MTA Dergisi 116, 81-95, 1994 SİVRİHİSAR NEOJEN BASENİNDEKİ GÖLSEL DOLOMİTLERİN PETROGRAFİSİ VE OLUŞUM KOŞULLARININ DURAYLI İZOTOPLAR (8 18 O; 8 13 C) YARDIMIYLA YORUMLANMASI Zehra KARAKAŞ' ve Baki VAROL* ÖZ Sivrihisar Neojen (Üst Miyosen-Pliyosen) basenini temsil eden gölsel birimler içerisindeki, dolomit ve dolomitli kiltaşları jipslerle birlikte en yaygın litoloji topluluğunu oluştururlar. Mikrokristalin (dolomikrit) özellikli dolomitler, taramalı elektron mikroskobu çalışmalarında öz şekilli, yarı sferoidal ve sferoidal şekilde olmak üzere farklı petrografik tiplere ayrılmıştır. Bu tiplerden elde edilen S 18 O ve 6 13 C duraylı izotop değerleri de aşağıdaki şekilde üç grup içerisinde toplanır: 1) 6 18 O: -1 ile «4 %o; 8 13 C: -4 ile +0.5 %o; 2) 6 18 O: -6 ile -1 %o; 6 13 C: -3 ile -1 %o; 3) 8 18 O: -5 ile +2 %o; 8 13 C: -1.5 ile 0.0 %o. Dotomitlerdeki petrografik tipler ile bunların duraylı izotop değerlerindeki farklılıklar, Neojen göl basenindeki iklimsel ve hidrodinamik koşulların etkisinde bulunan sıcaklık, tuzluluk ve biyojenik aktivitenin değişimini yansıtır. Dolomitler su dengesi ve tuzluluğu sürekli değişen göllerde meydana gelmişlerdir. Alkalin dolomit gölleri, kuraklığın üst sınırlarında manyezit ve stronsiyaniderin çökelmesini sağlayan ufak gölcüklere dönüşmüştür. Göl alanına, tadı su gelimi veya yeraltı suyu yükselimiyle gerçekleşen tuzluluk azalımı, 8 18 O değerlerindeki eksilmeyle anlaşılmaktadır. Bu evrelerde gelişen bataklıklar dolomitti sepiyolitlerin oluşumuna uygun ortamsal şartları hazırlamışlardır. Sivrihisar Neojen baseni dolomitleri, derinliği ve tuzluluğu sürekli değişen göl alanlarında depolanmışlardır. Göl ortamındaki her değişim dolomitlerin kristal şekli ve duraylı izotop değerlerindeki farklılığa neden olmuştur. Bu özellikleriyle Sivrihisar Neojen gölsel dolomitleri, jeoloji kayıtlarında tanımlanan değişken tuzluluklu dolomitlere (schizohaline dolomite) tipik bir örnek oluşturmaktadır. GiRiŞ Dolomit ve dolomitleşme. sedimanların erken ve geç diyajenetik süreçlerinde gelişen bir dizi karmaşık olayın sonucudur. Bugüne kadar bu oluşumlar üzerine çok sayıda teori ve model üretilmiştir (Hardie, 1987). Özellikle denizel istifler arasında yer alan dolomitler karmaşık yapıları, çeşitlilikleri ve ekonomik potansiyelleri açısından daha çok çalışılmış ve yayınlanmıştır. Gölsel dolomitler ise saha ölçeğinde basit iç yapıları ve oldukça homojen görünümleri nedeniyle daha az ilgi çekmiştir. Bunların büyük bölümünün buharlaşma ve tuzluluk ile birlikte Mg/Ca oranının arttığı sığ göllerde birincil (doğrudan çökelimli) veya erken diyajenetik (karbonatlı çamurun ornatımı) olarak meydana geldiği ortaya konulmuştur (Müller, 1968; Müller ve Irion, 1969; Irion, 1970). Birçok çalışmada, gölsel dolomitler ince kristalli (dolomikrit) olarak tanıtılmıştır. Son yıllarda kalın ve tekdüze gölsel dolomitlerin oluşumları güncel dolomit göllerinde izlenmiştir (Von Der Borch ve Lock, 1979). Her türlü atmosferik olaylara açık ve mevsimsel değişimlerden etkilenen gölsel dolomitlerin incelenmesi için yalnızca saha ve petrografi verileri yeterli olmamaktadır, özellikle 5 18 O ve 8 18 C duraylı izotoplarının incelenmesi, fosil göl alanlarını etkileyen farklı iklimsel ve hidrodinamik koşulların çözümlenmesinde ve bunlara bağlı olarak da göl ortamlarındaki tuzluluk ve biyolojik değişimler ile bu göl alanlarının kuruması, daralması veya genişlemesi gibi farklı evrelerinin izlenmesinde çok yararlı bilgiler sağlamaktadır (Talbot, 1990; Talbot ve Kelts, 1990). Ayrıca, bu tür değişken karakterli göl ortamları sepiyolit, manyezit, bentonit, stronsiyanit gibi ekonomik değere sahip minerallerin depolandığı alanlar olmaktadır (Bellanca ve diğerleri, 1992). Sivrihisar Neojen göl baseninde izlenen yaygın dolomit oluşumları, yukarıda belirtilen kavramların test edilmesi için uygun bir alan oluşturmaktadır (Şek. 1). Bu çalışma gölsel dolomitlerin petrografik ve duraylı izotop karakterlerinin birlikte yorumlanmasını temel almıştır. Elde edilen veriler, bu dolomitlerin oluşum sürecinde gölsel alandaki farklı iklimsel, hidrodinamik ve biyojenik koşulların tanımı ile birlikte bunların ortamsal değişime olan etkilerinin incelenmesinde kullanılmıştır. MATERYAL VE YÖNTEM Dolomit örnekleri Sivrihisar ilçesinin 13 km. güneydoğusunda 1000 km 2 'lik bir alanda, Kuşaklıbayır, Inûstü, Uyuzpınarı, Tatar, İlyaspaşa ve Tilkiçek yayla olarak isimlendirilen 6 ölçülü kesitten derlenmiş olup toplam 40 adettir (Şek. 1 ve 2). Ankara Üniversitesi Fen Fakültesi, Jeoloji Mühendisliği Bolümü, 06100 Tandogan, Ankara.
