Menderes Masifi ve Gediz Grabeni Civarında Paleotektonik ve Neotektonik Yapıların Landsat TM Görüntülenmesi İncelenmesi Kaan Şevki Kavak Cumhuriyet Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü ÖZ Batı Türkiye, Anadolu bloğuna ait önemli paleotektonik ve neotektonik yapıları içerir. Bunlardan ilki metamorfik bir masif olarak farklı litolojileri içeren Menderes Masifi, diğeri ise Türkiye nin karışık jeolojik tarihi içerisinde bilinen en önemli neotektonik yapılardan olan ve Menderes Masifi ni birtakım alt parçalara bölen Gediz Grabeni dir. Bu çalışmada, bölgede yüzeyleyen litolojik birimler ve jeolojik yapılar Landsat TM görüntüleri kullanılarak ortaya çıkarılmaya çalışılmıştır. Birimlerin ayrımlanması için bant oranlama ve temel bileşen analiz yöntemleri seçilmiştir. Temel bileşen analizi, bu çalışmada litolojik ayrımlanma açısından daha iyi sonuç vermiştir. Ayrıca bu çalışmayı tamamlayıcı nitelikte yönsel filtreleme olarak bilinen yapısal analiz amaçlı çalışma da gerçekleştirilmiştir. Menderes Masifi ne ait metamorfik kayaçlar, bölgede bir okyanusal kapanmanın ürünlerini temsil eden İzmir- Ankara Zonu na ait kayaçlar ve Gediz Grabeni ni örten Neojen yaşlı kayaçlar görüntü işlem yöntemleriyle ortaya çıkarılmıştır. Bu çalışmadan çıkan en önemli sonuçları, neotektonik döneme ait çökellerin paleotektonik döneme ait metamorfik ve ofiyolitik kayaçlardan ayrılabilmesi ve Gediz Grabeni ne ait sınırların ortaya çıkarılması olarak ifade etmek mümkündür. Giriş Bu çalışmanın amacını, jeolojik görüntü işlemleri yardımıyla Gölmarmara yöresinde gözlenen paleotektonik ve neotektonik yapıların tanınması ve birbirlerinden ayrılması çalışmaları oluşturur (Kavak, 2005). Çalışma kapsamında bölgeye ait Landsat TM görüntüleri kullanılmış ve önceki çalışmalar, saha verileri, petrografik analiz çalışmaları bu çalışmayı destekleyen diğer unsurlar olmuşlardır. Çalışma alanının orta kesimleri, Batı Anadolu nun yoğun orman ve bitki örtüsü kaplı olmasından dolayı jeolojik çalışmalar açısından güçlükler sunar. Bu çalışmada da jeolojik sınırlar ve yapıları değerlendirirken bazı güçlükler ortaya çıkmıştır. Jeolojik Özellikler İnceleme alanının jeolojik özellikleri, paleo ve neotektonik özellikler olmak üzere iki ana başlıkta incelenebilir. Batı Anadolu nun geniş bölgelere yayılmış jeolojik unsurları bölgenin jeolojik evriminin anlaşılmasına öncülük eder. Türkiye deki neotektonik dönem başlangıcı olarak kabul edilen Orta Miyosen sonrası hareketler Batı Anadolu da genişleme tektoniği ile temsil edilirken öncesindeki paleotektonik dönem sıkışmalı tektonik de dahil olmak üzere farklı olaylarla temsil edilir (Şengör ve Yılmaz, 1981). Paleotektonik Özellikler İnceleme alanı, Batı Anadolu da kıtasal genişlemeli bir tektonik rejimi ifade eden bir bölge içine düşer. Neotekonik dönemin genişleme rejimini yansıtan düşük açılı normal faylardan Gediz (Alaşehir) Grabeni bölgeyi içerisinde barındırır (Şekil 1). Bununla birlikte Türkiye nin paleotektonik dönem ürünlerinden olan Neotetis okyanusunun kuzey kolunun kapanımını ifade eden deforme olmuş ofiyolitik karışığa ait birimler de inceleme alanında yer alır. Menderes Masifi, Gondwana kıtasının kuzey kenarında yer almış ve Prekambriyen ve Eosen de birçok metamorfik ve tektonik olaydan etkilenmiş büyük bir metamorfik kütle olup yaklaşık KD-GB gidişe sahip bir eksene sahiptir. Masife ait kaya birimleri çekirdek kısmında gnayslar ve onu çevreleyen Paleozoyik şistlerden ve Mesozoyik-Senozoyik yaşlı mermerlerden (Şengör ve diğ., 1984) oluşmaktadır. Masife ait birimler, kilometrelerce uzaklarda bulunan güneybatı Anadolu daki Mesozoyik yaşlı sedimanter kayaçlar ve peridotit dilimleri üzerinde nap sistemleri şeklinde gözlenir (Collins ve Robertson, 1999). İTÜ Avrasya Yer Bilimleri Enstitüsü 157
