Depositional Environment and Organic Facies of Coal-Bituminous Marl Association in Seyitömer (Kütahya) Region

Öz

In Neogene basins in the Aegean region of Turkey, the association of coal seams with bituminous shales and/or bituminous marls is common. The association of humic coals consisting of terrestrial organic matter with bituminous shales/marls rich in sapropelic organic material is rather unusual. In order to investigate the causes of this unusual association, a lithological section in Seyitömer-Kütahya region was studied for its different properties. Lithological, petrographic, mineralogical and geochemical composition of sediments, chemistry and redox potential of water-column, amount, type and maturity of organic material in sediments, depositional environment and organic facies were investigated. The evaluation and interpretation of the analytical data resulted in differentiation of two intervals along the coal-bituminous marl transition. The four-meter-thick interval at the base of the section represents a period when fine clastics rich in terrestrial organic matter and even humic coals were deposited in a low energy fresh water environment with high redox potential. The following section is represented by carbonate-rich fine clastics, which were deposited as a result of enhanced chemical sedimentation in brackish to saline water. These units are rich in sapropelic organic material, indicating that reducing conditions still continued.

Sedimentological and organofacies properties of the coal-bituminous marl transition indicate a lacustrine environment with fluctuating water level in general. At the beginning the depositional environment was a balancedfill fresh water lake, where coal and fine clastics were deposited under temperate and humid conditions suitable for flourishing flora. The lake was then converted from time to time into a lake with brackish water due to climate changing towards drier conditions. Thus, material transport into the lake was reduced and chemical deposition was dominant. This paleoclimatic change at the end of the mid-Miocene was the main cause of the transition from humic coals to bituminous marls in the Seyitömer region.

Anahtar Kelimeler

• Neogene,Western Anatolia,Sediment Geochemistry,Paleoclimate

Proje Numarası

Proje No: 101Y107; T-405/08032004

Seyitömer (Kütahya) Yöresinde Kömür-Bitümlü Marn Birlikteliğinin Çökelme Ortamı ve Organik Fasiyes Özellikleri

Öz

Ege Bölgesindeki Neojen yaşlı havzaların birçoğunda kömür damarları ile bitümlü şeyl ve/veya bitümlü marnlar bir arada bulunmaktadır. Hümik kömürler ile sapropelik organik maddece zengin bitümlü çökellerin bu birlikteliği alışıldık değildir. Bunun nedenlerinin ortaya konması amacıyla, Seyitömer-Kütahya yöresindeki kömür-bitümlü marn geçişinin gözlendiği kesimin litolojik ve petrografik özellikleri, mineralojik ve jeokimyasal bileşimleri, çökelme ortamındaki su kütlesinin kimyasal özellikleri, redoks potansiyeli ile çökellerdeki organik maddenin miktar, tür ve olgunluklarının ışığında bu birimlerin çökelme ortamları ve organik fasiyes özellikleri araştırılmıştır.

Yapılan değerlendirmeler sonucunda kömür-bitümlü marn geçişinin gözlendiği kesimde iki zon ayırt edilmiştir. Tabanda yer alan 4 m’lik kesim, karasal organik maddece zengin ince kırıntılı çökellerin ve zaman zaman hümik kömürlerin, düşük enerjili, redoks potansiyeli yüksek bir tatlı su ortamında çökeldikleri bir evreyi temsil etmektedir. Bu evreyi, kimyasal çökelimin artması sonucu karbonatca zengin ince kırıntılı ve sapropelik organik maddece zengin litolojilerin çökeldiği, redoks potansiyelinin düşmesine rağmen anoksik-disoksik koşulların süregeldiği ve su kimyasının zaman zaman acı ve hatta tuzlu su yönünde değiştiği bir dönem izlemiştir.

