Testing alternative tectono-stratigraphic interpretations of the Late Palaeozoic−Early Mesozoic Karakaya Complex in NW Turkey: Support for an accretionary origin related to northward subduction of Palaeotethys

KB Türkiye’deki geç Paleozoyik−Erken Mesozoyik yaşlı Karakaya Kompleksi için önerilen alternatif tektono-stratigrafik modellerin sınanması: Paleotetisin Kuzeye yitimi ile ilişkili yığışım modeline destek

Özet

Türkiye’de D–B yönünde yayılım gösteren Karakaya Kompleksi’nin Erken Karbonifer–Geç Triyas yaşlı kayaları, Doğu Akdeniz bölgesinde Paleotetisin kurgulanmasında kritik önem taşır. Onlarca yıldır süregelen araştırmalara rağmen, Karakaya Kompleksi’nin kökeni ve yerleşmesi halen tartışmalıdır; çünkü Karakaya Kompleksi ya sedimenter olistostromlardan oluşan düzenli bir stratigrafik istif, ya da bindirme dilimleri ve melanj paketi olarak haritalanmıştır. Önerilmiş tektonik modeller kıta içi rifti, yay-ardı rifti, okyanusal kenar havza veya büyük bir okyanusun yitimi ile oluşmuş yığışım prizmasına kadar çeşitlilik sergiler. Bu modellerde yitimin yönü ya kuzeye ya da güneye doğru olarak kabul edilmiştir. Alternatif modelleri test etmek için Karakaya Kompleksi’ni oluşturan çeşitli lito-tektonik birimler ile bunların dokanak ilişkileri kuzeybatı Türkiye’de dokuz farklı alanda çalışılmıştır. Elde ettiğimiz saha verileri, Karakaya Kompleksi’nin bölgesel ölçekli bindirme fayları ile bir araya geldiğini, ana birimler arasında herhangi bir stratigrafik dokanağın hatta deforme sedimenter dokanakların dahi varlığına ilişkin herhangi bir kanıtın olmadığını göstermektedir. Triyas yaşlı Karakaya Kompleksi’nin yapısal olarak alt seviyeleri (~alt Karakaya topluluğu), yüksek basınç-düşük sıcaklık metamorfizması geçirmiş ve hızla yükselmiş olan, ekaylı, büyük bölümüyle volkaniklastik olan bir istif (Nilüfer Birimi) ile temsil edilir. Yapısal olarak daha üstte yeralan daha düşük dereceli kayalar (~üst Karakaya topluluğu), alkalen volkanikler ve şelf ile yeniden çökelmiş karbonatlardan oluşan Geç Permiyen–Erken Triyas yaşlı Çal Birimi, terijen sedimentlerden yapılı bir Üst Permiyen birimi, ve okyanus ortası sırtı tipi bazaltlar, radyolaryalı sedimentler ve türbiditik kumtaşlarını kapsayan Triyas yaşlı Ortaoba birimi gibi birkaç litotektonik birim ile temsil edilir. Bu birimler ile ilişkili iki birim (Hodul ve Orhanlar birimleri) Geç Triyas döneminde tektonik olarak bir araya gelen ve yerleşen yığışım melanjları (olistostromlardan ziyade) olarak yorumlanmışlardır. Karakaya öncesi meta-silisiklastik sedimenter kayalar (Kalabak birimi) birçok alanda Devoniyen ve Erken Karbonifer yaşlı granitler ile kesilir. Kalabak biriminin üzerindeki arkozik örtü birimleri (Halılar Formasyonu) Karakaya Kompleksi’nin son yerleşmesinden önce, Geç Triyas (Noriyen) döneminde çökelmiştir. ‘Temel birimleri’ Karakaya Kompleksi’nin en geç Triyas dönemindeki son yerleşmesi sırasında daha üst yapısal konuma yerleşen bindirme dilimleri olarak yorumlanmıştır. İzleyen bölgesel yükselme ve erozyonun ardından Erken Jura’dan itibaren şelf sedimanları transgresif olarak çökelmiştir. Önerdiğimiz tektonik modelde Paleotetis okyanus kabuğu (~Triyas Ortaoba Birimi), kuzeye Sakarya Kıtası altına doğru dalmıştır. Karbonatlar ile kaplı denizaltı tepeleri Paleotetis güney kenarının yakınlarında oluştu (Çal Birimi). Terijen kırıntılılar ile ilişkili Geç Permiyen yaşlı neritik karbonatlar (adlandırılmamış birim) olasılıkla güneydeki Toros kıtasından rift leşmiştir. Büyük okyanusal denizaltı volkanları (~Nilüfer Birimi) Triyas okyanusu içinde püskürdü. Denizaltı volkanları ve kıtasal fragmanlar kuzeye doğru göç ederek Sakarya Kıtası’nın güney, aktif kenarına çarpmıştır. Yığışım prizması kuzeye doğru, Sakarya Kıtası’nın deltayik ve daha derin denizel örtü birimleri üzerine Noriyen döneminde yerleşmiştir. Çarpışma Karakaya yığışım kompleksinin Geç Paleozoyik Sakarya ‘temeli’ ve sedimenter örtüsü ile ekaylanmasına neden olmuştur.

