Investigation of Uplift Rate History of the Yüksekova Basin (Southeast Turkey)

Abstract

The 90 km long and N50°-60°W oriented right lateral Şemdinli Yüksekova Fault Zone (ŞYFZ) is located at the southeast of the EACP. The most prominent morphotectonic structure of the ŞYFZ is the Yüksekova Basin that has a long axis striking in NW-SE direction with a length of 38 km and the maximum width of 10 km. In this study, morphometric indices were used to investigate the uplift characteristics of the basin. According to the Mountainfront sinuosity (Smf) and the ratio of valley-floor width to valley-height index (V) calculations along the mountain fronts on the northern and southern margins of the Yüksekova Basin, the faults that delimit the basin margins have high activity, and the uplift rate is not less than 0.5 mm /yr. Spatial distribution of the m/n values of the drainage areas reveals that the ŞYFZ have driven the rock uplift around the basin rather than the large-scale lithospheric processes. The integral analysis (chi= χ) of the tributaries in the drainage areas located close to the faults that delimit the Yüksekova Basin indicate that the uplift rate of the basin changes over time regardless of the m/n ratio. The integral analyses of lithological units, which are resistant to erosion around the basin, reveal that uplift rate has been changed four times.

Keywords

• Şemdinli-Yüksekova Fault Zone,Uplift Rate,Morphometric Indices,East Anatolian Contractional Province

Yüksekova Havzası’nın (Güneydoğu Türkiye) Yükselim Hızı Tarihçesi’nin Araştırılması

Abstract

Şemdinli Yüksekova Fay Zonu (ŞYFZ), Doğu Anadolu Sıkışma Bölgesi’nin en güneyinde yer alan K50°-60B° uzanımında ve 90 km uzunluğunda doğrultu atımlı sağ yanal bir deformasyon yapısıdır. ŞYFZ’nin en belirgin morfotektonik yapısı KB-GD uzanımlı, uzun ekseni 38 km en geniş yeri 10 km olan Yüksekova Havzası’dır. Bu çalışma kapsamında morfometrik indisler kullanılarak havza civarının yükselim özellikleri araştırılmıştır. Yüksekova Havzası’nın kuzey ve güney sınırlarında fay kontrolü olarak gelişen dağ önleri üzerinde gerçekleştirilen Dağ Önü Sinüslüğü (S_mf) ve Vadi Tabanı Genişliğinin Vadi Yüksekliğine Oranı (Vf) indeks hesaplamaları havzayı sınırlayan fayların yüksek aktiviteye sahip olduğunu ve yükselim hızının 0.5 mm/yıl’dan az olmadığını göstermektedir. Havzaya uzak ve yakın konumlanmış drenaj alanları içerisindeki dere kolları üzerinde dört farklı yöntem ile hesaplanan konkavlık (m/n) indeksleri, havza sınırlarındaki yükselimin bölgesel bir aktiviteden ziyade ŞYFZ denetiminde geliştiğini açığa çıkarmıştır. Yüksekova Havzası’nı sınırlayan faylara yakın konumlanmış drenaj alanları içerisindeki dere kollarının İntegral Analizi (chi= χ), havzaların m/n oranından bağımsız olarak yükselim hızının zaman içerisinde değiştiğine işaret etmektedir. Havza civarında aşınmaya karşı dayanımlı olan litolojik birimler yükselim hızının dört defa değiştiğini açığa çıkartmıştır.

Keywords

• Şemdinli-Yüksekova Fay Zonu,Yükselim Hızı,Morfometrik İndis,Doğu Anadolu Sıkışma Bölgesi

