petrol jeolojisi - A. Kürşat ÖZCAN

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 - 2012
www.kursatozcan.com
Sayfa 1
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 173.000 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 60.000 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 - 2012
www.kursatozcan.com
Sayfa 2
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 CO2 ve H2S 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 CO2 ve H2S gazları. (Kesin olarak CO2 çıkar ve bazen organik
madde bileşimine göre H2S de çıkabilir.)
İkinci önemli hidrokarbon olmayan gaz, H2S, tıpkı CO2 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 CO2, H2S ve metal karbonatları açığa çıkarır.
FeSO4 + 2C + H2O → FeCO3 + CO2 + H2S } İNDİRGEN
Bu sürecin oluştuğu ortamlar, oksijence fakir, brakish veya durgun su ortamlardır (Karadeniz).
İkinci yol, H2S’ce zengin gazlar genellikle evaporitlerin bol bulunduğu hidrokarbon bölgelerinde
oluşur. Yaygın evaporit minerali bir CaSO4 içerikli anhidrittir. Eğer ortamda organik madde var ise
anhidrit organik madde ile reaksiyona girer. Bu reaksiyon sonucunda CaCO3 ile birlikte H2S ve CO2
gazları açığa çıkar.
2CH2O + CaSO4 → CaCO3 + H2S + CO2 + H2O
Üçüncü yol, H2S (hidrojen sülfür) gazı yüksek oranda sülfür içeren ham petrolün ısısal olgunluğu
esnasında da oluşabilir.
İNERT HİDROKARBON GAZLAR
Bunlar He, Ne, Ar, Kr, Xn ve NO3 türü gazlarda yaygın olarak gözlenen inaktif gazlardır. Bunların
içinden NO3 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 - 2012
www.kursatozcan.com
Sayfa 3
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 (CH4), hidrokarbon moleküler yapılarının serisinin ilk üyesidir. HC moleküler yapılar parafinler
diye adlandırılır. Parafin serisinin genel formülü: CnH2n+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/m3’tür. Ağır petroller (yüksek yoğunluklu) düşük API derecelerine
sahiptir.
A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları - 2012
www.kursatozcan.com
Sayfa 4
***
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 CnH2n+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 CH4 olan gaz halindeki metandır. 5C’dan daha az C atomu içeren
parafinler {etan (C2H6), propan (C3H8), bütan(C4H10)} normal sıcaklık (T) ve basınç (P) altında gaz
halindedirler.
Basitlik olsun diye parafinlerin bu ilk 4 molekülü C1-4 serisi diye adlandırılır. C5-15 olan seri normal T ve
P koşullarında sıvı haldedir. Eğer Cserisi > C15 ise bu parafinler aşırı viskozdurlar. Bunlar için balmumu
A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları - 2012
www.kursatozcan.com
Sayfa 5
anlamına gelen (Waxe) tanımı kullanılır. Pratikte parafin serisinin C40 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 CnH2n şeklindedir. Ring yapıları içerisindeki naftenler en az 3 karbonludan başlayıp
30’dan fazla karbonlu moleküler halinde olabilirler. Bununla birlikte siklopentan (C5H10) 5 C atomlu
yüzük yapısına sahiptir. Siklohekzan (C6H12) 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 - 2012
www.kursatozcan.com
Sayfa 6
adlandırılan bir yüzük yapısı şeklindedir. Aromatik grubunu en basit üyesi C6H6 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 H2S (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 - 2012
www.kursatozcan.com
Sayfa 7
Petrol oluşum süreci fotosentez ile başlar. Fotosentez bitkilerin güneş ışığı etkisi ile bünyelerindeki
CO2 ve H2O’yu glikoz, su ve oksijene dönüştürme işlemidir.
Fotosentez karbon döngüsünün en geniş kısmıdır. Fotosentez sonucu oluşan organik maddenin
önemli bir kısmı CO2 olarak atmosfere geri döner. Bu dönüşümün en temel yolu terlemedir. Ayrıca
oksitlenme ve bakteriyel bozunma yoluyla da CO2 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 20·105
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 - 2012
www.kursatozcan.com
Sayfa 8
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 O2 o kadar önemli olmamasına
rağmen, besin zincirinde yer alan diğer hayvanlar için önemlidir. Planktonlar su yüzeyinde, yaptıkları
fotosentez sonucu açığa çıkan O2 nedeniyle yüzeye yakın sularda erimiş halde O2 zenginliği sağlarlar.
