Tez No	İndirme	Tez Künye	Durumu
97955	Bu tezin, veri tabanı üzerinden yayınlanma izni bulunmamaktadır. Yayınlanma izni olmayan tezlerin basılı kopyalarına Üniversite kütüphaneniz aracılığıyla (TÜBESS üzerinden) erişebilirsiniz.	Amasra (Zonguldak) yöresindeki karbonifer yaşlı kiltaşlarının ana kaya potansiyeli / The Source rock potential of the carboniferous claystones in Amasra (Zonguldak) Yazar:SULTAN ÖZGÖKÇE Danışman: PROF.DR. M. NAMIK YALÇIN Yer Bilgisi: İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü Konu:Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering Dizin:Bartın-Amasra = Bartın-Amasra ; Karbonifer = Carboniferous ; Kayalar = Rocks ; Kiltaşı = Claystone	Onaylandı Yüksek Lisans Türkçe 2000 120 s.
ÖZET İstanbul Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Uygulamalı Jeoloji programında yüksek lisans tezi olarak hazırlanan bu araştırma kapsamında, Amasra ( Zonguldak ) yöresinde yer alan Karbonifer yaşlı kiltaşlannm ana kaya potansiyeli incelenmiştir. Çalışma sahası Batı Karadeniz bölgesinde, Zonguldak Taşkömürü Havzası ve Zonguldak ili sınırlan içinde yer alan Amasra yöresidir. İncelemeye temel oluşturan AK- 10, AK-1 1 ve AK- 14 sondaj kuyuları Amasra' nın güneyinde yer almaktadır. Zonguldak Havzası ( Amasra ) İstanbul Zonu olarak da adlandırılan Hersiniyen yaşlı bir kıta parçası üzerinde yer almaktadır. Havza içinde Paleozoyik, Mesozoyik, Tersiyer ve Kuvaterner yaşlı çökel birimleri yer alır. Stratigrafik istif, yaşlıdan gence doğru Temel ( Yılanlı formasyonu ), Kömürlü birimler ( Alacaağzı, Kozlu ve Karadon formasyonları) ve Örtü Birimlerinden ( Zonguldak, Kilimli, Cemaller, Başköy, Dinlence, İkse, Kazpınar-Alaph Formasyonları ) oluşmaktadır. Havzanın temelini sığ denizel karbonat platformu ile temsil edilen, Vizeen yaşlı Yılanlı formasyonu oluşturmaktadır. Bu birim üzerinde, denizel ortamdan karasal ortama geçişi temsil eden delta ortamında çökelmiş, Namuriyen yaşlı Alacaağzı formasyonu uyumlu olarak yer alır. Formasyon kumtaşı, silttaşı, kiltaşı, kireçtaşı ve kömür ardalanmasmdan oluşan birimler ile temsil edilir. Birim içinde yer alan karbonatlı seviyeler denizin yükseldiği dönemlerde oluşmuştur. Alacaağzı formasyonu üzerine uyumlu bir dokanak ilişkisi ile Vestfaliyen A yaşlı Kozlu formasyonu çökelmiştir. Bu iki birim 0,5-4 metre kalınlığındaki bir kılavuz kuvarsit seviyesiyle ayırt edilir. Kozlu formasyonu üzerinde ise, bu formasyonun devamı olarak tanımlanan Vestfaliyen BC yaşlı Karadon formasyonu uyumlu olarak yer alır. Karadon formasyonu örgülü akarsu çökellerini oluşturan genellikle kumtaşı, çamurtaşı ve kömür ardalanması şeklinde çökelmiş birimlerle temsil edilir. Kretase döneminde gelişen transgresyon hareketi ile başlayan süreçte bölge tekrar sular altında kalmıştır. Bu dönemde çökelen ve havzanın örtü birimlerini oluşturan formasyonlar Paleozoyik yaşlı Karbonifer istifini uyumsuz olarak örtmüşlerdir. Kretase yaşlı örtü birimlerim oluşturan formasyonlardan ilk olarak Albiyen yaşlı Zonguldak formasyonu çökelmiştir. Şelf karbonatlan ile temsil edilen Zonguldak formasyonunun çökelme işlemi Apsiyen IXdönemine kadar sürmüştür. Apsiyen döneminde Zonguldak formasyonu üzerine uyumlu olarak kireçtaşı ve marn gibi litolojilerden oluşan birimler ( Kilimli formasyonu ) çökelmiştir. Bu dönemin hemen ardından Geç Senomaniyen-Turoniyen' de havza yaygın bir volkanizma etkisi altında kalmıştır, bu dönemde sırasıyla birbirleriyle uyumlu olarak Senomaniyen yaşlı Cemaller formasyonu (marn, fliş ve kireçtaşı fasiyesi ), Turoniyen yaşlı