Pre-Cambrian Metamorphic Rocks of the Sakarya Zone in the Biga Peninsula; Late Ediacaran Gondwanaland Active Continental Margin

Abstract

The pre-Jurassic metamorphic rocks of the Biga Peninsula can be evaluated as three main tectonostratigraphic units, which show significant differences from each other in terms of degree of metamorphism, deformation characteristics and tectonic settings. These are: 1) Kazdağ Unit, 2) Kalabak Unit, and 3) Karakaya Unit. The Kazdağ Unit forms the high-grade metamorphic core rocks of the Kazdağ Massif on the visible base of the Biga Peninsula. The Kalabak Unit and the Karakaya Unit are located on this high-grade metamorphic basement as composite tectonic slices and form the lower-grade metamorphic outer envelopes.

The Kalabak Unit, which is the main subject of this paper, consists of the Dedetepe Formation, the Sazak Formation, the Torasan Formation, and Devonian Çamlık metagranodiorite, which cuts all these units. In addition to lithological, stratigraphic and structural similarities of these metamorphic rocks, which are the outer envelope of the metamorphic core in the Kazdağ Massif and also outcrop in other metamorphic massifs of the region such as Çamlıca, Karabiga and Karadağ, their U-Pb zircon ages also show that they can be correlated with each other. According to the results obtained from U-Pb zircon dating, the maximum sedimentation ages of the protoliths for the metasedimentary rocks of the Kalabak Unit are in the range of 557-582 Ma. The crystallization age of the protolith for the metabasites, which has primary relationship to these metasedimentary rocks, is 577 Ma. In addition, protolith crystallization age of the eclogites, which are tectonic slices in these metasedimentary rocks, is 565 Ma. In addition to similar protolith ages, the fingerprint of a tectonothermal event at about 300-340 Ma is important in terms of expressing a common geological history for all samples.

Formation environment and age of the metavolcanic rocks of the Kalabak Unit represent consistent and significant geotectonic environments. The Dedetepe Formation, which is at the bottom, represents a subduction mélange, the Sazak Formation represents an active continental margin and the Torasan Formation represents a coeval sedimentary sequence. These geotectonic environments developed during the late Precambrian-early Paleozoic period while the Proto-Tethys oceanic crust subducted to the south, under the Gondwanaland continent. These oldest rocks of the Sakarya Zone, together with the rocks they were spatially associated with during younger periods, were affected by repetitive deformations which resulted in their present position.

Keywords

• Biga Peninsula,Gondwanaland active continental margin,Pan-African Orogeny,Sakarya Zone

Biga Yarımadası’nda Sakarya Zonunun Prekambriyen Metamorfik Kayaları; Geç Ediyakaran Gondwanaland Aktif Kıta Kenarı

Abstract

Biga Yarımadası’nda Jura öncesi yaşlı metamorfik kayalar; metamorfizma derecesi, deformasyon nitelikleri ve gelişme ortamları bakımından birbirlerinden belirgin farklılıklar gösteren üç ana tektonostratigrafik birlik olarak değerlendirilebilir. Bunlar; 1) Kazdağ Birliği, 2) Kalabak Birliği, 3) Karakaya Birliği’dir. Kazdağ Birliği, Biga Yarımadası’nın görülür temelinde, Kazdağ Masifi’nin ileri derecede metamorfik çekirdek kayalarını oluşturur. Kalabak ve Karakaya birlikleri bu ileri derecede metamorfik temel üzerinde birer karma (kompozit) tektonik dilim olarak yer alır ve metamorfik masifin daha düşük dereceli dış zarflarını oluşturur.

