Cuenca de Zonguldak

La cuenca de Zonguldak experimentó sedimentación por primera vez en el Ordovícico . ^{[ 2 ]} La sedimentación comienza con la Formación Soğuksu del Ordovícico inferior. La Formación Soḡuksu tiene un espesor de 700–1100 metros. En su base consiste en lutita verde y arenisca y se vuelve más gruesa hacia arriba hasta conglomerados arcósicos . La Formación Aydos del Ordovícico inferior se superpone concordantemente a la Soḡuksu. Es un conglomerado de arenisca cuarcítica y tiene un espesor de 50–200 metros. La Formación Findikli se depositó durante el Ordovícico superior, el Silúrico y el Devónico inferior en la cuenca de Zonguldak. Tiene un espesor de 300–450 metros. Sus facies son indicativas de un ambiente de plataforma mixta siliciclástica -carbonatada que se somera con el tiempo.

Las areniscas rojas con estratificación cruzada de la Formación Ferizli yacen sobre los depósitos margosos de la Formación Fendikli. Las areniscas oolíticas contienen hierro y mineral de hierro. ^{[ 2 ]} Esta formación, al igual que la Formación Findikli, muestra una transición hacia ambientes deposicionales menos profundos y hacia áreas de deposición de mayor energía. Los sedimentos más jóvenes de la Formación Ferizli se enriquecen progresivamente en carbonato de calcio y finalmente dan paso a la Formación Yilanli. ^{[ 2 ]}

La Formación Yilanli es de edad Viseense y es el comienzo de las secuencias relacionadas con el carbón en la cuenca de Zonguldak. ^{[ 3 ] [ 4 ]} La Yilanli es una unidad de caliza dolomítica con lutitas negras y grises calcáreas . Se depositó en un ambiente de margen pasivo marino somero . Está cubierta concordantemente por la Formación Alacaagzi y ha acumulado más de 1000 m de sedimento. ^{[ 2 ]} La Formación Alacaagzi contiene depósitos económicamente viables de carbón. Está compuesta predominantemente por lutitas negras y limos con estratificación cruzada en las secciones inferiores de la unidad y progresivamente se compone de arenas, carbones con lutitas y conglomerados hacia la parte superior de la formación. ^{[ 3 ] [ 4 ]} El análisis de facies en la Formación Alacaagzi sugiere ambientes costeros que incluyen depósitos lacustres, fluviales y de abanico. ^{[ 3 ]}

La Formación Kozlu se superpone concordantemente a la Formación Alacaagzi. La Formación Kozlu contiene 19 capas de carbón con un espesor total de 30 a 32 m. ^{[ 4 ]} La Formación Kozlu está compuesta por depósitos sucesivos de conglomerado, arena, limo, lodo y carbón. La Formación Karadon se superpone concordantemente a la Formación Kozlu. La Formación Karadon es litológicamente similar a la Formación Kozlu, pero contiene menos capas de carbón. Una discordancia angular se extiende por la parte superior de la Formación Karadon y tiene una duración que oscila entre 46,5 Ma y 194 Ma. ^{[ 2 ] [ 5 ]}

La sedimentación se reanuda en la porción occidental de la cuenca de Zonguldak con la formación Çakraz. Esta formación abarca desde el Pérmico superior hasta el Jurásico inferior. La formación Inalti se superpone discordantemente a la Çakraz. La formación Inalti se depositó durante el Jurásico superior y está truncada por una discordancia . ^{[ 5 ]} Los carbonatos de la formación Inalti son representativos de un ambiente de margen pasivo somero. ^{[ 6 ]}

