PETROL JEOLOJİSİ. Petrol jeolojisini öğretmeye nereden başlamak gerektiği zordur. Çünkü bu kurun kapsamında tam jeoloji disiplinleri yer alır.

Transkript

1 PETROL JEOLOJİSİ GİRİŞ Petrol jeolojisi disiplini petrol ve gaz aramasında ve keşfinde çok büyük öneme sahip jeoloji disiplinlerini de içermektedir. Bu jeolojik disiplinler ileri düzeyde jeofizik teknikleri ile basen modelleme çalışmalarıdır. Petrol jeolojisi kapsamında sürdürülen arama, keşif ve bulunan petrolü çıkarma evrelerinde kullanılan yöntem ve teknolojiler bugün çok gelişmiş haldedir. Bununla birlikte farklı sedimanter kayaçların ve onların farklı özelliklerinin (petrografik, petrofiziksel) belirlenmesinde jeolojik süreçleri anlamak ve temel jeoloji bilgilerini başarılı bir şekilde uygulamak gerekir. Petrol jeolojisini öğretmeye nereden başlamak gerektiği zordur. Çünkü bu kurun kapsamında tam jeoloji disiplinleri yer alır. Petrol ve gaz oluşumları sedimanter kayaçlar içerisinde bulunduğundan sedimanter jeoloji, petrol jeolojisinin ana dallarından biridir. Sedimanter modellemeler sedimanter havzalardaki farklı fasiyeslerdeki birimlerin ayrılmasına yarar. Bu modelleme yöntemleri petrol jeolojisinin ana elamanları olan organik maddece zengin kaynak kayaç; geçirgen ve gözenekli hazne kayaç, örtü görevi gören geçirimsiz örtü kayaç litolojilerinin dağılımının ve geometrisinin belirlenmesine yarar. Biyostratisrafik Korelasyon Arama kuyularında geçilen tabakaların hangi seviyelere ait olduğunu belirlemek amacıyla mikropaleontoloji ile tayinler yapılır ve o tabakalar yaşlandırılır. Bu aşamada bu tür korelasyonlar çok önemlidir. Makrofosillerin kullanılmasıyla yapılabilecek yaş tayinleri sondaj sırasında gelen küçük kırıntı örneklerinde gözlenmeyebilir. Bu durumda mikropaleontoloji problemi çözmede yardımcı olur. Sedimanter Ortamlar (Sedimanter Fasiyesler) Sedimanter fasiyes çalışmaları sonunda hedef alınan rezervuar kayaçların birincil çökelme koşulları ortaya konur. Belirlenen bu koşullar ışığında diyajenez ve gömülmeye bağlı olarak gelişen ikincil değişimler ortaya konur. Diyajenetik Süreçler Diyajenez süreçleri kumtaşı ve kireçtaşı türü rezervuar kayaçların gözeneklilik, geçirgenlik ve hız gibi diğer fiziksel özelliklerinin incelenmesini sağlar. Diyajenez esnasında gelişen kimyasal süreçler, mineral reaksiyonları açısından önemlidir. Organik Jeokimya Bu bilim dalı sedimanlar içerisindeki organik maddenin hidrokarbonlara dönüşüm kabiliyetini inceler. Tektonik ve Yapısal Jeoloji Bu disiplin bir basenin oluşumu esnasında meydana gelen çökme, kıvrımlanma ve yükselme hareketleri ile bunlardan sorumlu plaka tektoniği ilkelerinin belirlenmesine yarar. Özellikle hidrokarbonların göçü esnasında o basende gelişmiş kıvrım ve fayların oluşum zamanlarının saptanması bu bilim dalının yardımıyla olur. A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları Sayfa 1

2 Sismik Yöntemler Sekanstratigrafi çalışmalarında ve çökelme ortamlarında gelişen özellikle sedimantasyona bağlı süreksizliklerin ve varsa hidrokarbonların tespitinde bu disiplinden yararlanılır. Jeofiziksel Ölçümler (Gravimetrik Yöntemler, Rezistivite Ölçümleri) Çalışılan litolojilerin gravimetre, manyotometri ve elektromanyetik metotlar kullanılarak litolojilerin ayrılmasını sağlarlar. Jeolojik Haritalama Kuyu Logları Değerlendirmeleri BİRİNCİL ENERJİ KAYNAKLARI I FOSİL YAKITLAR Geleneksel Olanlar -Ham Petrol -Doğalgaz -Kömür Geleneksel Olmayanlar*** -Ağır Petroller -Tar kumları -Petrollü şeyller (Oil shale) -Doğalgaz II NÜKLEER ENERJİ -Uranyum -Toryum (Bu santraller henüz çalışmıyor) III YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI -Güneş -Rüzgâr -Jeotermal Enerji -Hidroelektrik Güneş enerjisinden gelen enerji ise bunun sadece 40 ı jeolojik olarak aktarılıyor. Bu 40 ın da binde biri fosil yakıtlar olarak kullanılıyor. Bazı örnekler verecek olursak yeryüzüne vurup kaçan güneş enerjisi kadardır. Bu kullanılmayan enerji kullanılmalıdır. Petrolle beraber her türlü sınıfta yaşamış, aynı süreçlerden geçmiş doğalgaza geleneksel doğalgaz denir. Geleneksel olmayan doğalgaz ise altere kayaçlardan elde edilmiş olup bozunma söz konusudur. Hidrokarbonların Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri Bu bölümde hidrokarbonların fiziksel ve kimyasal özellikleri incelenecektir. Bu özellikler aşağıdaki faktörlerden etkilenir. 1) Hidrokarbonların oluştuğu orijinal organik maddenin doğası 2) Hidrokarbonların jeolojik tarihçesi 3) Alterasyon süreçleri Fiziksel ve kimyasal özellikler hidrokarbonların nasıl hareket ettiğini ve kapanlanmalarını etkiler. Rezervuar ve üretim mühendisliğinde bir bölgede seçilecek üretim metotları o rezervuar içerisinde var olduğu bilinen hidrokarbonların fiziksel ve kimyasal özelliklerine bağlıdır. A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları Sayfa 2

3 I HİDROKARBON OLMAYAN GAZLARIN ÖZELLİKLERİ Petrol endüstrisinde doğalgaz genellikle değişen miktarlarda hidrokarbon olmayan gazları da içeren, yeraltında bulunan hidrokarbon gazlar olarak tanımlanır. 2 önemli hidrokarbon olmayan gaz vardır. Bunlar CO 2 ve H 2 S gazlarıdır. Bu iki gaz türü hem inorganik hem de organik yolla oluşabilirler. Bu iki gazın inorganik yolla oluşma süreci, volkanik ve/veya jeotermal süreçler sonunda olur. Organik oluşum ise birkaç şekildedir. Birinci yol, yeraltı suyu basması, bakteriyel bozunma ve/veya organik maddenin oksidasyonu sonucu oluşum. Diğer önemli yol ise, gömülme sonrası ortam basınç ve sıcaklık etkisi ile organik madde içerisindeki hafif bileşenlerin açığa çıkması sonucu oluşan CO 2 ve H 2 S gazları. (Kesin olarak CO 2 çıkar ve bazen organik madde bileşimine göre H 2 S de çıkabilir.) İkinci önemli hidrokarbon olmayan gaz, H 2 S, tıpkı CO 2 gibi birkaç yolla organik olarak oluşabilir. Birinci yol, sülfat indirgeyen bakteriler (deniz suyunda bulunan metal sülfatların üzerindeki bu ortamda karbon bileşenleri de vardır) çalışarak sonuçta CO 2, H 2 S ve metal karbonatları açığa çıkarır. FeSO 4 + 2C + H 2 O FeCO 3 + CO 2 + H 2 S } İNDİRGEN Bu sürecin oluştuğu ortamlar, oksijence fakir, brakish veya durgun su ortamlardır (Karadeniz). İkinci yol, H 2 S ce zengin gazlar genellikle evaporitlerin bol bulunduğu hidrokarbon bölgelerinde oluşur. Yaygın evaporit minerali bir CaSO 4 içerikli anhidrittir. Eğer ortamda organik madde var ise anhidrit organik madde ile reaksiyona girer. Bu reaksiyon sonucunda CaCO 3 ile birlikte H 2 S ve CO 2 gazları açığa çıkar. 2CH 2 O + CaSO 4 CaCO 3 + H 2 S + CO 2 + H 2 O Üçüncü yol, H 2 S (hidrojen sülfür) gazı yüksek oranda sülfür içeren ham petrolün ısısal olgunluğu esnasında da oluşabilir. İNERT HİDROKARBON GAZLAR Bunlar He, Ne, Ar, Kr, Xn ve NO 3 türü gazlarda yaygın olarak gözlenen inaktif gazlardır. Bunların içinden NO 3 karmaşık hidrokarbon gazlar bünyesinde sıklıkla yer almaktadır. Yeraltındaki hidrokarbonlar içerisinde bulunan inert gazlar da genellikle organik kökenlidir. II HİDROKARBON GAZLAR *** Oluşumlarına göre hidrokarbon gazlar; -Serbest Gaz -Çözülü Gaz -Birleşik Gaz olmak üzere 3 e ayrılır. Serbest Gaz: Bir hidrokarbon gaz olup, rezervuarda gaz halindedir. Üretim esnasında da gaz halindedir. Çözülü Gaz: Rezervuardaki ham petrol içerisindeki çözülü haldeki gazdır. Birleşik Gaz: Bir doğalgaz olup rezervuar içerisinde petrol-gaz dokanağının üzerinde örtü kayaç arasında yer alan gazdır. A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları Sayfa 3

