Neue paläomagnetische Ergebnisse von neogenen bis quartären Vulkangesteinen nördlich des Vansees, Osttürkei

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 12206 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Ostanatolien ist eine aktive tektonische Region, in der die Kollision zwischen der Arabischen und der Eurasischen Platte stattfindet. Aufgrund der Subduktion der ozeanischen Lithosphäre der Arabischen Platte unter die Eurasische Platte begann in Serravallian ein weit verbreiteter Vulkanismus, der in großen Gebieten beobachtet wurde. In der Literatur besteht kein Konsens über die tektonische Entwicklung der Region. Daher werden viele geologische und geophysikalische Studien durchgeführt, um die tektonische Entwicklung Ostanatoliens durch geodynamische Modelle zu erklären. Unsere Paläomagnetismus-Studie zielt darauf ab, die tektonischen Rotationen aufzudecken, um die Entwicklung des in der Region vorherrschenden Tektonismus aus den Vulkangesteinen besser zu verstehen. Paläomagnetische Proben wurden an 86 Standorten des späten Miozän-Pleistozän-Vulkangesteins nördlich des Vansees gesammelt. Studien zur isothermen remanenten Magnetisierung zeigen, dass Magnetit das Mineral ist, das für die Magnetisierung in den meisten Gesteinen verantwortlich ist, während sowohl Magnetit als auch Hämatit für den Rest der Gesteine ​​verantwortlich sind. Curie-Temperaturen und Alterationsgrade von Gesteinsproben wurden auch durch Hochtemperatur-Suszeptibilitätsstudien (HTS) bestimmt. In einigen Proben wurde in der Aufheizphase der HTS-Messungen eine Titanomagnetitkomponente beobachtet. Das Fehlen dieser Komponente im Abkühlschritt weist darauf hin, dass Ti-Magnetit durch Alteration in Magnetit umgewandelt wird. Die pleistozänen Vulkanite zeigen eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn von R ± ΔR = 13,4° ± 3,8°. Die Vulkangesteine ​​des Pliozäns wurden in vier verschiedene Gruppen eingeteilt: südlich der Erciş-Verwerfung, nördlich der Erciş-Verwerfung, um Muradiye und nördlich von Van. Außerdem wird die bemerkenswerte Drehung im Uhrzeigersinn im Norden von Van und in der Nähe von Muradiye beobachtet: R ± ΔR = 24,4° ± 17,0° bzw. R ± ΔR = 6,9° ± 9,4°. Darüber hinaus wird im südlichen Teil der Erciş-Verwerfung eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn (R ± ΔR = 14,5° ± 6,1°) erzielt, während es auf der Nordseite keine signifikante Drehung (R ± ΔR = 0,6° ± 7,4°) gibt. Auch spätmiozäne Vulkangesteine ​​zeigen keine signifikante Rotation (R ± ΔR = 1,8° ± 13,7°). Unsere neuen paläomagnetischen Ergebnisse deuten darauf hin, dass die linksseitige Strike-Slip-Çakırbey-Verwerfung, die sich östlich der Erciş-Verwerfung befindet und sich ungefähr in Nordost-Südwest-Richtung erstreckt, möglicherweise aktiv ist.

Die Kollision zwischen Arabien und Eurasien wird von einigen Forschern als Beginn des neotektonischen Regimes in und um die Türkei angesehen1,2. Şengör2 erklärte, dass die Nordwärtsbewegung der Arabischen Platte und die Westwärtsbewegung der Anatolischen Platte vier neotektonische Regionen bildeten: die Ostanatolische Kontraktionsprovinz, die Nordanatolische Provinz, die Zentralanatolische Ova-Provinz und die Westanatolische Erweiterungsprovinz. In der Literatur gibt es unterschiedliche Ansichten über das Alter dieser Kollision, einschließlich der späten Kreidezeit3,4,5, dem späten Eozän-Oligozän6,7,8 und dem Miozän9,10,11,12,13,14,15. 16.

Die Kollision zwischen der arabischen und der eurasischen Platte führte in Ostanatolien zu einer großen Plateauformation mit einer Höhe von etwa 2 km1. Während des Miozäns begann die anatolische Platte zwischen der Nordanatolischen Verwerfungszone (NAFZ) und der Ostanatolischen Verwerfungszone (EAFZ) sich nach Westen zu bewegen (Abb. 1a)10,17,18,19. Aufgrund des komprimierenden tektonischen Regimes in Ostanatolien bilden sich in Ost-West-Richtung verlaufende Falten, Überschiebungen und Streik-Rutsch-Verwerfungssysteme, deren fortlaufende Aktivität noch immer anhand der Fokusmechanismuslösungen der Erdbeben in der Region beobachtet werden kann (Abb. 1b). )1,10,12,18,20,21,22,23,24,25.

(a) Tektonische Karte der anatolischen, eurasischen und arabischen Platte, NAFZ: North Anatolian Fault Zone; EAFZ: Ostanatolische Verwerfungszone; DSFZ: Verwerfungszone des Toten Meeres. (b) Seismizität des Vansees und seiner Umgebung (M > 4,0 Erdbeben zwischen 1900 und 2019 (Erdbeben-Epizentrumsdaten vom Kandilli Observatory and Earthquake Research Institute (KOERI)) und Fokusmechanismuslösungen von M > 5,8 Erdbeben zwischen 1976 und 2019 (abgerufen von „Global Centroid Moment Tensor Catalog“,82,83). Karten wurden mit der Generic Mapping Tools-Software, Version 5.1.1, erstellt. (https://www.soest.hawaii.edu/gmt/)84.