Organik maddeyi parçalayan bakteriler, sediman yüzeyinin 30-60 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 O2’ce zengin, O2’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 - 2012
www.kursatozcan.com
Sayfa 9
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 - 2012
www.kursatozcan.com
Sayfa 10
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
Vitrinit
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:
*** 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 - 2012
www.kursatozcan.com
Sayfa 11
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)
2)
3)
4)
5)
Toplam sedimanter organik madde
Kayaç içerisindeki çözünmeyen organik madde
Sıcak mineral asitlerle çözünmeyen sedimanter organik madde
Alkalilerde ve organik çözücülerle çözünmeyen sedimanter organik madde
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 - 2012
www.kursatozcan.com
Sayfa 12
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 - 2012
www.kursatozcan.com
Sayfa 13
MODELLER
BASİT
Kaynak Kayaç
ORTAÇ
Kerojen
KARMAŞIK
(Kompleks)
Liptinit
Eksinit
Vitrinit
İnertinit
Sıcaklık
Gömülme Derinliği
Zaman
Oluşturma
Hidrokarbonlar
Oluşturma
Hidrokarbonlar
Oluşturma
Açığa Çıkma
Göç
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:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Organik maddenin miktarı
Organik maddenin tipi
Organik maddenin yoğunluğu
Oluşan hidrokarbonların miktarı
Kaynak kayaçtan açığa çıkan oluşmuş hidrokarbonların miktarı (Birincil Göç)
Kaynak kayacın ısısal ve organik olgunluk seviyesinin tahmin edilmesi
Analizin Tipi
Tip
OM’nin
miktarı
OM’nin tipi
OM’nin
olgunluğu
Petrol ve KK
Korelasyonu
Organik
Karbon
Alttan
aydınlatmalı
(palinofasiyes
türü analiz)
Mikroskopi
(Kayaç/kerojen) Yansıtmalı
mikroskop
Floresan
ışığında
RockEval Oil
Piroliz (Kayaç)
Show Analyze
Fizikokimyasal
(Kerojen)
Kimyasal (ham
petrol)
Kayaç Kimyası
A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları - 2012
www.kursatozcan.com
Sayfa 14
Petrol arama çalışmaları ile kaynak kaya değerlendirmesi için gerekli jeolojik ve jeokimyasal
çalışmaların integrasyonu:
Petrol arama çalışmalarının başlangıç evresinde kendimize şu soruları sormalıyız:
SORULAR
Jeolojik Veriler
Stratigrafik ve litolojik bilgilerin
derlenmesi
Jeokimyasal Veriler
Bir yapı var mıdır?
Bir rezervuar var mıdır?
Kerojen tipi, yanal fasiyes
Bir kaynak kayaç var mıdır?
Basenin gömülme tarihçesi
Kaynak kayaç nerede olgundur?
Oluşan hidrokarbonların hacmi
Kaynak kayaç olgunluğu ve
yapısal oluşum
Geçirgen tabakalar, faylar,
süreksizlikler ve göç yolları
Rezervuar tarihçesi
Hidrokarbonların açığa çıkması
ve göç zamanı
Petrol ve gaz birikimi var mıdır?
Basen tayinleri, olgunluk verimi
Biyomerkerler, jeokimyasal
gradyan
Petrol kaynak kaya analizleri
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 - 2012
www.kursatozcan.com
Sayfa 15
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 - 2012
www.kursatozcan.com
Sayfa 16
2. Kerojen içerisinde bulunan vitrinit maseralinde yansıtma değerinin ölçümleri.
60 ºC’de vitrinit lineer davranış gösterirken diğer maseraller doğrusal davranış göstermezler.
VR0 = %0,2 – %0,6
Erken olgun dönem
VR0 = %0,6 – %1,3
Petrol penceresi (hidrokarbon oluşum penceresi)
VR0 = %1,3 – %2,0
Petrol – gaz penceresi
VR0 > %2
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 80-120 ºC arasıdır.
80-120 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
→
Organik madde
→
150-160 ºC
200 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 - 2012
www.kursatozcan.com
Sayfa 17
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 100-200 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/cm3 yoğunluk
Seyitömer’de 2 milyar ton petrollü şeyl var.
Petrollü şeyller jeolojik yaş olarak Kambriyenden Tersiyere kadar değişen yaşlarda olabilirler.
Yayılımları binlerce km2, 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 - 2012
www.kursatozcan.com
Sayfa 18
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 (NaHCO3),
Davsonit (NaAlCO3(OH)2) çözünmesi ile açığa çıkan amonyum sülfat vanadyum, çinko ve uranyum
metallerince zenginleşebilir. Kuru ağırlıkta petrollü şeyl ısıtıldığında 500-4000 cal ısı enerjisi açığa
çıkabilir.