4 Doğalgazlar aynı zamanda hidrokarbon bileşimine göre de sınıflandırılabilir. -Kuru Gaz -Islak Gaz -Marsh/Bataklık Gazı Kuru Gaz: Tümüyle metandan oluşmakta olup pek çok doğalgaz içerisindeki yaygın ve en hafif gaz türüdür. Islak Gaz: Metana ilave olarak etan, propan ve bütan gibi daha ağır hidrokarbon bileşenleri içeren gaz türüdür. Doğal hidrokarbon gazların önemli bir çoğunluğu organik maddenin dönüşümü sonucu oluşurlar. Bir örnek marsh gazı olup organik maddenin bakteri etkisi altında bozunmasıyla açığa çıkan yani biyojenik yolla oluşan gazdır. Marsh gazı yüzeyde veya yüzeye yakın bölgelerde oluşur. Metan (CH 4 ), hidrokarbon moleküler yapılarının serisinin ilk üyesidir. HC moleküler yapılar parafinler diye adlandırılır. Parafin serisinin genel formülü: C n H 2n+2 Bu serinin diğer üyeleri, etan, propan, bütan ve bazen pentan şeklindedir. Metandan farklı olarak parafin serisinin bu gaz halindeki daha ağır üyeleri biyojenik olarak oluşmazlar. Bu daha ağır üyeler organik maddenin başlıca ısısal parçalanması sonucu oluşurlar. Eğer bir kuyu civarında bir gaz dedektör vasıtası ile yüzeyde etan, propan, bütan varlığına rastlanırsa bunun anlamı HC içeren bir rezervuar veya kaynak kayaca çok yakın olduğunu gösterir. III SIVILAŞTIRILMIŞ GAZLAR Rezervuarda gaz galinde bulunan bazı HC lar yüzeyde sıvı haline; rezervuarda sıvı halinde bulunan bazı HC lar da yüzeyde gaz haline dönüşebilir. Bunun nedeni sıcaklık ve basınç değişikliğidir. Bunlar NGL (Natural Gas Liquids), LPG (Liquified Petroleum Gas) ve LNG (Liquified Natural Gas) dir. NGL: Doğalgaz olarak üretilip sıvılaştırılan gaz türleridir. LPG: Daha ağır HC gazlar olup genellikle propan ve bütanın basınç altında sıkıştırılarak sıvılaştırılması ile elde edilir. LNG: Bir doğalgazdır. Yaygın şekilde metandır. Ancak depolanma ve taşımada kolaylık olması için sıkıştırılarak sıvılaştırılmış gazdır. HAM PETROLÜN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ *** Ham petrol HC ların doğal bir karışımı olarak tarif edilir. Hem yeraltında hem de üretildiğinde sıvıdır. 1) Görünüm olarak petrolün rengi saman sarısı, yeşil, kahverengi ve koyu kahverengiden siyaha kadar değişir. 2) Ham petrolün viskozitesi değişkendir. Yüzeyde yeraltında ısıtıldığından daha fazla viskoz olmaya eğilimlidir. Viskozite aynı zamanda ham petrolün yoğunluğu ile lineer olarak artar. 3) Petrolün yoğunluğu ºAPI (American Petroleum Institute) denen gravite birimi ile açıklanır. ºAPI yoğunluk ile ters orantılıdır. Bu şu demektir, 40 ºAPI derecesine sahip bir ham petrolün yoğunluğu yaklaşık 0,83 kg/m 3 tür. Ağır petroller (yüksek yoğunluklu) düşük API derecelerine sahiptir. A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları Sayfa 4

5 Boumaº = IFP (Institute of French Petroleum) 4) Ham petrol bazen yeraltı rezervuarlarında sıvı halde bulunmasına rağmen yüzeyde sıvı fazda üretilemeyebilir. Hafif, temiz ve yüksek ºAPI gravitesine sahip bu ürün kondanseyt diye adlandırılır. Kondanseyt, sıklıkla doğalgaz üretiminde kullanılır. HAM PETROLÜN KİMYASAL ÖZELLİKLERİ Temel kimya açısından bakıldığında ham petrol büyük ölçüde hidrojen ve karbondan çok az olarak da O, S ve N tan oluşmaktadır. Ham petrolün bileşiminde ayrıca alışılmadık oranlarda V, Ni, U ve Mo türü metaller yer almaktadır. Ham petrol içerisinde yaygın olarak 4 temel grup bileşik bulunur. Bunlar: -Parafinler -Naftenler -Aromatikler -Resinler ve asfaltenlerdir. Resinler ve asfaltenler saf HC olmayıp bileşimlerinde H ve C dışında da elementleri içerirler. Parafinler, naftenler ve aromatikler saf hidrokarbonlardır. Bu HC lardan parafinler ve naftenler tümüyle doymuş HC lara karşılık gelmektedir. Doymuşluk ve doymamışlık tanımı, C-H içeriğine göredir. Bu açıdan aromatikler doymamış hidrokarbonlardır. *** Doymuş Etan Doymamış Etilen Bir parafin molekülü olan etan 2 C ve 6 H atomuna sahiptir. Doymamış etilen de etan gibi 2 C atomuna sahip fakat bunlara bağlı 4 H atomu vardır. PARAFİNLER Çoğunlukla alkanlar diye de adlandırılır ve genel formülleri C n H 2n+2 şeklindedir. Diğer deyişle serinin daha ağır molekülleri bileşime 1 C ve 2 H atomunun eklenmesiyle elde edilmektedir. Parafin serisinin en basit ve hafif molekülü, formülü CH 4 olan gaz halindeki metandır. 5C dan daha az C atomu içeren parafinler {etan (C 2 H 6 ), propan (C 3 H 8 ), bütan(c 4 H 10 )} normal sıcaklık (T) ve basınç (P) altında gaz halindedirler. Basitlik olsun diye parafinlerin bu ilk 4 molekülü C 1-4 serisi diye adlandırılır. C 5-15 olan seri normal T ve P koşullarında sıvı haldedir. Eğer C serisi > C 15 ise bu parafinler aşırı viskozdurlar. Bunlar için balmumu A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları Sayfa 5