Die Ostanatolische Kontraktionsprovinz besteht aus ophiolithischer Melange und Flysch15,26, die von Sedimenten aus dem frühen und späten Miozän überlagert sind. Die meisten dieser Sedimente werden dann von Laven aus dem unteren und mittleren Miozän bedeckt13,27,28,29. Viele Forscher argumentieren, dass der Vulkanismus, der sich in Ostanatolien entwickelte, im späten Miozän begann und bis heute andauerte27,28,30,31,32,33,34,35,36. Die vulkanische Aktivität begann kurz nach der Hebung der Region und produzierte in vielen Ländern vulkanisches Material, darunter in der Türkei, Russland, Georgien, Aserbaidschan, Armenien und dem Iran. Kollisionsbedingter Vulkanismus in Ostanatolien bedeckte fast zwei Drittel der Region und bildete Vulkanprodukte mit einer Mächtigkeit von bis zu 1 km29. Keskin28 brachte diesen Vulkanismus und die schnelle Hebung der Region mit der Delaminierung der subduzierten Lithosphäre unter Ostanatolien in Zusammenhang. Die Produkte des postmiozänen Vulkanismus sind in der gesamten Region und zwischen den Vulkanzentren anzutreffen: Erzurum-Kars-Plateau (EKP)13,27, Nemrut-Vulkan36, Süphan-Vulkan37,38, Tendürek-Vulkan39,40, Karacadağ-Vulkan41 und Etrüsk-Vulkan42,43 ,44 wurden von vielen Forschern eingehend untersucht.

In diesem Artikel werden die Ergebnisse neuer paläomagnetischer und gesteinsmagnetischer Studien vorgestellt, die im Norden des Van-Sees in Ostanatolien durchgeführt wurden. Es liegen nur wenige frühere paläomagnetische Studien in der Nähe des Forschungsgebiets vor. Die von Sanver45 durchgeführte Studie zu quartären Vulkaniten in der gesamten Türkei umfasst nur einen Standort in der Nähe unseres Untersuchungsgebiets, was auf eine Rotation im Uhrzeigersinn hinweist. In einer anderen Studie behaupteten Hisarlı et al.16, dass es in Ostanatolien mindestens fünf Blöcke gebe, die durch linke und rechte seitliche Streichverschiebungsfehler begrenzt seien, und stellten fest, dass sich der Van-Block (VB) als einzelner starrer Block im Uhrzeigersinn drehte. Gülyüz et al.46 untersuchten neogene Sedimentgesteine ​​im Südosten des Van-Sees und berichteten, dass diese Sedimentgesteine ​​eine signifikante Drehung um 25° im Uhrzeigersinn aufweisen.

Ziel unserer Studie ist es, die in der Region beobachtete tektonische Entwicklung und die damit verbundenen tektonischen Verformungen anhand paläomagnetischer Proben zu untersuchen, die an 86 Standorten im Norden des Vansees gesammelt wurden. In diesem Zusammenhang haben wir vulkanische Gesteine ​​aus dem späten Miozän, Pliozän und Pleistozän beprobt, deren Alter und Gesteinstypen aus der Literatur bekannt sind40,43,44,47.

Die geologische Entwicklung der Region lässt sich in vier verschiedene Zeiträume einteilen20. Die erste Periode wird durch die Entstehung der metamorphen Gesteine ​​aus dem Paläozoikum und dem Untermesozoikum bezeichnet48,49,50,51,52,53,54. Die zweite Periode wird durch den ophiolithischen Akkretionskomplex der Oberkreide repräsentiert50,55,56,57,58,59. Die dritte Periode wird als Sedimentgestein dargestellt, das zwischen der Oberkreide und dem Miozän abgelagert wurde1,60,61. In der gesamten Region verteiltes Vulkangestein und kontinentale Sedimente mit einem Alter vom späten Miozän bis zur Gegenwart bilden die Einheiten der letzten geologischen Periode1,26,28,29,42,44,47.

Das Ostanatolische Plateau, eines der jüngsten und breitesten Plateaus der Welt, stellt eine Nahtzone dar, an der die nördlichen und südlichen Zweige von Neotethys zusammenlaufen9,10. Das Grundgebirge der Ostanatolischen Hochebene besteht aus Mikrokontinenten, die zwischen der späten Kreidezeit und dem frühen Tertiär übereinander gestapelt und durch Ophiolithgürtel und Akkretionskomplexe voneinander getrennt sind1,62. In Ostanatolien werden fünf verschiedene tektonische Blöcke erkannt: das östliche Rhodopen-Pontide-Fragment, das nordwestliche iranische Fragment, die Bitlis-Pötürge-Einheit, autochthone Einheiten des arabischen Kontinents und der ostanatolische Akkretionskomplex. Mit Ausnahme des Ostanatolischen Akkumulationskomplexes entsprechen alle anderen tektonischen Blöcke den oben genannten Mikrokontinenten29. Der Ostanatolische Akkretionskomplex (EAAC) stellt den Überrest eines riesigen Subduktionsakkretionskomplexes dar, der sich zwischen dem Rhodop-Pontide- und dem Bitlis-Pötürge-Mikrokontinent befindet und im späten Kreidezeit-Oligozän entstanden ist26.

Die Kollision zwischen dem eurasischen und dem arabischen Kontinent ereignete sich im Serravallium (~ 13–11 Ma)9,10,29. Die vulkanische Aktivität begann direkt nach der schnellen Blockhebung Ostanatoliens und erzeugte verschiedene vulkanische Produkte, die sich in der gesamten Region ausbreiteten (Abb. 2)27,29,47,63,64. Die vulkanische Aktivität begann zunächst rund um das Erzurum-Kars-Plateau mit kalkalkalischen Laven im Norden, wanderte dann nach Süd-Südosten und wurde alkalischer28,29. Diese vulkanische Aktivität hat eine große Menge vulkanischen Materials hervorgebracht, das fast zwei Drittel der Fläche bedeckt und an einigen Stellen eine Dicke von mehr als 1 km erreicht. Neben Spaltausbrüchen vulkanischer Aktivität gibt es auch viele Vulkanzentren (z. B. Ağrı-, Nemrut- und Tendürek-Gebirge).

Geologische Karte des Untersuchungsgebiets einschließlich paläomagnetischer Probenstandorte unserer Studie. Die Karten wurden aus einer geologischen Karte im Maßstab 85, 1/500.000 mithilfe der CorelDRAW Graphics Suite (Education License), Version 2021, (https://www.coreldraw.com/en/) neu angeordnet.

