Geological, Tectonic Geochemical and Geochronological Properties of Travertine Occurrences Along the Strike-Slip Fault Systems:A Case From Southweatern Part of Sivrice (Elazığ)

Abstract

The East Anatolian fault system (EAFS) of left lateral strike-slip is the second most important neotectonic structure of Turkey. The travertine occurrence is located on the Sivrice fault zone, which is one the significant zone of the EAFS and precipitated on a S to SW-facing slope, 20 km SW of the Sivrice town (Elazığ) in accordance with the slope topography. The Maden Group of Middle Eocene age, on which the travertine occurrence took place, composed mostly of mudstones with volcanic intercalations, andesite, basalt and diabase dykes that cut them. The Pütürge Metamorfics that play role as a basement rock are represented by calcschist and marble around their Sivrice exposures. Lithology of the Pütürge Metamorfics and the fractured structure of the left lateral strike-slip Sivrice Fault Zone play an important role on the travertine formation. As the travertine exposures has been precipitated under appropriate conditions that formed by faults and bedrock in front of a fault along the left lateral strike-slip fault zone with normal component, they have been evaluated as ‘fault-front travertines’ depending on the morphological classification. The most abundant element concentrations of the travertine samples are: Ca: 378216-385220 ppm, Mg: 5428-8021 ppm, Sr: 2133-6046 ppm. The δ13C values range from +3,5 to +6,7 (‰ PDB), while the δ18O values are between -8.1 and -9.6 (‰ PDB). These geochemical signatures indicate that the travertines studied are of thermogene origin. Travertine precipitation began at least 30.86 ± 0.49 ka ago with respect to today in the field based on the U-Th age data. 

Keywords

• Left lateral strike-slip fault
• range-front travertine
• The East Anatolian Fault System
• U-Th dating

Doğrultu Atımlı Fay Sistemlerindeki Traverten Oluşumlarının Jeolojik, Tektonik, Jeokimyasal ve Jeokronolojik Özelliklerine Sivrice (Elazığ) Güneybatısı’ndan Bir Örnek

Abstract

Türkiye’nin en önemli ikinci neotektonik yapısı olan sol yanal doğrultu atımlı Doğu Anadolu Fay Sistemi’nin önemli zonlarından biri olan Sivrice Fay Zonu üzerinde ve Sivrice İlçesi’nin (Elazığ) 20 km GB’sında yer alan traverten yüzleği, güney-güneydoğuya bakan duraysız bir yamaç üzerinde, yamaç topoğrafyasına uyumlu olarak depolanmıştır. Traverten yüzleğinin üzerinde yer aldığı Orta Eosen yaşlı Maden Grubu, esas olarak volkanik ara katkılı çamurtaşları ile andezit, bazalt ve bunları kesen diyabaz dayklarından oluşur. Traverten oluşumunda ana kaya rolü üstlenen Pütürge Metamorfitleri ise Sivrice çevresindeki yüzleklerinde, kalkşist ve mermerlerle temsil edilir. Pütürge Metamorfitleri’nin litolojisi ve sol yanal doğrultu atımlı Sivrice Fay Zonu’nun oluşturduğu kırıklı yapı, akışkan dolaşımında ve dolayısıyla travertenlerin oluşumunda önemli rol oynamıştır. Traverten yüzleği, normal bileşenli sol yanal doğrultu atımlı faylar boyunca, fayların ve ana kayanın oluşturduğu uygun koşullarda yüzeye kadar çıkan sular tarafından fay önünde çökeltildiğinden, travertenlerin morfolojik sınıflamasına göre ‘fay önü traverteni’ olarak değerlendirilmiştir. Traverten örneklerinin element oranları, Ca: 378216-385220 ppm, Mg: 5428-8021 ppm, Sr: 2133-6046 ppm mertebesindedir. δ13 C değerleri, +3,5 ile +6,7 (‰ PDB), δO değerleri ise -8.1 ile -9.6 (‰ PDB) arasındadır. Bu jeokimyasal verilere göre incelenen travertenler, termojen kökenlidir. Travertenlerden elde edilen U-Th yaş verilerine göre, traverten sahasında günümüzden en azından 30.86 ± 0.49 önce traverten çökelimi başlamıştır.

