ZONGULDAK, KOZLU K20/G, K20/H VE K20/K KUYULARINDA JEOTERMİK ÖLÇMELER

Transkript

1 ZONGULDAK, KOZLU K20/G, K20/H VE K20/K KUYULARINDA JEOTERMİK ÖLÇMELER GEOTHERMIC MEASUREMENTS IN K20/G, K20/H AND K20/K WELLS IN KOZLU, ZONGULDAK O.Metin İlkışık 1, Sıdık Öztürk 1, Hasan M.Yenigün 2 ve M.Namık Yalçın 3 ( 1 ) Jeofizik Mühendisliği Bölümü, İstanbul Üniversitesi Avcılar Kampüsü 34850, İSTANBUL ( 2 ) MTA Genel Müdürlüğü, Jeofizik Etüdleri Dairesi, ANKARA ( 3 ) TÜBİTAK, Marmara Araştırma Merkezi, Gebze, KOCAELİ İstanbul

2 ÖZET K20/G, K20/H ve K20/K kuyularında kömürlü Karbonifer serilerinde kesilen farklı litolojiler, yoğunluk, gözeneklilik, sonik hız ve özellikle ısıl iletim katsayısı gibi petrofizik özellikleri açısından incelenmiştir. Bu amaçla tortul kayaçlardan alınan toplam 51 örnek analiz edilmiştir. Suya doygun örneklerden ölçülen yoğunluk ve gözeneklilik değerleri sırasıyla kg.m -3 ve %0.5-6 arasında değişmektedir. Isıl iletkenlik değerleri, kuru ve suya doygun örnekler üzerinde QTM tekniği ile belirlenmiştir. Kuru örneklerinin Isı iletkenliği ( ) ortalama olarak W.m -1.C -1 olup, suya doygun olanlar için W.m -1.C -1 dir. değerleri mineral bileşimi tarafından kontrol edilir ve kuvars içeriği ile doğru orantılı bir korelasyon göstermektedir. Sismik dalga hızı farklı litolojiler için yoğunluğa bağlı olup aralarında v P =1.421 exp(3.011 ) üstel ilişkisi vardır. Arazide kuyularda yapılan sıcaklık ölçümlerini, ortalama 12 C yüzey sıcaklığını ve laboratuvar deneylerinden bulunan ısıl iletim katsayısı değerlerini kullanarak K20/G ve K20/H kuyuları için yer yüzeyindeki ısı akısı yoğunluğu sırasıyla 57.4 mw.m -2 ve 63.2 mw.m -2 olarak hesaplanmıştır. ABSTRACT Different lithologies of the coal-bearing Carboniferous sequence encountered in the wells K20/G, K20/H and K20/K are investigated for their petrophysical properties such as density, porosity, sonic velocity and particularly thermal conductivity. For this purpose a total of 51 samples of mainly clastic rocks are analysed. Density and porosity values determined on saturated samples vary between kg.m -3 and 0.5-6%, respectively. Thermal conductivity values are determined by the QTM technique on dry and water-saturated samples. Thermal conductivity ( ) of dry samples has an average of W.m -1.C -1 and of water-saturated samples W.m -1.C -1. values are controlled by the mineral composition and show a good positive correlation with the quartz content. The seismic P-wave velocity varies with density ( ) of different lithologies and an exponential relation of v P =1.421 exp(3.011 ) is determined. Using the borehole temperature measurements, an average surface temperature of and thermal conductivity values in laboratory experiments, a surface heat flow density of 57.4 mw.m -2 and 63.2 mw.m-2 are calculated for localities of K20/G and K20/H wells, respectively. 2

3 GİRİŞ Yerkabuğuna ilişkin jeotermik araştırmaların amacı jeodinamik olayların ana kaynağı olan üstmanto-litosfer sistemi içindeki sıcaklık dağılımını anlamak ve kabuk yapısındaki olası yanal ve düşey değişimleri belirlemektir. Bu konu güncel ve geçmişteki jeolojik oluşumlar kadar bölgenin özellikle petrol, doğal gaz ve maden zenginlikleri açısından da önemlidir. Basen analizlerinde ve özellikle hidrokarbon aramalarında havzanın geçirmiş olduğu sıcaklık evrelerini önceden kestirebilmek için ısı akısı hesapları yapılarak yerin derinliklerine doğru sıcaklık dağılımının belirlenmesi gerekmektedir Genel anlamda yapılan bazı araştırmalara göre (İlkışık, 1995) Türkiye, Avrupa nın yüksek ısı akısı gözlenen bir bölümünde yer almaktadır. Fakat Anadolu ya ait ayrıntılı bir ısı akısı haritası henüz hazırlanamamıştır. Bunun en önemli nedeni başka amaçlarla açılan derin kuyuların çoğunda sistematik sıcaklık loglarının olmayışı ve özellikle kesilen kayaçların ısıl iletim katsayılarının bilinmeyişidir. İlgili yayınların taranması göstermiştir ki ülkemizin Karadeniz Bölgesi nde kayda değer hiç bir jeotermik araştırma yoktur. Sadece yabancı araştırmacıların Karadeniz 'in ortalarına ve km derinlere kadar yer içinin sıcaklığını haritaladığı bir kaç çalışma vardır (Erickson, 1970; Shen, Wang ve Beck, 1991). Bu nedenlerle Batı Karadeniz Bölgesinde Türkiye Taşkömürü Kurumu (TTK) için açılan Kozlu K20/G, K20/H ve K20/K araştırma kuyularından sistematik olarak alınan sıcaklık ölçümleri ve karotlar üzerindeki jeotermik araştırmaların büyük önemi vardır. Batı Karadeniz 'de yapılan bu çalışma ile bölgede yer alan jeolojik birimlerin bazı fiziksel özelliklerinin ortaya konulması yanı sıra özellikle yer içi sıcaklığının büyük derinliklerdeki dağılımı da bir dereceye kadar belirlenmiştir. 3

