40Ar/39Ar geochronology, mineral- and whole-rock geochemistry of the (sub)volcanic units in the Yemişliçay Formation, South of Sinop (Central Pontides)

Abstract

In the Central Pontides, Late Cretaceous-Eocene volcanic rocks prominently outcrop around Sinop-Samsun. The Late Cretaceous volcanites are represented by the Hamsaros volcanites near Sinop in the north and volcanic units in the Yemişliçay Formation around Alaçam-Dikmen-Durağan in the south. The Eocene volcanites are represented by the Tekkeköy Formation outcropping in a large area from Bafra to the East. 40Ar/39Ar geochronology, mineral- and whole-rock geochemistry of the (sub)volcanic units in the Yemişliçay Formation will be presented in this study. The Yemişliçay Formation volcanites include plagioclase (An50-70), clinopyroxene (augite-diopside), amphibole (mainly magnesio-hastingsite, rarely tschermakite) phenocrysts and opaque minerals. 40Ar/39Ar ages from the volcanites show that volcanic activity occurred two different time as Late Cretaceous (~71 Ma, inverse isochron age) and Eocene (~48 Ma, plateau age). The Late Cretaceous volcanites were considered as products of the volcanism contemporaneous with the deposition of the Yemişliçay Formation, but as shallow intrusions in this formation, the Eocene volcanites were interpreted to be continuation of volcanites of the Tekkeköy Formation. The Late Cretaceous volcanites are andesite/basaltic andesite and calc-alkaline, but the Eocene volcanites basalt/trachyandesite and shoshonitic in character. N-MORB-normalized trace element patterns of all the volcanites are characterized by strong enrichments in LILE (Rb, Ba, K and Sr), Th and LREE (La, Ce), prominent negative Nb-Ta-Ti and positive Pb anomalies, all characteristic for subduction-related volcanites. The shoshonitic samples possess relatively high Ndi (εNd: +4) and low Sri (0.704634) isotopes whereas calc-alkaline rocks have low Ndi (εNd: down to -3) and high Sri (0.705203-0.706956) isotopes. The obtained geochronological and geochemical data together with the published geological information reveal that the Yemişliçay Formation volcanites formed in a fore-arc setting in the Pontide magmatic arc.

Keywords

• Yemişliçay formation,Central pontides,Fore-Arc,Shoshonite,Geochronology,Geochemistry

Yemişliçay Formasyonu içindeki (sub)volkanik birimlerin 40Ar/39Ar jeokronolojisi, mineral- ve tüm-kayaç jeokimyası, Sinop Güneyi (Orta Pontidler)

