JEOTERMAL SU KİMYASI Doç. Dr. Gültekin Tarcan Dokuz Eylül Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, 35100-Bornova-İZMİR gultekin.tarcan@deu.edu.tr ÖZ Bu çalışma jeotermal enerji araştırmalarında kullanılan bazı hidrojeokimyasal tekniklerin tanıtımını ve uygulanabilirliğini kapsamaktadır. Bir jeotermal alan için uygulanabilecek hidrojeokimyasal teknikler; 1- Araştırma aşamasında, 2- Geliştirilme aşamasında ve 3İşletme ve kullanım aşamasında olmak üzere 3 grupta incelenebilir. Bu kapsamda Batı Anadolu’nun çeşitli jeotermal alanlarında uygulanmış bazı örnekler ve yorumlar sunulmuştur. Bu örnekler Batı Anadolu jeotermal sahalarına ilişkin bir kısım hidrojeokimyasal yorumları içerse de bu çalışmanın esas amacı bu sahaların jeotermal özelliklerinden çok bu tekniklerin uygulanabilirliğini ve geçerlilik sınırlarının tanıtılmasıdır. Jeotermal araştırmalarda kullanılan hidrojeokimyasal teknikler a) Suların genel kimyasal özelliklerinin araştırılması (su kimyası), b) Suların çökeltici ve çözündürücü özelliklerinin araştırılması (mineral doygunluk indekslerinin saptanması), c) Suların haznedeki akışkan sıcaklıklarının ve kimyasal özeliklerinin tahmin edilmesi (jeotermometre uygulamaları) ve d) jeotermal jeokimyasında kullanılan bilgisayar programları ve watch örneği olarak 4 grupta incelenmiştir. 1. GİRİŞ Hidrojeokimya yeraltı sularının kimyasal özelliklerinin ve kalitelerinin belirlenmesi, kökenlerinin araştırılması, yüzey ve yağış suları ile olası ilişkilerinin incelenmesi, yeraltı sularının kirlenmesi ve iyileştirilmesi gibi problemlerin çözülmesi ve benzeri araştırmalarda kullanılan hidrojeolojik çalışmaların vazgeçilmez bir parçasını oluşturur. Her jeotermal araştırma programının önemli bir kısmını da hidrojeokimyasal teknikler oluşturur. Özellikle derin sondaj öncesinde yeraltındaki akışkan ve derinlerdeki koşulların saptanmasında, yeni jeotermometre tekniklerin geliştirilmesiyle, ucuzluğu ve hızlı yorumlanabilmesi gibi bir çok avantajı da beraberinde taşımaktadır. Kavram olarak hidrojeokimyasal teknikler bir çok eser element ve izotop jeokimyasını, kaya kimyasını ve gazların jeokimyasını da kapsamaktadır. Burada çoğunlukla akışkan kimyasına ilişkin hidrojeokimyasal tekniklerin tanıtılması üzerine yoğunlaşılmıştır. Bir jeotermal alan için uygulanabilecek hidrojeokimyasal teknikler: 1- Araştırma aşamasında, 2- Geliştirilmesi aşamasında ve 3- Üretim, işletme ve kullanım aşamasında olmak üzere 3 grupta incelenebilir (Çizelge 1). 198 Çizelge 1. Jeotermal Kaynakların Araştırılması, Geliştirilmesi ve İşletilmesi Aşamalarında Kullanılabilen Hidrojeokimyasal Teknikler (Arnorsson, 2000 den değiştirilerek) A Araştırma aşaması çalışmaları 1 Beslenme alanlarının yeri, jeotermal akışkanların ve yeraltı sularının akım yönünün değerlendirilmesi 2 Yeraltındaki akışkan sıcaklığının (hazne sıcaklığının) tahmini 3 Jeotermal sistemlerdeki sıcak ve soğuk su karışımının değerlendirilmesi 4 Jeotermal sistemlerdeki su ve buhar kalitesinin (kimyasal özelliklerinin) değerlendirilmesi B Geliştirilme aşaması çalışmaları 1 Kuyulardan çekilen su ve buhar bileşenlerinin kontrol süreci olarak değerlendirilmesi 2 Kuyularda üretim seviyelerinin yeri 3 Sondaj yapılan bir jeotermal sistem içindeki akışkan hareketinin değerlendirilmesi 4 Kaynama yapan jeotermal akiferlerdeki su / buhar oranlarının değerlendirilmesi 5 Akışkanların korozyon ve kabuklaşma eğilimlerinin değerlendirilmesi 6 Hedeflenen kullanımlar için su ve buhar kalitelerinin sayısal olarak değerlendirilmesi 7 Planlanan kullanımların çevresel etkilerinin değerlendirilmesinde katkı C Üretim-İşletme-Denetleme aşaması çalışmaları 1 Kuyulardan çekilen akışkanların kimyasal bileşimindeki değişimlerin kontrolü 2 Su ve buhar üretilen kuyulardan üretim yapılan akiferlerde kaynama sürecinin değerlendirilmesi 3 Çekimle (üretimle) birlikte hazneye soğuk su girişinin değerlendirilmesi 4 Deniz kıyısında bulunan jeotermal akiferlerde deniz suyu beslenmesinin ve bunun su kalitesi üzerine etkisinin değerlendirilmesi 2. SULARIN GENEL KİMYASAL ÖZELLİKLERİNİN ARAŞTIRILMASI 2.1. Hidrojeokimyasal değerlendirmeler Araştırılması planlanan jeotermal alanda daha önceden yapılan jeolojik ve hidrojeolojik çalışmalarda belirlenmiş ve haritalanmış olan bütün sıcak ve soğuk su noktalarından örnekler alınarak kimyasal analizleri yaptırılır. Kimyasal analiz için (sayısal olarak) belirli bir sınırlama varsa, örneklenecek su nektarları alanı en iyi karakterize edecek şekilde seçilerek belirlenmelidir. Eğer koşullar uygunsa ve projede belirli kaynak varsa örneklemeler birer ay ara ile en az bir hidrolojik yıl boyunca olacak şekilde periyodik olarak seçilmelidir. Örnekleme sıklığı araştırma amacına göre de değişebilir. Örneğin yeni açılmış bir kuyuda pompayla çekim aşaması boyunca akifer kimyasındaki değişmeleri araştırmak için günlük, saatlik ve hatta dakika ölçeğinde bile örnekleme yapılabilir. Araştırılacak parametreler başlıca çözünmüş iyon ve bileşikler, ikincil olarak çözünmüş iyon ve bileşikler ve az çözünmüş bileşikler olarak sınıflanabilir (t0C, EC, Eh, pH, TDS, Na, K, Ca, Mg, Cl, Alkalinite-HCO3 olarak, SO4, N, N2, NO2, NH4, NO3, NH3, H2S, SiO2, B, F, Al, Fe, Li, Sr, Ba, Br, Mn, P, Pb, Zn, As, Cd, ….). Arazide amaca uygun olarak örneklenecek su noktası seçiminde her arazinin kendine göre değişik özellikleri (jeolojik ve hidrojeolojik koşulları) dikkate alınmalıdır. Örneklemelerde en iyi yorum yapabilmek için yöredeki değişik su türlerinden (karşılaştırmak amacıyla) örneklemeler yapılmalı ve gerekirse şahit örnekler seçilmelidir. Örneğin denize yakın bir alanda bulunan sıcak su noktası için (kaynak veya kuyu) bu sıcak su noktasına ilaveten hem yöredeki soğuk yeraltı 199 suları, hem de deniz suyu örneklenerek analizleri yapılmalıdır. Ayrıca, suların fizikokimyasal özelliklerinde zamana bağlı parametre değişimleri incelenmelidir. Jeotermal akışkanların (termal ve mineral suların) hidrojeokimyasal değerlendirilmesi için çözünmüş iyon ve bileşiklerin termodinamik davranışlarının bilinmesi gerekir. Tüm çözeltilerde olduğu gibi jeotermal akışkanların içindeki bir bileşiğin termodinamik hareketi ise bu bileşiğin derişimi (konsantrasyonu) yerine etkinliğiyle belirlenmektedir. Çözünmüş bir iyon veya bileşiğin etkinliğini laboratuvarda ölçmek olası değildir. Laboratuarda kimyasal analiz sonucunda ölçülen iyon ve bileşikler çoğu kez litrede miligram (mg/l), l kilogramda miligram (mg/kg), milyonda bir kısım (ppm=part per million) olarak belirlenir. Sulu çözeltilerde bu derişim birimleri yaklaşık özdeştir. Bir çok hidrojeokimyasal değerlendirme çözünmüş her bir iyonun eş değer ağırlığının (mili ekivalan değerinin=mek/l) ve yüzdelerinin belirlenmesi ile molaritelerinin (su için molalite=molarite) hesaplanması ile yapılmaktadır. Kısaca mek/l ve M olarak belirtilen bu kavramlar mek/l = Ci/Pi/Zi ………..(1) ve molarite de Mi = Ci/Pi x 1000 ...........(2), denklemleriyle tanımlanır. Bağıntılardaki simgeler aşağıda belirtilmiştir. Ci = Her bir iyonun derişimi (mg/l, mg/kg veya ppm) Pi = Her bir iyonun formül gram ağırlığı Zi = Her bir iyonun değerliği (+ veya – yük sayısı) Bir iyonun etkinliği (ai) ai=Mi . γi………………(3) (γi = iyon etkinlik katsayısı) bağıntısıyla hesaplanır. İyon etkinliği çözeltideki iyonların tepkimelerdeki hareketinin miktarını açıklamaktadır. Yani sudaki iyonun analiz edilen derişiminin gerçek derişime dönüştürülmesinin bir ifadesidir. Laboratuarda analiz edilen değerler o iyon veya bileşiğin gerçek görünümünü yansıtmazlar. Bu nedenle mg/l ve benzeri analiz derişim birimleri iyonun görünür (zahiri) derişimini, iyon etkinliği ise gerçek derişimini tanımlamaktadır. İyon etkinlik katsayısı (γi) derişimin gerçek değerlerden sapmasının bir ölçüsüdür ve tuzluluk ile yakın ilişkilidir. Seyreltik çözeltilerde etkinlik katsayısı 1 e eşit olup, tuzluluk arttıkça etkinlik katsayısı da 1 den farklı (daha düşük) değerler alır. Tuzlulukla ilişkili termodinamik bir terim olan İyonlaşma Gücü veya İyonik kuvvet (I); (I):0.5 ΣCiZi2………….(4) (C = her bir iyonun molarite olarak derişimi, Zi = Her bir iyonun değerliği) bağıntısıyla tanımlanır. 200 Seyreltik suların iyonlaşma güçleri düşük, derişik sularınsa yüksek değerdedir. Örneğin deniz sularının iyonlaşma gücü 0.7 (mol) civarında iken, seyreltik tatlı sular (göl suyu, akarsu, yeraltı suyu vb) 0.003-0.01 (mol) gibi değerler alabilmektedirler. Çözünmüş bileşiklerin iyon etkinlik katsayılarının (γ nın) hesabı için iyonlaşma gücü 0.1 ile 0.5 arasında değişen derişik sularda; Davies Bağıntısı : [log γi = -A Zi2 ( I0.5 / 1+ I0.5 – 0.2 I)] ………………….(5) kullanılır. 0.5 den yüksek olan aşırı derişik sularda ve salamuralarda Pitzer denklemleri kullanılmalıdır. Ancak hidrojeolojik incelemelerin çoğu konusunu oluşturan sular genellikle 0.5 den düşük iyonlaşma gücüne sahiptir. Deniz suyu bu sınırın biraz yukarısında kaldığından zaman zaman deniz suyu için de Davies bağıntısı kullanılabilir. İyonlaşma gücü (molarite olarak) 0.1 den düşük olan tüm diğer sularda Debye-Hückel Bağıntısı : [log γi = -A Zi2 I0.5 / 1 + Bro I0.5) ………...……(6) kullanılır. 5 ve 6 nolu bağıntılardaki A ve B sabitleri sıcaklık ve basınca bağlı parametreler olup, yapılan hesaplamalarda suların sıcaklıklarına uygun parametreler kullanılmalıdır. Örneğin 20 0C sıcaklıklı sular için A=0.505, B=0.3276 olarak alınmalıdır (Çizelge 2). Çizelge 2. A ve B katsayılarının çeşitli sıcaklıklara göre değişimi (Helgeson vd., 1981) t0C 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 A 0.4913 0.4976 0.5050 0.5135 0.5231 0.5336 0.5450 0.5573 0.5706 0.5848 B 0.3247 0.3261 0.3276 0.3291 0.3307 0.3325 0.3343 0.3362 0.3381 0.3401 t0C 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 A 0.5998 0.6158 0.6328 0.6507 0.6697 0.6898 0.7111 0.7336 0.7575 0.7829 B 0.3422 0.3443 0.3465 0.3487 0.3510 0.3533 0.3556 0.3580 0.3605 0.3629 t0C 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 A 0.8099 0.8387 0.8697 0.9030 0.9391 0.9785 1.0218 1.0699 1.1238 1.1850 B 0.3655 0.3681 0.3707 0.3734 0.3762 0.3792 0.3822 0.3855 0.3889 0.3926 Hidratlaşma yarıçapı olan r0 ise K+ ve Cl- için 3, Na+, HCO3- ve SO4= için 4, CO3= için 4.5, Ca++ için 6 ve Mg++ için 8 olarak alınmalıdır. Suların kimyasal analizlerinde yapılabilecek hatalar anyon katyon dengesinden e = [(Σ Katyon - Σ Anyon) / Σ iyon] x 100 (mek/l) ………………..……(7) bağıntısıyla hesaplanabilir. Pozitif değerler katyon fazlalığını, negatif değerler ise anyon fazlalığını gösterir. Hata yüzdesinin genellikle % 5 den düşük olması istenir. Ancak suların analizi sırasında yapılan hatalar dışında da bu oran bazen (özellikle seyreltik sularda) % 5 den yüksek olabilir. Bu durumda sularda analizi yapılmamış olan iyon türlerinden bazılarının suda baskın olduğu yorumu yapılabilir (Ford ve Williams, 1989). 201 Tüm hidrojeolojik çalışmalarda kullanılan geleneksel su kimyası değerlendirmeleri araştırıcının alışkanlıkları ve alanın özgün koşullarına göre veya jeotermal akışkanların kullanma amacına göre uygulanabilir. Örneğin bir termal su aynı zamanda bir mineral su kaynağı (yani maden suyu) olarak şişelenmekteyse, içme sularına yönelik hidrojeokimyasal değerlendirmeler yapılmalıdır. Eğer termal su kaynağı tarımsal sulamada da kullanılıyor veya tarımsal sulamada kullanılan yüzey veya yeraltı sularını etkiliyorsa sulama amaçlı kullanılan hidrojeokimyasal değerlendirmeler de yapılmalıdır. Hidrotermal suların mineral çökeltme özelliklerinin belirlenmesi de hemen her su noktası için çok önemli parametrelerden birisidir. Özellikle en çok çökel ürünü olarak gözlenen kalsit, dolomit ve jips doygunluk indeksleri hesaplanarak mineralin çökelebilme özellikleri de araştırılmalıdır. İleriki bölümlerde daha ayrıntılarıyla belirtileceğinden burada yalnızca ismen bahsedilmiştir. Pozitif doygunluk indeksi çökeltici özelliğe, negatif doygunluk indeksi ise çözündürücü özelliğe karşılık gelir. Buna göre bu yukarıda kısaca anlatılan bazı temel hidrojeokimyasal bağıntılar Excel bilgisayar paket programına uyarlanarak, çalışmalara hız ve kolaylık sağlanabilir. Laboratuardan mg/l olarak elde edilen kimyasal analiz sonuçları girilerek, bütün hidrojeokimyasal hesaplamalar her bir su noktası için çizelgeler olarak doğrudan elde edilebilir. Burada Gülbahçe Kaplıcası (Urla-İzmir) sularının hidrojeokimyasal değerlendirilmesi örnek olarak verilmiştir (Çizelge 3). Bu çizelgedeki hidrojeokimyasal hesaplamalar 25 0C ve 1 atm basınç koşullarında yapılarak aşağıda kısaca belirtilmiştir. Çizelgenin oluşturulmasında kullanılan bazı bağıntılar, parametreler ve termodinamik denge sabitleri (yukarıda özetlenen) Helgeson vd., (1981), Ford ve Williams (1989), Şahinci (1991a) ve Fetter (1994)’den derlenerek alınmıştır. Çizelge 3. Gülbahçe Kaplıcası (Urla-İzmir) Sularının Bazı Hidrojeokimyasal Özellikleri (Ham veriler Tarcan 2001a dan alınmıştır) [C:molarite, Z:değerlik, F:iyon etkinlik katsayısı (açıklamalar için metne bakınız), AC: C (mol/l) x F] Lab no. Örnek Adı: Gülbahçe Kaplıcası Örnekleme Tarihi: 25.05.1999 İYON mg/l meq/l DEÜ 3 o % meq/l Sıcaklık % mg/l 37 C C (mol/l) pH = EC(µmho/cm) 2 γ 6,75 58400 AC 11200 487,17 77,83 82,3 0,48717 .5CZ 0,2436 470 12,05 1,93 3,5 0,01205 0,0060 0,69 0,0083 1015 50,65 8,09 7,5 0,02532 0,0506 0,23 0,0057 925 76,07 12,15 6,8 0,03803 0,0761 0,23 0,0086 18890 532,43 90,00 86,8 0,53243 0,2662 0,69 195 3,20 0,54 0,9 0,00320 0,0016 0,69 0,3668 0,0022 2685 55,94 SO4 Toplam Katyon Miktarı (meq/l) Toplam Anyon Miktarı (meq/l) 9,46 Na + + K Ca ++ Mg Cl ++ - HCO3 - = Toplam İyon Miktarı (meq/l) İyonlaşma Gücü (mol/l) 12,3 0,02797 0,0559 0,23 625,937 Toplam Katyon Miktarı (mg/l) 591,562 Toplam Anyon Miktarı (mg/l) 1217,499 Toplam İyon Miktarı (mg/l) 0,700 % e (Hata Yüzdesi) 61,203 Sertlik (Fr) 9,004 rCa/rMg Oranı SAR (Sodyum Ad. Oranı) (%) rCl / (rSO4+rHCO3) Oranı 0,079 SIj(Jips Doygunluk İndeksi) SIc (Kalsit Doygunluk İndeksi) SId(Dolomit Doygunluk İndeksi) 0,557 LogPCO2(CO2) Kısmi Basıncı) 31144,4 SiO2 (mg / l ) Fo (Köpürme Katsayısı) Hidrokimyasal fasiyes tipi: 0,69 +++ B Na-Cl 202 (mg / l ) 0,3356 0,0063 13610,0 21770,0 35380,0 2,82 633,59 0,67 0,17 -1,56 33,00 Çizelge 3 de belirtilen diğer hidrojeokimyasal değerlendirmeler ve simgeler aşağıda kısaca belirtilmiştir. Suların kaynarken köpürme katsayısı (Fo) = 62 rNa+ + 78 rK+ ...................................……...(8) (r = meq / l) bağıntısıyla bulunur (Şahinci, 1991a dan alınmıştır). Fo, <60 ise kaynarken köpürmeyen su, 60<Fo<200 ise kaynarken köpüren su ve Fo>200 ise kaynarken çok köpüren su özelliğini yansıtır. Sulama amaçlı sodyum tehlikesi; SAR = Na+ / [(Ca++ + Mg++) / 2)0.5] ..............………..(9) bağıntısıyla bulunur. Suların sertliği; Toplam Fransız Sertliği olarak tanımlanmış olup, pratik olarak Toplam Sertlik = 5 (rCa++ + rMg++) …….............