İstifin sedimantolojik ve organik fasiyes özellikleri genel anlamda su derinliği değişken bir göl ortamına işaret etmektedir. Başlangıçta bitki topluluklarının zenginleşmesi için elverişli olan ılıman ve yağışlı iklimsel koşullarda, dengeli dolan bir tatlı su gölünü temsil eden çökelme ortamı, daha sonra kuraklaşan iklime bağlı olarak ortaya çıkan yağışlardaki azalmanın etkisiyle zaman zaman bir acı su gölüne dönüşmüştür. Bunun sonucunda da göle kırıntılı malzeme gelimi azalmış ve kimyasal çökelme artmıştır. Orta Miyosen dönemi sonlarında iklimde yaşanan bu değişimin, Seyitömer yöresindeki kömürlerden bitümlü marnlara geçişi kontrol eden temel etken olduğu sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Neojen,Batı Anadolu,Çökel Jeokimyası,Paleoiklim

Destekleyen Kurum

TÜBİTAK ve Bundesministerium für Bildung und Forschung (bmb+f); İstanbul Üniversitesi, Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi

Proje Numarası

Proje No: 101Y107; T-405/08032004

Teşekkür

Bu çalışma; “MioEcoChange Projesi” kapsamında da TÜBİTAK, (Proje No: 101Y107) ve Bundesministerium für Bildung und Forschung (bmb+f), Bonn/Almanya tarafından ve İstanbul Üniversitesi, Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi tarafından da yazarlardan Dila Dikmen’in Yüksek Lisans Tez Çalışması kapsamında (Proje No: T-405/08032004) desteklenmiştir. Dr. Ulrich Mann (Jülich Research Center) MioEcoChange Projesinin Almanya tarafındaki koordinatörü olarak çalışmaların her aşamasında önemli katkılar yapmıştır. Dr. Selman Er (İstanbul Üniversitesi) şekillerin oluşturulması sürecinde değerli yardımlarda bulunmuştur. Üç anonim hakem tarafından yapılan öneri ve eleştiriler makalenin iyileştirilmesini sağlamıştır. Tüm bu değerli destekler için teşekkürü borç biliyoruz.

Kaynakça

1. Akdeniz, N., Konak, N., 1979. Simav, Emet, Tavşanlı, Dursunbey, Demirci yörelerinin jeolojisi. Maden Tetkik ve Arama Enstitüsü, Raporu, No. 6547 (yayımlanmamış).
2. Akgün, F., Kayseri, M.S., Akkiraz, M.S., 2007. Paleoclimatic evolution and vegetational changes during the Late Oligocene–Miocene period in Western and Central Anatolia (Turkey). Palaeogeography Palaeoclimatology Palaeoecology, 253, 56–90.
3. Akkiraz, M.S., Akgün, F., Utescher, T., Wilde, V., Anneliese Bruch, A., Mosbrugger, V., Üçbaş, S.D., 2012. Palaeoflora and Climate of Lignite-bearing Lower-Middle Miocene Sediments in the Seyitömer and Tunçbilek Sub-basins, Kütahya Province, Northwest Turkey. Turkish Journal of Earth Sciences, 21, 213–235. DOI:10.3906/yer-1007-45.
4. Baş, H., 1983. Domaniç-Tavşanlı-Kütahya-Gediz yöresinin Tersiyer jeolojisi. Jeoloji Mühendisliği, 27, 11–19.
5. Bernard, B.B., Bernard, H., Brooks, J.M., 1995. Determination of Total Carbon, Total Organic Carbon and Inorganic Carbon in Sediments. TDI-Brooks International/B&B Laboratories Inc., College Station Texas,Vol. 1-5.
6. Berner, R.A., 1970. Sedimentary pyrite formation. American Journal of Science, 268, 1-23.
7. Berner, R.A., 1981. A new geochemical classification of sedimentary environments. Journal of Sedimentary Petrology, 51, 359-365.
8. Berner, R.A., 1982. Burial of organic carbon and pyrite sulfur in the modern ocean: its geochemical and environmental significance. American Journal of Science, 282, 451-473.