Die erste Stufe des Vulkanismus im mittleren Miozän brachte Aladağ-Vulkane hervor, die im Nordnordosten des Van-Sees weit verbreitet sind42,65,66. Die nächste Stufe des Vulkanismus begann zu Beginn des späten Miozäns (~ 10 Ma). Diese Gesteine ​​befinden sich im Gebiet zwischen den Flüssen Ilıca und Deliçay und weisen eine sehr unterschiedliche chemische Zusammensetzung auf, die von Basalten über spärliche Trachybasalte bis hin zu Daziten reicht42. Der pliozäne Vulkanismus begann vor 5,8–3,7 Ma als trachytische Ignimbrite und Tuffe, die ein großes Gebiet nordwestlich der Stadt Erciş bedecken. Die Aktivität des Vulkans Etrüsk bis hin zu Trachydaziten, Trachyten und Trachyandesiten ist die letzte Phase der magmatischen Aktivität des Pliozäns. Die Aktivität dieses Vulkans erstreckt sich über einen Zeitraum zwischen 4,3 und 3,7 Ma42,43,44. Der quartäre Vulkanismus im Norden des Vansees, einschließlich des Vulkans Girekol und des Schlackenkegels Karnıyarık, begann vor ca. 1 Ma und dieser junge Vulkanismus endete vor ca. 400 ka.

Wir haben zwischen 2015 und 2017 paläomagnetisch orientierte Proben aus Vulkangestein gesammelt, dessen Alter und geochemische Zusammensetzung bereits aus radiometrischen Alterungs- und Petrographiemethoden42,43 bekannt sind, um die tektonische Entwicklung nördlich des Vansees zu bestimmen. Die Ausrichtung der Proben wurde mit Magnet-/Sonnenkompassen bestimmt und die Proben wurden mit einem tragbaren, ölbetriebenen Motorbohrer mit wassergekühlten, diamantbeschichteten, nicht magnetischen Bohrern gebohrt. Die paläomagnetischen Proben wurden rund um den Nordosten des Vansees aus Vulkangesteinen aus dem Pleistozän (38 Standorte), Vulkangestein aus dem Pliozän (82 Standorte) und Vulkangestein aus dem späten Miozän (14 Standorte) gesammelt. Um die Anzahl der Proben an paläomagnetischen Standorten zu erhöhen und sie statistisch zuverlässiger zu machen, haben wir zwei oder mehr sehr nahe beieinander liegende Standorte desselben Alters und derselben Gesteinsart kombiniert, um Standorte mit einer größeren Probenzahl zu erstellen. Somit haben wir 32 pleistozäne, 58 pliozäne und 10 spätmiozäne Standorte (Abb. 2).

Die paläomagnetischen Laborstudien wurden im „KANTEK Paleomagnetism Laboratory“ durchgeführt, einem Gemeinschaftslabor der Boğaziçi-Universität und der Technischen Universität Istanbul (ITU). Zylindrische Kernproben wurden in paläomagnetische Standardproben (insgesamt 2246) geschnitten und einer schrittweisen thermischen Entmagnetisierung mit dem thermischen Entmagnetisierungsgerät „Magnetic Measurements MMTD-60“ unterzogen. Die thermische Entmagnetisierung erfolgt in Schritten von 25–50 °C bis zu einer Maximaltemperatur von 650 °C. Das Molspin-Spinner-Magnetometer wurde verwendet, um die Magnetisierungsrichtungen und Intensitäten der natürlichen remanenten Magnetisierung (NRM) nach jedem Schritt der thermischen Entmagnetisierung zu messen. Zur Beschreibung der charakteristischen remanenten Magnetisierung (ChRM) wurden eine Hauptkomponentenanalyse67 und orthogonale Vektordiagramme68 verwendet. Die ChRM-Richtungen und ihre statistischen Parameter für jeden Standort wurden mithilfe einer standardmäßigen statistischen Fisher-Analyse mit einem 45°-Cut-off69 bestimmt. Fehler in der Deklination (ΔDx) und der Neigung (ΔIx) wurden aus dem A95 der Verteilung des virtuellen geomagnetischen Pols (VGP) für alle Standorte berechnet. Die von Deenen et al.70,71 definierten Kriterien weisen darauf hin, dass der bestimmte A95-Wert der VGP-Verteilung zwischen den N-abhängigen Werten von A95min und A95max liegen muss, um die paläokularen Variationen (PSV) im Erdmagnetfeld darzustellen. Zur Interpretation der Entmagnetisierungsdiagramme wurde die Software Remasoft 3.0 Paleomagnetic Data Browser und Analyser verwendet. Der von McFadden und McElhinny72 entwickelte Umkehrtest und seine Klassifizierung wurden verwendet, um zu bestimmen, ob die beiden Verteilungen mit den Mittelwerten positiver und negativer Polarität eine gemeinsame Mittelwertrichtung haben.

Gesteinsmagnetische Studien (isotherme remanente Magnetisierung – IRM und Hochtemperatur-Suszeptibilität – HTS) wurden zusätzlich zu Paläomagnetismus-Studien durchgeführt, um die magnetischen Mineralien zu bestimmen, die für die permanente Magnetisierung verantwortlich sind, und um die Änderung mit der Koerzitivkraft zu bestimmen. Alle Messungen der Gesteinsmagnetikstudien wurden im Yılmaz İspir Paläomagnetismuslabor der Universität Istanbul-Cerrahpaşa, Abteilung für Geophysik, durchgeführt.

HTS-Messungen wurden an 16 repräsentativen Proben durch Erhitzen unter Raumbedingungen durchgeführt. Die Aufheiz- und Abkühlphasen der gemahlenen Probe zwischen Raumtemperatur (24 °C) und 650 °C wurden mit dem Bartington MS2 Susceptibility/Temperature System mit dem Bartington MS2 Suszeptibilitätsmessgerät durchgeführt. An Pilotproben jeder Gesteinsart wurden IRM-Studien durchgeführt, um die Mineralien zu ermitteln, die für die Magnetisierung im Gestein verantwortlich sind.

