Dombayova (Dinar, Afyonkarahisar) linyitlerinin jeolojik konumu, kimyasal, mineralojik ve petrografik özellikleri
Geological setting, chemical, mineralogical and petrographical properties of dombayova lignites, (Dinar, Afyonkarahi̇sar)
Yazar: YILMAZ BULUT
Danışman: PROF. DR. ALİ İHSAN KARAYİĞİT
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Jeokimya ve Maden Yatakları Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Dombayova (Dinar-Afyonkarahisar) Graben alanı, Ülkemizde son yıllarda keşfedilmiş önemli kömür sahalarından biridir ve yaklaşık 1 milyar ton civarında kömür kaynağı içermektedir. Graben alanında kömür oluşumları, Geç Miyosen (?)-Erken Pliyosen yaşlı Güzelyayla Formasyonu-Akgün üyesi içerisinde tanımlanmıştır. Graben alanında kömür zon kalınlığı 15-20 m'den 420 m'ye kadar ulaşmaktadır. Tez çalışması kapsamında bu grabende yer alan kömürlerin jeolojik konumu, kimyasal, mineralojik, petrografik, majör ve iz element analiz sonuçları değerlendirilmiştir. Bu amaçla D-77 ve D-103 nolu sondajların karotlarından toplam 131 adet kömür örneği ile A-160 nolu sondajın karotlarından toplam 16 adet kayaç örneği alınmıştır. Ayrıca, seçilen yüzey/karot örneklerinde diatom, paleontoloji, palinoloji, mezo- ve mikrogözeneklilik, mikro-FTIR, TOC ve Rock-Eval gibi analizler de yapılmıştır. Kaba kimyasal analiz sonuçlarına göre, iki sondajın kömür zonundan alınan kömür örneklerinin havada kuru bazda nem, kül, uçucu madde ve üst ısıl değerlerinin ağırlıklı ortalamaları sırasıyla %7,5, 24,2, 49,3 ve 3485 kcal/kg olarak bulunmuştur. Elementer analiz sonuçlarına göre iki sondajın havada kuru bazda ağırlıklı ortalamaları %1,1 N, %40,2 C, %4,0 H ve %1,5 S olarak belirlenmiştir. Kömür ve kayaç örneklerinde XRD-TK diyagramları yardımıyla kalsit, aragonit, kuvars, feldispat, pirit, kil mineralleri ile çok az sayıda örnekte serpantin ve opal-CT (kristobalit) tanımlanmıştır. Seçili kömür örneklerinin parlak kesitlerinde yapılan SEM-EDS analizlerinde birçok aksesuar mineral, CaCO3 bileşimli fosil kavkı parçaları, silis (diatom ve sünger spikülleri) ve Ca-fosfat bileşimli biyojenik kalıntılar da gözlenmiştir. A-160 sondajına ait örneklerden yapılan XRD-KF çekimlerine göre tanımlanan kil mineralleri illit/mika, kaolinit ve smektittir. Kömür petrografisi sonuçlarına göre her iki sondajın maseral ve mineral madde içeriklerinin hacimce ağırlıklı ortalama değerleri, %80,1 hüminit, %2,9 inertinit, %1,3 liptinit ve %15,7 mineral madde olarak hesaplanmıştır. Bununla beraber seçili kömür örneklerinden yapılan rastgele yüzde ülminit yansıtma ölçüm değerleri (%Rr), her iki sondaj için ortalama 0,32±0,02 %Rr olarak bulunulmuştur. Bu yansıtma değerleri incelenen örneklerin "linyit" aşamasında kömürleşme derecesine sahip olduğunu göstermektedir. Rock-Eval analiz sonuçlarına göre kömür örneklerinde Tip III kerojeni ve kayaç örneklerinde ise karışık Tip III-IV kerojenin yaygın olduğunu işaret etmektedir. Buna ek olarak kömür örnekleri gaz türetme potansiyeline sahip iken kayaç örnekleri kısıtlı gaz türetme potansiyeline sahiptirler. Kompozit kömür örneklerinde yapılan mezo- ve mikrogözeneklilik ölçüm sonuçlarının, kömürlerin kül, mineralojik bileşimi, karbon ve maseral içerikleriyle yapılan karşılaştırmalarına göre mezogözeneklilik mineral maddeye bağlı olarak değişirken, mikrogözeneklilik ise organik maddeye bağlı olarak gelişmiştir. Kömür örneklerinin majör oksit ve iz element içerikleri ise kömürlerin mineralojik içeriklerine bağlı olarak bir dağılım sunmaktadır. Seçilen kömür parlak kesitleri üzerinde yapılan SEM-EDS analizleri, Cr zenginleşmesinin detritik kromit taneleri ve kil mineralleri ile ilişkili olduğunu göstermektedir. Buna karşın Mo, U, As ve V zenginleşmeleri, ilksel turbalıklardaki anoksik koşullarla ilişkilidir. Kömür petrografisi, kömür fasiyes diyagramları, palinoflora, mineralojik ve jeokimyasal özelliklere göre, kömür damarlarının ilksel turbalıkları, yaygın olarak göl kenarında karstik akiferin kaynak alandan yüzey sularıyla ortama Ca2+ ve HCO3-'ca zengin çözelti ve detritik mineral (örneğin kil mineralleri, kuvars, feldispat ve özellikle karbonat mineralleri (genellikle kalsit ve çok az dolomit)) getirimi sonucunda artan alkanitiye sahip turba bataklıklarında yerleştiğini ve bunlara genellikle CaCO3 bileşimli fosil kavkılarının eşlik ettiğini işaret etmektedir. Organik maddenin korunumu, mineralojik, majör oksit ve iz element içerikleri turbalıklardaki su kimyası, pH koşulları ve detritik katkıya bağlı olarak kontrol edilmektedir.