Şekil 1. İnceleme alanının konumu Üst Kretase den başlayarak İzmir-Ankara Zonu boyunca meydana gelen bindirme fayları ve kıvrım eksenleri bölgedeki sıkışma rejiminin ürünleri olarak bilinirler. Anatolid-Torid platformunun Sakarya kıtası altına dalmasıyla ilişkili olan bu rejimle, Neotetis okyanusunun kuzey kolu tüketilmiş ve Eosen e kadar ofiyolitik naplarla Torid ler üzerine transfer edilmiştir (Yılmaz, 1997). İnceleme alanında Bornova fliş zonu olarak tanımlanan birim, İzmir-Ankara Zonu na ait ofiyolitik melanjı temsil etmekte olup başlıca kaya birimlerini peridotit, gabro, yastık lav, radyolarit, pelajik kireçtaşı ve filişik sedimanter kayaçlar oluşturur (Erdoğan, 1990). Menderes Masifi nin ana metmorfizması ve Likya nap sistemlerinin hareketleri bölgenin tektonik gelişiminde önemli rol oynarlar. Bu olaylar sonucu paleotektonik dönemde meydana gelen jeolojik özellikler inceleme alanında onları üzerleyen neotektonik özelliklerle birlikte uydu görüntülerinde izlenebilir ve bazı görüntü işlem yöntemleriyle birbirinden ayrılabilirler. Neotektonik Özellikler Batı Anadolu da gözlenen yaklaşık D-B yönlü grabenler bölgedeki K-G yönlü genişleme tektoniğinin ürünleridir. Bu çalışmanın konusunu, bu grabenlerden birisi olan Gediz (Alaşehir) Grabeni oluşturmaktadır. Bilindiği gibi Batı Anadolu daki neotektonik dönem gelişim için farklı yazarlar tarafından, tektonik kaçış (Şengör ve Yılmaz, 1981); yay-ardı açılma (Le Pichon ve Angelier, 1981) ve orojenik çökme (Seyitoğlu ve Scott, 1991) olmak üzere üç farklı model önerilmiştir. İnceleme alanı olarak seçilen Gölmarmara bölgesi Gediz Grabeni nin iki ayrı kolunun birleşim noktasında yer almakta (Şekil 1) olup İzmir K 19 ve K 20 1/100.000 lik paftalarını kapsamaktadır. Bu kollardan birisi Salihli ve Manisa arasında uzanırken diğeri grabenin kuzeydeki ana kolunu oluşturur. Kuzeydeki neotektonik yapıyı oluşturan bu kol, bölgede Paleozoyik ten beri yüzeylemiş olan jeolojik birimleri KB-GD yönünde keser. Diğer taraftan bölgede neotektonik dönemi yansıtan bir diğer önemli jeolojik olay Pliyo-Kuvaterner yaşlı Kula volkanizması olup Batı Anadolu daki genişlemeli tektonik rejimin en çarpıcı ürünlerinden birisini yansıtır. İTÜ Avrasya Yer Bilimleri Enstitüsü 158
Yöntem ve Önişlemler Bu çalışma kapsamında inceleme alanını da içine alan Landsat TM görüntüsüne temel bileşen analizi, bant oranlama ve yönsel filtreleme yöntemleri uygulanmıştır. Bu çalışmada kullanılan Landsat TM görüntüsü 25 temmuz 1991 tarihli görüntü olup bilgisayarda ER Mapper 6.3 ile işlenmiştir. Görüntü, önişlem olarak atmosferik etkilerden temizlenmiş (Chavez, 1988) ve ayrıntılı bir bant kombinasyon analizi gerçekleştirilmiştir (Crippen, 1989). Bu işlem sonunda birbiriyle korelasyonu en düşük değerde olan 1,4 ve 7. bantlar jeolojik bilgiyi içeren en iyi bantlar olarak ortaya çıkmıştır (Tablo 1). 