La cuenca de Zonguldak , en el noroeste de Turquía , es la única cuenca del país con depósitos de carbón explotables . Se extrae carbón desde finales del siglo XIX. La cuenca toma su nombre de Zonguldak, Turquía , y se encuentra aproximadamente a 41° N. Tiene una forma aproximadamente elíptica con su eje mayor orientado aproximadamente de suroeste a noreste, y es adyacente al Mar Negro . Se han reconocido tres regiones principales en la cuenca de Zonguldak: de oeste a este, Armutcuk, Zonguldak y Amasra. [1]
La cuenca de Zonguldak ha pasado por dos períodos importantes de deposición. El primer período se inició en el Paleozoico , y el segundo en el Cretácico . Áreas aisladas de deposición en la cuenca ocurrieron durante el Pérmico Tardío hasta el Triásico y el Jurásico Tardío .
La cuenca de Zonguldak experimentó depósitos por primera vez en el Ordovícico . [2] La deposición comienza con la Formación Soḡuksu del Ordovícico inferior. La Formación Soḡuksu tiene entre 700 y 1100 metros de espesor. En su base se compone de esquisto verde y arenisca y se vuelve más grueso hacia arriba hasta formar conglomerados arcósicos . La Formación Aydos del Ordovícico inferior se superpone conformemente al Soḡuksu. Es un conglomerado de arenisca cuarcítica y tiene entre 50 y 200 metros de espesor. La Formación Findikli se depositó durante el Ordovícico superior, el Silúrico y el Devónico inferior en la cuenca de Zonguldak. Tiene entre 300 y 450 metros de espesor. Sus facies son indicativas de un ambiente de plataforma mixta siliciclástico -carbonatado que se está volviendo poco profundo con el tiempo.
Las areniscas rojas con estratos cruzados de la Formación Ferizli se superponen a los depósitos margosos de la Formación Fendikli. Las areniscas oolíticas contienen hierro y un mineral de hierro. [2] La formación, al igual que la Formación Findikli, muestra un cambio hacia ambientes de depósito menos profundos y un cambio hacia áreas de depósito 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 tiene edad de Visean y es el comienzo de las secuencias relacionadas con el carbón en la cuenca de Zonguldak. [3] [4] Yilanli es una unidad de piedra caliza dolomítica con lutitas calcáreas negras y grises. Fue depositado en un entorno de margen pasivo marino poco profundo. Está conformemente cubierto por la Formación Alacaagzi y ha acumulado más de 1000 m de sedimento. [2] La Formación Alacaagzi contiene depósitos económicos de carbón. Se compone predominantemente de lutitas negras y limos cruzados en las secciones inferiores de la unidad y progresivamente se compone de arenas, carbones que contienen 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 en abanico. [3]
Superpuesta conformemente a la Formación Alacaagzi se encuentra la Formación Kozlu. El Kozlu contiene 19 vetas de carbón que suman entre 30 y 32 m. [4] El Kozlu se compone de depósitos sucesivos de conglomerados, arena, limo, lodo y carbón. La Formación Karadon se superpone conformemente al Kozlu. El Karadon es litológicamente similar a la Formación Kozlu, pero contiene menos vetas de carbón. Una discordancia angular se extiende por la parte superior de la formación Karadon y tiene una duración de entre 46,5 Ma y 194 Ma. [2] [5]
La deposición se reanuda en la parte occidental de la cuenca Zonguldak con la deposición de la Formación Çakraz. El Çakraz se extiende desde el Pérmico superior hasta el Jurásico Inferior. Discordantemente superpuesta al Çakraz se encuentra la Formación Inalti. El Inalti fue depositado durante el Jurásico superior y se encuentra truncado por una discordancia . [5] Los carbonatos del Inalti son representativos de un entorno de margen pasivo poco profundo. [6]
Durante el Cretácico tardío, la cuenca de Zonguldak estaba aproximadamente a 25° N, [6] y estaba experimentando hundimiento debido a la formación de un arco posterior, el Mar Negro. Como resultado, Zonguldak experimentó deposición desde principios del Cretácico hasta el Eoceno . Diferentes autores presentan diferentes columnas estratigráficas de la cuenca de Zonguldak y este análisis informará preferentemente de investigaciones más actuales. Las litologías depositadas durante este período de deposición incluyen calizas, lutitas, limolitas y dolomitas . [5] [6] La Formación Zonguldak, de 105–100 Ma, Albiano, es predominantemente piedra caliza con áreas de dolomitización. [5] [7] Está conformemente superpuesto por la Formación Kilimli Albiano, 105-112 Ma. El Kilimli está compuesto de arenisca y arenisca carbonosa.