Zehra KARAKAŞ ve Baki VAROL
SİVRİHİSAR NEOJEN BASENİ
Zehra KARAKAŞ ve Baki VAROL Saha çalışmalarında, dolomitler mikrokristalin dokuları, çatlaklı yapıları ve beyaz renk özelliği ile ayrılmıştır. Laboratuvarda tüm kayaç analizi ve mineralojik tayinler için XRD kullanılmış ve elde edilen çekimlerde dolomitler 2.89 A, 2.19A ve 1.79 A 'daki karakteristik pikleriyle tayin edilmiştir. Bu işlem Philips PW 1140 model X-lşınları difraktometresiyle gerçekleştirilmiştir. Görüntü incelemeleri ve mikro doku analizleri JEOL marka Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), yarı kantitatif nokta analizleri ise aynı sisteme bağlı Tracor marka enerji ayırımlı X- Işınları spektrometresi (EDX) yardımıyla yapılmıştır. Seçilmiş toplam 20 örnek üzerinde yürütülen duraylı izotoplar (8 18 O ve S' 3 C), Varion Mat 250 tipindeki kütte spektrometresinde özel olarak hazırlanan çözeltilerden ölçülmüştür. Bunun için Epstein ve diğerleri (1964) ile Becker ve Clayton (1972) tarafından önerilen metot kullanılmıştır. STRATİGRAFİ Dolomitler, jips, kiltaşı, marn ve kireçtaşlan ile birlikte Sakarya formasyonu içerisinde yer alır (Karakaş ve Varol, 1993). Bu formasyondaki marnlı birimlerde ostrakodlardan Cyprinotus salinus (Brady), Candona neglecta Sars, Candona cf. compressa (Koch), Candona cf. angulata Mueller, llyocypris cf. gibba (Ramdohr), Cyprideis cf. torosa (Jones), Cyprideis cf. heterostigma (Reuss), Pseudocandona sp., Candonopsis sp. fosilleri tespit edilmiştir. Ayrıca, marnlı dolomit örneklerinde Compositae tip polen, Pityosporites spp., Tricolporopollenites spp., Monoporopollenites sp., Ovoidites spp., Monocolpopollenites trachycaıpoides, Periporopollenites multiporatus polenlerine rastlanılmıştır. Kireçtaşı örneklerinde ise gastropodlardan Coretus sulekianus Brusina, Gyraulus radmanesti Fuchs, Bulimus sp., Pisidium sp., Hydrobia sp., Valvata sp. fosilleri bulunmuştur. Ostrakod ve polenlere göre tüm birimin yaşı Üst Miyosen-Pliyosen olarak saptanmıştır. Ayrıca, Tilkicek yayla bölgesinde dolomitleri örten kireçtaşı seviyelerinden toplanan çok iyi korunmuş gastropod fosilleri Dasiyen (Alt Pliyosen) yaşını vermiştir. Sakarya formasyonu, altta çörtlü kireçtaşı, marn, kiltaşı ve ince turba damarlarıyla temsil olunan İlyaspaşa formasyonu (Alt-Orta Miyosen), üstte ise kırmızı renkli akarsu çökelleri içeren Kepen formasyonu ite açılı uyumsuz ilişkidedir (Karakaş ve Varol, 1993) (Sek. 3). Dolomitlerin ağırlıklı olarak temsil edildiği Sakarya formasyonu içerisindeki farklı kayaç grupları, birbirleriyle yanal ve dikey ilişki içerisindedir (Şek. 2). Özellikte Kuşaklıbayır kesit alanındaki masif ve tabakalı jipsler, Inûstü tepe kesitindeki jipsli dolomitlere, jipsli dolomitler ise killi dolomitlere parmaklanma şeklinde geçişler gösterirler. DOLOMİTIK BiRİMLERİN FASİYES ÖZELLiKLERi inceleme alanındaki dolomitlerin beyaz renk ve ince-orta kalınlıkta tabakalanma, tebeşirimsi görünüm, konkoidal kırıklar ile bol çatlaklı yapıları ortak karakterleridir. Bu tekdüze görünüm içerisinde dolomit fasiyeslerinin ayrılmasında, daha çok bunlara eşlik eden diğer kayaç gruplarının özellikleri ön planda tutulmuştur. Evaporitli, killi ve kalkerli olan bu kayaç gruplarının dolomitlere katılım miktarlarına göre fasiyesler jipsli, killi ve saf dolomitler olmak üzere üç farklı tipe ayrılmışlardır. 1- Jipsli dolomitler: Dolomitler içerisinde farklı kristallenme tipinde ve değişik oranda jips kristalleri bulunduran seviyeler jipsli dolomit fasiyesi olarak tanımlanmıştır. Bu fasiyesi temsil eden dolomitlerin büyük bölümünde jips kristalleri diskoidal, jips gülü ve kırlangıç kuyruğu ikizi şeklinde olup, kahverengiyeşil renk özellikleri ile karakteristiktir (Sek. 4a). Bunlar, dolomitler içerisinde serbest büyüme formunda saçılmış kristaller halinde veya çatlak dolgusu şeklinde gelişmişlerdir. Çatlak dolguları daha çok düşük oranda (% 10-15) kil içeren dolomitli seviyelerde bulunur. Bunların tipik örneklerini Uyuzpınarı, Inûstü ve İlyaspaşa kesit alanlarının taban seviyelerinde görmek mümkündür. Bu fasiyes