Anatolid-Torid bloğunun kuzey ucunda yer alan Tavşanlı zonu granitoyidleri bileşimi kalk-alkalinden alkaline kadar değişen plütonik kütlelerden meydana gelmektedir. Bu plütonlar değişik açılarla aplit, pegmatit, andezit ve diyabaz bileşimli dayklar tarafından kesilirler. Söz konusu granitoyidler granit, granodiyorit, tonalit, monzonit/kuvars monzonit ve kuvars monzodiyorit bileşimlerinde iken ana kaya ile keskin dokanaklı ve yuvarlağımsı/elipsoyidal mafik magmatik anklavlar (Mma) monzonit, kuvars monzodiyorit ve diyorit bileşimi sergiler. Ancak Kaymaz granitindeki anklavlar felsik özellikte olup ana kaya ile aynı bileşimdedir.
Elektron mikroprob analizlerine göre amfibollerin tümü kalsik (hornblend) tiptedir. Biyotitler Fe- ve Mg-biyotit olarak iki bileşim sunar. Piroksenlerin bileşimi salit-ojit ve diyopsit-ojit arasında değişmektedir. Genellikle oligoklaz-andezin türünde olan plajiyoklazlarda normal ve salınımlı zonlanma gelişmiştir. Al-hornblend jeobarometresinden elde edilen tahmini yerleşme derinlikleri Topkaya granodiyoriti için 4-11 km diğer granitoyidler için ise 9-23 km olarak bulunmuştur. Amfibol-plajiyoklaz jeotermometresi ile hesaplanan sıcaklıklar ise 600-850°C aralığında yeralmaktadır.
Tüm kayaç jeokimyasal analiz sonuçlarına göre, Tavşanlı intrüzif kütleleri metalüminus kalk-alkalin karakterli ve I-tipi, Kaymaz ve Sivrihisar intrüzif kütleleri ise metalüminus ve alkalen karakterlidir. Granitoyidlerin iz element ve çoklu element dağılımlarında benzer desenler tespit edilmiştir. Büyük iyon yarıçaplı litofil elementlerde zenginleşme gözlenirken, kalıcılığı yüksek elementlerde ise tüketilme söz konusudur. Ba, Nb, P ve Ti elementlerinin tüketilmesi yitim zonu ile ilişkili magmalarının varlığına işaret etmektedir. Nadir toprak element dağılım desenlerinde hafif nadir toprak elementleri, ağır nadir toprak elementlerine göre daha fazla zenginleşmiştir. Tektonik yerleşim diyagramlarında Tavşanlı zonu sokulum kayaçlarının çarpışma sonrası granitoyidler için karakteristik olan volkanik yay granitleri (VAG) alanında yer aldığı gözlenmiştir.
Kaymaz granitoyidi örneklerinde ölçülen oksijen izotop bollukları (δ18O: ‰ 10.4-13.0) yüksek-δ18O granitlerine karşılık gelmektedir. Diğer granitoyidlere ait δ18O değerleri ise daha düşük bir aralıktadır (‰3.8-10.6) ve I-tipi granitlerin değerleri ile uyumludur. Ancak biyotit ve hornblendde ölçülen δ18O oranları, muhtemelen bozunmadan dolayı, diğer minerallere göre düşük değerler vermiştir. Oksijen izotop jeotermometreleri ile hesaplanan mineral kapanım sıcaklıkları 300-600 °C arasındadır.
Hornblend, biyotit ve feldispat minerallerinden elde edilen K-Ar yaş aralıkları sırasıyla 51.2-59.3, 47.6-52.5 ve 45.3-54.0 milyon yıldır. Mineral bazında elde edilen K-Ar yaşları minerallerin soğuma/kapanım yaşlarına karşılık gelmektedir. Erken-Orta Eosen yaşlı granitik kütlelerin (87Sr/86Sr)i oranı 0.706025-0.706800 ve (143Nd/144Nd)i oranı ise 0.512405–0.512485 arasındadır. Bu granitoyidlerin anklavlarına ait (87Sr/86Sr)i oranı 0.705909-0.706966 ve (143Nd/144Nd)i oranı 0.512421-0.512528 arasındadır. Diğer plütonlardan felsik özelliğiyle ayrılan Kaymaz graniti sırasıyla daha yüksek (87Sr/86Sr)i oranı (0.709967-0.710170) ve daha düşük (143Nd/144Nd)i oranı (0.512220-0.512238) ile karakteristiktir. Bu iki serinin radyojenik izotop sistematiğindeki farklılığın magma kökeni açısından değerlendirilmesi Kaymaz granitoyidinin metagrovaklardan diğer granitoyidlerin ise amfibolitlerden türediklerini ortaya koymaktadır. Radyojenik izotop bollukları ve jeokimyasal bulgular muhtemelen yayla ilişkili yiten kabuk malzemesinin karışmasıyla zenginleşmiş manto kaynağına işaret etmektedir. Söz konusu granitoyidlerin oluşumunda fraksiyonel kristalleşme yanında kabuksal kirlenme işlevinin de etkili olduğu görülmüştür.