6 anlamına gelen (Waxe) tanımı kullanılır. Pratikte parafin serisinin C 40 ve ötesi molekülleri içerdiği bilinir. 2 tip parafin serisi vardır: Normal/Düz Zincirli Moleküller Dallı Zincirli Moleküllerdir. Dallı zincirli moleküller, izoparafinler diye de adlandırılır. Düz zincirli parafin molekülleri, dallı zincirli parafin moleküllerinden daha yaygındır. Kimyasal olarak aynı olmalarına rağmen 2 serinin farklı yapısal formları ham petrolün fiziksel özelliğini etkiler. Örneğin, düz zincirli normal parafinler, dallı zincirli izoparafinlere nazaran daha yüksek kaynama noktasına sahiptir. Düz Zincirli Pentan Dallı Zincirli İzopan (Tri metil bütan) NAFTENLER Ham petrolde bulunan HC ların ikinci önemli grubudur. Naftenler bazen sikloalkanlar diye de adlandırılır. Bunlar da doymuş HC lardır. Fakat naftenler kapalı yüzük molekülleri yapısı şeklindedir. Genel formülleri C n H 2n şeklindedir. Ring yapıları içerisindeki naftenler en az 3 karbonludan başlayıp 30 dan fazla karbonlu moleküler halinde olabilirler. Bununla birlikte siklopentan (C 5 H 10 ) 5 C atomlu yüzük yapısına sahiptir. Siklohekzan (C 6 H 12 ) 6 C atomuna sahip yüzük yapısı gösterir. Bu ikisi ham petrolde çok yaygın bulunan 2 naften grubu bileşiğidir. Siklohekzan Siklopentan Parafinler ve naftenler çoğu ham petrol bileşiğinin %60 ını oluşturur. Bir ham petrolde parafinler ve naftenler yaklaşık eşit oranlarda bulunurlar. Naftenler AROMATİKLER Ham petrol içerisinde bulunan 3 ana bileşen aromatiklerdir. Parafinler ve naftenlerden farklı olarak aromatikler H içeriklerine göre doymamıştırlar. Aromatiklerin yapıları 6 karbonlu benzen yüzüğü diye A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları Sayfa 6

7 adlandırılan bir yüzük yapısı şeklindedir. Aromatik grubunu en basit üyesi C 6 H 6 formülündeki benzendir. Benzen Toluen Etil Benzen Aromatikler normal T ve P koşullarında sıvı haldedirler. Hafif petrollerde düşük miktarlarda yer alırken API gravite değeri azalan daha ağır ham petrolün içerisinde daha çok bulunurlar. Ağır petrollerde aromatiklerin bulunma oranı bazen %30 u aşmaktadır. RESİNLER VE ASFALTENLER Resinler ve asfaltenler karmaşık bileşenlerdir. Bunların yapılarında önemli oranda azot (N), kükürt (S) ve oksijen (O) yer almaktadır. Resinler ve asfaltenlerden oluşan hidrokarbonlar saf HC lar değildir. N, S, O bileşenlerinin moleküler ağırlıkları çok yüksek olduğundan yapılarında bulundukları ham petroller ağır ham petrollerdir. Aromatik türü ham petrollerde genellikle resinler ve asfaltenler %25-60 oranında yer alabilirler. Bu 4 gruba ek olarak ham petrollerin bünyesinde aynı zamanda N, S, O nun farklı formları da yer almaktadır. S, ham petrol bünyesinde bol bulunan 3. elementtir. Yani C ve H den sonra gelir. C ve H ham petrol bünyesinde geniş oranda bulunmasına rağmen ağırlıkça miktarı %0,65 tir. Ham petrol içerisinde bulunan S ya serbest kükürt ya H 2 S (hidrojen sülfit) ya da çeşitli organik sülfür bileşikleri içinde yer alır. Ham petrol içerisindeki S oranı < %1 ise düşük kükürtlü ham petroller; eğer > %1 ise yüksek kükürtlü ham petroller diye adlandırılır. Pek çok ham petrol bileşiğinde ortalama oksijen ağırlığı yaklaşık %0,5 civarındadır. Bu oksijenin kökeni organik madde içindeki organik asitler ve alkol grubu bileşenlerdir. Organik asitler çoğunlukla genç, olgunlaşmamış ham petrol içerisinde yer alır. Bu asitlerin varlığı o ham petrolü oluşturan organik maddenin kökeni hakkında ipuçları verir. Ham petrol bünyesinde aynı zamanda çok düşük miktarlarda organometalik bileşikler de içerir. Bunların en yaygınları Ni, V, U, Mo, Co, Hg metalik bileşikleridir. Bulunma miktarları 1 ppm den küçük fakat bazen 1200 ppm e kadar yaklaşan miktarlardadır. HİDROKARBONLARIN OLUŞUMU I ORGANİK MADDENİN OLUŞUMU VE KORUNUMU 19 YY da petrolün oluşumu ile ilgili geniş kabul gören teori onun magmatik kökenli olduğuna dairdir ve bu şekilde oluşan petrol yeraltı fayları aracılığı ile büyük derinliklerde uzun yanal yollar kat etmiştir. Bu teori bugün bile hala taraftar bulmaktadır. Günümüzde kabul edilen görüş petrolün oluştuğu orijinal kaynak maddenin yani organik maddenin yer yüzeyinde bulunduğudur. A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları Sayfa 7

8 Petrol oluşum süreci fotosentez ile başlar. Fotosentez bitkilerin güneş ışığı etkisi ile bünyelerindeki CO 2 ve H 2 O yu glikoz, su ve oksijene dönüştürme işlemidir. Fotosentez karbon döngüsünün en geniş kısmıdır. Fotosentez sonucu oluşan organik maddenin önemli bir kısmı CO 2 olarak atmosfere geri döner. Bu dönüşümün en temel yolu terlemedir. Ayrıca oksitlenme ve bakteriyel bozunma yoluyla da CO 2 atmosfere salınır. Ancak karbon çevrimi %100 böyle değildir. OM (organik madde) nin küçük bir kısmı, yaklaşık binde biri bu çevrimden kaçar. Sedimanlarla taşınarak gömülür. Jeolojik zaman boyunca gömülen bu organik maddenin çok az bir kısmı da fosil yakıtlara dönüşür. Bu nihai (en son) dönüşen organik madde miktarı yaklaşık tondur. OM nin sedimanlar içerisinde yer alması denizel bitkiler, denizel hayvanlar veya karasal bitkiler yolu ile olur. Organik madde çoğunlukla ince taneli şeyl ve kireç çamuru (mikrit) türü litolojiler içerisinde yer alır. Bu litolojiler düşük enerjili ortamlarda çökelirler. Bu ortamlar: okyanuslar, göller, lagün ortamları ve kömür bataklık ortamlarıdır. A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları Sayfa 8

9 Bütün şeyller yeterince OM içermeyebilir ve dolayısıyla iyi kaynak kaya olamazlar. OM ce zengin şeyller organik madde üretiminin yüksek oranda olduğu ve korunumun da yüksek olduğu bölgelerde depolanır. Okyanus-denizlerdeki OM lerin tümü fotosentez sonucu türemiştir. Ana türeticiler mikroskobik ölçekte yüzen bitkiler olarak bilinen planktonlardır. Bu planktonlar: diatomlar, dinofilogellatlar, algler (mavi-yeşil). Bir ölü plankton bünyesinde %45-55 Karbon %4,5-9 Azot %0,6-3,3 Fosfor %25 e kadar silis ve karbonat bulunur. Diatomlar amorf silikadan oluşmuş kabuklardır. Diatomlar daha yüksek enlemlerde bulunan brakish ve tatlı sularda bol olarak bulunurlar. Mavi-yeşil algler (cyanobacteria) sığ su alanların tabanlarında yaşar. Organik üretimliliği etkileyen ikinci önemli faktör, fotik zonda N ve P gibi besin maddelerinin bolluğudur. Fosfat ve nitratlar organik maddenin parçalanmasıyla açığa çıkarlar ve bitki ve hayvanların büyümesinde önemli rol oynarlar. Fitoplanktonlar için O 2 o kadar önemli olmamasına rağmen, besin zincirinde yer alan diğer hayvanlar için önemlidir. Planktonlar su yüzeyinde, yaptıkları fotosentez sonucu açığa çıkan O 2 nedeniyle yüzeye yakın sularda erimiş halde O 2 zenginliği sağlarlar. Organik maddeyi parçalayan bakteriler, sediman yüzeyinin cm üstünde hem aerobik hem de anaerobik türden olabilir. Çabuk depolanma koşullarında bakteriler çok kısa sürede faaliyet gösterebilirler ki bu durumda OM nin parçalanması tamamlanmaz. OM nin korunması sırasında O 2 ce zengin, O 2 ce fakir suların bir tabakalanma göstermesi de önemlidir. Bu olay başlıca bazı göllerde, lagünlerde ve sığ sınırlı denizel alanlarda olur. Bu tabakalanmayı oluşturan bir faktör de ortamda bulunan tuzlu su kütlesi ile ortama gelen tatlı su girişinin oluşturduğu tabakalanmadır. Kıtasal ortamlardaysa karasal bitkilerin parçalanmasında etkin eleman aerobik bakterilerdir. Bitki ölür ölmez mantar bakterileri devreye girer. Bunu takiben daha sonra diğer bakteriler devreye girer. Karasal OM nin önemli bir kısmı tabakalı göller veya anaerobik kömür bataklıklarında oluşur. II ORGANİK MADDENİN DİYAJENEZİ Organik maddenin hidrokarbonlara dönüşümü 3 önemli evrede gerçekleşir: Diyajenez, Katajenez ve Metajenez. Organik maddenin diyajenez süreci sediman gömülür gömülmez başlar. Bu bölümde diyajenez organik maddenin petrole dönüşümü esnasında geçirdiği bütün değişiklikleri içeren bir evre olarak tanımlanmıştır. Henüz depolanmış çamurlar, yeteri kadar sıkışmamış ve bünyelerinin %80 i su ile doludur. Bu çamurlar ilk 500 metre gömülmenin sonunda çabuk gömülmenin etkisi ile de gözenekliliğini büyük ölçüde kaybeder. Bu aşamadan sonra çamur taşlarının veya şeyllerin sıkışma sonucu oluşumları ve bu kayaç türlerinin fiziksel değişimi daha yavaş devam eder. Şeyller içerisinde bulunan organik madde de bazı değişikliklere uğrar. Bu değişikliklerin ilk-başlangıç noktasında bitki ve hayvan atıklarından itibaren biyolojik olarak sentezlenmiş 4 temel organik grup-biyopolimerler oluşur. Bu biyopolimerler: ligninler, karbonhidratlar, proteinler ve yağlardır. *** A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları Sayfa 9