yer yer de beyaz renkli Prizmatik jips kristallerinden oluşan tabakalı ve masif jips düzeylerinin ardalanması şeklinde izlenir. Bunlarda ters derecelenmeler, mikroparalel ve çapraz laminasyonlar ile çok zayıf dalga kırışıklıkları görülür, inceleme alanında tek bir bölgeye özgün olan bu tür jipsli dolomitler, Kuşaklıbayır kesit alanının taban düzeylerini oluşturur (Şek. 2). Doğuya doğru incelen bu seviyeler aynı fasiyesin serbest jips kristalli dolomitlerine yanal geçiş gösterirler. Ayrıca, Kuşaklıbayır kesit alanında tabakalı ve masif jipslerin üzerinde çatlak dolgulu dolomitli jips düzeyler yer alır ve bunlar üste doğru da jipsli kireçtaşlarına geçer (Sek. 2).
SİVRİHİSAR NEOJEN BASENİ Şek. 3- inceleme alanındaki Neojen birimlerinin genelleştirilmiş dikme Kesiti. 2- Killi dolomitler: Bu fasiyesi oluşturan dolomitler, gevşek ve toprağımsı bir görüntüye sahip olup. bileşimlerinde en az % 20'den fazla kil minerali bulundururlar. Buradaki killer renk özelliklerine göre yeşil ve beyaz killer olarak iki grup altında toplanmışlardır. Yeşil killer, smektitillıt-klorıt grubu kil mineralleri ile karakterize olurlar. Bu kil mineralleri İlyaspaşa ve Tilkicek yayla
Zehra KARAKAŞ ve Baki VAROL Şek. 4a- Dolomitler içerisinde çatlak dolgusu tarzında gelişen kahverengi renkli jips gülleri (Kuşaklıbayır tepe). kesit alanlarında bentonit tipi killeri oluştururlar (Şek. 2). Bunlar saf dolomit birimler ile ardalanmalı olarak bulunurlar. Ayrıca, yeşil killere eşlik eden dolomitler arasında yer yer kireçtaşı katılımları da izlenir. Tilkicek yayla kesitinde kireçtaşlan değişik kalınlıkta birkaç seviye olarak tekrarlanır. Aynı fasiyeste ikinci grubu oluşturan beyaz renkli killer ise sepiyolitik killerdir. Bunlar saf veya değişik oranda dolomitle karışmış olarak bulunurlar. Bu dolomitler, bol çatlaklı, yer yer de breşik karakterli olup, özellikle de kök izleri boyunca killerle (sepiyolit) dolgulanmıştır. Organik madde katılımı yüksek olan kahverengi killi seviyelerde dolomit oranı % 5 veya daha aşağıya düşer ve bunlar saf sepiyolit yataklarını oluştururlar. Dolomit oranının yükselmesiyle birlikte renk yeniden beyaza dönüşüm gösterir. Bu fasiyes içerisindeki kil+dolomit +organık madde oranına göre renk değişimleri tipik olarak Inûstü, Tatar, İlyaspaşa ve Tilkicek yayla kesit alanlarında gözlenir. Son iki kesit yerindeki killi (sepiyolit li) dolomit fasiyesi içerisinde ayrıca, birkaç metre kalınlığında ve merceksi biçimli manyezit oluşumu da izlenir (Şek. 4b). 3- Saf dolomitler: içerisinde jips, kil gibi herhangi bir katkı bulundurmayan, tekdüze dolomitlerdir. Bunlarda tümüyle dolomitlerle doldurulmuş bitki kalıpları yaygındır. Bu fasiyes, jipsli ve killi dolomit fasiyeslerine yanal yönde geçiş yapar. Bazı alanlarda da kireçtaşlan ile kamalanır. Daha dar ölçekte jipsli dolomit fasiyesi ile konkoidal kırıklı ve zayıf kil mineralleşmesi (sepiyolitli) gösteren seviyeler şeklinde ardalanmalar oluşturur. Özellikle bu iki fasiyes ardışıklığı Kuşaklıbayır kesit alanı için karakteristiktir (Şek. 2). PETROGRAFİK TİPLER Yukarıda tanımlanan dolomit fasiyeslerinden derlenen örnekler polarizan mikroskop altında dolomikrit özelliği gösterirler. Jipsli dolomit örneklerinde dolomikrit matriks içerisinde yayılmış bireysel jips kristalleri serbest büyüme formundadırlar. Bu kristaller dolomit ornatmasını (ramplasmanı) işaretleyen kapantıları veya düzensiz kristal sınırlarını göstermezler. Dolomitler daha çok sıvanma tarzında jips kristallerini çevrelerler. Bu tür oluşumlar, yumuşak dolomit çamuru içerisinde kovucu (displacive) tarzda gelişen jips kristalleri