4 YAPILAN ÇALIŞMALAR Şekil 1. Zonguldak, Kozlu yöresi genelleştirilmiş jeoloji haritası ve Kozlu K20/G, H ve K araştırma kuyularının yerleri. MTA tarafından TTK için Zonguldak-Kozlu Bölgesinde açılan K20/G, K20/H ve K20/K sondaj kuyularından -litoloji loglarından belirlenen çeşitli derinliklerden- sırasıyla 21, 22 ve 8 tane olmak üzere toplam 51 karot alınmıştır. Bunların bazı fiziksel parametreleri, özellikle ısıl iletim katsayıları ölçülmüş, sıcaklık loğlarından yararlanarak bölgedeki ısı akısı yoğunluğu hesaplanmış ve ölçülen bu fiziksel parametreler arasındaki ilişkiler incelenmiştir. Isıl iletim katsayısı ölçümleri MTA Genel Müdürlüğü tarafından sağlanan QTM aleti ile, sonik V p ve V s hız ölçümleri ise İTÜ Maden Fakültesi Kaya Mekaniği ve EİEİ Jeofizik Laboratuvarlarında OYO Model-5217A New Sonic Viewer ve Pundit portatif sayısal göstergeli ultrasonik aletleri kullanılarak yapılmıştır. Diğer fiziksel özellikler olan gözeneklilik, kuru ve suya doygun birim hacim ağırlığı değerleri ise aynı kayayı temsil eden örnekler üzerinde su emme deneyi yapılarak bulunmuştur. 4

5 Kayaçların Isıl İletim Katsayılarının Ölçümü Isıl iletim katsayısı, birim alandan birim zamanda geçen ısı akısının sıcaklıktaki yüzeye dik gradyana oranı olarak tarif edilir. vektörel bir büyüklük olup yön bağımlıdır. Birimi SI da Wm -1 C -1, cgs de kcalcm -1 s -1 K -1 dir. Kayaçların değerlerini, değişik ölçüm tekniklerini kullanarak bulmak mümkündür. Bu çalışmada, hızlı ve doğruluğu yüksek olan geçiçi durum ölçüm tekniğine dayanan QTM- D3 hızlı ısıl iletim katsayısı ölçüm aleti kullanılmıştır. Şekil 2 de QTM aleti ve algılayıcısı görülmektedir. değeri ölçülmek istenen kayacın düz ve pürüzsüz yüzeyine QTM aletinin algılayıcısı yerleştirilir. Örnek kayaç yüzeyine algılayıcı vasıtasıyla 1 dakika süresince elektrik akımı uygulanarak ısıtma yapılırken kayacın yüzey sıcaklığı (T) zamanın (t) fonksiyonu olarak belirli bir süre için kaydedilir. Daha sonra elde edilen t-t diyagramının doğruya yakın kısmı saptanarak kayanın ısıl iletim katsayısı = F [ I 2 ln(t 2 -t 1 ) / (V 2 -V 1 ) ]-H (1) bağıntısından bulunur. Burada F ve H aletsel sabitler, V 1 ve V 2 (mv) sırasıyla t 1 ve t 2 zamanında uygulanan voltajlar, I (A) ise t 2 anında ısıtma için gereken akımdır. Şekil 2. QTM aleti ve algılayıcısı (QTM-500, KEM Japonya). QTM tekniği ile ölçüm yapılırken boyu en az 10 cm, çapı cm arasında değişen karotlar, ortasından uzunluğuna düz bir yüzey çıkacak biçimde kesilmiştir. Yapılacak kuru ölçümler için hava sirkülasyonlu bir etüvde 7 saat 70 C de bekletilen karotlar etüvden çıkarılarak her biri ayrı ayrı alüminyum folyo ile hava almayacak şekilde sarılarak oda sıcaklığına gelmeleri beklenmiş ve sonra ölçümleri yapılmıştır. Suya doygun ölçümler için ise karotlar vakumsuz içi su ile dolu genişçe bir kabın içerisinde 24 saat bekletilmiş, sonra ölçüm için çıkarılan numunelerin yüzeyleri ölçüm esnasında nemli bir bezle kurutulmuştur. 5