6. bant termal özellikleri yansıtması nedeniyle değerlendirmeye alınmamıştır. Bant oranlama Jeolojik uzaktan algılama çalışmalarında en etkili yöntemlerden birisini oluşturan bant oranlama, kayaç yapıcı minerallerin soğurma özelliklerini temel akarak kaya birimlerinin ayrımlanmasına yardımcı olur. Bunun yanında topoğrafik düzensizliklerden dolayı meydana gelen gölgenin neden olduğu olumsuzlukları da ortadan kaldırır. Bilindiği gibi yeryüzündeki tüm objelerin kendine özgü yansıma-dalga boyu eğrileri bulunmakta olup uydulara monte edilen algılayıcılar bu eğrilerin farklı dalga boylarındaki karşılıklarını kaydeder. Kaydedilen yansıma değerleri sayısal olarak bilgisayarda depolanabilir ve değişik renk ve tonlarda gösterilebilir. Bant oranlama işleminde, herhangi bir bantta yüksek yansıma eğrisi veren jeolojik malzemenin diğer bantta düşük değer verdiği yansıma değerine bölümü işlemin temelini oluşturur.bu renk ve ton farklılıklar yersel uydu çözünürlükleri de dikkate alınarak özellikle bitki örtüsünün olmadığı bölgelerde jeolojik ayrımlanma açısından çok değerli bilgiler sunar. KORELASYO N MATRIS Tablo 1: Landsat TM görüntüsünün korelasyon matrisi BANT 1 BANT 2 BANT 3 BANT 4 BANT 5 BANT 7 Band1 1.000 0.975 0.912 0.852 0.873 0.822 Band2 0.975 1.000 0.972 0.834 0.919 0.893 Band3 0.912 0.972 1.000 0.738 0.933 0.944 Band4 0.852 0.834 0.738 1.000 0.793 0.667 Band5 0.873 0.919 0.933 0.793 1.000 0.970 Band7 0.822 0.893 0.944 0.667 0.970 1.00 Araziden toplanan petrografik amaçlı kayaç örneklerinden yapılan ince kesitlerde gözlenen demir içeriklerine ek olarak bant oranlama çalışmaları sonucunda da demir içeriğinin yüksek olarak gözlendiği kaya birimleri ortaya çıkarılmıştır. Landsat 5/4 oranı demir içeriği açısından zengin bölgelerin ortaya çıkarılması amacıyla inceleme alanına ait Landsat görüntüsüne uygulanmıştır. Gölmarmara doğusunda yoğun olarak gözlenen yüksek yansıma değerlerini de temsil eden açık renkli bölgeler, demir oksit içeriği oldukça yüksek olan Dibekdağ-Azimdağ civarında ve Demirköprü barajı batısında (Şekil 2) yüzeyleyen Menderes Masifi ne ait yüksek dereceli metamorfik kayaçları göstermektedir (Evirgen, 1979). Şekilde de izlenebileceği gibi diğer kaya birimlerinin ve bitki örtüsünün bulunduğu kesimlerde daha düşük yansıma değerli jeolojik ve diğer yeryüzü objeleri bulunmaktadır. Görüntünün doğu kesiminde izlenebilen Kula volkanizmasına ait kayaçlar kendilerine özgü yeryüzü şekilleri ve renk tonlarıyla inceleme alanındaki diğer kayaçlardan ayrılabilirler. Kayaç yapıcı minerallerden olan bazı kil, karbonat ve sülfat mineralleri de Landsat TM görüntülerinde oranlama işlemiyle ortaya çıkarılabilir. Landsat 5. bantta yüksek yansıma değeri veren kaolinit, montmorillonit, illit ve alünit gibi minerallerin yansıma değerleri 7. bantta düşer. Landsat 5 ve 7. bantlardaki Al-OH, Mg-OH ve C-O minerallerinin soğurma özellikleri, kil ve karbonat minerallerinin diğer kayaç yapıcı minerallerden ayrılmasına izin verir. İTÜ Avrasya Yer Bilimleri Enstitüsü 159
Şekil 2. Landsat 5/4 bant oranlamasıyla ortaya çıkan demir oksit içeriği Bu özellikten yararlanarak elde edilen 5/7 yansıma görüntüsü ise Şekil 3 de gözlenmektedir. Şekilde grabenin iç kesimlerinde gözlenen yüksek yansıma değerlerine sahip genç graben çökelleri ve tarımsal alanlar dışında kalan bölgelerde gözlenen açık renkli kesimler yukarıda sözü edilen kil ve karbonat mineralinin yoğun olarak bulunduğu kayaç gruplarına karşılık gelir. Şekilden de izlenebildiği gibi daha önce demir içeriğinin yoğun olduğu bölgeler dışında kil ve karbonat minerallerinin yoğunlu dikkati çekmektedir. İnceleme alanında Menderes Masifi ne ait metamorfik kayaçlar ve İzmir-Ankara Zonu na ait melanj içerisinden toplanan kayaç örneklerinin yapılan petrografik amaçlı