Göynük (Kemer-Antalya) kömürlerinin biyomarker jeokimyası
The biomarker geochemistry of Göynük (Kemer-Antalya) coals
Yazar: NARGIS SADIQ
Danışman: PROF. DR. MEHMET ALTUNSOY ; DR. ÖĞR. ÜYESİ CEVDET BERTAN GÜLLÜDAĞ
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Bu çalışmada, Antalya'nın güneybatısında yer alan Göynük (Kemer- Antalya)
kömürlü birimlerin Biyomarker Jeokimyası ortaya konulmuştur. Bu kömürler
Karbonifer-Permiyen yaşlı Pamucakyayla Formasyonu içinde yer almaktadır.
Pamucakyayla Formasyonu, genellikle gri ve kahverengi tonlarda olup,
çoğunlukla kuvars taneli kumtaşlarından oluşurken, bazı bölgelerde grimsi veya sarımsı
renklerde ince katmanlı kiltaşı seviyeleri ve kömür bantları içermektedir. Karbonifer-Alt
Permiyen yaşında olduğu ve uyumlu olarak Devoniyen üzerinde yer aldığı tespit
edilmiştir. Formasyonun içindeki kireçtaşı bantları, simetrik ripıl izleri ve küçük açılı
çapraz tabakalanmalar, sığ denizel ortamı işaret eder. İnceleme alanında 380 m kalınlıkta
gözlenen bu formasyon, yanal olarak değişim göstermez.
Çalışmada formasyondan alınan kömür ve kömürlü örnekler üzerinde organik
jeokimyasal ve petrografik analizler gerçekleştirilmiştir. Bu analizler, kömürlerin organik
madde içeriğini, tipini, olgunlaşma seviyesini ve potansiyel kaynak kaya özelliklerini
belirlemeyi hedeflemiştir. Örneklerin Toplam Organik Karbon (TOC) içeriği %0,13 ile
%30,45 arasında değişmekte olup, ortalama TOC değeri %15,29 olarak bulunmuştur. Bu
değerler, formasyonun zengin bir kaynak kaya potansiyeline sahip olduğunu
göstermektedir.
Hidrojen İndeksi (HI) değerleri 34 ile 572 mg HC/g TOC arasında değişirken,
ortalama değer 303 mg HC/g TOC olarak hesaplanmıştır. Bu değerler, örneklerin büyük
ölçüde hümik organik madde içerdiğini ve Tip III ile Tip II kerojen özellikleri gösterdiğini
işaret etmektedir. Oksijen İndeksi (OI) değerleri 1-223 mg CO2/g TOC arasında
değişmektedir.
Tmax değerleri 444 ile 476 °C arasında değişmekte olup, bu değerler örneklerin
olgun ve ileri-olgun evrelerde olduğunu ve petrol ile gaz üretme potansiyeline sahip
kerojenleri barındırdığını göstermektedir. Vitrinit yansıma değerleri 0,713-0,977 olup
kömürlerin taşkömürü sınıfına karşılık gelmektedir. Bitüm/TOC oranı 0,33-0,57 arasında
değişmekte olup, olgun ve ileri-olgun organik madde düzeyini yansıtmaktadır. Ayrıca,
CPI ve OEP oranları sırasıyla 1,26-1,59 ve 0,75-0,92 aralığında hesaplanmış olup, bu
değerler de olgun ve ileri-olgun seviyelere işaret etmektedir. Pr/nC17-Ph/nC18 diyagramı
benzer sonuçlar sunarak, örneklerin olgunlaşma sürecine dair tutarlı veriler
sağlamaktadır.
GC-MS analizleri, örneklerdeki n-alkanların kısa, orta ve uzun zincirli
bileşenlerini ortaya koymuş ve bu bileşenler ile biyolojik kaynaklar ile kömürleşme
süreçleri hakkında bilgiler edinilmiştir. Örneklerin birinde uzun zincirli n-alkanların
baskınlığı, kara bitkilerinden türeyen organik maddelerin varlığına ve yüksek olgunlaşma
seviyesine işaret etmektedir. Diğer iki örnekte kısa ve orta zincirli n-alkanların hakim
olması, biyolojik kaynakların çeşitliliğini ve farklı olgunlaşma aşamalarını
yansıtmaktadır.
Pr/Ph oranları 0,88, 6,26 ve 5,44 olarak belirlenmiştir. Yüksek Pr/Ph oranları (>3),
oksijenli koşullarda çökelme ve korunma süreçlerini işaret ederken, düşük Pr/Ph oranı
(0,88), anoksik koşullarda çökelmeyi ve korunmayı ifade etmektedir. Bu bulgular,
kömürlerin farklı çökelme ortamlarının etkisi altında oluştuğunu göstermektedir.
