulunduğu Uzak Doğu Avalonya'nın Baltika kıtasına ne zaman ve nasıl eklendiğinin ortaya konulması amaçlanmıştır. Bu sorulara yanıt aramak amacıyla, Bolu Masifi ve Karadere Bölgesi'nde yer alan kristalen temel kayalar ile bunları uyumsuzlukla örten en üst Kambriyen–Orta Ordovisiyen yaşlı örtü birimleri, genel jeolojik, jeokimyasal ve jeokronolojik açıdan ayrıntılı olarak çalışılmıştır. Bolu Masifi, başlıca iki tektonometamorfik birimden oluşmakta olup yaklaşık doğu-batı doğrultulu tektonik bir hat ile birbirlerinden ayrılmaktadır. Tektonik hattın güneyinde, büyük ölçüde migmatitleşmiş amfibolitlerden ve bunların içerisinde az miktarda gözlenen tonalit ve tronjemit bileşimli dayk, sil ve stoklardan oluşan yüksek dereceli tektonometamorfik birim yer almaktadır. Kuzeyde ise bu birim üzerine tektonik olarak oturmuş olan çok düşük dereceli metavolkanitler ve içerisine intrüzif olarak yerleşmiş olan Dirgine Batoliti bulunmaktadır. Hem metavolkanik kayalar hem de Dirgine Batoliti örnekleri, toleyitik fraksiyonlaşma serisine ait olup kıtasal kabuk katkısı göstermeyen, juvenil kökenli magma ürünleridir. Metavolkanitlerin ilksel kayaçlarının oluşum yaşları 575–606 milyon yıl (My) arasında, Dirgine Batoliti'nin yerleşim yaşı ise 562–574 My aralığında değişmektedir. Bu iki birimin yaşları ve batolitin metamorfik süreçlerden neredeyse hiç etkilenmemiş olması, batolitin yerleşiminin düşük dereceli (yeşilşist fasiyesi) metamorfizmanın zirvesinde veya hemen sonrasında gerçekleştiğini göstermektedir. Bu tektonik birim, jeokimyasal özellikleri, geniş alanlara yayılan benzer litolojik karakteri ve istif içerisinde tortul seviyelerin neredeyse hiç bulunmaması dikkate alındığında, geç Neoproterozoyik dönemde eklenmiş bir okyanusal yayın orta kabuk kesimine karşılık geldiği düşünülmektedir. Yüksek dereceli tektonometamorfik birimi oluşturan amfibolitlerin ilksel kayalarının oluşum yaşı, Dirgine Batoliti ile benzerlik göstermektedir. Ancak bu birim geç Paleozoyik–erken Mesozoyik dönemde amfibolit fasiyesinde metamorfizmaya uğramıştır. Bu nedenle, söz konusu amfibolit fasiyesli birimin, Almacık, Geyve ve Armutlu bölgelerinde yüzeyleme veren amfibolitler ile okyanusal bir yayın alt kabuk kesimine karşılık geldiği düşünülmektedir. Karadere bölgesindeki metamorfik kayalar, başlıca migmatitik gnayslar ve mikaşistlerden oluşmaktadır. Bu birimler, metamorfizma yaşı ve derecesine göre iki ayrı zona ayrılmıştır: (i) 568 ± 10 My yaşlı, üst amfibolit fasiyesi koşullarında metamorfizmaya uğramış alan ve (ii) 591 ± 6 My yaşlı, alt–orta amfibolit fasiyesi koşullarında metamorfizmaya uğramış alan. Her iki zondaki gnaysların ilksel kayaları da çoğunlukla pozitif ilksel εHf değerlerine sahip, metamorfizma sırasında büyümüş zirkonlar dışında 0.9 ila 2.1 Gy arasında değişen yaşlara sahip bol miktarda detritik zirkon içermektedir. Bu durum, ilksel kayaların Toniyen–Kriyojeniyen döneminde genişlemeli bir kıtasal havza ortamında çökelmiş olabileceğini göstermektedir. Bu çökel birimler, Türkiye'de bugüne kadar tanımlanmış en yaşlı sedimanter kayaları temsil etmektedir. Gerek bu kayaçların içerdiği yaşlı zirkon popülasyonları gerekse geçirdikleri metamorfizma koşulları, Karadere Bölgesi'ndeki birimlerin, Bolu Masifi'ndeki okyanusal karakterli birimlerin aksine, kıtasal bir alana karşılık geldiğini ortaya koymaktadır. Sonuç olarak, İstanbul Zonu'nun geç Neoproterozoyik kristalen temeli hem okyanusal yay hem de kıtasal yay kökenli birimler içeren kompozit bir yapıya sahiptir. Hem okyanusal yay hem de kıtasal alanı uyumsuz olarak örten en üst Kambriyen–en alt Ordovisiyen yaşlı sedimanter birimler, detritik zirkon yaşları bakımından baskın olarak 601–608 My aralığında, tali olarak ise 701–710 My ve yaklaşık 1500 My civarında kümelenmektedir. Bu zirkonların büyük bölümü, özellikle geç Neoproterozoyik yaşlı olanlar, baskın biçimde negatif εHf değerleri sunmaktadır. Detritik zirkon yaşlarının 590–610 My aralığında yoğunlaşması ve bu zirkonların yaklaşık %70'inin negatif εHf değerleri göstermesi, söz konusu sedimanter birimlerin Bolu Masifi gibi okyanusal karakterli alanlardan ziyade, kıtasal kökenli magmatik yaylardan türeyen kaynak alanlardan beslenmiş olduğunu düşündürmektedir. Bu veriler, okyanusal yay ile kıtasal alanın, söz konusu kırıntılı kayaçların en geç Kambriyen döneminde çökeldiği dikkate alındığında, bu süreçten önce tektonik olarak birleştiğine işaret etmektedir. 