Kuzey Irak bölgesindeki orta–geç jura yaşlı kaya birimlerinin sedimantoloji özellikleri ve petrol olanaklarının araştırılması
Investigation properties of sedimentology and petroleum possibilities of middle–late jurassic rock units in regions of located Northern Iraq
Yazar: RADHWAN KHALEEL HAYDER ALATROSHE
Danışman: PROF. DR. FUZULİ YAĞMURLU
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Kuzey Irak'ta yer alan ve bu tezin çalışma konusunu oluşturan Orta-Geç Jura yaşlı bitümlü kaya birimleri, yaşlıdan gence doğru, sırası ile Sargelu, Naokelekan ve Barsarin Formasyonlarından oluşur. Bu tez kapsamında, çalışma bölgesinde bulunan bitümlü karbonat kayaçların stratigrafik, sedimentolojik ve jeolojik özellikleri incelenmiştir. Bunun yanı sıra, yapılan organik jeokimyasal ve organik petrografik analizler (palinofasies analizleri) sayesinde ana kayaların hidrokarbon (petrol ve gaz) potansiyelinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu formasyonların çoğu organik maddece zengin olup, litolojik olarak siyahımsı ve koyu grimsi arasında değişen kireçtaşı, killi kireçtaşı, dolomitik kireçtaşı, dolomit, şeyl ve çörtlerden oluşmaktadır.

Bu tez çalışması, Gara antiklinal (Duhok bölgesinde) ve Sordaş antiklinali (Süleymaniye bölgesinde) olmak üzere, Kuzey Irak'ta iki farklı bölgede yapılmıştır. Bunun yanı sıra, daha önce açılmış üç farklı petrol kuyusu (Kara Çöğ-2 kuyusu (Kara Çöğ petrol sahasında), Jabal Kand-1 kuyusu (Jabal Kand petrol sahasında) ve Tak Tak-1 kuyusu (Tak Tak petrol sahasında) Kuzey Petrol Şirketine ait bu tez kapsamında incelenmiştir.

Irak Kuzeyindeki incelenen formasyonların kalınlığı, litofasiyes ve tektonik koşullara bağlı olarak, yanal yönde kalınlık değişimleri gösterir. Özellikle Dohuk bölgesine doğru Jura yaşlı formasyonların kalınlığı azalmaktadır. Bu çalışmanın konusunu oluşturan Jura yaşlı kaya birimleri alttan üste doğru üç farklı formasyondan oluşmaktadır. Bunlar, alttan üste doğru, sırası ile, (1) Sargelu Formasyonu Orta Jura (Bajosiyen-Batoniyen), (2) Naokelekan Formasyonu Geç Jura (Geç Oksforodiyen-Erken Kimmericiyen) ve (3) Barsarin Formasyonundan Geç Jura (Geç Kimmericiyen- Erken Titoniyen) yaşlıdır. 

Bu çalışma kapsamında, Sargelu, Naokelekan ve Barsarin formasyonlarının paleontolojik ve petrografik özellikleri, diyajenez süreçlerinin sınıflandırması, mikrofasiyes analizleri ve çökelme ortamları incelenmiştir. Alınan örneklerin ince kesitlerinde çoğunlukla pelesipod, ammonit, ekinit, gastropod, bentik foraminifer, radiolaria, ostrakod ve algal kalıntılar yaygın olarak görülen fosil türleridir. Bunun yanı sıra, karbonat kayalar içinde iskeletsiz tane olarak ayırt edilen önemli allokimyasal bileşenler (pellet (peloid), litoklast, ooid ve onkoid) diğer önemli petrografik bileşenleri meydana getirir. İncelenen karbonat kayalar içinde, dolomitleşme, silisleşme, çözünme (gözenekli oluşmaktadır), çimentolanma, neomorfizma (rekristalizasyon) ve sıkışma (stilolitleşme ve çatlaklar) süreçlerine ait diyajenetik dönüşüm verileri  tanımlanmıştır. Bunun yanı sıra, incelenen karbonat kaya birimleri içinde, doku, litoloji ve fosil içeriğine dayalı olarak, Sargelu Formasyonunda üç ana mikrofasiyes belirlenmiştir, bu mikrofasiyes yedi alt mikrofasiyese ayrılmıştır. Naokelekan Formasyonunda üç ana mikrofasiyese belirlenmiştir, bu mikrofasiyes sekiz alt mikrofasiyes ayrılmıştır. Barsarin Formasyonunda üç ana mikrofasiyes belirlenmiştir, bu mikrofasiyes yedi alt mikrofasiyese ayrılmıştır. Buna göre, bu formasyonları genellikle sığ-derin denizel ortamlarda çökelmiştir.