References

1. Akkaya İ, 2015. The application of HVSR microtremor survey method in Yüksekova (Hakkari) region, Eastern Turkey. Journal of African Earth Sciences 109, 87-95.
2. Altınlı, İ.E., 1952. Siirt Güneydoğusunun Jeolojik İncelemesi, Maden Tetkik Arama Enstitüsü, Ankara, p. 95.
3. Ambili, V. ve Narayana, A.C., 2014. Tectonic effects on the longitudinal profiles of the Chaliyar River and its tributaries, southwest India. Geomorphology 217, 37-47.
4. Anoop, A., Prasad, S., Basavaiah, N., Brauer, A., Shahzad, F. ve Deenadayalan, K., 2012. Tectonic versus climate influence on landscape evolution: A case study from the upper Spiti valley, NW Himalaya. Geomorphology 145–146, 32-44.
5. Boray, A., 1974. Bitlis Masifinin Yapısı ve Metamorfizması. Türkiye Jeol. Bül. 18, 81-84.
6. Bozkurt, E., 2001. Neotectonics of Turkey; a synthesis. Geodinamica Acta 14, 3-30.
7. Bull, W.B., 1978. Geomorphic tectonic classes of the south front of the Gabriel Mountains, California. U.S. Geological Survey Contract Report 1408-001-G-394, Menlo Park, CA, Office of Earthquakes, Volcanoes, and Engineering.
8. Bull, W.B. ve McFadden, L.D., 1977. Tectonic geomorphology north and south of the Garlock fault, California, in: Doehring, D.O. (Ed.), Geomorphology in Arid Regions, Proceeding 8th Annual Geomorphology Symposium, State University New York at Binghamton, 23-24 September 1977, pp. 115-137.