590–600 My yaşlı metamorfizma olayı, büyük olasılıkla bir kıtasal yayın orta ve alt kesimlerinde gelişmiştir. Kıtadaki daha genç metamorfik olay (560–575 My), okyanusal yaya ait metamorfik süreçlerle eş yaşlı olup, bu durum kıtasal ve okyanusal yayın birbirine eklenmesi sonucu ortaya çıkan tektonik ilişkilerle açıklanabilir. İstanbul Zonu, Uzak Doğu Avalonya'ya ait diğer kıtasal alanlarla çeşitli benzer özellikler sunmaktadır. Bu benzerlikler; (i) Toniyen yaşlı tortul kayaların varlığı, (ii) geç Neoproterozoyik–Orta Ordovisiyen yaşlı çökel kayaçların, ağırlıklı olarak geç Neoproterozoyik yaşlı magmatik yaylardan türetilmiş olması, (iii) 575–615 My ile 695–715 My yaş aralığında granitik kayaçların varlığı (İstanbul Zonu'nda bu kayaçlar doğrudan gözlenmemekle birlikte, detritik zirkon yaş dağılımlarındaki kümelenmeler bu tür magmatik etkinliklerin varlığına dolaylı kanıt sunmaktadır) ve (iv) hem okyanusal hem de kıtasal yaylara ait bileşenleri içeren kompozit bir Neoproterozoyik temel ile özetlenebilir. Bu ortak özellikler, günümüzde birbirinden uzak ve doğrudan bağlantısı bulunmayan İstanbul Zonu, Pelagonya, Dobruca ve Brunovistulya gibi Uzak Doğu Avalonya'ya ait kıtasal alanların, geç Neoproterozoyik dönemde büyük bir okyanusal alanla ayrılmadığını, eklenmiş kıtasal sistemin parçaları olduklarını göstermektedir. Baltika'daki üst Neoproterozoyik–Kambriyen yaşlı kırıntılı tortul kayalar, önemli miktarda geç Neoproterozoyik yaşlı detritik zirkon içermektedir. Oysa Baltika'da bu yaşa karşılık gelen kristalen birimler oldukça sınırlıdır; bunlar yalnızca Volyn Büyük Magmatik Provensi (545–580 My) ve Baltika'nın güneydoğu ucundaki Timanid Dağ Kuşağı ile temsil edilmektedir. Timanid Kuşağı, İstanbul Zonu ile benzerlikler taşımaktadır. Bu benzerlikler arasında: (i) geç Neoproterozoyik döneme ait kıtasal ve okyanusal yayların varlığı, (ii) belirgin bir geç Kambriyen–en erken Ordovisiyen uyumsuzluğu ve (iii) Ordovisiyen'den Karbonifer'e kadar uzanan pasif kıta kenarı ortamında çökelmiş tortul istiflerin varlığı yer almaktadır. Bu nedenlerle, Timanid Kuşağı'nın da İstanbul Zonu gibi Baltika'ya sonradan eklenmiş bağımsız bir kıtasal blok olarak değerlendirilmesi gerekmektedir. Baltika'daki kırıntılı tortullarda gözlenen 545–580 My yaşlı zirkonlar, muhtemelen Volyn Büyük Magmatik Provensi kaynaklıdır. Ancak özellikle üst Neoproterozoyik–en alt Kambriyen çökelme yaşına sahip kırıntılı kayalar (örn. Kanyliv Serisi), 611–735 My aralığında detritik zirkonlar da içermektedir. Bu yaş aralığında magmatik kayalar Baltika içinde bilinmemektedir. Bu durum, söz konusu zirkonların İstanbul Zonu gibi Uzak Doğu Avalonya'ya ait kıtasal alanlardan beslendiğini göstermektedir. Dolayısıyla bu veriler, Uzak Doğu Avalonya'nın geç Neoproterozoyik–erken Kambriyen döneminde Baltika ile yan yana gelmiş olduğunu desteklemektedir. Bu bağlamda, Kambriyen döneminde İstanbul Zonu temeli, kıtasal çarpışma sonucu yükselmiş ve yoğun şekilde aşınmaya uğramıştır; böylece okyanusal ve kıtasal yaylara ait üst kabuk birimleri neredeyse tamamen ortadan kalkmıştır. Aynı dönemde Baltika, deniz seviyesi altında kalan ve çökelmenin sürdüğü bir havza konumundadır. Uzak Doğu Avalonya'nın Baltika ile geç Neoproterozoyik–erken Kambriyen döneminde birleşmiş olması, tüm geç Neoproterozoyik–Kambriyen magmatizmasının Gondvana'nın kuzey kenarında gelişen Avalonya–Kadomiyen Magmatik Yayı'nda gerçekleştiği ve bu yayın Erken Ordovisiyen'de Gondvana'dan ayrılarak Reik Okyanusu'nun açılmasına yol açtığı yönündeki yaygın görüşün yeniden değerlendirilmesini gerektirmektedir.