…(10) bağıntısıyla (r=mek/l) bulunabilir. Suları birbiri ile karşılaştırmak, iyonlar arası etkileşimlerini araştırmak ve diyagramlara işlenmesindeki hesaplamaları kolaylaştırmak için hesaplanan iyonik oranlar, anyonlarla katyonların ayrı ayrı % mek/l ve % mg/l değerleri ile IAH (Uluslararası Hidrojeologlar Birliği) sınıflamasına göre belirlenen hidrokimyasal fasiyes tipi diğer hidrojeokimyasal değerlendirmeler arasındadır. Hidrokimyasal fasiyes kavramı ilk olarak suların üçgen diyagramlardaki izdüşüm yerine göre Back (1966) tarafından geliştirilmiştir. Buna göre suda çözünen başlıca iyonlardan anyonlar ve katyonlar ayrı ayrı olmak üzere mek/l cinsinden % 50 den fazla olan iyonlar hidrokimyasal fasiyes tipini belirtmektedir. Eğer iyonların hiçbirisi miktar olarak % 50 yi geçmiyorsa karışık su tipini belirtmektedir. Uluslararası Hidrojeologlar Birliği sıcak ve mineralli sular komisyonu çalışma raporunda belirtilen sınıflamada ise suda çözünmüş başlıca iyonlar anyon ve katyonlar ayrı ayrı olmak üzere yine mek/l olarak % 20 den fazla çözünmüş bulunan iyonlar (önce katyonlar sonra anyonlar sırasıyla yazılarak) su tipini belirlemektedir (Başkan ve Canik, 1983). Bu örnekte belirtilen hidrokimyasal fasiyes kavramı IAH sınıflamasına göre uyarlanarak kullanılmıştır. 2. 2. Suda Çözünmüş bileşenler arasındaki ilişkilerin değerlendirilmesi Suda başlıca çözünmüş (en çok çözünen) maddeler (Na+, Ca+2, Mg+2, Cl-, HCO3-, SO4-2, SiO2); ikincil çözünmüş maddeler (K, Fe, B) ve az çözünmüş maddeler (örneğin, Li, Cu, Mn, Ni, Pb) arasındaki ilişkiler de hidrojeokimyasal değerlendirmelerin önemli bir kısmını oluşturabilir. Burada Turgutlu Kaplıcaları sularının kimyasal analizleri örnek olarak verilmiştir (Çizelge 4). Yapılan değerlendirmelerde içme suları standartlarında (TS-266, 1997) belirtilen limitler karşılaştırılmalıdır. Örneğin, ikincil ve az çözünen bileşenler çoğunlukla üst limitlerin altında bulunmaktadır. Demir, bakır ve mangan iyonlarında sıcak ve soğuk sular arasında herhangi bir ayrım bulunmamaktadır. Nikel ve kurşun elementleri sıcak sularda kısmen daha fazla bulunmaktadır. Lityum iyonunda ise bu farklılık oldukça çarpıcı durumdadır. Özetle jeotermal sularda lityum çözünürlüğü soğuk sulara oranla çok yüksektir. 203 Çizelge 4. Turgutlu Kaplıcaları ve Çevresindeki Sıcak ve Soğuk Suların Kimyasal Analizleri (Tarcan, 1995 den derlenmiştir). Tüm derişimler mg/kg; EC µS/cm; pH standart birim; t=ölçülmüş kaynak sıcaklığı (0C) No Örnek t pH EC Na K Ca Mg Cl HCO3 SO4 SiO2 H3B03 Fe Sr Li Cu Mn Ni adı 1 HS1 76 7,36 2160 525 50 16 19 73 1356 70 94,53 68,60 0,28 3,76 1,433 0,009 0,002 2 HS2 70 7,37 2135 528 50 16 19 73 1359 58 91,75 51,45 0,28 3,02 1,424 0,008 0,002 0,158 3 HS3 76 6,92 2206 515 49 20 21 74 1422 60 91,75 45,74 0,23 2,66 1,424 0,008 0,147 4 HS4 75 6,67 2500 527 49 24 29 75 1516 122 88,97 74,32 0,34 2,74 1,433 0,006 0,004 0,174 5 HS5 73 6,75 2232 533 50 23 23 74 1507 61 88,97 57,17 0,13 3,04 1,496 0,004 0,009 0,152 6 HS6 32 7,00 2190 530 50 27 24 74 1517 66 77,85 51,45 0,25 2,52 1,433 0,008 0,012 0,179 7 HS7 77 6,72 2306 514 49 19 22 73 1424 59 91,75 57,17 0,20 2,80 1,415 0,008 0,002 0,163 8 HS8 64 6,61 2200 529 50 32 22 73 1514 54 88,97 62,89 0,19 2,63 1,424 0,008 0,015 9 HS9 40 6,69 2224 551 52 26 25 78 1533 54 86,19 68,60 0,29 2,63 1,46 0,024 0,002 0,158 10 HS10 55 6,73 2211 554 52 22 21 85 1523 53 88,97 51,45 0,25 2,85 1,46 0,008 0,13 11 HS11 47 6,67 2192 530 30 28 18 74 1484 59 88,97 51,45 0,34 2,91 1,5 0,011 0,034 0,19 12 HS12 49 6,58 2250 523 50 30 21 73 1480 51 88,97 45,74 0,14 2,58 1,5 0,01 0,018 0,147 13 HS13 60 6,95 1991 519 49 28 19 79 1550 64 88,97 34,30 0,15 2,85 1,451 0,007 0,002 0,12 14 HS14 56 6,70 2065 535 51 27 20 74 1512 50 80,63 40,02 0,13 2,63 1,5 0,01 0,005 0,179 15 HS15 26 7,65 2200 616 73 4 27 92 1615 38 97,31 16 HS16 31 6,76 2363 436 46 77 42 73 1725 62 61,17 57,17 0,32 2,62 1,484 0,026 0,037 0,147 17 CS1 20 7,09 2066 502 52 21 25 75 1368 77 86,19 57,17 0,18 3,95 1,342 0,014 0,002 0,152 18 CS2 21 7,45 2417 650 63 14 20 93 1684 54 97,31 57,17 3,92 1,794 0,008 0,152 19 CS3 * 7,04 701 12 2 48 30 19 251 46 22,24 3,43 0,19 0,76 0,085 0,011 0,038 20 CS4 * 7,23 1667 78 52 88 124 162 701 228 26,69 1,72 0,06 1,50 0,006 0,14 0,071 21 CS5 * 7,65 575 10 1 46 44 21 339 13 16,68 22 S1 * 7,71 800 60 9 36 33 37 246 123 23,63 6,86 0,06 1,20 0,078 0,009 0,043 23 DW1 * 6,70 800 76 4 45 28 17 350 72 24 DW2 * 6,93 640 70 7 34 30 32 325 64 52,82 25 DW3 * 7,27 919 51 3 56 49 35 325 116 36,14 10,29 0,05 1,08 0,078 0,005 0,049 26 DW4 * 7,37 944 27 1 35 92 61 362 127 38,92 5,72 0,06 0,98 0,014 0,008 0,014 27 DW5 * 6,90 800 65 4 17 44 42 231 133 47,26 28 DW6 * 6,85 1000 105 7 68 51 35 412 188 41,70 4,00 0,06 0,93 0,02 0,006 0,038 29 DW7 * 6,75 950 53 5 79 45 22 389 169 22,24 30 DW8 * 7,30 1095 83 5 73 55 34 510 168 52,82 31 DW9 * 7,50 1100 225 6 71 45 38 574 277 44,48 32 DW10 * 7,40 1250 100 6 78 45 39 374 249 44,48 33 DW11 * 7,50 1130 100 9 83 69 39 350 352 47,26 34 DW12 * 7,20 1090 75 5 76 55 51 283 258 47,26 35 DW13 * 7,20 1040 63 5 64 58 44 288 241 44,48 36 DW14 * 7,15 1110 48 4 47 54 89 201 184 52,82 37 DW15 * 7,10 1200 64 5 55 62 129 239 182 55,60 38 DW16 * 7,32 500 32 4 31 22 28 178 88 22,24 39 DW17 * 7,65 990 49 2 95 48 44 464 54 25,02 40 DW18 * 7,75 789 32 1 72 34 45 344 42 33,36 41 DW19 * 7,85 510 13 1 54 27 19 254 46 25,02 42 DW20 * 8,22 408 21 1 37 18 36 175 32 25,02 43 DW21 * 7,48 445 12 1 48 22 16 238 18 25,02 44 SW1 * 7,21 825 21 6 54 73 110 369 33 33,36 45 SW2 * 7,23 1049 94 7 61 50 30 490 141 47,26 46 SW3 * 7,20 975 77 4 27 34 51 250 98 50,04 47 SW4 * 7,40 710 8 2 31 19 18 175 23 33,36 48 RW * 7,62 139 5 5 19 4 3 47 33 8,34 HS= sıcak su kaynağı, CS=soğuk su kaynağı, S=akarsu, DW=derin kuyu, SW=sığ kuyu, RW=yağmur suyu. Soğuk suların sıcaklığı düzenli ölçülmemiş olup, 18 0C kabul edilmiştir. Örnek adları ve numaraları Tarcan 1995 de ve Tarcan ve Filiz, 1997 de belirtildiği gibidir. 204 Bu nedenle ilerideki bölümlerde de değinildiği gibi hazne sıcaklıklarının saptanmasına yönelik lityum jeotermometreleri geliştirilmiştir. Suda çözünmüş bileşenler arasındaki ilişkilerin araştırılması birçok hidrojeokimyasal problemlerin çözümünde yardımcı olabilir. Özellikle alandaki varolan ve/veya baskın hidrojeokimyasal süreçleri belirlemede oldukça önemlidir. Bileşenler arasındaki ilişki araştırmanın basit yollarından birisi de bileşenlerin doğrusallık ilişkisinin regresyon analiziyle belirlenmesidir. Bir çok hazır istatistiksel program doğrusallık ilişkisini korelasyon matrisi olarak da verebilmektedir. Burada örnek olarak verilen korelasyon matrisi Aquachem programından (Calmbach, 1997) alınmıştır. Bilindiği gibi y = a + bx şeklinde tanımlanan bir doğruda a doğrunun y eksenindeki kestiği noktayı, b ise doğrunun eğimini yansıtır. Yani a sabit katsayı, b ise eğim katsayısı olarak da adlandırılabilir. Doğrunun iyi bir doğrusallık ilişkisinde olup olmadığı hesaplanan korelasyon katsayılarının (r) değerlendirilmesiyle anlaşılır. Pozitif (+) korelasyon iki parametre arasındaki doğru orantıyı, negatif (-) korelasyon ise ters orantıyı belirtir. Korelasyon katsayısı sıfır ile bir arasında değişen (0< r <1) bir parametre olup, 1 e yaklaşan değerler iyi bir doğrusal ilişki olduğunu belirtir. Yorumlamalarda çok dikkatli olunmalı ve belli bir güven aralığı verilmedikçe herhangi iki parametre arasında değerler hesaplanmamalıdır. Ancak iki parametre arasında ilişki olup olmadığı şeklinde yorumlanmalıdır. Aquachem gibi programlar korelasyon matrisi yanı sıra, doğru denkleminde belirtilen a ve b katsayılarını da matris halinde verebilmektedir. Ancak burada (Çizelge 5 de) iyonlar arasında oluşturulan doğru denklemlerinden ziyade doğrusal ilişki olup, olmadığı ele alınmıştır. Çizelge 5 de gösterilen korelasyon matrisinde görüleceği gibi sodyum iyonu bikarbonat iyonuyla oldukça iyi bir doğrusal ilişki (r=0.98) ve doğru orantı (pozitif korelasyon) gösterir. Tersine kalsiyum ve magnezyum iyonlarıyla hem HCO3 hem de sodyum iyonu kötü bir doğrusal ilişki (r<0.6) ve negatif korelasyon (r=-) belirtir. Bu veriler de bize alandaki egemen hidrojeokimyasal oluşumlar hakkında fikir verebilir. Örneğin ilk akla gelebilecek olay; eğer alanda yalnızca çözünme tepkimelerinin egemenliği olmuş olsa (özellikle mermer hazneden gelen sular için) kalsiyum (ve/veya magnezyum) ile bikarbonat iyonları arasında yaklaşık eğimi 0.5 olan çok iyi bir doğrusal ilişki olması gerekirdi. Oysa çizelgeden de görüleceği üzere iyi bir doğrusal ilişki yerine en kötü doğrusal ilişki bu iyonlar arasında görülmektedir. Özetle bu doğrusallık analizinin bir yorumu yapılacak olursa, inceleme alanındaki sularda sodyum ve bikarbonat iyonları doğru orantılı olarak artmakta ve aralarında oldukça iyi bir doğrusallık ilişkisi bulunmaktadır. Kalsiyum ve magnezyum iyonları ise sodyum ve bikarbonat iyonları ile hiçbir doğrusal ilişki kurulamayacak veriler göstermektedir. Bütün bu veriler alandaki sıcak suların kimyasal yapılarının şekillenmesinde karbonatların ve silikatların çözünürlük tepkimeleri ile birlikte, doğal yumuşatma tepkimesi olarak isimlendirilebilen iyon değişim tepkimeleri, karışım olayları (sıcak su soğuk su karışımı, ve/veya farklı beslenmeli suların karışımı) ve bu gibi oluşumların da olabileceğini göstermektedir. Sıcak sular yüzeyleyinceye kadar çeşitli oranlarda soğuk yeraltı sularıyla karışırlar. Bu karışım oranlarına ileriki bölümlerde değinilecektir. 205 Çizelge 5. Turgutlu-Urganlı Jeotermal Alanından Gelen Sulardaki Parametrelerin Korelasyon Katsayıları (doğrusallık ilişkileri). Na K Ca (48) (48) (48) 1,00 0,94 -0,58 1,00 -0,53 1,00 Mg (48) -0,47 -0,30 0,65 1,00 Cl (48) 0,51 0,65 -0,15 0,32 1,00 HCO3 (48) 0,98 0,95 -0,48 -0,38 0,55 1,00 SO4 (48) -0,33 -0,31 0,58 0,62 0,01 -0,35 1,00 SiO2 (48) 0,94 0,86 -0,58 -0,39 0,55 0,90 -0,23 1,00 B (22) 0,92 0,79 -0,62 -0,64 0,25 0,89 -0,67 0,90 1,00 Fe (22) 0,50 0,39 -0,24 -0,38 0,08 0,50 -0,47 0,47 0,60 1,00 Sr (23) 0,91 0,85 -0,65 -0,59 0,40 0,86 -0,63 0,90 0,87 0,40 1,00 Li (22) 0,99 0,97 -0,57 -0,72 0,91 0,99 -0,76 0,94 0,91 0,47 0,90 1,00 Mn (15) -0,96 -0,06 0,86 0,95 0,93 -0,75 0,85 -0,93 -0,77 -0,20 -0,70 0,52 1,00 Cu (23) 0,17 0,15 0,16 -0,12 -0,01 0,28 -0,34 0,05 0,30 0,20 0,16 0,20 -0,07 1,00 Ni (21) 0,94 0,83 -0,55 -0,62 0,37 0,93 -0,67 0,88 0,92 0,73 0,86 0,95 -0,73 0,23 1,00 Kimyasal pH (48) -0,44 -0,40 0,04 0,06 -0,27 -0,52 0,08 -0,43 -0,36 -0,34 -0,14 -0,35 -0,02 -0,63 -0,37 1,00 EC (48) Na 0,95 K 0,93 Ca -0,40 Mg -0,23 Cl 0,66 HCO3 0,96 SO4 -0,17 SiO2 0,93 B 0,91 Fe 0,49 Sr 0,87 Li 0,98 Mn -0,64 Cu 0,22 Ni 0,93 pH -0,54 EC 1,00 Toplam 48 örnek, parantez içindeki değerler regresyon için veri sayısını göstermektedir. Derişimler mek/l dir. 2.3. Su kimyası grafikleri Suları grafiklerde gösterilmesi toplu halde bir arada görülebilmesi, sınıflandırılması, birbirleriyle ilişkilerinin araştırılması ve karşılaştırılması gibi amaçlar taşır. Piper üçgen diyagram, Schoeller yarı logaritmik diyagram ve Durov diyagramı gibi diyagramlar gerek iyonların topluca tek bir diyagramda görüntüleme kolaylığı açısından, gerekse benzer ve farklı kökenli suların karşılaştırılması kolaylığı açısından hidrojeolojide oldukça sık kullanılan diyagramlardır. Schoeller yarı logaritmik diyagramda benzer kökenli, aynı hazneye ve beslenme alanına sahip sular benzer pik verirler (Şekil 1). 206 3= rC O 3+ CO rH rS O 4= rC l +r N a+ rK g+ + rM ++ rC a 1000 Davutlar kap. K11 sondajı 100 Zeus Pınarı Güzelçamlı İçmeleri Davutlar Deresi K1 kuyusu 10 K4 kuyusu K7 kuyusu 1 Arapaslan Pınarı Deniz suyu 0,1 0,01 Şekil 1. Kuşadası-Davutlar Çevresindeki Suların Schoeller Diyagramındaki Görünümü (Tarcan vd., 2000a). Yarı Logaritmik Yukarıdaki diyagramda görüleceği gibi Davutlar Kaplıcası, Zeus Pınarı, Güzelçamlı içmeleri gibi sular deniz suyuna benzer pik verdiklerinden denizel beslenmeyi yansıtırlar. Piper Üçgen diyagramı anyon ve katyonların (% mek/l cinsinden) ayrı ayrı gösterildiği iki ayrı üçgenden ve tüm iyonların ortaklaşa gösterildiği bir dörtgenden oluşmaktadır. Üçgen diyagramlar suların hidrokimyasal fasiyes tiplerinin görülmesinde, dörtgen ise suların sınıflamasında ve karşılaştırılmasında kolaylık sağlamaktadır. Turgutlu jeotermal alanındaki sıcak sular sodyum bikarbonatlı su tipini yansıtırlar ve dörtgende de doğada ender bulunan yumuşak sular kesimine karşılık gelirler (Şekil 2). Soğuk sular ise diyagramda kalsiyum magnezyum bikarbonatlı su tipini yansıtırlar. Bölgedeki baskın hidrojeokimyasal sürecin de toplam iyon derişimi en düşük olandan yüksek olana doğru (çözünürlüğün artması yönünde) Ca-Mg-HCO3 su tipinden, Na-HCO3 su tipine doğru olduğu açık bir şekilde gözlenmektedir. Durov diyagramı da Piper’in üçgen diyagramı gibi anyonların ve katyonların % mek/l değerlerinin kullanılarak ayrı ayrı iki üçgende gösterildiği ve bu üçgenlerin birbirine dik olarak iliştirildiği kare şekilli bir dörtgenden oluşur. Su noktaları öncelikle üçgenlere yerleştirilerek, daha sonra kare diyagrama izdüşürülür. Bu şekilde suların karşılaştırılması ve bir arada görülmesi sağlanır,yorumlamasında Piper üçgen diyagramdakine benzer yorumlar yapılabilir (Şekil 3). Örnek olarak Kuşadası-Davutlar alanı verilecek olursa (Çizelge 6); Davutlar Kaplıcası, Güzelçamlı İçmeleri ve Zeus Pınarı benzer kökenli ve deniz suyu beslenmeli suları yansıtmaktadır (Şekil 3 ). 207 rain water Gediz River Mg SO4 Cold waters 20 20 40 40 Thermomineral waters 60 60 80 Ca 80 20 40 60 80 20 Na HCO3 40 60 80 Cl Şekil 2. Turgutlu Kaplıcaları Çevresindeki Suların Piper Üçgen Diyagramındaki Görünümü (iyon değerleri % mek/l) (Tarcan, 1995). Şekil 3. Kuşadası-Davutlar Çevresindeki Suların Durov Diyagramındaki Görünümü (% mek/l). 208 Çizelge 6. Davutlar Kaplıcası ve Çevresindeki Suların Kimyasal Özellikleri (Tarcan vd., 2000a) No 1 1 1 1 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 13 13 13 13 13 13 13 15 15 15 16 16 16 16 16 17 17 17 17 18 18 18 19 20 20 20 21 21 Örnek No ve Adı K1 Kuyusu K1 Kuyusu K1 Kuyusu K1 Kuyusu K2 Kuyusu K2 Kuyusu K3 Kuyusu K3 Kuyusu K3 Kuyusu K3 Kuyusu K4 Kuyusu K4 Kuyusu K4 Kuyusu K4 Kuyusu K4 Kuyusu * K5 Kuyusu # K6 Kuyusu # K7 Kuyusu # K8 Kuyusu # K9 Kuyusu * K10 Kuyusu * K11 Kuyusu * K12 Kuyusu Davutlar Kapl. Davutlar Kapl. Davutlar Kapl. Davutlar Kapl. Davutlar Kapl. +Dav.Kapl.43 °C * Davutlar Kapl. **Davutlar Kapl. Karpuz Pınarı Karpuz Pınarı Karpuz Pınarı Haytanın Çeş. Haytanın Çeş. Haytanın Çeş. Haytanın Çeş. Haytanın Çeş. Zeus Pınarı Zeus Pınarı Zeus Pınarı *Zeus Pınarı G.Çamlı İçmeler G.Çamlı İçmeler G.Çamlı İçmeler *Arapaslan Pına. Davutlar Deresi Davutlar Deresi Davutlar Deresi +Deniz Suyu *Deniz Suyu Örn. Tarihi 27.5.1988 22.7.1988 19.8.1988 6.10.1988 22.7.1988 19.8.1988 22.7.1988 19.8.1988 6.10.1988 23.3.1989 27.5.1988 22.7.1988 19.8.1988 6.10.1988 23.3.1988 18.4.1992 DSİ-1978 DSİ-1978 DSİ-1978 DSİ-1978 18.4.1992 18.4.1992 18.4.1992 27.5.1988 22.7.1988 19.8.1988 6.10.1988 23.9.1989 MTA1994 18.4.1992 ? 