6 Örneklerin hepsi yukarıdaki durumlar için tekrarlı olarak 3-5 'er kez ölçülmüştür. Her örnek üzerindeki bir ölçüm aletin çalışma kuralı gereğince 5 dakikada sürmüş, ölçümler yaklaşık 21 C olan oda sıcaklığında yapılmıştır. Ölçüm sonuçları EK-1 Çizelge E1, E2 ve E3 de verilmektedir. Kayaçların Sonik V p ve V s Hız Ölçümleri Kozlu araştırma kuyularından alınan değişik çaptaki karotlar önce boyları cm olacak şekilde kesilmiştir. Bu kayaç örneklerinde sonik V p ve V s hız ölçüm çalışmaları Pundit portatif sayısal göstergeli ultrasonik alet ve OYO-5217A New Sonic Viewer aletleri kullanılarak tamamlanmıştır. Kuru ölçümler için hava sirkülasyonlu bir etüvde 24 saat 105 C de tutulan örnekler, suya doygun ölçümler için vakumsuz içi su ile dolu genişçe bir kabın içerisinde 24 saat bekletilmiştir. Kuru ve suya doygun her bir kayaç örneğinde V p ve V s hız ölçümleri 3 veya 4 'er kez tekrarlanmıştır. Ölçüm sonuçları EK-1 Çizelge E1, E2 ve E3 de verilmiştir. Gözeneklilik, Kuru ve Suya Doygun Birim Hacim Ağırlığı Ölçümleri Kozlu'dan getirilen karotların ısıl iletim katsayısı ve sonik hız ölçümleri için gerekli olan boyutlarda kesiminden arta kalan ve ağırlıkları g arasında değişen agregalar kullanılarak kayaçların gözeneklilik ve yoğunlukları da tayin edilmiştir. Numuneler 105 C deki havalandırmalı bir etüvde 24 saat kaldıktan sonra ve %1 hassasiyetli bir terazide kuru kütle (M k ) ölçülmüş, daha sonra suya doygun ölçümler için karotlar vakumsuz içi su ile dolu genişçe bir kabın içerisinde 24 saat bekletilmiştir. Suya doygun kütleleri (M sd ) ölçülen numuneler içine batırılacağı suyun darası (SD) ölçüldükten sonra telle bir askıya bağlanarak suyun içerisindeyken sudarası ve batık numune toplam kütleleri (SDM b ) ölçülmüştür. Gözeneklilik, kuru birim hacim ağırlık ve suya doygun birim hacim ağırlık hesaplamalarında kullanılan bağıntılar Hacim V= (SDM b -SD)/ s (2a) Etkin gözenek = ((M sd -M k )/V)*100 (2b) Kuru birim hacim ağırlığı d = M k /V (2c) Suya doygun birim hacim ağr. w = M sd /V (2d) Ağırlıkça su emme sw a = ((M sd -M k )/(V-(M sd -M k )))*100 (2e) Hacimce su emme sw h = ((M sd -M k )/(V-(M k -M sd )))*100 (2f) olup burada s suyun yoğunluğudur (g/cm 3 veya t/m 3 ). Bu grup deney sonuçları da EK-1 Çizelge E1, E2 ve E3 de görülmektedir. 6

7 BULGULAR Literatürden, kayaçların değerlerinin sıcaklığın, basıncın, kayaç yoğunluğunun, gözenekliliğinin, mineral içeriğinin ve içerdiği akışkanın türünün karmaşık bir fonksiyonu olduğunu bilmekteyiz. Isı akısı ve jeoterm hesaplarına dolayısıyla basen analizi yorumlarına direkt olarak giren kayaçların ısıl iletim katsayısı ( değerlerinin çok doğru bir şekilde belirlenmesi gerekmektedir. Bu amaçlarla Zonguldak havzasındaki Karbonifer yaşlı birimler üzerinde Kozlu 'da açılan K20/G, K20/H ve K20/K derin sondaj kuyularından sistematik olarak kayaç örnekleri alınmıştır. Bu örnekler üzerinde yapılan ölçümlerinden, bölgedeki ısı akısı yoğunluğu hesaplanmış ve Zonguldak havzasında yeraltı sıcaklık koşulları belirlenmiştir. Ayrıca kayaçların değerlerinin, kayaçların diğer fiziksel özellikleriyle ilişkileri irdelenmiştir. K20/G Kuyusu K20/G kuyusunda alınan farklı litolojilere sahip kayaçlar üzerinde yapılan ölçümlerinin kuyu boyunca değişimi Şekil 3 'de görülmektedir. Kayaç örneklerinin gözenek yüzdesine bağlı olarak suya doygun w değerleri, kuru d değerlerinden değişik oranlarda büyük çıkmıştır. Kuru örnekler için ortalama d =3.386±0.686 Wm -1 C -1 olup en küçük d =2.16 Wm -1 C -1, en büyük değer ise d =4.54 Wm -1 C -1 dir. Islak örnekler üzerinde yapılan deneylerde ise ortalama w değeri 4.189±0.921 Wm -1 C -1 olup en küçük w =2.275 Wm -1 C -1, en büyük ise =5.5 Wm -1 C -1 ölçülmüştür. Isı akısı hesaplarını doğrudan etkileyen ikinci değişken ise sıcaklık gradyanıdır. Sıcaklık gradyanının doğru olarak belirlenmesi için kuyunun ısıl dengeye gelmesi amacıyla uzun bir süre beklenmelidir. Fakat bu çoğunlukla ekonomik ve kuyu göçmesi gibi sebeplerinden dolayı mümkün olmaz. K20/G Kuyusu 72 saat dinlendikten sonra alınan sıcaklık logu Şekil 3 de görülmektedir. Kuyunun yüzeyden itibaren 100 'ncü metresine kadar soğuma olmakta, daha sonra ise sıcaklığın arttığı ve kuyu dibinde 1542 'nci metrede 31 C 'ye ulaştığı gözlenmektedir. Oldukça düzgün bir değişimin görüldüğü m ler arasındaki sıcaklık gradyanı dt/dz = Cm -1 dir. Uzun dönem ortalama yüzey sıcaklığı ise (z=0 m için uzanım) 9.8 C dir. Eldeki verilerin tür ve sayısına bağlı olarak ısı akısı hesaplamalarının bir kaç yolu vardır. Klasik yöntemle ısı akısı yoğunluğu q =.(dt/dz) (3) bağıntısından hesaplanır. Ölçülen değerler (3) bağıntısında yerine konursa kuru ortam için ısı akısı yoğunluğu q d =46.4 mw.m -2 veya sulu-ıslak yeraltı ortamı için q w =57.4 mw.m -2 elde edilmektedir. 7