Özet (Çeviri)

The primary objective of this study is to elucidate the geological evolution of the Istanbul Zone during the late Neoproterozoic–early Paleozoic period. Within this scope, the study focuses on two primary objectives: (i) determination of the formation and metamorphic ages of the basement rocks of the Istanbul Zone and characterization of their geodynamic setting, and (ii) constraining the source areas of the uppermost Cambrian–Middle Ordovician cover sedimentary rocks that unconformably overlie this basement. By comparing the obtained data with existing literature on Far East Avalonia and Baltica, the study aims to clarify when and how the Istanbul Zone, as part of Far East Avalonia, was accreted to the Baltica continent. To address these questions, detailed geological, geochemical, and geochronological analyses were conducted on the crystalline basement rocks located in the Bolu Massif and Karadere Region, along with the uppermost Cambrian–Middle Ordovician cover units that unconformably overlie them. The Bolu Massif comprises two major tectonometamorphic units, which are separated by a roughly east–west trending tectonic boundary. South of this tectonic boundary lies a high-grade tectonometamorphic unit consisting predominantly of migmatitic amphibolites, with minor tonalite/trondhjemite dykes, sills, and stocks intruding into them. To the north, overlying this unit tectonically is a very low-grade metavolcanic unit intruded by the Dirgine Batholith. Both the metavolcanic rocks and the Dirgine Batholith belong to the tholeiitic fractionation series and were derived from juvenile magmas with no significant contribution from continental crust. The protoliths of the metavolcanic rocks yielded formation ages between 575 and 606 Ma, while the emplacement age of the Dirgine Batholith was determined as 562–574 Ma. The close age relationship between these two units, along with the fact that the batholith is virtually unaffected by metamorphic processes, indicates that its emplacement occurred at the peak or immediately after the low-grade metamorphism. Considering their geochemical features, broad lateral extent, and lack of sedimentary intercalations, this upper tectonic unit is interpreted as the mid-crustal section of a late Neoproterozoic oceanic arc. The protolith age of the amphibolites in the lower tectonometamorphic unit is similar to that of the Dirgine Batholith; however, this unit experienced amphibolite-facies metamorphism during the late Permian–Middle Jurassic. Hence, this unit is interpreted as representing the lower crustal section of an oceanic arc, together with the amphibolites exposed in the Almacık, Geyve, and Armutlu regions. In the Karadere Region, metamorphic rocks that underwent amphibolite-facies metamorphism are mainly represented by migmatitic gneisses and micaschists. These rocks are subdivided into two distinct domains based on the age and grade of metamorphism: (i) an upper amphibolite-facies domain with peak metamorphism at 568 ± 10 Ma (2σ), and (ii) a lower amphibolite-facies domain with peak metamorphism at 591 ± 6 Ma (2σ). The protoliths of the gneisses in both zones contain abundant detrital zircons, mostly with positive initial εHf values and ages ranging from 0.9 to 2.1 Ga, apart from zircons that grew during metamorphism. Their protoliths were likely deposited in an intracontinental rift setting during the Tonian. The sedimentary sequence from which the Karadere metamorphic rocks were derived represents the oldest known sedimentary succession in Turkey. Both the age spectrum of detrital zircons and the metamorphic conditions indicate that the Karadere units, in contrast to the oceanic units of the Bolu Massif, formed in a continental setting. Consequently, the Istanbul Zone is built over a composite late Neoproterozoic basement consisting of an oceanic arc and a continental