MENDERES MASİFİ GÖRDES ASMASİFİ, DEMİRCİ-BORLU ÇEVRESİNİN METAMORFİZMASI VE APA- TİT KRİSTALLERİNİN FISSION TRACK YAŞ TAYİNLERİ

Transkript

1 MTA Dergisi 111, , 1990 MENDERES MASİFİ GÖRDES ASMASİFİ, DEMİRCİ-BORLU ÇEVRESİNİN METAMORFİZMASI VE APA- TİT KRİSTALLERİNİN FISSION TRACK YAŞ TAYİNLERİ Osman CANDAN*; Cahit HELVACI*;G.BÖHLER** ;G.WALDER** ve T.D.MARK.** ÖZ.- Çalışma alanı Menderes masifinin Gördes asmasifinde, Demirci-Borlu kasabaları arasında yer almaktadır. Bölgede gözlenen metamorfik temele ait birimler alttan üste doğru sillimanit-granat gnays, sillimanit-granat-disten şist, sillimanit-staurolit-granatdisten şist, staurolit-granat şist ve granat mikaşistlerden oluşmaktadır. Distenli şistler arasında gözlenen disten-andaluzit pegmatoyitler Menderes masifine bugünkü durumunu kazandıran son ana metamorfizmanın ürünüdür. Bölgedeki metamorfik temel, I.osen-Oligosende Menderes masifinde son ana metamorfizmaya neden olan Likya naplarının kalıntıları olan allokton birimler taralından tektonik olarak üstlenmektedir. Pegmatitlerden toplanan apatit kristallerinin yaşlan fission-track yöntemiyle saptanmıştır. Erken Oligosen/Erken Miyosen olarak bulunan apatitlere ait bu soğuma yaşları gerek çalışma alanındaki arazi gözlemleri gen-kse Menderes masifinin genelindeki jeolojik verilerle uyum göstermektedir. GİRİŞ Menderes masifi Batı Anadolu'da geniş bir alanda yüzlek veren metamorfik kayalardan oluşmaktadır. Çalışma alanı Menderes masifinin Gördes asmasifinde, Demirci-Borlu kasabaları arasında yer almaktadır (Şek.l). Masif-

