Kurtoğlu meta-graniti'nin (Gümüşhane) jeokimyasal ve izotopik özellikleri

Abstract

Gümüşhane yöresi, Sakarya Zonu'na ait Variscan metamorfik temel kayaçlarının yüzeylediği lokasyonlardan biridir. Genişliği 0.5 ila 3 km ve yaklaşık 28 km uzunluğa sahip bu metamorfitler Kırıklı Köyü civarından başlayarak güneybatı yönünde Tersun Dağı'na kadar uzanan bir alanda mostra verir. Kayaçlar erken-orta Karbonifer'de bölgesel metamorfik koşulların etkisi altında kalarak düşük-orta derecelerde başkalaşmışlardır. Kurtoğlu Metamorfitleri olarak bilinen kayaçlar başlıca iki tektonik birimden oluşmaktadır: (i) mikaşist, gnays ve bunları keserek yerleşen meta-granitler, (ii) fillat ve kalkşistler. Bu çalışmaya konu olarak seçilen meta-granitler petrografik, jeokimyasal ve jeokronolojik özellikleri bakımından incelenmiştir. Petrografik olarak muskovit ve biyotit meta-granitler olmak üzere iki alt gruba ayrılmaktadırlar. U-Pb SHRIMP yöntemi ile biyotit meta-granit (KU-35) örneğindeki zirkonlardan elde edilen yaşlar 511-452 m.y. (Geç Kambriyen-Geç Ordovisiyen) arasında değişmektedir. Muskovit meta-granitler bileşimsel değişimin felsik ucunda toplanırken (SiO2: % 72.8?77.8), biyotit meta-granitler nispeten geniş bir bileşimsel aralık sunmaktadır (SiO2: % 67.46?78.44). Granodiyoritik bileşime sahip iki adet biyotit meta-granit hariç, tüm örnekler granitik bileşime sahiptir. Örneklerin hepsi güçlü peralumin karaktere sahip olup, yüksek K'lu kalk-alkali'den şoşonitik'e kadar değişen bir jeokimyasal bileşime sahiptir ve % 1.02 ila 4.41 arasında değişen normatif korendon içermektedirler. Bazı biyotit meta-granit örneklerinde S-tipi granit/riyolitler için karakteristik olan granat ve sillimanit bulunur. Örneklerin oldukça radyojenik Sr izotop oranları (0.712-0.745), negatif ?Nd(t) değerleri (-5.13 ? -8.55) ve Pb izotop oranları kesin olarak kıtasal kabukta yer alan bir kaynağa götürmektedir. CaO/Na2O, Al2O3/TiO2, Rb/Sr ve Rb/Ba oranları ise biyotit ve muskovit meta-granitlerin sırasıyla kilce-fakir ve kilce-zengin sedimanter kaynaklardan itibaren oluştuğuklarına işaret etmektedir. Artan SiO2'ye karşılık azalan MgO, Fe2O3 ve TiO2 içerikleri gibi korelasyonlar, Kurtoğlu meta-granitinin oluşumu sırasında kesirli kristallenmenin baskın bir rol oynadığını ve muskovit meta-granitlerin biyotit meta-granitlerden itibaren fraksiyonlaşma yoluyla oluştuğunu ima etmektedir. Hafifçe sağa eğik nadir toprak element profilleri, negatif Nb, Ta, Ti ve pozitif Pb anomalileri yitim ilişkili bir tektonik ortamı ima etmekle birlikte, tektonik ortam ayırım diyagramları genellikle çarpışma eş yaşlı ve çarpışma sonrası tektonik ortamlara işaret etmektedir.

Gümüşhane area is one of the locations where Variscan metamorphic basement rocks are cropped out. These metamorphic rocks, which expose in an area of ~0.3-3 km width and about 28 km long, extend from the vicinity of Kırıklı Village in the southwest direction to Tersun Mountain. They were metamorphosed under low to medium degrees of regional metamorphic conditions in the early-middle Carboniferous. The rocks that are termed Kurtoğlu Metamorphites consist of two tectonic units: (i) mica schist, gneiss and cros-cutting meta-granites, (ii) phillite and calc schist. The meta-granites, chosen as the topic of this study, were investigated in terms of petrographical, geochemical and geochronological characteristics. The rocks petrographically can be divided into two subgroups: mucovit meta-granite and biotite meta-granite. The ages obtained by U-Pb SHRIMP method in the zircons of the biotite meta-granite sample (KU-35) are vary from 511 Ma to 452 Ma (late Cambrian-late Ordovician). While the muscovit meta-granites are grouped at the felsic end of the compositional range (SiO2= % 72.8?77.8), the biotite meta-granites display relatively a large compositional range (SiO2= % 67.46?78.44). Except for the two biotite-meta-granite samples that have granodioritic composition, all the samples have granitic composition. The samples as a whole have strongly peraluminous geochemical character, a geochemical composition ranging from high K-calcalkaline to shoshonitic and include normative corundum varying between 1.02 and 4.41. Some of the biotite meta-granite samples comprise garnet and sillimanite that are typical for S-type granites/rhyolites. The samples have highly radiogenic Sr isotope ratios (0.712-0.745), negative ?Nd(t) values (-5.13 ? -8.55) and Pb isotope ratios, referring precisely to a source located in the continental crust. CaO/Na2O, Al2O3/TiO2, Rb/Sr and Rb/Ba ratios suggest that biotite and muscovite meta-granites were derived by partial melting of clay-poor and clay-rich sources respectively. Decreasing MgO, Fe2O3 and TiO2 contents against increasing SiO2 imply that fractional crystallization has played a significant role during the formation of the Kurtoğlu meta-granite and that muscovite meta-granites were evolved from a biotite meta-granitic melt through fractional crystallization. Despite the slightly right-side inclined rare earth element profiles, negative Nb, Ta, Ti and positive Pb anomalies imply subduction-related tectonic setting, tectonic setting discrimination diagrams commonly refer to the syn-collision and post-collision settings during their formation.