Güneydoğu Anadolu otoktonu üst kretase-paleosen yaşlı birimlerin mineralojik-petrografik ve jeokimyasal özelliklerinin incelenmesi (Mardin-Dargeçit)

Abstract

İnceleme alanı Arap levhasının kuzeyini temsil eden Güneydoğu Anadolu Otoktonu (GDAO) olarak tanımlanan alanda yer alan Üst Kretase-Paleosen yaşlı sedimanter kayaçlarla temsil edilen Germav Formasyonu'dur. Mardin-Dargeçit yöresinde yüzeyleyen birimin Alt Germav Üyesi koyu gri renkli ayrışmış ince taneli şeyl, gri renkli marn ve ince taneli kumtaşı ardalanması, Üst üyesi ise açık gri renkli kumtaşları, laminasyonlu gri şeyl, açık renkli ince taneli kumlu kireçtaşı litolojisine sahiptir. Birimi temsil eden kayaçlarda yapılan petrografik incelemelerden optik mikroskop incelemelerine (OM) göre sedimanter ve kimyasal kökenli olarak tanımlanan kayaçlar klastik, pelitik ve karbonatlı olmak üzere farklı tane boyu, mineralojik bileşim ve dokusal ilişkiler göstermektedir. Birimi temsil eden yaygın kayaç türü, pelitik dokulu oldukça ince taneli kil mineralleri ile zengin şeyllerdir. Karbonatlı kumtaşları klastik dokulu olup orta-iyi boylanma göstermektedir. Matriks kil ve çimento karbonat mineralleri ile zengin olup, muskovit ve plajiyoklaz minerallerinde bükülmeler yaygındır. Elipsoyidal gözeneklerde yaygın olarak kil, polikristalin ve ışınsal kuvars mineral oluşumları gözlenmektedir. Karbonatlı kayaçlar ise mikritik veya sparitik dokulu olup, bol miktarda fosil kavkıları içermektedir. Taramalı Elektron Mikroskop İncelemelerine (SEM) göre fillosilikatlardan vermikülit oluşumları kalın ve küçük kurtçuklar şeklinde olup, 1 m boyutlarında gözlenmiştir. Kumtaşlarının matriksinde elips şekilli gözeneklerde bal peteği görünümünde C-S ve ışınsal/lifsi biçimli tanesel serpantin mineralleri bulunmaktadır. Liflerin boyutları 25-30 m arasında değişmektedir. X-ışınları Difraksiyon (XRD) yöntemi ile saptanan kayaç oluşturan minerallerin genel ortalama değerlerine göre bollukları; kalsit ve fillosilikat, kuvars, feldispat, piroksen ve dolomit biçiminde sıralanmaktadır. Analsim, hematit ve götit ise düşük ortalamaya sahip minerallerdir. Birimi temsil eden kayaçlarda gözlenen fillosilikat minerallerini ise illit, klorit, serpantin, vermikülit ve smektit, karışık tabakalı klorit-smektit (C-S), klorit-vermikülit (C-V), illit-klorit (I-C) ve illit-vermikülit (I-V) mineralleri temsil etmektedir. Fillosilikat minerallerinin genel ortalama değerlerine göre bollukları; klorit, C-S, C-V, vermikülit, illit, ender olarak serpantin, I-C ve I-V olarak sıralanmıştır. Alt Germav üyesinde fillosilikat fraksiyonunu illit, klorit, smektit, vermikülit ve karışık tabakalı (C-S); Üst Germav üyesinde ise illit, klorit, smektit, serpantin, vermikülit ve karışık tabakalılar (C-S, C-V, I-C, I-V) temsil etmektedir. Germav Formasyonu fillosilikat/kil minerallerinde elde edilen jeokimyasal verilere göre; toplam eser element konsantrasyonlarında logaritmik olarak yaklaşık 1000 kat zenginleşme, 10 kat fakirleşme gözlenmekte olup, minerallerin toplam eser element değerleri 2021-2767 ppm (ortalama 2438 ppm) arasında değişmektedir. Toplam değerler en az klorit, en fazla ise vermikülit minerali için gözlenmektedir. Uç değerler dışında ortalama derişimlere göre; geçiş metalleri (Ni, V, Zn); granitoyid elementlerinden W; karışık davranışlı elementlerden As ve Ge; kalıcılığı düşük elementlerden Ba, Rb, Ga ve Sr; kalıcılığı yüksek elementlerden Nb ve Zr tüm korensit minerallerinde pozitif anomali sergilemektedir. Ayrıca Sc, Pb, Mo, Sb, Cs, Tl, Ta ve Hf elementleri negatif anomali göstermektedir. Kondrit değerleri ile karşılaştırıldığında; türediği kayaca, minerallere ve elementlere göre zenginleşme-fakirleşmeler değişmekle birlikte, örneklerin desenleri birbirinden ve NASC'den belirgin olarak ayrılmaktadır. Fillosilikat/kil mineralleri kondrit bileşimine göre belirgin ayrımlaşma sergilemekte olup, Germav Formasyonu'na ait kil minerallerinin Nb ve Ti oranları hariç, diğer örneklerin tümünde NASC'ten daha düşük derişimlere sahiptir. Elementlerin kondrit normalize toplam derişimleri (ppm) sırasıyla vermikülit için 227.43, I-C için 358.89, C-V için 409.34, C-S için 522.36 ve klorit için 578.31 olarak değişmektedir. Bu değerlerden itibaren en az zenginleşme vermikülit minerali için en fazla zenginleşme klorit minerali için gerçekleşmiştir. Fillosilikat/kil mineralleri Th, Ta, Zr ve Ti elementleri için pozitif; K, Sr ve P için negatif anomaliye sahiptir. Eu elementi NASC hariç, tüm fillosilikat/kil mineralleri için negatif anomali sergilemektedir. Tüm fillosilikat/kil minerallerinin Nadir Toprak Element (REE) içerikleri klorit minerali hariç