Petrographic and Geochemical Features of Calc-alkaline and Alkaline Plutonic/Subvolcanic Rocks in the Cappadocia Region (Nevşehir, Central Anatolia)

Abstract

In the Cappadocia region, the Bayramhacı, İdişdağı, Göynük, Karadağ, Yeşilöz, Akçataş plutonic and/or subvolcanic rocks exposing in the northern part of the Nevşehir province and Acıgöl plutonic rocks cropping out at the south are included to the Central Anatolian Granitoids. The Akçataş pluton, exposing at the south of Nevşehir, has monzogranite composition and rarely contain mafic microgranular enclave (MME) and K.feldspar megacrysts. 

Magmatic rocks in the northern section have quite different compositions varying from monzogranite to quartz monzonit / monzodiorite - monzonite - phonolitic tephrite / tephritic phonolite. Quartz monzonitic / monzodioritic rocks dominantly contain MME and large K.feldspar megacrysts. Monzonitic rocks are in contact with the porphyritic subvolcanic rocks which contain K-feldspar or leucite megacrysts. The monzogranitic rocks in the region are of subalkaline, high-K series calc-alkaline character and I-type leucogranite. Quartz monzonite,monzonite/monzodioritic rocks show compositions of subalkaline, high-K calc-alkaline to shoshonitic with I-type melt character. Monzonitic and phonolitic tephrite /tephritic phonolite rocks exhibit yield A-type melt characteristics with alkaline and shoshonitic composition. Magmatic rocks with different compositions present different trace element abundance. Light rare element (LREE) enrichment ratios tend to increase from monzogranite ((La/Yb) n= 4.58 – 12.11) to quartz monzonite / monzodiorite ((La/Yb) = 12.06 – 33.78) and monzonite and phonolitic tephrite / tephritic phonolite rocks ((La/Yb) n n= 23.29 – 82.17). In Ocean ridge granite normalized element diagrams, all magmatic rocks show large ion lithophile elements (LILE: K, Rb, Ba) enrichment with respect to high field strength elements (HFSE: Ta, Nb, Hf, Zr, Y) indicating that they were formed in a subduction zone and/or collisional tectonic setting. However, alkaline magmatic rocks are represented by significant LIL (K, Rb, Ba, Th) and HFS (Ta, Nb, Ce and Zr) enrichment compared to calc-alkaline magmatic rocks. The petrographic and wholerock chemistry data from the Cappadocia Region indicate that studied magmatic rocks were formed by subduction zone magmatism and the contribution from subcontinental lithospheric mantle is much noticeable for the  A-type plutons.

Keywords

• Cappadocia plutonic rocks,Central Anatolia,geochemistry,petrography

Kapadokya Bölgesi (Nevşehir, Orta Anadolu) Kalk-alkalen ve Alkalen Plütonik/ Subvolkanik Kayaçların Petrografik ve Jeokimyasal Özellikleri

Abstract

Kapadokya Bölgesinde, Nevşehir’in kuzeyinde yüzeyleyen Bayramhacı, İdişdağı, Göynük, Karadağ, Yeşilöz, Akçataş plütonik ve/veya subvolkanik kayaçları ve güneyinde yüzeyleyen Acıgöl Plütonik kayaçları Orta Anadolu Granitoyidleri içerisinde yer alır. Nevşehir’in güneyinde yüzeyleyen Acıgöl plütonu monzogranit bileşimine sahip olup az oranda mafik mikrogranüler anklav (MME) ve iri-K.feldispat megakristalleri içermektedir. Kuzeyde yüzeyleyen magmatik kayaçlar ise monzogranit - kuvars monzonit / monzodiyorit - monzonit - fonolitik tefrit / tefritik fonolit arasında değişen farklı bileşimli kayaçlardan oluşmaktadır. Kuvars monzonit / monzodiyorit bileşimli kayaçlar sık sık MME ve iri-K.feldispat megakristalleri içermektedir. Monzonit bileşimli kayaçlar ise iri-K.feldispat veya lösit içeren porfirik dokulu subvolkanik kayaçlar ile dokanak halindedir.