9. Burbank, D.W., Anderson, R.S., 2001. Tectonic Geomorphology. Blackwell Scientific, Oxford.
10. Chorowicz, J., Dhont, D. ve Gündogdu, N., 1999. Neotectonics in the eastern North Anatolian fault region (Turkey) advocates crustal extension: mapping from SAR ERS imagery and Digital Elevation Model. Journal of Structural Geology 21, 511-532.
11. Davis, W.M., 1899. The Geographical Cycle. The Geographical Journal 14, 481-504.
12. DiBiase, R.A., 2014. Earth science: River incision revisited. Nature 505, 294-295.
13. DiBiase, R.A., Whipple, K.X., Heimsath, A.M. ve Ouimet, W.B., 2010. Landscape form and millennial erosion rates in the San Gabriel Mountains, CA. Earth and Planetary Science Letters 289, 134-144.
14. Duran, O., Semsir, D., Sezgin, L. ve Perinçek, D., 1988. Güneydoğu Anadolu’da Midyat ve Silvan gruplarının stratigrafisi, sedimentolojisi ve petrol potansiyeli. TPJD Bülteni 1/2, 99-126.
15. Duran, O., Semsir, D., Sezgin, L. ve Perinçek, D., 1989. Güneydoğu Anadolu’da Midyat Silvan Gruplarının stratigrafisi, sedimantolojisi ve paleocografyası, paleontolojisi, jeoloji tarihi, rezervuar ve diyajenez özellikleri ve olası petrol potansiyeli. , TPAO Araştırma Merkezi, Rapor No.2563. Ankrara.
16. Emre, Ö., Duman, T.Y. ve Olgun, Ş., 2012. 1:250.000 Ölçekli Türkiye Diri Fay Haritası Serisi, Hakkari (NJ 38-10) Paftası, Seri No:56. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara -Türkiye.
17. Faccenna, C., Becker, T.W., Jolivet, L. ve Keskin, M., 2013. Mantle convection in the Middle East: Reconciling Afar upwelling, Arabia indentation and Aegean trench rollback. Earth and Planetary Science Letters 375, 254-269.
18. Flint, J.J., 1974. Stream gradient as a function of order, magnitude, and discharge. Water Resources Research 10, 969-973.
19. Gilbert, G.K., 1877. Geology of the Henry Mountains. USGS Unnumbered Series, Government Printing Office, Washington, D.C.
20. Goren, L., Fox, M. ve Willett Sean, D., 2014. Tectonics from fluvial topography using formal linear inversion: Theory and applications to the Inyo Mountains, California. Journal of Geophysical Research: Earth Surface 119, 1651-1681.
21. Hack, J.T., 1960. Interpretation of erosional topography in humid temperate regions, Interpretation of erosional topography in humid temperate regions 258-A, 80–97.
22. Howard, A.D., 1994. A Detachment-Limited Model of Drainage Basin Evolution. Water Resour. Res. 30, 2261-2285.
23. Howard, A.D., Dietrich, W.E. ve Seidl, M.A., 1994. Modeling fluvial erosion on regional to continental scales. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 99, 13971-13986.
24. Howard, A.D. ve Kerby, G., 1983. Channel changes in badlands. Geological Society of America Bulletin 94, 739-752.
25. Keller, E.A. ve Pinter, N., 2002. Active Tectonics: Earthquakes, Uplift, and Landscape. Prentice Hall, New Jersey.
26. Kirby, E. ve Ouimet, W., 2011. Tectonic geomorphology along the eastern margin of Tibet: insights into the pattern and processes of active deformation adjacent to the Sichuan Basin. Geological Society, London, Special Publications 353, 165.
27. Kirby, E. ve Whipple, K., 2001. Quantifying differential rock-uplift rates via stream profile analysis. Geology 29, 415-418.
28. Kirby, E. ve Whipple, K.X., 2012. Expression of active tectonics in erosional landscapes. Journal of Structural Geology 44, 54-75.
29. Kirby, E., Whipple, K.X., Tang, W. ve Chen, Z., 2003. Distribution of active rock uplift along the eastern margin of the Tibetan Plateau: Inferences from bedrock channel longitudinal profiles. J. Geophys. Res. 108, 2217.
30. Koçyiğit, A., 2005. 2005.01.25, MW 5.9 Sütlüce (Hakkari) Depreminin Kaynağı: Başkale Fay Kuşağı, GD Türkiye, Deprem Sempozyumu, Kocaeli, Türkiye.
31. Kozacı, Ö., Dolan, J.F. ve Finkel, R.C., 2009. A late Holocene slip rate for the central North Anatolian fault, at Tahtaköprü, Turkey, from cosmogenic 10Be geochronology: Implications for fault loading and strain release rates. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 114, 1-12.