8 Şekil 3. (Solda) K20/G kuyusu boyunca alınan karotlarda ölçülen ısıl iletim katsayısı değerleri (kuru örnekler içi boş ve ıslak örnekler içi dolu simgeler ile gösterilmiştir). (Sağda) K20/G kuyusu 72 saat dinlendikten sonra ölçülen sıcaklık logu. Bu kuyudan alınan 18 kayaç örneğinin değerlerini ve temsil ettiği tabaka kalınlıklarını birde tabaka sınırlarındaki sıcaklık değerlerini Bullard (1939) yönteminde yerine koyarak oluşturduğumuz sıcaklık-termal direnç grafiğinin eğiminden ise ısı akısı değeri q=51 mw.m -2 olarak hesaplanmıştır. Elde edilen bu değerler K20/G kuyusu cıvarında ısı akısının 76 mw.m -2 olan dünya ortalamasından (Chapman ve Rybach, 1985) oldukça küçük ve 50 mw.m -2 kadar olduğunu göstermektedir. Kayaçların içinde yayılan elastik dalga hızı, litolojilerine, sıcaklık ve basınç koşullarına, yoğunluğuna, gözenekliliğine, içerdiği akışkan türü ile miktarına ve içerdiği süreksizliklere bağlı olarak değişir. K20/G kuyusunda kuru kayaç örneklerinde ortalama P dalgası hızları V p =3621±654 ms -1 olup 1406 ile 5044 ms -1 değerleri arasında değişmektedir. Suya doygun örnekler üzerinde yapılan deneyler ise genelde gözenek yüzdesinin küçük olması nedeniyle ortalama değerin fazla değişmediğini (V p =3622±823 ms -1 ) göstermiştir. Suya doygun kayaçlarda S dalga hızı ise V s =2287±431 ms -1 (min 1470 ve max 2722 ms -1 ) dir. Suya doygun kayaçlardaki P ve S dalga hızlarının oranı ise 1.721±0.097 olup ölçülen bu değerler kumtaşı esaslı jeolojik formasyonlar için normal, beklenen bir değerdir. 8

