Genel Metamorfik Kayalarıın Haritalanması Önsöz Bu “konu notu” Ankara Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Jeoloji Mühendisli ği Bölümünde okutulan JEM 306 Jeoloji Harita Alımı dersi kapsamında verilen ders konusunun kolayca takip edilmesini sa ğlamak ve bu kapsamdaki çalışmalarınıza yardımcı olması için hazırlanmıştır. Bu “konu notu” bir Tektonik Ara ştırma Grubu (TAG) ürünüdür iMetamorfik Kayaların Haritalanması Veysel Işık 1 METAMORF İK KAYALARIN HAR İTALANMASI Giri ş 18. yüzyıldan itibaren jeoloji çalı şmalarında, yer kabu ğundaki kayalar magmatik, sedimanter ve metamorfik olmak üzere üç gruba ayrılmı ştır. Bunlardan bu derse konu olan metamorfik terimi, Latince kökenli olup “de ği şim, ba şkala şım” anlamındadır. Buna göre, kayaların mineral bile şiminin ve yapı özelliklerinin olu şum ortamından daha deği şik basınç/sıcaklık etkisi altında katı durumda de ği şikliğe u ğraması sonucunda metamorfik kayalar olu şur ( Şekil 1). Bazı Tanımlamalar Metamorfizmanın başlangıç sınırı diyajenez ile olan sınırıdır. Diyajenetik deği şimlerin tamamlanmasından sonra sıcaklık ve basıncın artması durumunda ilk metamorfik mineraller olu şmaya ba şlar. Yer kabuğunun daha derinliklerin de ise sıcaklık belirli limitlere ula ştı ğında kayalar ergimeye u ğrar. Bu olaya anateksi denir. Dolayısıyla kayalardaki katı haldeki de ği şimleri kapsayan metamorfizmanın yüksek sıcaklık limitini anateksi olu şturur. Metamorfizma çok farklı jeolojik ortamlarda gelişmekte olup bu özelliğine göre sınıflandırılır. Bunlar; (1) Bölgesel metamorfizma, (2) Kontak metamorfizma, Şekil 1. Metamorfik kayadan genel görünüm (3) Gömülme metamorfizması, (4) Hidrotermal metamorfizma, (5) Dinamik metamorfizma ve (6) İmpakt metamorfizma. Metamorfik bir bölgede birbirinden farklı metamorfizma ko şullarını temsil eden metamorfik zonlar ayırt edilmi ştir. Metamorfik zonlar tipik bir mineralin ilk ortaya çıkı şı ile birbirinden ayrılır. Buna indeks mineral denir. Artan metamorfizma derecesi nedeniyle harita üzerinde bir indeks mineralin ilk ortaya çıktı ğı alanı s ınırlayan çizgiye izograd denir. İzogradlar metamorfizma derecesinin artmasına ba ğlı olarak geli şen minerolojik deği şimlerin ilk görüldüğü yerlerin haritaya i şlenmesiyle elde edilir. Böylece metamorfik alan içerisinde izogratlarla birbirinden ayrılmı ş birçok metamorfik zon ayırt edilebilir ( Şekil 2). Metamorfik Kayaların Haritalanması Veysel Işık 2 Şekil 2. Metamorfik zonların harita görünümü Şekil 3. Metamorfik fasiyes Pelitik kayalar Pelitik olmayan kayalar Y sograd Klorit Biyotit Gr anat Haritalanma Kriterleri ve Belirteçleri Stratigrafik İstif Metamorfizma etkisinde kalmı ş alanlarda kılavuz seviyelerin bulunması haritalama çalı şmalarında önemli olabilmektedir. Örne ğin, inceleme bölgesinde bantlı seviyeler bulunuyorsa bu alandaki haritalama sırasında ayırımlar yapılabilmesini sağlamaktadır. Ancak, böyle durumda bölgedeki bindirmeler, tekrarlanmalar ya da kıvrımlanmalardaki terslenmeler gibi bazı yapısal olu şumlara dikkat etmek gerekir. Bölgenin farklı kesimlerinde bulunan benzer bantlı seviyeler ayrıntılı gözlemlerle korale edilerek bölgede