Wir haben für jeden Gesteinstyp mindestens eine HTS-Messung durchgeführt, um die magnetischen Eigenschaften des Gesteins zu bestimmen und sein magnetisches Verhalten bei verschiedenen Temperaturen zu identifizieren. Die Analyse von HTS-Messungen an 16 Proben unterschiedlichen Alters und Gesteinstyps zeigt drei unterschiedliche Verhaltensweisen. Die roten Kurven in Abb. 3 veranschaulichen die Aufheizphase und die blauen Kurven zeigen die Abkühlphase.

Hochtemperatur-Suszeptibilitätskurven (a,c,e,g) und normalisierte IRM-Erfassungskurven (b,d,f,h) für repräsentative Proben. (Normalisierte IRM-Erfassungskurven wurden von einer Probe des Standorts erhalten, für den HTS gemessen wurde, z. B. haci3–haci-3a).

In einer der Probengruppen (cay1, colp, san2, koz5, inc1) werden niedrige Curie-Temperaturen zwischen 150 und 250 °C beobachtet, was ein Hinweis auf das Vorhandensein einer Titanomagnetit-Komponente in diesen Proben ist.

Einige der Proben zeigen reversibles Verhalten (atok, blk, cay1, inc1, koz5, ykoz5, ykr) ohne nennenswerten Unterschied zwischen Heiz- und Kühlkurven. Andererseits unterscheiden sich die Aufheiz- und Abkühlkurven einiger Proben erheblich, was den Grad der Veränderung betrifft (ack, kad2, cay4, colp, yayla2). Die Heizkurven zeigen eine Reduzierung um etwa 400 °C in zwei Proben (ack, haci), was auf die Umwandlung in Maghemit oder das Vorhandensein von Ti-reichem Titanomagnetit hinweist.

IRM-Messungen wurden auf Proben angewendet, die an 33 Standorten entnommen wurden, die jeweils ein Vulkangestein nördlich des Van-Sees repräsentieren. Die IRM-Kurven in Abb. 3 zeigen, dass Magnetit das für die Magnetisierung verantwortliche Mineral ist. In den IRM-Erfassungskurven werden zwei unterschiedliche Verhaltensweisen beobachtet. Der erste Typ der IRM-Kurve ist durch Phasen mit niedriger bis mittlerer Koerzitivfeldstärke gekennzeichnet, die eine Sättigung zwischen 0,1 und 0,3 T erreichen. Es gibt 21 Stellen (Arg, Bend, Colp, Inc1, Orn usw.), an denen die Sättigung in IRM-Kurven beobachtet wird Hauptverantwortlich für deren Magnetisierung ist das Mineral Magnetit. Der zweite Typ der IRM-Kurve ist zunächst durch einen schnellen Anstieg der Magnetisierung in niedrigen Feldern (bis zu 1 T) und dann durch einen kleinen Anstieg ohne vollständige Sättigung bei 1 T gekennzeichnet (Abb. 4). Es gibt 12 Standorte (Ykoz, Ykr, Haci, Skr, Tprk4 usw.), deren IRM-Kurven als zweiter Typ klassifiziert werden, was darauf hinweist, dass sowohl Magnetit als auch Hämatit für die Magnetisierung verantwortlich sind. Hämatit war in keiner der Proben dominant.

(a) Mittlere remanente Magnetisierungsrichtungen pleistozäner Vulkangesteine. (b) Mittlere remanente Magnetisierungsrichtungen von Vulkangesteinen aus dem Pliozän. (c) Mittlere remanente Magnetisierungsrichtungen von Vulkangesteinen aus dem späten Miozän. Karten wurden mit der Generic Mapping Tools-Software, Version 5.1.1, erstellt. (https://www.soest.hawaii.edu/gmt/)84.

Im Untersuchungsgebiet gibt es Vulkanite unterschiedlicher Gesteinsarten im Obermiozän-Pleistozän-Bereich. Bei der Interpretation der paläomagnetischen Daten haben wir diese Vulkanite in drei verschiedene Altersgruppen eingeteilt: Oberes Miozän, Pliozän und Pleistozän. Der spätmiozäne Vulkanismus in der Region wird durch Produkte aus den Bergen Aladağlar und Meydan repräsentiert. Diese Vulkane befinden sich nördlich des Zilan-Tals und des Vulkans Etrüsk in der Nähe des Berges Tendürek (nordwestlich des Dorfes Erciş). Standorte aus dem späten Miozän liegen im Allgemeinen im Nordnordosten des Bezirks Erciș. Die im Untersuchungsgebiet am häufigsten vorkommenden Vulkangesteine ​​aus dem Pliozän liegen in der Umgebung von Van, Erciş, Etrüsk Mountain und Muradiye. Pleistozäne Vulkane befinden sich im Norden des Erciş-Bezirks und westlich des Etrüsk-Gebirges als Girekol-, Yüksektepe- und Karnıyarık-Vulkane. In diesen Regionen befinden sich auch Standorte aus dem Pleistozän.

An 32 paläomagnetischen Standorten wurden Gesteine ​​aus dem Pleistozän im Norden des Vansees beprobt. Mit Ausnahme von 11 statistisch unzuverlässigen paläomagnetischen Standorten, die von der Bewertung ausgeschlossen wurden, weisen alle Standorte normale Polaritäten auf (Tabelle 1). Sieben Standorte weisen verdächtige Richtungen auf, die von der durchschnittlichen Verteilung abweichen, und Standorte mit A95-Werten außerhalb der Grenzen von A95min und A95max wurden nicht in die Bewertung einbezogen. Acht der 14 verbleibenden Standorte mit zuverlässiger Magnetisierung befanden sich im Paläohorizont und es wurde keine Neigungskorrektur angewendet. Die verbleibenden sechs Standorte sind neigungskorrigiert und die Ergebnisse aller 14 Standorte sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Diese 14 Orte mit normaler Polarität in pleistozänen Vulkaniten zeigen eine mittlere Richtung in geografischen Koordinaten von D = 350,0° und I = 48,9° mit statistischen Parametern k = 113,76 und α95 = 4,3° und in den stratigraphischen Koordinaten D = 348,0° und I = 50,4° mit statistischen Parametern N = 14, k = 166,85 und α95 = 3,5° (Tabelle 1; Abb. 4a).