El Kilimli está discordantemente cubierto por la piedra caliza arenosa de la Formación Cemaller. [7] La discordancia dura al menos 6,5 Ma y la cuenca de Zonguldak experimenta una deposición continua desde el Turoniano – Campaniano. El Cemaller está cubierto por limolita y caliza de la Formación Baþköy. La Formación Dinlence se superpone al Cemaller y está formada por andesitas y tobas andesíticas. Es posible que Dinlence sea la Formación Yemislicay ya que también contiene andesitas y tobas andesíticas. [5] [6] El Dinlence está cubierto por margas y calizas de la Formación Alapý. [7]
Durante el Paleozoico medio, la cuenca de Zonguldak era parte del margen pasivo orientado al sur de la placa de Laurasia . [3] [8] Durante el Carbonífero, la temperatura de la interfaz sedimento-agua estuvo cerca de los 25 °C y el flujo de calor hacia la cuenca de Zonguldak fue de aproximadamente 1,3 unidades de flujo de calor (HFU). [5] El análisis Backstripping 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 estuvo 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 y pliegues en dirección E-NE/W-SW e inclinó los sedimentos paleozoicos. [3] [4] Este levantamiento de la cuenca, cerca del final de la Formación Westfalia , detuvo la deposición y creó la discordancia angular en la cima de la Formación Karadon. [2] [4] [5] El flujo de calor permaneció constante en la cuenca de Zonguldak durante la orogenia hercínica, [5] mientras que el levantamiento disminuyó las temperaturas que experimentaron los sedimentos. Por ejemplo, al final del Pérmico, la cima del Alacaagzi estaba a unos 70 °C y a 1,6 km por debajo de la superficie de sedimentos en la zona de Zonguldak.
Durante el Cretácico, la cuenca de Zonguldak experimentó hundimientos , fisuras y fallas generales . [4] Esto condujo a otro período de deposición en la región y provocó fallas en las vetas de carbón. Esta falla proporcionó un camino para que el agua meteórica ingresara a las vetas de carbón.
Durante el Aptiano , el océano Intrapóntida, el océano que separa la región tectónica de las Pontides occidentales de Turquía del continente Sakarya, sufrió subducción. [6] Esto condujo a la formación de una cuenca de arco posterior, el Mar Negro. El inicio de esta subducción es responsable de la discordancia entre las formaciones Kilimi y Cemaller y marca el inicio de la orogenia Alpide en la región. [6] Los sedimentos volcánicos andesíticos del Yemislicay apoyan la subducción de la corteza oceánica en la región durante este tiempo. La cuenca de Zonguldak pudo sostener la deposición después del inicio de la orogenia Alpide debido al rifting en la cuenca del Mar Negro. La ruptura en el Mar Negro también aumentó el flujo de calor hacia la cuenca de Zonguldak durante el Cretácico. Los flujos de calor alcanzaron entre 1,5 y 1,75 HFU y la temperatura de la interfaz sedimento-agua fue de aproximadamente 25 °C. [5] [9]
El océano intra-Pontides dejó de subducirse con la colisión entre el terreno de Pontides occidental y el terreno de Pontides oriental. La orogenia Aplide detuvo la deposición y elevó la cuenca de Zonguldak durante la época del Eoceno a partir de 42 Ma. [4] [5] Las formaciones que contienen carbón experimentaron las temperaturas más altas al inicio de la orogenia Alpide. Por ejemplo, la base de Kozlu Fm experimentó temperaturas de 125, 175 y 140 °C en las regiones de Armutcuk, Zonguldak y Amasra, respectivamente. [9]
Las provincias tectónicas de Alpide en Anatolia , de norte a sur, son Pontides, Anatolides, Tarides y Border Folds. Estas provincias tienen aproximadamente una huelga de este a oeste. Actualmente, la orogenia Alpide está elevando la cuenca de Zonguldak. [9] Hacia el norte de la cuenca afloran sedimentos progresivamente más antiguos.
