Geologische Rundschau

, Volume 74, Issue 1, pp 139–153 | Cite as

Oligocene deposits of the Zara-Hafik region (Sivas, Central Turkey): evolution from storm-influenced shelf to evaporitic basin

  • Sungu L. Gökçen
  • Gilbert Kelling
Article

Abstract

New stratigraphical and micropalaeontological data, supplemented by detailed sedimentological and petrographical observations, have been obtained from an almost completely exposed Oligocene-Miocene succession near Celalli in the Zara-Hafik basin, which forms part of a long-lived zone of subsidence associated with the North Anatolian Fault system. Four laterally extensive lithostratigraphical units have been distinguished and ostracod microfaunas indicate that the lower two units are of Middle Oligocene age, while bivalve/brachiopod faunas from the third unit are also Oligocene. The status of the uppermost unit of redbeds remains equivocal, but microfaunas from the capping marls are of lowermost Miocene age.

The basal brown sandstone unit was formed in a shallow marine environment dominated by southwards transport of sand by offshore-directed storm-surges, with associated east-west longshore movement also important. The discordantly succeeding limestone unit records a phase of carbonate bar migration across the basin while the third formation (in which medium-scale facies cyclicity is prominent) was formed in a southwards-prograding coastal plain complex, following a renewal of terrigenous supply to this region. The late Oligocene-Miocene redbed unit resulted from continued terrestrial progradation and is characterised by alluvial deposits formed by small, southwards-flowing streams of high sinuosity, ultimately succeeded by carbonate and evaporitic deposits marking the early Miocene marine transgression.

Stratigraphical analysis of sandstone petrography reveals a gradual change in provenance through the Oligocene, from sources of »oceanic« character (rich in ophiolitic rocks) to those of »continental« nature (with silicic metamorphics and sedimentary cover-rocks prominent), and the compositional data thus accord with models suggesting closure of a small oceanic or arc-related basin in this region during the late Palaeogene.

Keywords

Miocene Ostracode Progradation North Anatolian Fault Marine Transgression 

Zusammenfassung

Aus einer nahezu vollständig aufgeschlossenen Schichtenfolge des Oligozän und Miozän im Gebiet von Celalli im Zara-Hafik-Becken/Türkei werden neue Daten zur Stratigraphie und Mikropaläontologie vorgestellt. Diese werden ergänzt durch sedimentologische und petrographische Beobachtungen. Das Becken ist Teil einer Zone mit lange anhaltender Subsidenz, die mit dem System des Nordanatolischen Lineaments in Verbindung steht. Es lassen sich vier lateral aushaltende lithostratigraphische Einheiten unterscheiden, von denen die beiden unteren mit Ostracoden-Mikrofaunen in das Mittel-Oligozän eingestuft werden. Nach Muschel- und Brachiopoden-Faunen ist die dritte Einheit ebenfalls oligozänen Alters. Das Alter der obersten Einheit von Rotsedimenten ist nicht genau bekannt, doch besitzen die Mikrofaunen der hangenden Mergel ein tiefstmiozänes Alter.

Der basale braune Sandstein wurde in einem flachmarinem Milieu gebildet, das von einem südwärts gerichteten Sandtransport durch ablandige Sturmwellen beherrscht wird. Zusätzlich ist eine ost-west-gerichtete Küsten-Längsdrift von Bedeutung. Die diskordant darüber lagernde Kalkfolge wurd durch eine Phase von durch das Becken wandernden karbonatischen Bänken aufgebaut. Die dritte Einheit (in der eine Fazies-Zyklizität mittlerer Größe vorherrscht) baute sich in dem südwärts vorschreitenden Komplex einer Küstenebene auf, die einer neuerlichen terrigenen Schüttung in diesem Gebiet folgt. Die spätoligozän-miozäne Einheit von Rotsedimenten ist das Ergebnis weiter voranschreitender terrestrischer Sedimente. Sie besteht aus alluvialen Ablagerungen von kleinen nach Süden fließenden Flüssen mit hoher Sinuosität, gefolgt von karbonatischen und evaporitischen Bildungen, die die frühmiozäne Transgression anzeigen.