Bölgedeki monzogranitik kayaçlar subalkalen, yüksek-K ve kalk-alkalen karakterli ve I-tipi löko-granit özelliğindedir. Kuvars monzonit, monzonit / monzodiyorit bileşimli kayaçlar subalkalen, yüksek-K ile kalk-alkalen ile şoşonitik arasında değişen ve I-tipi magma karakteri sunmaktadır. Monzonit ve fonolitik tefrit / tefritik fonolit bileşimli kayaçlar ise alkalen ve şoşonitik karakteri ile A-tipi magma karakteri sunmaktadır. Farklı bileşime sahip magmatik kayaçların iz element bollukları da farklılık sunar. Hafif nadir toprak element (HNTE) zenginleşme oranları monzogranit ((La/Yb)n= 4.58 – 12.11) bileşimli kayaçlardan kuvars monzonit / monzodiyorit ((La/Yb)= 12.06 – 33.78) ve monzonit ve fonolitik tefrit / tefritik fonolit bileşimli ((La/Yb)n n= 23.29 – 82.17) kayaçlara doğru artma eğilimindedir. Okyanus sırtı granitlere göre normalize edilmiş element diyagramlarında, bütün magmatik kayaçlar büyük iyon çaplı litofil elementlerce (LILE: K, Rb, Ba) kalıcılığı yüksek elementlere göre (HFSE: Ta, Nb, Hf, Zr, Y) zenginleşme eğilimi ile magmanın yitim zonu ve/veya çarpışma ile ilişkili tektonik yerleşimden türediğine işaret eder. Alkalen magmatik kayaçlar kalk-alkali magmatik kayaçlara göre belirgin LIL (K, Rb, Ba, Th) ve HFS (Ta, Nb, Ce ve Zr) zenginleşmiş yönelim sunar. Kapadokya Bölgesindeki petrografik ve tüm kayaç jeokimya sonuçları bütün magmatik kayaçların yitim magmatizması ile geliştiğine ve A-tipi plütona doğru alt kıta kabuğu ve litosferik manto katkısının arttığına işaret etmektedir.

Keywords

• Kapadokya plütonik kayaçları,Orta Anadolu,jeokimya,petrografi

References

1. Akıman, O., Erler, A., Göncüoğlu, M.C., Güleç, N., Geven, A., Türeli, T.K., Kadıoğlu, Y.K., 1993. Geochemical characteristics of granitoids along the western margin of the Central Anatolian Crystalline Complex and their tectonic implications. Geological Journal, 28, 371-382.
2. Atabey, E., Tarhan, N., Yusufoğlu, H., Canpolat, M., 1988. Hacıbektaş, Gülşehir, Kalaba (Nevşehir) Himetdede (Kayseri) Arasının Jeolojisi. MTA Derleme Rapor No: 8523 (yayınlanmamış). Atabey, E., 1989. 1:100 000 ölçekli Açınsama Nitelikli Türkiye Jeoloji Haritaları Serisi Kayseri-H19 paftası. MTA Genel Müdürlüğü (yayınlanmamış).
3. Aydar, E., Schmitt, A.K., Çubukçu, H.E., Akın, L., Ersoy, O., Sen, E., Duncan, R.A., Atici, G., 2012. Correlation of Ignimbrites in the Central Anatolia Volcanic Province Using Zirkon and Plagioclase Ages and Zircon Composition. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 213- 214, 83-97.
4. Aydın N.S., 1984. Orta Anadolu Masifinin Gümüşkent B. (Nevşehir) Dolayında Jeolojik-Petrografik İncelemeler. Doktora Tezi, 400 s., Ankara Üniversitesi Fen Fakültesi Jeoloji Bölümü (yayınlanmamış).
5. Aydın, N.S., 1991. Orta Anadolu Masifi Akçataş Granitinin (Nevşehir) Petrografik Özellikleri. MTA Dergisi, 112, 117-133.
6. Aydın, N.S., Göncüoğlu, M.C., Erler, A., 1998. Latest Cretaceous Magmatism in the Central Anatolian Crystalline Complex: Review of Field, Petrographic and Geochemical Features. Turkish Journal of Earth Science, 7, 259-268.
7. Aydın, N.S., Malpas, J., Göncüoğlu, M.C., Erler, A., 2001. A Review of the Nature of Magmatism in Central Anatolia during the Mesozoic PostCollisional Period. International Geology Review, 43, 695-710.
8. Barbarin, B. 1990. Granitoids: main petrogenetic classifications in relation to origin and tectonic setting. Geological Journal, 25, 227-238.