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 (TOC), respectivamente. [7]
Los carbones de la cuenca de Zonguldak siguen la evolución media de los kerógenos de tipo III . [10] Los carbones de la cuenca de Zonguldak muestran reflectancias de vitrinita (Ro) de 0,45 a 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 altamente volátil. [11] Además, la carbonificación aumentó con la profundidad y los carbones se volvieron más aromáticos con la profundidad. [12] La calorificación de las brasas también aumentó con la profundidad.
Las dos vías de producción de metano a gran escala , la generación termogénica y la biogénica, representan la mayor parte de la generación de metano en el carbón. [11] La producción termogénica de metano en los carbones comienza a temperaturas de alrededor de 80 °C y alcanza un máximo de entre el 0,7 y el 1,6 % de la 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] Normalmente, la producción biogénica tiene lugar temprano en la maduración de un lecho de carbón, ya que las temperaturas observadas durante el proceso de carbonificación son lo suficientemente altas para la esterilización. Un lecho de carbón puede producir metano más adelante en su historia si se eleva y se fractura. La elevación de los lechos los enfría lo suficiente para la colonización por microbios y las fracturas y fallas proporcionan vías de inoculación mediante la infiltración de agua superficial. [11]
Los carbones de la cuenca de Zonguldak estuvieron sujetos a una compleja historia tectónica y deposicional, y esto 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. El fondo del Kozlu estaba mayoritariamente 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. Los Alacaagzi y Kozlu superaron los 80 °C alrededor de 5 Ma. En ese punto las rocas se habían fracturado y el agua meteórica podría inocular el sistema con microbios metanogénicos.
Los datos isotópicos de los pozos de la cuenca de Zonguldak sugieren que el metano es principalmente de naturaleza termogénica. Es posible que haya habido alguna generación inicial de metano microbiano en los lechos de carbón o generación después de que la cuenca se había elevado y el agua meteórica podría ingresar a los lechos. La reinoculación está respaldada por la evidencia de que se produce gas isotópicamente más ligero cerca de los tacos en los lechos de carbón. [4]
Las lutitas ricas en materia orgánica de Yilani contienen hasta un 7,9% de TOC, y las lutitas y limolitas de las formaciones carboníferas pueden contener entre un 2% y un 26% de TOC. [7] La materia orgánica se encuentra como kerógeno tipo II. Si bien el Yilani entró en la ventana del gas, los datos isotópicos sugieren que la mayor parte del gas en la cuenca se derivaba 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 roca madre más prolífica es la Formación Kozlu, que contiene el mayor volumen de carbón y la mayor cantidad de metano. Esto corrobora los valores de Ro que sugieren que la producción termogénica de metano en la cuenca de Zonguldak habría sido alta. El metano generado por el esquisto puede contribuir con una pequeña cantidad a la cantidad total de metano que se encuentra en la cuenca, pero la mayor parte proviene del carbón. El metano derivado del carbón parece ser en su mayor parte de origen termogénico con cierta producción biogénica. [4] [7]
El carbón es la litología del yacimiento principal en la cuenca de Zonguldak. El carbón, al ser un hidrocarburo sólido, no puede migrar. El carbón también es un reservorio importante de litología en la cuenca para el metano. El metano en los lechos de carbón se encuentra principalmente en estado sorbido, mientras que una fracción muy pequeña se encuentra como gas libre. [1] El gas se encuentra en la estructura microporosa del carbón en densidades cercanas al líquido. [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 de la Formación Karadon se adsorbe en el carbón, mientras que el 10% se encuentra como gas libre. [1] Se ha estimado que el volumen total de metano de yacimientos de carbón en la Formación Karadon en la región de Amasra es de 862,5 a 2600 millones de metros cúbicos .
Las dolomitas de la Formación Yilani se caracterizan como unidades potenciales de yacimiento. [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 del Yemislicay se caracteriza por una piedra caliza pelágica roja intercalada con sedimentos volcánicos. [6]
Debido a la naturaleza microporosa del carbón, el carbón es un sello importante en la cuenca de Zonguldak. Fuera de las formaciones que contienen carbón, la única otra formación que puede servir como sello es la Formación Kilimli. [7]
Las minas de carbón incluyen la mina de carbón Armutçuk y la mina de carbón Karadon .