Die stratigraphische Analyse der Sandstein-Petrographie offenbart einen allmählichen Wandel der Provenienz im Oligozän, der von »ozeanischem« Liefergebiet (reich an ophiolithischen Gesteinen) zu »kontinentalem« (mit vorherrschend kieseligen Metamorphiten und sedimentärer Bedeckung) überwechselt. Die Zusammensetzung stimmt mit Modellen überein, die die Schließung eines kleinen ozeanischen oder inselbogen-artigen Beckens während des späten Paläogens nahelegen.

Résumé

De nouvelles données stratigraphiques et micropaléontologiques, associées à des observations sédimentologiques et pétrographiques détaillées ont été recueillies dans une série oligocène-miocène exposée de manière presque complète près de Celalli dans le bassin de Zara-Hafik, lequel fait partie d'une zone de subsidence de longue durée associée au système de failles de l'Anatolie du Nord. Quatre unités lithostratigraphiques d'extension latérale notable ont été distinguées. Les deux unités inférieures sont datées de l'Oligocène moyen par une microfaune à Ostracodes, et la troisième de l'Oligocène par une faune à brachiopodes et autres bivalves; l'âge de l'unité supérieure reste incertain, mais les marnes terminales renferment une microfaune éo-miocène.

L'unité inférieure, constituée de grès bruns, s'est formée dans un milieu marin peu profond dans lequel le sable était transporté à la fois vers le large (vers le Sud), par des vagues de tempête, et vers l'Ouest parallèlement au rivage. La deuxième unité, discordante et de nature calcaire, témoigne de la migration d'une barre carbonatée à travers le bassin. La troisième unité, caractérisée par une disposition cyclique des faciès à moyenne échelle, a été élaborée dans un complexe de plaine côtière progressant vers le Sud, comme suite à de nouveaux apports terrigènes. La quatrième unité (Oligocène tardif-Miocène), formée de couches rouges, résulte d'une sédimentation continentale continue et consiste en alluvions déposées par de petits cours d'eau très sinueux coulant vers le Sud; ces couches sont surmontées finalement de dépôts carbonates et évaporitiques marquant la transgression éo-miocène.

L'analyse pétrographique du grès, opérée en fonction de la stratigraphie, révèle au cours de l'Oligocène un changement graduel de provenance, depuis un domaine nourricier de type »océanique« (riche en ophiolites) jusqu'à un domaine de type »continental« (à dominance de roches métamorphiques et sédimentaires siliceuses). Ces données sont en accord avec un modèle suggérant la fermeture d'un petit bassin océanique ou d'arc insulaire pendant le Paléogène tardif.

