Güneydoğu Anadolu Bölgesi dadaş formasyonu'nun organik ve inorganik jeokimyasal özellikleri
Organic and inorganic geochemical characteristics of dadaş formation in The Southeastern Anatolia region
Yazar: YAĞMUR İNAL EMİROĞLU
Danışman: PROF. DR. ABİDİN TEMEL
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Maden Yatakları ve Jeokimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Şeyl petrol ve şeyl gaz rezervuarları tüm dünyada önemli bir enerji kaynağı haline gelmiştir. Son yıllarda gerçekleştirilen çalışmalarda Dadaş Formasyonu'nun hem kaynak hem de rezervuar kaya statüsüne sahip olabileceği araştırılmaktadır. Bu çalışmada Dadaş Formasyonu'ndan Çat, Çermik/Korudağ, Diyarbakır ve Bismil civarında toplam beş lokasyonda yüzey ve kuyu örnekleri (kırıntı ve karot) alınmıştır. Örneklerin mineralojik bileşimini kil, kuvars, mika ve feldispat ile az miktarda kalsit, dolomit ve pirit oluşturmaktadır. İnce kesit çalışmalarında kırıntılı doku gözlenen şeyllerde hakim litoloji kilce zengin silisli çamurtaşı, silisçe zengin killi çamurtaşı ve karışık killi çamurtaşıdır. XRD kil fraksiyonu analizi sonuçlarına göre örnekler başlıca illit, kaolinit ile az miktarda klorit içermektedir.  İllit kristalinite (ICCIS), Keskinlik Oranı (SR) ve Klorit Kristalinite (ChC) değerleri "sığ diyajenetik zon-düşük ankizon" ve "metamorfizma başlangıcı"na işaret etmektedir. Dadaş Formasyonu'nun Kırılganlık Faktörü (BI), Young/Elastisite Modülü (EK) ve Sertlik (HK) değerleri sırasıyla %28-56, 40-56 GPa ve 0.85-2.28 GPa arasında hesaplanmıştır. Yüksek silika içeriğiyle Çat ÖSK'sı hidrolik çatlatmaya uygun görünmektedir. Örnekler %0.73-7.51 arasında Toplam Organik Karbon (TOK) içeriği ile ekonomik şeyl petrol ve şeyl gaz potansiyeline sahip seviyelere işaret etmektedir. Rock-Eval piroliz parametrelerine göre yüzey örnekleri hidrokarbon dönüşümünün yüksek oranda gerçekleştiği (TR, %92.41-%99.58) "Tip IV kerojen ve gaz penceresi"nde, kuyu örnekleri ise "Tip II kerojen ve petrol penceresi"nde yer almaktadır. Bugünkü HI (mg HC/g TOK) değeri üzerinde mineral matriks etkisi, S2 ve TOK içeriği regresyon denklemi ve graptolit kavkılarında SEM-EDAX analizi ile değerlendirilmiştir. Graptolit kavkılarında C, O elementlerine ek olarak mineral matriks ile ilişkili Al, Si, Mg, Ca, Fe, S elementleri saptanmıştır. Termal olgunluk azaldıkça C element yüzde miktarı (%86.63'e kadar) yükselmektedir ve matriks ile ilişkili element miktarında yüksek miktarda düşüş yaşanmaktadır. Dadaş Formasyonu'nun organik madde bileşenlerini; amorf organik madde (AOM), palinomorf ve zooklastlar oluşturmaktadır. Graptolitler Aroniyen-Telisiyen yaş aralığını temsil etmektedir. Palinomorflar ise Geç Ruddaniyen-Erken Venlok çökelim yaşına işaret etmektedir. Dadaş Formasyonu'nda hem tanesel hem de tanesel olmayan graptolit morfolojisi saptanmıştır. Graptolit reflektansı (GR) bireflektans ve random değerleri %0.72 ile %2.59 (%VREgr≈0.69-2.05) arasında değişmektedir ve "petrol penceresi" ile "kuru gaz penceresi" arasındadır. %VRETmax değerleri ise yüzey örneklerinin düşük S2 değerleri nedeniyle %VREgr değerlerine göre daha yüksek değerlerde (%2.01-%3.28) hesaplanmıştır. Graptolitlere ait Raman spektroskopisi D bandı (1350.46-1358.76 cm-1) değerleri termal olgunluk ile ters orantılıdır. G-D bant ayrımı ile %GR değerleri arasında pozitif korelasyon saptanmıştır. Farklı termal olgunluktaki Dadaş Formasyonu örneklerinde Cıva Porozimetresi (MCIP), Rock-Eval piroliz bazlı hesaplanan organik porozite (Øorg), SEM ve FIB-SEM analizleri gerçekleştirilmiştir. MCIP analizinde gözenek çapı 3 nm-10 µm arasında değişmektedir ve mezopor hakimdir. Øorg değerleri kerojen içinde ortalama miktarı %5.26 ile %35.71 arasındayken, şeyl içindeki miktarı ise %0.28 ile %1.18 arasında değişmektedir. Øorg değerleri termal olgunluk arttıkça yükselmektedir. SEM ve FIB-SEM analizine göre hakim gözenek tipi interP gözeneklerdir. Elde edilen analiz sonuçlarına göre Dadaş Formasyonu bölgede kuzeybatıdan güneydoğuya doğru aşırı olgun, olgun ve erken olgun olmak üzere gruplandırılmıştır ve her olgunlukta intraP organik madde gözenekleri gözlenmiştir. Yüzey örnekleri %VRE değerleri ile şeyl gaz, kuyu örnekleri ise OSI değerlerine göre şeyl petrol üretimi için yeterli olgunluğa sahiptir. Bu çalışma, Dadaş Formasyonu'nun ankonvansiyonel kaynak kaya karakteristiklerinin anlaşılmasına ve değerlendirilmesine katkıda bulunacaktır.