Çalışma alanlarından ve açılmış olan kuyulardan alınan örneklerin,  petrol üretim potansiyeli ile bitümlü kayaçların içerikleri ve özelliklerinin (organik madde miktarı, organik madde türü ve organik maddenin termal olgunluğu değerlendirmek) belirlenmesi amacıyla toplam 47 numune üzerinde organik jeokimyasal analizler yapılmıştır. Bu çalışma sonunda, elde edilen veriler ve diyagramlar değerlendirildiğinde, Sargelu ve Naokelekan Formasyonlarına ait bitümlü karbonat kayaçlarının petrol kaynak kaya özelliğinin yüksek, Barsarin Formasyonua ait bitümlü karbonat kayaçlarının petrol kaynak kaya özelliğinin ise düşük olduğu belirlenmiştir. Bunun yanında, Sargelu ve Naokelekan Formasyonlarına ait örneklerin büyük bölümü Tip II-III arasında kerojen (denizel ve karasal) bileşenleri içermektedir. Diğer taraftan, Barsarin Formasyonuna ait örneklerin büyük kısmı Tip III kerojen (karasal ve kalıntı organik madde) bileşimine sahiptir. Olgunlaşma derecesine ait parametreler, Sargelu ve Naokelekan Formasyonlarına ait örneklerin büyük bölümü, olgunlaşmamış ve az da erken olgun-çok olgun (petrol penceresi) aralıkta tanımlanmıştır. Bunun yanı sıra, Barsarin Formasyonuna ait örneklerin büyük kısmı çok olgun-aşırı olgun (Gaz penceresi) aralığında dağılmıştır.

Palinofasiyes özelliklerin belirlenmesi amacı ile çalışma alanlarından toplam 88 palinolojik örnek derlenmiştir. Bu çalışmada, palinolojik kerojen kategorileri tanımlanmıştır, amorf organik madde (AOM) sınıflanması, palinofasiyes toplulukları ve paleoortamın bulunması amacıyla palinofasiyes analizleri yapılmıştır.  Saptanabilen belli başlı palinolojik kerojen parametrelerini,  AOM Tip A, AOM Tip B, AOM Tip C, AOM Tip D, yaprak fitoklast, yaprak sapı fitoklast, dinoflagellate palinomorf, polen palinomorf, spor palinomorf ve mantar sporudur.  Bunun yanı sıra, incelenen örneklerin amorf organik madde (AOM) tipleri hakkında da bilgi edinilmiştir. Sargelu ve Naokelekan Formasyonları örneklerin büyük kısmı Tip A ve Tip D, (Petrol penceresi) ve çok az da Tip C ve Tip B, (Gaz penceresi) aralığında yer alan amorf organik madde bileşenleri içermektedir. Diğer taraftan, Barsarin Formasyonu örneklerinin büyük kısmı Tip C ve Tip B, (Gaz penceresi) aralığını yansıtan AOM bileşenleri içerir. Palinolojik kerojen kategorilerine göre, AOM, fitoklast ve palinomorf bileşenlere ait iki farklı palinofasiyes toplulukları bulunmuştur. Bunlar, sırası ile, AOM bileşenlerinin baskın olduğu palinofasiyes topluluklar-1 (PFT-1) ile palinofasiyes topluluklar-2'dir (PFT-2). Bunlardan PTF-1  elemanları yüksek oranda AOM'ların yanı sıra, düşük oranda palionomorf ve fitoklast içeriğinden dolayı distal suboksik-anoksik ortamı işaret etmektedir. Diğer taraftan, palinofasiyes topluluklar-2 (PFT-2) elemanları yüksek oranda AOM'ların varlığı ve ortaç oranda fitoklast, bunun yanında, düşük oranda palionomorf içeriğinden dolayı distal disoksik-oksik ortamla ilgilidir.

Çalışma alanlarındaki, bölgesel tektonik hareketler ve termal faaliyetler büyük olasılıkla, organik maddenin tükenmesine yol açmış olmalıdır. Bu nedenle, Sargelu, Naokelekan ve Barsarin Formasyonları elde edilen TOC değerlerinde farklılıkların, yanı sıra, AOM'daki hafif renk değişim, ve kerojen tipi değişimleri ortaya çıkmaktadır.

Abstract:
Thesis subject represents the Middle-Late Jurassic of the bituminous carbonate rocks that located in Northern Iraq, This study constitutes from constitutes from Sargelu, Naokelekan and Barsarin Formations from the oldest to the youngest respectively. In this work, it has been investigated the stratigraphical, sedimentological and geological characteristics of the bituminous carbonate rocks that existedin the field of study areas. Besides this, it has been aimed to determine the potential of main rocks hydrocarbon (oil and gas) through using the organic geochemical and organic petrographic analysis (palinofasies). Most of these formations are rich in organic matter and consist of lithologically that ranging from blackish to dark grayish limestone, argillaceous limestone, dolomitic limestone, dolomite, shale and chert.