Keywords

• Doğu Anadolu Fay Sistemi
• fay önü traverteni
• U-Th yaşlandırması

References

1. Aksoy, E., İnceöz, M. and Koçyiğit, A., 2007. Lake Hazar basin: A negative flower structure on the East Anatolian Fault System (EAFS), SE Turkey. Turkish Journal of Earth Sciences, Vol. 16, 319338.
2. Aksoy, E., Özkul, M. ve Çolak, S., 2011. Doğu Anadolu Fay Sistemi’nin Kuzeydoğu Bölümündeki Travertenlerin Neotektonik Önemi. TÜBİTAK Raporu, 66 s. (Basılmamış).
3. Altunel, E., 1994. Active Tectonics and the Evolution of Quaternary travertines at Pamukkale, Western Turkey. PhD Thesis, University of Bristol, Department of Geology, 236 p.
4. Altunel, E., 1996. Pamukkale Travertenlerinin Morfolojik Özellikleri, Yaşları ve Neotektonik Önemleri. MTA Dergisi, 118, 47-64.
5. Altunel, E. and Hancock, P.L., 1993a. Morphology and Structural Setting of Quaternary Travertines at Pamukkale, Turkey. Geological Journal, 28, 335346.
6. Altunel, E. and Hancock, P.L., 1993b. Active Fissuring and faulting in Quaternary Travertines at Pamukkale, Western Turkey. Zeitschrift Geomorphologie, Supplementary 94, 285-302.
7. Arpat, E. ve Şaroğlu, F., 1972. Doğu Anadolu Fayı ile ilgili bazı gözlem ve düşünceler. MTA Bült., 73, 1-9.
8. Ayaz, E., 1998. Sıcak Çermik (Yıldızeli-Sivas) Yöresindeki Traverten Sahalarının Jeolojisi ve Travertenlerin Endüstriyel Özellikleri. Doktora Tezi, Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 157 s. (yayınlanmamış).