Başköy formasyonu ( denizaltı volkanikleri ve kireçtaşı ), Koniasiyen-Santoniyen yaşlı Dinlence formasyonu ( aglomera, tüf ve marn ), Kampaniyen yaşlı İkse formasyonu ( marn ve andezit ) ve Maaştriştiyen yaşlı Kazpınar- Alaplı formasyonu ( marn ) çökelmiştir. Havza ilk olarak Paleozoyik döneminde gelişen Hersiniyen orojenezi etkisinde kalmıştır, havzayı etkileyen ikinci bir tektonik aktivite ise Mesozoyik döneminde meydana gelen Alpin orojenezidir. Yoğun bir tektonizma etkisine maruz kalan havza, bu aktivitelerle ilişkili olarak gelişen gerilme ve sıkışma hareketlerinin doğal sonucu olarak faylı ve kıvrımlı karmaşık bir yapıya sahip olmuştur. Özellikle Paleozoyik ( Karbonifer yaşlı kömürlü birimler ) istifi iki farklı dönemde gelişen tektonik harekete de maruz kalması nedeniyle Mesozoyik ( Kretase yaşlı örtü birimleri ) çökellerine kıyasla daha fazla deformasyon geçirmişlerdir. Çalışma kapsamında Amasra güneyinde açılmış olan AK- 10, AK- 11 ve AK- 14 nolu sondaj kuyularından toplam 27 adet örnek alınmıştır. Örnekler her bir kuyuda kesilen ve Karbonifer istifi olarak tanımlanan Kozlu ve Karadon formasyonlarını oluşturan birimler içinde yer alan kiltaşlan içinden seçilmiştir. Bu örnekler bu çalışmanın amacı doğrultusunda çeşitli analizlere tabi tutulmuştur. Daha önce de değinildiği gibi, bu çalışma Amasra yöresindeki Karbonifer yaşlı kütaşlannm ana kaya potansiyelini değerlendirmek amacıyla gerçeMeştirilmiştir. Ana kaya potansiyelini belirlemede üç parametre esas alınmaktadır : 1) organik madde miktarı, 2) organik madde tipi ve 3) olgunluk ( termal evrim ). Çalışmaya temel teşkil eden bu üç parametre organik jeokimyasal ve petrografik analiz ve yöntemler kullanılarak değerlendirilmiştir.Bu çalışmada ' organik madde miktarı ' m belirlemek üzere tüm örneklerde toplam organik karbon miktarı ( TOC ) ölçülmüştür. Bu analiz için LECO cihazı kullanılmıştır. Analiz sonuçlarına göre ağırlıklı ortalama yöntemi kullanılarak, istif içinde yer alan kiltaşlanm bir bütün olarak değerlendirmeye yönelik kaba bir yaklaşım sunulmuştur. Buna göre, AK-10 kuyusundaki Karbonifer yaşlı kiltaşlan ' çok iyi ', AK-11 ve AK-14 kuyulanndakiler ise ' orta ' kalitede ana kaya özelliği taşımaktadır. Kiltaşı örneklerinin organik madde tipini ( kerojen tipini ) ve olgunlaşma derecesini belirlemek üzere Rock-Eval Piroliz analizi yapılmıştır. Ayrıca mikroskopik gözlemlerden de yararlanılmıştır. Rock-Eval Pirolizi analizinden elde edilen parametreler TOC, Sİ, S2, S3, HI, Ol ve 7^' dır. Bu parametrelerden Hidrojen İndeksi ( HI ) ve Oksijen İndeksi ( Ol ) değerlerinin yardımıyla elde edilen diyagramdan kerojen tipi belirlenmeye çalışılmıştır. Çizilen diyagrama göre, örnekler Tip IH kerojene karşılık gelmektedir. Diğer bir piroliz parametresi olan Tnox ise, olgunluk parametresi olarak kullanılmıştır. Örneklerin analizi sonucu elde edilen Tmax değerleri 428-488 °C arasında değişmektedir. Olgunlaşma derecesi ile TMÎ değerleri arasında lineer bir ilişki söz konusu olduğundan, bu sonuç örneklerin henüz olgunlaşmamışdan ( T^ax < 435 °C ), olgun ( 435 < T^ < 460 °C ) ve aşın olguna ( T,T* > 460 °C ) kadar değişen farklı olgunlaşma derecelerine sahip olduklarını göstermektedir. Ayrıca, HI ve Tmax değerlerini karşılaştıran diğer bir diyagramda ise kiltaşı örneklerinin petrol oluşum evresinden ıslak gaz oluşum evresine geçiş zonunda yer aldıkları görülmektedir. Olgunluğu değerlendirmek üzere ayrıca, petrografik analiz yapılmıştır. Bu analiz kapsamında mikroskopik gözlem ve vitrinit yansıması ölçümleri