32. Le Pichon, X. ve Kreemer, C., 2010. The Mioceneto-Present Kinematic Evolution of the Eastern Mediterranean and Middle East and Its Implications for Dynamics. Annual Review of Earth and Planetary Sciences 38, 323-351.
33. Maxon, J.H., 1936. Geology and Petroleum Possibilities of the Hermis Dome, Maden Tetkik Arama Enstitüsü, Ankara, p. 25
34. McClusky , S., Balassanian, S., Barka, A., Demir, C., Ergintav, S., Georgiev, I., Gürkan, O., Hamburger, M., Hurst, K., Kahle, H., Kastens, K., Kekelidze, G., King, R., Kotzev, V., Lenk, O., Mahmoud, S., Mishin, A., Nadariya, M., Ouzounis, A., Paradissis, D., Peter, Y., Prilepin, M., Reilinger, R., Şanlı, I., Seeger, H., Tealeb, A., Toksöz, M.N. ve Veis, G., 2000. Global Positioning System constraints on plate kinematics and dynamics in the eastern Mediterranean and Caucasus. Journal of Geophysical Research 105, 5695-5719.
35. McKenzie, D., 1972. Active Tectonics of the Mediterranean Region. Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society 30, 109-185. Molnar, P., 2001. Climate change, flooding in arid environments, and erosion rates. Geology 29, 1071-1074.
36. Mudd, S.M., Clubb, F.J., Gailleton, B. ve Hurst, M.D., 2018. How concave are river channels? Earth Surface Dynamics Discussions.
37. Özeren, M.S. ve Holt, W.E., 2010. The dynamics of the eastern Mediterranean and eastern Turkey. Geophysical Journal International 183, 11651184.
38. Özkaya, İ., 1977. Hakkari-Yüksekova bölgesi jeolojisi. TPAO Arama Grubu, Rapor No:1129, 17s.
39. Pan, B., Li, Q., Hu, X., Geng, H. ve Gao, H., 2015. Bedrock channels response to differential rock uplift in eastern Qilian Mountain along the northeastern margin of the Tibetan Plateau. Journal of Asian Earth Sciences 100, 1-19.
40. Pérez-Peña, J.V., Azañón, J.M., Azor, A., Delgado, J. ve González-Lodeiro, F., 2009. Spatial analysis of stream power using GIS: SLk anomaly maps. Earth Surface Processes and Landforms 34, 16-25.
41. Perinçek, D., 1978. V-VI-IX. Bölge (Güneydoğu Anadolu otokton-allokton birimler) jeoloji sembolleri. TPAO Arama Grubu, Arşiv No:6657.
42. Perinçek, D., 1980. Bitlis Metamorfitlerinde Volkanitli Triyas. Türkiye Jeol. Bül., 23, 201-211.
43. Perinçek, D., 1989. Hakkari ili ve dolayının stratigrafisi, yapısal özellikleri, petrol imkanları, TPAO Arama Grubu. Rapor No:2545 .127s.
44. Perinçek, D., 1990. Hakkari ili ve dolayının startigrafisi, GDA Türkiye. TPJD Bülteni 2, 21-68.
45. Perinçek, D. ve Kozlu, H., 1984. Afşin-Elbistan Doğanşehir dolayının stratigrafisi ve bölgedeki birliklerin yapısal ilişkileri. TPAO Arama Grubu, Rapor No:1909, 28s.
46. Pritchard, D., Roberts, G.G., White, N.J. ve Richardson, C.N., 2009. Uplift histories from river profiles. Geophysical Research Letters 36.
47. Reilinger, R., McClusky, S., Vernant, P., Lawrence, S., Ergintav, S., Çakmak, R., Özener, H., Kadirov, F., Guliev, I., Stepanyan, R., Nadariya, M., Hahubia, G., Mahmoud, S., Sakr, K., ArRajehi, A., Paradissis, D., Al-Aydrus, A., Prilepin, M., Guseva, T., Evren, E., Dmitrotsa, A., Filikov, S.V., Gomez, F., Al-Ghazzi, R. ve Karam, G., 2006. GPS constraints on continental deformation in the Africa-Arabia-Eurasia continental collision zone and implications for the dynamics of plate interactions. J. Geophys. Res. 111, B05411.
48. Reilinger, R.E., McClusky, S.C., Oral, M.B., King, R.W., Toksöz, M.N., Barka, A.A., Kınık, I., Lenk, O. ve Şanlı, I., 1997. Global Positioning System measurements of present-day crustal movements in the Arabia-Africa-Eurasia plate collision zone. J. Geophys. Res. 102, 9983-9999.
49. Roberts, G.P., Cowie, P., Papanikolaou, I. ve Michetti, A.M., 2004. Fault scaling relationships, deformation rates and seismic hazards: an example from the Lazio–Abruzzo Apennines, central Italy. Journal of Structural Geology 26, 377-398.
50. Rockwell, T., Keller, E. ve Jhonson, D., 1984. Tectonic Geomorphology of Alluvial Fans and Mountain Fronts Near Ventura, California, in: Morisawa, M., Hack, T.J. (Eds.), Tectonic Geomorphology, Publ. in Geomorphology, State Union of New York, Binghamton, 183-207.