9 K20/G kuyusu boyunca kesilen kayaç birimlerin ortalama yoğunlukları kuru ve suya doygun durumlar için sırasıyla d =2.603±0.031 ve w =2.631±0.031 t.m -3 bulunmuştur. Yoğunluk değerleri t.m -3 arasında değişmektedir. 20 örnek üzerindeki bu deneyler ortalama gözenek oranının ise =%2.9(±1.19) olduğunu göstermektedir. Kuyunun üst kesimlerindeki kayaçların gözeneklilik yüzdelerinin genelde küçük olduğu, 1000 'nci metrelerden sonraki birimlerin ise gözeneklilik yüzdelerinin ise büyüdüğü gözlenmektedir (EK-1, Çizelge E1). Şekil 4 de (solda) verilen grafikte kuru veya suya doygun örneklerde ısıl iletim katsayısının artan gözenek oranına bağlı olarak üstel bir azalma gösterdiği izlenmektedir. Bu olay boşluğun (su ile dolu bile olsa) ısıl iletim katsayısının kayacı oluşturan minerallere kıyasla çok düşük olmasıyla açıklanabilir. Şekil 4 (sağda) ise ısıl iletim katsayısının kuru ve suya doygun örneklerde yoğunluğa bağlı değişimi çizilmiştir. Yoğunluk arttıkça -zayıf bir korelasyonla- da küçük bir azalma eğilimi varsa da bu kayaç örneklerinin mineralojik yapısından da ileri gelebilir. Her iki durumda da ortam suya doygunsa, örneklerin ısıl iletim katsayısı biraz daha yüksek ölçülmüştür. değerleri ile V p hızları arasındaki -doğrusala yakın- üstel ilişki Şekil 5 de (solda) çizilmiştir. Oldukça büyük bir saçılma göstermekle birlikte artan sismik dalga hızı ısıl iletim katsayısında da bir artış olacağına işaret etmektedir. Şekil 5 de (sağda) ise K20/G kuyusundan alınan kayaç örneklerinde sismik P dalga hızının, yoğunluğun fonksiyonu olarak değişimi grafiği verilmektedir. Şekil 4. K20/G kuyusunda; (solda) ısıl iletim katsayısı ve gözenek oranı arasındaki ilişki, (sağda) ısıl iletim katsayısının yoğunluğa bağlı değişimi (kuru örnekler içi boş ve suya doygun örnekler içi dolu simgeler ile gösterilmiştir). 9

10 Şekil 5. K20/G kuyusunda; (solda) kuru (içi boş simgeler) ve suya doygun (içi dolu simgeler) kayaç örneklerinde ısıl iletim katsayısı ile sismik P dalga hızı (V p ) arasındaki ilişki, (sağda) sismik P dalga hızının yoğunluğa bağlı değişimi. K20/H Kuyusu K20/H kuyusundan alınan nispeten farklı litolojilere sahip kayaçlar üzerinde yapılan ölçüm sonuçları Şekil 6 'da görülmektedir m den alınan kömür tozu örneğinde çok küçük bir değeri ölçülmüş ise de güvenilir bir değer değildir. Bunun dışında 20 kuru örnek için ortalama ısıl iletim katsayısı d =3.169±0.917 Wm -1 C -1 ve 15 ıslak kayaç örneğinden ortalama w =4.026±0.997 Wm -1 C -1 bulunmuştur. Bu kuyuya ait karotlar üzerinde ölçülen en küçük değeri Wm -1 C -1 ve en büyük değeri ise Wm -1 C -1 dir. Kuru d ile ıslak w değerleri arasındaki farklar gözenek oranı ve içerdiği su miktarına bağlı olup en büyük fark 1500 m den alınan kayaçta gözlenmiştir. Yine aynı şekilde 800 'ncü metreye kadar olan değerleri yaklaşık 3.1 Wm -1 C -1 civarında seyrederken m 'ler arasında 3.9 Wm -1 C -1 civarına yükselmiştir. Bu durum jeolojik formasyonların litolojik yapısındaki farklardan kaynaklanmış olabilir. K20/H kuyusunda sondaj bitiminden 45 saat sonra alınan sıcaklık logu Şekil 7 de görülmektedir. Kuyuda yaklaşık 1600 m casing olup kuyu toplam derinliği 2000 m dir. Kuyunun m leri arasında, kireçtaşı içinde sıcaklık azalmakta ve ancak 250 m den sonra pozitif sıcaklık gradyanı gözlenmektedir. Bu derinliğin altında sıcaklık değişimi m ler arasında (dt/dz)= Cm -1 lik bir ortalama gradyan değeri göstermektedir. Bu gradyana dayanarak uzun dönemdeki yüzey sıcaklığı 12.6 C olup kuyu dibinde (2000 m) 45 C dir. Ölçülen ortalama sıcaklık gradyanı ve değerleri (3) bağıntısında yerine konursa kuru ortam için ısı akısı yoğunluğu q d =49.8 mw.m -2 veya sulu-ıslak yeraltı ortamı için q w =63.2 mw.m -2 elde edilmektedir. Bu değerler, 1000 m kadar uzaklıkta bulunan K20/G kuyusunda hesaplanan ısı akısı değeri ile oldukça uyumludur. 10