2 154 Osman CANDAN; Cahit HELVACI; G. BÖHLER; G. WALDER ve T.D.MARK teki çalışmalar Phillipson'dan (1911) bu yana kesiksiz olarak sürdürülmesine karşın, bölgenin metamorfik tarihi henüz tam olarak açıklığa kavuşturulamamıştır. Bu araştırmanın, Menderes masifinde eksikliği duyulan radyometrik yaş çalışmalarına katkıda bulunacağı düşünülmektedir. Çalışmada özellikle bölgedeki distenli şistler ve bu-şistler içerisinde gözlenen, apatit içeren disten-andaluzit pegmatoyitlere ağırlık verilecektir. Bunun yanı sıra bölgeden elde edilen jeolojik ve radyometrik veriler Menderes masifinin diğer bölgeleriyle korele edilecektir. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Bugün Menderes masifinin birçok yerinin çalışılmış olmasına karşın araştırıcılar arasında hâlâ bölgedeki çekirdek ve örtü birimlerinin ilksel çökelim yaşları ve bu birimleri etkileyen metamorfizma fazları gibi konularda henüz tam bir fikir birliğine varılamamıştır. Bu konularda birçok farklı görüş bulunmaktadır. Zımpara yataklan içeren Menteşe mermerleri masifin güney sınırı boyunca gözlenmektedir. Bu birimleri üstleyen Göktepe formasyonunun yaşı Önay (1949), Kaaden ve Metz (1954) ve Schuiling (1962) tarafından Permiyen olarak verilmektedir. Aynı araştırıcılara göre bu seriler Hersiniyende metamorfizmaya uğramıştır. Akdeniz ve diğerleri (1980) ve Akdeniz ve Konak (1979) Menderes masifindeki serinin ilksel çökelim yaşını Prekambriyen- Paleozoyik zaman aralığı olarak vermekte ve bu metamorfik serilerin Triyas üst Kretase yaşlı metamorfik olmayan birimler tarafından uyumsuz bir dokanak ile üstlenmelerine dayanarak metamorfizmanın yaşını Hersiniyen olarak önermektedir. Diğer taraftan Brinkmann (1966, 1967) Menderes masifinin çekirdeğinin Geç Prekambriyen/Erken Kambriyende metamorfizmaya uğradığını belirtmektedir. Aynı araştırıcıya göre masifin örtü birimlerinin yaşları Alt Juraya kadar devam etmekte ve tüm bu seri Orta Jurada bir kez daha metamorfizmaya uğramaktadır. Yine, Wippern'e (1964) göre şist serisi ve bunları üstleyen Göztepe formasyonunun yaş aralığı Devoniyen-Permokarbonifer olup,en üstte bulunan zımpara içerikli mermerlerin yaşı olasılıkla Triyastır. Araştırıcı, aynı zamanda ana metamorfizmanın yaşını Jura olarak vermektedir. Son yıllarda geniş bir şekilde tartışılmaya başlanan masifin son ana metamorfizmasmın Eosen-Oligosen olduğu görüşü ise ileriki bölümlerde ayrıntılı olarak ele alınacaktır. LİTOSTRATİGRAFİ Arazi gözlemleri ve petrografik çalışmalara dayalı olarak inceleme alanında gözlenen kaya birimleri üç ana grup altında toplanabilir. Bunlar Menderes masifine ait metamorfik kayaçlar, bu metamorfik temeli tektonik dokanaklarla üstleyen allokton birimler ve bu her iki birimi açısal uyumsuzlukla örten Neojen yaşlı volkanit ve sedimentlerdir (Şek.2). Bölgedeki metamorfik temele ait kaya birimleri alttan üste doğru sillimanit-granat gnays, yaygın olarak disten-andaluzit pegmatoyit içeren sillimanit-granat-disten şist ve sillimanit-staurolit-granat-disten şist, staurolitgranat şist ve zımpara yatakları içeren mermer arakatmanlı granat mikaşistler olarak verilebilir. Şekil 3 te bu birimlere ait duraylı mineral topluluklarını gösteren harita verilmektedir. Allokton birimler metamorfik temel üzerinde yataya yakın açılı klipler şeklinde bulunmaktadır. Bunlar başlıca kireçtaşı, konglomera, kumtaşı, şeyl ve ofiyolitik kayaçlardan oluşmaktadır. Aşırı deforme olmuş pelitik kayalar içerisinde iri muskovit ve klorit kristalleri gelişmiştir. Bu mineraller allokton birimlerin yerleşimi sırasında oluşmuştur. Aşırı derecede serpantinleşmiş ultrabazik kayaçlar harzburgit bileşiminde olup, yer yer lâteritik alterasyonlar göstermektedir Dürr (1975), Dürr ve diğerleri (1978), Şengör ve diğerlerine (1984) göre bu allokton birimler, kuzeyden güneye doğru masifin üzerinden geçen Likya naplarının kalıntılarıdır.

3 MENDERES MASİFİ, APATİTLERDE YAŞ TAYİNLERİ 155 Orta Miyosen yaşlı volkanik ve volkano-sedimanter kayalar gerek allokton birimleri gerekse metamorfik temeli açısal uyumsuz dokanaklarla örtmektedir. METAMORFİTLERİN PETROGRAFİSİ Sillimanit-granat gnays Bölgedeki metamorfik serinin en alt düzeylerinde yer alan bu kayaların genel mineral bileşimi kuvars + plajiyoklaz+ ortoklaz + biyotit+ muskovit + sillimanit+ granat + klorit+ apatit+ turmalin+ zirkon olarak verilebilir. Yaygın mortar doku gözlenen bu kayalarda sillimanitler genellikle iki feldispat dokanağında fibrolitler şeklinde gelişmiştir.

