Geochemical characteristics of microgranular enclaves in Early Eocene adakitic andesites (Gümüşhane, NE Türkiye)

Year 2024, Volume: 45 Issue: 2, 154 - 184, 26.08.2024

Mehmet Ali Gücer , Abdulkadir Murat Güner , Okay Çimen

https://doi.org/10.17824/yerbilimleri.1426237

Abstract

The early Cenozoic magmatism in the Eastern Sakarya Zone (NE Turkey) provides significant insights into the regional tectonomagmatic evolution. Adakite-like intrusive/extrusive rocks have been widely observed from the Late Paleocene to the Plio-Quaternary period in the region. In the study area, Early Eocene adakitic andesites are observed in outcrop areas smaller than 10 km2 and they contain abundant microgranular enclaves. This study presents petrochemistry data of the enclaves and discusses petrological relationships with the host rock. The enclaves, with more basic composition compared to the parent rocks, are observed in ranging from a few to 20 cm in size. They are microlithic to porphyritic in texture and mainly composed of plagioclase, hornblende, clinopyroxene, orthoclase and opaques. Both petrographic and petrochemical characteristics indicate that they are of basaltic and basaltic andesite and may have derived from a sub-alkaline magma. Major and trace element variations indicate that fractional crystallization was effective, and plagioclase, pyroxene, hornblende, magnetite and apatite fractionation played an important role. Similar trace element distributions of enclaves and host rocks may indicate interaction processes while mixing of felsic and mafic magmas. Similarly, REE models of the rocks, indicated hornblende fractionation played an important role in their evolution, whereas plagioclase fractionation was less effective. Petrochemical data suggest that the parent magma of the enclaves was produced by the partial melting of oceanic basalts under amphibole-eclogite facies conditions during the initial stages of the extensional tectonic regime just after the complete closure of the northern Neotethys Ocean.

Keywords

Adakitic andesite, Eastern Sakarya Zone, Early Cenozoic, Microgranular enclaves, Petrochemistry

Project Number

GÜBAP 22.F5114.02.01

Erken Eosen yaşlı adakitik andezitler (Gümüşhane, KD Türkiye) içerisindeki mikrogranüler anklavların jeokimyasal karakteristikleri

Abstract

Doğu Sakarya Zonu’ndaki (KD Türkiye) erken Senozoyik magmatizması, bölgesel tektonomagmatik gelişime dair önemli veriler sağlamaktadır. Bölgede, adakit veya adakitik intrüzif/ekstrüzif kayaçlar Geç Paleosen’den Pliyo-Kuvaterner döneme kadar yaygın olarak gözlenmektedir. Çalışma alanında, Erken Eosen adakitik andezitler, genellikle 10 km2’den küçük mostralar halinde gözlenmektedir. Adakitik bileşimli bu andezitler bol miktarda mikrogranüler anklav içermekte olup bu çalışmada petrografik/jeokimyasal özellikleri ve ana kayaç ile olan petrolojik ilişkileri irdelenmiştir. Ana kayaca kıyasla nispeten bazik bileşimli anklavlar, küreselden elipsoidala kadar değişen şekillerde ve birkaç cm ile 20 cm arasında değişen boyutlarda gözlenmektedir. Anklavlar mikrolitik yer yer porfirik dokulu olup başlıca plajiyoklas, hornblend, klinopiroksen, ortoklas ve opak minerallerden meydana gelmektedir. Gerek petrografik gerekse petrokimyasal özellikleri anklavların bazaltik andezit türünde olduğunu ve sub-alkalin bir magmadan türemiş olabileceğini göstermektedir. Ana ve iz element değişimleri, gelişimlerinde fraksiyonel kristallenmenin etkili olduğunu ve plajiyoklas, piroksen, hornblend, magnetit ve apatit ayrımlaşmasının büyük ölçüde rol oynadığını göstermiştir. Anklav ve ana kayaçların benzer iz element davranışları felsik ve mafik magmaların karışması esnasındaki etkileşim süreçlerini işaret edebilir. NTE dağılımları ise gelişimlerinde hornblend fraksiyonlaşmasının önemli rol oynadığını, buna karşılık plajiyoklas ayrımlaşmasının etkili olmadığını işaret etmektedir. Petrokimyasal veriler, anklavların ana magmasının, kuzey Neotetis Okyanusu’nun tamamen kapanmasından hemen sonra; genleşmeli tektonik rejimin başlangıç aşamalarında, amfibol-eklojit fasiyesi koşullarında okyanusal bazaltların kısmi erimesi ile üretildiğini göstermektedir.

Keywords

Adakitik andezit, Doğu Sakarya Zonu, Erken Senozoyik, Mikrogranüler anklav, Petrokimya

Supporting Institution

Gümüşhane Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (GÜBAP) Koordinatörlüğü

Project Number

GÜBAP 22.F5114.02.01

Thanks

İkinci yazarın yüksek lisans tezinden üretilen bu çalışma Gümüşhane Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (GÜBAP) Koordinatörlüğü tarafından maddi olarak desteklenmiştir (Proje no: 22.F5114.02.01). Saha çalışmalarındaki yardımları için Arş. Gör. Kadir SÜNNETÇİ ve Jeoloji Müh. Hasan SİNCAR’a, şükranlarımızı sunarız.