Öz

Orta Pontidlerde, Sinop-Samsun çevresinde Geç Kretase-Eosen yaşlı volkanik kayaçlar belirgin yüzlekler vermektedir. Geç Kretase volkanitleri, kuzeyde Sinop yakın civarında Hamsaros Volkanitleri, güneyde ise Alaçam-Dikmen-Durağan çevrelerinde Yemişliçay Formasyonu içindeki volkanik birimler ile temsil edilmektedir. Eosen volkanitleri, Bafra’dan başlayıp doğuya doğru geniş bir alanda yüzeyleyen Tekkeköy Formasyonu volkanitleri ile temsil edilir. Bu çalışmada, Yemişliçay Formasyonu içindeki (sub)volkanik birimlerin 40Ar/39Ar jeokronolojisi, mineral- ve tüm-kayaç jeokimyası sunulacaktır. Yemişliçay Formasyonu volkanitleri plajiyoklas (An50-70), klinopiroksen (ojit-diyopsit), amfibol (magnezyo-hastingsit, nadiren çermakit) fenokristalleri ve opak mineraller içermektedir. Volkanitlerden elde edilen 40Ar/39Ar yaşları, volkanik faaliyetin Geç Kretase (~71 Myıl, ters izokron yaşı) ve Eosen (~48 Myıl, plato yaşı) olmak üzere iki ayrı dönemde etkili olduğunu göstermektedir. Geç Kretase volkanitlerinin Yemişliçay Formasyonuyla eş yaşlı bir volkanizmanın ürünü olduğu düşünülürken, bu formasyonu sığ intrüzyonlar olarak kesen Eosen yaşlı volkanitler Tekkeköy Formasyonu volkanitlerinin bir eşleniği olarak yorumlanmıştır. Geç Kretase volkanitleri andezit/bazaltik andezit bileşiminde ve kalk-alkalen, Eosen volkanitleri bazalt/trakiandezit bileşiminde ve şoşonitik karakterlidir. İncelenen tüm örneklerin N-MORB’a göre normalleştirilmiş iz element desenleri, yitimle ilişkili volkanitler için tipik olan, BİYE (Rb, Ba, K, Sr), Th ve HNTE (La, Ce) zenginleşmesi, belirgin negatif Nb-Ta-Ti ve pozitif Pb anomalileri göstermektedir. Şoşonitik kayaçlar göreceli olarak yüksek Ndi (εNd: +4) ve düşük Sri (0.704634) izotopları ile temsil edilirken, kalk-alkalen kayaçlar tersine düşük Ndi (εNd: -3’e kadar) ve yüksek Sri (0.705203-0.706956) değerlerine sahiptir. Elde edilen jeokronolojik ve jeokimyasal veriler, yayınlanmış jeolojik bilgiler ile beraber değerlendirildiğinde, Yemişliçay Formasyonu volkanitlerinin Pontid magmatik yayında bir yay-önü ortamda oluştuğuna işaret etmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Yemişliçay formasyonu,Orta pontidler,Yay-Önü,Şoşonit,Jeokronoloji,Jeokimya

References

1. Ketin İ. "Anadolu'nun tektonik birlikleri". MTA Dergisi, 66, 20-34, 1966.
2. ılmaz Y, Tüysüz O, Yiğitbaş E, Can Genç Ş, Şengör AMC. Geology and Tectonic Evolution of the Pontides. Editor: Robinson AG. Regional and Petroleum Geology of the Black Sea and Surrounding Region, 183-226, Tulsa, USA, American Association of Petroleum Geologists 68, 1997.
3. Okay AI. "Geology of Turkey: A synopsis". Anschnitt, 21, 19-42, 2008.
4. Tatsumi Y, Stern RJ. "Manufacturing Continental Crust in the Subduction Factory". Oceanography, 19(4), 104-112, 2006.
5. Eyüboğlu Y. "Late Cretaceous high‐K volcanism in the eastern Pontide orogenic belt: implications for the geodynamic evolution of NE Turkey". International Geology Review, 52(2-3), 142-186, 2010.
6. Eyuboglu Y, Chung S-L, Santosh M, Dudas FO, Akaryalı E. "Transition from shoshonitic to adakitic magmatism in the eastern Pontides, NE Turkey: Implications for slab window melting". Gondwana Research, 19(2), 413-429, 2011.
7. Korkmaz S. Boyabat (Sinop) Kuzeydoğusunun Petrol Yönünden Jeolojik ve Jeokimyasal İncelemesi. Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon, Türkiye, 1984.
8. Gedik A, Korkmaz S. "Sinop havzasının jeolojisi ve petrol olanakları". Jeoloji Mühendisliği Dergisi, 8(1), 53-80, 1984.