Bu makalenin ana konusu olan Kalabak Birliği; Dedetepe Formasyonu, Sazak Formasyonu, Torasan Formasyonu ve tüm bu birimleri kesen Devoniyen yaşlı Çamlık metagranodiyoritinden oluşmaktadır. Kazdağ Masifi’nde metamorfik çekirdeğin dış zarfı niteliğinde ve ayrıca Çamlıca, Karabiga ve Karadağ gibi bölgenin diğer metamorfik masiflerinde yüzeyleyen bu metamorfik kayaların litolojik, stratigrafik ve yapısal olarak büyük benzerlikler göstermesinin yanı sıra U-Pb zirkon yaşları da bunların birbirleriyle benzer olduklarını göstermektedir. U-Pb zirkon yaş tayini çalışmalarından elde edilen sonuçlara göre Kalabak Birliği’ne ait metasedimanter kayaların protolitlerinin maksimum çökelme yaşları 557-582 My aralığındadır. Bunlarla birincil ilişkili metabazitlerden elde edilen protolit kristalizasyon yaşı ise 577 My’dır. Ayrıca bu metasedimanter kayalar içerisinde tektonik dilimler halinde bulunan eklojitlerin protolit kristalizasyon yaşı da 565 My’dır. Benzer protolit yaşlarına ek olarak, yaklaşık 300-340 My civarında gerçekleşmiş bir tektonotermal olayın izi de tüm örnekler için ortak bir jeolojik geçmişi ifade etmesi açısından önemlidir.

Kalabak Birliği’ne ait metavolkanik kayaların oluşum ortamı ve yaşı birbirleriyle tutarlı ve uyumlu jeotektonik ortamları temsil etmektedir. Bugünkü konumuyla görülür en altta yer alan Dedetepe Formasyonu bir dalma-batma melanjını, Sazak Formasyonu bir aktif kıta kenarını ve Torasan Formasyonu ise bunlarla yaşıt bir çökel istifi temsil etmektedir. Bu jeotektonik ortamlar geç Prekambriyen-erken Paleozoyik döneminde Proto-Tetis okyanusu tabanındaki litosferik levhanın güneye, Gondwanaland kıtasının altına dalması esnasında oluşmuştur. Sakarya Zonu’nun bu en yaşlı kayaları, daha genç dönemlerde, bir arada bulundukları kayalarla birlikte, tekrarlayan deformasyonlardan etkilenmişler ve bugünkü konumlarını kazanmışlardır.

Keywords

• Biga Yarımadası,Gondwana aktif kıta kenarı,Pan-Afrikan orojenezi,Sakarya zonu

References

1. Akçay, A.E., Dönmez, M., Ilgar, A., Duru, M., Pehlivan, Ş., 2008. 1: 100.000 ölçekli Türkiye jeoloji haritaları, Bandırma H 19 paftası No 103, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü.
2. Aslaner, M., 1965. Etude Geologique et petrographique de la Region d‘Edremit-Havran, MTA Publication No:119.
3. Aygül, M., Topuz, G., Okay, A.I., Satır, M., Meyer, H.P., 2012. The Kemer Metamorphic Complex (NW Turkey), a subducted continental margin of the Sakarya zone. Turkish Journal of Earth Sciences, 21, 19-35.
4. Aysal, N., Ustaömer, T., Öngen, S., Keskin, M., Köksal, S., Peytcheva, I., Fanning, M., 2012a. Origin of the Early-Middle Devonian magmatism in the Sakarya Zone, NW Turkey: geochronology, geochemistry and isotope systematics. Journal of Asian Earth Sciences, 45, 201-222.
5. Aysal, N., Öngen, S., Peytcheva, I., Keskin, M., 2012b. Origin and evolution of the Havran Unit, Western Sakarya basement (NW Turkey): new LA-ICP-MS U-Pb dating of the metasedimentary-metagranitic rocks and possible affiliation to Avalonian microcontinent, Geodinamica Acta, 25 (3-4), 226-247.
6. Beccaletto, L., 2004. Geology, Correlations and Geodynamic Evolution of the Biga Peninsula, Northwest Turkey. PhD Dissertation, University of Lousanne, 140 s.
7. Beccaletto, L., Jenny, C., 2004. Geology and Correlation of the Ezine Zone: A Rhodope Fragment in NW Turkey?, Turkish Journal of Earth Sciences, 13, 145-176.
8. Bingöl, E., Akyürek, B., Kormazer, B., 1975. Geology of the Biga Peninsula and some characteristics of the Karakaya blocky series. In: Congress of Earth Sciences on the occasion of the 50th anniversary of the Turkish Republic, 71-77.

