Ağırkaya Kalderasının Magma Odası Süreçlerinin Petrolojik Modellemesi, Doğu Anadolu, Türkiye


KESKİN M. , GENÇ Ş. C. , OYAN V., AYSAL N. , Ünal E.

67. Türkiye Jeoloji Kurultayı, Ankara, Türkiye, 14 - 18 Nisan 2014, cilt.67, no.118, ss.454-457

  • Cilt numarası: 67
  • Basıldığı Şehir: Ankara
  • Basıldığı Ülke: Türkiye
  • Sayfa Sayıları: ss.454-457

Özet

Ağırkaya kalderası, Erciş – Patnos – Ağrı ili arasındaki alanda yüzeylenmiş çok büyük bir
kalderadır. Söz konusu kaldera, ~60 km çaplı bir tabana, 17 km çaplı çok geniş bir kratere
sahiptir ve Ağrı volkanının iki, Nemrut volkanının ise 5,5 katından biraz daha geniş bir
alan (yani ~2.800 km2) kaplamaktadır. Volkanın yamaçlarında ve yakın çevresinde büyük
strato-volkanlardan küçük skorya konilerine kadar farklı boyutlarda bir dizi volkan yer
almaktadır. Bunlar; G’de Meydan kalderası ve üzerine gelen Gürgürbaba riyolitik coluee’si,
GD’da Etrüsk strato- ve Girekol minyatür kalkan volkanı, KD’da Karlıca, B’da Şekerbulak
volkanik kompleksine ait koniler ve GB’da ise Bozoğlak skorya konisidir. “Resurgent”
tipi bir kaldera olan Ağırkaya’nın krater kenarlarının ve krater tabanının azami yüksekliği
3200 m’ye ulaşmaktadır. Volkanın hesaplanan kaldera çökme öncesi yüksekliği 4500-5000
m civarındadır ve bu çok daha yayvan olmakla birlikte, Ağrı volkanı yüksekliğindedir.
Hesaplara göre, ilksel volkan konisinin 2750 - 3200 metrelik üst kesimi, kaldera çökme olayı
ve bunu izleyen erozyon sonucunda yok olmuştur. Aktif Çaldıran (Tutak) fay zonu, KBBGDD
doğrultusunda kalderayı tam ortasından biçmekedir.
Ağırkaya kalderası, 108Y222 nolu TÜBİTAK-RFBR projesi kapsamında çalışılmıştır.
Jeokronolojik (K/Ar) verilere göre yaşı 5.3 - 5.7 My arasında değişen (Mesiniyen) Ağırkaya
kalderasının volkanik birimleri, (1) kaldera çöküşü öncesi ve (2) sonrası olarak ikiye ayrılırlar.
Kaldera çöküşü öncesi lavları başlıca benmoreit, dasit, trakidasit, trakit ve riyolit ile temsil
edilirlerken bunlarla ardalanan ve hacimsel olarak üste doğru artan piroklastikler, trakitik,
dasitik ve riyolitik bileşimli kalın kaynaklı/kaynaksız ignimbritler ve pomza dökünüleri ile
temsil edilirler. Kaldera duvarı trakitik bileşimli dayklarla kesilir. Kalderanın çember kırığına
ise yer yer siyenit/monzonit bileşimli stoklar yerleşmiştir. Kaldera çöküşü sonrasında oluşan
lavlar bazalt, trakibazalt, bazaltik-trakiandezit ve trakiandezit bileşimlidirler. TAS sınıflama
diyagramında Ağırkaya lavlarının büyük çoğunluğu alkali-sub alkali çizigisi üzerinde
ve çevresinde yer alır. Ağırkaya kalderasının volkanik birimlerinin büyük bölümü alkali,
yaklaşık üçte biri ise kalk-alkali karakter sunarlar. K2O’ya karşı SiO2 diyagramında bazaltik
lavlar orta-K, daha evrimleşmiş olanları ise yüksek-K serisine düşer. Artan SiO2’ye karşı Al2O3, Na2O, Sr ve Ba’da belirgin düşüşler, magma odasında ortaç bileşimden itibaren
şiddetli bir feldspat (plajioklas ve alkali feldspat) kristallenmesine bağlıdır. Lavların bir
bölümünde Nb ve Zr’un artan SiO2 ile negatif trend sergilemesi, ortaç ve asit magmalardan
sırasıyla biyotit ve zirkon gibi aksesuar mineral kristallenmesi ile açıklanabilir. Fraksiyonel
kristallenme (FC), magma karışımı ve asimilasyonla birlikte gelişen kristallenme (AFC)
işlemlerinin petrolojik modelleme sonuçları, Messiniyen’de Ağırkaya kalderasının altında
sığ derinliklerde yer almış büyük bir magma odasında, magmatik ayırımlaşmaya feldspat
(plajioklas, sanidin ve anortoklas) ± amfibol ± biyotit kristallenmesinin egemen olduğunu,
ancak kıtasal kabuk malzemesinin bu magma kitlesine asimilasyon işlemi ile önemli
hacimlerde katılmış olduğunu, ortaya çıkan hibrit magmanın ise primitif magma tarafından
periyodik olarak tazelendiğine işaret etmektedir. Örümcek diyagramları ve iz element oran
diyagramları, Ağırkaya lavlarının tipik bir yitim bileşeni içeren sığda yerleşmiş mantodan
türedikleri ancak ada yaylarına göre daha zenginleşmiş bir kaynak bölgesinden geldiklerini
göstermektedir.
 
