Hafik bölgesi (Sivas Kuzeydoğusu) kömürlerinin organik petrografik ve organik jeokimyasal özellikleri
Organic petrographic and organic geochemical characteristics of coal in the Hafik region (North East Sivas)
Yazar: SELİN SANCAR
Danışman: YRD. DOÇ. DR. NAZAN YALÇIN ERİK
Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mühendislik Bilimleri Bölümü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Enerji = Energy ; Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Kömür = Coal ; Kömür damarları = Coal seams ; Kömür yatakları = Coal deposit ; Sivas havzası = Sivas basin ; Sivas-Hafik = Sivas-Hafik

Özet:
İnceleme alanın temelini yaygın olarak serpantinleşmiş ultrabazik kayaç ve farklı boyutlardaki kireçtaşı blokları içeren Üst Kretase yaşlı Tekelidağ Karışığı oluşturmaktadır. Bu birim üzerine uyumsuz olarak genelde çakıltaşlarından oluşan Üst Paleosen yaşlı Bahçecik Konglomeraları gelir. Bu çalışmada değerlendirilen kömürler Bahçecik Konglomeralarının tabanında yer almaktadır. Formasyonu uyumsuz olarak genellikle masif jipslerden oluşan Oligosen yaşlı Hafik Formasyonu üzerler ve Alt Miyosen yaşlı genel olarak kumtaşının egemen olduğu Karacaören Formasyonu tarafından açılı uyumsuzlukla üzerlenir. Birim üzerine Pliyosen yaşlı çakıltaşı, kumtaşı ve yer yer silttaşlarından oluşan İncesu Formasyonu uyumsuz olarak gelir. Genç akarsu çökellerinden oluşan Kuvaterner yaşlı Karacahisar Formasyonu İncesu Formasyonu üzerine uyumsuz olarak çökelmiştir. Tüm bu birimleri alüvyonlar uyumsuzlukla örtmektedir.Bu çalışma ile Hafik civarında (Sivas Kuzeydoğusu) yüzeyleyen Eosen - Paleosen yaşlı kömürlerin organik madde miktarı, organik madde tipi ve organik olgunlaşma özelliklerinin organik jeokimyasal, organik petrografik analizlerle belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda kömür örnekleri ile kömürün alt ve üst düzeylerinde bulunan koyu gri siyahımsı killi ve karbonatlı yan kayaç örneklerinde TOK- Rock Eval piroliz analizi ve petrografik değerlendirmeler yapılmıştır. Kömürün kısa ve elementer analizi ile petrografik değerlendirmesi yapılarak çökel ortam özellikleri, kömürleşme derecesi, kömürün tipi hakkında bilgi edinilmiştir.Hafik civarındaki kömürler kalınlığı 67-80 cm olan iki farklı damar halinde izlenmektedir. Bu kömürlerin havada kuru bazda ortalama ısıl değerleri alt ısıl değer 1752-6347 (ortalama 4828,9 Kcal\kg) ve üst ısıl değer 1846- 6606 (ortalama 5033,6 Kcal\kg) dır. Toplam nem % 8.22- 18.78 (ortalama % 9.65), kül miktarı % 7.87-54.48 (ortalama % 24,64), uçucu madde içeriği % 36,73-47.98 (ortalama % 43.36), sabit karbon % 7,21-44.15 (ortalama % 32.02) olarak belirlenmiştir. Bileşimini oluşturan C değeri % 53.01- 75.21 (ortalama 70.11), H değeri % 3.93-5.45 (ortalama % 5,15), N değeri % 0,65- 1.11 (ortalama % 0.96), O değeri % 12.04- 40.07 (ortalama % 18.5), % S değeri ise 2.34- 6.98 (ortalama % 5.27) aralığında değişmektedir.İncelenen 18 örnekte Toplam Organik Karbon (TOC) değeri % 0.32-72.45 arasında değişmekte olup ortalama % 28.32 dir. Özellikle kömürlü seviyelerde TOC değerleri oldukça yüksektir (%38.42-60.70).Rock Eval piroliz analizi ile 18 örnek değerlendirilmiştir. Hidrojen İndeksi değerleri 17-442 mg HC\g TOC (ortalama 187,5 mg HC\g TOC), Oksijen İndeksi değerleri ise 16-210 mg CO2\g TOC (ortalama 60,28 mg CO2\g TOC) aralığında değişmektedir. HI-OI ve HI-Tmax diyagramlarında örneklerin çoğunlukla Tip II-III, bir kısmının ise Tip III alanında olduğu gözlenmektedir.Tmax değerleri 412-431 oC arasında olup ortalama 422, 1 oC dir ve örneklerin henüz olgunlaşmadıklarını göstermektedir. HI-Tmax diyagramında değerler olgunlaşmamış ve olgunlaşma başlangıcını işaret eder.Vitrinit yansıması ölçümleri; Rmax ortalama % 0,48 (% 0,45-0,49) ve Rmin % 0,38 (% 0,352- 0,399) değerleri olarak ölçülmüştür ve olgunlaşmamış çökelleri ifade eder. 10 örnekte kerojen slaytlarının mikroskobik değerlendirmesi yapılmış ve bileşimi oluşturan organik madde türleri belirlenmiştir. Egemen organik maddeyi kömürsü bileşenler oluşturmaktadır (ortalama % 83). Bunun yanı sıra %5-15 oranında odunsu (ortalama % 8,5), % 5 oranında otsu ve % 5-10 oranında da amorf (ortalama % 4,5) organik madde belirlenmiştir. Organik maddeler olgunlaşma değerlerine bağlı olarak açık-koyu kahverengi renkler göstermektedir. Kömürlerin petrografik değerlendirmelerinde ise mikroskobik bileşimi egemen olarak Hüminit grubunun oluşturduğu bunun yanı sıra liptinitler ve en az oranda da inertinit grubu maserallerin bulunduğu belirlenmiştir. Vitrinit (Hüminit) % 65-85 (ortalama 79,38), Liptinit % 4-12 (ortalama; 5,75), İnertinit % 2-13 (ortalama 4,63) oranındadır.Örnekler genelde yüksek oranda inorganik maddeler içermektedir (% 6-14 arasında ortalama % 8). İnorganik bileşimi çoğunlukla killer, karbonat (kalsit), sülfatlı (jips) ve demirli (pirit) mineraller oluşturmaktadır. Kömürler pirit açısından çok zengindir ve yaygın pirit şekli framboidal pirittir (pirit oranı % 1-4, ortalama: 2,25).İncelenen kömürler ASTM sınıflamasına göre Altbitümlü kömürdür. Kömürler lagüner bir ortamda oluşmuştur. Gerek kalori düzeyinin düşük olması gerekse içinde çevre kirliliği açısından zararlı olan bileşenleri bol olarak bulundurması nedeniyle yaygın kullanım olasılığı düşüktür.