bazı ince kesitlerinden metamorfik kayaçlarda genellikle muskovit ve biyotit gibi mika minerallerinin yoğunluğu, fillarenit ve mermerlerde ise plajiyoklas, kuvars, kalsit ve dolomit minerallerinin varlığı görülmektedir. Bölgeden toplanan bu iki kayaç grubuna ait petrografik analiz sonuçları Tablo 2 de verilmiştir. Temel Bileşen Analizi Bu yöntem bantlar arasında gözlenen korelasyonu ortadan kaldıran ve büyük boyuttaki sayısal verinin boyutunu sıkıştıran bir görüntü işlem dönüştürme yöntemidir. Dönüşüm olayı sonucunda bantlarda bulunan bilginin % 90 ına yakını ilk üç bileşende gösterilebilmektedir. Bu çalışmada sırasıyla 4, 5 ve 7. bantlar sırasıyla PC1, PC2 ve PC3 olarak seçilmiş ve RGB renk uzayında gösterilmiştir (Şekil 4). Şekilde graben içerisinde gözlenen dolgu malzemesi olarak kabul edilebilecek jeolojik birimler ve bitki örtüsü açık yeşil olarak gözlenmektedir. İnceleme alanında yer alan yüksek dereceli metamorfik kayaçlar ise çoğunlukla mavi ve pembe olarak gözlenir. Grabenin iki kolu arasında gözlenen yükseltilerde ise topoğrafik yükseltiler göze çarpmaktadır. Bu yükseltilerde gözlenen pembe, mavi ve yeşil renk sırasıyla metamorfik ve İzmir-Ankara Zonu na ait ofiyolitik karışığa ait kayaçlar ve ormanlık bitki örtüsüne karşı gelmektedir. Bu yöntemle elde edilen litolojik ayrımlanma kapasitesi bant oranlama yöntemiyle oluşturulan renk bileşiğine göre daha iyi sonuç vermiştir. Yönsel filtreleme Bu çalışma kapsamında gerçekleştirilen son görüntü işlem yöntemi inceleme alanında jeolojik kökenli çizgiselliklerin ortaya çıkarılmasına yönelik olarak yapılan filtreleme çalışmalarıdır. Bölgede KB, K-G ve D-B yönlerinde uzanan çizgiselliklerin ortaya çıkarılması için inceleme alanının uydu İTÜ Avrasya Yer Bilimleri Enstitüsü 160
görüntüsüne 3x3 boyutlu filtreler uygulanmıştır. Daha iyi bir görünüm elde etmek amacıyla sonuca kontrast zenginleştirme işlemi uygulanmıştır (Şekil 5). Şekil 3. Landsat TM 5/4 bant oranlamasıyla ortaya çıkan demir oksit içeriği Tablo 2. İnceleme alanından toplanan bazı kayaç örneklerinin tanımlamaları ve mineral bileşimleri NO TANIMLAMA MİNERAL BİLEŞİMİ TG-2 Mika şist Muskovit+clorit+kuvars+feldspat TG-21 Muskovit şist Muskovit+clorite+feldspat+biyotit TG-40 Muskovit mermer Muskovit+kalsit +kuvars A4-02 Kalkşist Muskovit+biyotit+klorit+kuvars A12-02 Muskovit kuvarsit Muskovit+zirkon+kuvars+apatit TG-25 Fillarenit Plj+kuvars+kuvarsit+sleyt A2-02 Mermer kalsite+dolomite A8-02 Sleyt Plj+muskovit+hornblend TG-9 Lerzolit Olivin+ortopiroksen+klinopiroksen TG-16 Serpantinit Olivin+piroksen TG-18 Metadiyorit Amfibol+plj+klorite+tremolit TG-30 Uralitik gabro Plj+piroksen+amfibol TG-45 Serpantinleşmiş dunit Olivin+piroksenit TG-46 Pirolsenit (websterit) Opx+kpx+diallag Bu uygulama gerçekleştirilirken bölgenin 1/25.000 ölçekli topoğrafik haritalarından yararlanarak jeolojik olmayan insan eliyle yapılmış çizgisellikleri göz ardı edilmiş ve değerlendirme dışı bırakılmıştır. Filtre seçimi bölgedeki paleo ve neotektonik kökenli çizgisellikleri ortaya çıkarabilecek yönde olmasına özen gösterilmiştir. Neotetis okyanusunun evrimine ilişkin hareketler Batı Anadolu da yaklaşık olarak KD-GB yönlü olarak gerçekleşmiştir. Üst Kretase-Eosen boyunca Torid-Anatolid platformu Sakarya kıtasıyla bu zon boyunca çarpışmıştır. Bu yüzden dolayı bu yönde etkin olan tektonik özellikleri ortaya çıkarmak amacıyla ilk olarak KB yönlü bir filtre seçilmiştir. Miyosen sonrası bölgede etkin olan K-G yönlü açılma rejimine bağlı olarak gelişen yaklaşık D-B yönlü havzaların sınırlarının belirlenmesi amacıyla K-G yönlü filtre kullanılmıştır. İTÜ Avrasya Yer Bilimleri Enstitüsü 161