Anahtar Kelimeler: Doğu Anadolu, Kaldera çökmesi, magma odası işlemleri, Petrolojik
modelleme
Ağırkaya is a very large caldera and exposed in an area located among the towns of Ercis,
Patnos and the City of Agri. The aforementioned caldera, has a very large crater with a
diameter of 17 km and a circular footprint area with a diameter of ~60 km (corresponding to
~~2,800 km2) which is twice as big as that of the Ararat volcano. There are a series of volcanos
overlying the slopes of that caldera, ranging in size from mid-scale strato-volcanoes to small
scoria cones: Meydan caldera and overlying Gürgürbaba rhyolitic coulee in the S, Etrüsk
strato-volcano and Girekol miniature shield volcano in the SE, Karlıca volcano in the NE,
small cones related to the Sekerbulak volcanic complex in the W and Bozoglak scoria cone in
the SW. Both the maximum altitude of the rim and the elevated base of the caldera are ~3200
m, hence we argue that the Ağırkaya caldera is a resurgent one. The original pre-collapse
height of the Ağırkaya volcanic cone has been calculated as ~4500 to 5000 meters, almost as
high as the Ararat volcano, although with a much flatter profile than that of Mt. Ararat. Our
calculations revealed that upper part of that volcanic edifice (i.e. between 2750 and 3200 m)
had been destroyed due to the caldera collapse and subsequent erosion. The active NWWSEE
extending Çaldıran (Tutak) fault zone passes through the Ağırkaya caldera.
The Ağırkaya caldera has been studied in the framework of an international TÜBİTAKRFBR
project (# 108Y222). K/Ar age determinations from the caldera units vary between
5.3 and 5.7 Ma and imply that they are Messinian in age (Late Miocene). Volcanic units of
the Agirkaya caldera are divided into two groups: (1) pre-caldera and (2) post-caldera units.
The pre-caldera lavas consist of benmoreite, dacite, trachydacite, trachyte and rhyolite while
the intercalating pyroclastics, which become more abundant towards the top of the sequence,
are represented by pumice fall units and welded/unwelded ignimbrites of trachytic, dacitic
and rhyolitic composition. The caldera walls are cut by a set of trachytic dikes. Syenitic/
monzonitic stocks were emplaced sporadically along the ring fracture of the caldera.
Post-caldera lavas are represented by basalts, trachybasalts, basaltic-trachyandesites and
trachyandesites. Most of the Ağırkaya lavas plot along or around the alkaline/sub-alkaline
divides on the TAS classification diagram. Even though the majority of the Ağırkaya caldera lavas are alkaline in character, approximately 1/3 of the lavas display calc-alkaline or
transitional character. Basaltic lavas classify as the medium-K series, while the evolved ones
fall into the high-K field on K2O vs. silica diagram. The apparent decreases in Al2O3, Na2O,
Sr and Ba against increasing SiO2 imply an extensive feldspar (i.e. plagioclase and alkaline
feldspar) fractionation after intermediate magma compositions. Negative trends on Nb and
Zr against increasing silica indicate biotite as well as accessory mineral fractionation (e.g.
zircon) at intermediate to acid compositions. Our petrologic modeling results involving
fractional crystallization (FC), magma mixing and assimilation combined with fractional
crystallization (AFC) processes indicate that crystallization of feldspar (plagioclase,
sanidine and anorthoclase) ± amphibole ± biotite dominated the fractionating assemblage in
a shallow-level large magma chamber beneath the Agirkaya caldera during the Messinian.
The aforementioned fractionation was accompanied by assimilation of significant amount
of crustal material while this hybrid magma in the chamber was episodically replenished
by the primitive basic magma. Spidergrams and trace elemental ratio plots imply that the
Ağırkaya magmas were originated from a subduction-modified mantle, but this source was
more enriched with respect to the source of a typical island arc.
 
Keywords: Eastern Anatolia, Caldera collapse, magma chamber processes, Petrological
modelling