9. Bates, R. L. and Jackson, J. A., 1980. Glossary of Geology (Second Edition). American Geology Institute Falls Church, Virginia, 751.
10. Chafetz, H. S. and Folk, R. L., 1984. Travertines, depositional morphology and the bacterially constructed constituents. Journal of Sedimantary Petrology, 54, 289-316.
11. Cipriani, N., Malesani, P., Vannucci, S., 1977. I travertini dell’Italia centrale, Boll. Serv. Geol. Ital., 98, 85–115.
12. Çakır, Z., 1996. Tectonic Significance of Quaternary Travertine Deposits in the Gediz and Menderes Grabens. Western Turkey. Yüksek Lisans Tezi, Bristol Üniversitesi, UK.
13. Çakır, Z., 1999. Along–strike discontinuity of active normal faults and its Influence on Quaternary travertine deposition: Examples from western Turkey, Tr. J. of Earth Sciences, 8, 67–80.
14. Çelik, H., 2003. Mastar Dağı (Elazığ GD’su) çevresinin stratigrafik ve tektonik özellikleri. Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 95 s. (yayımlanmamış).
15. Çolak Erol, S., 2014. Doğu Anadolu Fay Sistemi’nin kuzeydoğu bölümündeki travertenlerin neotektonik önemi. Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 184s. (yayımlanmamış).
16. Çolak Erol, S., Özkul, M., Aksoy, E., Kele, S. and Ghaleb, B., 2015. Travertine occurences along major strike-slip fault zones: Structural, depositional and geochemical constraints from the Eastern Anatolian Fault System (EAFS), Turkey.
17. Geodinamica Acta, Volume 27, Issue 2-3, pp. 154173.
18. Duchi, V., Giordano, M.V. and Martini, M., 1978. Riesame del problema della precipitazione di calcite od aragonite da soluzione naturali, Rend. Soc. Ital. Miner. Pet., 34, 605–618
19. Erdem, E., 1994. Pütürge (Malatya) Metamorfitlerinin petrografik ve petrolojik özellikleri. Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 119 s.
20. Folk, R., 1994. Interaction between bacteria, nannobacteria, and mineral precipitation in hot springs of centrai Italy. Geographic physique et Quaternaria, 48, 3, 233-246.
21. Fouke, B.W., Farmer, J.D., Des Marais, D.J., Pratt, L., Sturchio, N.C., Burns, P.C. and Discipulo, M.K., 2000. Depositional facies and aqueoussolid geochemistry of travertinedepositing hot springs (Angel Terrace, Mammoth Hot Springs, Yellowstone National Park, USA). J. Sediment. Res., 70, 265–285.
22. Guo, L., and Riding, R., 1998. Hot-springs travertine facies and sequences, Late Pleistocene, Rapolano Terme, Italy. Sedimentology, 45, 163–180.
23. Gülen, L., Barka, A. ve Toksöz, M. N., 1987. Kıtaların çarpışması ve ilgili kompleks deformasyon, Maraş üçlü eklemi ve çevre yapıları, Yerbilimleri, 14, 319-336.
24. Gürsoy, H., Tatar, O., Piper, J. D. A., Heimann, A. and Mesci, L., 2003. Neotectonic deformation linking the east Anatolian and Karatas-Osmaniye intracontinental transform fault zones in the Gulf of İskenderun, southern Turkey, deduced from paleomagnetic study of the Ceyhan-Osmaniye volcanics, Tectonics, vol. 22, no. 6, 1067.
25. Hall, R., 1976. Ophiolite emplacement and the evolution of the Taurus Suture Zone, south-eastern Turkey,
26. Bull.Geol.Soc.Ame., 87, 1078-88.
27. Jackson, J. and McKenzie, D., 1984. Active tectonics of the Alpine-Himalayan belt between western Turkey and Pakistan, Geoph. J. Royal Astr. Soc., 77, 185-264.
28. Julia, R., 1983. Travertines. In: P.A. Scholle, D.G. Bebout and C.H. Moore (Editors), Carbonate depositional Environments. Am Assoc. Petrol. Geol. Mem. 33, 64-72.
29. Karabacak, V., 2002. Ihlara Vadisi civarındaki traverten oluşumları ve tektonik önemleri. Yüksek Lisans Tezi, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 70 s. (yayınlanmamış).
30. Kele, S., Demény, A., Siklósy, Z., Németh, T., Mária, T.B., Kovács, M., 2008. Chemical and stable isotope compositions of recent hot-water travertines and associated thermal waters, from Egerszalók, Hungary: depositional facies and nonequilibrium fractionations. Sedimentary Geology, 211, 53–72.
31. Kele, S., Özkul, M., Gökgöz, A., Fórizs, I., Baykara, M.O., Alçiçek, M.C., Németh, T., 2011. Stable isotope geochemical and facies study of Pamukkale travertines: new evidences of low-temperature non-equilibrium calcite-water fractionation. Sedimentary Geology 238, 191–212.