Durante el Cretácico superior, la cuenca de Zonguldak se encontraba aproximadamente a 25° N, ^{[ 6 ]} y experimentaba subsidencia debido a la formación de un arco posterior, el Mar Negro. Como resultado, Zonguldak experimentó sedimentación desde el Cretácico inferior hasta el Eoceno . Diferentes autores presentan distintas columnas estratigráficas de la cuenca de Zonguldak y este análisis informará preferentemente sobre la investigación más reciente. Las litologías depositadas durante este período de sedimentación incluyen calizas, lutitas, limolitas y dolomitas . ^{[ 5 ] [ 6 ]} La Formación Zonguldak del Albiense, 105–100 Ma, es predominantemente caliza con áreas de dolomitización. ^{[ 5 ] [ 7 ]} Está cubierta concordantemente por la Formación Kilimli del Albiense, 105–112 Ma. Kilimli está compuesta de arenisca y arenisca carbonácea.

La Kilimli está cubierta discordantemente por la caliza arenosa de la Formación Cemaller. ^{[ 7 ]} La discordancia dura al menos 6,5 Ma y la cuenca de Zonguldak experimenta una sedimentación continua desde el Turoniense-Campaniense. La Cemaller está cubierta por la limolita y la caliza de la Formación Baþköy. La Formación Dinlence se superpone a la Cemaller y consta de andesitas y tufitas andesíticas. Es posible que la Dinlence sea la Formación Yemislicay, ya que también contiene andesitas y tufitas andesíticas. ^{[ 5 ] [ 6 ]} La Dinlence está cubierta por las margas y calizas de la Formación Alapý. ^{[ 7 ]}

Durante el Paleozoico medio, la cuenca de Zonguldak formaba parte del margen pasivo orientado al sur de la placa de Laurasia . ^{[ 3 ] [ 8 ]} Durante el Carbonífero, la temperatura de la interfaz sedimento-agua era cercana a los 25  °C y el flujo de calor hacia la cuenca de Zonguldak era de aproximadamente 1,3 unidades de flujo de calor (UFC). ^{[ 5 ]} El análisis de retroceso de la Formación Alacaagzi, la formación carbonífera más baja, alcanza una temperatura y profundidad máximas de 100  °C y 2,4  km, respectivamente, en el área de Zonguldak durante el Carbonífero. De manera similar, la base de la Formación Kozlu alcanza temperaturas máximas de 85, 85 y 100  °C en las regiones de Armutcuk, Zonguldak y Amasra, respectivamente. ^{[ 9 ]}

La cuenca de Zonguldak fue tectónicamente activa durante el Paleozoico tardío y esto influyó fuertemente en su historia estructural y de enterramiento debido a la orogenia hercínica . La orogenia hercínica fue el resultado de la colisión continente-continente entre Laurasia y Gondwana . Esta colisión creó muchas fallas con rumbo E-NE/O-SO, pliegues e inclinó los sedimentos paleozoicos. ^{[ 3 ] [ 4 ]} Este levantamiento de la cuenca, cerca del final del Westfaliense , detuvo la sedimentación y creó la discordancia angular en la parte superior de la Formación Karadon. ^{[ 2 ] [ 4 ] [ 5 ]} El flujo de calor se mantuvo constante en la cuenca de Zonguldak durante la orogenia hercínica, ^{[ 5 ]} mientras que el levantamiento disminuyó las temperaturas que experimentaron los sedimentos. Por ejemplo, a finales del Pérmico, la parte superior de la formación Alacaagzi se encontraba aproximadamente a 70 °C y a 1,6 km por debajo de la superficie del sedimento en la zona de Zonguldak.  

Durante el Cretácico, la cuenca de Zonguldak experimentó subsidencia general , rifting y fallas . ^{[ 4 ]} Esto dio lugar a otro período de sedimentación en la región y provocó fallas en las capas de carbón. Estas fallas facilitaron la entrada de agua meteórica a las capas de carbón.