SİVRİHİSAR NEOJEN BASENİ Şek. 4b, Killi ve saf dolomit ardalanması (Tilkicek yayla), a) Beyaz killi dolomit (killi dolomit); b) Yeşil killi dolomit (killi dolomit); c,) AU kireçtaşı; c 2 ) Üst kireçtaşı; d) Dolomit (saf dolomit); e) Sepiyolit. olarak tanıtılıp, tuzluluk oranı artan gözenek suyuna bağlanmıştır (Masson, 1955; Arakel, 1980; Cody ve Cody. 1988; Rosen ve VVarren, 1990; Magee, 1991), Bir tabaka geometrisi oluşturmadan yalnızca dolomit çatlaklarını dolduran, çoğunlukla kahverengi renkli ve çeşitli tipteki jips kristalleri ise giderek kuruyan dolomitik göl alanlarında toprak elementleriyle zenginleşen evaporitik zemin suyunun kuruma çatlakları kontrolünde yükselimini işaretleyen önemli bir oluşumdur (Cody ve Cody. 1988) Jipsli dolomitlerde anhidrıt çok enderdir. Bunlar yalnızca ince dolomit tabakaları ile ardalanan masifjips seviyelerinin birkaçında birkaç mm.'lik anhidrit kabuk olarak meydana gelmiştir. Dolomitler içerisinde bireysel jipslerin kalıplarına sıkça rastlanır. Bu da tatlı su yıkanmalarını işaretler. Killi dolomitlerde kuruma çatlakları ve kök kalıpları yanında breşleşmeler izlenir. Çoğu kez bu kök kalıpları ve breşik alanlar içerisinde sepiyolit dolguları bulunur. Saf dolomitler ise genellikle homojen bir yapıya sahiptirler. Bunlar içerisinde mikro yumrulanma. topraklaşma ile birlikte oksidasyon ve seyrek olarak algsi izlere rastlanır. Yukarıda fasiyes Özellikleri verilen dolomitler (dolomikrit) elektron mikroskobu (SEM) ile incelendiğinde öz şekilli, yarı sferoidal ve sferoidal şekilde farklı tiplere ayrılırlar (Bellanca ve diğerleri, 1993). Öz şekilli kristaller: Bunlar 2-5 mikron boyunda ve rombik şekilli dolomit kristalleri (Şek. 5a) olup yoğun olarak jipsli dolomit fasiyesinde izlenirler. Limpid dolomit kristali olarak da tanımlanan bu tip, Folk ve Land'in (1975) çalışmalarında değişken tuzluluklu (schizohaline) ortamların bir ürünü olarak tanıtılmışlardır. Ayrıca, bu tip kristallere killi (sepiyolitli) dolomit fasiyesinde de rastlanır. Bunlar, sepiyolit liflerinin oluşturduğu lif demetleri arasına çökelen sferoidal dolomitlerle kısmen karışmış haldedirler. Sferoidal ve yarı sferoidal kristaller" Sferoidal ve yarı sferoidal dolomit kristalleri terminolojik olarak Von Der Borch ve Jones (1976) ile Amin- Garroussı (1988) tarafından yapılan çalışmalardan alınmıştır. Bu kristallerde dolomitlerin tipik rombik yapıları kaybolmuş ve çoğunlukla yuvariağımsı tarz da gelişen kristal şekillerini almıştır (Şek. 5b ve 6),
Zehra KARAKAŞ ve Baki VAROL Şek. 5a- Jipsli dolomit fasiyesinde gelişen öz şekilli (D) dolomit kristalleri. Şek. 5b- Sferoidal ve levhamsı (D) dolomit kristalleri içerisinde çevresel çözünmelerle gelişen rnikrogözenekler (M). Şek. Sc- Sepiyolit lif demetleri arasındaki sferoidal ve yan sferoidal şekilli dolomit kristalleri. Ayrıca, bunlarda soğan zarı tarzında (levhamsı) bir büyüme Özelliği de izlenmektedir. Bu tip kristalleri içeren seviyeler çoğu kez alttan ve üstten Öz şekilli dolomit kristallerini bulunduran seviyelerle sınırlanmıştır. Bu öz şekilli dolomit kristalleri arasında da yer yer çevresel çözülme ile köşe ve kenarları silinmiş, yarı sferoidal şekilli dolomit kristalleri izlenir. Bu çözünmelerin aktif olduğu kısımlarda aynı zamanda
SİVRİHiSAR NEOJEN BASEN) kristal arası gözenek gelişimi de yüksek orandadır (Şek. 5b ve 6). Genelde tüm sferoidal kristalli dolomit seviyelerinde diatome kavkılarına ve arise yukarıda da belirtildiği gibi ya rombik kristallerin çevresel çözünmesinden veya birkaç evreli (zarsı) dolomit kristallerinden meydana gelmiş- Şek. 6- Farklı dolomit tiplerinin birbirine geçişini gösterir şema. tıklarına sıkça rastlanır. Bu dolomitlerin diatome kavkılarındaki mikro boşluklar içerisinde kristallendiği veya ortamda silis jeli (opal silis) ile birlikte oluşan dolomitin sferoidal yapı kazandığı çoğu çalışmacı tarafından öne sürülmüştür. (Cook, 1973; VVeaver ve Beck, 1977). Örneklerimizde bu tür ilişki açıkça izlenmemiştir. Fakat bu tip kristallerin çoğunlukla dolomitize diatome çamuru içerisinde bulunması bu görüşü destelemektedir. Yarı sferoidal şekilli dolomit kristalleri lerdir. Ayrıca, bu dolomit tipleri sepiyolitli örneklerde sıkça izlenmektedir. Birkaç mikron boyundaki sepiyolit lifçikleri bu tür dolomit kristalleri çevresinde büyümüştür veya yarı sferoidal şekilli kristaller tümüyle sepiyolit lif demetleri arasında kristallenmiştir (Şek. 5c). Özet olarak yukarıda ele alınan Sivrihisar Neojen dolomitleri birinci oluşumludurlar. Van'ı bir aragonit ramplasmanı olmaksızın, doğrudan