22.7.1988 19.8.1988 6.10.1988 27.5.1988 22.7.1988 19.8.1988 6.10.1988 23.3.1989 19.8.1988 6.10.1988 23.3.1989 18.4.1992 22.7.1988 19.8.1988 23.3.1988 18.4.1992 22.7.1988 19.8.1988 6.10.1988 1994 MTA 18.4.1992 EC 680 1000 660 740 1400 1400 1000 840 800 784 840 1000 1400 1300 1300 994 624 1011 714 714 535 1000 860 9200 9600 9800 7600 8400 10380 11000 900 640 670 620 800 840 620 580 10000 8100 6000 10000 15000 13000 13000 510 620 660 520 47000 57000 PH 7.1 7.6 7.4 7.9 8.1 7.4 7.7 7.5 7.2 7.6 7.3 7.5 7.7 7.4 7.4 7.1 8.1 8 8.1 7.9 7.8 6.1 7.6 6.1 6.4 6.2 6.3 6.2 6.1 6.1 6.3 7.5 7.4 7.7 7.3 7.5 7.3 7.2 7.2 6.9 6.7 6.9 6.6 6.9 6.9 6.9 6.65 8.7 8 8.1 7.1 8.2 Na+ 0.5 0.5 0.4 0.7 0.9 0.7 0.5 0.6 0.8 1.1 1.4 1.3 2.7 3.5 5.2 2 1.32 2.44 2.16 2.24 0.98 1.83 0.52 84 48 70 71 76 60 76 61.7 0.4 0.4 0.8 0.6 0.6 0.6 0.7 1.1 58 93 62 81 64 90 121 0.65 0.3 0.4 0.4 531 532 K+ 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.05 0.09 0.18 0.12 0.18 0.06 0.08 0.05 3.3 2.8 2.9 3.1 2.3 3.6 1.6 0.51 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 1.6 2.8 1.4 1.3 8.3 3.0 3.1 0.05 0.1 0.1 0.1 9.7 11 Ca++ 4 1.8 2.5 3.4 3.4 3.7 3 1.5 4.2 4.1 4.5 3.4 3.8 5.4 4.9 3.6 1.5 2.1 1.8 2.5 1.6 5.59 2.55 20.2 13.5 19.5 19.1 18.4 28.9 17 18.2 1.8 1.8 2.7 4.1 2.3 3.2 3.9 3.9 11.7 12.7 9.7 15.5 11.5 12.5 13 3.14 1.6 2.0 3.0 24 25 Mg++ 2.5 4.1 2.2 3.8 3 2.8 3.7 2.7 3.4 2.9 1.6 2 2.2 2.2 2.3 2.21 3.5 6.1 3.2 2.5 2.8 2.38 4.58 8 12 7.5 9 6 14.1 7.9 9.6 3.2 2.7 2.7 1.1 2.5 2.2 1.6 2.1 13.7 13.8 10.6 14.6 25.1 24.5 21.0 1.97 1.9 2.0 2.2 126 112 Cl1.1 0.9 0.7 1.2 3.1 1.7 2 0.8 1.4 1.6 3.1 2.8 4.6 5.4 6.6 1.47 0.9 2.5 1.2 0.8 0.8 4.09 0.73 75 75 75 74 79 77.4 74 63.4 0.8 0.4 0.8 1 1 0.6 0.3 1 74 108 69 96 89 117 142 0.45 0.8 0.5 0.3 626 641 HCO35.4 4.4 3.8 5.4 3.5 5.2 3.9 3.1 6.3 5.5 3.8 3.9 4 5.3 4.3 5.92 3.2 4.55 4.45 4.9 3.25 5.19 6.48 37.5 20.8 23.2 25.8 23 30.3 25 25.3 4.3 4.4 5.1 4.8 3.8 5 5.9 5.9 9.3 11 8.3 11.4 7.9 8.7 7.5 4.19 2.7 3.5 4.7 3 3.15 CO3= 0.6 0.4 0.4 0.6 0.4 0.2 0.6 0.4 1 0.6 1 0.9 0.4 0.2 0.2 0.2 0.3 0.4 0.6 0.4 0.4 0.4 0.6 1.0 SO4= 0.2 0.8 0.3 0.8 0.4 0.2 0.8 0.6 0.8 0.1 0.1 0.1 0.2 0.4 0.4 0.61 1.71 2.77 0.91 1.7 1.39 1.31 0.5 2.7 0.6 2.1 1.8 0.1 16.6 2.2 1.25 5 6 6 0.11 0.1 0.1 0.1 0.3 2.1 2.9 4.6 9.3 106 130 158 2.31 0.1 0.1 65 68 # DSİ (1978) den alınan analizler, + MTA tarafından yaptırılan analizler (Yılmazer vd., 1994 den), * DEÜ Jeoloji Mühendisliği Bölümü Jeokimya Laboratuvarı’nda yapılan analizler, ** Ercan vd. 1992 den alınan analiz sonucu, geri kalanların tümü Nail Kayahan (Jeo. Yük. Müh.) tarafından örneklenerek, Aydın DSİ Laboratuvar ’ında yapılan analizlerdir. Eksik görülen CO3 analizleri pH değerinin düşüklüğü nedeniyle kayıt limitlerinin altındadır. 209 2.4. Farklı beslenmeli suların karışım yüzdelerinin belirlenmesi Çizelge 6 ve Şekil 3 de belirtildiği gibi Davutlar Kaplıcası, Güzelçamlı İçmeleri ve Zeus Pınarı sodyum klorürlü (Na-Cl) su tipinde olup, hafif tuzlu su sınıfına girmektedirler. Alüvyon akiferdeki sular ise çoğunlukla kalsiyum, magnezyum bikarbonatlı (Ca, Mg, HCO3), kısmen iyonların miktarları birbirini geçmeyen karışık su tipini, kısmen de kalsiyum, magnezyum, bikarbonat klorür su tipini yansıtmaktadır. Beslenme alanlarında karbonatlı kayaçlar bulunduğu için Ca, Mg ve HCO3 tipli sular olağandır. Yukarıda değinilen Na-Cl li su tipleri suların beslendikleri jeolojik birimlerle uyumlu değildir. Bu durum suların farklı beslenmeli suların karışımından olmasıyla açıklanabilir. Bu olay deniz suyunun karalar içine sokulmasıyla oluşan deniz suyu girişiminden ileri gelir. Özellikle mermer gibi çok çatlaklı ve çatlakları birbiriyle bağlantılı ve çözünme boşluklu (karstik) akiferlerde deniz suyunun karalar içine ilerlemesi çok daha kolay olmaktadır. Nitekim hazne kayası mermer olan Davutlar Kaplıcası, Güzelçamlı İçmeleri ve Zeus Pınarı gibi kaynaklar değişik oranlarda deniz suyu katkısı içermektedirler. Bu oranlar deniz suyunun ve tatlı suların ortalamalarının toplam iyon miktarları gözetilerek, suların hacmine ve derişimine bağlı aşağıdaki global bağıntılar kullanılarak yapılmıştır (Şahinci, 1991a). V1=V3(C3-C2) / (C2-C1) …………..(11) Bu bağıntıda, V1 ve V2, sırasıyla, tatlı su ve deniz suyu bileşenlerinin (karışım suyundaki oransal) hacimleri, V3=karışım suyunun hacmi olup, C1, C2 ve C3 ise, sırasıyla, tatlı su, deniz suyu ve karışım suyundaki iyon miktarlarına karşı gelmektedir. V3=1 litrelik hacmi belirlediğinden 1 kabul edilirse, yöredeki deniz suyu toplam iyon miktarı (C2)=658 mek/l ve Davutlar çevresindeki tatlı su ortalama değeri (C1)=14.6 mek/l dir. C3 değeri de her su noktası için toplam iyon miktarını belirtir. V1 değeri yüzde olarak karışımın yüzdesini tanımlar. Tüm kimyasal bileşenlerin dikkate alındığı Aquachem (Calmbach, 1997) programına göre adı geçen bu üç kaynaktaki deniz suyu ve tatlı su oranı aşağıdaki gibidir. Çizelge 7. Kuşadası-Davutlar Çevresindeki Bazı Su Noktalarında Karışım Oranları Su Noktası Güzelçamlı İçmeleri Davutlar Kaplıcası Zeus Pınarı Tatlı Su Oranı (%) 61 71 67 Deniz Suyu Oranı (%) 39 29 33 2. 5. Zamana bağlı parametre değişimlerinin değerlendirilmesi Sıcak su araştırmalarında suların özelliklerinin zamana bağlı (mevsimsel) olarak değişimlerinin incelenmesi çok önemlidir. Bu değişimler yüzey sularıyla veya soğuk yeraltı sularıyla karışımla ilgili olabileceği gibi, kirlenmelere, hızlı beslenmelere bağlı olarak da olabilmektedir. Örneğin kış aylarında suların sıcaklığı ile birlikte tuzlulukları da azalıyorsa bu büyük olasılıkla suların sığ dolaşımlı ve kış yağış sularıyla olan karışımı gösterebilir. Zamana bağlı parametre değişimlerinin olmaması da bir sonuçtur. Sıcak sularda bu mevsimsel değişimlerin tarihi kayıtlarla da karşılaştırılması, özellikle uzun yıllara bağlı parametre değişimlerinin olup olmaması da önemlidir. Aşağıda Salihli jeotermal alanında zamana bağlı parametredeğişimlerinin (Tarcan vd., 1998, 2000b) bir örneği ve buna bağlı olarak yapılan bir yorumu belirtilmiştir (Şekil 4). Sıcak sularda 210 zamana bağlı olarak anlamlı bir kimyasal parametre değişimi gözlenememiştir. Soğuk sularda Özellikle Kurşunlu Deresi’nde yaz aylarına doğru olan sodyum ve bikarbonat ile bor derişimlerindeki artış, yağış beslenmesinin azalması ile nehri besleyen sıcak su debisi yüzdesinin artması ile açıklanabilir. Alandaki periyodik örneklenen beş su noktasına ait pH ve EC parametrelerinin de aylara göre değişimi aşağıda belirtilmiştir. EC 2600 K u r şu n lu H o t S p r in g 2100 Ç e lik li H o t S p r in g 1600 S a rt-Ç a m u r H o t S p r in g 1100 K u r şu n lu S tr e a m K a ra olu k C o ld W a te r 600 100 D e c .9 1 J a n . 9 2 F eb . 9 2 M a r. 9 2 A p r. 9 2 M a y. 9 2 J u n e 9 2 J u ly. 9 2 10 9 K u r şu n lu H o t S p r in g Ç elik li H o t S p r in g S a r t-Ç a m u r H ot S p r in g K u r şu n lu S tr ea m K a r a o lu k C old W a ter pH (-logH) 8 7 6 5 4 3 2 D ec. 9 1 Jan. 92 F eb . 9 2 M a r .9 2 A p r. 9 2 M a y. 9 2 J u n e 9 2 J u ly 9 2 mg/l 500 450 Na 400 K 350 Ca 300 Mg 250 Cl 200 HCO3 150 SO 4 100 Si 50 B 0 D ec .9 1 Jan 92 F eb . 9 2 M a r. 9 2 A p r. 9 2 M ay 92 June 92 J u ly 9 2 Şekil 4. Salihli Jeotermal Alanları ve Çevresindeki Sularda Aylara Göre Bazı Kimyasal Parametre Değişimleri (Tarcan vd., 2000b). 2.6. Jeotermal akışkanların oluşturabileceği bazı çevresel problemler Jeotermal alanlardaki akışkanların yüksek oranlarda çözünmüş madde içermeleri yüzey ve yeraltı suların kirlenmesi gibi önemli çevresel problemlere yol açabilir. Türkiye’deki jeotermal alanlarda (özellikle Batı Anadolu jeotermal alanlarında) bazı sularda bulunan yüksek derişimli iyonlar bazı durumlarda soğuk yüzey veya yeraltı sularına karışarak, 211 özellikle tarım alanlarında önemli üretim kaybına yol açmaktadır. Arsenik ve benzeri bazı zehirleyici elementlerin de jeotermal sularda yüksek olma olasılıkları bulunmaktadır. Bu nedenle içme amaçlı kullanımlarda bu tür tehlikelere dikkat etmek gereklidir. Burada örnek olarak Gediz Grabeni’ndeki bor kirlenmesine değinilmiştir. Gediz Grabeni’nde bulunan jeotermal alanlardan Turgutlu Kaplıcaları çevresindeki suların kimyasal analizleri Çizelge 4 de belirtilmişti. Görüleceği gibi bor derişimleri oldukça yüksektir. Yine Gediz Grabeni’nde bulunan sulardan Salihli jeotermal alanlarında ise bor derişimleri daha yüksektir (Çizelge 8). Çizelge 8. Salihli jeotermal alanlarındaki sıcak ve soğuk suların kimyasal analizleri (Tarcan vd., 2000b) Örnek No ve adı Örnekleme tarihi 1-MTA2 Tw 25.4.1992 2-MTA3 Tw 24.6.1992 3-Caferbeyli Tw * 20.9.1990 4-Sart-Çamur Ts 15.7.1992 5-Çelikli Ts 15.7.1992 6-Sazdere Ts 21.5.1993 7-Kurşunlu Ts 15.7.1992 8-Tabak dere Sw 15.7.1992 9-Karaoluk Cs 15.7.1992 10-Kurşunlu dere Sw 15.7.1992 11-Kurşunlu Üfürük Cs 31.5.1992 12-Salihli dere Sw 21.5.1993 13-Göbekli soğuk kuyu 15.7.1992 T (OC) 85 95 155 51 42 37 90 20 14 19 15 18 18 EC pH Na K Ca Mg µS/cm 3000 6.3 46255130 13 2750 6.0343150 31 13 2700 7.8 68070 42 6 1600 5.9021323145 22 2400 6.2049760 71 12 3070 7.5541750 29 65 1850 4.8542651 10 9 586 7.10 75 8 48 13 210 7.25 15 1 18 2 410 6.76 79 9 69 14 1420 5.75120 7 180 77 1299 7.1914015 17 92 584 6.9 45 4 22 15 Fe 0.10 0.10 0.13 0.06 0.11 0.05 0.07 Li Mn Ni Cu Pb Cl HCO3 SO4 SiO2 B 0.1470.0080.076 69 1378 90 1220 0.1470.0080.076 115 1983 1.8 0.04 0.0820.0060.057 40 1074 1.7880.0050.1200.0080.087 83 1550 200 1377 1.842 0.1030.0050.072 64 1080 18 305 0.014 0.0220.0050.033 8 37 0.082 0.0330.0040.038 20 388 21 647 41 535 12 243 125 267 65 100 135 31 34 214 67 64 101 13 112 180 23 43 145 107 186 38 90 29 2.3 74 21 66 19 3 541 20 174 19 20 26 Gediz Grabeni’ndeki en önemli çevresel problemlerden birisi de toprakta ve yeraltı sularında gözlenen yüksek bor derişimi yada kısaca bor kirlenmesidir. Özellikle verimli tarım arazilerinin bulunduğu ve bağcılığın gelişmiş olduğu bu yörede yeraltı sularındaki bu yüksek bor derişimi tarımsal açıdan önemli ölçüde verim kaybına neden olmaktadır. Bilindiği üzere bor çok küçük mikarlarda olursa bitkiler için yararlıdır. Ancak belli bir miktarı geçince de özellikle bazı bitkiler için son derece zararlı zehirleyici etkidedir. Sulama sularındaki bor miktarına göre bitkiler bora karşı duyarlı, yarı duyarlı ve duyarsız olmak üzere 3 grupta toplanmıştır (Richards, 1954; Şahinci, 1991a). Çok genel bir değerlendirme yapılacak olursa sulama sularındaki bor derişimi 1 mg/l yi aşarsa bitkiler için zararlı olduğu söylenebilir. Yani sulama sularında 1 mg/l den fazla bor bulunmamalıdır. Yeraltı sularındaki bor kirlenmesi topraktaki bor kirlenmesini de beraberinde getirmektedir. Alandaki soğuk yeraltı suyu akiferlerinde yapılan çalışmalarda işletme sondajlarının derinlikleriyle bor kirlenmesi arasında bir ilişki saptanamamıştır (Filiz ve Tarcan, 1997). Yani yan yana açılmış (10 m aralıklı) bulunan sığ ve derin kuyularda farklı yörelerde farklı sonuçlar elde edilmiştir. Kimi alanda sığ derinlikli kuyularda, kimi yörelerde ise derin kuyularda daha yüksek bor elde edilmiştir. Bunun en büyük nedenlerinden birisi alanda bilinçsizce açılan sondajlardır. Daha açık bir deyişle ardalanmalı kırıntılı malzemelerden oluşan alüvyonal akiferde birden çok akifer seviyesi bulunmaktadır. Açılan sondajlarda da hangi akifer seviyesinde yüksek bor bulunduğu araştırılmadan ve akifer seviyeleri saptanmadan yapılan filtreleme sonucunda yüksek bor derişimi içeren herhangi bir akifer seviyesi sondajlardan yapılan su çekimi ile sızarak, diğer akiferleri de kirletebilmektedir. Sahada kesin olarak saptanılabilen olay, soğuk su akiferlerindeki bu bor kirlenmesinin yöredeki jeotermal sistemlerden kaynaklanmasıdır. 212 Alandaki sıcak su sistemleri oldukça yüksek bor içermektedir. Ayrıca bor ile klorür, sodyum ve bikarbonat iyonları ve SiO2 arasında iyi bir doğrusal ilişkiyle açıklanabilecek pozitif korelasyon gözlenmiştir (Tarcan, 1995 ve Tarcan vd., 1998). Buradan da görüleceği üzere yeraltı sularında ve toprakta bulunan yüksek bor derişiminin nedeni jeotermal sistemlerden kaynaklanmaktadır. Bor kirlenmesini önlemek için en iyi çözüm sıcak suların, alındığı derinliklerdeki hazneye reenjeksiyon sondajları (geri basım sondajları) ile geri verilmesidir. 3.SULARIN MİNERAL DOYGUNLUK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ Suların mineral doygunlukları su içindeki iyonların ve minerallerin Gibbs serbest enerjileri (∆G0) ile iyon etkinliklerinin bilinmesi ile ilişkilidir. Su içindeki kimyasal bir tepkimenin Gibbs serbest enerjisi (∆G0) ile tepkimedeki iyon veya bileşiklerin derişimleri arasındaki ilişki aşağıdaki global denklemle yazılabilir. ∆G0 = - RT lnK …….............................(12) Bağıntıdaki; R: gazların sabiti (0,001987 kcal/mol), T: sıcaklık derecesi (Kelvin), ln: doğal logaritma ve K: tepkimenin denge sabitidir. (12) bağıntısı hidrojeokimyada oldukça önemli bir yer tutar. Çünkü kimyasal tepkimelerin serbest enerjileri bilinirse kimyasal denge sabitleri, çözünmüş iyonların çökelebilme özellikleri, iyon değişimi ve kimyasal bozunum şekilleri önceden tahmin edilebilir. Standart koşullarda kimyasal tepkimelerin standart serbest enerji değişim miktarları tepkime sonu ortaya çıkan maddelerin serbest enerjileri toplamları (Σ∆G0ts), ile tepkime başlangıcındaki maddelerin toplam serbest enerjileri (Σ∆G0tb) farkına eşittir. ∆G0 = Σ∆Gots – Σ∆G0tb ……................(13) Standart koşullarda herhangi bir kimyasal tepkime şu şekildedir. bB + cC = yY + zZ .....……….............(14) Denge sabiti ile tepkime bileşenlerinin derişimleri arasındaki ilişki (14) tepkimeye giren maddelerin iyon etkinlikleri toplamı ile tepkimeden çıkan maddelerin iyon etkinlikleri toplamı dikkate alındığında aşağıdaki şekilde gelişir. K = (aY)y (aZ)z / (aB)b (aC)c …...........(15) Denklemde a ilgili iyonun etkinliğini (etkin derişimini) tanımlar ve a = γ C ……..........................................(3) ile tanımlanır; Bu denklemde de γ iyon etkinlik katsayısını, C ise molalite olarak iyon derişimini belirtir. (15) nolu denklem (12) nolu denklemde yerine konulduğunda ∆G0 = -RT ln [(aY)y (aZ)z / (aB)b (aC)c], denklemde ilgili parametreler (standart koşullarda) yerine konur ve ondalık logaritmaya çevrilirse; log K = -∆G0 / 1,3641 ……….........................................(16) log [(aY)y (aZ)z / (aB)b (aC)c] = -∆G0 / 1,3641 ...............(17) 213 denklemi elde edilir. Bu denklemde tepkimeye giren ve çıkan maddelerin dengede olması durumunda eşitliğin her iki yanı birbirine eşittir. Denge durumunun değişmesi ile eşitlik bozularak, tepkimeye girenler veya çıkanlar yönünde değişecektir. Bu yönün tahmin edilmesi mineral doygunluğu hesaplamalarının temelini oluşturmaktadır. Buradan yola çıkılarak doygunluk indeksi (Dİ) (saturation index = SI) kavramı geliştirilmiştir. Dİ = log [(aY)y (aZ)z / (aB)b (aC)c] / (-∆G0 / 1,3641) = log (Q/K) ……...(18) Yukarıdaki tepkimede büyük parantez içindeki ifade tepkime oranını (Q) belirtir. Tepkime denge sabitine benzer, farkı tepkimenin dengede olmayabilirliğidir. Tepkimedeki (14 eşitliğindeki) mineral (katı faz) bileşik olarak yazıldığında (bütün katıların iyon etkinlikleri 1 kabul edilir) denge sabiti K = (aY)y (aZ)z (tepkimeden çıkan maddelerin iyon etkinlikleri toplamı = AP) olacağından (18) nolu denklem de şu şekilde gelişecektir. Dİ = log [(aY)y (aZ)z] / (-∆G0 / 1,3641) = log (AP/K) ………….............