4 156 Osman CANDAN; Cahit HELVACI; G. BÖHLER; G. WALDER ve T.D.MARK

5 MENDERES MASİFİ, APATİTLERDE YAŞ TAYlNLERi 157 Distenli şistler Bu kayalar mineral bileşimlerine göre istifin alt düzeylerinde sillimanit-granat-disten şist, üst düzeylerinde ise sillimanit-staurolit-granat-disten şist olmak üzere iki gruba ayrılmaktadır. Distenli şistler özellikle siyahmorumsu siyah renkleri ve 7-8 cm boyuta ulaşabilen disten, Staurolit ve granat porfiroblastları ile çok tipiktir (Şek.4). Sillimanit-granat-disten şistlerin genel mineral bileşimleri kuvars+ plajiyoklaz (An 27-30)+disten + sillimanit + granat + biyotit+ muskovit + klorit + apatit+ zirkon+ turmalin+ sfen olarak verilebilir. Kayaçlardaki sillimanitler oluşum şekillerine göre iki grup altında toplanabilir. Yaygın tür iki feldispat dokanağında gelişen fibrolitik sillimanitlerdir. ikinci grubu, ilerleyen metamorfizmada ısı artışına bağlı olarak distenlerden itibaren gelişen polimorfik dönüşümler oluşturur (Şek.5). Granatlar almandin türü olup, Alm 77 Prp 19 Grs 4 bileşimindedir. Bu kayaçlardaki kloritlerin tümü ikincildir ve biyotitten itibaren retrograt olaylarla oluşmuştur. ikinci grubu oluşturan sillimanit-staurolit-granat-disten şistlerin genel mineral bileşimleri ise kuvars + plajiyoklaz (An 23-25) + sillimanit+ disten + andaluzit+ Staurolit+ granat+ biyotit+ muskovit + klorit+ apatit+ zirkon+ turmalin + sfendir. Bu grupta sillimanit-granat-disten şistlerden farklı olarak Staurolit ve andaluzit bulunmaktadır. Staurolitler aşın kırıklı olup,klorit ve serisite dönüşüm göstermektedir. Bu şistler içerisinde Al 2 SiO 5 polimorflarının (disten-andaluzit-sillimanit) tümünün gözlenebilmesine karşın petrografik ve dokusal veriler bu polimorfların bir arada dengede bulunmadığını göstermektedir. Distenden itibaren ısı artışına bağlı olarak sillimanite ve basınç düşmesine bağlı olarak andaluzite dönüşümler çok yaygındır. Disten-andaluzit pegmatoyitler Boyutları metreye kadar ulaşan disten-andaluzit pegmatoyitler disten içeren şistlerde yaygın olarak gözlenmektedir. Mercek ve elipsoid şekilli olan bu kayaçlar dipsiz yapılar olup, çevre kayanın şistozitesine paralel

6 158 Osman CANDAN; Cahit HELVACI; G. BÖHLER; G. WALDER ve T.D.MARK Disten-andaluzit pegmatoyitlerin genel mineral bileşimleri kuvars+ plajiyoklaz (An 6) + disten + sillimanit+ andaluzit + Staurolit +granat + biyotit + muskovit + klorit+ apatit + Zirkon + grafit + rutil + diyaspor olarak verilebilir. Kayaçlardaki en baskın mineral distendir. Beyaz açık mavi lacivert ve yedilin tonlarında renklere sahip olan distenler kuvvetli bir tektonizmanın izlerini taşırlar.

7 MENDERES MASİFİ, APATİTLERDE YAŞ TAYİNLERİ 159 İkinci baskın mineral açık pembe renkli andaluzit olup genelde serisite dönüşüm gösterir. Bu mineraller distenden itibaren polimorfik dönüşümler yolu ile oluşmuşlardır (Şek.7). Yine çok az miktarda gözlenen sillimanitler ısı artışına bağlı olarak benzer yolla oluşturulurlar. Fe-staurolit, granat (Alm 76 Prp 2 Grs 22 ), biyotit, muskovit ve biyotitten itibaren dönüşüm yolu ile oluşan klorit (piknoklorit ve ripidolit) pegmatoyitlerdeki diğer yaygın minerallerdir. Disten-andaluzit pegmatoyitlerin önemli bir üyesi, boyutları nadiren 7-8 cm ye ulaşan açık yeşil renkli apatit kristalleridir (Şek.8). Optik ve difrak-