Insgesamt wurden 58 paläomagnetische Standorte aus Gesteinen aus dem Pliozän im Norden des Vansees beprobt. Fünf Standorte wurden aufgrund statistischer Unzuverlässigkeit von der Bewertung ausgeschlossen (Tabelle 1). Insgesamt 11 Standorte mit verdächtigen, von der durchschnittlichen Verteilung abweichenden Richtungen sowie Standorte mit A95-Werten außerhalb der Grenzen von A95min und A95max wurden nicht in die Auswertung einbezogen.

Neun der Standorte aus dem Pliozän weisen eine normale Polarität auf, der Rest weist eine umgekehrte Polarität auf. Ein positiver Umkehrtest wird mit der Klassifizierung „B“72 erhalten und das k-Verhältnis beträgt 1,3. Die Normalpolaritätsstellen (N = 9) ergeben eine Drehung im Uhrzeigersinn (D = 11,7°, I = 55,8°, R = 8,7 und k = 30,4). Stellen mit umgekehrter Polarität (N = 33) ergeben eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn (D = 178,4°, I = − 58,2°, R = 32,1 und k = 36,4). Der beobachtete Winkelunterschied (γ = 7,6°) ist kleiner als der kritische Winkelunterschied (γc = 9,2°), was darauf hinweist, dass die sekundären Überprägungen in den paläomagnetischen Daten des Pliozäns entfernt wurden.

Pliozäne Vulkangesteine ​​liegen geografisch nahe beieinander und werden bei der Auswertung in vier verschiedene Gruppen eingeteilt: Der Süden der Erciş-Verwerfung (Pliozän_SW), der Norden der Erciş-Verwerfung (Pliozän_NE), rund um Muradiye (Pliozän_EM) und der Norden des Van (Pliozän_EV) (Tabelle 1; Abb. 4b).

Für die pliozänen Standorte östlich von Van (Pliozän_EV) wurden mittlere Richtungen der Gruppe mit D = 24,4° und I = 63,7° ermittelt, wobei die statistischen Parameter N = 3, k = 73,19 und α95 = 14,5° aktualisiert wurden als D = 25,8° und I = 65,2° mit statistischen Parametern N = 3, k = 133,13 und α95 = 10,7° nach Neigungskorrektur (Tabelle 1; Abb. 4b). Alle drei Standorte haben normale Polarität. Für die pliozänen Standorte im Süden der Erciş-Verwerfung (Pliozän_SW) wird die Gruppenmittelrichtung mit D = 349,3° und I = 61,2° mit den statistischen Parametern N = 17, k = 70,13 und α95 = 4,3° vor der Neigungskorrektur D berechnet = 347° und I = 61,0° mit statistischen Parametern N = 17, k = 65,30 und α95 = 4,4° nach Neigungskorrektur. Zwei Stellen haben normale und 15 Stellen haben umgekehrte Polarität (Tabelle 1; Abb. 4b).

Pliozänstandorte im Norden der Erciş-Verwerfung (Pliozän_NE) zeigen die mittlere Richtung der Gruppe als D = 3,8° und I = 51,8° mit statistischen Parametern N = 16, k = 29,88 und α95 = 6,9° und D = 0,9° und I = 56,2° mit statistischen Parametern N = 16, k = 34,21 und α95 = 6,4° nach Neigungskorrektur (Tabelle 1; Abb. 4b). Vier Standorte haben normale und 12 Standorte haben umgekehrte Polarität.

Die Gruppe in der Nähe des Muradiye heißt Pliocene_EM und hat sechs Standorte. Die mittlere Richtung dieser Gruppe wird berechnet als D = 5,9° und I = 43,8° mit den statistischen Parametern N = 6, k = 38,84 und α95 = 10,9° vor der Neigungskorrektur, D = 8,3° und I = 46,2° mit den statistischen Parametern N = 6, k = 38,84 und α95 = 10,9° nach Neigungskorrektur. Eine Seite hat normale und fünf Stellen haben umgekehrte Polarität (Tabelle 1; Abb. 4b).

An 10 paläomagnetischen Standorten wurden Gesteine ​​aus dem späten Miozän im Norden des Vansees beprobt. Es gibt keine statistisch unzuverlässigen paläomagnetischen Standorte (Tabelle 1). Insgesamt vier Standorte mit verdächtigen Richtungen, die von der durchschnittlichen Verteilung abweichen, sowie Standorte mit A95-Werten außerhalb der Grenzen von A95min und A95max wurden nicht in die Bewertung einbezogen.

Gesteine ​​aus dem späten Miozän (N = 6 Standorte) ergeben D = 2,6°, I = 46,5° mit statistischen Parametern k = 19,49, α95 = 15,6° in In-situ-Koordinaten und D = 359,7°, I = 53,9° mit statistischen Parametern k = 27,06 und α95 = 13,1° nach Neigungskorrektur von fünf umgekehrten und einer normalen Polaritätsstelle (Tabelle 1; Abb. 4c). Abbildung 5 zeigt stereografische Projektionen und statistische Parameter unterschiedlich alter paläomagnetischer Gruppen nach Neigungskorrekturen.

Paläomagnetische Mittelrichtungen nördlich des Vansees in verschiedenen Zeitintervallen (Pleistozän, Pliozän und Obermiozän). Rote Sterne stellen die aktuelle Magnetfeldrichtung und den Neigungswinkel (D/I = 0°/58°) in dem Breitengrad dar, in dem sich das Untersuchungsgebiet befindet.