10 Karbonhidratlar hem bitki hem de hayvanların bünyesinde glikoz gibi basit şeker molekülü veya onların karmaşık polimerleri yani selüloz, nişasta ve kitin şeklinde bulunur. Proteinler büyük ölçüde hayvanların bileşiminde, çok az oranda bitkilerin bileşiminde bulunurlar. Lignin maddesi yüksek moleküler ağırlığa sahip, aromatik karbon yüzüklerini oluşturur ve sadece daha yüksek kara bitkilerinde bulunur. Lipitler/Yağlar hem bitki hem hayvan bileşiminde bulunurlar. Bu 4 grup çözünemeyen maddeler olup sıvı hidrokarbonların oluştuğu temel kaynak malzemedirler. Şekil: Tüm olgunlaşma çevrimi esnasında oluşan gaz ve sıvı hidrokarbonların hacimsel ve bağıl miktarları. Diyajenez evresinde oluşan tek hidrokarbon türü biyojenik metan olup anaerobik parçalanma ile açığa çıkmıştır. Organik maddenin diyajenezi esnasındaki en son ürün kerojendir. Tanım olarak kerojen, sedimanter kayaçlar içerisinde bulunan ve organik çözücülerle çözünmeyen organik madde şeklinde tanımlanır. Kerojen moleküllerinin çözünmezliğinin nedeni onların geniş moleküler boyutlarıdır. Aynı kimyasal formüle sahip olmasına rağmen yapısal olarak küçük boyut ve organik çözücülerde çözünen kerojenden farklı organik madde türü ise bitümendir. Mikroskop altında kerojen saçılmış organik parçalar şeklinde gözlenir. Bu malzemenin bir kısmı yapılıdır. Bu yapılara dikkatli bakıldığında parçaların bitki yapısı parçaları, spor, alg, polen ve diğer tanınabilir biyolojik yapılar olduğu görülebilir. Bitkilerden türemiş yapılı parçalar, kömür jeolojisinde de öğrenildiği gibi, maseral diye adlandırılır. Kerojen bünyesindeki maseraller kayaç içerisindeki minerallere karşılık gelir. 3 temel grup maseral önemlidir: Vitrinit, Exinit/Liptinit ve Inertinit. Kerojen içerisinde yer alan maserallerden farklı diğer organik bileşenler, amorf maddeler diye adlandırılır. Amorf organik parçalar gerçek maseraller değildir. Fakat maserallerin alterasyonu sonucu oluşmuşlardır. Bazen amorf organik madde için, bir maseral adlandırmasını andıran amorfinit terimi de kullanılır. Amorf parçalar kerojen içerisindeki en kolay parçalanan malzemedir. Bunlar kimyasal yolla daha kolay parçalanarak daha düşük sıcaklıklarda petrol oluştururlar. A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları Sayfa 10

11 HİDROKARBONLAR VE KEROJEN TİPLERİ Kerojen içerisindeki maseraller ve amorf maddeler, o kerojen hidrokarbon oluşturma kapasitesini etkiler. Petrol oluşturmaya meyilli kerojenler genellikle bileşimlerinde %65 ten fazla exinit ve amorf parçaları bulundurur. *** Amorf + Exinit İnertinit Şekil: Yansıtmalı mikroskop analizinde kerojenden itibaren oluşan hidrokarbon türleri. %35-65 arasında amorf organik madde ve eksinit içeren kerojenlerden çoğunlukla ıslak gaz ve kondanseyt türer. Vitrinit oranı %35 e kadar düşen amorf organik madde ve eksinit miktarı da %35 ve altında olan kerojenlerden itibaren türeyen hidrokarbon tipi kuru gazdır. Eğer kerojenin yapısında %65 ten fazla inertinit maserali ve çok az oranda diğer maseral türleri var ise oluşan hidrokarbon tipi yoktur. Verimsiz anlamına gelen barren terimi kullanılır. Petrol oluşturan kerojenler 2 gruptur: Vitrinit *** Tip I Kerojen (Algel Kerojen): Alg türü organik maddece zengin (ekzenit) hem gölsel hem de denizel ortamlarda oluşabilir. Tip I Kerojen başlıca lipitlerden oluşmuştur ve ham petrol türevidir. Bu ham petrol doymuş hidrokarbonlarca zengindir. *** Tip II Kerojen: Bu kerojen türü karışık denizel kaynaklardan oluşmuştur. Yapısındaki bileşenlerin önemli bir kısmı fitoplankton, zooplankton ve bazı yüksek hayvanların parçalanması ile oluşan amorf malzemeleri içerir. Bu kerojen tipinin kimyasal yapısı tip I ve tip III kerojenin arasındadır. Bu tür kerojenler daha çok neftonik ve aromatikçe zengin ham petrolleri oluştururlar. Tip II kerojen, tip I den biraz fazla gaz da oluşturabilir. *** Tip III Kerojen (Kömürsü Kerojen): Vitrinit maseralince zengindir. Petrol oluşturma kapasitesi çok düşüktür. Bu kerojen tipi çoğunlukla kuru gaz oluşturur. Tip III kerojenden oluşmuş bir ham petrol analiz edildiğinde bu ham petrolün tip III kerojenin bünyesinde bulunan eksinit ve amorf parçalarından itibaren türemiş parafinik petrol olduğu görülür. Ender bulunsa da dördüncü bir kerojen tipi de vardır. *** Tip IV Kerojen: İntertinit maseralince zengindir. Hidrokarbon oluşturma ihtimali yok ya da çok düşüktür. A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları Sayfa 11