8 160 Osman CANDAN; Cahit HELVACI; G. BÖHLER; G. WALDER ve T.D.MARK tometre çalışmaları, distenlerle iç içe büyüyen ve çevre kayanın mineral lineasyonuna paralel bir uzanım gösteren bu minerallerin "flour-apatit" türü olduğunu göstermiştir. Bu veriler apatitlerin kristalizasyonunun metamorfizma ile eş zamanlı olduğunu ortaya koymaktadır. Disten-andaluzit pegmatoyitler bölgeyi etkileyen yüksek derece metamorfizması sırasında çevre kayayı oluşturan alüminyumca zengin distenli şistlerden AI, Si, K gibi elementlerin yanal göçü yolu ile oluşturulmuştur (Candan ve Dora, 1984-, Candan, 1988). Bu pegmatoyitlerin sadece disten içeren şistlerde gözlenmesi element göçünün çok kısa mesafelerde gerçekleştiğini göstermektedir. Bazı pegmatoyitlerde % oranına ulaşabilen temiz ve iri disten kristalleri ekonomik değere sahip bulunmaktadır. Bugün yaygın olarak işletilmekte olan bu kayaçlar sanayide refrakter hammaddesi olarak kullanılmaktadır. Staurolit-granat şist Sillimanit-staurolit-granat disten şistler staurolit-granat şistler tarafından uyumlu olarak üstlenmektedir. Yaygın muskovit-kuvars şist ve zımpara yataklı mermer arakatmanları içeren bu kayaların genel mineral bileşimleri kuvars + plajiyoklaz + biyotit + Staurolit+ granat + apatit+ zirkon olarak verilebilir. Granat mikaşist Muskovit-kuvars şist ve mermer arakatmanlarının sıkça gözlendiği bu kayalar bölgedeki metamorfik serinin en üst düzeylerini oluştururlar. Granat mikaşistlerin genel mineral bileşimleri kuvars + plajiyoklaz + biyotit + muskovit + klorit + granat + zirkondur. DENEYSEL SONUÇLAR Fission-track yaş tayinine ait temel teori Fleischer ve diğerleri (1975) tarafından yeniden gözden geçirilmiştir. Söz konusu yönteme ait önemli noktalar aşağıda özetlenmektedir : Minerallerdeki fisyon izleri artan sıcaklığın etkisiyle kısmen annealing olduğundan düzeltilmemiş fission - track yaş formülünün düzeltilmesi gerekmektedir. Bu düzeltme yöntemlerinden biri, ısıtılmış bir mineralde fisyon iz uzunluğunun, iz yoğunluğu azalmasıyla belli bir oranda azaldığı gözlemi üzerine kurulmuştur. Apatitler için düzeltilmiş fisyon iz yaşı Mark ve diğerlerine (1973) göre aşağıdaki şekilde verilmektedir.