Die paläokulare Variation (PSV) sollte in paläomagnetischen Studien gemittelt werden, sodass die paläomagnetischen Richtungen nur tektonische Bewegung zeigen70. PSV sollte als unzuverlässig betrachtet werden, wenn die A95-Werte über oder unter den A95min- und A95max-Grenzwerten70 liegen. In dieser Studie wurden VGPs aus paläomagnetischen Rotationen für jeden Standort und jede Gruppe berechnet. Die A95-Werte für alle Gruppen und die meisten Einzelproben liegen innerhalb des A95min/A95max-Konfidenzbereichs; Ansonsten wurden Proben nicht in die Auswertung einbezogen. Daher ist es plausibel anzunehmen, dass der PSV in unserem paläomagnetischen Datensatz ausreichend gemittelt ist.

Die A95-Werte der gesamten Gruppe bedeuten, dass die Richtungen spätmiozän-pleistozäner Vulkangesteine ​​innerhalb der erforderlichen A95min-A95max-Grenze liegen. Flächengleiche Projektionen der ChRM- und VGP-Richtungen für alle Gruppen sind in Abb. 6 dargestellt.

Flächengleiche Projektionen der ChRM- und VGP-Richtungen entsprechend den Deenen-Kriterien70. Rote Kreise zeigen den α95-Konfidenzkegel an und durchgezogene rote Punkte zeigen verworfene Ergebnisse an. Alle Richtungen werden in normale Polarität umgewandelt.

Die pleistozäne Polposition wird als 77,4° N, 278,3° E (dp = 4,7, dm = 3,2, α95 = 3,5°) berechnet und zeigt eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn von R ± ΔR = 13,4° ± 3,8° im Vergleich zum erwarteten stabilen Eurasien-Referenzpol (λref, /Φref = − 88,5°/353,9°, α95 = 1,9°) von73 unter Verwendung der PMGSC-Software (Version 4.2)74 (Abb. 7a). Die Untersuchung der Rotationen im südlichen Teil der Erciş-Verwerfung (Gruppe Pliozän_SW) impliziert eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn: R ± ΔR = 14,5° ± 6,1° (Abb. 7b). Andererseits wird auf der Nordseite der Erciş-Verwerfung (Gruppe Pliozän_NE) keine signifikante Rotation (R ± ΔR = 0,6° ± 7,4°) beobachtet (Abb. 7b). Auch die bemerkenswerte Drehung im Uhrzeigersinn R ± ΔR = 24,4° ± 17,0° nördlich von Van (Gruppe Pliozän_EV) und die Drehung im Uhrzeigersinn R ± ΔR = 6,9° ± 9,4° der Standorte in der Nähe von Muradiye weisen darauf hin, dass die vorherrschende tektonische Bewegung in der Region vorherrscht ist im Uhrzeigersinn (Abb. 7b). Zusammenfassend zeigen die paläomagnetischen Ergebnisse des Pliozäns, dass es rund um die Erciş-Verwerfung viele bemerkenswerte Rotationsunterschiede gibt, von denen die meisten durch die Erciş-Verwerfung selbst verursacht werden. Die Ergebnisse von Vulkangesteinen aus dem späten Miozän deuten darauf hin, dass es in der Region nahezu keine signifikante Rotation (R ± ΔR = 1,8° ± 13,7°) gibt (Abb. 7c). In Tabelle 2 sind jeweils die Nettorotationsbeträge anderer Altersgruppen und Standortgruppen aufgeführt. Diese Werte wurden bei der tektonischen Interpretation der in dieser Studie gewonnenen paläomagnetischen Daten verwendet. Die Differenz zwischen den beobachteten Polen (λobs, ϕobs) und den Referenzpolen sowie die erwarteten tektonischen Rotationen (R) wurden mit der Polraummethode von Beck75 berechnet und die 95 %-Konfidenzgrenzen (ΔR) wurden nach Demarest76 bestimmt.

Rotationen von Blöcken im Untersuchungsgebiet. (a) Rotation der pleistozänen Standorte, (b) Rotation der pliozänen Standorte und (c) Rotation der spätmiozänen Standorte. Karten wurden mit der Generic Mapping Tools-Software, Version 5.1.1, erstellt. (https://www.soest.hawaii.edu/gmt/)84.

Hisarlı et al.16 nannten die VB eine Region, die den Van-See und seine Umgebung von der Karlıova-Dreifachkreuzung im Osten umfasst. Den paläomagnetischen Daten aus dieser Studie zufolge muss sich VB seit dem späten Miozän im Uhrzeigersinn gedreht haben.

Unser Untersuchungsbereich deckt sich nicht mit dem Bereich der anderen relevanten Studien16,45,46 und deckt im Vergleich zu diesen einen relativ engeren Bereich ab, was die Untersuchung kleinerer „Mikroblock“-Bewegungen anstelle von Monoblock-Bewegungen ermöglicht. Unsere Studie umfasst auch weitere paläomagnetische Proben und die Verteilung im Norden des Van-Sees. Die Ergebnisse zeigen sowohl Drehungen im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzeigersinn in dem Gebiet, was so interpretiert werden kann, dass der Van-Block in Mikroblöcke mit unterschiedlichen Rotationsrichtungen unterteilt ist.

Wenn die durch die paläomagnetischen Rotationen ermittelte Linie (dh die Verwerfung) zwischen den Blöcken gleichaltriger Gesteine ​​mit der in der aktiven Verwerfungskarte beobachteten Linie übereinstimmt, kann man sagen, dass die Verschiebungen entlang der Verwerfungen durch die aktuellen Erdbeben die Fortsetzungen der Vergangenheit sind tektonische Bewegungen.

Aus den paläomagnetischen Rotationen des pleistozänen Vulkangesteins lässt sich schließen, dass sich die gesamte Region gegen den Uhrzeigersinn drehte (~ 13,4° ± 3,8°) und sich als Monoblock bewegte. Selçuk et al.77 behaupteten, dass die Schlupfrate der Çaldıran-Verwerfung etwa 3 mm/Jahr betrug (für 290.000 Jahre) und dass die maximale Schlupfrate etwa 900 m betrug. Die aus einem so kleinen Schlupf resultierende Rotation kann mit paläomagnetischen Daten nicht gemessen werden. Aus diesem Grund ist es nicht relevant, eine Rotation im Uhrzeigersinn im Bereich zwischen der Çaldıran-Verwerfung und der Erciş-Verwerfung zu erwarten, bei denen es sich bei zwei dieser Verwerfungen um dextrale Strike-Slip-Verwerfungen handelt. Daher geht aus den erhaltenen Daten klar hervor, dass sich die Region seit dem Pleistozän gegen den Uhrzeigersinn gedreht hat (~ 13,4° ± 3,8°).