değerlendirilmiştir. Örnekler içinde baskın maseral grubunu vitrinit oluştururken, bunu sırasıyla inertinit ve liptinit maseralleri izlemektedir. Baskın maseral grubunun vitrinit olması ise, HI-OI diyagramında da görüldüğü gibi Tip IH kerojen değerlendirmesini desteklemektedir. Vitrinit yansıması ölçümleri sonucu elde edilen değerler % 0,76-1,00 Ro arasında değişim göstermektedir. Bu değişim Karbonifer istifinin geneli için orta-ileri olgunlaşma evresine karşılık gelmektedir. Vitrinit yansıması değerlerinin derinlikle olan ilişkisinin analizinden AK-10 ve AK-11 kuyuları için 0.02 / 100 m., AK-14 kuyusu için ise 0,01 lik bir olgunlaşma gradyanı elde edilmiştir. Bu değer, Zonguldak Havzasma ait XIgradyan ( 0.05 / 100 m. ) değeri ile karşılaştırıldığında Amasra Havzasının daha düşük gradyan sahip olduğu görülmektedir. Bu çalışmada ayrıca, Karbonifer istifindeki kiltaşlannın hidrokarbon (HC ) oluşturma potansiyelini ( oluşabilecek HC miktarım ) belirlemek üzere kinetik özelliklerin incelendiği açık sistem pirolizi analizi yapılmıştır. Analiz sonucuna göre, seçilen iki farklı örnek için sırasıyla gram TOC basma 99,6 mg ve 188,8 mg hidrokarbon ( petrol + doğal gaz ) oluşumu söz konusudur. Bu çalışma kapsamında son olarak ise, bilgisayar destekli modelleme yöntemi kullanılarak AK- 14 kuyusu modellenmiştir. Bu amaçla, modellenecek sisteme ait zaman ve mekan ilişkileri saptanarak, modellemenin başlangıç-bitiş zamanı, jeolojik zaman- kaya bmmlerinin süre ve nitelikleri, zaman-kaya birimlerinin litoloji ve gözeneklikleri, her bir birim için çökelme sırasındaki su derinliği ve deniz tabanı/yüzey sıcaklığı ve her bir jeolojik zaman birimi için ısı akısı yoğunluğu parametrelerini içeren girdi verisi ( input data ) belirlenmiş ve modelleme aşamasına geçilmiştir. Modelleme sonunda kalibrasyon parametreleri ( sıcaklık ve olgunluk ) kullanılarak, modelleme ve ölçüm sonuçlan arasında kabul edilebilir bir uyum sağlanana kadar girdi verileri ve kavramsal modelde gerekli düzeltmeler yapılarak modellemeye devam edilmiştir. Kalibrasyon işleminde gerekli uyum sağlandıktan sonra modelleme sonuçlarının güvenilir ve doğru olduğu kabul edilerek sonuçlar değerlendirilmiştir. Modelleme sonunda, kalınlık, sıcaklık, olgunluk, petrol ve gaz oluşumu potansiyeli gibi parametrelere ilişkin derinlik ve zamana bağlı değişimler belirlenmiştir. Sonuç olarak, kuyuda 1500-2000 m. arasındaki ana kayaların petrol, daha derindekilerin ise gaz oluşturma potansiyeline sahip oldukları belirlenmiştir. Ayrıca, AK- 14 kuyusunda kesilen Karbonifer yaşlı birimlerden Kozlu ( Vestfaliyen A ) formasyonu için sıcaklık ve bu birimlerdeki petrol ve gaz oluşumunun evrimi değerlendirilmiştir. Kozlu formasyonunda petrol oluşumunun günümüzden 90 milyon yıl önce başladığı ve 44 mg petrol/g TOC, 3 mg gaz/g TOC miktarında bir oluşum potansiyeli saptanmıştır. xn
SUMMARY Within the scope of this study which has been prepared as an M.Sc thesis for the Applied Geology Program at the Graduate School of Science of Istanbul University the source rock potential of the Carboniferous aged claystones in Amasra ( Zonguldak ) region has been investigated. The study area is Amasra which is located within the Zonguldak Coal Basin in Zonguldak in the western Black Sea region. The Zonguldak Basin belongs to a Hercynian continental sliver, to the so-called Istanbul Zone. The basin is comprised of the Paleozoic, Mesozoyic, Tertiary and Quaternary aged sedimentary units. The stratigraphic sequence of the basin consists of from the older units to