The Tavşanlı Zone at northern part of the Anatolide-Tauride block is represented by a series of plutonic rocks in various compositions ranging from calc-alkaline to alkaline. These plutons are cut in various directions by dykes with a variety of compositions such as aplite, andesite and diabase. The granitoids under investigations are in granite, granodiorite, tonalite, monzonite/quartz monzonite composition whilst spherical/ellipsoidal mafic enclaves in sharp contacts with the host rock are represented by monzonite, monzodiorite/quartz monzodiorite and diorite compositions. However, enclaves in the Kaymaz granite are of felsic character and their composition is similar to that of host rock.
Results of electron microprobe analyses indicate that all the amphiboles are of calcic type (hornblende). Biotites display two different compositions from Fe- to Mg-biotite. Pyroxenes are in compositions ranging from salite-augite to diopside-augite. Composition of plagioclases is in the range of oligoclase-andesine and they show both normal and oscillatory zonings. Approximate emplacement depths estimated from the amphibole geobarometer are 4-11 km for the Topkaya granodiorite and 9-23 km for the other granitoids. Temperatures computed by the amphibole–plagioclase geothermometer are between 600-850°C.
Results of whole rock chemical analyses indicate that Tavşanlı zone granitoids are of metaluminous and calc-alkaline character and have I-type affinity whilst the Kaymaz intrusive shows alkaline metaluminous melt composition. Chondrite-normalized trace element diagrams of Tavşanlı zone granitoids show similar patterns. Large ion lithophile elements (LILE) are represented by enrichment whilst high-field strength elements (HFS) are depleted. Depletion of Ba, Nb, P ve Ti elements indicates the presence of subduction-related magmas. In REE diagrams light rare earth elements are found to be more enriched than heavy rare earth elements. In tectonic setting diagrams, Tavşanlı intrusives are plotted into volcanic arc granites (VAG) field which is characteristic to post-collisional granitoids.
Oxygen isotope abundances measured in the Kaymaz granite (δ18O: 10.4-13.0‰) are consistent with high-δ18O granites. δ18O values of other granitoids are in a lower range (3.8-10.6‰) corresponding to I-type granites. δ18O compositions of biotites and hornblendes are much lower than those of other minerals possibly due to alteration. Mineral closure temperatures estimated by oxygen geothermometer are 300-600 °C.
Ranges of K-Ar age data from hornblende biotite and feldspar minerals are 51.2–59.3, 47.6-52.5 and 45.3-54.0 Ma yielding discordant ages. (87Sr/86Sr)i and (143Nd/144Nd)i ratios of early-middle Eocene granitoids are 0.706025-0.706800 and 0.512405-0.512485, respectively. (87Sr/86Sr)i and (143Nd/144Nd)i ratios of enclaves are 0.705909-0.706966 and 0.512421-0.512528. The Kaymaz granite which differs from other intrusive masses with its felsic composition is represented by greater (87Sr/86Sr)i ratios (0.709967-0.710170) and lower (143Nd/144Nd)i (0.512220-0.512238) ratios. The difference in radiogenic isotope systematics of the two series reveals that the source of magma forming the Kaymaz granitoid is derived from metagraywackes whilst other intrusives are originated from amphibolites. Radiogenic isotope abundances and geochemical data indicate an arc-related mantle source enriched with mixing of subducting crustal material. It was also shown that fractional crystallization and crustal contamination processes exerted primary control on the crystallization of magmatic rocks.