Rotationen aus pliozänen Gesteinen sind in Abb. 7.a dargestellt. Um die Drehungen im Zeitintervall Pliozän–Pleistozän zu bestimmen, ist eine Drehung der pleistozänen Gesteine ​​gegen den Uhrzeigersinn (~ 13,4° ± 3,8°) erforderlich, um sie im Uhrzeigersinn zu drehen. Nach diesem Zeitraum wurden die Gesteine ​​aus dem Pliozän_NE um etwa 13° im Uhrzeigersinn gedreht und die Gesteine ​​aus dem späten Miozän wurden in der Zeit zwischen dem späten Miozän und dem Pleistozän um etwa 11° im Uhrzeigersinn gedreht. Es wird beobachtet, dass die Çakırbey-Verwerfung vor der Erciş-Verwerfung (Pliozän) entsteht und eine Drehung von ~ 37,8° in Richtung Osten der Erciş-Verwerfung verursacht. Dies deutet darauf hin, dass die Region vom späten Miozän bis zum Quartär einer aktiven Rotation entgegen dem Uhrzeigersinn unterworfen war.

Emre et al.78,79 markiert keine aktive Verwerfung im Nordwesten des Erçek-Sees. Unseren Ergebnissen zufolge vermuten wir jedoch, dass die Çakırbey-Verwerfung, die grob nordost-südwestlich zur Erciş-Verwerfung ausgerichtet ist, aktiv sein muss (Abb. 7) und sich daher auf beiden Seiten dieser Verwerfung möglicherweise unterschiedliche Rotationen entwickelt haben.

Copley und Jackson80, die die aktive Tektonik des türkisch-iranischen Plateaus untersuchten, untersuchten die rechten seitlichen Streichverschiebungen und behaupteten, dass die parallel verlaufenden Erciş-Verwerfungen und die Çaldıran-Verwerfungen 11 km bzw. 1,3 km versetzt seien. Darüber hinaus gaben sie an, dass die kombinierte Schlupfrate für diese Verwerfungen etwa 8 mm/Jahr betrug und dass eine Zeit von etwa 1,5 Ma erforderlich wäre, um die kombinierte Verschiebung von 12,3 km bei dieser Geschwindigkeit zu erzeugen. Die Autoren gaben an, dass die Entfernung von 11 km Rechtsbewegung entlang der Erciș-Verwerfung die Bergfronten (Abb. 8a) und den Rand des Vulkangesteins (Abb. 8b) wiederherstellt.

Wiederherstellung der 11 km langen Bewegung auf der Erciş-Verwerfung. (a) Aktueller Zustand des Gebiets nach 11 km tektonischer Verschiebung. (b) Der Zustand des Gebiets vor der tektonischen Verschiebung, wiederhergestellt durch visuelle Umkehrung des Prozesses. Die rot gestrichelte Linie stellt die Erciş-Verwerfung dar und die gestrichelten schwarzen Linien stellen die in 80 markierten Bergfronten dar. Karten wurden mit der Generic Mapping Tools-Software, Version 5.1.1, erstellt. (https://www.soest.hawaii.edu/gmt/)84.

Koçyiğit81 behauptete, dass die Erciş-Verwerfung die marine Abfolge des frühen bis mittleren Miozäns und quartäre Vulkangesteine ​​bis hin zu Sedimentpaketen durchschneidet, ebenso wie die Çakırbey-Verwerfung den marinen Kalkstein des frühen bis mittleren Miozäns und quartäre Vulkangesteine ​​durchschneidet. Wie jedoch aus unseren neuen paläomagnetischen Rotationen hervorgeht, wurde der nördliche Teil der älteren Çakırbey-Verwerfung durch die Erciş-Verwerfung durchschnitten und verschoben. Diese Verschiebung verursachte die entgegengesetzt gerichteten Rotationen um Muradiye.

In Abb. 9 sind die Fokusmechanismusverteilungen von Erdbeben mit M > 4,5 auf der möglichen Çakırbey-Verwerfung am nordöstlichen Rand des Van-Sees dargestellt. Außerdem zeigt Koçyiğit81 anhand von GPS-Daten und Fokusmechanismuslösungen verschiedener Erdbeben, dass das Ostplateau unter dem Einfluss der NS-Richtung der Arabischen Platte steht. Unsere Ergebnisse und die Untersuchung der Verteilung und der Fokusmechanismen von Erdbeben zeigen, dass eine linke seitliche Streichverschiebung Çakırbey-Verwerfung existiert und aktiv ist.

Seismizität des Vansees und seiner Umgebung. M > 4,0 Erdbeben zwischen 01.01.1900–21.02.2021. Daten zu Erdbeben-Epizentren stammen vom Kandilli Observatory and Earthquake Research Institute (KOERI) und Fokusmechanismuslösungen für Erdbeben mit M > 4,5 zwischen dem 23.10.2011 (nach dem 23. Oktober 2011, M = 7,2) und dem 21.02.2021 von der „Disaster and Emergency Management Authority“. Fehlermechanismussystem des Präsidenten der Erdbebenbehörde der Türkei (AFAD). Es wurden nur fokale Mechanismuslösungen der Erdbeben auf der möglichen Çakırbey-Verwerfung und des Van-Erdbebens vom 23. Oktober 2011 gezeichnet. (Die gestrichelte blaue Linie stellt eine mögliche Çakırbey-Verwerfung dar). Die Karte wurde mit der Generic Mapping Tools-Software, Version 5.1.1, erstellt. (https://www.soest.hawaii.edu/gmt/)84.