Durante el Aptiense , el océano Intrapóntico, que separa la región tectónica de los Póntides occidentales de Turquía del continente de Sakarya, experimentó subducción. ^{[ 6 ]} Esto condujo a la formación de una cuenca de trasarco, el Mar Negro. El inicio de esta subducción es responsable de la discordancia entre las formaciones Kilimi y Cemaller y marca el comienzo de la orogenia Alpide en la región. ^{[ 6 ]} Los sedimentos volcanoclásticos andesíticos de Yemislicay sustentan la subducción de la corteza oceánica en la región durante este tiempo. La cuenca de Zonguldak pudo mantener la sedimentación después del inicio de la orogenia Alpide debido a la formación de rifts en la cuenca del Mar Negro. La formación de rifts en el Mar Negro también aumentó el flujo de calor hacia la cuenca de Zonguldak durante el Cretácico. Los flujos de calor fueron tan altos como 1,5–1,75 HFU, y la temperatura de la interfaz sedimento-agua fue de aproximadamente 25  °C. ^{[ 5 ] [ 9 ]}

El océano intrapóntico dejó de subducir con la colisión entre el terreno de los Póntides occidentales y el de los Póntides orientales. La orogenia alpídea detuvo la sedimentación y elevó la cuenca de Zonguldak durante el Eoceno, a partir de los 42 Ma. ^{[ 4 ] [ 5 ]} Las formaciones carboníferas experimentaron las temperaturas más altas al inicio de la orogenia alpídea. Por ejemplo, la base de la Formación Kozlu experimentó temperaturas de 125, 175 y 140  °C en las regiones de Armutcuk, Zonguldak y Amasra, respectivamente. ^{[ 9 ]}

Las provincias tectónicas alpinas en Anatolia , de norte a sur, son los Póntides, Anatólides, Tarides y Pliegues Fronterizos. Estas provincias tienen aproximadamente una orientación este-oeste. La cuenca de Zonguldak está siendo elevada actualmente por la orogenia alpina. ^{[ 9 ]} Sedimentos progresivamente más antiguos afloran hacia el norte de la cuenca.

Los carbones de las formaciones Alacaagzi, Kozlu y Karadon son de rango bituminoso. ^{[ 10 ]} Las formaciones Alacaagzi, Kozlu y Karadon contienen más del 70%, 81% y 81% de carbono orgánico total (COT), respectivamente. ^{[ 7 ]}

Los carbones de la cuenca de Zonguldak siguen la evolución media de los querógenos de tipo III . ^{[ 10 ]} Los carbones de la cuenca de Zonguldak muestran reflectancias de vitrinita (Ro) de 0,45–1,70%. ^{[ 9 ]} Hoşgörmez et al. (2002) determinaron que los carbones de la formación Kozlu exhiben Ro de 1,0–1,2%, lo que les da un rango de carbón de bituminoso A de alto contenido volátil. ^{[ 11 ]} Además, la carbonificación aumentó con la profundidad, y los carbones se volvieron más aromáticos con la profundidad. ^{[ 12 ]} La calorificación de los carbones también aumentó con la profundidad.

Las dos vías principales de producción de metano , la termogénica y la biogénica, representan la mayor parte de la generación de metano en los carbones. ^{[ 11 ]} La producción termogénica de metano en los carbones comienza a temperaturas cercanas a los 80  °C y alcanza su pico alrededor del 0,7–1,6 % de reflectancia de vitrinita. ^{[ 11 ]} La generación biogénica de metano se produce a través de dos vías químicamente distinguibles. Estas vías son la reducción de dióxido de carbono y la fermentación de acetato y la utilización de metanol/metilo. ^{[ 11 ]} Típicamente, la producción biogénica tiene lugar al principio de la maduración de un yacimiento de carbón, ya que las temperaturas observadas durante el proceso de carbonización son lo suficientemente altas para la esterilización. Un yacimiento de carbón puede producir metano más adelante en su historia si se eleva y fractura. La elevación de los yacimientos los enfría lo suficiente para la colonización por microbios, y las fracturas y fallas proporcionan vías de inoculación por la infiltración de agua superficial. ^{[ 11 ]}