12 Sedimanter kayaçlar çoğunlukla kerojen tiplerini karışık halde içerirler. Petrollü şeyller başlıca Tip I/Algel kerojeni içerir. Kömürler ve bazı kıyıya yakın ortamlarda çökelmiş (deltalar) kırıntılı kaynak kayaçlar başlıca Tip III/Kömürsü kerojeni içerir. Benzer şekilde kömür çökelleri önemli doğalgaz birikimlerini doğrudan oluşturabilirler. Buna örnek, Kuzey Denizi ndeki Karbonifer yaşlı kömürlerdir. Çoğu denizel kaynak kayaçlar hem Tip I/Algel hem de Tip II/Karışık denizel kerojeni içerirler. Ancak bu kayaçlarda Tip II kerojen daha fazladır. Örneğin, İran daki mükemmel kaynak kayaçlar Tip I kerojeni içerirlerken, Kuzey Afrika Sahra Bölgesi ndeki Paleozoik yaşlı kaynak kayaçlar daha çok Tip II kerojeni içerirler. Her kerojen ısıtıldığında organik maddenin evriminin ikinci dönemi olan katajenez evresine geçilir. Bu evrede ham petrol ve doğalgaz oluşmaktadır. Petrol ve gaz molekülleri yüksek hidrojen/karbon (H/C) oranına sahip olduklarında yüksek orandaki petrol oluşumu geride daha az kalıntı karbon kalmasına sebep olur. Organik maddenin ısıtılma sırasındaki son evresi metajenezdir. Metajenez esnasında kerojenden itibaren doğrudan petrol ve gaz oluşumu gerçekleşmez. Buna rağmen kabul edilebilir miktarda metan oluşumu, ortamda daha önce oluşmuş ham petrolün termal parçalanması sonucu oluşabilmektedir. Bu evrede tümüyle karbondan oluşmuş grafit oluşumu da gerçekleşebilir. Kerojen kayaç içerisinde yer alan okside olmamış mineral asitlerde, sıvı algleninlerde ve organik çözücülerde çözünmeyen organik maddeyi tanımlamak için kullanılmıştır. Ayrıca aşağıdaki 5 başlık altında da kerojen tanımı yapılmaktadır. *** 1) Toplam sedimanter organik madde 2) Kayaç içerisindeki çözünmeyen organik madde 3) Sıcak mineral asitlerle çözünmeyen sedimanter organik madde 4) Alkalilerde ve organik çözücülerle çözünmeyen sedimanter organik madde 5) Geleneksel organik çözücülerle çözünmeyen sedimanter organik madde DERİNLİK, SICAKLIK VE ZAMANIN PETROL/HİDROKARBONLARIN OLUŞUMUNDAKİ ÖNEMİ Hidrokarbonların oluşumu kaynak kayaçların gömülme derinlikleri ile ilişkilidir. Çünkü derinlik arttıkça gömülme sıcaklığı da artmaktadır. Herhangi bir kaynak kayacın petrol oluşturabileceği gömülme derinliği o kaynak kayacın bulunduğu bölgedeki jeotermal gradyanı, kaynak kayaç içerisindeki kerojen tipini ve kaynak kayacın içinde bulunduğu istifin gömülme tarihçesine bağlıdır. Çok sığ derinliklerde diyajenez esnasında organik maddenin anaerobik bakteriler tarafından parçalanması ile sadece biyojenik metan veya bataklık-marsh gazı oluşmaktadır. 1-2 km derinliklerde katajenez evresi başlar. Katajenezin erken dönemi 3 km derinliğe ulaşabilmektedir ki bu seviye petrol oluşumunun ana zonudur. Bu zon civarına kadar gömülü olan kaynak kayaçlar için petrol penceresi ndedir denilir. Geç katajenez döneminde derinlik 3-3,5 km civarındadır. Bu derinlik ve daha fazla derinlikler ıslak gaz ve metanın oluştuğu gaz oluşumunun ana zonudur. Yaklaşık 4 km derinliğin altında kaynak kayaçlar aşırı olgun hale gelir. Bu seviyede metajenez evresi başlar ve bu evrede sadece metan üretilir. Petrol oluşumu derinlik ile karşılaşıldığında şekilden de görüleceği üzere petrol oluşumunun sıcaklığın ve derinliğin bir fonksiyonu olduğu bellidir. A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları Sayfa 12

13 ŞEKİL 1 ŞEKİL 2 Şekil 1: Petrol oluşumunun ortalama maksimum ve minimum gömülme derinlikleri ile ilişkisi Şekil 2: Petrol oluşumunun sıcaklıkla ilişkisi Şekillerden görüleceği üzere majör petrol oluşumu kaynak kayacın 60 ºC nin altındaki sıcaklığa kadar ısıtıldığında gerçekleşmediği görülmektedir. Sığ derinliklerde ve düşük sıcaklıklarda oluşan ham petroller ağır ve N, S, O bileşenlerince zengindir. Derinliğin ve sıcaklığın artması ile petroller daha hafif hale gelir. Maksimum petrol oluşumu yaklaşık 100 ºC civarlarında gerçekleşir. Bu sıcaklığın daha üstünde petroller daha hafif, kondanseyt hale gelirler. Yaklaşık 175 ºC gömülme sıcaklığının olduğu derinliklerde petrol oluşumu durur ve gaz oluşumunun ana zonu başlar. Ancak kerojenden itibaren doğrudan hidrokarbon oluşumu 225 ºC gömülme sıcaklığına sahip derinliğe kadar sürebilir. Bu derinlikten itibaren doğrudan kerojen değil, daha önceden oluşmuş hidrokarbonların 315 ºC sıcaklığa doğru yeniden parçalanmalarıyla termal metan oluşumu metajenez evresinde de devam eder. 315 ºC gömülme derinliğinden sonra kaynak kayaçlar bu derinliklerde başlayan gömülme-bölgesel metamorfizmaya uğrarlar. Daha da yüksek sıcaklıklarda kayacın gözenekliliği oldukça azalır ve bünyesindeki gazı ekonomik olarak almak olanaksız hale gelir. Sıcaklığın petrol oluşumundaki etkisi üsseldir. Oysa zamanın petrol oluşumundaki etkisi doğrusaldır. Dolayısıyla sıcaklık genellikle kaynak kayacın olgunlaşmasında zamandan daha büyük role sahiptir. Yaşlı Paleozoik kaynak kayaçlar eğer 50 ºC yi aşan gömülme sıcaklıklarına maruz kalmazlar ise petrol oluşturmazlar. Bunun anlamı jeolojik zamanın yeterli sıcaklık ve gömülme olmaksızın petrol oluşumunda çok gazla etkin olmadığıdır. Bu düşüncenin tersine yüksek termal gradyan değerlerine sahip bölgelerdeki genç kaynak kayaçlar, petrol oluşumunda önemli rol alırlar. Yeterli sıcaklığa ulaşıldığında petrol oluşumu kısa sürede gerçekleşir (10-15 bin yıl). Yaşlı kaynak kayaçlar yeterli gömülme sıcaklığına ulaşana kadar hidrokarbon oluşturamazlar. Doğu Cezayir deki Silüryen yaşlı kaynak kayaçlar, içinde bulundukları istif Mezozoik döneminde yeterli derinliğe gömülünceye kadar herhangi bir hidrokarbon türetmemişlerdir. Şekil: Petrol ve gaz oluşumunda zaman ilişkisi. A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları Sayfa 13

14 MODELLER BASİT Kaynak Kayaç Oluşturma Hidrokarbonlar Sıcaklık ORTAÇ Kerojen Oluşturma Hidrokarbonlar Gömülme Derinliği Liptinit KARMAŞIK Eksinit Zaman Oluşturma (Kompleks) Vitrinit İnertinit Açığa Çıkma KAYNAK KAYAÇ ANALİZLERİ Potansiyel kaynak kayaçların özelliklerini belirlemek amacıyla pek çok önemli kimyasal, fiziksel ve mikroskobik teknikler geliştirilmiştir. Bir potansiyel kaynak kayacı karakterize eden ana kriterler: Göç 1) Organik maddenin miktarı 2) Organik maddenin tipi 3) Organik maddenin yoğunluğu 4) Oluşan hidrokarbonların miktarı 5) Kaynak kayaçtan açığa çıkan oluşmuş hidrokarbonların miktarı (Birincil Göç) 6) Kaynak kayacın ısısal ve organik olgunluk seviyesinin tahmin edilmesi Analizin Tipi Kayaç Kimyası Mikroskopi (Kayaç/kerojen) Piroliz (Kayaç) Fizikokimyasal (Kerojen) Kimyasal (ham petrol) Tip Organik Karbon Alttan aydınlatmalı (palinofasiyes türü analiz) Yansıtmalı mikroskop Floresan ışığında RockEval Oil Show Analyze OM nin miktarı OM nin tipi OM nin olgunluğu Petrol ve KK Korelasyonu A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları Sayfa 14

