Denizli Havzası'nın Doğu'sundaki traverten litofasiyeslerin sedimantolojisi, diyajenezi ve petrofiziksel özellikleri (GB, Türkiye)

Denizli Havzası'nın Ballık bölgesindeki su altı çökelim ortam koşullarında oluşmuş traverten litofasiyesleri, Brezilya ve Angola'nın kıyı açıklarında keşfedilen Kretase yaşlı gölsel Pre-salt karbonat rezervuarları için analog sahalar olarak seçilmiştir. Bu yeraltındaki rezervuarlar, çökelme dokusu bakımından travertenler ile karşılaştırıldığında önemli farklılıklar sergilemesine rağmen, travertenler, gölsel karbonat rezervuarlarına mikroporozite, gözlü ve kalsit bileşimli dendritler ile ilgili makroporozite, bol miktarda çimentolanma ve çözünme diyajenez süreçlerinin oluşumu ile bazı benzerlikler göstermektedir. Bu tez çalışmasında Ballık alanında birçok traverten litofasiyesleri içeren Kuvaternar yaşlı çökelme ortamlarının alansal dağılımı, traverten jeokütlesi ölçeğinde rezervuar mimarisini ortaya çıkarmak için yeniden inşa edilmiştir. Buna ilaveten, diyajenez ve petrofiziksel özellikler bakımından traverten litofasiyesi ve kütlesine dayalı rezervuar heterojenezi belirlenmiştir. Travertenlerin ana dokuları, diyajenez nedeniyle heterojen boşluk ağlarının ortaya çıkmasına yol açan değişiklikler sergilemiştir. Bu yüzden, yamaç ve yarı-yatay traverten kütlelerinde meydana gelmiş porozite ve permeabilite özelliklerini belirlemek oldukça zordur. Traverten litofasiyeslerinde, petrofiziksel parametreler ile ilişkili boşluk ağlarının dağılımını çözümlemek için bilgisayar tabanlı tomografi (CT), civa enjeksiyon porozimetre ve görüntü analiz tekniklerinin bütünleşik bir yaklaşımı, traverten litofasiyeslerin petrofiziksel parametreleri ile ilişkilendirilen boşluk ağlarının dağılımını çözümlemek için uygulanmaktadır. Çalışma kapsamında mikroporozite ve makroporozitenin petrofiziksel parametreleri nasıl etkilediği de açıklanmıştır. Bu tezde gölsel travertenlerin rezervuar heterojenezini belirlemede başlıca üç önemli araştırma hedefi belirlenmiştir: 1) Ballık alanında farklı traverten ocaklarında yapılan kara kalem çizimleri ile traverten litofasiyeslerine dayalı paleo-ortam modellemesini nasıl oluşturulacağını çözümlemektir. Ballık alanında Faber-West, İllik, Alimoğlu, Best-Abandon ve Demmer-Başaranlar traverten ocakları, batıdan doğuya yanal yönde bir geçişi yansıtmaktadır. Buna ilaveten, bu traverten ocakları, benzer bir topoğrafik seviyede meydana gelmiştir ve Alt Domal olarak adlandırılan domal bir yapı oluşturmuştur. Ballık alanında daha yüksek topoğrafik seviyede yer alan Upper Tuna ve Kömürcüoğlu traverten ocaklarında traverten litofasiyeslerin bitişiğinde bazı karasal kırıntı girdileri gözlemlenmiştir. Üst Domal alanda bu iki traverten ocağı, Alt Domal alandakilerden farklı traverten litofasiyesleri ve çökelme ortamları sergilediği için Alt ve Üst Domal alanın paleo-ortam modellemesi, travertenlerin çökelme geometrisi ile ilişkilendirilmiş çökelme ortamlarının alansal dağılımını göstermek amacıyla ayrı olarak çalışılmıştır. 