9. Berner, R.A., Raiswell, R., 1983. Burial of organic carbon and pyrite sulfur in sediments over Phanerozoic time: a new theory. Geochimica Cosmochimica Acta 47, 855–862.
10. Bohachs, K.M., Carrol, A.R., Neal, J.E., Mankiewicz, P.J., 2000. Lake-basin type, source potential and hydrocarbon character: an integrated-sequence-stratigraphic-geochemical framework, (Lake basins through space and time, Editörler: Gierlowski-Kordesch, E.H., Kelts, K.R.). AAPG Studies in Geology, 46, 3-34.
11. Bulkan, Ö., 2003. Himmetoğlu (Göynük-Bolu) Yöresindeki Kömür-Bitümlü Şist Birlikteliğinin Paleoekolojik Nedenleri. İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 132 s., (yayımlanmamış).
12. Bulkan-Yeşiladalı, Ö., Yalçın, M.N., Mann, U., 2005. Himmetoğlu Havzası’ndaki (Göynük-Bolu) Kömür-Bitümlü Şeyl Birlikteliğinin Paleo-Ortam Koşulları. İstanbul Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Yerbilimleri Dergisi, 18, (1), 81-97.
13. Carrol, A.R., Bohacs, K. M., 1999. Stratigraphic classification of ancient lakes: balancing tectonic and climatic controls. Geology, 27, 99-102.
14. Çelik, Y., Karayiğit, A.İ., 2004a. Chemical Properties and Petrographic Composition of the Lacustrine Seyitömer Lignites (Miocene), Kütahya, Turkey. Energy Sources, 26, (4), 339-352.
15. Çelik, Y., Karayiğit, A.İ., 2004b. Geological Setting and Quality of the Lignite Seams in the Seyitömer Basin, Kütahya, Turkey. Geologica Belgica, 7, (3-4), 259-265.
16. Dikmen, D., 2005. Seyitömer (Kütahya) Yöresindeki Kömür-Bitümlü Marn Geçişinin Organik Fasiyes Özellikleri. İstanbul Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 128 s., (yayımlanmamış).
17. Emre, H., 1999. Seyitömer (Kütahya) kömür havzasının ısıl değerlerine göre rezerv hesabı. İstanbul Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Yerbilimleri Dergisi, 12, 31–37.
18. Erkoyun, H., Kadir, S., Külah, T., Huggett, J., 2017. Mineralogy, geochemistry and genesis of clays interlayered coal seams succession in the Neogene lacustrine Seyitömer coal deposit, Kütahya, western Turkey. International Journal of Coal Geology, 172, 112–133.
19. Espitalie, J., Madec, M., Tissot, B., Mennig, J. J., Leplat, P., 1977. Source rock characterization methods of petroleum exploration. Proc. Offshore Technology Conference, Paper 2935, 3, (9), 439–444.
20. Helvacı, C., İnci, U., Yağmurlu, F., Yılmaz, H., 1987. Batı Anadolu’nun Neojen stratigrafisi ve ekonomik potansiyeli. Akdeniz Üniversitesi Isparta Mühendislik Fakültesi Dergisi, 3, 31-45.
21. Hufnagel, H., 1989, Investigation of oil shale deposits in western Turkey. Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, Project no. 84.2127.3, Hannover, Germany, (yayımlanmamış).
22. Jacobson, S. R., 1991. Petroleum Source Rocks and Organic Facies. in: R. K. Merrill (Ed.) Source and Migration Processes and Evaluation Techniques, AAPG Treatise of Petroleum Geology, Handbook of Petroleum Geology, 3-11.
23. Jarvie, D. M., 1991. Total Organic Carbon (TOC) Analysis, (Source and Migration Processes and Evaluation Techniques, Ed.: Merrill, R.K.). AAPG Treatise of Petroleum Geology, Handbook of Petroleum Geology, 113-118.
24. Jones, B., Manning, D.A.C., 1994. Comparison of geochemical indices used for the interpretation of paleo-redox conditions in ancient mudstones. Chemical Geology, 111, 111–129.