domain. The uppermost Cambrian–Middle Ordovician sedimentary rocks, which unconformably overlie both the oceanic arc and the continental domain, exhibit detrital zircon age distributions with major peaks at 601–608 Ma and minor peaks at 701–710 Ma and 1500–1501 Ma. Most of these zircons, especially those of late Neoproterozoic age, show predominantly negative εHf values (ca. 70%), suggesting that the sedimentary succession received detritus largely derived from a continental magmatic arc rather than oceanic arc terranes like the Bolu Massif. These data indicate that the oceanic and continental arc domains had already amalgamated tectonically before the deposition of the uppermost Cambrian-lowermost Ordovician. The metamorphic event dated at 590–600 Ma likely developed within the mid- to lower crust of a continental arc, while the younger metamorphic event (560–575 Ma), coeval with metamorphism in oceanic arc terranes, was probably related to tectonic juxtaposition between continental and oceanic arcs. The Istanbul Zone shares several geological characteristics with other continental blocks of Far East Avalonia. These include: (i) the presence of Tonian-aged sedimentary rocks, (ii) uppermost Neoproterozoic–Middle Ordovician sedimentary rocks mainly derived from late Neoproterozoic magmatic arcs, (iii) the presence of granitic rocks dated at 575–615 and 695–715 Ma (although not directly observed in the Istanbul Zone, the detrital zircon age clusters imply the presence of such magmatism), and (iv) a composite late Neoproterozoic basement composed of both oceanic and continental arcs. These common features suggest that the Istanbul Zone, Pelagonia, Dobrogea, Moesian Platform, and Brunovistulia, though now geographically dispersed and lacking direct connections, were part of a single contiguous continental system during the late Neoproterozoic, not separated by any wide ocean. Upper Neoproterozoic–Cambrian sedimentary successions in Baltica contain a significant proportion of late Neoproterozoic detrital zircon. However, crystalline basement rocks of this age are rare in Baltica, represented only by the Volyn Large Igneous Province (545–580 Ma) and the Timanide Orogenic Belt in the northeastern margin. The Timanide Belt shares significant similarities with the Istanbul Zone, such as (i) the presence of late Neoproterozoic continental and oceanic arc components, (ii) a pronounced latest Cambrian–earliest Ordovician unconformity, and (iii) a passive margin sedimentary sequence extending from the Ordovician to the Carboniferous. These correlations suggest that, like the Istanbul Zone, the Timanide Belt should be considered as an independent continental block that was later accreted to Baltica. Moreover, Cambrian sedimentary sequences in Baltica (e.g., the Kanyliv Series) include detrital zircons with an age range of 611–735 Ma–ages not represented by known Baltican magmatic sources. This further supports their derivation from Far East Avalonian terranes, like the Istanbul Zone. These observations collectively indicate that Far East Avalonia had amalgamated with Baltica by the late Neoproterozoic–early Cambrian. In this context, the basement of the Istanbul Zone was uplifted and intensely eroded during the Cambrian period as a result of continental collision, leading to the near-complete removal of upper crustal units associated with both oceanic and continental arcs. At the same time, Baltica remained a subsiding basin below sea level, where sedimentation continued. The amalgamation of Far East Avalonia with Baltica during the latest Neoproterozoic–early Cambrian challenges the previously assumed continuity of the Avalonian-Cadomian magmatic arc along the northern margin of Gondwana during the late Neoproterozoic and the opening of the Rheic Ocean during the Early Ordovician.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    184270