9. Okay AI, Tüysüz O. Tethyan sutures of Northern Turkey. Editors: Durand B, Jolivet L, Hovarth F, Séranne M. The Mediterranean Basins: Tertiary Extension within the Alpine Orogen, 475-515, London, England, Geological Society of London Special Publications 156, 1999.
10. Okay AI, Nikishin AM. "Tectonic evolution of the southern margin of Laurasia in the Black Sea region ". International Geology Review, 57(5-8), 1051-1076, 2015.
11. Asan K, Kurt H, Francis D, Morgan G. "Petrogenesis of the late Cretaceous K-rich volcanic rocks from the Central Pontide orogenic belt, North Turkey". Island Arc, 23(2), 102-124, 2014.
12. Gedik A, Ercan T, Korkmaz S. "Orta Karadeniz (Samsun-Sinop) havzasının jeolojisi ve volkanik kayaçların petrolojisi". MTA dergisi, 99/100, 34-50, 1983.
13. Görmüş NY. Boyabat Yöresi (Sinop) Volkanik Kayaçlarının Petrolojisi ve Jeokimyası. Doktora Tezi, Hacettepe Üniversitesi, Ankara, Türkiye, 2009.
14. Temizel İ, Arslan M. "İkizce (Ordu) yöresindeki Tersiyer yaşlı kalk-alkalen volkanitlerinin mineral kimyası ve petrokimyası, KD Türkiye". Yerbilimleri, 26(1), 25-47, 2005.
15. Deer WA, Howie RA, Zussman J. An Introduction to the Rock Forming Minerals. 2nd ed. Essex, England, Longman. 696. 1992.
16. Morimoto N. "Nomenclature of pyroxenes". Mineralogical Journal, 14(5), 198-221, 1989.
17. Leake BE, Woolley AR, Birch WD, Burke EAJ, Ferraris G, Grice JD, Hawthorne FC, Kisch HJ, Krivovichev VG, Schumacher JC, Stephenson NCN, Whittaker EJW. "Nomenclature of amphiboles: additions and revisions to the International Mineralogical Association’s amphibole nomenclature". Mineralogical Magazine, 68(1), 209-215, 2004.
18. Ketin İ, Gümüş Ö. "Sinop-Ayancık Arasında 3. Bölgeye Dahil Sahaların Jeolojisi Hakkında Rapor". TPAO, Ankara, Türkiye, 288, 1963.
19. Yoldaş R, Keskin B, Korkmaz S, Didik S, Kalkan İ, Ağrıdağ D, Besbelli B. “Samsun ve Dolayının (Kızılırmak-Yeşilırmak arasındaki bölge) Jeolojisi ve Petrol Olanakları”. MTA, Ankara, Türkiye, 8130, 1985.
20. Pearce JA. A User’s Guide to Basalt Discrimination Diagrams. Editor: Wyman DA. Trace Element Geochemistry of Volcanic Rocks: Aplications for massive sulphide exploration, 79-113, Winnipeg, Canada, Geological Association of Canada, 1996.
21. Hastie AR, Kerr AC, Pearce JA, Mitchell SF. "Classification of Altered Volcanic Island Arc Rocks using Immobile Trace Elements: Development of the Th-Co Discrimination Diagram". Journal of Petrology, 48(12), 2341-2357, 2007.
22. Harker A. The Natural History of Igneous Rocks. New York, USA, Macmillan, 1909.
23. Hofmann AW. "Chemical differentiation of the Earth: the relationship between mantle, continental crust, and oceanic crust". Earth and Planetary Science Letters, 90(3), 297-314, 1988.
24. Sun S, McDonough WF. Chemical and Isotopic Systematic of Oceanic Basalts: Implications for Mantle Compositions and Processes. Editors: Saunders AD, Norry MJ. Magmatism in the Ocean Basins, 313-345, London, England, Geological Society of London Special Publication 42, 1989.
25. Hofmann AW. 2.03- Sampling Mantle Heterogeneity through Oceanic Basalts: Isotopes and Trace Elements. Editors: Holland HD, Turekian KK. Treatise on Geochemistry, 1-44, Oxford, England, Pergamon, 2007.
26. Allègre CJ, Hart SR, Minster JF. "Chemical structure and evolution of the mantle and continents determined by inversion of Nd and Sr isotopic data, I. Theoretical methods". Earth and Planetary Science Letters, 66, 177-190, 1983.
27. Willbold M, Stracke A. "Formation of enriched mantle components by recycling of upper and lower continental crust". Chemical Geology, 276(3–4), 188-197, 2010.
28. Kirchenbaur M, Münker C, Schuth S, Garbe-Schönberg D, Marchev P. "Tectonomagmatic Constraints on the Sources of Eastern Mediterranean K-rich Lavas". Journal of Petrology, 53(1), 27-65, 2012.