Kelkaya travertenlerinde sedimantolojik ve petrofiziksel incelemeler (Aşağıdağdere, Denizli)
Sedimentological and petrophysical investigations of the Kelkaya Travertines (Aşağıdağdere, Denizli)
Yazar: CİHAN ARATMAN
Danışman: PROF. DR. MEHMET ÖZKUL
Pamukkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Cıva = Mercury ; Denizli-Honaz = Denizli-Honaz ; Fasiyesler = Facies ; Geçirgenlik = Permeability ; Gözeneklilik = Porosity ; Jeokimyasal özellikler = Geochemical features ; Litoloji = Lithology ; Mikroorganizmalar = Microorganisms ; Petrografi = Petrography ; Traverten = Travertine

Özet:
Günümüzde Afrika?nın Batı kıyısı boyunca devam eden ve Güney Amerika?nın doğu kıyısında çökelen traverten kayaçların ana rezervuar özelliği (porozite, geçirimlilik, diyajenez) taşıdıkları belirlenmiştir. Böylece, Batı Anadolu?da hazne kaya özelliği sergileyen traverten çökelleri, Denizli Havzası?nın güneydoğusunda Aşağıdağdere köyünde yer alan Kelkaya traverten sahasının incelenmesine olanak sağlamıştır.
Kelkaya travertenleri depolanma konumlarına göre iki grupta incelenmiştir. 1) Alt seviyede, deniz seviyesine göre 515-560 metreler arasında yer alan yamaç travertenleri, 2) Üst seviyede 595-650 metreler arasında yer alan şelale tufaları.
Yamaç, çöküntü ve tümsek depolanma sistemi içerisinde 5 farklı fasiyes tespit edilmiştir. Yamaç depolanma sistemi, düz, teras (rim ve havuz) ve şelale fasiyesinden oluşur. Bu yamaç sistemini üzerleyen (onlap) bataklık havuz fasiyesi, eski toprak seviyesi (litoklast) ise çöküntü depolanma sistemini oluşturur. Lokal, küçük tümsek çökeller, yamaç depolanma sistemi içerisinde gelişmiştir. Yamaç ve çöküntü depolanma sisteminde gelişen en yaygın litotipler sırasıyla kristalin kabuk ve mikrit traverten olarak belirlenmiştir. 
Çökelme dokusu ve mikroorganizma faaliyetleri etkisi altında gelişen diyajenez süreçleri ile duraylı izotop analizleri, kristalin çalı çökellerinden oluşan kristalin kabuk, koyu ve açık renkli mikrit litotiplerin birbirinden ayrılmasına yardımcı olmuştur. Daha sonra bu litotiplerin sedimantolojik özellikleri, petrofiziksel özellikleri ile ilişkilendirilmiştir. Bunun için bu çalışmada polarize ve elektron mikroskop, duraylı izotop analizleri, görüntü analizi, temel karot analizleri olarak adlandırılan helyum ve hava geçirgenliği ile civa enjeksiyon testleri traverten çökellerine uygulanmıştır. 
Petrografik gözlemlere göre bu çalışmada kuruma büzülme, organik bozunma, çimentolanma ve sparimikritleşme diyajenez süreçleri tespit edilmiştir. Kuruma-büzülme, laminalanmaya paralel bir dizi birincil fenestral boşlukların açığa çıkmasına neden olur. Diğer yandan, diğer diyajenez süreçleri ikincil olarak gözlü (vug), moldik (mouldic), kamış biyomoldik (reed-biomouldic) ve organik boşlukları açığa çıkarır. Görüntü analizine göre organik boşluklar, biyomoldik boşluk türlerinden ayırt edilmiştir. Buna göre, bu çalışmada organik porozite adı altında yeni bir porozite sınıflaması ortaya çıkmıştır.
Petrofiziksel açıdan koyu renkli mikrit litotipinde gözlenen çimentolanma ve sparimikritleşme, gözlü (vug) ve biyomoldik boşlukların daralmasına neden olurken, açık renkli mikrit litotipinde gözlenen kuruma büzülme, boşlukların giderek büyümesine yol açar. 