25. Jones, R.W., 1987. Organic Facies, (Advances in Petroleum Geochemistry Volume 2, Editörler: Brooks, J., Welte, D.). Academic Press, Londra, 1-91.
26. Kara-Gülbay, R., Korkmaz, S., 2008. Organic geochemistry, depostional environment and hydrocarbon potential of the Tertiary oil shale deposits in NW-Anatolia, Turkey. Oil Shale, 25, (4), 444-464.
27. Kaya, O., 1979. Ortadoğu Ege çöküntüsünün Neojen stratigrafisi ve tektoniği. Türkiye Jeoloji Kurumu Bülteni, 22, 35-58.
28. Kaya, T. 1993. First record of Moropus elatus (Chalicotheriidae-Perisscodatyla) in Turkey (Seyitömer–Kütahya). Turkish Journal of Earth Sciences, 2, 189–194.
29. Kök, M.V., 2001. Thermal investigation of Seyitömer oil shale. Thermochimica Acta, 369, 149-155.
30. Kök, M.V., Şengüler, İ., Hufnagel, H., Sonel, N., 2001. Thermal and geochemical investigation of Seyitömer oil shale. Thermochimica Acta, 371, 111-119.
31. Langmuir, D., 1978. Uranium solution-mineral equilibra at low temperatures with applications to sedimentary ore deposits. GeochimicaCosmochimica Acta, 42, 547-569.
32. Lebküchner, R.F., 1959. Seyitömer (Kütahya) Neojen sahasında jeoloji ve linyit ile ilgili olarak yapılan etüdler hakkında rapor. Maden Tetkik ve Arama Enstitüsü Raporu, No.2985, (yayımlanmamış).
33. Leventhal, J.S., 1983. An interpretation of carbon and sulfur relationships in Black Sea sediments as indicators of environments of deposition. Geochimica Cosmochimica Acta, 47 (1), 133-137.
34. Leventhal, J.S., 1987, Carbon and Sulfur relationship in Devonian shales from the Appalachian basins as indicator of environment of deposition. American Journal of Science, 287, 33-49.
35. Littke, R., Baker, D. R., Rullkötter, J., 1997, Deposition of petroleum source rocks, (Petroleum and Basin Evalution, Editörler: Welte, D.H., Horsfield, B., Baker, D.R.). Springer-Verlag, 271-333.
36. Maucher, A., 1936. Seyitömer linyit havzasının petrografik raporu. Maden Tetkik ve Arama Enstitüsü Raporu, No.108 (yayımlanmamış).
37. Morford, J.L., Emerson, S., 1999. The geochemistry of redox sensitive trace metals in sediments. Geochimica Cosmochimica Acta, 63, (11-12), 1735-1750.
38. Mosbrugger, V., Utescher, T., 1997. The coexistence approach–a method for quantitative reconstructions of Tertiary terrestrial palaeoclimate data using the plant fossils. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 134, 61–86.
39. Müller, G., 1970. High magnesian calcite and protodolomite in Lake Balaton (Hungary) sediments. Nature, 226, 749-750.
40. Müller, G., Irion, G., Forstner, U., 1972. Formation and diagenesis of inorganic Ca-Mg carbonates in the lacustrine environment. Naturwissenschaften, 59, 158-164.
41. Nakoman, E., 1968. Contrubution a Letude de microflore Tertiare des lignites de Seyitömer (Turquie). Pollen et Spores, 10.
42. Nebert, K., 1960. Tavşanlı’nın batı ve kuzeyindeki linyit ihtiva eden Neojen sahasının mukayeseli stratigrafisi ve tektoniği. Maden Tetkik ve Arama Enstitüsü Dergisi, 54, 7–35.
43. Özcan, N., 1987. Seyitömer (Kütahya) Linyitlerinin Palinolojik Özellikleri, Dokuz Eylül Universitesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Yüksek Lisans Tezi, 70 s., (yayınlanmamış).
44. Philp, R.P., Galvez-Sinibaldi, A., 1991. Characterization of organic matter by various pyrolysis techniques, (Source and Migration Processes and Evaluation Techniques, Ed.: Merrill, R.K.) AAPG Treatise of Petroleum Geology, Handbook of Petroleum Geology, 107-112.