9 MENDERES MASİFİ, APATİTLERDE YAŞ TAYlNLERi 161 törü (apatitler için K: uzunluk oranı. l i /l s ; Mark ve diğerleri, 1973),l i /l s : indüklenmiş ve kendiliğinden fisyon izlerinin ortalama Mark ve diğerleri (1973), bu düzeltilmiş (tı min ) yaşının, l min için jeotermal annealing yoluyla fisyon iz uzunluğunun azaltılması için gerekli zaman olduğunu belirtmektedir. Mikroskopta gözlenebilen yataya iz düşürülmüş bu minimum izler apatitlerde 2 pm dur. Diğer bir deyişle tl min, bugün gözlenebilen en kısa uzunluktaki iz yaşıdır. Eğer iz uzunluk oranı olan K, (1) veya (2) no.lı formülde göz ardı edilirse, yani K: l i /l s l e eşitlenirse, düzeltilmemiş fisyon iz yaşı, t, değeri elde edilir. Mark ve diğerlerine (1973, 1981 a, 6; Mark ve Mark, 1982) göre, teorik olarak hesaplanmış olan Tl min ısı değerine karşılık gelen düzeltilmiş ve ölçülmüş fisyon iz yaşı sayesinde minerallere ait doğrusal veya üstel soğuma oranlarını saptamak olasıdır. Tam olarak sıcaklık ve yaş saptamalarını elde etmede kullanılabilen bu hesaplama (Bertagnolli ve diğerleri, 1981), Mark ve diğerleri (1981, a,b), Mark ve Mark'de (1982) ayrıntılı olarak verilmektedir. Apatit örneklerinin preparasyonu Koark ve diğerlerinde (1978) olduğu gibi yapılmıştır. Bu iz yoğunluktan, faz sabitli bir Leitz Orthoplan mikroskobuyla donatılmış doku analizleme sistemiyle sayılmıştır. Bu çalışmada, apatit örneklerine ait değerlerin ölçümünde Durango apatiti standart olarak kullanılmıştır (Mark ve diğerleri, 1981 b). Çizelge l de sayılan iz yoğunlukları ve iz uzunluk oranları verilmektedir. İndüklenmiş izler annealing edilmiş örneklerin 9.36 x n/cm lik bir nötron akışıyla ışınlanmasıyla elde edilmiştir. Aynca Çizelge l de düzeltilerek saptanmış fisyon iz yaşlan ve bunlara karşılık gelen sıcaklıklar verilmektedir. Çizelgede verilen bu yaş değerleri, lâboratuvarlafımızda ek olarak ölçülen 21, 27 ve 35 my değerleri ile de doğrulanmıştır. Aynca A 2, A 3 ve A 4 örneklerine karşılık gelen 22.5, 41.5 ve 26 ppm lik uranyum konsantrasyonları da Mark ve diğerleri (1974) tarafından önerildiği şekilde saptanmıştır. TARTIŞMA VE SONUÇLAR Menderes masifini oluşturan örtü birimlerinin ilksel sedimantasyon yaşının, daha önceki görüşlerin aksine Tersiyere kadar devam ettiği düşüncesi son zamanlarda birçok araştıncı tarafından benimsenmeye başlanmıştır. Çağlayan ve diğerlerine (1980) göre, masifteki sedimantasyonun yaşı üst Paleosene kadar devam etmektedir. Aynı araştırıcıya göre zımpara içeren mermerler paleontolojik bulgulara göre Triyas-Üst Kretase, bunları üstleyen pembe renkli mermerler ise üst Paleosen yaşındadır. Aynı pembe renkli mermerlerin yaşı Gutnic ve diğerlerine