32. Koçyiğit, A., Aksoy, E. and İnceöz, M., 2003. Basic neotectonic characteristics of the Sivrice Fault Zone in the Sivrice-Palu area, East Anatolian Fault System (EAFS), Turkey. International Workshop on the North Anatolian, East Anatolian and Dead Sea Fault systems: Recent progress in Tectonics and Paleoseismology, 31 August to 12 September
33. 2003, METU-Ankara-Turkey. Pre-International workshop excursion guide-book, 20 p.
34. Lyberis, N., Yürür, T., Chorowıcz, J., Kasapoğlu, E. and Gündoğdu, N., 1992. The East Anatolian Fault: An Oblique collisional belt. Tectonophysics, 204, 1-15.
35. Mesci, B.L., 2004. Sıcak Çermik ve Yakın Yöresindeki (Sivas) Travertenlerin Gelişimi ve Aktif Tektonikle İlişkisi. Doktora Tezi, Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 245 s. (yayınlanmamış).
36. Mesci, B.L., 2013b. Active Tectonics of the Ortaköy Fissure-Ridge-Type Travertines: Implications for the Quaternary Stress State of the Neotectonic Structures of the Central Anatolia, Turkey. Geodinamica Acta, 25, 12-25.
37. Mesci, B.L., Gürsoy, H. and Tatar, O., 2008. The Evolution of Travertine Masses in the Sivas Area (Central Turkey) and Their Relationship to Active Tectonics. Turkish Journal of Earth Sciences, 17, pp. 219-240.
38. Muehlberger, W.R. and Gordon, M.B., 1987. Observation on the complexity of The East Anatolian Fault, Turkey. Jour. Structural Geology, 9/7, 899-903.
39. Özkul, M., Gökgöz, A., and Horvatinčić, N., 2010. Depositional properties and geochemistry of Holocene perched springline tufa deposits and associated spring waters: A case study from the Denizli province, Western Turkey. In: Pedley, H.M. (Ed.), Tufas and Speleothems: Unravelling the Microbial and Physical Controls. The Geological Society, London. Special Publications 336, pp. 245–262.
40. Özkul, M., Kele, S., Gökgöz, A., Shen, C.C., Jones, B., Baykara, M.O., Fόrizs, I., Nemeth, T., Chang, Y.W., and Alçiçek, M.C., 2013. Comparison of the Quaternary travertine sites in the Denizli Extensional Basin based on their depositional
41. Özkul, M., Gökgöz, A., Kele, S., Baykara, M.O., Shen, C.-C., Chang, Y.-W., Kaya, A., Hançer, M., Aratman, C., Akın, T. and Örü, Z., 2014. Sedimentological and geochemical characteristics of a fluvial travertine: a case from the eastern
42. Pentecost, A., 2005. Travertine (p. 446). Berlin: Springer Verlag.
43. Smart, P.L., 1991. Uranium series dating. In: P.L. Smart and P.D. Francis (Eds.). Quaternary dating Methods-a User’s Guide. Qart. Res. Assoc. Tech. Guide. 4, London, pp.45-83.
44. Sungurlu, O., Perinçek, D., Kurt, G., Tuna, E., Dülger, S., Çelikdemir, E. ve Naz, H., 1985. Elazığ - Hazar - Palu alanının jeolojisi. Petrol İşleri Genel Müdürlüğü Dergisi, 29, 83–191.
45. Şaroğlu, F., Emre, Ö. and Kuşçu, İ., 1992b. The East Anatolian fault zones of Turkey, Annales Tectonicae, 6, 99-125.
46. Şengör, A.M.C., Görür, N. and Şaroğlu, F., 1985. Stirike-slip faulting and related basin formation in zone of tectonic escape: Turkey as a case study. In: “Stirike-slip deformation, basin formation and sedimentation”. Edited by: K.T. Biddle & N. Christie-Blick. Soc. Econ. Paleont. and Min. Spec. Publ., 37, 227-264.
47. Uysal, T., Feng, Y., Zhao, J., Altunel, E., Weatherley, D., Karabacak, V., Cengiz, O., Golding, S.D., Lawrence, M.G. and Collerson, K.D., 2007. U-series dating and geochemical tracing of late Quaternary travertines in co-seismic fissures,
48. Uysal, I. T., Feng, Y., Zhao, J., Işık, V., Nuriel, P. and Golding, S.D., 2009. Hydrothermal CO degassing in seismically active zones during the late Quaternary, Chemical Geology, 265, 442-454.
49. Westaway, R., 1994. Present-day kinematics of the Middle East and eastern Mediterranean. Jour. Geophys. Res., 99/B6, 12,071-12090.
50. Westaway, R., 2003. Kinematics of the Middle East and Eastern Mediterranean Updated, Turkish J.Earth Sci. J., 12, 5-46.
51. Wyatt, A. (ed.), 1986. Challinor’s Dictionary of Geology (6 Edition). University of Wales Press, Cardiff, pp. 374.