15 Petrol arama çalışmaları ile kaynak kaya değerlendirmesi için gerekli jeolojik ve jeokimyasal çalışmaların integrasyonu: Petrol arama çalışmalarının başlangıç evresinde kendimize şu soruları sormalıyız: Jeolojik Veriler Stratigrafik ve litolojik bilgilerin derlenmesi Basenin gömülme tarihçesi Oluşan hidrokarbonların hacmi SORULAR Bir yapı var mıdır? Bir rezervuar var mıdır? Bir kaynak kayaç var mıdır? Kaynak kayaç nerede olgundur? Kaynak kayaç olgunluğu ve yapısal oluşum Jeokimyasal Veriler Kerojen tipi, yanal fasiyes Basen tayinleri, olgunluk verimi Biyomerkerler, jeokimyasal gradyan Geçirgen tabakalar, faylar, Hidrokarbonların açığa çıkması Petrol kaynak kaya analizleri süreksizlikler ve göç yolları ve göç zamanı Rezervuar tarihçesi Petrol ve gaz birikimi var mıdır? Rezervuar olgunluğu Şekil: Basen değerlendirmesi ve rezervuardaki hidrokarbon birikimleri için gerekli jeolojik ve jeokimyasal verilerin kullanım evreleri. Kaynak Kayaç Türleri 1 Potansiyel Kaynak Kayaç Yeterli toplam kaynak kayaca sahip ancak hidrokarbon oluşturmak için henüz olgunlaşmamış kaynak kayaç türüdür. 2 Aktif Kaynak Kayaç Hidrokarbon oluşturmak için yeterli organik madde ve olgunluğa sahip kaynak kayaç türüdür. 3 İnaktif Kaynak Kayaç Yapısında yeterli organik madde olmasına rağmen bu organik madde tipinin hidrokarbon türüne uygun olmayan kaynak kayaç türüdür. 4 Harcanmış Kaynak Kayaç Yeterli organik madde içeriğine ve türüne sahip, geçmiş bir jeolojik zamanda olgun ancak günümüzde aşırı olgun olan kaynak kayaç türleridir. A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları Sayfa 15

16 Kaynak Kayaç Depolanmasını ve Etkinliğini Kontrol Eden Faktörler 1. Jeolojik yaş 2. Paleoenlemler 3. Yapısal formlar (platformlar, dairesel, doğrusal çöküntü basenleri riftler, ön çukurluklar, deltalar) 4. Biyolojik evrim (Biyo üretimlilik ve tüketim) 5. Östotik transgresyonlar (Küresel iklim ve okyanus hidrodinamikler) 6. Kaynak kayaçların olgunluğu Sedimanlar İçerisindeki Toplam Organik Karbonu (TOC) Kontrol Eden Faktörler: 1. Sediman dokusu a. Tane boyu b. Tane şekli c. Boylanma d. Yönlenme 2. Su derinliği 3. Birincil üretimlilik 4. Alloktanların oranı (Bölgeye sonradan gelen karasal ya da denizel kökenli malzeme) 5. Sedimantasyon (Sediman birikim oranı) 6. Su tabanı oksijenlenmesi PALEOTERMOMETRE Bir basende jeotermal gradyan yüksek ise o basen aktif hale gelir. Burada jeotermal gradyanın yüksekliği önemlidir. Çünkü o basende çökelmiş muhtemel kaynak kayaçların etkileneceği sıcaklık değerlerinin ölçümü de önemlidir. Jeolojik dönemlerde gerçekleşmiş sıcaklıkları ölçmenin yöntemleri paleotermometreler aracılığıyladır. Bazı paleotermometre ölçüm yöntemleri kerojenin fiziksel ve kimyasal özelliklerinden kaynaklanır; bazı paleotermemetre ölçüm yöntemleri ise kayaç özelliklerine bağlıdır. İlk yöntem Van Kravelen diyagramının kullanılmasıdır. Bu yöntem için kerojen içinde bulunduğu kaynak kayaçtan ayrılır. Belirli çözücülere malzemeyi koyarak karbonat ve silisi ayrılır. Kerojenin bünyesindeki H, C ve O içerikleri kimyasal yol ile hesaplanır. Daha sonra bu elementlerin H/C ve O/C atomik oranları bulunur. Paleotermometre Yöntemleri 1. Kerojen maserallerinin rengi paleotermometre olarak kullanılır. Alttan aydınlatmalı mikroskop ile bakılır. Spor ve polenler başlangıçta renksizdir. Isıtıldıklarında spor ve polenler ilerleyen şekilde yeşilimsi sarı, sarı, kavuniçi, kırmızımsı kahve, koyu kahverengi hatta siyah renkli olabilir. Maserallerin rengi o kerojenin içinde bulunduğu kaynak kayacın etkilendiği en yüksek paleosıcaklık değerini doğru bir şekilde tahmin etmemizi sağlar. A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları Sayfa 16

17 2. Kerojen içerisinde bulunan vitrinit maseralinde yansıtma değerinin ölçümleri. 60 ºC de vitrinit lineer davranış gösterirken diğer maseraller doğrusal davranış göstermezler. VR 0 = %0,2 %0,6 VR 0 = %0,6 %1,3 VR 0 = %1,3 %2,0 VR 0 > %2 Erken olgun dönem Petrol penceresi (hidrokarbon oluşum penceresi) Petrol gaz penceresi Metajenez evresi Vitrinit üstten aydınlatmalı mikroskopta yansıma değerleri Devoniyen de ilk defa karasal bitkiler ortaya çıkıyor. 3. Kayaç oluşturan mineraller de paleotermometre olarak kullanılır. Bazı kil mineralleri yapılarında yüksek oranda su bulundururlar. Bu tür bünyesinde yüksek oranda su bulunduran kil minerallerine örnek olarak montmorillonit verilebilir. Bu tür kil minerallerini içeren kayaçlar gömüldüğünde artan sıcaklıkla yapılarındaki su buharlaşarak kaybolur. Su kaybından sonra kilin yapısı yeniden organize olur. Bu değişim X-Ray Difraksiyon aletleri ile incelenir. Sonuçta tabakalı, su içeren montmorillonit artan sıcaklıkla başlıca bir başka kil minerali türü olan illit ve klorite dönüşür. Montmorillonit Su Çıkışı İllit + Klorit (Daha sıcak durumlarda) İşte bu değişimin gerçekleştiği sıcaklık aralığı ºC arasıdır ºC = Petrol Penceresi dir. 80 ºC den 120 ºC ye çıkana kadar montmorillonit veya illit denilmez. Ara tabakalı killer olarak adlandırılır. 4. İllit İllit kristalitivite derecesi (CD) İllit keskinlik oranı (SR) Sıcakta inorganik malzeminin davranışı ile organik maddenin davranışı birbiriyle aynı değildir. İnorganik madde Kil 200 ºC Organik madde ºC 5. Eksinitin floresans özelliği Işığa filtre koyarak floresan ışığı elde ederiz ve sadece spor ve polenleri (maseralleri) gözlemleriz. 6. Elektron Spin rezonans ölçümleri A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları Sayfa 17

18 Aşırı su derinliğinde kömür oluşumu durur. Sediman girişi ve su yükselmesi ile algal organizmalar oluşur. PETROLLÜ ŞEYLLER Petrollü şeyller organik madde içeren ince taneli sedimanter kayaçlardır. Bünyelerindeki organik madde bu kayacın ısıtılması ile hidrokarbonlara dönüşür. Bilindiği gibi organik maddelerin çoğu sıradan organik çözücülerde çözünmez. Bu nedenle ancak ısıtılma yoluyla parçalanır ve hidrokarbonları oluşturur. Petrollü şeyller ve gaz içeren ürünler ekonomik enerji kaynağı olabilir. Ekonomik potansiyele sahip petrollü şeyller genellikle yüzeye yakın alanlarda yer almaktadır. Bu nedenle bunları açık ocak işletme veya geleneksel yeraltı madencilik yöntemleri ile çıkartırız. Petrollü şeyller geniş bir aralıkta organik madde içeriğine ve petrol verimliliğine sahiptir. Petrol verimliliğine göre bu şeyller dikkate alındığında verimliliklerinin lt/ metrik ton petrol üretmesi beklenir. Birleşik Devletler Jeoloji Dairesi, ABD içerisindeki şeyller için yaklaşık 40 lt/ metrik ton miktarını alt sınır olarak kabul etmektedir. Diğer bazı alanlardaki şeyller için bu rakam 25 lt/ metrik ton a düşmektedir. 1 varil = 149 lt Şeyl = 2,7 g/cm 3 yoğunluk Seyitömer de 2 milyar ton petrollü şeyl var. Petrollü şeyller jeolojik yaş olarak Kambriyenden Tersiyere kadar değişen yaşlarda olabilirler. Yayılımları binlerce km 2, kalınlıkları da 700m ve daha fazlası olabilir. Petrollü şeyller tatlı su ortamlarından yüksek tuzlu göllere, epikontinantel denizel basenlerden gelgit düzlüğü alt ortamlarına kadar değişen çökelme ortamlarında ve bazen de kömür yataklarıyla ilişkili olarak limnik ve kıyı bataklıklarında çökelebilirler. Mineral ve element içeriği açısından petrollü şeyller birkaç farklılıkla kömürlerden ayrılır. Şeyller tipik olarak geniş miktarlarda (%60-90) inert mineral madde içerirler. Kömürlerde bu miktar %40 civarındadır. Petrollü şeylin organik maddesi sıvı ve gaz hidrokarbonların kaynağı şeklindedir. Çünkü yapılarında linyit ve taş kömürlerine nazaran daha fazla H, daha az O bulunur. Genelde petrollü şeyl ve kömür içerisindeki organik malzemeler de birbirinden farklıdır. Petrollü şeyl içerisindeki organik maddenin çoğu algal kökenlidir. Ayrıca kömürde çok fazla bulunan damarlı kara bitkilerine ait parçaları az oranda bulundurabilirler. A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları Sayfa 18