11 Kuyu civarından veya kuyuda herhangi bir derinliğinden alınacak az sayıda kayaç örneğinin değerine (K20/H daki örnekler min ile max Wm -1 C -1 arasında değişmektedir) ve sığ derinliklerdeki sıcaklık gradyanına dayanarak hesaplanabilecek q değerlerinin hatalı olabileceği bu iki kuyudaki sistematik ölçümlerden açıkça belli olmaktadır. Dolayısı ile kuyudaki ve yakın çevredeki litolojik bilgiler yanı sıra; kuyudan alınacak kayaç örneğinin sayısının ve temsil ettiği derinliklerin, ısı akısı ve ortam hakkında yapılacak yorumlar açısından önemi çok büyüktür. Yani kuyu veya kuyuyu temsil eden civardaki taze kayaçlardan mümkün olduğu kadar çok kayaç örneği alınarak ve doğal ortam koşulları da dikkate alınarak ölçümleri yapılmalıdır. Ayrıca değerlendirmeye alınacak sıcaklık gradyanı değerlerinin de statik dengeye ulaşmış değerler olması son derece önemlidir. K20/H kuyusundan alınan 28 kayaç örneğinde (kuru) ortalama elastik P dalgası hızı V p,d =3885±1041 ms -1 olup 804 ile 6156 ms -1 değerleri arasında değişmektedir. En küçük kuru V p hızı 541 ve 469 'nci metrelerdeki kömür bantlı kumtaşı ve ince taneli kumtaşıçamurtaşında 805 ve 835 ms -1 olarak ölçülmüştür. değerlerinde olduğu gibi çamurtaşının ve kömürün, kumtaşının sonik hızını düşürdüğü görülmektedir. Islak örnekler üzerinde yapılan deneyler ise ortalama değerin V p,w =4149±683 ms -1 olduğunu göstermiştir (min ve max 5694 m.s -1 ). Suya doygun 7 kayaç örneğinden S dalga hızı ise V s,w =2405±431 ms -1 (min 1655 ve max 3058 ms -1 ) bulunmuştur. Suya doygun kayaçlardaki V p ve V s dalga hızlarının oranı ise 1.709±0.184 olup K20/G kuyusunda olduğu gibi normal ve beklenen bir değerdir. Şekil 6. (Solda) K20/H kuyusu boyunca alınan karotlarda ölçülen ısıl iletim katsayısı değerleri (kuru örnekler içi boş ve ıslak örnekler içi dolu simgeler ile gösterilmiştir) m cıvarındaki çok düşük değeri karot üzerinden alınan kömürtozu örneğinde ölçülmüş, ancak ölçü yöntemi gereği doğruluğu sınanamamıştır. (Sağda) K20/H kuyusu 45 saat dinlendikten sonra alınan sıcaklık logu. 11

12 K20/H kuyusundan alınan 21 kayaç örneğinde ortalama yoğunluklar kuru ve suya doygun durumlar için sırasıyla d =2.647±0.076 ve w =2.675±0.069 t.m -3 bulunmuştur. Yoğunluk değerleri 2.56 ile 2.92 t.m -3 arasında değişmektedir. 18 örnek üzerindeki deneyler bu kuyuda kesilen formasyonların ortalama gözenek oranının =%2.6(±1.31) olduğunu göstermektedir. Şekil 7 de (solda) verilen grafikte kuru veya suya doygun örneklerde ısıl iletim katsayısının artan gözenek oranına bağlı olarak zayıf üstel bir azalma gösterdiği izlenmektedir. Bu olay boşluğun (su ile dolu bile olsa) ısıl iletim katsayısının çok düşük olmasıyla ve kayaç örneklerindeki litolojik farklılıklarla açıklanabilir. Yine Şekil 8 de (sağda) ise ısıl iletim katsayısının kuru ve suya doygun örneklerde yoğunluğa bağlı değişimi çizilmiştir. Yoğunluk arttıkça da bir azalma eğilimi vardır m den alınan 2.92 t.m -3 yoğunluklu kayaç % 0.48 gözenekliliğe sahiptir. Şekil 7. K20/H kuyusunda; (solda) ısıl iletim katsayısı ve gözenek oranı arasındaki ilişki, (sağda) ısıl iletim katsayısının yoğunluğa bağlı değişimi (kuru örnekler içi boş ve suya doygun örnekler içi dolu simgeler ile gösterilmiştir). Şekil 8. K20/H kuyusunda; (sağda) kuru (içi boş simgeler) ve suya doygun (içi dolu simgeler) kayaç örneklerinde ısıl iletim katsayısı ile sismik P dalga hızı (V p ) arasındaki ilişki, (solda) sismik P dalga hızının yoğunluğa bağlı değişimi. 12

13 değerleri ile elastik dalga hızları V p arasındaki -doğrusala yakın- üstel ilişki Şekil 8 da çizilmiştir (solda). Saçılmanın oldukça çok olmasına rağmen artan sismik dalga hızı ısıl iletim katsayısında da bir artış olacağına işaret etmektedir. Şekil 8 de (sağda) ise K20/H kuyusundan alınan kayaç örneklerinde, yoğunluğun artışına bağlı olarak sismik P dalga hızının da artış grafiği görülmektedir. K20/K Kuyusu Aynı bölgede, K20/H kuyusundan 500 m K20/G kuyusundan 1000 m mesafede açılmış olan K20/K kuyusunda sıcaklık logu alınmadığından, ısı akısı değerleri hesaplanamamıştır. K20/K kuyusundan alınan 8 kayaç örneğinden ancak 7 'si üzerinde ölçümleri yapılabilmiştir (Şekil 9). En yüksek kuru değeri 445 m deki kireç taşında Wm -1 C -1 olarak ölçülmüştür m 'ler arasındaki değerleri ( 3 Wm -1 C -1 ) diğerlerine nazaran biraz daha küçüktür. Şekil 9. K20/K kuyusu boyunca alınan karotlarda ölçülen ısıl iletim katsayısı değerleri (kuru örnekler içi boş ve ıslak örnekler içi dolu simgeler ile gösterilmiştir). Kuyu içerisinde kuru V p ve suya doygun V p ve V s hızlarının ortalamaları sırasıyla ms -1, ms -1 ve ms -1 dir. En düşük V p değeri 1459 ms -1 ve en yüksek V p değeri 6011 ms -1 ölçülmüştür. Suya doygun kayaçlardaki V p ve V s dalga hızlarının oranı ise 1.652±0.299 dir. Kuyuda en yüksek gözeneklilik değeri 807 'ncü metrede 2.52 t.m -3 yoğunluğuna sahip orta taneli kumtaşında % 5.57 olarak ölçülmüştür. En düşük gözeneklilik yüzdesi (% 13