(19) Özetle, Dİ (SI) log (Q/K) veya log (AP/K) şeklinde de gösterilebilen logaritmik bir kavramdan oluşur. Her mineral için özellikle sıcaklık ve kısmen de basınçla değişen değerler içerir. Termodinamik yöntemlerle hesaplanan mineral doygunluk indeksi sonuçları aşağıdaki gibi yorumlanır. • • • Dİ (log Q/K) = 0 ise Su ilgili mineral ile dengededir (doygundur). Dİ (log Q/K)>0 ise Su ilgili mineralle aşırı doygundur (mineral çökeltici özelliktedir). Dİ (log Q/K)<0 ise Su ilgili mineralle doygun değildir (minerali çözündürücü özelliktedir). Bu anlatılan mineral doygunluk indekslerinin hesaplanması suların üretim ve iletimi aşamasında olabilecek olası çökellerin önceden tahmin edilmesi üretim ve malzeme kaybı olmadan önce alınabilecek önlemler açısından çok önemlidir. Burada sıcak suların kabuklaşma ve korozyon özelliklerinin tahmini için en çok rastlanılan çökel minerallerinin doygunluk hesaplarının yapılması örnek olarak verilmiştir. CO2 kısmi basıncının da atmosfer kısmi basıncından (10-3.5 atm) daha yüksek olması durumunda su çökeltici ve gaz çıkartıcı özelliğe sahip olarak yorumlanabilir. Kalsit, dolomit, jips doygunluk indeksleri ve CO2 kısmi basıncı değerleri literatürdeki (Fetter, 1994; Ford ve Williams, 1989; Şahinci, 1991a,b) ilgili kimyasal bağıntıların düzenlenmesiyle oluşturulan aşağıdaki bağıntılarla hesaplanılabilir. Doygunluk indeksi olarak Çizelge 3 de gösterildiği gibi Dİ yerine SI simgesi kullanılmıştır. SIC = log [(aCa++) (aHCO3-) K2 / KC.10-pH] (Kalsit doygunluk indeksi) ..........................(20) SID = log [(aCa++) (aMg++) (aHCO3-)2 (K2)2 / KD.10-2pH] (Dolomit doygunluk indeksi) .(21) SIj = log [(aCa++) (aSO4=) / Kj] (Jips doygunluk indeksi) ....………................................(22) -logPco2 = log[(10-pH) (aHCO3-) / (K1) (Kco2)] (CO2 kısmi basıncı, atmosfer olarak) ....(23) Bağıntılarda a: iyon etkinliğini, K: ise termodinamik denge sabitini yansıtır. 214 (aH+) (aHCO3-) / (aH2CO3) = K1 = 10-6.4 (aH+) (aCO3=) / (aHCO3-) = K2 = 10-10.3 (aCa++) (aCO3=)/ (aCaCO3) =KC = 10-8.4 (aCa++) (aMg++) (aCO3=)2 / [aCaMg(CO3)2] = KD=10-17 (aCa++) (aSO4=) / aCaSO4 = Kj = 10-4.6 (aH2CO3) / Pco2 = Kco2 = 10-1.46 (Karbonik asit için) ....(24) (Bikarbonat için) .......(25) (Kalsit için) ...............(26) (Dolomit için) ............(27) (Jips için) ……...........(28) (Karbondioksit için) ..(29) Termodinamik denge sabitlerinin sıcaklıkla değişimi aşağıdaki çizelgede verilmiştir. Çizelge 9. Karbonat, Jips ve Halit Çözünürlük Sistemlerinde Denge Sabitlerinin Sıcaklıkla Değişimi (Ford ve Williams, 1989). Sıcaklık (oC) 0 5 10 15 20 25 30 50 70 90 100 pKCO2 pK1 pK2 pKkalsit pKaragonit pKdolomit pKjips pKhalit 1.12 1.19 1.27 1.34 1.41 1.47 1.52 1.72 1.85 1.92 1.97 6.58 6.52 6.46 6.42 6.38 6.35 6.33 6.29 6.32 6.38 6.42 10.63 10.56 10.49 10.43 10.38 10.33 10.29 10.17 10.15 10.14 10.14 8.38 8.39 8.41 8.42 8.45 8.49 8.52 8.66 8.85 9.36 8.22 8.24 8.26 8.28 8.31 8.34 8.37 8.54 8.73 9.02 16.56 16.63 16.71 16.79 16.89 17.0 17.9 4.65 1.52 4.61 1.58 Bu bağıntılar yine Excel programına aktarılarak çok pratik bir degerlendirme elde edilebilir (Çizelge 3). Her mineral ile ilgili termodinamik denge sabitleri edinilerek aynı işlem tekrarlanabilir. Yukarıda kısaca özetlenen mineral doygunluklarının hesaplanması için pek çok bilgisayar programı geliştirilmiştir. Watspec (Wigley, 1977), Solveq (Reed ve Spycher, 1984), Watch3 (Arnorsson vd., 1982 ve Bjarnason, 1994), Solmineq88 (Kharaka vd., 1988), PhreeqC (Parkhurst ve Appelo, 1999). Bu programların hepsi benzer ilke doğrultusunda olup, veri tabanlarında bazı küçük farklılıklar bulunmaktadır. Bu metinde örnek olarak Çizelge 10 da kimyasal bileşenleri verilen suların inceleme alanındaki suların mineral doygunluk indeksleri Solmineq88 (Kharaka vd., 1988) programı kullanılarak hesaplanmıştır (Çizelge 11). Bu hesaplamalarda sıcak sular için kaynak çıkış sıcaklıkları (35-37 0C) soğuk sular ise 20 0C sıcaklıklar dikkate alınmıştır. 215 Çizelge 10. Gülbahçe Körfezi (İzmir) Çevresindeki Suların Kimyasal Analizleri (derişimler mg/l, EC: µS/cm, pH: standart birim) (Tarcan, 2001a). No 1d 1e 2d 2e 3a 3b 3 3c 3d 3e 4a 4f 4b 4 4e 5 6e 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Örnek Adı Ilıksu Thermal Spring 1 (37 oC) Ilıksu Thermal Spring 1 (37 oC) Ilıksu Thermal Spring 2 (35 oC) Ilıksu Thermal Spring 2 (35 oC) Gülbahçe Thermal Spring (36 oC) Gülbahçe Thermal Spring (37 oC) Gülbahçe Thermal Spring (37 oC) Gülbahçe Thermal Spring (37 oC) Gülbahçe Thermal Spring (37 oC) Gülbahçe Thermal Spring (37 oC) Urla-İcmeler Karst Spring Urla-İçmeler Karst Spring Urla-İçmeler Karst Spring Urla-İçmeler Karst Spring Urla-İçmeler Karst Spring (19 oC) Sea Water (Gülbahçe Bay) Karapınar Spring Gülbahçe Cold Spring Tatar Çeşme Spring. Söğütköy Spring Saraç Çeşme Spring Burgaz Çeşme Spring Domuz Pınar Spring Ova Spring Dutlu Pınar Spring Demircili Spring İskender Bey Spring Sazlı Spring Yağhane Spring K1 Well (Shallow Well) K2 Well (Shallow Well) K3 Well (Shallow Well) K4 Well (Shallow Well) K5 Well (Shallow Well) K6 Well (Shallow Well) K7 Well (Shallow Well) K8 Well (Shallow Well) K9 Well (Shallow Well) pH 7,3 6,13 7,39 6,21 EC 52700 52500 51600 51600 6,79 nr 7,21 6,75 9 6.92 7,47 7,47 7.05 8,18 7,17 7,38 7,55 7,35 7,4 7,53 7,61 7 7,33 7,39 7,56 7,27 7,59 7,77 7,56 7,5 7,74 7,79 7,36 7,7 7,5 7,2 34390 nr 45600 58400 1500 5320 5320 6350 58000 1700 219 320 715 607 690 692 950 709 677 740 731 696 637 883 1030 748 684 613 843 5657 740 Na K Ca Mg Cl HCO3 9565 241 249 813 16500 232 9851 316 912 1132 17020 280 8470 240,5 233,8 749 14450 244 8205 262 783,2 1008 14000 380 12467 400 1679 367 21650 169 12076 448 769 1319 21898 120 11468 469 1383 835 19877 140 11240 398,7 1140 830 21480 153,8 11659 256 302 850 17750 171 11200 470 1015 925 18890 195 1950 332 229 200 3727 388 2119 105 286 142 3725 451 1661 403 197 124 3078 230 1167 48 198 79 2157 230 1750 50 210 130 3110 295 12164 502 532 1320 22262 1626 195 5 68 30 380 220 18 5 15 4 24 94 24 5 24 9 31 160 17 2 52 8 39 295 16 2 80 6 26 263 25 4 78 10 35 273 38 3 62 22 43 260 50 1 46 35 45 317 16 5 103 5 53 308 23 5 73 10 33 241 25 5 100 15 44 285 23 1 95 20 52 326 23 13 65 27 48 308 29 2 85 8 32 193 29 8 114 21 55 297 100 8 109 17 225 230 35 1 82 26 71 270 25 1 76 20 46 241 15 1 90 7 31 209 60 4 89 17 109 256 1248 53 221 135 2220 217 18 1 63 63 47 439 SO4 1884 1964 1994 1781 2210 3069 2865 3311 2125 2685 575 635 572 334 510 3211 65 50 42 57 38 26 56 55 39 48 46 51 45 75 93 65 46 42 48 81 320 66 SiO2 19,85 36,42 20,54 29,19 22,09 30,58 21,43 33 9 17 17.11 18 8 94,25 94 127 23,5 51,3 17 56 12 25 33 55 22 15 22,42 89 33,36 11 14 28 19,4 16,7 58 a: Reman (1942)–örnekleme tarihi: 06.06.1931, b: Şahinci ve Gümüş (1984), c: Conrad vd., (1997), d: Yaman (1999)–örnekleme tarihi: 19.12.1998, e: Tarcan (2001a)-örnekleme tarihi: 25.5.1999, f: İUTF (1975)örnekleme tarihi 1971, Geriye kalan veriler Haziran-1987 ile Mart 1988 örnekleme periyodunun (Tarcan, 1989) ortalama değerleri. Soğuk suların yıllık ortalama sıcaklık değerleri 18 0C. Boş değerler kayıt olmadığını göstermektedir. 216 Çizelge 11. Gülbahçe Körfezi Çevresindeki Suların Doygunluk İndeksi Değerleri (Dİ = log Q/Kt =log AP/Kt) (Tarcan, 2001a). No 1e 2e 3e 4e 5 6e 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Örnek adı Ilıksu 1 (37 oC) Ilıksu 2 (35 oC) Gülbahçe Thermal (37 oC) Urla-İçmeler Karst Spring Seawater (Gülbahçe Bay) Karapınar Spring Gülbahçe Cold Spring Tatar Çeşme Spring. Söğütköy Spring Saraç Çeşme Spring Burgaz Çeşme Spring Domuz Pınar Spring Ova Spring Dutlu Pınar Spring Demircili Spring İskender Bey Spring Sazlı Spring Yağhane Spring K1 Well (Shallow Well) K2 Well (Shallow Well) K3 Well (Shallow Well) K4 Well (Shallow Well) K5 Well (Shallow Well) K6 Well (Shallow Well) K7 Well (Shallow Well) K8 Well (Shallow Well) K9 Well (Shallow Well) Jips -0.577 -0.621 -0.420 -1.458 -0.680 -1.929 -2.394 -0.302 -1.926 -1.932 -2.119 -1.912 -2.071 -1.852 -1.877 -1.815 -1.814 -2.002 -1.637 -1.502 -1.694 -1.911 -1.949 -1.792 -1.645 -1.199 -1.938 Anhidrit -0,592 -0.816 -0.611 -1.910 -0.951 -2.219 -2.684 -2.609 -2.216 -2.222 -2.409 -2.202 -2.361 -2.142 -2.167 -2.105 -2.094 -2.291 -1.926 -1.791 -1.983 -2.201 -2.239 -2.082 -1.934 -1.487 -2.228 Kalsit -0,463 -0.310 0.020 -0.091 1.837 -0.207 -0.883 -0.302 0.060 0.249 0.381 0.323 -0.335 0.348 0.108 0.511 0.254 0.392 0.490 0.556 0.361 0.576 0.559 0.158 0.532 0.395 0.105 Aragonit -0,753 -0.441 -0.111 -0.285 1.697 -0.347 -1.023 -0.442 -0.080 0.109 0.241 0.183 -0.475 0.208 -0.032 0.371 0.114 0.252 -1.926 0.416 0.221 0.436 0.419 0.018 0.392 0.255 -0.035 Dolomit 0.983 0.985 1.503 0.962 5.479 0.559 -1.025 0.289 0.628 0.696 1.195 1.518 0.534 0.706 0.675 1.513 1.115 1.727 1.274 1.699 1.241 1.978 1.863 0.528 1.669 1.925 1.536 Manyezit -0.343 -0.205 -0.018 -0.536 2.112 -0.764 -1.672 -0.939 -0.962 -1.083 -0.716 -0.335 -0.661 -1.172 -0.963 -0.518 -0.629 -0.195 -0.746 -0.386 -0.650 -0.128 -0.226 -1.160 -0.394 -0.001 -0.099 Kuvars Amorf Silis Kalsedon 0.710 -0.656 0.476 0.629 -0.552 0.339 0.699 -0.483 0.468 0.582 -0.678 0.409 0.206 -1.024 0.006 1.215 -0.015 1.015 -1.218 -0.022 1.008 1.338 0.108 1.138 0.606 -0.624 0.406 0.945 -0.285 0.745 0.465 -0.765 0.265 0.982 -0.248 0.782 0.316 -0.914 0.116 0.633 -0.597 0.433 0.754 -0.476 0.554 0.975 -0.255 0.775 0.578 -0.652 0.378 0.410 -0.820 0.287 0.583 -0.647 0.383 1.184 -0.046 0.984 0.758 -0.472 0.558 0.274 -0.956 0.074 0.462 -0.758 0.262 0.682 -0.548 0.482 0.521 -0.709 0.321 0.466 -0.764 0.266 1.000 -0.230 0.800 Örnek numaraları Çizelge 10 ile aynıdır. Hesaplamalar Solmineq.88 (Kharaka vd., 1988) programıyla çıkış sıcaklığın yapılmıştır. Jips ve anhidrit gibi sülfatlı mineraller alandaki tüm su noktalarında doygunluk altı (yani su jipsi ve anhidriti çözündürücü), kuvars ise (7 nolu örnek hariç) tüm su noktalarında doygunluk üstü değerler vermektedir. Manyezit de (5 nolu örnek hariç) tüm su örneklerinde çözünür özelliktedir. Kalsit, aragonit gibi kalsiyum karbonatlı mineraller (Tatar Çeşme, Gülbahçe Kaynağı gibi volkaniklerden türeyen ve Söğütköy Kaynağı gibi fay zonundan çıkan bir kaç kaynak dışında) tüm soğuk sularda doygunluk üstü değer verir. Karbonatlardan türeyen yeraltı suları için olağan sonuçlardır. Sıcak sularda ise tüm mineraller çoğunlukla doygunluk üstü olmakla birlikte bazen doygunluk altı değerler vermektedir. İleride jeotermometre uygulamaları bölümünde sıcak suların doygunluk indekslerine sıcaklık değişimleri için ayrıca değinilecektir. 4. JEOTERMOMETRELER Jeotermometrelerin genel amacı yeraltındaki akışkan sıcaklığının (yani suların akifer sıcaklığının, yada hazne sıcaklığının) tahmin edilmesidir. Bilindiği üzere sıcak sular yüzeye çıkış sıcaklıklarına göre çok değişik kullanım alanlarına sahiptirler. Derinlerde haznede bulunan sıcak sular yüzeye erişinceye değin önemli ölçüde soğuyarak ve soğuk yeraltı sularıyla değişik oranlarda karışarak yüzeylerler. Derinlerde bulunan akışkanın sıcaklığının yüzeydeki sıcaklıklarına göre çok daha fazla olacağı açıktır. Derinlere yapılacak olan sondajlar da oldukça yüksek maliyete ve zamana gereksinim göstermektedir. Bu nedenle suların kullanım alanlarının saptanabilmesi için yapılacak derin sondajlardan önce uygulanacak çeşitli jeotermometre yöntemleri ile haznedeki 217 sıcaklıklarının tahmin edilmesi yapılan jeotermal araştırmaların önemli bir parçasını oluşturur. Suların yeraltında katettikleri yol, ne denli kısa ve debisi yüksekse sıcaklıkları o oranda hazne kaya sıcaklığına yakındır. Suların yeraltında aldığı yolun kısa olmadığı ve ağır bir hidrolojik çevrimde olduğu izotopik incelemelerle anlaşılabilir. Sıcak suların akifer sıcaklıkları, verimleri ve kimyasal özellikleri ekonomik yönden çok önem taşır. Hazne sıcaklığının saptanmasında çok değişik yöntemler önerilmiştir. Bunlardan bazıları çevresel izotoplarla kalitatif değerlendirme, sığ ve derin kuyularda ölçülen sıcaklıklardan yararlanarak hazne kaya sıcaklığının tahmini, jeotermal alanlarda izlenen hidrotermal alterasyon sonucu oluşan kil minerallerinin incelenmesi ve kimyasal jeotermometreler gibi yöntemlerdir. Hazne kayadaki suların gerçek sıcaklığı, verimleri ve diğer gerçek bilgiler, hazne kayaya değin inen kuyuların incelenmesinden elde edilir. Ancak, sondajların çok pahalı ve bazı durumlarda ekonomik olmaması, her zaman hazne kayaya inilememesi, uzun zaman alması gibi nedenlerle diğer bilimsel incelemelerin olumlu sonuç verdiği yerlerde açılmalıdır. 4.1. Kimyasal Jeotermometreler Diğer jeotermometre yöntemlerine göre, kimyasal analizlerin ucuz ve kısa sürede yapılabilmesi nedeniyle, jeotermal araştırmalarda akifer (hazne) sıcaklığının tahmininde kimyasal jeotermometrelerden çok yararlanılır. Kimyasal jeotermometre değerlendirmeleri niteliksel (kalitatif) ve sayısal (kantitatif) olmak üzere iki bölümde incelenebilir (Şahinci, 1991b). 4.1.1. Niteliksel (Kalitatif) Kimyasal Jeotermometre Değerlendirmeleri Kalitatif jeotermometrelerin çoğu uçucu maddelerin sıcak akışkanlarda ve zeminde göreli miktarlarına, dağılımlarına veya zemin gazlarındaki oranlarına dayanır. Termal akışkanlarda bulunan bazı element, bileşik ve oranların sıcaklık hakkında verdikleri göreli bilgiler aşağıda belirtilmiştir; • • • SiO2: Akifer sıcaklığı hakkında en iyi bilgi veren silistir ve kuvarsın dengelenmesi yüksek sıcaklıkta gerçekleşir. Yüksek sıcaklıktaki suda, yaklaşık 180 0C de başlayan silis çökelmesi, sıcaklığın düşmesi ile hızla artar. Klorürce fakir, asit sular 100 0C civarında kayalardaki silikatları bozundurarak amorf silisçe çok zenginleşebilir. 140 0C nin üzerinde, örtü kaya tıkama malzemesi olarak genellikle kuvars ve kalsedon izlenir. Opal, kristobalit örtü kaya oluşturmuşsa düşük sıcaklığı belirler. Doğal gayzerlerde, yüzeyde amorf silis veya kristalleşmiş silis çökelleri, hazne kaya sıcaklığının 180 0C veya daha fazla olabileceğini gösterir. Klorür: Akifer sıcaklığı 150 0C nin üzerindeki sularda, genellikle 150 ppm den fazla klorür (kökeni deniz suyu olanlar dışında), ender olarak yüksek sıcaklıklı su sistemlerde (200 0C nin üzerinde) ise 40 ppm in altındadır. Klorür, sıcak su sistemi ile buhar sistemini ayıran en önemli kriterdir. Bir çok klorür tuzları sıcak sularda çözünür ve sıcak sistemlerde bol bulunur. 400 0C de bile klorür tuzlarının uçuculuğu önemsizdir. Bu nedenle, düşük basınçlı buhar sistemlerinde klorür azdır, 50 ppm in üzerinde klorür izlenirse sıcak su sistemini belirler (Şahinci,1991b). B, NH4, H2S, Hg, Cl, Na, K, Li, Rb, Cs, As: Bu gibi element ve bileşiklerin bir veya bir kısmının suda fazla bulunması, akifer sıcaklığının yüksek olabileceğini gösterir. 