NASC'ten düşük olmakla birlikte, kondrite göre artış sergilemektedir. Toplam REE konsantrasyonu vermikülit mineralinde (71.61 ppm) en az, klorit mineralinde ise (224.45 ppm) ise en çoktur. Ayrıca kil minerallerinin LREE'in konsantrasyonları, HREE'e göre bir azalma göstermektedir. Eu elementi NASC ve diğer tüm kil minerallerinde kısmen negatif anomaliye sahiptir. Ayrıca Germav Formasyonu kayaçlarında Üst Kretase-Paleosen geçişinin yorumlanabilmesi için Nötron Aktivasyon (INAA) yöntemi ile iridyum (Ir) anomalisinin saptanması amacıyla farklı seviyelerden alınan kumtaşı ve şeyl kayaçlarında Ir değerlerinin 5 ppb den daha küçük olduğu saptanmıştır.OM, SEM, XRD ve jeokimyasal incelemelere göre; Germav Formasyonu kayaçlarında gözlenen illit/mika mineralleri detritik ve/veya volkanik kökenli mika mineralleri ile temsil edildiği düşünülmektedir. OM ve SEM incelemeleri, klorit mineralinin koyu renkli minerallerin dışında kayaç gözeneklerinde otijenik olarak geliştiğini göstermektedir. Karışık tabakalı minerallerin oluşumlarının ise neoformasyon ve/veya transformasyon süreçleriyle oluştuğu, şeyl türü kayaçlarda matrikste rastlanılan smektit mineralleri ise otijenik bileşenleri temsil etmektedir. Germav Formasyonu kayaçlarında hematit, götit ve pirit (SEM incelemeleri) mineralleri gözlenmiş olup bu minerallerin ortaç-asidik ve indirgen koşullarda oluşmuş diyajenetik mineraller olduğu düşünülmektedir. Germav formasyonu Üst Kretase yaşlı Alt Germav ve Paleosen yaşlı Üst Germav üyelerinde gözlenen yanal ve düşey yöndeki tüm kayaç ve fillosilikat/kil mineralojisindeki farklılıklar havzanın değişik zamanlarda farklı kaynaklardan (provenanslardan) beslenmesi sonucu gelişmiş olabileceği biçimde değerlendirilmiştir. Özellikle bu beslenmenin Arap Plakası'nın kuzeyindeki Üst Kretase yaşlı Neotetis Okyanusu'nun kalıntılarını temsil eden allokton kökenli Güneydoğu Anadolu Ofiyolitik Kuşağı'ndaki jeotektonik olaylar zincirini işaret eden, havzaya taşınmış detritik kökenli malzemeler olduğu, oluşan kil mineral türlerinin ise özellikle volkan camı + deniz suyu ile etkileşimi sonucu gelişen neoformasyon/transformasyon ve otijenik ürünler olduğu biçiminde yorumlanmıştır. Anahtar Kelimeler: Arap Plakası, Fillosilikat, Sedimanter, Ofiyolit, XRD

The investigated area is the Germav Formation, which is represented by Upper Cretaceous-Paleocene sedimentary rocks in the area defined as the Southeast Anatolian Autochthonous (GDAO) representing the northern section of the Arabian plate. The Lower Germav Member of the unit surfacing at the Mardin-Dargeçit region has a dark gray colored and fine-grained shale, gray marl and fine-grained sandstone, and the Upper member has a light gray colored sandstone, laminated gray shale, light colored, and fine-grained sandy limestone lithology.As part of the petrographic studies carried out in the rocks which represent the unit, optical microscopy examinations (OM) indicate that the rocks with different sedimentary and chemical origins demonstrate different grain sizes, mineralogical composition and textural relations as clastic, pelitic and carbonate. The common rock species representing the unit is shales rich with fine-grained clay minerals that are of pelitic texture. Sandstones with carbonate are of clastic texture and show medium to good gradation. The matrix is rich in clay and carbonate minerals in cement and flections in muscovite and plagioclase minerals are common. In ellipsoidal pores, clay, polycrystalline and radial quartz mineral occurrences are widely observed. Carbonate rocks are micritic or sparitic - textured and contain abundant amounts of fossil shells. According to the Scanning Electron Microscopy (SEM) examinations, vermiculite formations that are members of phyllosilicates are thick and in the shape of small worms, observed in 1 m dimensions. In the matrix of the sandstones there are C-S and radial/filamentous granular serpantine minerals in ellipsoidal pores in the shape of honeycombs. The sizes of the filaments vary between 25-30 m.The abundances of the rock-forming minerals determined by X-ray diffraction (XRD) method according to general average values are ranked as follows; calcite and phyllosilicate, quartz, feldspar, pyroxene and dolomite. Analcime, hematite and goethite are minerals with a low average. The phyllosilicate minerals observed in the rocks of the unit are represented by illite, chlorite, serpantine, vermiculite and smectite, mixed layers chlorite-smectite (C-S), chlorite-vermiculite (C-V), illite-chlorite (I-C) and illite-vermiculite (I-V) minerals. The abundance of phyllosilicate minerals