14 0.7) ise çamurtaşı-ince taneli kumtaşı örneğinde elde edilmiştir. K20/K kuyusunda ile gözeneklilik arasındaki ilişki Şekil 10 da (solda) görülmektedir. nın gözenek ve nem oranına bağlı olarak nasıl bir değişim gösterdiği çok belirgin değildir. Bu, kuyudan alınan örneklerin farklı litolojide olmasından kaynaklanabilir. K20/K kuyusundan alınan 8 kayaç örneğinde ortalama yoğunluklar kuru ve suya doygun durumlar için sırasıyla d =2.604±0.082 ve w =2.624±0.062 t.m -3 bulunmuştur. Yoğunluk değerleri 2.52 ile 2.76 t.m -3 arasında değişmektedir. Şekil 10 da (sağda) nın yoğunluğa bağlı değişimi çizilmiştir. Az da olsa beklendiği gibi artan yoğunlukla değeri de doğrusala yakın üstel bir artış göstermektedir. Şekil 10. K20/K kuyusunda; (solda) ısıl iletim katsayısı ve gözenek oranı arasındaki ilişki, (sağda) ısıl iletim katsayısının yoğunluğa bağlı değişimi (kuru örnekler içi boş ve suya doygun örnekler içi dolu simgeler ile gösterilmiştir). Şekil 11. K20/K kuyusunda; (solda) kuru (içi boş simgeler) ve suya doygun (içi dolu simgeler) kayaç örneklerinde ısıl iletim katsayısı ile sismik P dalga hızı (V p ) arasındaki ilişki, (sağda) sismik P dalga hızının yoğunluğa bağlı değişimi. 14

15 değerleri ile elastik dalga hızları V p arasındaki ilişki Şekil 11 de (solda) çizilmiştir. Saçılmanın oldukça çok olmasına rağmen artan sismik dalga hızı ısıl iletim katsayısında da bir artışa işaret etmektedir. Şekil 11 de (sağda) ise K20/K kuyusundan alınan kayaç örneklerinde, yoğunluğun artışına bağlı olarak sismik P dalga hızının da arttığı açıkça görülmektedir. SONUÇLAR Kozlu K20/G, H ve K derin kuyularında kesilen kayaçların litolojileri üstte kireçtaşı, altta ise silttaşı, ince, orta ve kaba taneli kumtaşı, konglomera, çamurtaşı, kiltaşı ve kömürden oluşmaktadır. Her üç kuyuda en büyük değerine sahip kayaçların litolojileri genellikle kumtaşı esaslıdır. Kuvars mineralinin ısı iletim katsayısının büyük olması ve kumtaşlarının da yüksek oranda kuvars içermelerinden dolayı en büyük değerleri bunlarda ölçülmüş olmalıdır. Şekil 12 de kesitler üzerinden saptanan %SiO 2 değerine (Oktay, 1996; kişisel görüşme) bağlı olarak ısıl iletim katsayısı ( ) değerleri işaretlenmiştir. Her üç kuyudaki veriler de artan SiO 2 yüzdesinin değerinde de artışa yol açacağına işaret etmektedir. K20/H da ölçülen %92 lik bir örnek dışarıda bırakılırsa bu değişim -çok düşük bir korelasyonla- =2.907exp( %SiO 2 ) bağıntısı ile gösterilebilir. Şekil 12. Kozlu K20/G, K20/H ve K20/K araştırma kuyularında ısıl iletim katsayısı ile kayaç örneğindeki SiO 2 oranı arasındaki ilişki. 15