218 • • • • • • • Na/K oranı: Bu oranın yüksekliği, genellikle akifer sıcaklığının fazla olabileceğini işaret eder. Özellikle bu oran, 20/1-8/1 arasında anlamlıdır. Bu oran ile hesaplanan akifer sıcaklığı, suyun geldiği başlangıç derinlik veya yatay uzaklığın sıcaklığını tanımlar. Yüzeydeki sıcak suyun kimyasal tahlillerine göre silis jeotermometresi ile hesaplanan akifer sıcaklık değeri, Na/K ile bulunandan küçük ise, akışkanın hazne kayadan yüzeye gelişi sırasında soğuk sular ile karışmış olabileceği vurgulanır. Traverten Çökelmeleri: Akifer sıcaklığının düşük olduğunu (100 oC civarında) gösterir. Ancak ender olarak, bikarbonatlı sular yeraltında soğuduktan sonra kireçtaşlarından geçmiş ise, hazne kaya sıcaklığı yüksek olabilir. Cl/(HCO3 + CO3): Bu oran yüksek ise akifer sıcaklığı fazla olabilir. Mg ve Mg/Ca Oranı: Mg miktarı ve Mg/Ca oranı küçük ise akifer sıcaklığı yüksek olabilir. Cl/SO4 Oranı: Bu oran yüksek ise akifer sıcaklığı yüksektir. Cl/F Oranı: Bu değer fazla ise akifer sıcaklığı da yüksek olabilir. H2/Diğer Gazlar (Buhar Dışında) Oranı: Oran yüksek ise akifer sıcaklığı fazladır. Sıcaklığın düşmesi ile hidrojen, diğer gazlara oranla azalır. 4. 1. 2. Sayısal (Kantitatif) Kimyasal Jeotermometreler Değerlendirmeleri Kantitatif kimyasal jeotermometrelerin kullanılmasında bazı varsayımlar göz önünde bulundurulur. Bunlardan bazıları şunlardır; • • • • • Sıcak sulardaki kimyasal maddelerin oluşması için gerekli kimyasal tepkimeler, akifer-su arasında gerçekleşmektedir. Sıcaklık saptanmasında gerekli maddelerin ortaya çıkması için oluşan kimyasal tepkimeler devamlıdır ve tepkimelerin hammaddesi hazne kayada boldur. Akifer sıcaklığında kaya-su arasında kimyasal denge gerçekleşmiştir. Akiferden yüzeye erişen sıcak suyun, soğuma sonucunda kimyasal yapısı değişmez veya yeni bir kimyasal denge gerçekleşmez. Akiferden gelen sıcak suların, soğuk yeraltı ve yüzey suları ile bir karışımı söz konusu değildir. Bu varsayımların ilk üçü SiO2 ve Na-K-Ca jeotermometreleri için kullanılır. Son iki varsayım tam olarak gerçeği yansıtmaz. Çünkü akiferden yüzeye doğru gelen sıcak suyun soğuması veya soğuk suların karışımı ile kimyasal yapısı değişebilir. Kantitatif kimyasal jeotermometreler çözünürlüğe, iyon değişimine ve iyon etkinliğine bağlı olmak üzere üçe ayrılır. 4. 1. 2. 1. Çözünürlüğe Bağlı Jeotermometreler Silis Jeotermometreleri Kuvars çözünürlüğüne bağlı jeotermometreler, akifer (hazne) sıcaklığının saptanmasında geniş ölçüde kullanılmaktadır. Bu jeotermometreler 150-225 0C sıcaklıklar arasında iyi sonuç vermektedirler. Daha yüksek sıcaklıklarda akiferden yüzeye doğru hareket eden sıcak akışkanda hızlı silis çökelimi gözlenir. Bu nedenle sıcaklığı 225 0C nin üzerindeki hazne kayalardan gelen sularda gerçek sıcaklığı yansıtmaz. Silis jeotermometreleri, kimyasal tepkimeyi etkileyen akifer sıcaklığına veya sıcak suyun yükselirken soğumasına 219 dayanılarak hazırlanmıştır. Silisyumun sıcaklıkla çözünürlüğü artmaktadır. Silisin bu özelliğinden yola çıkılarak çeşitli sıcaklıklar için jeotermometre bağıntıları hazırlanmıştır. Silis Jeotermometre Bağıntılarının Çıkarılışı: 1 litre suda çözünen deneysel silis miktarları aşağıda verilmiştir. Bu değerler 1/ToK cinsinden ve log SiO2 olarak ele alınırsa aşağıdaki değerler bulunur (Çizelge 12). Bu hesaplanan değerler ile sıcaklık (toC) yatay eksene, SiO2 (mg/l) düşey eksene denk gelecek şekilde her sıcaklık değerine karşılık gelen SiO2 miktarı belirlenerek eğri çizilir (Şekil 5). Tam bir doğrusallık elde etmek için SiO2 nin logaritmik değerleri düşey eksene 1/ToK (103) değerleri de yatay eksene denk gelecek şekilde işaretlenir ve yine yatay eksende toC değerleri işaretlenerek eğri çizilir (Şekil 5b). Çizelge 12. 1 litre Suda Çözünen Deneysel Silis Miktarı (Fournier ve Potter, 1982). t (oC) SiO2 (mg/l) T (oK) 1/T(oK) x 103 log SiO2 0 2 273,15 3,66 0,3 25 7 298,15 3,35 0,85 50 13 323,15 3,09 1,11 75 25,5 348,25 2,87 1,41 100 46 373,15 2,68 1,66 125 79 398,15 2,51 1,9 150 126 423,15 2,36 2,1 175 190 448,15 2,23 2,28 200 271 437,15 2,11 2,43 225 367 498,15 2 2,56 250 471 523,15 1,91 2,67 275 571 548,15 1,82 2,76 300 660 573,15 1,74 2,82 325 738 598,15 1,67 2,87 220 2,8 SiO2 (mg/l) 800 2,6 600 2,4 log SiO2 700 500 2,2 400 300 2 200 1,8 100 1,6 0 0 100 200 o 300 1,6 400 2 o 3 2,4 2,8 1/T( K)x10 ) Sıcaklık t C a b Şekil 5. Sıcaklık (toC) ve SiO2 (mg/l) Çözünürlüğünün Grafiksel Görünümü. Şekil 5a,b de görülen eğride en iyi olarak 50-175 0C sıcaklıkları arasında bir doğrusallık gözlenmektedir. O halde verilen örnekte bulunacak olan hazne kaya sıcaklığının saptanmasını sağlayan bağıntı 50-175 0C sıcaklıkları arasında geçerlidir. Bağıntıyı çıkarmak için log SiO2 değerlerine (düşey eksene) y, 1/T (oK)x103 değerlerine de x dersek, Şekil 5 deki doğrusallık gösteren kısmın denklemi y = a +bx şeklinde gösterilebilir. a ve b değerleri en küçük kareler yöntemi ile bulunur. a = Σy Σx2 - Σx (Σxy) / n . Σx2 - (Σx)2 b = nΣxy - Σx Σy / n . Σx2 - (Σx)2 logSiO2 = 5,117 - 1,2918 (1000 / T) bağıntısı elde edilir. y = a - bx logSiO2 = 5,117 - 1291,8 / T T = 1291,8 / 5,117 - log SiO2 ve t (oC) ye çevrilirse toC = (1291,8 / 5,117 - log SiO2) - 273,15 bağıntısı elde edilir. Günümüzde bu a-b katsayılarını ve r korelasyon katsayısını veren bir çok bilgisayar programı bulunmakta ve hatta Excel yazılım programında bile çok kolay hesaplanabilmektedir. Bu anlatılan yöntemlerle bir çok ampirik silis jeotermometresi geliştirilmiştir (Çizelge 13). 221 Çizelge 13. Sayısal (Niceliksek) Değerlendirmede Bazı Kimyasal Jeotermometre Eşitlikleri (aksi belirtilmedikçe derişimler mg/l). Uygulanan Jeotermometreler 1. SiO2 (Amorf silis) 2. SiO2 (α Kristobalit) 3. SiO2 (β Kristobalit) 4. SiO2 (Kalsedon) 5. SiO2 (Kuvars) 6. SiO2 (Kuvars buhar kaybı) 7.SiO2 (Kalsedon, cond. soğ.) 8. SiO2 (Kuvars buhar kaybı) 9. SiO2 (Kuvars buhar kaybı) 10. SiO2(Kuvars buhar kaybı) 11.SiO2(Kuvars buhar kaybı) 12. Na/K 13. Na/K 14. Na/K Bağıntılar t= 731 / (4.52 - log SiO2) - 273.15 t= 1000 / (4.78 - log SiO2) - 273.15 t= 781 / (4.51 - log SiO2) - 273.15 t= 1032 / (4.69 - log SiO2) - 273.15 t= 1309 / (5.19 - log SiO2) - 273.15 t= 1522 / (5.75 - log SiO2) - 273.15 t= 1112 / (4.91 - log SiO2) - 273.15 t= 1264 / (5.31 - log SiO2) - 273.15 t= 1021 / (4.69 - log SiO2) - 273.15 t= 1164 / (4.9 - log SiO2) - 273.15 t= 1498 / (5.7 - log SiO2) - 273.15 t= 933 / (0.933 + log Na/K) - 273.15 t= 1319 / (1.699 + log Na/K) - 273.15 t= 777 / (0.70 + log Na/K) - 273.15 Değinilen Belgeler Fournier, 1977a Fournier, 1977a Fournier, 1977a Fournier, 1977a Fournier, 1977a Fournier, 1977a Arnorsson vd., 1983 Arnorsson vd., 1983 Arnorsson vd., 1983 Arnorsson vd., 1983 Arnorsson vd., 1983 Arnorsson vd., 1983 Arnorsson vd., 1983 Arnorsson vd., 1983 15. Na/K 16. Na/K 17. Na/K 18. Na/K 17. Na/K (mmol) 18. SiO2 (Kalsedon) (mmol) 19. K/Mg 20. Na-K-Ca (mmol) 21. Na-K-Ca (R) (mek/l) (Magnezyum düzeltmeli) 22.Li/Mg 23.Na/Li 24.Na/Li (mmol) Cl<0.3 25.Na-Li (mmol) Cl>0.3 26. Na/Ca 27. K/Ca t= 856 / (0.857 + log Na/K) - 273.15 t= 1217 / (1.483 + log Na/K) - 273.15 t= 1178 / (1.470 + log Na/K) - 273.15 t= 1390 / (1.750 + log Na/K) - 273.15 t= 908 / (0.692 + log Na/K) - 273.15 t= 1101 / (0.11 - log SiO2) - 273.15 t= 4410 / (13.95 - log K²/Mg) - 273.15 t=1647/(logNa/K+βlog√a/Na+2.24)- 273.15 R= (Mg/Mg+Ca+K) x 100 Truesdell, 1976 Fournier, 1979a Nieva ve Nieva, 1987 Giggenbach vd., 1983 Fournier, 1979a Arnorsson vd., 1983 Giggenbach ,vd., 1983 Fournier ve Truesdell, 1973 Fournier ve Potter, 1979 t= 2200/[5.470-log (Li/Mg0.5)] - 273.15 t= 1590/[0.779+log (Na/Li)] - 273.15 t= 1000/[0.389+log (Na/Li)] - 273.15 t= 1195/[0.130+log (Na/Li0.5)] - 273.15 t= 1096.7/[3.08-log(Na/Ca0.5)] - 273.15 t= 1930/[3.861-log(K/Ca0.5)] - 273.15 Kharaka ve Mariner, 1989 Kharaka vd., 1982 Fouillac ve Michard, 1981 Fouillac ve Michard, 1981 Tonani, 1980 Tonani, 1980 4. 1. 2. 2. İyon Değişimine Bağlı Jeotermometreler İyon değişim denge sabitleri sıcaklığın etkisindedir. Suda iyon değişimine uğrayan birçok mineral bulunur ve bunlardan yararlanılarak bir çok ampirik jeotermometre geliştirilmiştir. Na/K, Na-Li, K-Mg, K-Ca, Na-Ca jeotermometreleri Bu jeotermometreler suda fazla miktarda Ca++ iyonu bulunuyorsa, akifer (hazne) sıcaklığı hesaplamalarında yüksek değerler verir. Na/K jeotermometrelerinin uygulanacağı sıcak suların pH değeri nötre yakın veya hafif alkali, karbonat çökelmelerinin oluşmaması, log(√Ca /Na) değerinin 0,5 ten az olması koşulları aranmalıdır. Na/K jeotermometreleri, nötr ve alkali, alkali klorürlü, 180-350 0C sıcaklıktaki bir akiferden gelen sularda daha iyi sonuçlar vermektedir. Çeşitli araştırıcılar tarafından önerilen bir çok kimyasal jeotermometre bağıntıları yukarıda özetlenmiştir (Çizelge13). 222 Na-K-Ca Jeotermometresi Özellikle Ca/Na (mol/l) oranının birden büyük olduğu durumlarda Na/K jeotermometre bağıntıları, akifer sıcaklığı hesaplamalarında çok yüksek değerler vermektedir. Bu olumsuz yönü gidermek için Fournier ve Truesdell (1973) tarafından şöyle bir bağıntı önerilmektedir. toC = [1647 / (log (Na/K) + β log (√Ca / Na) + 2,24)] - 273,15 Bağıntıda Na, K, Ca, mol/l olarak alınır. β bir katsayıdır. Eğer log (√Ca/Na) değeri (-) ise β= 1/3, (+) ise β=4/3 olarak bağıntıya konur. Ayrıca β=4/3 olarak hesaplanan akifer sıcaklığı 100 0C den fazla ise β=1/3 alınarak akifer sıcaklığı tekrar hesaplanabilir. Magnezyum Düzeltmeli (R) Na-K-Ca Jeotermometresi Fournier ve Potter (1979), Na-K-Ca jeotermometre bağıntısında bazı koşullarda düzeltmeler yapılmasını önermişlerdir. Buna göre düzeltme katsayısı (R) şu bağıntı ile bulunur; R = (Mg / Mg + Ca + K) x 100 Bağıntıda iyonlar mek/l olarak ele alınır. Eğer R, 50 den büyük ise, suların oldukça soğuk bir ortamdan geldiği ve akifer sıcaklığının, kaynakta ölçülen sıcaklığa yakın olduğu düşünülebilir. Bu nedenle Na-K-Ca bağıntısından elde edilen yüksek akifer sıcaklıklarında bazı düzeltmeler yapılması gereklidir. Bulunan akifer sıcaklığı 70 0C nin altında ise düzeltme yapılmaz. Tersine akifer sıcaklığı 70 0C den fazla ve 5-50 arasında veya daha yüksek ise aşağıda belirtilen bağıntılardan yararlanarak düzeltme hesaplanabilir ve akifer (hazne) sıcaklığından çıkarılır. t0C = 10,66-4,741R+325,87 (log R)2 - [1,032 x 105 (log R)2 /T] [1,968 x 107 x (log R)2 / T2] + 1,605 x 107 (log R)3 / T2 Eğer R, 0,5-5 arasında ise şu bağıntı kullanılır; t0C = -1,03 + 59,971 (log R) + 145,05 (log R)2 - 36711 (log R)2 / T - 1,67 x 107 (log R) / T2 Bağıntılarda toC: magnezyum düzeltme sıcaklığı (0C); R: düzeltme katsayısı; T: Na-K-Ca jeotermometresinde hesaplanan akifer sıcaklığıdır (0K). Burada örnek olarak Gülbahçe Körfezi sıcak suları ele alınmıştır. R değerleri Ilıksu 1 Kaplıcası’nın 78.2, Ilıksu 2 Kaplıcası’nın 77.5 ve Gülbahçe Kaplıcası’nın 76.3 olarak saptanmıştır. Saptanan R değerleri 70 den fazla olduğundan magnezyum düzeltmesi yapılmıştır. Magnezyum düzeltmesi sonucunda Ilıksu 1, Ilıksu 2 ver Gülbahçe Kaplıcası’nın akifer sıcaklıkları sırası ile 121 0C, 126 0C ve 107 0C olarak bulunmuştur. 4. 1. 2. 3. İyon Etkinliğine Bağlı Jeotermetreler Bu tür jeotermometrelerde sıcak akışkanların kimyasal analizlerinde bulunan iyon değerleri yerine bu iyonların hesaplanan iyon etkinlikleri (a değerleri) kullanılır. Burada örnek olarak iyon etkinliğine bağlı kalsedon jeotermometresi anlatılmıştır. Bu 223 jeotermometre genellikle 25-180 0C arasında iyi sonuç vermektedir. Kalsedon jeotermometresi şu bağıntı ile tanımlanır, t0C = [1101 / 0,11 - log (SiO2)] - 273,15 Bağıntıda, silis asitlerinin iyon etkinliği (aH4SiO4) mol/l kullanılır. Gülbahçe Kaplıcası, Ilıksu 1 ve Ilıksu 2 sıcak su noktalarında H4SiO4 sırası ile 28 mg/l, 26 mg/l ve 27 mg/l dir. İyon etkinliği ise 2.52x10-4 mol/l, 2.74 x 10-4 mol/l ve 2.86 x 10-4 mol/l dir. Buna göre üç sıcak su noktasında hesaplanan hazne sıcakları 35 0C, 29 0C ve 28 0C olarak kaplıca yüzey sıcaklığından bile az çıkmaktadır. Bunun nedeni diğer silis jeotermometrelerinde olduğu gibi suların denizel beslenmeli olması ve deniz sularında göreli olarak daha az silisyum bulunması ile açıklanabilir. Çünkü deniz suyundaki çözünmüş silis bazı mikro organizmalar tarafından kullanılmaktadır. Bu ampirik kimyasal jeotermometre sonuçlarını yorumlarken jeotermometre sonuçlarından olanaksız sonuçlar ve hatta sondajlarda yada kaynakta ölçülen sıcaklıklardan bile düşük sonuçlar verenler göz ardı edilmeli ve hidrojeolojik ve hidrojeokimyasal ortama göre hangi jeotermometre sonucunun gerçeğe daha yakın sonuçlar verdiği irdelenmelidir. 4.2. Birleşik (Kombine) Jeotermometre Uygulamaları Jeotermometrelerin sıcak suyun kimyasal yapısına bağlı olarak uygulanabilirliğinin saptanması amacıyla çeşitli araştırıcılar tarafından grafiksel modeller geliştirilmiştir. Burada kare şekilli ve üçgen şekilli iki diyagram tanıtılmıştır (Giggenbach, 1988). Bu diyagramlar ile hem hızlı bir şekilde jeotermometre sonuçları görülebilmekte, hem de katyon jeotermometre bağıntılarının geçerliliği sınanabilmektedir. İlk olarak üçgen şekilli diyagram incelenmiştir. Giggenbach (1988) tarafından sıcak suların akifer (hazne) sıcaklıklarının saptanması ve suların ilişkide olduğu kayaçlarla olan denge durumlarının belirlenmesi için geliştirilmiş olan Na-K-Mg birleşik jeotermometresi ile hem sıcak suların hazne sıcaklığı hızlı olarak yorumlanabilmekte, hem de daha önce belirtildiği gibi katyon jeotermometre uygulamalarının geçerliliği sınanmaktadır ve örnek olarak Salihli jeotermal alanındaki sular gösterilmiştir (Şekil 6). Fournier (1990) bu diyagram üzerinde bazı revizyonlar yaparak, en güvenilir sonuçların bu üçgen diyagramdan oluşan jeotermometre uygulaması ile alınabileceğini vurgulamıştır. Diyagram kısaca, su-kayaç ilişkisinin dengede olmadığı (ham sular), su-kayaç ilişkisinin kısmen dengede olduğu (karışmış sular) ve su-kayaç ilişkisinin tam dengede olduğu sular olmak üzere 3 bölümden oluşmaktadır. Diyagramda kısmen olgunlaşmış sularla, olgunlaşmamış suları birbirinden ayıran eğri olgunlaşma indeksinin (MI=maturity index) MI=2.0 olduğu eş kimyasal özellikteki noktaların birleşimiyle oluşmuştur. 224 cNa/1000+cK/100+c(Mg)1/2=S %Na = cNa/10S 90 %Mg = 100c(Mg)1/2/S c = mg/l Na/1000 80 70 Fully Equilibrated I Waters 60 1800 %-Na 50 1600 1400 2000 1200 1000 2200 2400 0 260 40 Partially Equilibrated Waters II 30 20 3. 10 K/100 Immature Waters III 10 20 30 40 50 60 70 7.1. 5. 2. 10 6. 4. 