Abstract:
The Domboyova Graben hosts one of the most significant coalfields recently discovered in Türkiye, with approximately 1 GT of coal resources. In the coalfield, coal beds are located in the Late Miocene (?)–Early Pliocene Güzelyayla Formation-Akgün member. The thickness of the coal-bearing zone ranges from 15-20 to 420 m. In this study, geological settings, chemical, mineralogical, petrographical, and majör and trace elemental analyses of coals were investigated. For these purposes, a total of 131 coal samples were obtained from the D-77 and D-103 wells, and a total of 16 rock samples were collected from the A-160 well. Furthermore, selected outcrop/core samples were subjected to paleontological, meso- and microporosity, micro-FTIR, TOC, and Rock-Eval analyses. The results of proximate analyses of coal samples from both wells show that the weighted averages of moisture, ash yield, volatile matter, and gross calorific values on an air-dried basis are 7.5%, 24.2%, 49.3%, and 3485 kcal/kg, respectively. The results of the ultimate analyses show that the weighted averages of C, H, N, S on an air-dried basis are 40.2%, 4.0%, 1.1%, and 1.5%, respectively. The identified minerals in coal and rock samples using XRD-TK analysis are calcite, aragonite, quartz, feldspars, pyrite, clay minerals, and in a few samples serpantin and opal-CT were also detected. Several accessory minerals along with calcerous fossil shell remains and skeletal remains in siliceous (diatoms and sponge spacules) and Ca-phosphate compositions were identified during the SEM-EDS analyses. The identified clay minerals are illite/mica, kaolinite, and smectite according to XRD-CF analyses of rock samples from the A-160 well. The coal petrography analyses indicate that the weighted averages of maceral and mineral-matter are 80.1% huminite, 2.9% inertinite, 1.3% liptinite, and 15.7% mineral matter. Nevertheless, the measured random huminite reflectance (%Rr) values are around 0.32±0,02%, and these values imply that the studied coal samples are of lignite in rank. Rock-Eval pyrolysis analyses indicate that Type III kerogens are predominant in the studied coal samples, whereas mixed Type III-IV kerogens were more common in the studied rock samples. Additionally, studied coal samples are gas-prone, while rock samples have very limited gas generation potential. The correlations of meso- and microporosity analysis results among ash yields, C, and the mineralogical and maceral compositions of composite coal samples from the D-103 well imply that the mesoporosity characteristics are controlled by mineral matter, and microporosity is controlled by organic matter. The distributions of majör oxides and trace elements are generally related to mineralogical compositions. The SEM-EDS analyses of selected coal polished sections indicate that Cr enrichments are most likely controlled by detritic chromite grains and clay minerals. Besides, the Mo, U, As, and V enrichments could be controlled by anoxic conditions within palaeomires. The coal petrography, coal facies diagrams, palynoflora, and mineralogical and geochemical features indicate that the precursor peats were accumulated under lake-shore conditions, which were open to Ca2+ and HCO3- rich karstic aquifer support and detritic mineral (for example clay minerals, quartz, feldspar, and especially carbonate minerals (more calcite and less dolomite)) inputs. Hence, alkaline conditions were elevated in paleomires, and calcerous fossil shell remains are common. Overall, the preservation of organic matter, mineralogical, majör oxide and trace elements contents are controlled by water chemistry, pH conditions and detritic-influx into palaeomires.