This thesis work was carried out in two different regions in Northern Iraq, namely, Gara anticline (in Duhok region) and Surdash anticline (in Sulaymaniyah region). In addition, it was investigated in this thesis three different previously drilled oil wells Qara Chauq-2 well (in Qara Chauq oil field), Jabal Kand-1 well (in Jabal Kand oil field) and Taq Taq-1 well (in Taq Taq oil field) that belong to the North Oil Company.

The thickness of the studied formations in the Northern Iraq shows varying thicknesses along the lateral direction, depending on lithofacies assemblage and tectonic conditions. In particular, the thickness of the Jurassic Formations towards the Dohuk region is decreasing. The Jurassic rock units which forming the issue of this study consist of three different formations from from the oldest to the recent respectively, These are, (1) Sargelu Formation, Middle Jurassic (Bajocian-Batonian), (2) Naokelekan Formation, Late Jurassic (Late Oxforodian-Early Kimmerician) and (3) Barsarin Formation of Late Jurassic (Late Kimmerician-Early Titonian).

In this study, paleontological and petrographic features of Sargelu, Naokelekan and Barsarin formations, classification of diagenesis processes, microfacies analysis and sedimentary environments were investigated. In thin sections of the examined samples, pelecypoda, ammonite, echinodermata, gastropods, benthonic foraminifera, radiolaria, ostracoda and algal residues were seen extensively from the fossil types. In addition, important allochemical components (pellets (peloid), lithoclasts, ooids and oncoids), which are distinguished as non-skeletal grains in carbonate rocks, accomplish other important petrographic components. In the inspected carbonate rocks, were identified the diagenetic processes data which belong to processes of dolomitization, silicification, dissolution (porosity formation), cementation, neomorphism (recrystallization) and compaction (stylolitization and fractures). Also, in the examined the carbonate rock units, based on the texture, lithology and fossil content three major microfacies were identified in the Sargelu Formation, and these microfacies were divided into seven sub microfacies. In the Naokelekan Formation, three main microfacies have been identified, and these microfacies were divided into eight sub microfacies. In the Barsarin Formation, three main microfacies were identified, and these microfacies were divided into seven sub microfacies. According to this, these formations were generally precipitated in shallow marine-deep marine environments.

Organic geochemical analysis of the samples that taken from the study areas and previously drilled oil wells were carried out on 47 samples in order to determine the potential of oil production and the contents within its properties of the bituminous rocks (the amount of organic matter, the type of organic matter and the evaluation of thermal maturity of the organic matter). At the end of this study, when obtained data and diagrams are evaluated, it was determined that the petroleum source rock property of bituminous carbonate rocks belonging to Sargelu and Naokelekan formulations is high, while, the petroleum source rock property of bituminous carbonate rocks belonging to Barsarin formation is low. Beside this, most of the samples from the Sargelu and Naokelekan Formations contain of kerogen components (marine and terrestrial material) between Type II-Type III. On the other hand, most of the samples from the Barsarin Formation have a compound of Type III kerogen (terrestrial and residual organic material). Parameters that belong to the degree of maturity. Most of the samples belonging to the Sargelu and Naokelekan Formations, were defined in the range of immature and a little of early mature-mature (Oil window). Beside this, most of the samples of Barsarin Formation were distributed in the range of late mature-postmature stage (Gas window).

A total of 88 palynological samples was collected from the study areas with the purpose of determining the palynofacies characteristics. In this study, palynological analysis was performed to find the palynomorph kerogen categories, classifications of amorphous organic matter (AOM), palynofacies assemblages and paleoenvironmental. The major palynological parameters that can be detected were AOM type A, AOM type B, AOM type C and AOM type D, cuticle phytoclast, tracheids phytoclast, dinoflagellate cysts palynomorph, pollen palynomorph, spore palynomorph and fungal spore palynomorph. In addition, the information of amorphous organic matter (AOM) types for samples studied has also been obtained. Most of the samples of Sargelu and Naokelekan Formations contain AOM components in range of type A and type D, (Petroleum window) and very little in type C and type B (Gas window). On the other hand, most of the Barsarin Formation samples include AOM components that reflecting type C and type B (Gas window). According to the palynological kerogen categories, two different palynofacies communities belonging to AOM, phytoclast and palynomorph components were found. These are, in turn, palynofacies communities-1 (PFC-1) and palynofacies communities-2 (PFC-2), where the AOM components predominate. PFC-1 elements from these indicate the distal suboxic-anoxic environment due to the low content of palynomorph and phytoclast content, as well as the high AOM. On the other hand, the PFC-2 elements are related to the presence of AOM at a high rate and the natural rate of phytoclast as well as, to the distal disoxic-oxic environment due to the mediocre phytoclast at low rate of palynomorph content.

In the study areas, the regional tectonic movements and thermal activities likely have to lead to the consumption of organic matter. For this reason, the differences in TOC values obtained from Sargelu, Naokelekan and Barsarin Formations, as well as the changing of light color which in AOM and carotene type changes have been shown.