9. (Mg)1/2 80 90 8. % Mg Şekil 6. Giggenbach (1988) Na-K-Mg Jeotermometre Diyagramı (Tarcan vd., 2000b). Olgunlaşma indeksi; MI = 0.315 log [(K2/Mg) - log (K/Na)] bağıntısıyla tanımlanmıştır. Su-kayaç ilişkisinin kısmen dengede olduğu alanlar (karışmış sular) ve tamamen dengede olduğu alanlar ise eş kimyasal özellikteki noktalar ile K+-Mg++ ve K+-Na+ jeotermometre eşitlikleri ile elde edilen eş sıcaklık (izoterm) değerlerinin kesişim noktalarının oluşturduğu eğriyle birbirinden ayrılmıştır. Dolayısıyla diyagram aynı anda hem su-kayaç ilişkisinin denge durumunu, hem de jeotermometre sonucunu gösterebilmektedir. Giggenbach (1988) ham sular bölümüne düşen suların katyon jeotermometre sonuçlarına şüpheyle bakılması gerektiğini belirtmektedir. Fournier (1990) ise diyagram üzerinde benzer yorumlar yapmakta, yaptığı revizyonla kısmen dengelenmiş alan ile tam dengelenmiş alan sınırını biraz daha aşağıya kaydırmıştır (Janik vd.,1992). Burada verilen örnekte KuşadasıDavutlar Kaplıcası ve çevresindeki sular ele alınmıştır. Buna göre Na-K-Mg üçgen jeotermometre değerlendirmeleri sonucunda Davutlar Kaplıcası suları ham sular bölgesine karşılık gelmektedir (Şekil 7). Sıcaklık izotermi olarak da 100-125 0C arasına karşılık gelmektedir. Deniz suyu ve alandaki soğuk sular da karşılaştırma kolaylığı sağlasın diye diyagrama konmuştur. Görüleceği üzere tatlı soğuk yeraltı suları ham sular bölgesinin en aşağı kesimlerinde Mg köşesinde yer almaktadır. Deniz suyu ile kısmen tuzlu sular biraz daha yukarı kesimlerde ve kısmen dengelenmiş alan sınırı civarında yer almaktadır. Davutlar kaplıcası sularının su-kayaç arasındaki dengenin sağlanamamış alana düşmesi büyük oranda soğuk sularla karışmış olması ile açıklanabilir. Ayrıca yine ham sular bölgesine karşılık gelmesi hazne sıcaklığı için de katyon jeotermometrelerine pek güvenilmemesi gerektiğini göstermektedir. Bu diyagram için yapılabilecek ek bir yorum da; bu diyagram aynı zamanda karışım sularının özelliklerini de yansıtmaktadır. Örneğin denizel beslenmeli 225 Davutlar Kaplıcası ve diğer sular deniz suyu ile soğuk sular arasında bir karışım çizgisinde yer almaktadırlar. Na/1000 O 100 C O 125 C O 150 C O 175 C ) 88 19 ( O h ac 200 C nb e g Gi ar, l u şs ) mi 90 n e 19 l ( e er ng ni De ur o F Su-mineral dengesi kısmen dengelenmiş sular (Gülbahçe Kaplıcası) 28 29 (deniz suyu) Ham sular O K/100 200 C 8 (Ilıksu 1) 11 (Ilıksu 2) 13 46 (K8 kuyusu) O 175 C O 150 C O O 125 C 100 C (Soğuk sular) 0.5 (Mg) Şekil 7. Gülbahçe Kaplıcası ve Çevresindeki Suların Na-K-Mg Üçgen Diyagramındaki (Giggenbach, 1988; Fournier, 1990; Janik vd., 1992) Görünümü (Tarcan, 2001a). Giggenbach (1988) yine, suda çözünen başlıca katyonlara dayalı olarak geliştirmiş olduğu diğer bir diyagramda ise su-kayaç dengesini Na-K-Ca-Mg katyonlarına bağlı olarak incelemiştir (Şekil 8). Bu birleşik diyagramda su noktalarının eğriye yakın olmaları sukayaç ilişkisinin dengeye daha yakın olduğu, uzak olmaları ise su kayaç ilişkisinin dengelenmediği şeklinde yorumlanmalıdır. Eğrideki sıcaklık değerlerine yakın olduğu durumlar da jeotermometre sonucunu gösterebilir. Şekil 8 de Salihli çevresinde yer alan sıcak ve soğuk su örneklerinin başlıca katyon ilişkilerine göre dağılımı gösterilmiştir. 1 ve 2 nolu örnekler (MTA 2 ve 3 sondajları) dışındaki örnekler su-kayaç denge çizgisinden uzakta yer almaktadır. 1 ve 2 nolu örnekler ise su kayaç denge çizgisine kısmen yakın olmaları diğer örneklere oranla daha fazla su-kayaç dengesine ulaştıkları yönünde yorumlanabilir. 226 10Mg 1 1,0 6. 0,9 10Mg/(10Mg+Ca) 0,8 0,7 10 7. 2. 8. 50 9. 4. 0,6 0,5 1. 0,4 10K 3. Na 100 0,3 0,2 350o.C. 0,1 200 250 0,00 00,0 0,2 0,4 Ca 0,6 10K/(10K+Na) 0,8 1,0 1 1-MTA2 deep well. 2-MTA3 deep well 3-Caferbeyli well 4-Sart çamur hot spring 5-Kurşunlu çelikli hot spring 6-Sazdere hot spring 7-Kurşunlu hot spring 8-Tabakstream 9-Karaoluk cold water 10-Kurşunlu stream 12-Salihli-stream t Şekil 8. Salihli Jeotermal Alanındaki Suların 10K / (10K+Na) - 10Mg / (10Mg+Ca) Diyagramındaki (Giggenbach, 1988) Görünümü (Tarcan vd, 1998). 4.3. Karışım Modelleri Bir çok alandaki jeotermal sular daha önceki bölümlerde de bahsedildiği gibi yüzeye erişirken belli oranlarda soğuk sularla karışarak, sıcaklıkları yeraltı sıcaklıklarından daha düşük değerlerle yüzeyler. Bu karışım ayrıca sıcak suyun kimyasal yapısında da değişiklikler oluşturur. Karışım sonucu sıcak suyun kimyasal özelliklerindeki ve sıcaklığındaki değişiklikler kullanılarak, jeotermal sistemin hazne kaya sıcaklığının ve karışım oranlarının saptandığı çeşitli karışım modelleri geliştirilmiştir. Burada EntalpiKlorür ve Entalpi-Silis karışım modellerine değinilmiştir. 4.3.1. Entalpi-Klorür Karışım Modeli Fournier (1977b) hazne kaya sıcaklığını ve sıcak-soğuk su karışım oranlarını bulmak için klorür karışım modelini önermiştir (Şekil 9). Diyagramda düşey eksende entalpi (cal/g veya kj/kg), yatay eksende ise klorür (mg/l) değerleri yer almaktadır. Ayrıca, buharın sıcak sudan ayrılma entalpisi olan 639 cal/g (2775 kJ/kg) değeri de düşey eksende buhar noktası olarak işaretlenmiştir. Salihli alanındaki sıcak suların boşalım entalpi ve klorür (mg/l) değerleri diyagrama işaretlenerek, elde edilen noktalar buhar noktası ile birleştirilir. Bu doğru üzerine her bir sıcak su örneğinin kuvars buhar kaybı jeotermometresi (Çizelge 13, 6 nolu jeotermometre) ile hesaplanan hazne sıcaklıkları işaretlenir (B noktası). B noktası bölgedeki soğuk suların ortalama değerini gösteren A noktası ile birleştirilerek karışım çizgisi elde edilir. Karışım çizgisi uzatılarak en yüksek klorür değerine sahip olan örneğin doğrusu ile kesiştirilir (C noktası). Bu doğru üzerinde elde edilen en yüksek ve en düşük değerler jeotermal sistemin olası maksimum ve minimum hazne (akifer) sıcaklığını verirler. Ayrıca, karışım çizgisi üzerindeki AB ve AC doğru parçaları kullanılarak, sıcak suların soğuk sularla yaptığı karışım oranları bulunur. Burada AB/AC oranı karışımdaki 227 sıcak su değerini vermektedir (Şekil 9, Çizelge 14). Bu yöntemle elde edilen karışım oranları Çizelge 14’de verilmiştir. Çizelge 14 incelendiğinde Sart-Çamur Kaplıcası’ndan elde edilen sıcak su karışım oranının çok düşük olduğu (%32,9) gözlenmektedir. Soğuk su karışımı çok yüksek olduğundan entalpi-klorür diyagramında Sart-Çamur kaplıca suyunun verdiği 344oC’lik değer şüpheli bir sonuç olup, maksimum hazne kaya sıcaklığını yansıtmaktan uzak olacaktır. Bu durumda ikinci yüksek değer alındığında, Salihli Jeotermal Sistemleri’nin Entalpi-Klorür diyagramına göre akifer sıcaklığı 194oC-288 oC arasında olmalıdır (Şekil 9). 650 600 Entalpi (cal/g) 550 500 450 400 350 300 B1 B7 250 200 150 100 B3 B4 50 0 C4 (344 o C) C1 (288 o C) o C (274 C) C57 (267 o C) C2 (194 o C) B2 A 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Klorür (mg/l) Şekil 9. Salihli Jeotermal Alanındaki Sıcak Suların Entalpi-Klorür Diyagramı (Tarcan vd, 1988). Çizelge 14. Salihli Jeotermal Alanında Yer Alan Sıcak Sularda Karışım Modellerine Göre Saptanan Sıcak Su Karışım Oranları Örnek laboratuar numarası ve adı Entalpi-Klorür Karışım Modeli’ne göre saptanan sıcak su karışım oranı (%) Entalpi-Silis Karışım Modeli’ne göre saptanan sıcak su karışım oranı (%) 1 MTA2 sondajı 5 6 7 2 3 4 Çelikli Sazdere Kurşunlu MTA3 Caferbeyli Sart sondajı sondajı çamur Kaynağı Kaynağı Kaplıcası kaplıcası 61,7 73,3 - 32,9 54,9 - 56,0 81,4 44,9 75,4 36,1 34,0 27 90,0 228 4.3.2. Entalpi-Silis Karışım Modeli Sıcaklık ve silis dengesine dayalı olarak geliştirilmiş olan silis-entalpi karışım modeli (entalpi-silis diyagramı kullanılarak) karışım öncesi sıcaklık-buhar kaybının olduğu ve olmadığı her iki durumda da uygulanabilmektedir (Fournier, 1977b). Örnek olarak yine Salihli jeotermal alanları ele alınmıştır (Şekil 10; Tarcan vd., 1988). Diyagramda A noktası bölgenin soğuk sularını yansıtan silis (SiO2) ve entalpi değeridir. Diyagrama inceleme alanındaki sıcak suların silis değerleri ve ölçülen sıcaklıkları işaretlenerek elde edilen noktalar (B noktası) A noktası ile birleştirilmiş ve bu doğru uzatılarak kuvars çözünürlük eğrisini kestiği noktadan (C noktası) yatay eksene dikme inilmek suretiyle dikmenin yatay ekseni kestiği nokta olan hazne kaya sıcaklıkları elde edilmiştir. C noktası karışım suyundaki sıcak suyun karışımdan önceki entalpi ve silis değerini vermektedir. 800 Maximum steam loss 700 Quartz solubility SiO2 (mg/l) 600 500 400 1. 300 5. 6. 4. 200 100 3. 7. 2. (187O.C) 0 0 50 100 150 (227O.C) 200 250 300 350 400 Reservoir Enthalpy (cal/g) Şekil 10. İnceleme Alanındaki Sıcak Suların Entalpi-Silis Diyagramı (Fournier, 1977b). Buraya kadar anlatılan işlem karışımdan önce sıcaklık-buhar kaybının olmadığı koşulları yansıtır. Karışımdan önce buhar kaybı (adyabatik soğuma) durumunda ise diyagramda kesikli çizgi ile gösterilen maksimum buhar kaybı eğrisi dikkate alınmalıdır. Bu durumda AB doğru parçası kuvars çözünürlüğü çizgisini kesmeyecektir. Salihli jeotermal alanından örneklenen sulardan Caferbeyli kuyusu ve MTA3 sondaj kuyusu suları (2 ve 3 nolu örnekler) kuvars çözünürlük eğrisini kesmektedir. Diğer sıcak sular ise diyagrama işaretlendiğinde kuvars çözünürlük eğrisini kesmediğinden bu sıcak suların karışımdan önce buhar kaybına uğradıkları kabul edilmektedir. Bu nedenle suyun yüzeyde buharlaştığı entalpi değerinden (100 cal/g) yatay eksende bir dikme çıkılmış ve dikmenin AB doğrusunu kestiği C′ noktasından yatay eksene bir paralel çizilmiştir. Bu paralelin maksimum buhar kaybı eğrisini kestiği D noktasından da yatay eksene dikme inilerek, hazne sıcaklıkları elde edilmiştir (Şekil 10). Silis-entalpi diyagramına göre Salihli jeotermal sistemlerinin akifer sıcaklığı 187 0C - 227 0 C arasında değişmektedir. Silis-entalpi diyagramı da, klorür-entalpi diyagramında olduğu 229 gibi sıcak su karışım oranlarının belirlenmesinde kullanılır. Diyagramda AB/AC′ oranı karışım suyunda sıcak su oranını vermektedir. Bu yolla elde edilen karışım oranları yukarıdaki Çizelge 14 de verilmiştir. 4. 4. Mineral Denge-Sıcaklık Diyagramı Jeotermometresi Reed ve Spycher (1984) jeotermal alanlardaki hazne sıcaklığının tahmin edilmesi için oldukça ilginç bir yöntem önermişlerdir. Bu yöntem sıcaklıkla mineral doygunluklarının değişmesi esasına dayalıdır. Gerçekte bilinmektedir ki, minerallerin denge sabitleri hem sıcaklıkla hem de basınçla ilişkilidir. Ancak Arnorsson vd. (1983) nin de belirttiği gibi alterasyon minerallerinin denge sabitlerinin değişiminde basıncın etkisi (0-200 bar arası) oldukça sınırlıdır. Bu gerçekten yola çıkılarak; her bir su için sıcaklığın bir fonksiyonu olan pek çok hidrotermal mineral ile denge durumları arasındaki ilişkilerin değerlendirilmesiyle oluşturulan sıcaklık-mineral denge diyagramı geliştirilmiştir (Reed ve Spycher, 1984). Bu yöntem kısaca suyun kimyasal analizi sonucunda yukarıda belirtildiği gibi çeşitli mineraller ile bu minerallerin her bir sıcaklık değerinde ayrı ayrı doygunluk indekslerinin (SI = log AP/Kt) hesaplanması ve bu sıcaklık değerleri ile doygunluk indeksi değerlerinin bire bir doğrularını içeren mineral denge diyagramlarının çizilerek yorumlanması ilişkisine dayanır. Bu yorumlamada, minerallerin çözünürlük denge sabitleri sıcaklıkla yakın ilişkili olduğundan, bir grup mineral doğrusu denge doğrusunu (SI=0 doğrusunu) belirli bir sıcaklık değeri civarında kesiyorsa, bu doğruların kesişim yerine karşılık gelen sıcaklık değeri en iyi akifer (hazne) sıcaklığını vermektedir. Dİ denge doğrusunun aşağısında (negatif kısımda) olabilecek kesişmeler farklı sıcaklıktaki akışkanların karışımını ve dolayısıyla bu akışkanların sıcaklıklarını belirtebilir. Denge doğrusunun yukarısında gerçekleşen kesişimler sudan buhar ayrılması ile farklı sıcaklık karışımlarını gösterebilir. Bu minerallerin sıcaklık değerlerine karşılık gelen doygunluk indeksi hesaplamaları için geliştirilmiş olan çeşitli bilgisayar programları bulunmaktadır (Solveq-Reed ve Spycher, 1984, 1989a,b,c; Watch3-Arnorsson vd., 1982 ve Bjarnason, 1994; Solmineq88-Kharaka vd., 1988). Bu iki programda da çeşitli sıcaklıklara göre mineral doygunlukları ve akifer kimyası türleştirme hesapları girilen sıcaklıklara göre otomatik olarak yapılabilmektedir. Bu metinde Gülbahçe Körfezi çevresinde yeralan Gülbahçe Kaplıcası ve Ilıksu 1, 2 sıcak su kaynakları için üç ayrı sıcaklık-mineral denge diyagramı hazırlanmıştır (Şekil 11). Bu diyagramlarda inceleme alanındaki jeotermal akiferlerde çökel ürünü olarak en çok rastlanabilecek mineraller seçilmiş ve Solmineq88 (Kharaka vd., 1988) bilgisayar programı kullanılarak, her bir mineral için çeşitli sıcaklıklarda (1 atm basınç koşulunda) doygunluk indeksleri (SI = log Q/K = log AP/Kt) ayrı ayrı hesaplanmıştır. Bu sıcaklık değerlerine karşılık gelen doygunluk indeksi değerleri Excel 8.0 bilgisayar paket programına işlenmiş, her bir mineral ve sıcaklık için en iyi doğrusal ilişki verecek şekilde doğruları çizdirilerek ‘Sıcaklık-Mineral Denge’ diyagramları oluşturulmuştur. Gülbahçe Körfezi Jeotermal Sistemi’ndeki sıcak sular için uygulanan bu jeotermometre yöntemi yorumlandığında; Şekil 11 de görüleceği gibi doğruların yaklaşık denge durumunda kesiştikleri yer olan 80-90 0C (Gülbahçe için), 80-95 0C (Ilıksu 1 için) ve 65-80 0 C (Ilıksu 2 için) alanın hazne sıcaklığı olarak yorumlanabilir. Denge çizgisinin (SI=0 çizgisi) altındakinin çakışmalar da farklı sıcaklıklardaki akışkanların yeraltında sular yüzeyleyinceye kadar karıştığını gösterebilir. Her üç diyagramda da dolomit doygunluğunun hep pozitif tarafta kaldığı için burada gösterilmemiştir. Bu sonuç diğer jeotermometre sonuçlarındaki yorumlarla da çakışmaktadır. Tüm bu jeotermometre 230 sonuçları ortak bir değerlendirmeyle yorumlanırsa alanda yaklaşık 70 0C-90 0C lik düşük entalpili bir jeotermal hazneden söz edilebilir (Tarcan, 2001a). SI (LOG AP/KT=LOG Q/K) Gülbahçe Thermal Spring (37 oC) 1,5 anhydrite 1 aragonite 0,5 calcite 0 chalcedony gypsum -0,5 magnesite -1 quartz -1,5 20 40 60 80 100 120 140 160 180 O Temperature ( C) o Ilıksu 1 Thermal Spring (37 C) SI (LOG AP/KT=LOG Q/K 1,5 anhydrite aragonite 1 calcite 0,5 chalcedony 0 gypsum -0,5 magnesite quartz -1 20 40 60 80 100 120 140 160 180 O Te mpe rature ( C) SI (LOG AP/KT=LOG Q/K) Ilıksu 2 Thermal Spring (35 oC) 1,5 anhydrite 1 aragonite 0,5 calcite 0 chalcedony gypsum -0,5 magnesite -1 quartz -1,5 20 40 60 80 100 120 140 160 180 O Temperature ( C) Şekil 11. Gülbahçe Körfezi Çevresindeki Sıcak Su Kaynaklarının Sıcaklık-Mineral Denge Diyagramı (Tarcan, 2001a). 231 5. WATCH ve JEOTERMAL SU KİMYASINDA KULLANILAN BAZI DİĞER BİLGİSAYAR PROGRAMLARI Bu kısımda bilgisayar programlarının ve jeokimyasal modellemenin gerekliliği, bu tür bilgisayar programlarıyla neler yapılabileceği, bazı temel kimyasal türleştirme ve mineral dengeleri ile ilgili programların tanıtımı ve watch programının kullanılışı ile ilgili konulara kısaca değinilmiştir. Bir jeotermal akışkan (sıcak su + buhar) pek çok çeşit kimyasal madde içerir. Biz yaptığımız kimyasal analizlerde içerdikleri bileşenlerin toplam miktarlarını (derişimlerini) belirleriz (örneğin, (Na)toplam, (Ca)toplam, (Mg)toplam, (HCO3)toplam, (Cl)toplam, (SO4)toplam vb). Oysa suda çözünmüş türler bileşenlerin miktarına, cinsine, sıcaklığa vb kriterlere bağlıdır. Jeotermal jeokimyasında kullanılan bilgisayar programları ile biz akışkan içindeki hangi bileşenlerin hangi türlerden oluştuğunu bulmak isteriz. Bunu yapmak için de bir dizi kütle dengesi ve kimyasal denge eşitliklerine gereksinim duyarız. Yani bir kimyasal bileşenin derişimi türlerinin derişimleri toplamına eşittir. Örneğin, aşağıdaki örnek olarak sunulan bileşenlerde olduğu gibi her bileşenin bir eşitliği vardır. (Na)toplam = (Na+) + (NaH3SiO40) + (NaCl0) + (NaSO4–) (SiO2)toplam = (H4SiO4) + (H3SiO4–) + (H2SiO4=) + (NaH3SiO4) Genellikle 12-20 bileşen kullanmak yeterlidir. Kimyasal denge bağlantılı bileşenlere örnekler de şu şekilde verilebilir. NaH3SiO4 = Na+ + H3SiO4– ; KNaH3SiO4 = (Na+) + (H3SiO4–) / (NaH3SiO40) Her karmaşık türün bir eşitliği vardır. İyon etkinlik katsayıları da önceki bölümlerde anlatıldığı gibi kullanılır. Debye-Huckel kuramı en yaygın olarak kullanılanıdır ve seyreltik çözeltiler için uygundur. Pitzer bağıntıları ise çok veri ister ve salamura türü aşırı derişik çözeltilerde kullanılır. Program, akışkanın yoğunluğuna, tuz derişimine göre kendi kendine ayarlar. Sıcaklık değişimlerinde pH yeniden hesaplanmalıdır.En zor hesaplama türlerinden birisi pH hesaplanmsıdır. Çünkü su H+ iyonunun her çeşidini hemen kabul edebilme eğilimindedir. Yeni pH ile derişimlerin türleştirme hesabı tekrar yapılır. Doygunluk indeksi (çeşitli mineraller için) hesaplanır. Bazı kimyasal jeotermometreler, redoks potansiyelleri vb. hesaplamalar da yapılır. Eğer ortamda buhar varsa; CO2 (g) +H2O (l) = H2CO3 (aq) ; H2CO3 (aq) = HCO3– (aq) + H+(aq) H2S (g) = H2S (aq) ; H2S (aq) = HS– (aq) + H+ (aq) H2 (g) = H2 (aq) ; CH4 (g) = CH4 (aq) Bileşenlerin ve türlerin miktarları su-buhar oranlarına göre değişir. Kimyasal türleştirme programları ile kimyasal tepkime programları arasındaki basit bir ayırım şu şekilde şematize edilebilir. 