51. Sağlam Selçuk, A., 2016. Evaluation of the relative tectonic activity in the eastern Lake Van basin, East Turkey. Geomorphology 270, 9-21.
52. Selby, M.J., 1980. A rock strength classifi cation for geomorphic purposes: with tests from Antarctica and New Zealand. Zeitschrift für Geomorphologie 24.
53. Silva, P.G., Goy, J.L., Zazo, C. ve Bardají, T., 2003. Fault-generated mountain fronts in southeast Spain: geomorphologic assessment of tectonic and seismic activity. Geomorphology 50, 203-225.
54. Snyder, N.P., Whipple, K.X., Tucker, G.E. ve Merritts, D.J., 2000. Landscape response to tectonic forcing: Digital elevation model analysis of stream profiles in the Mendocino triple junction region, northern California. Geological Society of America Bulletin 112, 1250-1263.
55. Snyder, N.P., Whipple, K.X., Tucker, G.E. ve Merritts, D.J., 2003. Channel response to tectonic forcing: field analysis of stream morphology and hydrology in the Mendocino triple junction region, northern California. Geomorphology 53, 97-127.
56. Strahler, A.N., 1952. Hypsometric (Area-Altitude) Analysis of Erosional Topography. Geological Society of America Bulletin 63, 1117-1142.
57. Sungurlu, O., 1973. VI. Bölge Gölbaşı – Gerger arasındaki sahanın jeolojisi. TPAO Rapor No: 802.,30 s. Ankara (yayımlanmamış).
58. Sungurlu, O., 1974. VI. Bölge kuzey sahalarının jeolojisi. TPAO Arama Grubu, Rapor No:871. 32s.
59. Şenel, M., 2002. 1:100.000 Ölçekli Tükiye Jeoloji Haritaları No:43 Hakkari-N52 ve N53 Paftaları. Maden Tetkik Arama Enstitüsü, Jeoloji Etütleri Dairesi, Ankara.
60. Şenel, M., 2007. 1:100.000 Ölçekli Tükiye Jeoloji Haritaları No:43 Hakkari-M52 ve M53 Paftaları,, Maden Tetkik Arama Enstitüsü, Jeoloji Etütleri Dairesi, Ankara.
61. Şengör, A.M.C., 1980. Türkiye Neotektoniğinin Esasları (Principles of the Neotectonism of Turkey). Türkiye Jeoloji Kurumu Yayını, 40.
62. Şengör, A.M.C., Görür, N. ve Şaroğlu, F., 1985. Strike slip faulting and related basin formations in zones of tectonic escape: Turkey as a case study, in: Biddle, K.T., Christie-Blick, N. (Eds.), Strike Slip Faulting and Basin Formation. Society of Economic Paleontologists and Mineralogists, Tulsa, Oklahoma, Special Publication No. 37, pp. 227 – 264.
63. Şengör, A.M.C., Tüysüz, O., İmren, C., Sakınç, M., Eyidoğan, H., Görür, N., Le Pichon, X. ve Rangin, C., 2005. The North Anatolıan Fault: A New Look. Annual Review of Earth and Planetary Sciences 33, 37-112.
64. Topal, S., Keller, E., Bufe, A. ve Koçyiğit, A., 2016. Tectonic geomorphology of a large normal fault: Akşehir fault, SW Turkey. Geomorphology 259, 55-69.
65. Walcott, R.C. ve Summerfield, M.A., 2008. Scale dependence of hypsometric integrals: An analysis of southeast African basins. Geomorphology 96, 186.
66. Whipple, K.X., 2004. Bedrock Rivers and The Geomorphology of Active Orogens. Annual Review of Earth and Planetary Sciences 32, 151- 185.
67. Whipple, K.X. ve Tucker, G.E., 1999. Dynamics of the stream-power river incision model: Implications for height limits of mountain ranges, landscape response timescales, and research needs. J. Geophys. Res. 104, 17661-17674.
68. Whittaker, A.C., Attal, M., Cowie, P.A., Tucker, G.E. ve Roberts, G., 2008. Decoding temporal and spatial patterns of fault uplift using transient river long profiles. Geomorphology 100, 506-526.
69. Wobus, C., Whipple, K.X., Kirby, E., Snyder, N., Johnson, J., Spyropolou, K., Crosby, B. ve Sheehan, D., 2006. Tectonics from topography: Procedures, promise, and pitfalls. Geological Society of America Special Papers 398, 55-74.
70. Yıldırım, C., 2014. Relative tectonic activity assessment of the Tuz Gölü Fault Zone; Central Anatolia, Turkey. Tectonophysics 630, 183-192.
71. Yılmaz, E. ve Duran, O., 1997. Güneydoğu Anadolu Bölgesi Otokton ve Allokton Birimler Stratigrafi Adlama Sözlüğü “Lexicon”. TPAO Eğitim Yayınları No:31, 460 s.