Doymuş hidrokarbon fraksiyonlarının m/z 191 kütle kromatogramları üzerinde
yapılan analizlerde, trisiklik ve pentasiklik terpanların belirgin olduğu pikler
gözlemlenmiştir. Pentasiklik terpanlar, özellikle C30, C27 ve C29-hopan bileşikleri baskın
olarak saptanmış; trisiklik terpanlar ise C19, C20 ve C21 bileşiklerinde yoğunlaşmıştır.
Pentasiklik terpanların yüksek yoğunlukta bulunması, karasal organik madde kökenine
ve oksik çökelme ortamlarına işaret etmektedir. Trisiklik terpanlar ise örneklerin termal
olgunluk seviyeleri hakkında bilgi sunmaktadır.
Üç örnekte benzer steran/hopan oranları gözlemlenmiş olup, bu oranlar genellikle
anoksik veya suboksik koşulları işaret eder. Bu tür koşullar, bakteriyel aktivitenin yoğun
olduğu kısıtlı deniz havzaları, bataklıklar veya kıyı lagünleri gibi ortamlarda yaygındır.
Diasteran/Steran oranının 0.5'in üzerinde olması, yüksek kil içeriği ve oksik ortam
koşullarını göstermektedir.
Örneklerdeki C29/C30 hopan oranları, denizel ve karasal organik madde katkısının
bir karışımını yansıtmakta olup, NS-2 örneğinde düşük C35/C34 oranı, denizel organik
madde birikimini temsil ederken, NS-11 ve NS-17 örneklerinde yüksek oranlar karasal
organik madde varlığına işaret etmektedir.
Örneklerdeki Moretan/Hopan oranlarının düşük (0.0432-0.194) olması,
kömürlerin oluşumu sırasında karasal bitki materyallerinin baskın bir bileşen olduğunu
ve denizel veya gölsel katkının nispeten düşük olduğunu göstermektedir. Örnekler
arasındaki bu oranların birbirine yakın olması, örneklerin benzer çevresel ve jeokimyasal
koşullarda oluştuğunu düşündürmektedir.
C35/C34 oranı NS-2 örneğinde düşük seviyede iken, NS-11 ve NS-17 örneklerinde
daha yüksek seviyelerdedir. Düşük C35/C34 oranı genellikle denizel organik madde
birikimini veya anoksik ortam koşullarını temsil ederken, yüksek oranlar karasal organik
madde varlığına veya oksijenli ortam koşullarına işaret etmektedir.
NS-2'deki düşük C25/C26 trisiklik terpan oranı, karasal bitki materyallerinin
baskın olduğunu ve denizel organik madde katkısının düşük olduğunu göstermektedir.
NS-11'deki orta seviye oran, karasal ve denizel organik maddelerin karışımını işaret
ederken, NS-17'deki yüksek oran denizel organik maddelerin baskın olduğu bir ortamı
yansıtmaktadır.
Örneklerde gözlemlenen gamaseran indeks değeri örnek NS-2'de, derin ve
anoksik bir denizel ortamı, NS-11'de karasal ve denizel kaynakların karıştığı sığ deniz
ortamını, NS-17'de ise daha oksijenli, karasal organik madde katkısının yüksek olduğu
kıyı veya delta ortamını temsil etmektedir.
Pamucakyayla Formasyonu'ndan alınan örneklerde yapılan XRD analizleri,
kuvars, kil, kalsit, pirit ve feldispatın en yaygın mineraller olduğunu göstermiştir. Kil
minerali analizlerinde illit ve kaolinit baskın mineraller olarak belirlenmiştir.

Abstract:
This study focuses on the biomarker geochemistry of the Göynük (Kemer-
Antalya) coaly units located in the southwestern part of Antalya. These coals are found
within the Carboniferous-Permian-aged Pamucakyayla Formation. The Pamucakyayla
Formation is predominantly composed of quartz-rich sandstones in shades of gray and
brown, with occasional thin layers of shale in grayish or yellowish tones and coal bands
in certain regions. The formation has been identified as dating from the Carboniferous to
the Lower Permian and resting conformably on the Devonian. The limestone bands within
the formation, along with symmetrical ripple marks and small-angle cross-bedding,
indicate a shallow marine environment. The formation, observed to be 380 meters thick
in the study area, shows no lateral variation.
Organic geochemical and petrographic analyses were conducted on coal and coal-
bearing samples collected from the formation. These analyses aimed to determine the
organic matter content, type, maturation level, and potential source rock characteristics
of the coals. The Total Organic Carbon (TOC) content of the samples ranges from 0.13%
to 30.45%, with an average TOC value of 15.29%. These values indicate a rich source
rock potential for the formation.