232 Türleştirme programı 1. aşama 2. aşama (Na)toplam (SiO2)toplam (Na)toplam (SiO2)toplam Tepkime programı 1. aşama 2. aşama (Na)toplam (SiO2)toplam (Na)toplam + ∆Na (SiO2)toplam + ∆SiO2 (Na)toplam (SiO2)toplam (Na)toplam - ∆Na (SiO2)toplam - ∆SiO2 Şemadan da anlaşılacağı üzere türleştirme programlarında birinci ve ikinci aşamalarda toplam derişim değişmemektedir. Oysa tepkime yolu programlrında ise birinci ve ikinci aşamalarda bileşenlerin türevleri artabilir yada azalabilir. Burada daha çok kimyasal türleştirme (speciation) ele alınacaktır. Haltafall, Solgaswater, Redeql serisi, PhreeqE-C; Wateq serisi, Solmineq88, EQ3, Solveq (Reed ve Spycher, 1989a,b), Watch programları dünya çapında kullanıla gelmiş ve kullanılmakta olan çeşitli kimyasal türleştirme ve kimyasal denge programlarının isimleridir. Path1, EQ6, Chiller (Reed ve Spycher, 1989c) ve yine PhreeqE-C programları ise tepkime gidişli programlardır. Görüldüğü gibi PhreeqE veya yeni versiyonuyla PhreeqC hem türleştirme, hem de kimyasal tepkime gidişli programlardır ve PhreeqC (Parkhurst ve Appelo, 1999) Windows içinde çalışan bir program haline getirilmiştir. Bu kimyasal türleştirme ve denge programlarından ayrı olarak Hydrowin (Calmbach, 1995 )ve Aquachem (Calmbach, 1997) programları da jeotermal su kimyasında kullanılabilecek programlar olup, temel kimyasal hesaplama ve çizimlerle ilgili pratik kullanımlı programlardır. Aquachem, Phreeq-C bağlantısıyla türleştirme ve denge hesaplamaları da yapabilmektdir. Hydrowin programında ise bazı doygunluk indeksi değerleri kabaca pratik olarak hesaplanabilmekteyse de pek güvenilir değildir. Hangi programın seçileceğine araştırmanın niteliğinden, akışkan türünden ve araştırıcının alışkanlıklarına kadar bir çok kriter vardır. Bütün programlarda temel ilke daha önce bahsedildiği gibi aynıdır. Ancak termodinamik veri tabanları zaman zaman değişebilmektedir. Ayrıca bazı programlar çok miktarda mineralin doygunluk hesabını yapabilmekte iken bazı programlar belli başlı minerallerle sınırlandırılmıştır. Bazı programlar düşük sıcaklıklı alanlar için uygun olup, bazıları yüksek sıcaklıklı alanlar için daha güvenilir termodinamik veri tabanına sahiptir. Burada tanıtılacak olan Watch programı bir kimyasal denge ve türleştirme (speciation) programı olup, bilhassa yüksek sıcaklıklı alanlar için oldukça kullanışlıdır. Hem su hem buhar örneklerinin aynı anda girilebileceği seçenekler mevcuttur. Bazı temel jeotermometre hesaplarını yaptığı gibi, kimyasal türleştirme, mineral dengeleri ve akifer 233 kimyası hesaplamalarını akifer sıcaklığında ve aynı anda 10 değişik sıcaklıkda yapabilmekte; ayrıca ve kaynama sıcaklığında buhar ayrılma varsayımına ve kondüktif soğuma varsayımlarına göre de ayrı ayrı yapılabilmektedir. Watch türleştirme programı bilgisayar DOS ortamında çalışan bir programdır. Veri girişi wain adlı ayrı bir yerden yapılır. Dosya açışı “dosya adı”, işaret olarak nokta “(.)” ve “in” komutuyla yapılarak veri giriş dosyası oluşturulur (in dosyası). Bir dosya en çok 10 su analizi içerebilir. Eğer daha fazla su girilecekse ikinci bir giriş dosyası oluşturulmalıdır. Bu dosyayı çalıştırmak için de bir çıkış dosyası adı verilmelidir. Wain veri girişi sırasında (in dosyasındaki aynı isimli) “dosya adı”, (.) ve “out” ile bir çıktı dosyası oluşturulmalıdır. Programı çalıştırmak için DOS ortamına girilerek watch97 yazılır. Bu sırada sorulan çalıştırılacak program ismi olarak yukarıda yazılan “in” ve “out” dosyaları yazılır. Bunun sonucunda ekranda out dosyası görülür ve programı çalıştırmak da herbir su noktası için “hesaplama yaptır” yani bilgisayar klavyesindeki “return=enter” komutu vermek gerekir. Bundan sonra gelecek seçeneklere göre sıcaklık olarak ilgili kısım seçilir. Akifer sıcaklığı biliniyorsa doğrudan ölçülmüş sıcaklığın kullanılması daha uygundur. Eğer bilinmiyorsa programı çalıştırma sıcaklığı olarak 3 jeotermometreden birisi seçilmelidir. Genellikle düşük sıcaklıklı alanlar için Kalsedon sıcaklığı, yüksek sıcaklıklı alanlar için ise Kuvars veya Na/K jeotermometrelerinden birisi seçilebilir. Daha sonra araştırmanın niteliğine, amacına göre ilgili kısımlar girilebilir. Tüm hesaplama işlemleri bittiğinde DOS ortamında da sonuçlar izlenebileceği gibi, sonuçları görmek için windows içinde note-pad benzeri bir program da kullanılabilir. Hesaplamalar devam edecekse, son hesaplanmış verilerin okunduğu out dosyasının Excel programında açılması yeni yapılacak olan işlemleri kolaylaştıracaktır. Burada bir watch programı, sonucunda yapılan bazı hesaplamalara örnekler verilmiştir (Çizelge EK-1 ve EK-2; Tarcan, 2001b). Çizelge EK-2’de görüleceği gibi WATCH programında mineral doygunluk indeksleri sonuç olarak hesaplanmamakta, yalnızca log Q (calculated) ve log K (theoric) değerler verilmektedir. Net sonucu görebilmek için Dİ = log Q - log K bağıntısına göre yani programdaki sağ taraftaki değerlerden sol taraftaki değerler çıkarılmalıdır. Bunun sonucunda ilgili hesaplamalar yapılarak her mineral için suların değerleri ayrı ayrı görülebileceği diyagramlar oluşturulabilir (Şekil 12). 234 C alc ite B -1 1 4 8 28 -1 2 7 6 18 9 -1 3 2 3 5 1 25 24 21 22 27 16 20 23 19 log Q 13 26 14 -1 4 15 11 10 12 -1 5 190 210 230 2 50 o 2 70 29 0 31 0 T e m pe ra ture C Şekil 12. Seçilmiş Yüksek Sıcaklıklı Jeotermal Alanlardaki Akışkanlarda Watch Programı İle Hesaplanan Kalsit Doygunlukları (Tarcan 2001b). Numaralar EK-1 deki Çizelgede Belirtilenlerle Aynıdır. Eğri log K değerleri eğrisi olup üzerindeki sular kalsite doygun, yani doygunluk üzeri, alttaki sular ise doygunluk altı olarak yorumlanır. Şekil 12 de 6, 7, 8 ve 9 nolu sular Kızıldere jeotermal alanına ait sulardır. Burada Kızıldere gibi kalsit kabuklaşmasının en yoğun olduğu bir alanda bu suların doygunluk altı değerler vermesi ilginçtir. Aynı Kızıldere suları tüm kalsiyumlu mineraller için doygunluk atı değer vermektedir. Ancak Şekil 12 deki hesaplamalar suların akifer sıcaklıklarında yapılmıştır. Kızıldere sularında kuyulardan üretilen akışkanda CO2 nin hızla ayrılması nedeniyle oluşan soğuma ile akifer sıcaklığının biraz aşağısındaki sıcaklıklarda hızla kalsit ve diğer CaCO3 lı mineraller çökelmeye başlar. Bu nedenle belli bir sıcaklık aralığı içinde CO2 nin hızla uçması nedeniyle hemen hemen tüm Ca çökeldiği için Kızıldere sularında Ca analizleri limitlerin çok altında değerler vermektedir. Şekil 13’de üretim kuyuları için kalsit kabuklaşmasının bir irdelenmesi gözlenmektedir. 235 Calcite scaling 1.5 NJ-11 ZCQ-5 SI = log (Q/K) 1 KD-16 0.5 0 -0.5 -1 80 100 120 140 160 180 200 220 o Temperature( C) 240 260 280 300 320 Şekil 13. Bazı Kuyularda Kalsit Doygunluklarının Değişimi (Tarcan, 2001b) KD-16 Kızıldere Kuyusu Olup, Bu Kuyuda Kalsit Doygunluğu Akifer Sıcaklığından 2-3 Derece Sonra Pozitif Konuma Gelmekte ve Bu Nedenle Daha Düşük Her Sıcaklık Değerinde Kalsit Aşırı Doygun Gözükmektedir. Örnek numaraları Çizelge EK-1 deki gibidir. Jeotermal atık suların sıcak su akiferine geri basılması (reenjeksiyon) yaygın bir uygulama olup, gerek çevre kirlenmesine karşın bir önlem için olsun gerekse jeotermal sistemin ömrü açısından olumlu katkıları olduğu daha önceki bölümlerde belirtilmişti. Ancak, uygun olmayan sıcaklıklarda verildiği zaman reenjeksiyon kuyularında oluşabilecek olan çeşitli mineral çökelmeleri de (kabuklaşmalar da) önemli çevresel problemlerin ortaya çıkmasını sağlayabilir. Şekil 14 ve 15 de aynı kuyu sularının kalsit ve amorf kuvars mineralleri için re-enjeksiyon kuyularında kondüktif soğuma varsayımı ile irdelenmesi görülmektedir. 236 Changes in calcite saturation 3.0 2.5 SI = log (Q/K)calcite 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 -0.5 KD-16 (Kizildere ) ZCQ-5 (Zunil) NJ-11 (Nesjavellir) -1.0 -1.5 0 50 100 150 200 Fluid temperature °C 250 300 Şekil 14. Bazı Kuyulardaki Kalsit Doygunluklarının (Tarcan, 2001b) Reenjeksiyon Amaçlı Kondüktif Soğuma Varsayımıyla İrdelenmesi. Örnek numaraları Çizelge EK-1 deki gibidir. Changes in amorphous quartz saturation 1.5 KD-16 (Kizildere) ZCQ-5 (Zunil) NJ-11 (Nesjavellir) SI = log (Q/K)am.quartz 1.0 0.5 0.0 - 0.5 - 1.0 0 50 100 150 200 Fluid tempe rature°C 250 300 Şekil 15. Bazı Kuyulardaki Amorf Kuvars Doygunluklarının (Tarcan, 2001b) Reenjeksiyon Amaçlı Kondüktif Soğuma Varsayımıyla İrdelenmesi. Örnek numaraları Çizelge EK-1’ deki ile aynıdır. Şekil 13, 14 ve 15 de belirtilen mineral doygunluklarının bir ortak değerlendirmesi olarak; Guatemala-Zunil (ZC-5) kuyu sularının ortalama re-enjeksiyon sıcaklığı 150 0C civarında, İzlanda-Nesjavellir (NJ-11) kuyusunun sularının ise 200 0C civarında olmalıdır. Kızıldere (KD-16) kuyusu için ise geri basımın başarıyla sürdürülmesi için olabildiğince düşük 237 sıcaklık seçilmelidir. Çünkü Kızıldere suları kalsit için her sıcaklıkta kabuklaştırıcı, amorf kuvars için ise yaklaşık 90 0C den düşük sıcaklıklarda kabuklaştırıcı gibi gözükmekle birlikte; pratikte 50 0C nin altındaki sıcaklıklarda adı geçen minerallerin kabuklaşma eğilimlerinin oldukça az olduğu bilinmektedir. KAYNAKLAR Arnórsson, S., 1997, Interpretation of chemical and isotopic data on fluids discharged from wells in the Momotombo geothermal field, Nicaragua. IAEA Report, Project no. NIC/8/008-04. Science Institute, Univ. of Iceland. Arnórsson, S., 2000, Isotopic and chemical techniques in geothermal exploration, development and use. IAEA, Austria, 351pp. Arnórsson, S., Sigurdsson, S., Svavarsson, H., 1982, The chemistry of geothermal waters in Iceland I. Calculation of aqueous speciation from 0 0C to 370 0C. Geochim. Cosmochim. Acta, 46, 1513-1532. Bjarnason, J.O., 1994, The speciation program WATCH, version 2.1. Orkustofnun, Reykjavik. 7pp. Calmbach, L., 1995, Hydrowin-95 Computer Programme, Version 3.0 Institut de Minéralogie BFSH2 1015 Lausanne. Calmbach, L., 1997, AquaChem Computer Code-Version 3.7.42, waterloo hydrogeologic. Waterloo, Ontario, Canada, N2L 3L3. Conrad, M.A., Hipfel, B., Satır, M., 1997, Chemical and stable isotopic characteristics of thermal waters from the Çesme-Seferihisar area, İzmir (W. Turkey). International Earth Sciences Colloquium on the Aegean Region, 9-14 Oct.1995, Proceedings, 2, 669-679. DSİ, 1978, Kuşadası-Davutlar ve Çevresi ile ilgili hidrojeolojik etüd raporu. DSİ Aydın Bölge Müdürlüğü (yayınlanmamış). DSİ, 1988, Davutlar ve Çevresi ile ilgili açılmış bulunan sondaj kuyu verileri ve kimyasal analiz dökümanları. DSİ Aydın Bölge Müdürlüğü (yayınlanmamış). ENEL, 1989, Optimization and development of the Kızıldere geothermal field. ENEL, Aquater, DAL and Geotermica Italiana, Pisa, Italy, final report. Ercan, A., Yılmazer, S., Biberoğlu, S., 1992, Kuşadası’nın jeotermal potansiyeli. Kuşadası Belediyesi Yeraltı Kaynakları ve Çevre Sempozyumu Bildiri Metinleri Kitabı. Belediye yayın no:3, Kuşadası, 31-55. Fetter, C.W., 1994, Applied Hydrogeology. Third Edition University of Wisconsin Oshkosh. Mc Millian College Publishing Company, New York, 691pp. 238 Filiz, Ş., Tarcan, G., 1997, High boron content in the aquifer systems of the Gediz Basin. International Earth Sciences Colloquium on the Aegean Region , 9-14 Oct. 1995, Güllük-İzmir-Turkey. Proceedings, vol. II, 681-692. Ford, D.C., Williams, P.W., 1989, Karst geomorphology and hydrology. Unwin Hyman Ltd., London, 601 pp. Fouillac, C., Michard, G., 1981, Sodium/Lithium ratio in water applied to the geothermometry of geothermal waters. Geothermics, v. 10, p.55-70. Fournier, R.O., 1977a, A Review of chemical and isotopic geothermometers for geothermal systems. In: Proceedings of the Symp. on Geoth. Energy, Cento Scientific Programme, Ankara, 133-143. Fournier, R.O., 1977b, Chemical geothermometers and mixing models for geothermal systems. In: Proceedings of the Symposium on Geothermal Energy, Cento Scientific Programme, Ankara, 199-210. Fournier, R.O., 1979a, A revised equation for the Na-K geothermometer. Geothermal Res. Council Trans., 3, 221-224. Fournier, R.O. 1979b, Geochemical and hydrological considerations and the use of enthalpy-chloride diagrams in the prediction of underground conditions in hotspring systems. J. Volcanol. Geotherm. Res., 5, 1-16. Fournier, R.O., 1990, The interpretation of Na-K-Mg relations in geothermal waters. Geoth. Res. Counc. Trans., 14, 1421-1425. Fournier, R.O., Potter, R.W., 1979, Magnesium Correction to the Na-K-Ca Chemical Geothermometer. Geochimica et Cosmochimica Acta, 43, 1543-1550. Fournier, R.O., Potter, R.W., 1982, A revised and expanded silica (quartz) geothermometer. Geothermal Research Concil Bull. v.11, p.3-9. Fournier, R.O., Truesdell, A.H., 1973, An Empirical Na-K-Ca Geothermometer for Natural Waters. Geochimica et Cosmochimica Acta, 37, 1255-1275. Freeze, R.A., Cherry, J.A., 1979, Groundwater Preentice Hall, Inc. Englewood Cliff,New Jersey 07632, 589 p. Giese, L.B., 1997, Geotechnische und umwelt geologische aspekte bei der forderung und reinjection von thermal fluiden zur nutzung geothermischer energie am beispiel des geothermal feldes Kizildere und des umfeldes, W-Anatolien/Turkei. Ph.D. thesis FU Berlin:201 pp. Giggenbach, W. F., 1988, Geothermal solute equilibria. Derivation of Na-K-Mg-Ca geoindicators. Geochimica et Cosmochimica Acta, 52, 2749-2765. 239 Giggenbach, W. F., Gonfiantini, R., Jangi, B.L., Truesdell, A.H., 1983, Isotopic and Chemical Composition of Parbati Valley Geothermal Discharges, NW Himalaya, Indiana. Geothermics, 5, 51-62. Gudmundsson, B.T., Arnórsson, S., 2001, Secondary mineral-fluid equilibria in the Krafla and Námafjall systems, Iceland. Applied Geochemistry, (In press). Helgeson, H.C., Kirkham, D.H., Flower, G.C., 1981. Theoretical prediction of the behaviour of aqueous electroliytes at high pressures and temperatures: Calculation of activity coefficients,osmotic coefficients, and apparent molal and standard and relative partial molal properties to 600 0C and 5 kb: American Journal of Science, 281, 1249-1516. İ.