In den nördlichen und südlichen Teilen der Erciş-Verwerfung sind zwischen den Zeitintervallen Pliozän und Pleistozän Rotationen von ca. 13° im Uhrzeigersinn bzw. ca. 1° gegen den Uhrzeigersinn zu beobachten. Diese Rotationen deuten auf eine Verformung um eine rechte seitliche Strike-Slip-Verwerfung und die Blockbewegungen auf beiden Seiten der Verwerfung hin. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Untersuchungsgebiet den Ergebnissen dieser Studie zufolge im Zeitintervall Oberes Miozän–Pliozän eine Rotation von etwa 2° gegen den Uhrzeigersinn aufwies. Im Pliozän-Pleistozän wurde es um etwa 13° im Uhrzeigersinn gedreht. Seit dem Pleistozän hat er sich um ca. 14° gegen den Uhrzeigersinn gedreht.

Die weitverbreitete und intensive seismische Aktivität, die schnelle Hebung des ostanatolischen Plateaus, die Westwärtsbewegung der anatolischen Platte entlang der NAFZ und EAFZ, Strike-Slip-Störungszonen in der Region und neogene magmatische Aktivität in der gesamten Region sind Indikatoren für die komplexe tektonische Struktur der Region. Gleichzeitig ist die Tatsache, dass die paläomagnetischen Rotationen, die wir in unserer Studie mit den gleichen alten Gesteinsgruppen erhalten haben, die in verschiedenen Regionen verstreut sind, ein weiterer Indikator für die hohe tektonische Aktivität der Region.

In dieser Studie wurden 62 zuverlässige paläomagnetische Standorte aus vulkanischen Gesteinen des späten Miozäns bis zum Quartär nördlich des Van-Sees in Ostanatolien entnommen, um die tektonische Verformung nördlich des Van-Sees aus paläomagnetischer Sicht zu untersuchen. Hisarlı et al.16 gaben an, dass sich die Region als ein einzelner Block bewegte, der sich im Uhrzeigersinn drehte, indem eine begrenzte Anzahl paläomagnetischer Standorte genutzt wurde, die das Untersuchungsgebiet spärlich bedeckten. Durch die Erhöhung der Anzahl und Verteilung paläomagnetischer Standorte deckte unsere Studie kleinere Blöcke auf, die sich in dem Gebiet in unterschiedliche Richtungen bewegen, sowohl im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzeigersinn.

Wenn man die Neigungswinkel der in Tabelle 2 angegebenen Gruppenmittelwerte berücksichtigt, liegt der Wert sehr nahe (mit einer Differenz von 2–3°) am erwarteten Neigungswinkelwert (58°) für die Region, was ein Zeichen dafür ist, dass die Region hat seit dem späten Miozän keine Breitenbewegung mehr gemacht.

In der Nähe des westlichen Teils der Erciş-Verwerfung werden Rotationen in allen Altersgruppen im Zeitintervall Oberes Miozän–Pleistozän beobachtet, abhängig von der Aktivität der Erciş-Verwerfung. Außerdem definierten paläomagnetische Daten der pliozänen Vulkanite im nordwestlichen Teil des Erçek-Sees, Van-Muradiye-Autobahn (rund um das Dorf Çolpan in der Nähe des Van-Sees) eine Drehung im Uhrzeigersinn von R ± ΔR = 24,4 ± 17,0. Allerdings gibt es in diesem Gebiet auf der neuen aktiven Störungskarte der Türkei keine aktive Störung78,79. Diese paläomagnetischen Rotationen und Fokusmechanismuslösungen der jüngsten Erdbeben vor Ort deuten darauf hin, dass die ehemalige Çakırbey-Verwerfung möglicherweise noch aktiv ist.

Alle durch die Analyse der gesammelten Proben gewonnenen Daten sind in Tabellen mit dem Manuskript aufgeführt.

Katastrophen- und Notfallmanagementbehörde der Türkei

Gegen den Uhrzeigersinn

Charakteristische remanente Magnetisierung

Ostanatolische Verwerfungszone

Erzurum-Kars-Plateau

Hohe Temperaturanfälligkeit

Isotherme remanente Magnetisierung

Technische Universität Istanbul

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Wir danken Prof.Dr. S. Ich kann GENÇ um Hilfe bei der paläomagnetischen Probenahme und kritische Kommentare zu den paläomagnetischen und gesteinsmagnetischen Messungen und Interpretationen bitten.

Diese Studie wurde vom Wissenschaftlichen und Technologischen Forschungsrat der Türkei (TUBITAK-115Y208) und wissenschaftlichen Forschungsprojekten der Technischen Universität Istanbul (BAP-38661) finanziell unterstützt.

Abteilung für Bergbau und Minengewinnung, Berufsschule Gümüşhane, Universität Gümüşhane, 29100, Gümüşhane, Türkei

Sercan Kayin

Abteilung für Geophysik, Fakultät für Bergbau, Technische Universität Istanbul, 34469, Maslak, Istanbul, Türkei

Turgay İşseven

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SK arbeitete an Konzeptualisierung, Methodik, Software, Feldarbeit, Laboranalyse, Ressourcen, Datenkuratierung, dem Verfassen des Originalentwurfs, der Überprüfung, Bearbeitung und Visualisierung. T.İ. arbeitete an Konzeptualisierung, Methodik, Validierung, Feldforschung, Ressourcen, schriftlicher Rezension, Redaktion, Überwachung, Projektmanagement und Finanzierungsbeschaffung. Alle Autoren haben die veröffentlichte Version des Manuskripts gelesen und ihr zugestimmt.

Korrespondenz mit Turgay İşseven.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Kayın, S., İşseven, T. Neue paläomagnetische Ergebnisse aus neogenen bis quartären Vulkangesteinen nördlich des Van-Sees, Osttürkei. Sci Rep 13, 12206 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-39492-w

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Eingegangen: 15. März 2023

Angenommen: 26. Juli 2023

Veröffentlicht: 27. Juli 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-39492-w

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