younger ones, basement ( Yılanlı formation ), coal bearing units ( Alacaağzı, Kozlu and Karadon formations) and cover units ( Zonguldak, Kilimli, Cemaller, Başköy, Dinlence, Dese, Kazpınar-Alaph formations ). At the base of the basin Vizeen aged Yılanlı formation which is represented by shallow carbonate platform sediments is observed. On the Yılanlı formation Namurien aged Alacaağzı formation which represents transition from a marine to terrestrial environment lies conformably. The Alacaağzı formation comprises successive sandstone, siltstone, claystone, limestone and coal units. The carbonates levels in the unit were deposited during the periods when the sea rised. On the Alacaağzı formation the Westphalian A aged Kozlu formation was deposited conformably. These two units are distinguished by a marker a 0,5-4 meter thick quartzite bed. The Kozlu formation is superceeded by the Westphalian BC aged Karadon formation which is considered as a continuation of the Kozlu formation. The Karadon formation is generally represented by successive sandstone, mudstone and coal units which are products of a braided fluvial depositional systems. The transgresion which appeared in Cretaceous led to a flooding of the area. The formations which deposited during this period comprise the cover units of the basin. They unconformably lie on the Paleozoic aged Carboniferous sequence. The oldest of the Cretaceous aged cover units is the Albian Zonguldak formation which is represented by shelf carbonates. The deposition of the Zonguldak formation continued until Apsian. In Apsian the Kilimli formation which has lithologies such as limestone xraand marl were deposited conformably on the Zonguldak formation. After this period in Late Senomanian-Turonian the basin subjected to a widespread volcanic activity. During this period successively Cenomanian Cemaller formation ( marl, shale and limestone ), Turonian Başköy formation ( submarine volcanics and limestone ), Coniasian-Santonian Dinlence formation ( agglomerate, tuff and marl ), Campanian Ikse formation ( marl and andesite ) and Mastrichtian Kazpinar- Alapli formation ( marl ) were deposited conformably on each other. The Zonguldak Basin was affected first by the Hercynian orogeny which appeared in Paleozoic. The second tectonic activity which affected the basin was the Alpin orogeny which appeared in Mesozoic. The basin which exposed to an intense tectonism had a complex structure containing faults and folds. In particular Paleozoic sequence ( Carboniferous coal bearing strata ) has been deformed much more than Mesozoic deposits ( Cretaceous cover strata ) because the Paleozoic sequence has exposed to tectonism during two distinct period ( Hercynian and Alpin orogeny ). In this study twenty-seven samples were taken from the AK-10, AK-11 and AK-14 wells drilled in south of Amasra town. Samples were collected from Carboniferous claystones in the Kozlu and Karadon formations. These samples were analysed by different methods considering the aim of the study. As mentioned before aim of this study was to determine the source rock potential of Carboniferous claystones in Amasra region. Determination of source rock potential was based on three parameters : 1) quantity of organic matter 2) type of organic matter 3) maturity ( termal evalution ) of organic matter. These parameters which the study is based on have been assessed by using organic geochemical and petrographic analyses and methods. In this study, total organic carbon quantity ( TOC ) in all samples have been measured. LECO instrument has been used for this purpose. With the general approaches, the claystones of the Carboniferous sequence has been assessed. As a result, the claystones of AK-10 well has * very good ', the one of AK-11 and AK-14 wells have 'adequate' source rock characteristics. xrvTo understand the type of the organic matter and the maturation of the claystones the method of the Rock-Eval pyrolysis has been utilized. Microscopic observations were also used. The parameters obtained from Rock-Eval pyrolysis are TOC, Sİ, S2, S3, HI, 01 and pyrolysis T^x. In the diagram of the HI versus 01 the kerogen type has been determined. According to the diagram, the samples is placed in Type HI kerogen area. Tmax, the other pyrolysis parameter, has been used as maturity parameter. Tmax values of analysed samples range between 428 and 488 °C. Because of the linear relationship between maturation and T^x values, these values show that the maturity of the samples varies from immature to overmature. In addition, on the HI and Tmax diagram it is depicted that the samples are placed in the transition zone of petroleum to wet gas formation. To assess the maturity parameter, petrographic analyses has also been applied. The analysis include visual observation and vitrinite reflectance measurements. Dominant maseral group is vitrinite followed by inertinite and liptinite. That the dominant maseral is vitrinite, supports the assessment of Type HI kerogen shown in the HI-OI diagram. The measured vitrinite values range between 0,76 % and 1,00 % Ro. This range suggests that the Carboniferous sequence is placed in a middle-over to high maturation level. The analysis of the vitrinite reflectance trend versus depth indicates a maturation gradient of 0.02 % Ro /100 m. for AK-10 and AK-1 1 wells and 0,01 % Ro /100 m. for AK-14 well. This means that the Amasra area has a lower gradient than the Zonguldak area, which has a gradient of 0,05 % Ro / 100 m. In this study, the hydrocarbon ( HC ) generation potential ( amount of generated HC ) has also been investigated by the open-system pyrolysis. For this purpose two claystone samples from the well AK-10 has been analysed by this method. The first sample ( 888,60 m. / no:07 ) has a maturity level of 0,79 Ro and the second ( 937,30 m. / no:08 ) of 0,88 Ro. Results of indicated generation are of 99,60 miligram and 188,80 miligram HCs per gram TOC. Finally, computer-aided basin modeling of AK-14 well has been performed. For this purpose, input data consisting of the time period of modeling, timing and characteristics of geological time-rock units, litology and porosities of these units, water depth and XVsurface temperature and heat flow for each unit has been prepeared. After the simulation calculated and measured values have been compared. When the difference between all of the observed ( measured ) and computed values are within pre-determined error limits, the modeling has been considered succesfiil and the results are accepted as reliable in describing the real system. As a result of modeling, thickness, temperature, maturity, petroleum and gas generation potentials of each unit parameters have been determined. Concequently, the source rocks at 1500-2000 meters depths in the well tend to generate petroleum and the deeper levels have gas generation potential, in the Kozlu formation ( Westphalian A ) the petroleum generation started at 90 myb. And in this unit 44 mg oil per gram TOC has been generated. XVI