Краткое содержание

При изучении олигоце новых и миоценовых свит в области Челалл и в бассейне Zara-Hafik, Турция, получили новы е стратиграфические и микропалеонтологич еские данные. Эти иссл едования были дополнены седим ентологическими и петрографическими н аблюдениями. Бассейн является частью зоны с продолж ительным медленным погружением, связанн ым с системой североа натолийских линеаментов. Различа ют 4 литостраграфичес кие единицы, из которых об е нижние относят на осн овании микрофауны ос тракодов к среднему олигоцену. По фауне ракушек и брахиопод третью еди ницу также относят в о лигоцену. Возраст самой верхне й стратиграфической единицы, составленно й красными седимента ми, еще не ясен, но в них най дены мергели с микроф ауной миоценового возраст а. Бурые песчаники бази са образовались в мор ском мелководье, причем ма териал приносился на юг волнами при буря х. Важным является так же переотложение его вд оль берега с востока н а запад. Покрывающие его несо гласно известняки образованы во время п ереносимых по бессей ну карбонатных банок. Тр етья стратиграфичес кая единица, в которой гос подствует цикличнос ть фация средних размер ов, оказалась построе нной на внедряющемся на юг комплексе береговой равнины, на которую от кладывались терриге нные седименты. Позднеоли гоценовая единица красных седиментов — результат дальнейше го продвижения терриге нных отложений. Они со держат аллювиальные седиме нты небольших рек, протекавших на юг с неравномерными теч ениями, после которых происх одило образование карбонатов и эвапори тов, соответствующее раннемиоценовой трансгрессии. Стратиграфический а нализ петрографичес кого состава песчаников у становил постепенно е смещение области пит ания в олигоцене от “океанической” (богатой офиолитовым и породами) к “материковой”, с крем нистыми метаморфным и осадочными отложени ями. Состав их соответ ствует модели, по которой бас сейн, небольшой океанический, или про стирающийся в виде островной дуги, оказа лся во время позднего палеогена закрытым.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. Allen, J. R. L. (1965a): A review of the origin and characteristics of Recent alluvial sediments. - Sedimentology,5, 89–191.Google Scholar
  2. — (1965b): Fining upwards cycles in alluvial successions. - Geol. Jour.4, 229–246.Google Scholar
  3. Aigner, T. (1979): Schill-Tempestite in Oberen Muschelkalk (Trias, SW-Deutschland). - N. Jb. Geol. Palaeont.157, 326–343.Google Scholar
  4. Arpat, E. (1964): Gürlevik dagi bölgesinin genel jeolojisi ve petrol imkanlari (Geology and petroleum possibilities of Gü rlevik dagi region) (In Turkish). - Mad. Tek. Arama, Internal Report No. 4180, Ankara.Google Scholar
  5. Artan, U. &Sestini, G. (1971): Sivas, Zara, Beypinari bolgesinin jeolojisi (Geology of Sivas, Zara, Beypinari region). (In Turkish). - Mad. Tek. Arama, Derg.,76, 80–97.Google Scholar
  6. Baykal, F. &Erentöz, C. (1966): Izahli 1/500.000 ölcekli Sivas paftasi (Explanatory note of 1/500.000 scale geological map, Sivas Sheet) (In Turkish and English) -Mad. Tek. Arama, yayini, Ankara, 116pp.Google Scholar
  7. Baysal, O. &Ataman, G. (1980): Sedimentology, mineralogy and geochemistry of a sulphate series (Sivas-Turkey). - Sediment. Geol.25, 67–81.Google Scholar
  8. Blumenthal, M. (1937): Kangol ile Divrigi arasindaki mintikamn baslica jeolojik hatlari (The main geological features of the region between Kangol und Divrigi) (In Turkish). - Mad. Tek. Arama, Internal Report No. 568, Ankara.Google Scholar
  9. Dizer, A. (1962): Foraminifera of the Miocene of the Sivas Basin (Turkey). Istanbul Univ. Fen. Fak. Mem. B,27, (1–2) 39–47.Google Scholar
  10. Demirmen, F. (1965): Sincan bölgesi (Zara-Divrigi) genel jeolojisi (The general geology of Sincan region (Zara-Divrigi) (In Turkish).- Mad. Tek. Arama, Internal Report No. 4127, Ankara.Google Scholar
  11. Folk, R. L. (1962): Spectral subdivision of limestone types: inHam. W. (Editor). - Amer. Assoc. Petrol. Geol., Memoir 1, pp. 62–84.Google Scholar
  12. Gökçen, S. L. (1974): Erzincan-Refahiye bölgesi Sedimanter Jeolojisis I: Olistolit, turbidit ve Olistostrom fasiyesleri (Sedimentary geology of Erzincan-Refahiye region I: Olistolite, turbidite and olisostrome facies) (in Turkish).- Hacettepe Fen Muh. Bilm. Derg.,4, 161–200.Google Scholar