yüzeyleyen kayaların stratigrafik istif özellikleri, dokusal, yapısal ve metamorfizma karakteri ile ilgili önemli ipuçlar elde etmek mümkündür. Blok, Dayk, Damar vb. Olu şuklar Metamorfizmadan etkilenmi ş bölgelerdeki kaya blokları bunların boyutlarına, bolluk miktarlarına ve bile şimsel özelliklerine göre içinde bulundukları kayalardan farklılık gösterir. Yine şekli, boyutu ve bile şimi açısından “damar takımları” bulundukları alanda farklılık sunabilirler. E ğer bunlar yoğun bir şekilde ise haritalamada belirtilir. Bu tür olu şuklar bölgenin deformasyon tarihçesinde önemli olabilmektedirler. Birimlerin Tanımlanması ve Adlanması Metamorfik birimlerin haritalanmasında Metamorfizma alanının farklı kimyasal bile şime sahip kayaların belirli bir P/T alanında hangi mineral bile şimlere sahip olabileceklerinin bilinmesi önemli olup bu bölümlenme “metamorfik fasiyes” kavramı olarak adlanır ( Şekil 3). Metamorfik fasiyesler jeolojik konumlarına göre dört gruba ayrılır: Bunlar (1) Kontakt metamorfizma fasiyesleri; (2) Gömülme metamorfizması fasiyesleri; (3) Yaygın bölgesel metamorfizma fasiyesleri ve (4) Yüksek basınç metamorfizması fasiyesleridir. Eklojit A.E. Hfls Hbl. Hfls Pr. Hfls Sanidinit 100 300 200 400 500 600 700 800 900 1000 15 14 12 10 8 6 4 2 10 20 30 40 50 Sıcaklık ( C) 0Metamorfik Kayaların Haritalanması Veysel Işık 3 birimlerin kendi içlerinde ve di ğer birimler ile ilişkileri açık ve net tanımlanması gerekir. Bu bakımdan arazi çalı şması s ırasında deftere kaydedilecek bilgilerin her bir kaya türü için yeterince ayrıntıda olması (örn. bu birimlerin bile şimleri, dokuları, tip kesit yerleri, yayılımları) gerekir. Metamorfik kayaların adlanmasında dört ana kriter kullanılır. Bunlar: (1) İlksel kaya özelliği: Bu tür adlamalar genellikle kaya adının ba şına “meta” takısı eklenerek yapılır. Örne ğin, meta-sediment gibi. (2) Metamorfik mineraloji: Metamorfik kayayı olu şturan ana mineralin adı kullanılarak yapılan adlamada az orandan çoğa do ğru sıralama yapılır. Örne ğin; granat-mika şist, diyopsit mermer gibi. (3) Kaya dokusu (tane büyüklü ğü ve fabrik geli şimi): Metamorfik kayaların adlamasında doku terimleri yaygın biçimde kullanılır. Bu terimler yönlenmi ş dokuların bulunup bulunmadı ğını, varsa hangi türde ve etkinlikte geli şti ğini ifade eder. (4) Özel adlamalar: Bu adlamalar oldukça sınırlıdır ve genellikle tanımsal niteliktedir. Buna kar şılık içerdikleri mineral toplulukları metamorfizma ko şulları ile ilgili bilgi verir. Harita Birimlerinin İsimlendirilmesi Haritalama alanındaki birimleri adlamada standart bir kural olmamakla beraber adlamada isim, kaya-türü, formasyon sıralamasının yapılmasında yarar vardır. Bu durumda isim verirken coğrafik isimlerin kullanılması (yerle şim yeri, tepe, dere) uygun olur. Ayrıca kaya türünde de egemen litolojinin dikkate alınmasında yarar vardır. Örn. Anamur Şist Formasyonu Dokanak ve Sınır İlişkileri Metamorfik kayaların dokanakları belirsiz veya tanımlanması güç olabilmektedir. Dokanaklar metamorfizma öncesi olu şumu (depolanmalı, intrüzif veya faylı) ya da metamorfizma sırasında olu şturulan (keskin veya geçi şli) deği