according to the general average values are ranked as; chlorite, C-S, C-V, vermiculite, illite, and rarely serpantine, I-C and I-V. The phyllosilicate fraction in the Lower Germav member is represented by illite, chlorite, smectite, vermiculite and mixed layer (C-S); and in the Upper Germav member represented by illite, chlorite, smectite, serpantine, vermiculite and mixed layers (C-S, C-V, I-C, I-V).According to the geochemical data obtained in phyllosilicate/clay minerals of Germav Formation; logarithmically an enrichment of about 1000 times and depletion of 10 times are observed in the total trace element concentrations and the total trace element values of the minerals vary between 2021-2767 ppm (mean 2438 ppm). Total values are observed the least for chlorite and the most for vermiculite mineral. According to the average concentrations outside the extreme values; transition metals (Ni, V, Zn); W of granitoid elements; As and Ge of mixed behavioral elements; Ba, Rb, Ga and Sr from low field strength elements; Nb and Zr from high field strength elements exhibit positive anomalies in all the corensite minerals. In addition, the elements Sc, Pb, Mo, Sb, Cs, Tl, Ta and Hf exhibit negative anomalies. When compared to chondrite values; the patterns of the specimens are distinct from each other and from NASC, while the enrichment-depletion changes with respect to the originated rocks, minerals and elements. Phyllosilicate/clay minerals show a distinctive differentiation from the chondrite composition, and all of the clay mineral samples of the Germav formation have lower concentrations than NASC except for the Nb and Ti ratios. The total concentrations (ppm) of elements in normalized chondrite vary between 227.43 for vermiculite, 358.89 for I-C, 409.34 for C-V, 522.36 for C-S and 578.31 for chlorite. From these values, the least enrichment occurs for vermiculite mineral and the most enrichment occurs for the chlorite mineral. Phyllosilicate/clay minerals have a positive anomaly for Th, Ta, Zr and Ti elements; and a negative anomaly for K, Sr and P. The Eu element exhibits a negative anomaly for all phyllosilicate/clay minerals except NASC. The Rare Earth Element (REE) contents of all phyllosilicate / clay minerals show an increase with respect to chondrite, albeit being lower than NASC, with the exception of chlorite mineral. The total REE concentration is lowest in the vermiculite mineral (71.61 ppm) and highest in the chlorite mineral (224.45 ppm). Moreover, LREE concentrations of clay minerals show a decrease with respect to HREE. The Eu element has partially negative anomalies in NASC and all other clay minerals. In addition, it was determined that the Ir values were smaller than 5 ppb in the sandstones and shale rocks taken from different levels to detect iridium (Ir) anomaly with Neutron Activation (INAA) method in order to interpret the Upper Cretaceous-Paleocene transition in the Germav Formation rocks.According to OM, SEM, XRD and geochemical analyses; the illite/mica minerals observed in the Germav Formation rocks are thought to be represented by mica minerals of detrital and/or volcanic origin. OM and SEM analyses show that the chlorite mineral develops authigenously in the rock pores except for the dark colored minerals. Formation of mixed-layered minerals is thought to occur by neoformation and/or transformation processes, while smectite minerals, which are found in the matrix of shale-type rocks, represent authigenic components. Hematite, goethite and pyrite (SEM examinations) minerals were observed in Germav Formation rocks, and these minerals are thought to be diagenetic minerals formed in mid-acidic and reducing conditions.The differences in all lateral and vertical rocks and phyllosilicate/clay mineralogy observed in the Upper Cretaceous Lower Germav and Paleocene Upper Germav members of the Germav formation were evaluated to have been developed as a result of the basin being fed from different provenances at different times. In particular, this feeding was evaluated to be the detritic origin materials that were transported to the basin, indicating the chain of geotectonic events in the Southeastern Anatolian Ophiolitic Zone of the allochthonous origin, representing the remains of the Upper Cretaceous Neotethyan Ocean to the north of the Arabian Plate, and the clay mineral species formed in particular were interpreted as neoformation/transformation developing in particular as a result of the volcanic glass + sea water interaction, and authigenic products. Keywords: Arabian Plate, Phylosilicate, Sedimentary, Ophiolites, XRD