References

• Alpaslan, M., 2001. Volkanik kayaçlarda magma karışım dokuları ve mekanizmaları, D. Boztuğ ve N. Otlu (editörler), Magmatik Petrojenez, TÜBİTAK Lisansüstü Yaz Okulu, Akçakoca, s. 244-262.
• Arslan, M., Temizel, İ., Abdioğlu, E., Kolayli, H., Yücel, C., Boztuğ, D., and Şen, C., 2013. 40Ar-39Ar dating, whole-rock and Sr-Nd-Pb isotope geochemistry of post-collisional Eocene volcanic rocks in the southern part of the Eastern Pontides (NE Turkey): implications for magma evolution in extension-induced origin. Contributions to Mineralogy and Petrology, 166, 113–142. DOI: 10.1007/s00410-013-0868-3
• Arslan, M., Temizel, İ., Ackerman, L., Yücel, C., and Abdioğlu Yazar, E., 2022. Highly siderophile element and Os isotope systematics of the Cenozoic volcanic rocks from the Eastern Pontides, NE Turkey: Constraints on the origin and evolution of subcontinental mantle-derived magmas. Lithos, 410–411, 106575. DOI: 10.1016/j.lithos.2021.106575
• Aydınçakır, E., 2016. Subduction-related Late Cretaceous high-K volcanism in the Central Pontides orogenic belt: Constraints on geodynamic implications. Geodinamica Acta, 28 (4), 379-411. DOI: 10.1080/09853111.2016.1208526
• Aydınçakır, E., Yücel, C., Ruffet, G., Gücer, M.A., Akaryalı, E., and Kaygusuz, A., 2022. Petrogenesis of post-collisional Middle Eocene volcanism in the Eastern Pontides (NE, Turkey): Insights from geochemistry, whole-rock Sr-Nd-Pb isotopes, zircon U-Pb and 40Ar-39Ar geochronology. Geochemistry, 82 (2), 125871. DOI: 10.1016/j.chemer.2022.125871
• Aydin, F., 2014. Geochronology, Geochemistry and Petrogenesis of the Maçka Subvolcanic Intrusions: Implications for the late Cretaceous Magmatic and Geodynamic Evolution of the Eastern Part of the Sakarya Zone, Northeastern Turkey. International Geology Review, 56 (10), 1246-1275. DOI: 10.1080/00206814.2014.933364 Aydin, F., Oğuz Saka, S., Şen, C., Dokuz, A., Aiglsperger, T., Uysal, İ., Kandemir, R., Karslı, O., Sarı, B., and Başer, R., 2020. Temporal, geochemical and geodynamic evolution of the Late Cretaceous subduction zone volcanism in the eastern Sakarya Zone, NE Turkey: Implications for mantle-crust interaction in an arc setting. Journal of Asian Earth Sciences, 192, 104217. DOI: 10.1016/j.jseaes.2019.104217
• Barbarin, B., 2005. Mafic magmatic enclaves and mafic rocks associated with some granitoids of the central Sierra Nevada batholith, California: Nature, origin, and relations with the hosts. Lithos, 80, 155-177. DOI: 10.1016/j.lithos.2004.05.010
• Barbarin, B., and Didier, J., 1992. Genesis and evolution of mafic microgranular enclaves through various types of interaction between coexisting felsic and mafic magmas. Earth and Environmental Science Transactions of the Royal Society of Edinburgh, 83(1-2), 145-153. DOI: 10.1017/S0263593300007835
• Blake, S., and Fink, J.H., 2000. On the deformation and freezing of enclaves during magma mixing. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 95, 1-8. DOI: 10.1016/S0377-0273(99)00129-8
• Boynton, W.V., 1984. Cosmochemistry of the Rare Earth Elements; Meteorite Studies. In: Rare Earth Element Geochemistry. P. Henderson (eds), Elsevier Sci. Publ. Co., Amsterdam. 63-114. DOI: 10.1016/B978-0-444-42148-7.50008-3
• Calmus, T., Aguillon-Robles, A., Maury, R.C., Bellon, H., Benoit, M., Cotten, J., Bourgois, J., and Michaud, F., 2003. Spatial and temporal evolution of basalts and magnesian andesites (bbajaitesQ) from Baja California, Mexico: the role of slab melts. Lithos, 66, 77-105. DOI: 10.1016/S0024-4937(02)00214-1
• Castillo, P.R., 2006. An overview of adakite petrogenesis. Chinese Science Bulletin, 51 (3), 257-268. DOI: 10.1007/s11434-006-0257-7
• Cawthorn, R.G., and O’Hara, M.J., 1976. Amphibole fractionation in calcalkaline magma genesis. American Journal of Science, 276, 309-329. DOI: 10.2475/ajs.276.3.309
• Channel, J.E.T., Tüysüz, O., Bektaş, O., and Şengör, A.M.C., 1996. Jurassic-Cretaceous paleomagnetism and paleogeography of the Pontides (Turkey). Tectonics, 15, 201-212. DOI: 10.1029/95TC02290
• Conticelli, S., and Peccerillo, A., 1992. Petrology and geochemistry of potassic and ultrapotassic volcanism in central Italy: petrogenesis and inferences on the evolution of the mantle sources. Lithos, 28, 3-6, 221-240. DOI: 10.1016/0024-4937(92)90008-M
• Defant, M.J., and Drummond, M.S., 1990. Derivation of some modern arc magmas by melting of young subducted lithosphere. Nature, 347, 662–665. DOI: 10.1038/347662a0
• Defant, M.J., Jackson, T.E., Drummond, M.S., De Boer, J.Z., Bellon, H., Feigenson, M.D., Maury, R.C., and Stewart, R.H., 1992. The geochemistry of young volcanism throughout western Panama and southeastern Costa Rica: an overview. Journal of the Geological Society, 149, 569-579. DOI: 10.1144/gsjgs.149.4.0569