10 162 Osman CANDAN; Cahit HELVACI; G. BÖHLER; G. WALDER ve T.D.MARK (1979) göre ise Eosendir. Dürr ve diğerleri (1978), masifteki serilerin sedimantasyonunun Alt Tersiyere kadar devam ettiğini ve migmatizasyon aşamasına kadar ulaşan Barrow tipi ana metamorfızmanın Eosende gerçekleştiğini savunmaktadır. Andriessen ve diğerleri (1979), Naksos adasındaki Menderes masifine ait zımpara yatakları içeren seride radyometrik verilere göre üç ana metamorfik faz ayırtlamıştır. Anateksis aşamasına kadar ulaşan orta basınç/ yüksek sıcaklık türü metamorfızmanın yaşı Oligosen-Alt Miyosendir ( my). Şengör ve diğerleri (1984); Akkök ve diğerleri (1984) masifin birimlerini Eosene kadar devam ettirmekte ve ana metamorfik fazı Eosen - Oligosen arasına koymaktadır. Bu sonuç my da yoğunlaşan radyometrik veriler ile de uyum sağlamaktadır. Menderes masifinin bu ana metamorfizması Şengör ve diğerlerine (1984) göre Neotetis boyunca Geç Paleosen yaşlı çarpışmanın bir ürünü olup bu evrede masif Likya naplarının altına gömülmüştür. Özet olarak, Menderes masifini etkileyen ana metamorfizma konusunda Hersiniyen (Önay, 1949; Kaaden ve Metz, 1954; Schuiling, 1962; Akdeniz ve Konak, 1979), Orta Jura (Brinkmann, 1966, 1967; Wippern, 1964) ve Eosen-Oligosen (Andriessen ve diğerleri, 1979; Şengör ve diğerleri, 1984; Akkök ve diğerleri, 1984) olmak üzere üç farklı görüşten söz edilebilir. Çalışma alanı, mineral parajenezleri baz alındığında Menderes masifinin orta kesiminde yer alan ödemiş asmasifi ile büyük benzerlik sunmaktadır. Buna ek olarak bölgedeki mermerlerde gözlenen zımpara yatakları nedeniyle inceleme alanının Menderes masifinin güney kanadı ile de korelasyonu mümkün olmaktadır. Petrografi bölümünde, disten-andaluzit pegmatoyitlerin bölgeyi etkileyen yüksek derece metamorfizması sırasında, yan kayaçtan bazı elementlerin göçleri ile oluştuğuna değinilmişti. Bu nedenle, pegmatoyitlerin masife bugünkü şeklini kazandıran ana metamorfızmanın ürünü olduğu kabul edilmektedir. Distenlerle birlikte büyüme gösteren apatitlerden yararlanarak son metamorfızmanın yaşına ulaşılmaya çalışılmıştır. Çizelge l de bu apatitlere ait fission-track sonuçlan verilmektedir. Bu verilerden de anlaşılacağı gibi apatitlere ait bu soğuma yaşları Alt Oligosen-Alt Miyosen arasında yer almaktadır. Bu sonuçlar, gerek masiften bugüne kadar elde edilen veriler gerekse Yunan adalarındaki radyometrik çalışmalarla büyük uyumluluk göstermektedir (Andriessen ve diğerleri, 1979). Çalışma alanında filiş, kireçtaşı ve serpantinitlerden oluşan allokton birimler metamorfik temeli tektonik dokanaklarla üstlemektedir. Bu allokton birimler Eosen-Oligosende Menderes masifinin üzerinden geçişlerini tamamlayan ve masifteki son ana metamorfizmaya neden olan Likya naplarının kalıntılarıdır. Bu jeolojik bulgular da, apatitlerden elde edilen yaşları desteklemektedir. Şengör ve diğerleri (1984), Batı Anadolu'nun jeotektonik evriminde Menderes masifinin son ana metamorfizmasını Orta Eosen-Erken Oligosene koymakta ve Oligosen sonu ile Miyosen başında masifin yükselerek soğuduğunu belirtmektedir. Çalışma alanındaki apatitlerden elde edilen Alt Oligosen-Alt Miyosen arasında değişen soğuma yaşlan yukarıda söz edilen son ana metamorfizma sonrası masifin soğuma ve yükselme evresi görüşünü desteklemektedir. DEĞİNİLEN BELGELER Yayına verildiği tarih, 26 Eylül 1989 Akdeniz, N. ve Konak, N., 1979, Menderes masifinin Simav dolayındaki kaya birimlerinin ve metabazik, metaultrabazik kayaların konumlan: TJK Bült., 22, ; ve Armağan, E., 1980, Akhisar (Manisa) güneydoğusundaki Alt Mesozoyik kaya birimleri: TJK Bült., 2,

11 MENDERES MASİFİ, APATİTLERDE YAŞ TAYİNLERİ 163

12 164 Osman CANDAN; Cahit HELVACI; G. BÖHLER; G. WALDER ve T.D.MARK Mark, T.D.; Vartanian, R.; Purtscheller, F. ve Pahl., M., 1981 a, Fission-track amealing and application to the dating of Austrian sphene: Acta. Puhs Austria, 53, ; Pahl, M. ve Vartanian, R., 1981 b, Fission-track annealing and fission-track age/temperature relationship in sphene: Nuclear Technology, 52, Önay, T., 1949, Über die Schmirgelgesteine SW-Anatoliens: Schw.Min.Petr.Mitt. Bd., 29, Phillipson, A., 1911, Reisen und Forschungen in Westlishen Kleinasien: Pet.Mitt.Erg.Heft , Gotha. Schuiling, R., 1962, Türkiye'nin güneybatısındaki Menderes Migmatit kompleksinin petrolojisi, yaşı ve yapısı hakkında: MTA Derg., 58, 71-84, Ankara. Şengör, C.; Satır, M. ve Akkök, R., 1984, Timing of tectonic events in the Menderes Massif, Westem Turkey: implications for tectonic evolution and evidence for Pan-African basement in Turkey: Tectonics, 3, 7, Spadavewhia, A. ve Hahn. B., 1967, DieRotationskammer und einige Anwen dungen: Helv.Phys.Acta, 40, Wippem, J., 1964, Menderes masifinin Alpidik dağ teşekkülü içindeki durumu: MTA Derg., 62, 71-80, Ankara.