  13. - (1981a): Comparative petrology of the sandy Eocene-Oligocene formations in the Zara-Hafik region (Central Anatolia-Turkey), Internat. Assoc. Sedimentologists, 2nd European Mtg. Proc., Bologna-Italy (Abst.) p. 108.Google Scholar
  14. — (1981b): Zara-Hafik guneyindeki Paleojen istifinin sedimantolojisi ve paleocografik evrimi (Sedimentology and paleogeography of the Paleogene sequences located at south of Zara-Hafik: Central Anatolia, Turkey) (In Turkish).- Yerbilimleri,8, 1–21.Google Scholar
  15. Kelling, G. &Mullin, P. R. (1975): Graded limestones and limestone-quartzite couplets: possible storm-deposits from the Moroccan Carboniferous. Sediment. Geol.,13, 161–190.Google Scholar
  16. Kresia, R. D. (1981): Storm-generated sedimentary structures in subtidal marine facies with examples from the Middle and Upper Ordovician of Southwestern Virginia, Jour. Sed. Petrology,51 (3), 828–848.Google Scholar
  17. Kurtman, F. (1961a): Sivas-Divrigi arasindaki sahanin jeolojisi ve Jipoll seri hakkînda musahedeler (Geology of the area between Sivas and Divrigi and observations on gypsum series) (In Turkish). Mad. Tek. Arama, Derg.56, 14–25.Google Scholar
  18. Kurtman, F. (1961b): Sivas civarindaki jipsli serinin strati- grafik durumu (Stratigraphy of the gypsum series in the vicinity of Sivas) (In Turkish). - Mad. Tek. Arama, Derg.,56, 26–30.Google Scholar
  19. — (1963): Tecer daglarinin jeolojisi ve alacali seri hakkinda bazi musahadeler (Geology of Tecer Mountains and some observations on Alcali Series) (In Turkish). - Turk. Jeol. Kon. Bult.,8, (1/3) 19–26.Google Scholar
  20. — (1973): Sivas-Hafik-Zara ve Imranli bolgesinin Jeolojik ve tektonik yapisi (Geological and tectonic structure of Sivas-Hafik-Zara and Imranli region) (In Turkish). - Mad. Tek. Arama, Derg.,80, 1–32.Google Scholar
  21. Nebert, K. (1956): Sivas vilayetininZara-Imranli mintikasindaki Jips serisinin stratigrafik durumu hakkinda (On the stratigraphy of gypsum series in Zara-Imranli di- strict, Province of Sivas) (In Turkish). - Mad. Tek. Arama, Derg.,48, 76–82.Google Scholar
  22. Nelson, C. H. (1982): Modern shallow-water graded sand layers from storm surges, Bering Shelf: a mimic of Bouma sequences and turbidite systems. - Jour. Sed. Petrology,52, 537–546.Google Scholar
  23. Norman, T. (1964): Celalli (Hafik) bolgesinin genel jeolojisi (Geology of Celalli (Hafik) region) (In Turkish). - Mad. Tek. Arama, Internal Report No. 4114, Ankara.Google Scholar
  24. Okay, A. C. (1952): Sivas 62/2 paftasi lövesi raporu (Report on the Sivas 62/2 sheet Studies) (In Turkish). - Mad. Tek. Arama, Internal Report No. 1966. Ankara.Google Scholar
  25. Pettijohn, F. J. (1975): Sedimentary Rocks (3rd Edn): Harper and Row, New York, 628 p.Google Scholar
  26. Reineck, H. E. &Singh, I. B. (1980): Depositional Sedimentary Environments (2nd Edn): Springer-Verlag, Berlin, 549 p.Google Scholar
  27. Sengör, M. C. &Yilmaz, Y. (1981):Tethyan evolution of Turkey: a plate tectonic approach. Tectonophysics,75, 181–241.Google Scholar
  28. Sestini, J. (1971): The relations between flysch and serpen-tinites in North-Central Turkey. In: K.Campbell (Ed.): Geology and History of Turkey, Petrol. Explor. Soc. of Libya Field Guide, pp. 369–383.Google Scholar
  29. Stchepinsky, V. (1939)a: Sivas Vilayeti merkezi kisminin umumi jeolojisis hakkinda rapor (Report on general geology of the central part of province of Sivas) (In Turkish) - Mad. Tek. Arama, Internal Report, No. 863, Ankara.Google Scholar
  30. Stchepinsky, V. (1939b): Faune Miocene de Vilayet de Sivas (Turquie). - Mad. Tek. Arama, Derg.,4, 94–101.Google Scholar
  31. Tavener-Smith, R. (1982): Prograding coastal facies associations in the Vryheid Formation (Permian) at Effingham quarries, near Durban, South Africa. - Sedim. Geol.,32, 111–140.Google Scholar
  32. Wu, XiaN-Tao (1982): Storm-generated depositional types and associated trace-fossils in Lower Carboniferous shallow-marine carbonates of Three Cliffs Bay and Ogmore-by-Sea, South Wales. - Palaeogeog., Palaeoclimatol., Palaeoecol.,39, 187–202.Google Scholar

Copyright information

© Ferdinand Enke Verlag Stuttgart 1985

Authors and Affiliations

  • Sungu L. Gökçen
    • 1
  • Gilbert Kelling
    • 2
  1. 1.Mühendislik Mimarhk Fakültesi, Jeoloji Mühendisligi Bölümu©ukurova UniversitesiBalcali, AdanaTurkey
  2. 2.Geology DepartmentUniversity of KeeleKeeleEngland

Personalised recommendations