Estonya petrollü şeylleri (Kukersite) elektrik santrallerinde yakıt olarak kullanıldıklarında açığa çıkan
ısı enerjileri 2000-2200 kcal/kg’dır. Kuru külsüz bazdaki 1 kg linyit kömürü ısıtıldığında açığa çıkan
enerji miktarı 3500-4600 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 - 2012
www.kursatozcan.com
Sayfa 19
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
Kerojen şeyl
Bitüminit
Gaz kömür
Bitümlü şist
Torbonit
Kukersit
Albertit
Vallangit
Alüm şeyl
Algal kömür
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 - 2012
www.kursatozcan.com
Sayfa 20
Huttan’ın bitümen şeyller için kullandığı isimlendirmeler şunlardır:
- Camel Coal
- Lamosit
- Marinit
- Tasmonit (Avustralya)
- Kukersit (Estonya)
- Tarbanit (İskoçya)
En geniş çökellere sahip olanlar bu ikisidir.
Önemli Petrollü Şeyl Yatakları
 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.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Göynük Himmetoğlu (Bolu)
Mengen - Hatıldağ (Bolu)
Beypazarı (Ankara)
Seyitömer (Kütahya)
Bahçecik (İzmit)
Ilgın (Konya)
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 - 2012
www.kursatozcan.com
Sayfa 21
 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 - 2012
www.kursatozcan.com
Sayfa 22
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 km2’lik bir alanı kapsamakla
birlikte dünyanın en geniş bazı basenlerinin (Rusya’da) yayılım alanları birkaç milyon km2’ye
ulaşmaktadır.
Türkiye’nin yüzölçümü yaklaşık olarak 770.000 km2’dir.
A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları - 2012
www.kursatozcan.com
Sayfa 23
Basenlerin depolanma merkezlerindeki sediman kalınlığı 2-3 km’nin üzerinde, hatta bazı basenlerde
10 km’nin üzerindedir. Bazı basenler harita görünümü olarak dairesel veya eliptik şekillidir.
Dikdörtgen veya tekne görünümünde olanlar da vardır. Enine kesit profilinde basenler simetrik,
asimetrik veya düzensiz profilde olabilirler. Yaygın inanış bir basenin en derin alanının, en kalın
sediman içerdiği şeklindedir. Bu yanlıştır!
Karadan türeyen sedimanların yığıldığı deltaik ortamlarda en kalın sediman o basenin en derin
bölgesinde çökelmez.
Şekil: Karadan türemiş malzemelerin depolandığı ilerleyen deltaik sistem ve basen.
Sediman Dolgusu
Basenler, onları dolduran sedimanlarca karakteristiktir. Sedimanlar, kıtasal, sığ deniz veya derin deniz
ürünleri olabilir. Aslında çökme oranı ve sedimantasyon oranı ile taşınan malzeme arasında ilişkiler
vardır.
Karasal kaynaklardan türemiş sedimanların bulunduğu basenler topoğrafik bariyerlerle açık
denizlerden ayrılır ise bol oranda karbonatları veya paleoiklime bağlı olarak evaporitleri içermektedir.
Tektonik Süreçler ve Zamanlama
Sedimanter basenlerin oluşumunda önemli bir eleman tektonik süreçlerin zamanıdır. Bir basende
gelişen kıvrım ve fayların tipleri kısmen deformasyon mekanizmasına ve kısmen basendeki sediman
türüne bağlıdır.
Sıkışma ile oluşan deformasyonlar çoğunlukla kıvrımları ve bindirme faylarını oluştururlar. Çekme
kuvvetleri sonucunda blok ve normal faylanmalar oluşur. Bunlara ek olarak tuz domlarının varlığına
bağlı büyüme fayları gelişebilmektedir.
Sonuç olarak yapısal deformasyon türleri geniş ölçüde basendeki sediman dolgusunun kalınlık ve
litolojisi ile ilişkilidir.
Basen sedimantasyonunun geç evresinde oluşan yapısal deformasyonlar hidrokarbonların oluşumuna
katkıda bulunurlar. Nedeni tektonizmanın sebep olduğu ısınmadır. Bu tür basenler yapısal basenler
diye adlandırılır. Çünkü bu basenin oluşumu depolanma sonrasında bitmiştir.
Basen Oluşum Mekanizmaları
A. Kürşat ÖZCAN Petrol Jeolojisi Çalışma Notları - 2012
www.kursatozcan.com
Sayfa 24