45. Pütün, E., Akar, A., Ekinci, E., Bartle, K. D., 1988. Chemistry and Geochemistry of Turkish Oil Shale Kerogens. Fuel, 67, 1106-1110.
46. Pütün, E., Akar, A., Ekinci, E. And Bartle, K. D., Frere, K. D., Snape, C., E., Ciritoğlu, M., 1991. Organic Geochemistry of the Göynük and Seyitömer Oil Shales of Turkey. Journal of Petroleum Geology, 14, (4), 459-464.
47. Raiswell, R., Berner, R. A., 1985. Pyrite formation in euxinic sediments and semi-euxinic sediments. American Journal of Science, 275, 636-652.
48. Reul, K., 1955. Seyitömer linyit yatakları hakkında jeolojik rapor. Maden Tetkik ve Arama Enstitüsü Raporu, No.2383 (yayımlanmamış).
49. Saraç, G., 2003. Türkiye Omurgalı Fosil Yatakları. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Rapor No. 10609, (yayımlanmamış).
50. Stach, E., Mackowsky, M.-Th., Teichmüller, M., Taylor, G.H., Chandra, D., Teichmüller, R., 1982. Stach’s Textbook of Coal Petrology, Berlin, Gebrüder Borntraeger, 535 s.
51. Şener, M., Şengüler, İ., Kök, M.V., 1995. Geological considerations for the economic evaluation of oil shale deposits in Turkey. Fuel, 74, (7), 999-1003.
52. Şengüler, İ., 1999. Seyitömer (Kütahya) yöresi petrollü şeyllerinin ekonomik kullanım olanaklarının araştırılması. Doktora Tezi, Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, (yayımlanmamış).
53. Taylor, J.C., 1991. Computer Programs for Standardless Quantitative Analysis of Minerals Using the Full Powder Diffraction Profile. Powder Diffraction, 6, 2-9.
54. Taylor, J.C., Clapp, R.A., 1991. New Features and Advanced Applications of SIROQUANT: a Personal Computer XRD Full Profile Quantitative Analysis Software Package. Advances in X-Ray Analysis, 35, 49-55.
55. Tissot, B.P., Welte, D.H., 1984. Petroleum Formation and Occurence. Springer-Verlag, Berlin, 699 s.
56. Tyson, R. V., Pearson, T. H. 1991. Modern and ancient continental shelf anoxia: an overview, (Modern and Ancient Continental Shelf Anoxia, Editörler: Tyson, R.V., Pearson, T.H.). Geological Society of London Special Publication, London, 58, 1-24.
57. Westrich, J. T., 1983. The consequences and controls of bacterial sulfate reduction in marine sediments. Doktora tezi, Yale University, 530 s., (yayımlanmamış).
58. Wignall, P., Myers, K.J. 1988. Interpreting benthic oxygen levels in mudrocks: A new approach. Geology, 16, 452-455.
59. Yalçın, M.N., Schaefer, R.G., Mann, U., 2007. Methane generation from Miocene lacustrine coals and organic-rich sedimentary rocks containing different types of organic matter. Fuel, 84, (4), 504-511.
60. Yavuz, N., 1999. Palynostratigraphy and coal petrography of the Seyitömer Basin (Kütahya) coals. Doktora tezi, Middle East Technical University, 190 s., (yayımlanmamış).
61. Yavuz, N., Ediger, V.S.¸ Erler, A., 1995. Palynology, organic petrography and geochemistry of the Lower-Middle Miocene coals of the Tavşanlı basin (Kütahya). Yerbilimleri, 17, 87-100.
62. Yavuz-Işık, N., 2007. Pollen analysis of coal-bearing Miocene sedimentary rocks from the Seyitömer Basin (Kütahya), Western Anatolia. Geobios, 40, 701–708.
63. Ziegler, J., 1936. Bericht über die montangeologischen Untersuchungen im Randgebiet des Kütahya Braunkohlenfeldes Seyitömer. Maden Tekik ve Arama Enstitüsü Raporu, No. 110, (yayımlanmamış).