Abstract:
Shale oil and shale gas reservoirs have become an important energy source all over the world. Dadas Formation has a double role as source rock and reservoir in recent studies. Outcrop and well samples (cuttings and core) were taken from formation at five locations in around Çat, Çermik/Korudağ, Diyarbakır and Bismil. The mineralogical compositon of shales is clay, quartz, mica and feldspar minerals and small amounts dolomite, calcite and pyrite minerals. The predominant lithology in shales identified to have detrital texture according to thin section studies is clay-rich siliceous mudstone, silica-rich clayey mudstone and mixed argillaceous mudstone. XRD clay diffraction analysis shows that samples mainly contain illite, kaolinite and minor chlorite. According to Illite crystallinity (ICCIS), Sharpness Ratio (SR) and Chlorite crystallinity (ChC) values, the samples are in "early diagenetic zone-low anchizone" and "onset of metamorphism". Brittleness index (BI), Young's/Elastic Modulus (EK) and Hardness (HK) values of the Dadaş Formation vary between 28-56%, 40-56 GPa and 0.85-2.28 GPa, respectively, and the highest values were determined in Çat ÖSK. Dadaş Formation has a economic shale oil and shale gas potential with Total Organic Carbon (TOC) content between 0.73% and 7.51%. Rock-Eval pyrolysis analysis results show that surface samples are found in "Type IV and gas window" where hydrocarbon conversion occurs at a high rate (TR, 92.41-99.58%), while well samples are located in "Type II kerogen and oil window". The mineral matrix effect causing lower values than present day HI (mg HC/g TOC) values were evaluated by regression equation of S2 and TOC content and SEM-EDAX analysis in graptolite periderm. The results detected in graptolite periderm with C, O associated with the mineral matrix the element Al, Si, Mg, Ca, Fe, S elements are determined. As the thermal maturity of shale decreases, the percentage of C element (up to 86.63%) increases and there is a considerable decrease in the amount of elements associated with the matrix. Organic material components of Dadaş Formation; amorf organic matter (AOM), palynomorphs and zooclasts. The graptolites observed in the samples are Aronian-Telychian represents the age range. Palinomorphs indicate the Late Ruddanian-Early Venlock depositional age of the formation. Both granular and non-granular graptolite morphology has been detected in Dadaş Formation. The bireflection and random values of graptolite reflectance (GR) range from 0.72% to 2.59% (VREgr≈0.69-2.05%), indicating thermal maturity between the "oil window" and the "dry gas window". The calculated VRETmax values were found to be higher (2.01-3.28%) than VREgr values due to low S2 values in surface samples. Raman spectroscopy of graptolites D band values (1350.46-1358.76 cm-1) have a negative correlation with thermal maturity level. On the other hand, G-D band separation and %GR values have a positive correlation. MCIP, Rock-Eval based organic porosity (Øorg), SEM and FIB-SEM analyzed were performed on Dadaş Formation with different thermal maturity. According to the MCIP results, the pore diameter of the samples varies between 3 nm-10 µm and the mesopore is dominant. Øorg values were calculated with Rock-Eval pyrolysis parameters, as the percentage in kerogen and shale. While Øorg values are between 5.26% and 35.71% on average in kerogen, in shale varies between 0.28% and 1.18%. Øorg values increase as thermal maturity increases. The dominant pore type are interP pores determined via SEM and FIB-SEM analysis. According to all analysis results obtained from the samples taken in this study, Dadaş Formation is grouped from northwest to southeast in the region as overmature, mature and early mature and intraP organic matter pores were observed in each thermal maturity. As a result, well samples based on OSI values could possibly have shale oil potential and outcrop samples may have shale gas potential with %VRE values. The results obtained in this study will contribute to the understanding and evaluation of the unconventional resource characteristics of Dadaş Formation.