19 Petrollü Şeyllerin Mineral İçerikleri Kalsit, dolomit, siderit şeklinde karbonatlar ile az oranda alümina silikatlar yer almaktadır. Diğer bazı şeyllerde, kuvars ve feldspat içeren silikatlar ile kil mineralleri baskındır. Daha az karbonat vardır. Şeyllerin bazıları az fakat her daim pirit ve markazit türü sülfitleri de içerirler. Bunların bulunuş nedenleri yarı oksijenliden oksijensiz koşullara kadar değişen ortamlarda pirit ve markazit şeyllerin bünyesinde yer alırlar. Günümüzde petrollü şeyller dünya pazarlarında henüz ham petrol, doğalgaz veya kömür ile yarışabilir halde değildir. Ancak fosil yakıt kaynakları açısından fakir olan ülkeler bazen petrollü şeyllerden yararlanabilmektedir. Bazı petrollü şeyl çökelleri içerisinde Alüminyum silikatları Nahkolit (NaHCO 3 ), Davsonit (NaAlCO 3 (OH) 2 ) çözünmesi ile açığa çıkan amonyum sülfat vanadyum, çinko ve uranyum metallerince zenginleşebilir. Kuru ağırlıkta petrollü şeyl ısıtıldığında cal ısı enerjisi açığa çıkabilir. Estonya petrollü şeylleri (Kukersite) elektrik santrallerinde yakıt olarak kullanıldıklarında açığa çıkan ısı enerjileri kcal/kg dır. Kuru külsüz bazdaki 1 kg linyit kömürü ısıtıldığında açığa çıkan enerji miktarı kcal/kg dır. Tektonik algler ve volkanizma bazı şeyl çökellerini bozmuştur. Yapısal deformasyon ve onun neden olduğu magmatik sokulumlar petrollü şeyl madenciliğini olumsuz yönde etkilemektedir. İntrüzyon sonucu oluşan termal alterasyon petrollü şeyli işe yaramaz hâle getirebilmektedir. Petrollü Şeyllerin İçerisindeki Organik Maddenin Kökeni Şeyller içerisindeki organik madde algler, sporlar, polenler, bitki kütikülleri, odunsu ve bitki gövdelerinin mantarlaşmış parçalarından oluşmaktadır. Bunlara ek olarak göl, deniz ve kara bitkilerine ait diğer dokusal-hücresel kalıntıları da içerirler. Bütün bu malzemeler başlıca C, H, N ve S den oluşmaktadır. Organik maddenin kimyasal yapısında bulunurlar Petrollü şeyller içerisindeki organik maddenin bir kısmı tanınabilir. Bir kısmı ise tanınamayan parçalar şeklinde olabilir. Tanınamayan (amorf bitümen) organik maddenin kökeni; bakterilerce parçalanmış algal parçalardır. Bazen bitkilere ait rezin ve balmumu maddeleri de amorf organik madde olarak değerlendirilir. Fosil kabukları ve kemik parçaları fosfat ve karbonat minerallerinden oluşmakta olup organik kökenlerine rağmen şeyl içerisinde bulunan organik madde kapsamına dâhil edilmezler. Bunlar mineral madde içerisinde incelenir. Şeyller içerisindeki organik madde pek çok çeşidi olan gölsel ve denizel alglerden oluşur. Organik maddenin nelerden oluştuğu çökelme ortamının koşullarına ve coğrafik konumuna bağlıdır. Bakteriyel kalıntılar da önemlidir. Ancak bunları tanımlamak zordur. Petrollü şeyller içerisindeki organik maddenin büyük bir kısmı sıradan organik çözücülerle çözünmez. Ancak bitümen belirli organik çözücülerde çözünmektedir. A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları Sayfa 19

20 Gilsonit Ozokerit Vurtzilit Albertit Grahamit türü katı hidrokarbonlar petrollü şeyller içerisinde damar veya yığışımlar şeklinde bulunabilmektedirler. Bu hidrokarbonlar çoğu kez ekonomik olarak işletilmektedir. Şeyller İçerisindeki Organik Maddenin Isısal Olgunluğu Eğer petrollü şeyller yeteri derecede yüksek sıcaklıklarda ısıtılırlarsa veya jeolojik olarak derine gömülürlerse yapılarındaki organik madde ısısal olarak parçalanır, petrol ve gazı oluşturur. Bu haliyle petrollü şeyl hidrokarbonların kaynak kayacıdır. Utah eyaletinin kuzeydoğusunda Red Wash sahasında da gözlenen Green River petrollü şeylleri (Eosen yaşlı) jeolojik gömülmeden dolayı kaynak kayaç durumundadır. Petrollü şeyllerin ısısal olgunluk derecesi laboratuvarda bazı yöntemlerle saptanır. Yöntemlerden biri çeşitli derinliklerden alınmış şeyl örneklerindeki organik maddede gözlenen renk değişimidir (Paleotermometre). Renk değişimlerinden yararlanarak şeylin ısısal olgunluk derecesi bulunur. Bitkisel kökenli organik madde içeren şeyllerde organik olgunluk derecesi vitrinit yansıma değerlerinin ölçümü ile bulunabilir. Petrollü Şeyllerin Sınıflandırılması Yıllar boyunca petrollü şeyllere farklı adlar verilmiştir: Camel Coal Stellarit Baghead Coal Albertit Alüm şeyl Kerojen şeyl Bitüminit Gaz kömür Vallangit Algal kömür Bitümlü şist Torbonit Kukersit Ancak petrollü şeyller günümüzde; a) Çökelme ortam koşullarına b) Organik maddenin petrografik karakterine c) Organik maddenin türediği ilksel organizmalara göre sınıflandırılırlar. Bu 3 koşula göre geliştirilen sınıflama A. C. Huttan (1991) Huttan (1991) a göre, 1. Hümik kömür ve karbonatlı şeyller 2. Bitümence doygun kayaçlar 3. Petrollü şeyller a. Karasal b. Gölsel Ortamlara göre de böyle sınıflandırmış. c. Denizel Karasal ortamda çökelen petrollü şeyller lipitçe zengin organik madde içerirler (rezinler, sporlar). Gölsel ortamda çökelen petrollü şeyller lipitçe zengin organik madde (algler). Denizel kökenli petrollü şeyller denizel algler, akritartlar ve denizel dinofilagellatlarca zengindir. A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları Sayfa 20