9. Barbarin, B., 1999. A reviev of the relationships between granitoid types, their origins and their geodynamic environments, Lithos, 46, 605-626.
10. Becker, H., 1956. Gülşehir ile Hacıbektaş Arasındaki Bölgenin Kayseri’nin Batısı Jeolojisi. MTA Derleme Rapor No: 2578 (yayınlanmamış).
11. Bonin, B., 1990. From orogenic to anoregenic settings: evolution of granitoid suites after a major orogenis. Geological Journal, 25, 261-270.
12. Boztuğ, D., 1998. Post-Collisional Central Anatolian Alkaline Plutonism, Turkey. Turkish Journal of Earth Sciences, 7, 145-165.
13. Chappell, B.W., White, A.J.R., 1974. Two contrasting granite types. Pacific Geology, 8, 173-174.
14. Chappell, B.W., White, A.J.R., 2001. Two contrasting granite types: 25 years later. Australian Journal of Earth Sciences, 48, 489-499.
15. Condie, K.C., 1989. Plate tectonics and crustal evolution, third ed.: New York, NY, Pergman Press.
16. Dönmez, M., Akçay, A.E., Türkecan, A., 2005. 1:100000 ölçekli Türkiye Jeoloji Haritaları Kayseri-K34 paftası. MTA Genel Müdürlüğü (yayınlanmamış).
17. Ekici, T., 1997. Yozgat Batoliti Yozgat Güneyi Kesiminin Petrolojisi. Yüksek Lisans Tezi, 75 s., C.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü (yayınlanmamış).
18. Ekici, T., Boztuğ, D., 1997. Anatolid-Pontid Çarpışma Sisteminin Pasif Kenarında Yeralan Yozgat Batolitinde Syn-COLG ve Post-COLG Granitoyid Birlikteliği. Yerbilimleri, 30, 519-538.
19. Erler, A., Kuşcu, İ., Dirik, K., Ulu, Y. ve Yavuz, N., 1996. Orta Anadolu Kristalen Karmaşığı’nın Metalojenisi. ODTÜ Araştırma Fonu Proje No: 94-03-09-02, Ankara.
20. Göncüoğlu, M.C., Erler, A., Toprak, G.M.V., Olgun, E., Kuşçu, İ., 1991. Orta Anadolu Masifinin Batı Bölümünün Jeolojisi, Bölüm 1: Güney kesim. TPAO Rapor No: 2909 (yayımlanmamış).
21. Hibbard, MJ., 1991. Textural anatomy of twelve magma-mixing granitoid systems. In: Didider, J., Barbarin B. (Eds.) Enclaves and Granite Petrology. Elsevier, Amsterdam, pp. 431-444.
22. Irvine, T.N., Baragar, W.R.A., 1971. A guide to the chemical classification of the common volcanic rocks. Canadian Journal of Earth Sciences, 8: 523548.
23. İlbeyli, N., Pearce, J.A., Thirlwall, M.F., Mitchell, J.G., 2004. Petrogenesis of collision-related plutonic in Central Anatolia, Turkey. Lithos, 72, 163-182.
24. Kadıoğlu, Y.K., Dilek, Y., Foland, K.A. 2006. Slab break-off and syncollisional origin of the Late Cretaceous magmatism in the Central Anatolian crystalline complex, Turkey. Geological Society of America Special Paper, 409, 38 1-415.
25. Köksal, S., 1996. İdiş Dağı - Avanos Yöresi’nin Jeolojik ve Petrolojik Özellikleri (Nevşehir-Orta Anadolu). Yüksek Lisans Tezi, 141 s., Orta Doğu Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü (yayınlanmamış).