Traverten örneklerinin ?13C değerleri +2.7 ile +6.2? (VPDB) arasında, ?18O değerleri ise -8.7 ile -7.5 ? (VPDB) arasında değişir. Karbon izotop değerleri, güneyden kuzeye doğru yanal olarak bir azalma gösterir. Diğer yandan, oksijen izotop değerlerinde belirgin bir değişim gözlenmemiştir. Ancak, farklı fasiyeslerde gözlenen bir litotipin farklı ?13C değerleri verdiği ortaya çıkmıştır. Bu çalışmada ?13C değeri (6.18 ?VPDB), en fazla teras havuz fasiyesinin koyu renkli mikrit litotipinde gözlenirken, en az tümsek fasiyesinin kamış litotipinde (3.2 ?VPDB) meydana gelir. Ayrıca bu fasiyeslerdeki kristalin kabuk litotipinin ?13C değeri, teras havuzundaki bakteriyal çalı litotipinin ?13C değerine (5.27 ?VPDB) yakındır.
Temel karot analizlerine göre porozite değerleri yüksekten düşük değerlere doğru sırasıyla açık renkli mikrit (~ 38 %), kamış (~ 22 %), bakteriyal çalı (~ 21 %) olarak tespit edilmiştir. Koyu renkli mikrit (~ 15 %), kristalin kabuk (~ 16 %) ve eski toprak seviyelerin (~ 15 %) porozite değerleri, diğer üç litotipten düşük olmakla birlikte hemen hemen birbirine yakın değerler sergiledikleri fark edilmiştir. Düzeltilmiş hava geçirgenlik değerleri ise yüksekten düşük değerlere doğru sırasıyla kristalin kabuk (~ 45 mD), eski toprak seviyesi (~ 7 mD) ve koyu renkli mikrit (~ 1.25 mD)  olarak belirlenmiştir. Anizotropiden dolayı, genellikle düşey doğrultudaki geçirimlilik değerleri, yatay doğrultudan daha fazladır. Bu durum, yatay doğrultuya göre düşey doğrultudaki boşlukların düzenli dağılım göstermesinden kaynaklanır. Tümsek fasiyesinde kamış litotipi, en fazla porozite (~ 22 %) ve en az geçirimlilik (~ 0.1 mD) değerleri sergiler. Bu durum, kamış biyomoldik boşlukların enine ya da dik kesilmesinden kaynaklanır. Görüntü analizine göre bu boşlukların dik kesilmesi ile küçük boşluk boğaz çapları meydana gelmiştir. Civa doygunluğu, küçük boşluklardan ziyade büyük boşluk boyutlarında daha fazla gözlenmesinden dolayı, küçük boşlukların geçirimlilik değerlerinde belirgin bir azalma meydana gelir.
Civa enjeksiyon testine göre, kristalin kabuk litotipinde mezoboşluklar geniş bir aralık sergilemiştir. Ancak, bu litotipte apeks noktasının oluşması ise kaotik dağılıma sahip mikroboşlukların varlığını işaret etmektedir. Bu mikroboşluklar da düzensiz boşluk dağılımını ifade eder. Böylece, düzensiz boşluk boyut dağılımı, geçirimliliğin azalması ile doğru orantılıdır. Bu görüşü, kristalin kabuk litotipinde hesaplanan yerdeğiştirme basıncının 100 psia üzerinde saptanması da yardımcı olur. Diğer yandan, koyu renkli mikrit litotipindeki düzeltilmemiş hava geçirgenlik değerlerinin kristalin kabuk litotipinden fazla olmasını, 100 psia?dan daha az bir değere sahip olan hesaplanmış yer değiştirme basıncı destekler. Bu çalışmada kapiler basınç , ıslatımsız civa doygunluğu ile ilişkilendirildiğinden dolayı, bu yorumlamalar Sneider (1988) tarafından belirlenen ilkelere uygun değildir. Bu yüzden, kristalin kabuk ve koyu renkli mikrit litotipinin örtü kaya özelliği sergilediği ortaya çıkmıştır.  
Anahtar Kelimeler: traverten, litotip, porozite sınıflaması, petrofiziksel, temel karot analizi, civa enjeksiyon testi.

Abstract:
At the present time, it is pointed out that travertine rocks are primary reservoir (diagenesis, porosity, permeability) rock, especially deposited in the offshore South America and along the west coast of Africa. So that, travertine deposits exhibiting the reservoir rock properties in West Anatolia allow the examination of Kelkaya travertine field area, which is located in Aşağıdağdere village, in the south-east of the Denizli extensional basin. 
The occurrences in different elevations display mainly two depositional settings: (1) Slope deposits developed towards the north, located at the lower altitudes (515 to 560 m) and (2) Waterfall tufa deposits located at the upper altitudes (560 to 650 m).