2) Ballık, Aşağıdağdere, Gürlek, Akköy and Tivoli (İtalya) traverten litofasiyeslerinde gözlenen diyajenez kayıtlarını ve boşluk türü özelliklerinin petrofiziksel parametreler üstündeki etkisini açıklamaktadır. Traverten litofasiyeslerine dayalı rezervuar heterojenezine ilişkin büyük bir veri setine dayalı porozite-permeabilite ve porozite-Vp ilişkilerini kontrol eden faktörler araştırılmıştır. 3) Traverten kütlesine dayalı rezervuar heterojenezi için yamaç ve yarı-yatay traverten kütlelerini içine alan Aşağıdağdere traverten ocağını çalışmaktadır. Takibinde gelen araştırma adımları uygulanmıştır. Helyum porozimetre ve nitrojen gaz permeabilite analizleri için el karotiyer makinesi ile iki yüz altmış dokuz (269) tapa örneği alınmıştır. Ayrıca, düşük basınç koşulları (5 MPa) altında 117 tapa numunesi üzerinde sıkışmalı akustik hız ölçümleri, yapılmıştır. Farklı traverten litofasiyeslerinde meydana gelmiş baskın diyajenez etkileri ve boşluk türlerini belirlemek için 58 tapa numunesinden flüoresans ışık yayan resin maddesi ile hazırlanan ince kesitler yapılmıştır. 7 tapa kırıntısı üzerinde yüksek basınçlı civa enjeksiyon kapiler basınç analizleri (en fazla 60.000 psia) gerçekleştirilmiştir. Bu testin amacı, yer değiştirme basınçlarını gösteren kapiler basınç eğrisi hakkında bilgi elde edinme ve sayısal olarak boşluk boğaz boyut dağılımı gösterme ile ilgilidir. Üç boyutlu boşluk ağlarını göstermek için farklı traverten litofasiyeslerini temsil eden 4 inch çapındaki karotlar üzerinde Medikal-CT analizi uygulanmıştır. Aşağıdağdere traverten ocağındaki yamaç ve yarı-yatay travertenlerini çökelten akışkanların kökenini çözümlemek ve bu traverten çökelleri içinde meydana gelmiş meteorik ve vadoz diyajenez ürünlerini araştırmak için 58 numune üzerinde δ13C ve δ18O izotop analizi gerçekleştirilmiştir. Ayrıca yamaç ve yarı-yatay traverten kütlelerinin çökelim yaşı hakkında bilgi sağlamak için 16 numune U/Th tekniği ile yaşlandırılmıştır. 6 farklı traverten litofasiyesinde gözlemlenmiş diyajenez ve boşluk türü özellikleri ile porozite ve permeabilite gibi petrofiziksel parametreleri birbirleri ile ilişkilendirmek için istatistiksel metotlardan faydalanılmıştır. Bu metotlar, çok yönlü varyans (ANOVA) analizi ile ilişkilendirilmiş doğrusal regresyon modeli, eş değişkenlik eğrisi, ana bileşen analizi (PCA) ve Kruskal-Wallis testinden oluşmaktadır. İlk istatistiksel metot, traverten litofasiyeslerinin porozite-Vp ve porozite-permeabilite ilişkilerini nasıl kontrol ettiğini belirlemek için uygulanmıştır. Bu çalışmada, Kruksal-Wallis testi kullanılarak Türkiye ve İtalya'dan toplanan toplam veri (269 örnekten), gölsel Pre-salt karbonatlarından alınmış veriler ile porozite ve permeabilite parametreleri bakımından karşılaştırılmıştır. Denizli Havzası'nın Ballık yöresinde yanal ve düşey yönde çökelme ortamların alansal dağılımını modellemek için Dunham (1962) karbonat çökel doku sınıflamasında belirtilen mikrofasiyes dokularına dayalı traverten litofasiyesleri tanımlanmıştır. Bu dokuları oluşturan ana elementler, gastropod, ostrakod, chara, intraklast, kalsit ile kabuklaşmış bitki kırıntılarını temsil eden fitoklastlar, kalsit zarflı peloidal dokuyu oluşturan peloidler ve dendritler, mikrit bağlayıcısı ve kalsit çimentodan oluşmaktadır. Bu allokemler ve mikrit bağlayıcısının miktarına göre traverten