Kapadokya ignimbiritlerinde bulunan minerallerin ve kapanımların mikro ölçekte petrolojik incelemesi: Silisik magma rezervuarlarının zamansal değişimi

Abstract

Kristalleşme sırasında ana mineral faz içerisinde hapsolan ilksel eriyik örneklerini temsil eden eriyik kapanımları, magmatik sistemlerde iz element miktarlarının kontrol edilmesinde önemli yere sahiptirler. Ana magmadan kristalleşme ile ayrılan ve izole olan eriyik kapanımları, ana kristal fazın geliştiği magmatik sistemin petrojenetik gelişimini ortaya koymaktadır. Bu kapsamda, Kapadokya Volkanik Bölgesi'nde bulunan ignimbiritlerin (yaşlıdan gence; Kavak, Zelve, Sarımadentepe, Sofular, Cemilköy, Tahar, Gördeles, Kızılkaya, Valibabatepe) eriyik kapanımı içeren zirkon kristallerinin, İkincil Kütle Spektrometresi (SIMS) analitik yöntemi ile elde edilen iz element konsantrasyonlarından itibaren iz element paylaşım katsayı değerleri hesaplanmıştır. Zirkon/eriyik kapanımı çiftlerinin iz element paylaşım katsayı değerleri, iz elementin atom numarasının artışına bağlı olarak uyumlu davranış sergilemektedir. Ayrıca, eriyik kapanımlarının iz element içerikleri, tüm kayaç ve matriks cam içerikleri ile korele edildiğinde, birimlerin petrojenetik gelişiminde baskın sürecin fraksiyonel kristalleşme olduğu ortaya konmuştur. Kapadokya Volkanik Bölgesi, SiO2 bakımından zengin riyolitik magma gelişimine ve sonuç olarak kaldera oluşturan patlamalara ev sahipliği yapmış bir bölge olarak tanımlanmaktadır. Bu bölge hakkında çoğu çalışma piroklastik akıntı birimlerinin tüm kayaç bileşimlerinden itibaren jeokimyasal ve petrolojik olarak tanımlamaya yönelik yapılmış fakat geniş hacimli riyolitik magmaların patlama öncesi ayrımlanması ve depolanması, kaldera oluşumunu kontrol eden ve eriyik ayrımlanma sürecinde etkisi olduğu düşünülen süreçlerin varlığı hakkında çok az bilgi bulunmaktadır. Bu çalışma ile Orta Anadolu Bölgesi'nde yaygın kaldera oluşturan piroklastik akıntı birimlerinin magma kaynağına ilişkin ayrımlanma ve depolanma modeli sunulmaktadır. Kapadokya bölgesinde bulunan ignimbiritler neredeyse benzer pomza ana element bileşimleri ve benzer fenokristal içerikleri sunmaktadır (Tahar ve Valibabatepe hariç). Patlama öncesi magmatik sisteme ilişkin modeli oluşturmak ve her patlamaya ait muhtemel tetikleyici etkinin ortaya konulması adına matriks cam, zirkon ve zirkon kristalleri içerisinde bulunan eriyik kapanımları, tüm kayaç iz element içerikleri ve birimlere ait mineral birliktelikleri kullanılmıştır. Bu çalışmalara destekleyici olarak zirkon kristallerinden elde edilen iz element bileşimleri ile Hf izotop verileri de kullanılmıştır. Buna göre, birbirine benzer bileşimlere sahip magma odalarının benzer kaynaktan itibaren geliştiği ve bu magma odalarının birbirilerinden izole bir şekilde sığ derinlikleri temsil eden üst kabuk seviyelerinde depolandığı ve patlamanın gerçekleşeceği zamana kadar eriyiğin evrimleşmeye devam ettiği sonucuna varılmıştır. Üst kabukta depolanan bu birimlerin gelişiminde fraksiyonel kristalleşmenin baskın süreci temsil ettiği ve bazı birimlerde (Kavak, Zelve, Cemilköy, Tahar ve Gördeles) özellikle fraksiyonel kristalleşmenin yanı sıra kabuk asimilasyonunun da etkin olduğu ortaya konmuştur. Patlama öncesi gerçekleşen mafik magma beslemesinin bazı birimlere ait zirkon kristalleri üzerindeki etkisi, özellikle CL görüntülerinde meydana gelen zonlanma değişimleri ve zonlanmaya bağlı olarak U ve Th konsantrasyonlarında artış şeklinde gözlenmektedir. Bununla birlikte, zirkon kristallerinden ölçülen Hf izotop değerleri, oksijen izotop çalışmaları ile ortaya konulan kabuksal etkinin varlığının sanıldığının aksine yaşlıdan gence doğru giderek azaldığının yanı sıra kabuksal katkının birimlerin oluşumu sırasında dönemsel etkisinin varlığını ortaya koymaktadır.

The melt inclusions representing the samples of juvenile melt trapped in the host mineral phase during crystallization, have an important role in controlling the trace element abundances in magmatic systems. The melt inclusions isolated and separated by crystallization from the main magma, reveal the petrogenetic development of the crystal phase and the magmatic system. Thus, trace element partition values have been calculated from trace element concentrations obtained by Secondary Mass Spectrometer (SIMS) analytical method of zircon containing melt inclusion of ignimbrites in the Cappadocian Volcanic Province (from older to younger; Kavak, Zelve, Sarımadentepe, Sofular, Cemilköy, Tahar, Gördeles, Kızılkaya and Valibabatepe). The trace element partition values of the zircon/melt inclusion pairs exhibit compatible behavior due to the increase in the atomic number of the related trace element. Furthermore, correlation of melt inclusion with whole rock and matrix glass trace element compositions has been shown that the dominant process in the petrogenetic development of pyroclastic flow deposits, is fractional crystallization. The Cappadocia Volcanic Province (CVP) is defined as a region that has hosted SiO2-rich rhyolitic magma development and consequently the caldera-forming eruptions. Most of the studies conducted in this region on the geochemical and petrological basis of whole rock composition of pyroclastic flow units, show little information about extraction and storage processes of large volume of silicic magmas prior to eruption, existence of processes that control caldera formation and which are thought to have an effect on melt extraction process. Here, we present the extraction and deposition model of the magma source of common pyroclastic flow units in Central Anatolia. The ignimbrites in the Cappadocia region present almost identical pumice composition and similar phenocrystal contents (except for Tahar and Valibabatepe). In order to create the model of the magmatic system before the eruption and reveal the potential triggering effect of each eruption processes, matrix glass, melt inclusions in the zircon, whole rock trace element contents and mineral associations belonging to the units were used. In order to support these studies, trace element compositions obtained from zircon crystals and Hf isotope data were also used. Accordingly, it was concluded that the magma chambers with almost similar compositions developed from the same source and that these magma chambers were stored at the upper crustal levels representing the shallow depths isolated from each other and the melt continued to evolve until the time of the eruption. It has been shown that fractional crystallization represents the most dominant process in the generation of the units stored in the upper crust and in some units (Kavak, Zelve, Cemilköy, Tahar and Gördeles), as well as fractional crystallization, crustal contamination has been observed as the effective process. The effect of the mafic magma recharge before the eruption observed as zircon crystal CL zoning pattern variation and increasing in U and Th content. However, Hf isotope values measured from zircon crystals indicate that crustal effect not only is gradually decreasing towards the older to the young as proposed by the oxygen isotope studies, but also there is a periodic effect of the crustal contribution during the formation of the units.