Şekil 4. Temel bileşen analizi uygulanmış Landsat TM göüntüsü Bu işlem sonucunda renk bileşiğinde toplam 116 çizgisellik gözlenmiş olup bu çizgiselliklerin dağılımı bir gül diyagramında gösterilmiştir (Şekil 5.B ve C). Bölgede etkin olan çizgiselliklerin genel yönü K 20º-30º D ve K 60º-70º D arasında bir yoğunlaşma göstermektedir. Benzer şekilde K 70º-80º B yönünde de az da olsa bir yoğunlaşma izlenmektedir. Şekil 5. Yönsel filtreleme sonucunda elde edilen KB, K-G ve D-B durumlu filtrelerin bir arada gösterildiği kombinasyon (A), bu işlem sonucu ortaya çıkan jeolojik çizgisellikler (B) ve gül diyagramı (C). İTÜ Avrasya Yer Bilimleri Enstitüsü 162
Sonuçlar Bu çalışma sonucunda, inceleme alanında yüzeyleyen İzmir-Ankara Zonu na ve Menderes Masifi ne ait kayaçların ayrımlanmasına jeolojik görüntü işlem çalışmalarıyla bir yaklaşımda bulunulmuştur. Ayrıca neotektonik döneme ait bilinen en büyük özelliklerden birisi olan Gediz Grabeni nin sınırları ortaya çıkarılarak paleo ve neotektonik yapılar arasındaki ilişki büyük alanlar üzerinde ortaya çıkarılmıştır. Yönsel filtreleme çalışmalarının yapısal analiz çalışmalarına hangi aşamada katkıda bulunabileceği de gösterilmiştir. Kaynaklar Chavez, P.C., 1988, An improved dark-object subtraction technique for atmospheric scattering correction of multispectral data. Remote Sensing of Environment, 24, 3: 459-479. Collins, A.S., ve Robertson, A.H.F., 1999, Evolution of the Lycian Allochthon, western Turkey, as a north-facing Late Palaeozoic to Mesozoic rift and passive continental magrin. Geological Journal, 34: 107-138 Crippen, R. E., 1989, Selection of Landsat TM band and band-ratio combinations to maximize lithologic information in color composite displays. 7th Thematic Conference on Remote Sensing for Exploration Geology, 2-6 October 1989 (Calgary/ Alberta), pp. 917-921. Erdoğan, B., 1990, Stratigraphy and tectonic evolution of Izmir Ankara Zone between Izmir and Seferihisar. Turkish Association of Petroleum Geologists Bulletin, 2 (1): 1 20 Evirgen, M., 1979 Menderes Masifi metamorfizmasına petroloji, petrokimya ve jenez açısından yaklaşımlar (Ödemiş-Tire- Bayındır-Turgutlu), Doktora tezi, Hacettepe Universitesi, Fen Bilimleri enstitüsü, (yayımlanmamış). Kavak, K.S., 2005, Determination of paleotectonic and neotectonic features around the Menderes Massif and the Gediz Graben (western Turkey) using Landsat TM image, International Journal of Remote Sensing, 26, 1: 59-78. Le Pichon, X., ve Angelier, J., 1981, The Aegean Sea. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, A300: 357-372 Seyitoğlu, G., ve Scott, B.C., 1991, Late Cenozoic crustal extension and basin formation in west Turkey. Geological Magazine, 128: 155-166. Şengör, A.M.C., ve Yılmaz, Y., 1981, Tethyan evolution of Turkey: a plate tectonic approach. Tectonophysics 75: 181-241. Şengör, A.M.C., Satır, M., ve Akkök, R., 1984, Timing of tectonic events in the Menderes massif, western Turkey; implications for tectonic evolution and evidence for Pan-African basement in Turkey. Tectonics, 3: 693-707 Yılmaz, Y., 1997, Geology of Western Anatolia. In Active Tectonics of Northwestern Anatolia-The Marmara Poly-Project, edited by C. Schindler and M. Pfister. VDF, ETH Zurich. pp. 30-53. İTÜ Avrasya Yer Bilimleri Enstitüsü 163