26. Köksal, S., Göncüoğlu, M.C., 2008. Sr and Nd Isotopic Characteristics of some S-, I and A-type granitoids from Central Anatolia. Turkish Journal of Earth Sciences, 17, 11-127.
27. Köksal, S., Göncüoğlu, M.C., Floyd, P.A., 2001. Extrusive members of postcollisional A-Type magmatism in Central Anatolia: Karahıdır volcanics, İdişdağı-Avanos area, Turkey. International Geology Review, 43, 683-694.
28. Maniar, P.D., Piccoli, P.M., 1989. Tectonic discrimination of granitoids. Geological Society of America Bulletin 101, 635-643.
29. MTA, 2001. 1:25.000 ölçekli Jeoloji Haritaları.
30. MTA, 2005. 1:100.000 ölçekli Türkiye Jeoloji Haritaları, Kayseri-K34 paftası.
31. Nakamura, N., 1974. Determination of REE, Ba, Mg, Na and K in carbonaceous and ordinary chondrites. Geochimica et Cosmochimica Acta 38, 757-775.
32. Orhan, A., Demirbilek, M., 2014. Kapadokya Bölgesi (Nevşehir) Plütonik Kayaçların Mineralojik, Petrografik ve Jeokimyasal Özelliklerinin İncelenmesi. Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projesi, Proje No: 2012/3, 71 s. (yayınlanmamış).
33. Pearce, J.A., Harris, N.B.W., Tindle, A.G. 1984. Trace element discrimination diagrams for the tectonic interpretation of granitic rocks. J. Petrol., 25: 956983.
34. Pertermann, M., Hirschmann, M.M., Hametner, K., Günther, D., Schmidt, M.W., 2004. Experimental determination of trace element partitioning between garnet and silica-rich liquid during anhydrous partial melting of MORB-like eclogite. Geochemistry Geophysics Geosystem An Electronic Journal of Earth Sciences, 5, 1-23.
35. Reichardt, H., Weinberg, R.F., 2012. Hornblende Chemistry in Meta- and Diatexites and its Retention in the Source of Leucogranites: an Example from the Karakoram Shear Zone, NW India. Journal of Petrology, 0, 1-32.
36. Rickwood, P.C., 1989, Boundary lines within petrologic diagrams which use oxides of major and minor elements: Lithos, v. 22, p. 247–263.
37. Seymen, İ., 1981. Kaman (Kırşehir) Dolayında Kırşehir Masifinin Stratigrafisi ve Metamorfizması. Türkiye Jeoloji Kurultayı Bülteni, 24/2, 101-108.
38. Streckeisen, A., 1976. To each plutonic rock its proper name. Earth Science Reviews 12 (1), 1-33.
39. Sun, S.S., McDonough, W.F., 1989. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes. In: Saunders, A.D., Norry, M.J. (Eds.)., Magmatism in ocean basins. Geol. Soc. Lond. Spec. Publ., 42: 313-345.
40. Tatar, S., Boztuğ, S., 2005. The syn-collisional Danacıobası biotite leucogranite derived from the crustal thickening in central Anatolia (Kırıkkale), Turkey. Geological Journal 40, 571-591.
41. Yılmaz, S., Boztuğ, D., 1994. Granitoyid Petrojenezinde Magma Mingling/Mixing Kavramı. Jeoloji Mühendisliği Dergisi, 44-45, 1-20.