litofasiyesleri, vaketaşı, istiftaşı, tanetaşı ve bağlamtaşı olarak belirtilmiştir. Bu Dunham (1962) çökel doku sınıflamasının traverten litofasiyeslerinde kullanılmasının nedeni ise gölsel Pre-salt karbonat rezervuar kaya türlerinin çoğunlukla bu sınıflamaya göre belirlenmiş olmasıdır. Bulgularımıza göre Ballık yöresinde çökelim ortamları bakımından Alt Domal alan Üst Domal alandan farklılaşmaktadır. Alt Domal alanının doğusundan batısına doğru sığ derinlikli havuz, bataklık havuz, taşkın düzlüğü çökelim ortamlarının yanal yönde karmaşık dağılımı gözlemlenmiştir. Bu Alt Domal alanda çökelim ortamlarının heterojen dağılımı, kaynak ve yeraltı sularının karışmasından dolayı olduğu düşünülür. Alt Domal alanının batısında stromatolitik bağlamtaşı litofasiyesi ile karakterize edilen geniş yayılımlı sığ derinlikli havuz, bu alanın doğusuna doğru bataklık havuz ve taşkın düzlüğü ortamlarına dönüşür. Bunun sebebi, Alt Domal alanının su derinliği doğuya doğru azaldıkça CO2 gaz çıkışı ve su sıcaklığının azalmasına bağlı olabilir. Bataklık havuz ortamı, istiftaşı-tanetaşı ve bol miktarda fitoklastlardan oluşan vaketaşı litofasiyesleri içermektedir. Bu fitoklastları temsil eden bitki kırıntıları, kalsit ile kabuklaşmıştır ve bu kabuk, pustular doku ile temsil edilmektedir. Ayrıca, bataklık havuz ile birlikte taşkın düzlüğü çökelme ortamı, fazla miktarda gastropod kavkıları ve intraklastlar içeren istiftaşı-tanetaşı litofasiyesinden oluşmuştur. Bu litofasiyesin fitoklastik vaketaşı litofasiyesi ile ara katkılı olduğu gözlemlenmiştir. Bu ortamlarda kalsit zarflı taneler ile birlikte düzensiz kalsit zarflı peloidal doku ile biyotürbasyon izlerinin gözlemlendiği fazla miktarda kireçli çamur oluşumları mevcuttur. Çökelim ortamları bakımından Üst Domal alan, Alt Domal alana nazaran daha az heterojen dağılım sergilemektedir. Üst Domal alan, genellikle taşkın düzlüğü ve taşkın yamaç ortamları ile karakterize edilmiştir. Üst Domal alanının doğu tarafı, bu ortamların sistematik ardalanması ile temsil edilmiştir. Bu ortamlar fitoklastik vaketaşı litofasiyesinin intraklast, kireçli çamur ve kalsit zarflı tanelerinden oluşan istiftaşı-tanetaşı litofasiyesi ile temsil edilir. Taşkın düzlüğü ortamı, kalsit bileşimli spar laminalar ile çevrelenen peloidal çekirdeğe sahip olan kalsit zarflı taneler ve intraklastları temsil eden peloidlerden oluşmuş kalsit zarflı taneler içerir. Taşkın yamaç ortamı ise, kaynaklardan uzağa doğru laminar bir boşalımı işaret eden düz laminalı ve sütunsal laminalı dokular ile temsil edilmiş stromatolitik bağlamtaşı ve kalsit zarflı tanelerden meydana gelmiştir. Alt Domal alanda fazla miktarda broyofit ve kamışlardan oluşan paludal çökeller ve alüvyal yelpaze çökelleri, bataklık havuz çökelleri ile çoğu kez ara katkılıdır. Üst Domal alanda ise bu alüvyal yelpaze ve paludal çökeller, taşkın düzlüğü ve taşkın yamaç ortamlarını temsil eden traverten litofasiyesleri ile ara katkılı olduğu gözlemlenmiştir. Tüm bu sonuçlara göre Üst ve Alt Domal alanda farklı depolanma ortamlarının oluşması, rezervur mimarisi bakımından heterojenezin varlığını kanıtlamaktadır. Bu çalışmada rezervuar heterojenezine ilişkin altı ana traverten litofasiyesleri tanımlanmıştır: Bunlar masif istiftaşı (MP), istiftaşı-tanetaşı (PG), fitoklastik istiftaşı (PP), dendritik kabuklar (DC), stromatolit bağlamtaşı (SB) ve fitoherm bağlamtaşı (PB). Traverten litofasiyeslerinin orta dereceli porozite-permeabilite ilişkisi (R2 = 0.5) gösterdiği ve çok zayıf porozite-Vp ilişkisi(R2=0.12) sergilediği bulunmuştur. 