9. Dönmez, M., Akçay, A.E., Duru, M., Ilgar, A., Pehlivan, Ş., 2008. 1: 100.000 ölçekli Türkiye jeoloji haritaları, Çanakkale H17 Paftası No 101, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü.
10. Duru, M., Pehlivan, Ş., Aral, İ.O., Şentürk, Y., Yavaş, F., Kar, H., 2012. Biga Yarımadası’nın Tersiyer Öncesi Jeolojisi, M.T.A. Özel Yayınlar Serisi, No 28, 7-74.
11. Gill, R., 2010. Igneous Rocks and Processes: A Practical Guide. Wiley-Blackwell, Chichester, UK, 440 s.
12. Göncüoğlu, M.C., 2010. Introduction to the Geology of Turkey: Geodynamic Evolution of the Pre-Alpine and Alpine Terranes, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Yayınları, 1-69.
13. Gümüş, A., 1964. Contribution a l‘etude geologique de secteur serpentrional de Kalabak Köy-Eymür Köy region D‘Edremit, Turqie, MTA Enstitüsü Yayını, 117, 1-109. Gürsu, S., Göncüoğlu, C., 2006. Petrogenesis and tectonic setting of Cadomian felsic igneous rocks, Sandıklı area of the Western Taurides, Turkey. International Journal of Earth Sciences, 95, 741-757.
14. Gürsu, S., Möller, A., Göncüoğlu, C., Köksal, S., Demircan, H., Toksoy Köksal, F., Kozlu, H., Sunal, G., 2015. Neoproterozoic continental arc volcanism at the northern edge of the Arabian Plate, SE Turkey. Precambrian Research, 258, 208-233.
15. Haydoutov, I., Pin, C., 1993. Geochemical and Nd isotope characteristics of pre-Variscan ophiolites and meta-igneous rocks from the Struma Diorite Formation in SW Bulgaria. Geologica Balcanica, 23, 51-59.
16. Kesgin, Y., Varol, B., 2003. Gökçeada ve Bozcaada'nın Tersiyer Jeolojisi (Çanakkale), Türkiye. Maden Tetkik ve Arama Dergisi, 126, 49-68.
17. Kounov, A., Graf, J., Quadt, Av., Bernoullia, D., Burg, J.-P., Sewarde, D., Ivanov, Z., Fanning, M., 2012. Evidence for a “Cadomian” ophiolite and magmatic-arc complex in SW Bulgaria. Precambrian Research, 212-213, 275-295.
18. Kröner, A., 1984. Late Precambrian plate tectonics and orogeny: a need to redefine the term Pan-African, (African Geology, Editörler: Klerkx, J., Michot, J.). Tervuren: Musccc. R. I'Afrique Centrale, 23-28.
19. Kröner, A., Stern, R.J., 2004. Pan-African Orogeny, (Encyclopedia of Geology, Editörler: Selley, R.C., Cocks, L.R.M, Plimer, I.R.). Elsevier Academic Press, The Boulevard, Langford Lane, Kidlington, Oxford, OX5 1GB, UK, 1, 1-12.
20. Krushensky, R., Akçay, Y., Karaege, E., 1980. Geology of the Karalar-Yeşiller area, Northwest Anatolia; U.S. Geological Survey Bulletin, 1461, 72.
21. Kusky, T.M., Abdelsalam, M., Tucker, R.D., Stern, R.J., 2003. Evolution of the East African and related orogens, and the assembly of Gondwana. Precambrian Research, 123, 81-85.
22. Lilov, P., 1981. Potassium-argon dating of the Struma Diorite formation north of the town Stanke Dimitrov. Geologica Balcanica, 11, 27-31.
23. M.T.A., 2012. Biga Yarımadası’nın Genel ve Ekonomik Jeolojisi, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Özel Yayın Serisi, 28, 326 s. Murphy, J.B., Pisarevsky, S.A., Nance, R.D., Keppie, J.D., 2004a. Neoproterozoic–Early Paleozoic evolution of peri-Gondwanan terranes: implications for Laurentia–Gondwana connections. International Journal of Earth Sciences, 93, 659-682.