Zehra KARAKAŞ ve Baki VAROL göl veya zemin suyundan çökelmişlerdir. Sferoidal ve yarı sferoidal dolomitler, dolomit oluşumunun başlangıç tipini temsil eden protodolomitlere benzerdirler. Sferoidal şeklin kaynağı tartışmalıdır. Müller ve Fischbeck (1973), bu sferoidal şekilli protodolomıtleri karbonat jelinden deneysel olarak elde etmişlerdir. Bizim çalışmalarımızda da bunlar protodolornit tipleri olarak yorumlanmıştır. Dolomit örneklerimizin oluştuğu göl tabanında dolomitleşme öncesi si bulunan diatome kavkılarının sferoidal boşlukları. bunların çökelmesinde mikro ortam hazırlamaları yanında kristal şekillerini de kontrol etmiş olabilir. Örneklerimizde bu protodolomitlerden ideal öz şekilli "limpid" kristallere geçişler tipiktir. Bu, olası ortamdaki magnezyum miktarının artışıyla kontrol edilmiştir. Şekil. 6'da gösterildiği üzere magnezyum eksilmesi çözülme-gözenek gelişimine, magnezyum artışı ise ideal rombik şekilli kristal oluşumlarım sağlamıştır. DURAYLI İZOTOPLAR Yukarıda tanımlanan dolomit fasiyesleri ve petrografik tipleri karakterize eden örneklerden ölçülen duraylı izotop değerleri farklı üç alan oluşturmaktadır (Şek. 7 ve 8). Bu alanlarda da nispeten küçük (negatif) değerlerden daha yüksek (pozitif) değerlere doğru bir değişim izlenmektedir. Birinci grup 8 1B O: -1 ile +4 %o; 8 13 C: -4 ile +0.5 %o; ikinci grup 8 18 O: -6 ile -1%o; 5 13 C: -3 ile -1 %o; üçüncü grup ise S 1Ö O: -5 ile +2 %o; 5 13 C: -1.5 ile 0.0 %o değerleri arasında değişim gösterir (Şek. 7 ve 8). Dolomitlerin duraylı izotop değerlerinde izlenen bu tür değişimler doğrudan, erken veya geç diyajenetik kökenli dolomitleştirici eriyiklerin tuzluluğu ve sıcakmosferik koşullardan çok çabuk etkilenen gölsel ortamların su özelliğinin de hızlı değişmesi. dolomitleştirici eriyiklerin duraylı izotoplarında ani yükseliş ve düşüşlere neden olmaktadır. Bu tür özellikler, Sivrihisar gölsel baseni için de tipik olup, yukarıdaki duraylı izotop değerlerinde izlenen farklılanmalar da bunu desteklemektedir. TARTIŞMA VE SONUÇLAR Sivrihisar Neojen gölse! dolomitleri literatürde tanımlanan birçok gölsel dolomit gibi sahada ince taneli (dolomikrit) bir özellik gösterirler. Bununla birlikte tekdüze görünümlü olan bu gölsel dolomitler elektron mikroskop görüntüleri, iz elementleri ve duraylı izotop değerleri (5 1B O, 6 13 C) ile incelendiklerinde önemli farklılaşmalar sergilemektedirler. Bu da iklimsel değişimlerden çok çabuk etkilenen göllerin su kimyası ve hidrolojisinin takibinde ve çözümlenmesinde önemli ipuçları sağlamaktadır Özellikle oksijen izotop (8 18 O) değerlerinde izlenen değişimler birincil ve erken diyajenetik gölsel karbonatların oluşumlarını sağlayan göl sularının izotopık bileşimi ve sıcaklığı hakkında önemli ipuçları vermektedir Bu gölsel karbonatlardaki pozitif 8 18 O duraylı izotop değerlerinin oluşum mekanizması, genellikle kuru iklim şartlarındaki evaporasyondan çok etkilendiklerini gösterir (Gonfiantini, 1986; Gasse ve diğerleri, 1987). Karbon izotop (S 13 C) bileşimi ise gölsel alandaki çok değişik faktörlerle kontrol edilir. Bunların en önemlisi fotosentezden türeyen CO 2 'in toprak profilinden göle taşınması, göl alanlarındaki S 13 C değerinin yüksek düzeyde azalmasına neden olmaktadır (-10 ile -28 %o) (Salomons ve Mook, 1986). Bu 8 13 C eksilmesi atmosferik kaynaklardan yeniden dengelenmektedir (Gofiantini, 1986; Hoefs, 1987). Aynı zamanda organik maddenin diyajenez ortamında mikrobiyolojik olarak parçalanması da 8 13 C izotopunu önemli derecede azaltmaktadır. inceleme alanımızdaki dolomitlerin duraylı izotopları değişken bir karakter sergilemektedir. Eski göl basenindeki derinlik, tuzluluk ve biyojenik faaliyetlerin belirli periyodlarda değişimini yansıtan bu farklı izotop değerleri, çalışmada tanımlanan fasiyeslere göre aşağıdaki şekilde ayrılmaktadır. Birinci fasiyesi oluşturan jipsli dolomitler ve bunların tipik kristalleri öz şekilli (limpid) dolomitler dir. Bunlar izotopik karakterler bölümünde birinci