43 aykırı örneği toplam veriden (269) çıkardığımızda porozite-permeabilite ilişkisi, 0.7 R2 değerine yükselmiştir. Bu aykırı değerler ile temsil edilen numuneler, bol miktarda mikroporozite, gözlü makroporozite, mikrokristalin kalsit ve bloklu kalsit çimentolar ile az miktarda jeopetal mikrit içermektedir. Çok yönlü regresyon analizlerinde altı traverten litofasiyesinin her biri için hayali (dummy) değişkenler açığa çıkarıldıktan sonra ANOVA analizleri uygulanmıştır. Analiz sonuçlarına göre fitoherm bağlamtaşı ve stromatolit bağlamtaşı traverten litofasiyeslerinin porozite-Vp ilişkisi bakımından farklılaştığı görülmüş, buna karşılık fitoherm bağlamtaşı, istiftaşı-tanetaşı ve fitoklastik istiftaşı traverten litofasiyeslerinin porozite-permeabilite ilişkisinde çok ayırt edici özelliğe sahip oldukları gözlenmiştir. Öte yandan, istiftaşı-tanetaşı traverten litofasiyesini temsil eden amprik denklemin porozite değerlerinden permeabilite değerlerini hesaplamak için kullanılabileceği düşünülmüştür. Ana bileşen ve korelasyon analizine göre PC1'e karşı bir pozitif trend gösteren parametre çimentolanma miktarı iken, PC1'e karşı negatif trend gösteren parametreler ise permeabilite, çözünme derecesinin yüzdesi ve fito-moldik makroporozite miktarıdır. Benzer biçimde, PC2 için pozitif olarak yönelim gösteren parametreler, porozite ve gözlü makroporozite miktarından oluşur ve negatif yönde eğilim gösteren parametre ise sadece mikroporozite miktarı ile temsil edilmektedir. Traverten kütlesine dayalı rezervuar heterojenliğini belirlemede en uygun traverten ocağı, Denizli Havzası'nda Ballık bölgesinin güneyindeki Aşağıdağdere'de yer aldığı sonucuna varılmıştır. Çünkü Aşağıdağdere traverten ocağı, U-Th yaşlandırma analizine göre farklılaşan ve iyi yüzlek veren yamaç ve yarı-yatay traverten kütlelerinden oluşmaktadır. Ayrıca çoğu araştırmacılar, Türkiye'nın Ballık bölgesi ve İtalya'nın Tivoli bölgesinde yaygın olan bu traverten kütlelerinin gölsel Pre-salt karbonat rezervuarlarına analog olabilecek bir çökelim geometrisine sahip olduğunu düşünmüştür. Bu yüzden, bu traverten kütlelerinin çökelim mimarisi ile ilişkilendirilen erken diyajenez süreçlerinin ve boşluk türlerinin petrofiziksel özellikler üzerine etkisi araştırılmıştır. Yamaç traverten kütlesi (29.6-17 bin yıl), ilerleyen ve biriken çökelme geometrileri ile temsil olunan teras yamaçları, yamaç yelpazesi ve şelale traverten çökelleri ile karakterize edilmiştir. Meteorik suların traverten sistemi içerisine fazla boşalımından dolayı karstik bir yüzeyi üzerleyen ekstraklast, intraklast ve kireçli çamur içeren taşkın düzlüğü çökelleri (17-10 bin yıl), tümsek traverten çökellerinin üzerine gelişmiştir. Yarı-yatay traverten kütlesi (10-1.5 bin yıl), biriken çökelme geometrileri ile temsil edilmiş paludal ve bataklık havuz çökellerinin