24. Nance, R., Murphy, J., Strachan, R., Keppie, J., Gutiérrez-Alonso, G., Fernandez-Suarez, J., Quesada, C., Linnemann, U., D'lemos, R., Pisarevsky, S., 2008. Neoproterozoic-early Palaeozoic tectonostratigraphy and palaeogeography of the peri-Gondwanan terranes: Amazonian v. West African connections. Geological Society Special Publication, 297, 345-383.
25. Okay, A.İ., Siyako, M., Bürkan, K.A., 1990. Biga Yarımadası’nın Jeolojisi ve Tektonik Evrimi. Türkiye Petrol Jeologları Derneği Dergisi, 2 (1), 83-121.
26. Okay, A.İ., Siyako, M., Bürkan, K.A., 1991, Geology and tectonic evolution of the Biga Peninsula. Special Issue on Tectonics (ed. J.F. Dewey), Bulletin of the Technical University of Istanbul, 44, 191-255.
27. Okay, A.İ., Satır, M., Maluski, H., Siyako, M., Monie, P., Metzger, R., Akyüz, S., 1996. Paleo and Neotethyan Events in Northwest Turkey, (Tectonics of Asia, Editörler: Yin, A., Harrison, M.), Cambridge University Press, 420-441.
28. Okay, A.İ., Satır, M., Siebel, W., 2006. Pre-Alpide and Mesozoic orogenic events in the Eastern Mediterranean region. Memoirs of the Geological Society of London, 32, 389-405. Okay, A.İ., Topuz, G., 2017, Variscan orogeny in the Black Sea region. International Journal of Earth Sciences, 106, 569-592.
29. Pearce, J.A., 1982. Trace element characteristics of lavas from destructive plate boundaries. In: Thorpe RS (ed) Andesites. Wiley, New York, 525-548
30. Pearce, J.A., 1983. Role of sub-continental lithosphere in magma series at active continental margins, (Continental basalts and mantle xenolith, Editörler: Hawkesworth, C.J., Norry, M.J.). Shiva Publications, Cheshire, 230-249
31. Rollinson, H., 1993. Using geochemical data: evaluation, presentation, interpretation. Longman Geochemistry Series, Harlow, 352 s.
32. Stern, R.J., 1994. Arc Assembly and Continental Collision in the Neoproterozoic East African Orogen: Implications for the Consolidation of Gondwanaland, Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 22, 319-351.
33. Sunal, G., 2012. Devonian magmatism in the western Sakarya Zone, Karacabey region, NW Turkey, Geodinamica Acta, 25 (3-4), 183-201.
34. Şengör, A.M.C., Yılmaz, Y., 1981. Tethyan evolution of Turkey: A plate tectonic approach. Tectonophysics, 75, 181-241.
35. Şengör, A.M.C., Lom, N.,·Sunal, G., Zabcı, C., Sancar, T., 2019. The phanerozoic palaeotectonics of Turkey. Part I: an inventory. Mediterranean Geoscience Reviews, 1, 91-161.
36. Şengün, F., 2005. Salihler, Çamlıca ve Kuşçayırı Çevresinde Yeralan Metamorfik Birimlerin Jeolojisi ve Petrografisi, Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 115 s., (yayımlanmamış).
37. Temel, R.Ö., Çiftçi, N.B., 2002. Stratigraphy and depositional environments of the Tertiary sedimentary units in Gelibolu peninsula and islands of Gökçeada and Bozcaada (Turkey). Turkish Association of Petroleum Geologists Bulletin, 14, 17-40.