Hydrogen Index (HI) values range from 34 to 572 mg HC/g TOC, with an average
of 303 mg HC/g TOC, suggesting that the samples predominantly contain humic organic
matter and exhibit Type III and Type II kerogen characteristics. Oxygen Index (OI) values
vary between 1 and 223 mg CO2/g TOC. Tmax values range from 444 to 476 °C,
indicating that the samples are in mature to late-mature stages and contain kerogens with
the potential to generate oil and gas. Vitrinite reflectance values range from 0.713 to
0.977, corresponding to bituminous coal ranks. The bitumen/TOC ratio ranges from 0.33
to 0.57, reflecting a mature to late-mature level of organic matter. Additionally, CPI and
OEP ratios were calculated to be between 1.26-1.59 and 0.75-0.92, respectively, which
also indicates mature to late-mature stages. The Pr/nC17-Ph/nC18 diagram provides
consistent results, offering further insights into the maturation process of the samples.
GC-MS analyses revealed the presence of short, medium, and long-chain n-
alkanes in the samples, offering insights into their biological sources and coalification
processes. In one sample, the dominance of long-chain n-alkanes indicates the presence
of organic matter derived from terrestrial plants and a high maturation level. In contrast,
the dominance of short and medium-chain n-alkanes in the other two samples reflects the
diversity of biological sources and varying maturation stages.
Pr/Ph ratios were determined to be 0.88, 6.26, and 5.44, respectively. High Pr/Ph
ratios (>3) indicate deposition and preservation under oxic conditions, whereas a low
Pr/Ph ratio (0.88) suggests deposition and preservation under anoxic conditions. These
findings indicate that the coals were formed under varying depositional environments.
In the analysis of the m/z 191 mass chromatograms of saturated hydrocarbon
fractions, prominent peaks corresponding to tricyclic and pentacyclic terpanes were
observed. Pentacyclic terpanes, particularly C30, C27, and C29-hopane compounds, were
found to be dominant, while tricyclic terpanes were concentrated in the C19, C20, and C21
compounds. The high abundance of pentacyclic terpanes indicates a terrestrial organic
matter origin and suggests deposition under oxic conditions. Tricyclic terpanes, on the
other hand, provide insights into the thermal maturity levels of the samples.
Similar sterane/hopane ratios were observed across all three samples, typically
indicating anoxic or suboxic conditions. Such environments are commonly found in
restricted marine basins, swamps, or coastal lagoons, where bacterial activity is high. A
diasterane/sterane ratio above 0.5 reflects a high clay content and deposition in oxic
environments.
The C29/C30 hopane ratios in the samples reflect a mixture of marine and terrestrial
organic matter, with the low C35/C34 ratio in sample NS-2 representing marine organic
matter accumulation. In contrast, the higher ratios in NS-11 and NS-17 indicate the
presence of terrestrial organic matter.
The gamaseran index values suggest that the organic matter has undergone
moderate maturation and was deposited in an anoxic environment. Consequently, NS-2
represents a deep marine setting, NS-11 reflects a shallow marine or coastal environment
with mixed terrestrial and marine inputs, and NS-17 represents a coastal-deltaic
environment with higher terrestrial organic matter input.
The low moretane/hopane ratios (0.0432-0.194) across the samples indicate that
terrestrial plant material was the predominant component during coal formation, with
minimal marine or lacustrine contributions. The similarity in these ratios between the
samples suggests that they were formed under similar environmental and geochemical
conditions.
The C35/C34 ratio was low in NS-2 but higher in NS-11 and NS-17. A low C35/C34
ratio typically indicates marine organic matter accumulation or anoxic depositional
conditions, while higher ratios point to terrestrial organic matter or oxic environments.
The low C25/C26 tricyclic terpane ratio in NS-2 suggests a predominance of
terrestrial plant material with little marine organic input, whereas the moderate ratio in
NS-11 reflects a mixture of terrestrial and marine sources. In NS-17, the high ratio
indicates a marine environment with dominant marine organic matter.
The observed gammacerane index values in the samples represent different
depositional environments, in sample NS-2, it indicates a deep, anoxic marine
environment; in NS-11, it reflects a shallow marine environment where terrestrial and
marine sources mix; and in NS-17, it represents a more oxygenated coastal or deltaic
environment with a higher contribution of terrestrial organic matter.
XRD analyses of samples from the Pamucakyayla Formation revealed that quartz,
clay, calcite, pyrite, and feldspar are the most common minerals. In the clay mineral
analyses, illite and kaolinite were identified as the dominant minerals.