Abstract:
The basement of the investigated area consists of Upper Cretaceous aged Tekelidağ melange composed of various sized limestone blocks and serpantine ultrabasic rocks. Upper Paleocene- Lower Eocene aged Bahçecik conglomerates which are mainly composed of gravel overlie this unit unconformably. The coals which are examined in this work occur in the Bahçecik Conglomerate level. The formation unconformably overlies the Oligocene aged Hafik Formation which is generally composed of massive gypsum and also overlies with a angular unconformity the Lower Miocene aged Karacaören Formation which is generally dominated by sandstone. Over this level unconformably lies the İncesu Formation which is composed of Pliocene aged gravel, sandstone and partly siltstone. Quaternary aged Karacahisar Formation composed from new river sediments have deposited unconformably over İncesu Formation. All these units are unconformably covered by alluviums.This work aims to determine the amount of organic matter, type of organic matter and the organic maturation characteristics of Eocene- Paleocene aged coals which outcrop around Hafik (North-East Sivas). In this context, TOC-Rock Eval pyrolysis analysis and petrographic evaluation were carried out on the coal samples and also the carbonated hosted rocks and the dark grey-black clay found in the levels above and below the coal. By carrying out petrographic evaluation, proximate and elemental analysis on the coal, data on the characteristics of the sedimentation environment, degree of carbonisation and type of coal were obtained.It can be observed that coals in the Hafik region occur in two different veins with depths varying between 67-80 cms. The average calorific values at dry levels in air of this coal were net calofiric value 1752-6347 (average 4828.9 Kcal/kg) and gross calofiric value 1846-6606 (average 5033.6 Kcal / kg). It was determined that the total moisture was 8.22- 18.78 % (average 9.65%), amount of clay was 7.87 ? 54.48 % (average 24.64 %), content of volatile matter was 36.73 - 47.98 % (average 43.36 %), and fixed carbon was 7.21 - 44.15 % (average 32.02 %). The C value of the mixture varied between 53.01 ? 75.21 % (average 70.11%), H value between 3.93 ? 5.45 % (average 5.151%), N value between 0.65 ? 1.11 % (average 0.96%), O value between 12.04 ? 40.07 % (average 18.5%) and S value between 2.34-6.98% (average 5.27%).In the 18 examined samples, the Total Organic Carbon (TOC) value varied between 0.32 ? 72.45 % with an average of 28.32%. The total organic carbon level in the coaly levels was especially high (38.42 ? 60.70 %).18 samples were evaluated using the Rock Eval Pyrolysis analysis. The Hydrogen Index levels varied between 17-442 mg HC/g TOC (average of 187.5 mg HC/g TOC) and the Oxygen Index varied between 16 ? 210 mg CO2/g TOC (average 60.28 mg CO2/g TOC). It can be seen that the samples in the HI-OI and the HI-Tmax diagrams are mainly of type II-III, with some in the area of type III.The T-max values varied between 412 ? 431 °C with an average of 422.1 °C and it was observed that the samples had not yet matured. The HI-Tmax diagram indicates that the values had not matured but maturation had begun.The vitrinit reflectance values were measured as follows; Average Rmax was 0.48% (0.45 ? 0.49 %) and Rmin was 0.38% (0.352 % - 0.399%) and indicated immature sedimentation. In 10 samples, Kerogen slides microscopic evaluation was carried out and the types of organic matter in the compound were determined.Dominant organic matter was composed of coaly compunds (average 83 %). Also it was determined that 5 ? 15% was woody (average 8.5%), 5% was herbecaous and 5-10% was amorphous (average 4.5%) organic matter. Organic matter was shown with light-dark brown colours depending on the maturation values. In the petrographic evaluation of the coal, it was determined that microscopic compound was dominated by Huminite group besides Liptinits and the lowest rate of inertinit group maseralls were found. Vitrinite (Hüminit) had a rate of 65-85% (average 79.38 %), Liptinite was 4-12% (average 5.75%), and Inertinite had 2-13 % (average 4.63 %).In general the samples contained high levels of inorganic matter (between 6 ? 14%, average of 8%). The inorganic compound was mainly composed of clays, carbonate (calcite), sulphate (gypsium) and pyrite minerals. The coals were very rich in terms of pyrite and the widespread pyrite form was framboidal pyrite (rate of pyrite1-4 %, average 2.25%).The examined coals are Lower bituminous coals according to the classification of ASTM The coals developed in a lagoon environment. The economic use of these are low due to the large prescence of compunds which cause environmental pollution and calofiric values below those regarded as necessary.