38. Tunç, İ.O., Yiğitbaş, E., Şengün, F., Wazeck, J., Hofmann, M., Linnemann, U., 2012. U-Pb Zircon Geochronology of Northern Metamorphic Massifs in the Biga Peninsula (NW Anatolia-Turkey): New Data and a New Approach to Understand the Tectonostratigraphy of the Region. Geodinamica Acta, 25 (3-4), 202-225.
39. Ustaömer, P.A., 1999. Pre-Early Ordovician Cadomian arc-type granitoids, the Bolu Massif, West Pontides, northern Turkey: geochemical evidence. International Journal of Earth Sciences, 88 (1), 2-12.
40. Ustaömer, P.A., Ustaömer, T., Collins, A.S., Robertson, A.H.F., 2009. Cadomian (Ediacaran-Cambrian) arc magmatism in the Bitlis Massif, SE Turkey: magmatismalong the developing northern margin of Gondwana. Tectonophysics, 473, 99-112.
41. Wilson, M., 1989. Review Of Igneous Petrogenesis: Aglobal Tectonic Approach. Terra Nova, 1 (2), 218-222.
42. Winchester, J.A., Floyd, P.A., 1977. Geochemical discrimination of different magma series and their differentiation products using immobile elements. Chemical Geology, 20, 325-343.
43. Wood, D.A., 1980. The application of a Th–Hf–Ta diagram to problems of tectonomagmatic classification and to establishing the natüre of crustal contamination of basaltic lavas of the British Tertiary volcanic province. Earth and Planetary Science Letters, 50 (1), 11-30.
44. Yaltırak, C., Okay, A.İ., 2004. Edremit Körfezi kuzeyinde Paleotetis birimlerinin jeolojisi. İTÜ Dergisi/d Mühendislik, 3(1), 67-79.
45. Yiğitbaş, E., Kerrich, R., Yılmaz, Y., Elmas, A., Qianli, X., 2004. Characteristics and Geochemistry of Precambrian Ophiolites from the Western Pontides, Turkey: Following the Missing Chain of the Precambrian South European Suture Zone to the East. Precambrian Research, 132 (1-2), 179-206.
46. Yiğitbaş, E., Şengün, F., Tunç, İ.O., 2009a. Biga ve Gelibolu Yarımadaları'nda Yüzeyleyen Mesozoyik Yaşlı Kaya Topluluklarının Jeolojisi ve Stratigrafik Özellikleri. TÜBİTAK ÇAYDAG-108Y232 Nolu Proje Raporu.
47. Yiğitbaş, E., Tunç, İ.O., Şengün, F., 2009b. Biga Yarımadası’nda Bazı Temel Jeolojik Sorunlar. 62. Türkiye Jeoloji Kurultayı Bildiri Özleri Kitabı, 458-459.
48. Yiğitbaş, E., Şengün, F., Tunç, İ.O., 2014. Biga Yarımadası'nda (KB Anadolu) Neojen Öncesi Tektonik Birlikler ve Bölgenin Jeodinamik Evrimine Yeni Bir Bakış, TÜBİTAK ÇAYDAG-110Y281 Nolu Proje Raporu.
49. Yiğitbaş, E., Tunç, İ.O., Özkara, Ö., 2018a. Sakarya Zonunun Kuzeybatı Kesimlerinde Alt Karakaya Kompleksi ve Nilüfer Biriminin Yaşı, Stratigrafik ve Yapısal Nitelikleri ve Jeolojik Anlamı. TÜBİTAK ÇAYDAG-115Y214 Nolu Proje Raporu.
50. Yiğitbaş, E., Tunç, İ.O., Özkara, Ö., 2018b. Sakarya Zonunda Paleo-Tetis ile Karakaya Kompleksinin Zaman Mekan İlişkisi ve Bunun Tektonik Anlamı, 71. Türkiye Jeoloji Kurultayı, 23-27 Nisan 2018, Ankara, Türkiye, 42-44.
51. Yılmaz Şahin, S., Aysal, N., Güngör, Y., Peytcheva, I., Neubauer, F., 2014. Geochemistry and U–Pb zircon geochronology of metagranites in Istranca (Strandja) Zone, NW Pontides, Turkey: Implications for the geodynamic evolution of Cadomian orogeny. Gondwana Research, 26 (2), 755-771.