Abstract

Lower Carboniferous–Upper Triassic rocks of the Karakaya Complex exposed E–W across Turkey are critical to reconstructions of Palaeotethys in the Eastern Mediterranean region. Despite decades of research, the origin and emplacement of the Karakaya Complex remains controversial because it is mapped either as an overall stratigraphic succession of sedimentary olistostromes or as a stack of thrust sheets and mélange. Tectonic models include a continental rift , a back-arc rift , a marginal oceanic basin, and an accretionary prism formed by subduction of a wide ocean. Subduction is seen as either northwards or southwards. To test the alternatives, the various litho-tectonic units and their contact relations were studied in nine outcrops across northwestern Turkey. Our field evidence indicates that the Karakaya Complex was assembled by regional-scale thrust faulting without evidence of stratigraphical contacts or even of deformed sedimentary contacts between the main units. Th e structurally lower levels of the Karakaya Complex of Triassic age (~lower Karakaya assemblage) are dominated by an imbricated, mainly volcaniclastic sequence (~Nilüfer Unit) that was metamorphosed under high pressure-low temperature conditions and rapidly exhumed. Structurally higher, lower-grade rocks (~upper Karakaya assemblage) are characterised by several coherent lithotectonic units, including the Upper Permian–Lower Triassic Çal Unit, dominated by alkaline volcanics and shelf to redeposited carbonates, a contrasting mainly Upper Permian unit including terrigenous sediments, and the Triassic Ortaoba Unit, dominated by mid-ocean ridge-type basalts, radiolarian sediments and sandstone turbidites. Two associated composite units (Hodul and Orhanlar units) are interpreted as accretionary mélanges (rather than olistostromes) that were tectonically assembled and emplaced during Late Triassic time. Pre-Karakaya-age meta-siliciclastic sedimentary rocks (~Kalabak unit) are intruded by Devonian and Lower Carboniferous granites in several areas. Arkosic cover sediments (Halılar Formation) above the Kalabak unit accumulated during Late Triassic (Norian) time prior to final emplacement of the Karakya Complex. The ‘basement units’ are interpreted as thrust slices that were emplaced to a high structural level during final emplacement of the Karakaya Complex in latest Triassic time. Transgression by shelf sediments followed from the Early Jurassic onwards following regional uplift and erosion. In our proposed tectonic model, Palaeotethyan oceanic crust (~Triassic Ortaoba Unit) subducted northwards beneath the Sakarya Continent. Seamounts capped with carbonate build-ups formed near the southern margin of Palaeotethys (~Çal Unit). The Upper Permian neritic carbonates associated with terrigenous clastics (unnamed unit) probably rifted from the Tauride continent to the south. Large oceanic seamounts erupted within the Triassic ocean (~Nilüfer Unit). The seamounts and continental fragments drifted northwards until they collided with the southern, active margin of the Sakarya Continent. The accretionary prism was emplaced northwards over deltaic to deeper-marine cover sediments of the Sakarya Continent during Norian time. Collision culminated in imbrication of the Karakaya accretionary complex with the Late Palaeozoic Sakarya ‘basement’ and its sedimentary cover.