Five different facies are present into three depositional systems which consist of slope, depression and mound depositional systems. Slope depositional system consists of smooth, terrace which forms pools and rims and cascade facies, whereas depression depositional system arise from paleosol (lithoclast), marsh pool facies which subdivided into dark and light coloured pool facies. The marsh pool facies is onlap to slope facies. Locally, small mound deposits are developed inside of slope depositional system. The most common lithotypes developed in slope and depression depositional systems consist of crystalline crusts and micrite travertine, respectively.
According to both depositional fabrics and diagenesis processes developed under microorganism activity and stable isotopic analysis help especially crystalline crust consisted of crystalline shrub deposits, dark and light micrite lithotypes to be separated from each other. Then, the sedimantological properties of these lithotypes are correlated to its petrophysical characteristics. Hence, the polarization and electron microscope, stable isotope analysis, image analysis, routine core analysis consisted of helium porosity and air permeability, mercury injection porosimetry are performed to travertine deposits in this study.
According to petrographic observations, shrinkage, organic decomposition, cementation and sparmicritazition diagenesis processes are established in this study. The shrinkage result to a lot of primary fenestral pores which is parallel to lamination. On the other hand, other diagenetic processes bring out secondary vuggy, mouldic, reed-biomouldic and organic pores. Based on imagine analysis, organic pores distinguish from biomouldic pores. Hence, a new porosity classification which is referred to organic porosity is introduced in this study.  
In terms of petrophysical characterizations, cementation and sparimicritization which is observed in dark coloured micrite lithotype lead to closure of vuggy and biomouldic pore spaces, whereas shrinkage found in light coloured micrite lithotype result gradually to be enlarged of pore spaces.
The 13C and ?18O values of the travertine samples vary between +2.7 to +6.2? (VPDB) and -8.7 to -7.5 ? (VPDB), respectively. ?13C values of travertine deposits show laterally a decrease from south to north of field area. On the other hand, a clear shift is apparent in the ?18O values. However, it is found out the same lithotype appeared in different facies provide different ?13C values. While the ?13C value of 6.18 (? (VPDB) appeared in the darkest coloured micrite lithotype of terrace pool facies, the least depleted value of (3.2 ? (VPDB) occurs in reed lithotype of mound facies in this study. In addition to, the ?13C value of crystalline crust lithotype from terrace rim is close to its bacterial shrub lithotype (5.27 (?VPDB)  from terrace pool.  
According to routine core analysis, helium porosity values are described for light coloured micrite (~ 38 %), reed (~ 22 %), bacterial shrub lithotypes (~ 21 %) towards from highest to lowest values, respectively. Its dark coloured micrite (~ 15 %), crystalline crust (~ 16 %) and paleosol (~ 15 %) are lesser than other three lithotypes and they exhibit close values to each other. On the other hand, corrected air permeability values is determined as crystalline crust (~ 45 mD), paleosol (~ 7 mD) and dark coloured micrite (~ 1.25 mD) towards from highest to lowest values, respectively. Because of anizotropy,  permeability values from vertical direction are more than it from horizontal direction. This suggests that a lot of pores of vertical direction relative to horizontal have uniform porosity distribution. Reed lithotype from mound facies shows much porosity (~ 22 %) and less permeability (~ 0.1 mD) values. This results is due to pores of both the longitudunal and crosscut reed-molds. According to image analysis, these pores of longitudunal consist of small pore throat sizes which posses lower diameters. Although large pore sizes instead of small pore size have much mercury saturation values, a clear decrease occurs in permeability values of small pores.
According to mercury injection porosimetry, mesopores formed in crystalline crust lithotype exhibit a wide distribution. However, the existence of apex point has indicated that it involves much micropores which show chaotic distribution. These micropores suggest to be had patchy pore distribution which leads to decrease uncorrected air permeability. Calculated displacement pressure of crystalline crust which is a value (183 psia) over 100 psia supports this interpretation. On the other hand, it (93 psia) having lesser a value than 100 psia supports that the uncorrected air permeability values of dark coloured micrite lithotype are higher than in the crystalline crust lithotype. However, capillarity pressure relates to non-wetting mercury saturation in this study. So, these interpretations do not correspond to principles which is described by Schneider (1988). Indeed, it is found out that both crystalline crust and dark coloured micrite lithotype exhibit cap rock properties. 

Key Words: travertine, lithotype, porosity classification, petrophysical, routine core analysis, mercury injection test.