grup içerisinde ve 8 18 O: -1 İle +4 %o; 8 13 C: -4 ile +0.5 %o değerleri arasında yer alırlar (Şek. 8), Nispeten oksijen izotop değerlerinin pozitif oluşu göl alanındaki yüksek buharlaşmayla birlikte artan tuzluluğa bağlıdır. Bu ortamsal koşullarda, artan iyonlaşma hızı nedeni ile daha hafif olan 8 16 O izotopunun çabuk tüketilmesi sonucunda 6 18 O izotopunun zenginleşmesi sağlanmaktadır (Kinetic isotope effect: Anderson ve Arthur, 1983). örneklerimizdeki (S 13 O'nin en yüksek değerleri su eksilmesi veya negatif su dengesini ve hatta gölün kurumasını işaretler. Bu örneklerdeki düşük 8 13 C değerlen ise göl
SİVRİHiSAR NEOJEN BASENİ
Zehra KARAKAŞ ve Baki VAROL alanlarında sınırlı havalandırma koşullarının (stagnant) etkili olduğunu göstermekte ve bu nedenle de CO 2 üretimi lokal biyojenik kaynaklara bağlanmaktadır (Taibci 1990). Ayrıca, bölgedeki manyezitler ve yer yer izlenen stronsiyanitlerde 8 18 O değeri yüksek artış göstermektedir. Stronsiyanitin çökelmesi göl alanı içerisinde ve çevresinde biyojenik faaliyetin çok kısıtlandığını gösterir. Biyolojik aktivitenin etkili olduğu alanlarda canlılar tarafından tercihli olarak kullanılması, stronsiyanit oluşumunu engellemektedir (Magee, 1991). Sferoidal şekilli dolomit kristalleri ile temsil edilen ve büyük ölçüde dolomitlerle birlikte, killi dolomit fasiyesini de kısmen kapsayan örnekler ikinci grubu oluşturur. Bu gruptaki örneklerde 8 18 O duraylı izotop değerleri nispeten daha düşük olup, -6 ile -1 %o arasındadır (Şek. 8). Buna karşın, 8 13 C: -3 ile -1 %o değerleri arasında olan karbon izotop değerleri yüksektir. Bu da dolomitlerin oluşumu esnasında tuzlu göl suyunun kısmen tatlı suyla karıştığını ve yarı kurak iklim koşullarında göl çevresinin zaman zaman zayıf bir bitki örtüsüne sahip olduğunu destekler (Talbot, 1990). Üçüncü grup ise, killi dolomit ve kısmen saf dolomit fasiyeslerinde izlenmekte olup, öz şekilli ve yarı sferoidal tiplerdeki dolomit kristallerinin karışımından oluşmaktadır. Bu gruptaki örnekler 8 1B O: -5 ile =2 %o; S 13 C: -1.5 ile 0.00 %o arasında değişen ve yukarıda belirtilen her iki grubu örter şekilde gelişen bir izotopik karaktere sahiptir (Şek. 8). Bu durum göl alanında kısa periyodlarla tatlıdan tuzluya ve tuzludan tatlıya doğru hızlı bir değişim olduğunu göstermektedir. Bu da kısa süreli nemli-yarı kurak-kurak iklimsel farklanmayı yansıtmaktadır. Yukarıda verilen 6 18 O ve S 13 C duraylı izotop değerleri belirli bir aralık içerisinde pozitiften negatife doğru değişimler gösterir (Şek. 7). Standart SMOW değerlerine göre normal deniz (göl) suyu tuzluluğundaki bir eriyikten oluşan dolomitlerin du. raylı 8 18 O izotop değeri sıfır (Land, 1980) olarak kabul edildiği durum, temel alınarak örneklerimizin gruplandırılması yapıldığında, bunlar üç ayrı bölgede farklı gruplar oluşturmaktadır (Sek. 8). Bu farklı gruplar, Sivrihisar Neojen Göl baseninde çökelen çeşitli tip dolomitlerin oluşumu esnasında göl suyunun sıcaklığı, tuzluluğundaki değişimleri işaretler. Bu değişimler ise iklimsel faktörlere bağlı olabileceği gibi gölün jeomorfolojik konumu yanında tektonik hareketler tarafından da kontrol edilmiş olmalıdır. Örneğin göl alanlarının daralması-kuruması; genişlemesi-derinleşmesi gibi değişimlerden de etkilenmiştir. Şekil 8'de görüldüğü üzere her biri diğerinden ayrılmış duraylı izotop sahaları Neojen göl baseninin yukarıda belirtilen farklı hidrodinamik, tektonik ve mevsimsel koşullarını yansıtır. Göl suyunda kısa ve uzun süreli olabilecek tuzluluk, sıcaklık değişimleri yanında biyojenik faaliyet farklılaşmaları da dolomitlerin 8 18 O ve 8 13 C duraylı izotop değerlerini değiştirmektedir. Bu durumda incelenen Neojen dolomit istifi değişen tuzluluğa sahip olan ortamlara bağımlı dolomit oluşumlarına (schizohaline dolomite: Folk ve Land, 1975) tipik bir örnek oluşturmaktadır. Özellikle göl alanlarına tatlı su girişlerinin çok arttığı evrelerde dolomit oluşumu yerini dolomit çözünmesine bırakmıştır. Bu olay da dolomit kristallerindeki çevresel erimeleri ve gözenek gelişimini kontrol