Los carbones de la cuenca de Zonguldak estuvieron sujetos a una compleja historia deposicional y tectónica, lo que influyó en la generación de metano de la cuenca. La formación Alacaagzi no superó la  isoterma de 80 °C hasta que estuvo enterrada durante 25 Ma. ^{[ 7 ]} La formación Kozlu experimentó dos condiciones diferentes durante sus primeros 260 Ma. La base de Kozlu se encontraba mayormente por debajo de la  isoterma de 80 °C, mientras que la parte superior de la formación estaba por encima de ella. Con la deposición en el Cretácico, la formación Kozlu quedó enterrada bajo la  isoterma de 80 °C. Alacaagzi y Kozlu fueron elevadas más allá de los 80  °C alrededor de los 5 Ma. En este punto, las rocas se habían fracturado y el agua meteórica pudo inocular el sistema con microbios metanogénicos.

Los datos isotópicos de pozos en la cuenca de Zonguldak sugieren que el metano es principalmente de naturaleza termogénica. Es posible que se haya producido una generación inicial de metano microbiano en los estratos de carbón o una generación posterior al levantamiento de la cuenca, lo que permitió la entrada de agua meteórica en los estratos. La reinoculación se ve respaldada por la evidencia de gas isotópicamente más ligero cerca de las fracturas en los estratos de carbón. ^{[ 4 ]}

Las lutitas ricas en materia orgánica de Yilani contienen hasta un 7,9 % de COT, y las lutitas y limolitas de las formaciones carboníferas pueden contener entre un 2 % y un 26 % de COT. ^{[ 7 ]} La materia orgánica se encuentra como querógeno de tipo II. Si bien Yilani entró en la ventana de gas, los datos isotópicos sugieren que la mayor parte del gas en la cuenca provino de los depósitos de carbón de Kozlu y las lutitas ricas en materia orgánica asociadas. ^{[ 7 ]}

La roca madre predominante en la cuenca de Zonguldak es el carbón. La formación más prolífica es la Formación Kozlu, que contiene el mayor volumen de carbón y la mayor cantidad de metano. Esto concuerda con los valores de Ro que sugieren que la producción termogénica de metano en la cuenca de Zonguldak habría sido alta. El metano generado por esquisto puede contribuir en pequeña medida a la cantidad total de metano encontrada en la cuenca, pero la mayor parte proviene del carbón. El metano derivado del carbón parece ser principalmente de origen termogénico, con cierta producción biogénica. ^{[ 4 ] [ 7 ]}

El carbón es la litología de reservorio principal en la cuenca de Zonguldak. El carbón, al ser un hidrocarburo sólido, no puede migrar. El carbón también es una litología de reservorio importante en la cuenca para el metano. El metano en los lechos de carbón se encuentra principalmente en estado adsorbido, mientras que una fracción muy pequeña se encuentra como gas libre. ^{[ 1 ]} El gas está en la estructura microporosa del carbón a densidades cercanas a las líquidas. ^{[ 11 ]} Hoşgörmez et al. (2002) estimaron que los carbones de la cuenca de Zongulak contienen hasta 12  cm ³ g ⁻¹ de metano. Además, el 90% del metano en la Formación Karadon está adsorbido al carbón mientras que el 10% se encuentra como gas libre. ^{[ 1 ]} El volumen total de metano de lecho de carbón en la Formación Karadon en la región de Amasra se ha estimado en 862,5–2600 millones de metros cúbicos .

Las dolomitas de la Formación Yilani se caracterizan como unidades de reservorio potenciales. ^{[ 7 ]} Las unidades de arenisca en las formaciones Alacaagzi, Kozlu y Karadon también son reservorios potenciales. ^{[ 7 ]} Otra formación con buenas cualidades de reservorio es la Formación Yemislicay o Dinlence. ^{[ 5 ] [ 7 ]} La base de la Formación Yemislicay se caracteriza por una caliza pelágica roja intercalada con sedimentos volcaniclásticos. ^{[ 6 ]}