21 Huttan ın bitümen şeyller için kullandığı isimlendirmeler şunlardır: - Camel Coal - Tasmonit (Avustralya) - Lamosit - Kukersit (Estonya) - Marinit - Tarbanit (İskoçya) Önemli Petrollü Şeyl Yatakları En geniş çökellere sahip olanlar bu ikisidir. ABD de, - Green River baseni (Colorado Utah) Wyoming eyaleti civarında gözlenirler (Eosen yaşlı). - Great Divide baseni (Geç Devoniyen yaşlı). - Uinta baseni Avustralya nın doğu bölgesi şeylleri Brezilya şeylleri (Petrobrash) Kanada (Alberta baseni) İsrail ve Ürdün şeylleri, Fas Çin, Rusya, Suriye, Tayland ve Türkiye petrol şeylleri Türkiye Petrollü Şeyl Havzaları 1. Göynük Himmetoğlu (Bolu) 2. Mengen - Hatıldağ (Bolu) 3. Beypazarı (Ankara) 4. Seyitömer (Kütahya) 5. Bahçecik (İzmit) 6. Ilgın (Konya) 7. Ereğli (Konya) - Ulukışla (Niğde) GÖÇ SÜREÇLERİ Biz hidrokarbonları genellikle kaba taneli kayaçlar içerisinde buluruz. Bunun nedeni göç süreçleri ile ince taneli kaynak kayaçlar içerisinde yer alan petrol ve gazın daha iri taneli geçirgen rezervuar kayaçlara hareket etmesidir. Hidrokarbonların göç süreçleri 2 ana evrede gerçekleşir. Şekil 1: Başlangıç Evresi Şekil 2: Petrol birikiminin oluşumunun ileri seviyesi Birincil göç petrol ve gazın kaynak kayaçtan daha gözenekli ve geçirgen, genellikle kumtaşı veya kireçtaşı, kayaçlara olan hareketidir. İkincil göç esnasında petrol veya gaz taşıyıcı kayaç içerisinde bir kapan içinde birikinceye kadar yaptığı harekettir. İki göç türü arasındaki fark önemlidir. Çünkü 2 göçün süreçleri çok farklıdır: A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları Sayfa 21

22 İkinci göç büyük mesafelerde gerçekleşir. İkinci göç ham petrol ve gaz oluşumundan sonra gerçekleşir. Hidrokarbon damlacıklarının sürekli, su ile dolu gözenek boşluklarında hareketi hala daha açıklanmaya muhtaçtır. Birincil göç mesafesi en fazla birkaç yüz metre ile sınırlıdır. Birinci göçte etkin olan gözenek suyu, hidrokarbonlar ve kil minerallerinin yüzeyleri birinci göç mekanizmasını gerçekleştirir. Ancak ayrıntılı formüler açıklamaları eksiktir. Petrolün göçü ve kapanlarda birikebilmesi çok başarısız (%1) bir olaydır. Genellikle kaynak kayaçtan göç eden hidrokarbonların %1 inden daha azı bir rezervuar içindeki kapanda birikebilmektedir. En yüksek etkinlik oranı %10 dan fazla olan bir petrol provensi henüz keşfedilmemiştir. Birincil Göç Birincil göç petrol jeolojisinde henüz tam açıklanamayan bir süreçtir. Bu zorluğun 2 nedeni vardır: 1. Sıkışmış haldeki şeyllerin içerdiği küçük boşluk boyutları 2. Su içerisinde hidrokarbonların çok düşük çözünürlükleri Belki birincil göçün gerçekleşmesini incelerken ilksel organik maddenin kaynak kayaç içerisinde geçirdiği olgunlaşma evreleri sırasında gerçekleşen olaylara daha iyi bakmak gerekir. Sonuç olarak daha derin gömülme ve daha yüksek sıcaklıklar yüksek basıncın oluşmasına neden olur. Bunun sonucunda da hafif hidrokarbon moleküllerine ait çözeltiler açığa çıkar. Hangi mekanizma ile açıklanırsa açıklansın herkesin katıldığı genel görüş birincil göçün petrol oluşumundan hemen sonra oluştuğudur. İkincil Göç İkincil göç, birincil göçe nazaran daha iyi anlaşılmaktadır. İkinci göç esnasında petrol damlacıkları şeklindeki hidrokarbonlar formasyon suyu tarafından ıslatılmış gözenekli geçirgen tabakaların boşluklar arası kanallarında hareket ederler. Bu tür tabakalardaki boşluk çapı daha geniş olup hidrokarbonlar göç hareketlerini yapabilirler. İkincil göç sürecinin gerçekleşmesinde etkin olan ana etmenler 3 tanedir: - Kaldırma kuvveti - Kapital basınç - Hidrodinamik koşullar Kaldırma kuvveti ile petrol damlacıkları taşıyıcı kayaç içerisinde yukarı doğru hareket ederler. B u kuvvetin nedeni hidrokarbonlar ile formasyon suyu arasındaki yoğunluk farkıdır. Bu süreç gözenek boşluğu içerisindeki üst tavana doğru olur ve biter (Kaldırma kuvveti). Kapital basınç gözenek çapları azalınca artar. Bu basınç o kadar artar ki kaldırma kuvveti artık etkisiz hale gelir. Bu denge gerçekleştiğinde petrol damlacıkları oldukları yerde birikir. Petrolün akiferine kaynak kaya diyoruz. A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları Sayfa 22

23 İkincil göçteki diğer parametre hidrodinamik gradyandır. Yani yeraltı suyunun akışının oluşturduğu fiziksel koşullar. Bazı durumlarda hidrodinamik bariyerler belki diğer faktörlerin yardımıyla da hidrokarbon kapanları oluştururlar. İkinci göç genellikle taşıyıcı kayaçların tabakalanması boyuncadır. Bu nedenle yanal göç çok geniş mesafelerde olabilmektedir. Kısa mesafeli göç, rezervuar kayaç kaynak kayacın hemen yakınında ise gerçekleşir. Örneğin resiflerde, çamurlu çökellerin bulunduğu basenlerde, bağcık şeklinde çökelmiş akarsu kumtaşları türü rezervuarlar kaynak kayaca yakınlıkları nedeniyle kısa mesafeli göçe örnektir. Bütün bunlara ek olarak çok uzun mesafelerde hidrokarbonların göç ettikleri de bilinmektedir. Buna en tipik örnek Cezayir deki Hassi Messaoud sahasıdır (6 km derinlik, 160 km yanal devamlılık). (Kambriyen kayaçlardaki organik madde Mezozoik döneminde hidrokarbonlara dönüşmeye başladı. ) Bu bölgede göç dikey yöndedir. Yanal göçü tabakaların eğimi belirlemektedir. Hidrokarbonlar bir fay tarafından engelleninceye kadar yanal yönde hareket etmişlerdir. Süveyş Körfezi nde hidrokarbonların egemen göç yönü düşey yöndedir. Sedimanter Basenler ve Hidrokarbon Oluşumları Giriş Dünyada 600 den fazla (neritik ve pelajik) sedimanter basen vardır. Bunların yaklaşık %25 inden petrol üretilmektedir. Bilinir ki petrol birikimleri çoğunlukla sedimanter basenlerde yer almaktadır. Bu bölümün amacı sedimanter basenleri tanımlamak, onların petrol ve gaz oluşumundaki rollerini ve bu basenlerde bulunan petrolün doğasını tarif etmektir. Temel terimler, kavramlar ve basen oluşturan mekanizmalar kısaca verilecek daha sonra plaka tektoniği ilkeleri ışığında basen oluşumu özetlenecektir. Sedimantasyon türlerine, tektonik rejimlerine ve içerdikleri hidrokarbonların karakteristiklerine göre dünyadaki sedimanter basenler 10 başlık altında sınıflandırılmıştır. Sedimanter Basen Kavramı Yerkabuğu yüzeyindeki sedimanter tabakalar kıtasal alanlarda temel diye adlandırılan karmaşık yapıdaki magmatik ve metamorfik kayaçlar üzerinde yer almaktadır. Bir sedimanter basen temel yüzeyi üzerinde gelişen çukurluklarda oluşur. Yerbilimciler bu çukurlukları basen diye adlandırmaktadırlar. Basenlerin tersine temel üzerinde çökelen sedimanlar platform veya şelflerin üzerinde yer almaktadır. Şekil: Şelf, platform ve basenlerin görünümü. Sedimanter Basenlerin Geometrisi Basenler çok değişken şekil ve boyutlarda olabilir. Genellikle en az 1000 km 2 lik bir alanı kapsamakla birlikte dünyanın en geniş bazı basenlerinin (Rusya da) yayılım alanları birkaç milyon km 2 ye ulaşmaktadır. Türkiye nin yüzölçümü yaklaşık olarak km 2 dir. A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları Sayfa 23