Numerical modelling of exhumation of high pressure - low temperature metamorphic rocks: A case study of Tavsanli and Afyon zone in western anatolia

Abstract

Literatürde kayaların gömülme ve yüzeylenme mekanizması üzerine önemli sayısal modelleme çalışmaları bulunmasına rağmen, Yüksek Basınç - Düşük Sıcaklık (HP/LT) kayalarının gömülme ve yüzeylenme mekanizması tam olarak bilinmemektedir. Tavşanlı ve Afyon Zonlarında bulunan metamorfik kayalar yüksek P/T oranına sahiptir ve bu kayalar sırayla mavişist ile mavişist - yeşilşist geçiş kayaları olarak tanımlanmaktadır. Kabuk kayalarının gömülme ve yüzeylenme mekanizması okyanusal levhanın kıta altına dalması, okyanus ortası yitim ve çarpışma sonrası gibi tektonik konfigürasyonlarda sayısal deney dizileriyle incelenmiş, yüksek basınç / düşük sıcaklık metamorfizması ve yüzeylenme mekanizması üzerine reolojik kısıtlamalar sunulmuştur. Yitim deneyleri sonuçlarına göre, kıtasal litosferik mantonun deformasyon tipinin akışkan (Newtonian) olması yitim kanalına gömülen kayaların sıcaklık değerlerini korumada ana faktör olurken, kırılgan deformasyonda kayalar daha yüksek basınç ve sıcaklık değerlerine sahip olmuşlardır. Zayıf kabuk ile akışkan reolojide kıtasal litosferik manto Tavşanlı Zonu metamorfik kayaları, güçlü kabuk ve akışkan reolojide kıtasal litosferik manto ise Afyon Zonu metamorfik kayaları basınç - sıcaklık değerlerine uygun sonuçlar vermektedir. Çarpışma sonrası tektoniğinde ise zayıf kabuk ile yüksek Moho sıcaklığı yüksek basınç / yüksek sıcaklık değerlerinde metamorfik kayaların yüzeylenmesini sağlamaktadır.

Despite many numerical modeling works on burial and exhumation of crustal rocks, the formation of metamorphic rocks in High Pressure / Low Temperature (HP/LT) region and mechanism of their exhumation is poorly constrained. The metamorphic rocks in Tavsanli and Afyon Zone have high P/T ratios and they are represented by blueschist and greenschist to blueschist transitional rocks, respectively. The mechanism of burial and exhumation of crustal rocks were investigated by performing numerical experiments such as subduction of oceanic plate under the continental margin, intra-oceanic subduction and post-collision. Rheological constraints on exhumation of HP/LT rocks are presented. The numerical modeling results for subduction settings indicate that lithospheric mantle deforming in viscous rheology is the key factor to preserve the temperature of buried crustal rocks in subduction channel, whereas continental lithospheric mantle deforming in frictional plastic rheology gives metamorphic rocks in higher pressures and temperatures. The weaker crust and viscous rheology imposed in continental lithospheric mantle provides metamorphic rocks with P-T conditions comparable to Tavsanli Zone; strong crust and viscous rheology in continental lithospheric mantle gives metamorphic rocks with P-T conditions in agreement with Afyon Zone. In post-collision setting, the numerical modelling results show that weaker crust with high Moho temperature are the necessary conditions for exhumation of crustal rocks in high temperature / high pressure region.