ardalanmasından oluşmuştur. Meteorik sular, teras tümseği çökellerinden bataklık havuz ve paludal çökellere doğru hafifçe azalan δ13C ve δ18O değerleri arasında ters orantılı bir ilişkiye neden olmuştur. Bu ilişki, aynı zamanda traverten litofasiyesleri içinde oldukça fazla gelişmiş olan vadoz diyajenez ürünlerini yansıtmaktadır. Teras çeperleri ve havuzları ile yamaç yelpaze çökellerinde gözlemlenen çözünme, rekristalizasyon ve çimentolanma diyajenez süreçleri, mikroporozite, lamina-arası, peloid-arası, çalı-arası büyüme çatısı, moldik ve gözlü makroporoziteyi açığa çıkarmıştır. Bu makroporozite ve mikroporozite, miktarı %58 ve %65 arasında değişen mikro boyuttaki boşluk boğazlar ile %31 ile %36 arasındaki mezo boyutlu boşluk boğazlarından oluşmuştur. Bataklık havuz ve paludal çökellerin mikro-delici organizma faaliyetleri ve çözünme nedeniye yüksek oranda mikritleşme sergilediği ortaya çıkmıştır. Çözünme, ilave mikroporozite, peloid-arası ve gözlü makroporozitenin ortaya çıkmasına neden olmuştur. Bu makroporozite ve mikroporozite ise %58 ile %75 arasında mikro- ve %25 ile %38 arasında mezo-boyutta boşluk boğaz miktarıyla temsil edilmektedir. Yamaç ve yarı-yatay traverten kütlesindeki traverten litofasiyeslerinde gelişmiş diyajenez süreçleri, genellikle mikroporozite ve makroporozitenin geniş yayılımına, heterojen porozite ve permeabilite dağılımına, unimodal-bimodal boşluk boğaz boyut dağılımına, dik kapiler basınç eğrisine ve farklı yerdeğiştirme basınç değerlerine neden olmuştur. Yamaç traverten çökellerinde yerdeğiştirme basınç değerleri, 32 ile 59 psia arasında değişirken, yarı-yatay traverten çökellerinde bu değerler, 3 ile 122 psia arasında yer almaktadır. Diğer taraftan, yamaç traverten çökelleri, yarı-yatay traverten çökellerine nazaran daha fazla homojen boşluk ağı ve daha geniş porozite-permeabilite dağılımıyla karakterize edilmiştir. Tüm bu bulgular, yamaç ve yarı-yatay traverten çökellerinde rezervuar kalitesinin sedimanter özelliklere veya diyajenez süreçlerine bağlı olabildiğini göstermiştir. Porozite değerleri bakımından Pre-Salt kalsit kabukları ve tanetaşı/kabataş litolojileri, sırasıyla stromatolitik bağlamtaşı ve istiftaşı-tanetaşı traverten litofasiyeslerine benzerdir. Ayrıca, ilk rezervuar litolojisinin ortalama permeabilite değeri, dendritik kabuklar ve stromatolitik bağlamtaşı traverten litofasiyeslerinkine çok yakındır. Bu durum, travertenler çeşitli makro- ve mikroporozite veren birçok diyajenetik dokular içerdiği için porozite ve permeabilite parametrelerinin diyajenez süreçleri tarafından kontrol edildiğini doğrulamaktadır. Bu nedenle yarı-yatay ve yamaç traverten kütlelerinde porozite, çimentolanma ve çözünme zonlarının alansal dağılımını yeniden inşa etme, traverten kütlesi ölçeğinde rezervuar heterojenezini çözümlemeye izin vermiştir. Bu çalışma, yeraltındaki gölsel karbonat rezervuarlarında sürdürülen arama ve üretim hedeflerini geliştirmeye iyi bir analog çalışma olarak katkıda bulunabilir. Porozite, çimentolanma ve çözünme zonlarının alansal dağılımı, ilerleyen ve gerileyen çökelme geometrilerine sahip domal veya yamaç morfolojilerini yansıtan sismik veri ile birleştirilmelidir.