etmiştir (Şek. 6). Aynı şekilde kısa periyodlu tuzluluk değişimleri sonucunda magnezyum kaynağının kesikliğe uğraması, özellikle soğan zarı tarzındaki birkaç evreli yarı sferik şekilli kristal büyümelerine neden olmuştur. Peryt ve Magaritz (1990) tarafından bu tür dolomit oluşumları, tatlı su girişlerine açık sabka ortamlarında tanımlanmış olup, ortamsal açıdan örneklerimize büyük benzerlik sunar. Ayrıca, Sivrihisar göl baseninde dolomit oluşumunun meydana geldiği en tuzlu koşullarda bile ortamın tam bir playa gölü karakterini almadığı elde edilen izotop değerleri ile desteklenmiştir. Çünkü buharlaşmanın en yüksek olabileceği jipsli dolomit fasiyesinde ölçülen 8 18 O duraylı izotop değerleri bile yüksek tuz içerikli gölsel lagünler için tipik bir örnek olan Coorong dolomitlerinden (VVarren, 1990) 4-6 %o daha düşüktür. Bu da Sivrihisar Neojen basenini temsil eden evaporitli dolomit ortamlarının dahi tatlı su akımlarına açık olduğunu göstermektedir. Yukarıda tanıtılan Sivrihisar Neojen göl baseninin bu çalışmada ortaya konulan duraylı izotop değerleri, bu gölün gerek tuzluluğu gerekse fiziksel yayılım açısından bir duraylılığa sahip olmadığını göstermektedir. Gölün bu karakterini büyük ölçüde kontrol eden kısa ve uzun süreli mevsimsel değişimler, göl suyunun iyon zenginleşmesinde yeni
SİVRİHiSAR NEOJEN BASENİ
Zehra KARAKAŞ ve Baki VAROL kaynaklar sağlamıştır. Örneğin tatlı su boşalımları ile yenilenen magnezyum kaynağı yanında göl sedimanlannın (dolomit-diatome) yıkanması ile çözünen magnezyum ve silisyum zenginleşmeleri gölün ekonomik değerini artırıcı mineralleşmelere yol açmıştır. Bunların en güzel örneği de bölge için ekonomik değere sahip olan sepiyolit ve sepiyolitli dolomit oluşumlarıdır. KATKI'BELİRTME Bu çalışma TÜBiTAK Yerbilimleri Araştırma Grubu tarafından YBAG-0006 (TBAG-896) no'lu proje olarak desteklenmiş olup, birinci yazarın doktora çalışmasının bir bölümüdür. Duraylı izotoplar ile jeokimyasal analizlerin Universita Degli Studi Di Palermo Instituto Di Mineralogla Petrografia E Geochimica (italya) bölümünde yapılmasına izin veren Prof. Dr. Adriana Bellanca'ya teşekkürlerimizi sunarız. Ayrıca, paleontolojik çalışmalara katkıda bulunan Prof. Dr. Güler Taner'e (A.Ü.F.F), polen analizlerini gerçekleştiren Zühtü Batı'ya (TPAO) Ostrakodları tayin eden Aynur Hakyemez'e (MTA) ve saha çalışmasının bir bölümüne katılan Mustafa Karabıyıkoğlu'na (MTA) teşekkürü ur borç biliriz. DEĞİNİLEN BELGELER Yayına verildiği tarih 3 Temmuz 1994 Amiri-Garroussi, K., 1988, Eocene spheroidal dolomite from the western Sirte Basin, Libya: Sedimentology, 35, 577-585. Anderson, T.F. ve Arthur, M.A., 1983, Stable İsotopes of oxygen and carbon and their application to sedimentologic and paleoenvironmental problems: Arthur, M.A., Anderson, T.F., Kaplan, I.R., Veizer, J. and land, L.S., ed., Stable İsotopes in Sedimentary Geology, Society of Economic Paleontologist and Mineralogist short course, 10. 1-151. Arakel, A.V, 1980, Genesis and diagenesis of Holocene evaporitıc sediments in Hutt and Leeman lagons, Westem Australia. Jour Sed. Petrology, 50, 1305- Becker, R.H. ve Clayton, R.N., 1972, Carbon isotopic evidence for the Origin of a banded iron -formation İn Western Australia: Geochim. Cosmochim. Açta, 36, 577-596. Bellanca, A.; Calvo, J.P.; Censi, P.; Neri, R. ve Pozo, M., 1992, Recognition of lake-level chânges is Miocene lacustrine units, Madrid Basin, Spain. Evidence from facies analysis, isotope geochemistry and clay mineralogy: Sedimentary Geology, 76, 135-153. ; Karakaş, Z.; Neri, R. ve Varol, B,. 1993, Sedimentology and istotope geochemistry of lacustrine dolomite-evaporite deposits and assocıated days (Neogene, Turkey): environmental implication: Miner. Petrogr. Acta. XXXVII, 245-264. Cody, R.D. ve Cody. A.M.. 1988, Gypsum nucleation and crystal morphology in analog saline terrestrial environments* J. Sedirnent. Petrol., 58, 247-255. Cook, P.J., 1973, Supratidal environments and geoche mistry of some recent dolomite concıetions. Oue ensland. Australîa-.f. Sediment. Petrol 43. 