    Doğu Torosların Mansurlu-Saimbeyli(Adana) kesiminin jeolojisi ve tektotik özellikleri

    Geology and tectonic features of the Mansurlu-Saimbeyli (Adana) area in the Eastern Taurus

    İSAK YILMAZ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2004

    Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi

    Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SİMAV BARGU

  2. Tez No

    333089

    İstanbul ile Sakarya zonları arasındaki pontid-içi kenedinin Armutlu yarımadası doğusundaki evrimi

    The geological evolution of the intra-pontide suture zone at the east of Armutlu peninsula: The boundary between Istanbul and Sakarya zones, Northwest Turkey

    KENAN AKBAYRAM

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2011

    Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Katı Yer Bilimleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ARAL OKAY

  3. Tez No

    232170

    Başıbüyük (Maltepe) - Kurfalı (Kartal) civarında İstanbul paleozoyik istifinin yapısal özellikleri

    Structural features of Istanbul paleozoic sequence around Başibüyük (Maltepe)- Kurfali (Kartal)

    PINAR GUTSUZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Yer Sistem Bilimi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. H. SERDAR AKYÜZ

  4. Tez No

    664903

    Petrogenesis and significance of permian basic and acidic volcanism in the Istanbul zone (nw Turkey)

    İstanbul zonu'ndaki (KB Türkiye) permiyen yaşlı bazik ve asidik volkanizmanın petrojenezi ve önemi

    CUMHUR BABAOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Katı Yer Bilimleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÜLTEKİN TOPUZ

    PROF. DR. ARAL OKAY

  5. Tez No

    535190

    Çavuşbaşı Granodiyoriti'nin yaşı ve petrojenezi

    Age and petrogenesis of the Çavuşbaşi Granodiorite

    ESEN AYANOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İklim ve Deniz Bilimleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÜLTEKİN TOPUZ

Geri Dön