şimleri sunabilir. Bu durum metamorfik kayaların dokanak ilişkilerinde çok sayıda muhtemellik olu şturabilir. Bu bakımdan haritalamada temel stratigrafik ve yapısal özellikleri göz önünde bulundurmak gerekir. k n n n r a rt r ki k s al i, ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... n. si - n r. ri a r. li Metamorfik Kayaların Haritalanması Veysel Işık 4 Şekil 4. Bazı metamorfik mineraller ve metamorfizma derecesi Mineraller Metamorfik alanlardaki çalı şma sırasında kayalarda mineraller gözlenebiliyorsa kayanın ayrıntılı tanımlanmasında önemli kolaylıklar sağlar (Şekil 4). Bu bakımdan mineral toplulu ğunun, oranının ve özelliklerinin kayıt altına alınması önemlidir. Bu tür bir çalı şmada kesin alan minerallerin varlı ğının tespiti, mineral toplulu ğunun tamamı veya bir bölümünün ortaya konulması, olası beklenilen mineral veya mineral birlikteli ğinin yoklu ğunun belirlenmesi metamorfizma derecesi ve köken kaya hakkında önemli bilgiler sunar. Bu tür çalı şmada kural olarak (1) e ğer mineral tanınıyorsa özelliklerinin kayıt altına alınması, (2) e ğer mineral pek tanınmıyor ve tanınması mümkün görülmüyorsa nedenleri ile kayıt altına alınması, (3) mineralin hangi grup oldu ğu veya bile şim aralı ğı biliniyorsa bunların kayıt altına alınması ve (4) e ğer mineral bilinmiyorsa ayrıntılı tanımlaması kayıt altına alınması gerekmektedir. Metamorfizma Derecesi Metamorfik kayaların karakterindeki deği şimler derece olarak tanımlanır. Bu deği şim metamorfizmanın sıcaklık ve basınç aralı ğı içerisindedir. Ço ğu durumda derecenin artması metamorfizma sıcaklı ğının artı şına ba ğlıdır. Ancak bu durum sıcaklık ve metamorfizma derecesinin e şanlamlı oldu ğu sonucu çıkarılmamalıdır. Basınç ve sıcaklık metamorfizmaya neden olan ko şulların ölçüsüdür; Derece ise sonucun (metamorfizmanın) ölçüsüdür. Temel olarak metamorfik kayalar düşük dereceli, orta dereceli ve yüksek dereceli olarak ayırtlanır (Şekil 4). Haritalaması yapılacak alanın metamorfizma derecesini haritalama stratejisinin olu şturulmasında önemlidir. Örne ğin, dü şük dereceli metamorfizma gösteren alanların haritalanması yüksek dereceli metamorfizma etkisinde kalmı ş alanlar ile belirgin farklılıklar olu şturur. Metamorfik Kayaların Haritalanması Veysel Işık 5 Doku, Yapı, Fabrik, Foliyasyon ve Lineasyon Kavramları Doku, yapı ve fabrik terimleri kaya içerisindeki mineral tanelerinin her ölçekteki geometrik şekilleri ili şkilidir. Bu terimlerin kullanımı ile ilgili farklı görüşler bulunmaktadır. Doku: Kayayı olu şturan taneler ve bu tanelerin sınırlarının olu şturdu ğu şekilleri belirtir. Bunun arazide görülmesi tanenin boyutuna ba ğlıdır. Tüm dokular geometrik ili şkinin yansıması oldu ğu için bunların skeç olarak kayıt altına almak mümkündür. Arazide bunları skeç olarak çizilmesi durumunda dokuyu olu şturan minerallerin belirtilmesi, ölçe ğin belirtilmesi ve skeci çizilen yüzeyin durumu belirtilmedir. Yapı:: Kayayı olu şturan her bir taneden kayanın mostra görünümüne kadar kayanın bile şimsel bölümünü temsil eder. Fabrik: Kaya içerisindeki tüm üç boyutsal yönelimleri di ğer bir ifade ile kayadaki doku ve yapıyı kapsayan bir