998 1012 Epstein, S : Grai, D.l ve Degens. E.T., 1964, Oxygen isotope sutudies on the Origin of dolomues. Craig H.. Miller. S.L. and Wassenburg, G.J., ed., Isotopıt; and cosmic.; chemistry. Nortn Holland Publ Comp, Amsterdam, 169-l80. folk, R.L. ve Land, L.,S. 1975, Mg/Ca ratio and salinity Two controls over -crystallization of dolomite: Am. Assoc Petro. Geoll. Bull.. 59. 60-68. Gasse, F Fontes, J.C. Plaziat. J.C., Carbonel, P.; Kacmarska, I.; De Deckker. P.; Souiıe-Marsche, t.; Callot, Y. ve Dupeuble, P.A., 1987. Biological re mains, geochemistry and stable İsotopes for the reconstruction of environmental and hydrological chânges in the Holocene lakes from North Sahara: Palaeogeogr., Palaeoclim., Palaeocol., 60, 1-46. Gonfiantini, R., 1986, Environmental İsotopes in lake studies: Fritz, P. and Fontes. J.Ch., ed.. Handbook of Environmental isotope Geochemistry, 2. Elsevier Sc. Publ, Amsterdam, 113-168. Hardie, LA., 1987. Perspectıves: Dolomitization: A critical vıew of some current views- J Sediment. Petrology, 57,166,183.
Hoefs J 1987. Stable isotope geochemistry Springer- Vedag-Berim. 241p Irion. G., 1970, Mineralogisch Sediment petrographische und geochemısche Unlersuchungen am Tuz Gölü (Salzseen), Turker Doktora Tezi. Ruprecht Kari- Unıversıtaet (Heidelberg), 68 p (yayımlanmamış). Karakaş, Z., ve Varol, B., 1993, Sivrihisar-llyaspaşa cıvan sepiyolitlerinın elektron mikroskop incelemesi: A. Suat Erk Simpozyumu (2-5 Eylül 1991) Bildirileri. 303-310. Lands, L.S., 1980, The isotopic and trace element geochemistry of dolomite: The state of the art: Zenger. D.H.. Dunham, J.B and Ethmgton, R.L, ed.. Concept of models of dolomıtızation' Society of Economic Paleontologist and Mineralogist Special Publication.?8 87-110. Magee. J W, 1991. Late Ouaternary lacustrine, groundwater, aeolian and pedogenıc gypsum in the Prungle lakes Southeastern Australia- Palaeogeogr., Palaeoclim., Palaeoecol., 84, 3-42. Masson. P.H., 1955, An occurrence of Gypsum in southvvest Texas: J. Sediment. Petrology, 25, 72-77. Müller, G., 1968, Occurrence and origine of salt umbrellas m the Tuz gölü (Salt Lake) Turkey: Cont. Mineral and Petrol., 20, 295-297. ve Irion, G.. 1969, Subaerial cementation and subsepuent dolomitization of lacustrine carbonate muds and sands from Paleo-Tuz Gölü Turkey Seüimentology, 12, 193-204. ve Fischbeck, R., 1973, Possible natural mechanism for protodolomite formation: Nat. Phys. Sci., 242, 139-141.. Peryt, T.M. ve Magaritz, M, 1990, Genesis of evaporiteassodated platform dolomrtes: case study of Main Dolomite (Zechstein, Upper Permian), Leba elevatton, northern Poland' Sedimentology. 37, 745-761. Rosen, M.R. ve Warren, J K., 1 990, The Origin and significance of groundvvater seepage gypsum from Bristol Dry lake, Califomia, USA: Sedimentology, 37, 983-996. Salomons, W- ve Mook, W.G., 1986, isotope geochemistry of carbonates in the vveathering zone: Fritz, P. and Fontes, J. Ch. ed.. Handbook of Environmental Geochemistry, 2., Elsevier Sc. Publ. Amsterdam, 239-269. Talbot, M.R., 1990. A revıew of the palaeohydrological interpretatıon of carbon and oxygen isotopic ratios in primary lacustrine carbonates: Chem, Geol. (Isot. Geoscı. Sed.) 80, 261-279. ve Kelts, K. 1990, Paleolimnological signatures from carbon and oxygen isotopic ratios in carbonaîes from organic carbon-rich lacustrine sediments: Katz, BJ. and Rosendahl, B.R., ed., Lacustrine Exploratıon: Case Studies and Modern Analogues, Am. Assoc. Pet. Geol, Memoir, 50, 99-119. Von Der Borch, C C, ve Jones. J.B., 1976, Spherular modern dolomite from the Coorong area, South Australia: Sedimeatology, 23, 587-591. ve Lock, D., 1979, Geological significance of Coorong dolomues: Sedimentology, 26, 813-824. VVarren. J.K.. 1990, Sedimentology and mineralogy of dolomitjc Coorong lakes, South Australia: J. Sed. Petrol., 60.843-858. VVeaver. C.E. ve Beck, K.C., 1977. Miocene of the S.E. United States' A model for chemical sedimentation in a peri-marine envıronment; Sedimentary Geology, 17, 1-234.