16 QTM tekniği kullanılarak kuru ve suya doygun kayaç örneklerinin ısıl iletim katsayısı ( ) ölçümleri yapılmıştır. Litolojik fark gözetmeksizin 47 kuru örnek üzerinde yapılan ölçümlerin basit aritmetik ortalaması d = W.m -1 C -1 olup, 41 ıslak örnekdeki deney sonuçları ise ortalama değerin w = W.m -1 C -1 olduğunu göstermektedir. ölçümleri yapılan kayaçların ortalama gözeneklilik oranları =% olup %0.5 ile %6 arasında değişmektedir. Her üç kuyudan da alınan -suya doygun- örneklerin ortalama yoğunluğu ise w = t.m -3 bulunmuştur. Şekil 13 de sismik P dalga hızının kayacın yoğunluğuna bağlı olarak değişimi görülmektedir. Kuru örneklerde ölçülen değerler dikkate alınarak hazırlanan bu grafik bu kuyular civarında V p =1.421 exp(3.011 ) üstel değişiminin geçerli olduğuna işaret etmektedir. Şekil 13. Kozlu K20/G, K20/H ve K20/K araştırma kuyularından alınan -kuruörneklerde sismik P dalga hızının (V p-d ) kayaç yoğunluğuna ( d ) bağlı olarak değişimi. Kozlu kuyularında ölçülen sıcaklık logu kayıtlarından hesaplanan sıcaklık gradyanları ile ortamın kuru veya ıslak olması dikkate alınarak ölçülen değerlerinden K20/G kuyusu için ısı akısı yoğunluğu q d =46.4 mw.m -2 veya q w =57.4 mw.m -2 ve K/20H kuyusunda ise q d =49.8 mw.m -2 veya q w =63.2 mw.m -2 bulunmuştur. Bu değerler dünya ortalamasından daha az olmakla birlikte Karadeniz de ölçülen düşük ısı akısı değerleri ile uyumludur. 16

17 TEŞEKKÜR Bu araştırma yazısı Kozlu-K20/H ve K20/K Araştırma Kuyuları Çok Disiplinli Bir Yaklaşım; TÜBİTAK, YDABÇAG-70 Projesi kapsamında yapılan çalışmalar sonucunda hazırlanmıştır. KAYNAKLAR Bullard, E.C., Heat flow in South Africa. Proc. Roy. Soc., London, Ser.A, 173, Chapman,D.S. ve Rybach,L., Heat flow anomalies and their interpretation. J. of Geodynamics, 4, İlkışık,O.M., Regional heat flow in western Anatolia using silica temperature estimates from thermal springs. Tectonophysics, 244, İlkışık,O.M., Öztürk,S., Şener, Ç., Yenigün, H.M. ve Yalçın, M.N., Thermal properties of the Carboniferous coal-bearing units in the Zonguldak Basin. European Coal Conference 97, İzmir, Abstracts p.25. İlkışık,O.M., Öztürk,S., Vardar,M, Eriş,İ., Özüloğul,A., Şener, Ç., Yenigün, H.M., Kömürlü birimlerin fiziko-mekanik ve fiziko-termal özellikleri. Kozlu K20/H ve K20/K Araştırma Kuyuları Çok Disiplinli Bir Yaklaşım. TÜBİTAK, YDABÇAG-70 (Koordinatör: M.N.Yalçın) Erickson,A.J., The measurement and interpretation of heat flow in the Mediterranean and Black Sea. Ph.D. Thesis, MIT, Massachusetts. Shen,P.Y., Wang,K. ve Beck,A.E., Crustal thermal models along East European geotraverses: inverse solutions. Tectonophysics, 194,

18 EK ler Zonguldak, Kozlu K20/G, K20/H ve K20/K araştırma kuyularından alınan örnekler üzerinde ölçülen fiziko-mekanik ve jeotermik büyüklükler. 18

19 Çizelge E1. Zonguldak, Kozlu K20/G araştırma kuyusundan alınan örnekler üzerinde ölçülen fiziko-mekanik ve jeotermik büyüklükler. z(m) Lito. d nat. w1 w2 d w (%) sw-h sw-a Vp d Vp w Vs w res. Vp/Vs SiO 2 K20-G 40.1 Kçt, Mrn Kong Slt Slt Kong Kong Kmtş-Kömr Kmtş-Kömr

20 Kmtş-Kömr Kmtş Kmtş Kmtş-Kömr Kmtş-Kömr Kmtş Kmtş Çmtş-Kmtş Kong Kong-Kmtş

21 Kmtş Kong Kong

22 Çizelge E2. Zonguldak, Kozlu K20/H araştırma kuyusundan alınan örnekler üzerinde ölçülen fiziko-mekanik ve jeotermik büyüklükler. z(m) d nat. w1 w2 d w (%) sw-h sw-a Vp d Vp w Vs w res Vp/Vs SiO 2 K20-H Kçt Kmtş Kmtş.,Kiltş Kmtş.Çmtş " " Kmtş.Kong " " Köm., Kiltş Köm.,Çmtş Köm.,Kmtş Kong,Kmtş

23 Kong.Kmtş Köm.Çmtş Köm.Kmtş Kmtş Kmtş Kmtş.Kong Kmtş Kmtş Kong.Kmtş Kmtş Çmtş

24 Çizelge E3. Zonguldak, Kozlu K20/K araştırma kuyusundan alınan örnekler üzerinde ölçülen fiziko-mekanik ve jeotermik büyüklükler. z(m) d nat. ıslak w d w (%) sw-h sw-a Vp d Vp w Vs w res. Vp/Vs SiO 2 K20-K Kmtş Kçt Kmtş Kmtş Köm.Kmtş Kmtş Çmtş.Kmtş