terimdir. Şekil 6. Arazide skeç çizilen örnek dokuları göstermektedir. Foliyasyon: Foliyasyon genel bir terim olup genelde metamorfik kayalardaki düzlemsel fabrikleri tanımlar. Buna göre foliyasyon kayadaki mezoskobik olarak penetrativ- paralel yönelimli düzlemsel fabrik elementleridir. Arazi defterine S 1 , S 2 , S 3 , .... şeklinde kayıt edilir. Foliyasyon ile ilgili farklı sınıflandırmalar bulunmaktadır. Ancak arazi çalı şmalarında yaygınca klivaj, şistozite ve gnays bantla şması türleri kullanılır ( Şekil 7). Metamorfik Kayaların Haritalanması Veysel Işık 6 Şekil 8a. Foliyasyon türleri (Gnays bantla şması) Klivaj ince taneli sedimanter ve volkanik kayalarda dü şük dereceli metamorfizma sonucu gelişir. Şistozite ise dü şük-yüksek derecede metamorfizmaya u ğrayan ince-orta taneli sedimanter ve volkanik kayaların deformasyonu sonucu olu şan foliyasyon türüdür. Foliyasyonun di ğer türünü olu şturan gnays bantlaşması orta- yüksek dereceli metamorfizma sırasında magmatik ve metamorfik kayaların rekristalizasyonu sonucu geli şir. Orta-iri tanelerin olu şturdu ğu bu foliyasyon türü bile şimsel bantla şma, levhamsı, prizmatik ve tablamsı minerallerin tercihli yönelimi ile karakterize olur. Şekil 7. Foliyasyon türlerinin şematik görünümü Şekil 8a. Foliyasyon türleri (Klivaj) Şekil 8b. Foliyasyon türleri ( Şistozite) Metamorfik Kayaların Haritalanması Veysel Işık 7 Şekil 11. Lineasyon türlerinin şematik görünümü Lineasyon: Lineasyon mostra ve el örne ği boyutunda kaya içerisindeki uzun, çizgisel fabrik elamanlarının paralel-subparalel uzanımı olarak tanımlanır. Bu durum mikroskopik ölçekte de belirgin olarak gözlenir. Bir kısım lineasyon ve çizgisel yapılar birincildir. İkincil lineasyon ve çizgisel yapılar ise metamorfizma ve buna e şlik eden deformasyon sonucu olu şur. Bunları üçe ayırmak mümkündür: İçselkesi şme lineasyonu, krenülasyon lineasyonu ve mineral lineasyonu. Bu yapılar arazi defterine L1, L2, L3, .... şeklinde kayıt edilir. Şekil 10. Lineasyondan görünüm. Metamorfik Kayaların Haritalanması Veysel Işık Referanslar 8 Candan, O., Dora, O.Ö., 1998. Menderes masifi’nde granulit, eklojit ve mavi şist kalıntıları: Pan-Afrikan ve Tersiyer metamorfik evrimine bir yakla şım. Türkiye Jeoloji Bülteni, 41(1), 1-35. Davis, H.G. & Reynolds, S.J., 1996. Structural Geology of Rocks and Regions. Jonh Wiley&Sons, Inc. Fry, N., 1993. The Field Description of Metamorphic Rocks. Jonh Wiley&Sons, Inc. I şık V. & Tekeli, O., 1995. Alanya Metamorfitlerinin Do ğu Kesiminde Petrografik Yeni Bulgular. MTA Derg., 117, 105-113. I şık, V., Seyito ğlu, G. & Cemen, I. 2003. Ductile- brittle transition along the Alasehir shear zone and its structural relationship with the Simav detachment, Menderes massif, western Turkey. Tectonophysics 374, 1-18 Marshak S., 2001. Earth-Portrait of a Planet. W.W. Norton&Company. Marshak S., & Mitra, G., 1988. Basic Methods of Structural Geology.Prentice Hall. Passchier, C.W., Myers, J.S., Kröner, A., 1990. Field Geology of High-Grade Gneiss Terrains. Springer-Verlag. ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... Metamorfik Kayaların Haritalanması Veysel Işık 9