Ü.T.F., 1975, Türkiye Maden Suları, Ege Bölgesi, İstanbul Üniversitesi Tıp Fakültesi, Hidroklimatoloji Kürsüsü, İstanbul, 3, 335 pp. Janik, J.C., Goffy, F., Fahlquist, L., Adams, A.I., Roldan-M.A., Chipera, J.S., Trujillo, P.E., Counce, D., 1992, Hydrogeochemical exploration of geothermal prospects in the Tecuamburro volcano region, Guatemala. Geothermics, 21 (4), 447-481. Karingithi, C.W., 2000, Geochemical characteristics of the Greater Olkario geothermal field, Kenya. UNU G.T.P., Orkustofnun, Reykjavik, Iceland. Reports 2000, No. 9, 165-188. Kharaka, Y.K., Gunter, W. D., Aggarwall, P. K., Perkins, E. H., and De Braal, J. D., 1988, Solmineq.88: A computer Program Code for Geochemical Modelling of Water-Rock Interactions. In U.S.Geological Survey Water Investigations Report 88-05. Kharaka, Y. K., Mariner, R. H., 1989, Chemical Geothermometers and their Application to formation waters from sedimentary basins. In: N. D. Näser & T. H. McCulloh (Eds.), Thermal History of Sedimentary Basins; Methods and Case Histories (pp. 99-117). Springer Verlag. Kharaka, Y. K., Lico, M.S., Law, L.M., 1982, Chemical geothermometers applied to formation waters, Gulf of Mexico and California Basins. Am. Assoc. Petrol. Geol. Bull., 66, 558. Líndal, B., Kristmánndottir, H, 1989, The scaling properties of the effluent water from Kizildere power station, Turkey, and recommendation for a pilot plant in view of district heating applications. Geothermics, 18-1/2, 217-223. Nicholson, K., 1993, Geothermal Fluids; Chemistry and Exploration Techniques. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg. Nieva, D., Nieva, R., 1987, Development in geothermal energy in Mexico, part 12-A cationic composition geothermometer for prospection of geothermal resources. Heat recovery systems and CHP, 7, 243-258. 240 Parkhurst, D.L., Appelo, C.A.J., 1999, User’s Guide to PHREEQC (Version 2-A) Computer Program for Speciation, Batch-Reaction, One-Dimensional Transport, and Inverse Geochemical Calculations. Reman, R., 1942, Şifalı suları kullanma ilmi, balneoloji ve şifalı kaynaklarımız. İstanbul. 420 pp. Reed, M., Spycher, N., 1984, Calculation of pH and mineral equilibria in hydrothermal waters with application to geothermometry and studies of boiling and dilution. Geochim. Cosmochim. Acta 48, 1479-1492. Reed, M., Spycher, N., 1989a, SOLTHERM: Data Base of equilibrium constants for aqueous-mineral-gas equilibria. Department of Geological Sciences University of Oregon Eugene, Oregon 97403. Reed, M., Spycher, N., 1989b, SOLVEQ: A computer program for computing aqueousmineral-gas equilibria Department of Geological Sciences University of Oregon Eugene, Oregon 97403. Reed, M., Spycher, N., 1989c, CHILLER: A computer program for computing aqueousmineral-gas equilibria Department of Geological Sciences University of Oregon Eugene, Oregon 97403. Richards, L. A., 1954, Diagnosis and improvement of saline and alkali soils, Agric. Handbook 60, U.S. Dept. Agric., Washington, D.C., 160 pp. Şahinci, A., 1991a, Doğal Suların Jeokimyası. Reform Matbaası, Beyler-İzmir, 548 s. Şahinci, A., 1991b, Jeotermal Sistemler ve Jeokimyasal Özellikleri. Reform Matbaası, No.37/4 Beyler-İzmir, 247 s. Şahinci, A., Gümüş, H., 1984, Hydrogeological study of the Urla-Gülbahçe Ilıcası and Malkaca İçmesi, TJK Bult., 5, 199-206 (In Turkish). Tarcan, G., 1989, Urla-İçmeler (İzmir) çevresinin jeolojik, hidrojeolojik incelenmesi, yeraltısularının jeokimyasal yorumlanması. Yüksek Lisans Tezi., Dokuz Eylül Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir, 161pp. Tarcan, G., 1995, Hydrogeological study of the Turgutlu Hot Springs. Dokuz Eylul Univ. Graduate School of Natural and Applied Sciences, Ph.D. thesis, 214 p. Tarcan, G., Filiz, Ş., 1997, Hydrogeology of the Turgutlu geothermal field. Turkish journal of Earth Sciences 6, 43-64. Tarcan, G., 2001a, Hydrogeology and Hydrogeochemistry of the Gülbahçe Bay Hydrothermal Karst System, İzmir, Turkey. Proceedings of the 6th International Symposium and Field Seminar on “Present State and Future Trends of Karst Studies”17-26 Sept.2000, Marmaris-Turkey. (eds.) Günay, Ford, Johnson & Johnson, International Hydrological Programme-UNESCO, 515-524. 241 Tarcan, G., 2001b, Aquifer chemistry and mineral saturation in selected high temperature geothermal areas. United Nations University Geothermal Training Programme, Orkustofnun, Reykjavik, Iceland. Book of Reports 2001, No:12, 267-290. Tarcan, G., Filiz, Ş., Gemici, Ü., 1998, Salihli (Manisa) jeotermal alanlarının hidrojeolojik ve hidrojeokimyasal incelenmesi. Türkiye Petrol Jeologları Bülteni, cilt 10, sayı 1, 61-86. Tarcan, G., Filiz, Ş., Gemici, Ü., 2000a, Davutlar Kaplıcası (Kuşadası-Aydın) çevresinin hidrojeolojisi ve hidrojeokimyası. DEÜ Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, c. 2, sayı 1, sh. 91-110. Tarcan, G., Filiz, Ş., Gemici, Ü., 2000b, Geology and geochemistry of the Salihli geothermal fields, Turkey. WGC-2000 World Geothermal Congress 28 May-10 June, 2000 Congress Kyushu-Tohoku, Japan, CD-books of Proceedings, R-922, v.6, 1829-1834. Tole, M. P., Armannson, H., Zhong-he.,P., Arnorsson, S., 1993, Fluid/mineral equilibrium calculations for geothermal fluids and chemical geothermometry. Geothermics, 22 (1), 17-37. Tonani, F., 1980, Some remarks on the application of geochemical techniques in geothermal exploration. Proceedings, Adv. Eur. Geoth. Res. Second Symp., Strasbourg, 428-443. Truesdell, A. H., 1976, Summary of section III geochemical techniques in exploration. In: Proceedings, Second United Nations Symposium on the Development and Use of Geothermal Resources. San Francisco, 1975, Vol.1, Washington D.C., U. S. Government Printing Office, ıiii-ıxxxix. TS-266, 1997, Türk Standartları İçme Suları. ICS 13.060.25 s. Wigley, T.M.L., 1977, WATSPEC: A computer program for determining the equalibrium speciation of aqueous solutions. Brit. Geomorphol. Res. Group Tech. Bull. 20, 48. Yaman, D., 1999, Hydrogeological study of the Gülbahçe (Urla) geothermal field, MsC thesis, Dokuz Eylül University, Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir, 109s. Yılmazer, S., Şaroğlu, F., Özgür, R., Açıkgöz, S., Ercan, T., Gevrek, A.İ., Yıldırım, N., Aydoğdu, Ö., 1994, Davutlar-Kuşadası arasının jeolojisi ve jeotermal enerji olanaklarının değerlendirilmesi. Türkiye 6. Enerji Kongresi, 17-22 Ekim 1994, İzmir, Teknik Oturum Tebliğleri c. 1, 156-167. 242 EK-1. Çeşitli seçilmiş yüksek sıcaklıklı jeotermal alanlardaki su ve buhar örneklerinin kimyasal bileşenleri. Aksi belirtilmedikçe su örneklerinin derişimleri mg/kg, ve buhar örneklerinin derişimleri mmol/kg (Tarcan, 2001b) No Location, 1a Momotombo, a 2 Momotombo, 3b Hveragerdi, c sssss aaaaaa WaterSampleS sss ssssssssssssnnnnnsssfssffffffffeeeeeeeesssssss SteamSample ssssssssxxxxx K Mg Fe pHl/°C CO2 H2S O2 CH4 Ca F Cl SO4 Al well Aquiferk Sampling Enthalpy CO2 H2S NH3 B SIO2 Na H2 tempe. Pressure (kJ/kg) (oC) (bar-g) N2 l/kg con. MT-23 229h 5.45ii 1095 26.2 1.6 1.0 27.1 437 1619.0 212.7 0.160 52.1 2954 89.2 0.21 0.730 7.39/25 47.6 1.27 0.10 0.000 0.07 2.13 MT-26 h 5.50i 1008 6.7 1.5 0.9 32.1 541 1886.0 268.7 0.100 57.8 3475 89.3 0.23 0.030 8.34/25 27.5 1.02 0.04 0.000 0.02 0.92 225 12.00 967j 0.6 186 35.2 0.00 0.005 8.86/20 69.8 6.05 4.78 0.000 0.56 74.96 238 W-7 43.4 23.4 0.0 1.0 425 176.8 21.3 0.008 1.7 4 Krafla, K-9 215 8.40 1063 57.6 57.6 0.5 519 221.6 26.2 0.003 3.2 0.9 23 307.4 1.12 0.003 9.42/25 53.0 5.1 0.000 0.21 1.87 5c Námafjall, N-4 240 5.10 1035 3.5 10.6 0.9 522 164.1 19.9 0.003 4.4 0.7 31 70.0 26.3 36.40 0.017 3.61 2.51 KD-6 196 4.02i 0.7 20.0 310 1134.0 131.0 0.273 1.2 17.3 46 643.5 0.15 0.000 7.76/23 90.8m <0.1m 0.10m 1.630m 0.10m 7.37m 64.9 i 1.3 27.0 393 1245.0 151.0 0.291 3.7 23.8 49 656.0 0.30 0.025 8.12/22 88.4m <0.1m <0.10m 2.400m <0.10m 9.20m 53.5 305 1214.0 132.0 0.180 0.4 17.2 100 337.0 0.55 <0.10 9.63/25 206.1 0 0.05 0.005 0.150 m m m m 6d Kizildere, d 834j 1695.0 j 7 Kizildere, KD-16 211 3.91 902 1854.0 8e Kizildere, KD-13 195 3.86i 830j 1391.0 202 i e 9 Kizildere, f KD-22 3.80 j 861 1417.0 316 1282.0 144.0 0.5 18.5 100 504.0 0.55 10 Nesjavellir, NG-6 300 14.60 1790 32.1 63.0 822 134.0 28.8 0.003 0.2 0.9 119 11f Nesjavellir, NJ-11 305 14.60 1510 27.7 83.7 880 132.0 27.2 0.002 0.3 1.1 12f Nesjavellir, NJ-13 300 15.40 1880 21.4 65.9 907 130.0 29.7 0.000 0.1 1.0 111 13f Nesjavellir, NJ-16 285 14.40 1810 33.8 113.0 785 135.0 26.8 0.005 0.9 1.2 c 47.1 0.65 0.006 9.59/22 80 60 9.12/25 97.5 <0.1 <0.10 0.600 1.35 1.29 0.10m 1.70m 47.2 3.8 1.92 0.014 8.14/21 216.0 64.8 49.90 0.382 0.02 12.9 2.82 0.066 8.88/21 195.0 81.5 85.50 0.181 1.14 34 27.90 0.059 0.14 26.3 2.24 0.015 8.87/21 144.0 14.7 17.50 0.077 0.15 2.4 2.12 0.019 8.42/21 154.0 14 Krafla, K-12 275 13.30 1831 76.0 63.6 1.7 759 135.4 26.2 0.039 2.4 1.6 35 74.9 1.48 0.142 6.98/20 314.0 27.3 13.30 0.031 0.35 1.31 15c Krafla, K-30 291h 28.50 1712 102.5 94.0 2.7 765 139.3 34.0 0.000 0.8 1.2 50 45.2 1.19 0.013 6.84/20 491.0 52.2 13.10 0.047 0.02 3.72 16c Námafjall, N-11 260 25.30 1850 3.5 97.8 2,3 546 100.5 15.6 0.003 0.4 0.8 29 20.2 1.65 0.032 8.35/21 110.0 42.7 54.80 0.003 0.62 2.07 17c Krafla, K-17 275 21.70 1881 47.1 98.1 1.5 643 112.4 20.3 0.003 0.0 2.0 18 92.2 1.14 0.012 8.89/24 184.0 26.4 29.70 0.000 0.80 2.14 18a Momotombo, MT-02 225h 5.55i 2238 34.3 0.9 0.5 20.9 406 1210.0 156.9 0.100 23.3 1738 210.2 0.27 0.030 8.65/25 365.1 19a Momotombo, MT-35 269h 5.55i 1654 10.6 1.9 0.5 32.0 864 1838.0 342.6 0.070 16.4 3128 d 20 Zunil, d 21 Zunil, d 22 Zunil, d ZCQ-3 265 ZCQ-4 249 ZCQ-5 255 7.30 5.80 7.51 1423 2427 2218 51.2 31.7 29.5 574 30.3 23 Zunil, ZCQ-6 290 6.73 2343 101.7 24g Olkaria, OW-10 245 4.53i 2535 114.2 i g 33.0 741 860.0 175.4 884.0 141.0 59.2 524 1150.0 201.0 0.9 0.190 10.8 3.6 1377 0.370 29.0 1490 0.290 26.9 6.0 1760 7.5 0.00 0.000 0.00 0.00 46.7 0.14 0.030 8.77/25 268.2 4.35 0.21 0.000 0.84 13.16 0.17 m m 0.004 0.012m 0.98m 3.3 0.43 m 0.002m 0.21 m m 0.003 0.012 0.97m 3.5 0.06 m 0.001m 3.56 0.700 m m m m m m m m 27.0 1.09 0.060 8.04/25 94.6 4.07 56.0 1.02 0.480 7.95/25 94.4 4.60 30.0 1.81 1.820 7.76/25 96.5 2.14 37.0 737 892.0 170.0 0.530 7.4 35.0 1447 38.0 0.87 0.030 8.36/25 97.5 1.70 8.0 638 855.1 129.7 0.176 3.9 81.1 1080 57.0 0.99 0.099 8.75/25 75.8 4.20 0.99m 2.0 m 0.60m 4.5 0.60 3.33 25 Olkaria, OW-16 240 4.66 1384 82.9 2.1 5.4 573 481.5 69.0 0.047 1.0 69.6 636 35.9 0.69 <0.02 8.97/25 51.4 5.17 2.62 0.005 0.20 1.34 26g Olkaria, OW-25 260 4.90i 2516 149.6 2.1 5.5 641 522.0 94.5 0.106 1.2 70.1 671 28.4 0.51 <0.02 9.15/25 75.0 5.37 4.15 0.027 0.16 2.35 27g Olkaria, OW-901 250 1.56i 1854 565.6 18.3 2.4 529 505.8 56.5 0.029 0.7 80.1 280 123.8 0.68 0.028 9.80/25 182.6 4.85 2.37 0.110 0.30 5.05 OW-902 220 1.01i 1108 433.8 1.5 477 447.8 41.4 0.049 1.3 51.5 212 0.04 0.350 0.77 13.55 g 28 Olkaria, a b 2.0 c d 99.9 2.12 0.083 9.55/25 178.7 0.47 e Data taken from Arnórsson, 1997, Arnórsson and Gunnlaugsson, 1985; Gudmundsson and Arnórsson, 2001, Líndal and Kristmannsdóttir, 1989; Giese, 1997; steam analyses for the wells KD-6, 13, f g h i 16-22 were taken from ENEL, 1989; Reykjavik Energy-Iceland (2000) unpublished data, Karingithi, 2000, Na/K geothermometry temperature. Water samples were collected from the weirbox. For j these samples gas concentrations in steam have been modified. They correspond to concentrations in steam at 1 bar-a. Derived assuming liquid enthalpy, kMeasured aquifer temperature unless otherwise l m specified, Measured water phase pH at temperature °C, Values of steam samples are % by volume 243 EK-2- Watch programı ile yapılmış bir hesaplamanın görüntüsü (ham veriler Tarcan, 2001b). ICELANDIC WATER CHEMISTRY GROUP Program WATCH, temporary version/Feb-1997 W-7 HVERAGERDI Water sample(mg/kg) Steam sample pH/deg.C 8.86/20 Gas (volume %) Reference temperature deg.C : 225.0 CO2 43.40 CO2 .00 H2S 23.40 H2S .00 Sampling pressure bar abs. : 13.0 NH3 .00 NH3 .00 Discharge enthalpy kJ/kg : 967. B .99 H2 5.69 Discharge kg/s : .0 SiO2 425.90 O2 .00 Steam fraction at collection : .0771 Na 176.80 CH4 .67 K 21.28 N2 89.26 Measured temperature deg.C : 225.0 Mg .008 Ca 1.68 Liters gas per kg F .620 condensate/deg.C .50/25.0 Condensate (mg/kg) Cl 186.30 pH/deg.C .00/ .0 SO4 35.20 Total steam (mg/kg) CO2 .00 Al .000 CO2 .00 H2S .00 Fe .005 H2S .00 NH3 .00 TDS .00 NH3 .00 Na .00 Ionic strength = .00870 Ionic balance : Cations (mol.eq.) = .00826601 Anions (mol.eq.) = .00824711 Difference (%) = .23 Deep water components (mg/kg) Deep steam (mg/kg) Gas pressures (bar-abs.) B .91 CO2 40.05 CO2 .00 CO2 .266E-01 SiO2 393.05 H2S 21.60 H2S .00 H2S .433E-02 Na 163.16 NH3 .00 NH3 .00 NH3 .000E+00 K 19.64 H2 .18 H2 .00 H2 .481E-01 Mg .007 O2 .00 O2 .00 O2 .242E-40 Ca 1.55 CH4 .17 CH4 .00 CH4 .491E-02 F .572 N2 39.41 N2 .00 N2 .113E+01 Cl 171.93 H2O .255E+02 SO4 32.49 Total .267E+02 Al .0000 Fe .0047 TDS .00 Aquifer steam fraction = .0000 Ionic strength = .00786 1000/T (Kelvin) = 2.01 Ionic balance : Cations (mol.eq.) = .00755240 Anions (mol.eq.) =.00753642 Difference (%) = .21 Oxidation potential (volts) : Eh H2S= -.651 Eh CH4= -.691 Eh H2= -.698 Eh NH3= 99.999 Chemical geothermometers (degrees C) Quartz 226.8 (Fournier & Potter, GRC Bulletin, pp. 3-12, Nov. 1982) Chalcedony 211.8 (Fournier, Geothermics, vol. 5, pp. 41-50, 1977) Na/K 220.9 (Arnorsson et al., Geochim. Cosmochim. Acta, vol. 47, pp. 567-577, 1983) 244 Activity coefficients in deep water H+ .870 KSO4.858 Fe++ OH.850 F.850 Fe+++ H3SiO4.852 Cl.848 FeOH+ H2SiO4-.542 Na+ .852 Fe(OH)3H2BO3.846 K+ .848 Fe(OH)4-HCO3.852 Ca++ .548 Fe(OH)++ CO3-.534 Mg++ .565 Fe(OH)2+ HS.850 CaHCO3+ .860 Fe(OH)4S-.539 MgHCO3+ .852 FeSO4+ HSO4.854 CaOH+ .860 FeCl++ SO4-.529 MgOH+ .862 FeCl2+ NaSO4.858 NH4+ .846 FeCl4Chemical species in deep water - ppm and log mole H+ .00 -7.656 Mg++ .00 -6.994 OH7.68 -3.345 NaCl 1.41 -4.619 H4SiO4 583.22 -2.217 KCl .08 -5.953 H3SiO441.54 -3.360 NaSO42.90 -4.613 H2SiO4-.02 -6.705 KSO41.43 -4.976 NaH3SiO4 4.31 -4.438 CaSO4 .92 -5.172 H3BO3 4.94 -4.097 MgSO4 .01 -7.051 H2BO3.28 -5.337 CaCO3 .26 -5.584 H2CO3 15.67 -3.597 MgCO3 .00 -9.027 HCO339.41 -3.190 CaHCO3+ .85 -5.077 CO3-.04 -6.206 MgHCO3+ .00 -8.522 H2S 4.10 -3.920 CaOH+ .06 -5.958 HS16.98 -3.290 MgOH+ .00 -6.961 S-.00 -10.460 NH4OH .00 .000 H2SO4 .00 -15.219 NH4+ .00 .000 HSO4.03 -6.579 Fe++ .00 -14.515 SO4-28.45 -3.529 Fe+++ .00 -31.036 HF .00 -7.180 FeOH+ .00 -12.492 F.57 -4.522 Fe(OH)2 .00 -11.583 Cl171.04 -2.317 Fe(OH)3.00 -11.435 Na+ 161.21 -2.154 Fe(OH)4-.00 -15.715 K+ 19.18 -3.309 Fe(OH)++ .00 -21.689 Ca++ .80 -4.702 Fe(OH)2+ .00 -13.703 Log solubility products of minerals in deep water Theor. Calc. Theor. Calc. Adularia -14.532 99.999 Albite, low -14.061 99.999 Anhydrite -7.651 -8.768 Calcite -12.136 -11.441 Mg-Chlorite -83.107 99.999 Fluorite -10.830 -14.148 245 .548 FeCl+ .852 .287 Al+++ .287 .856 AlOH++ .542 .856 Al(OH)2+ .858 .539 Al(OH)4.854 .539 AlSO4+ .854 .858 Al(SO4)2.854 .858 AlF++ .542 .856 AlF2+ .858 .539 AlF4.854 .856 AlF5-.534 .852 AlF6--.244 Deep water pH is 7.717 Fe(OH)3 .00 -8.765 Fe(OH)4.01 -7.083 FeCl+ .00 -15.184 FeCl2 .00 -20.453 FeCl++ .00 -28.071 FeCl2+ .00 -29.815 FeCl3 .00 -32.412 FeCl4.00 -35.423 FeSO4 .00 -15.553 FeSO4+ .00 -27.164 Al+++ .00 .000 AlOH++ .00 .000 Al(OH)2+ .00 .000 Al(OH)3 .00 .000 Al(OH)4.00 .000 AlSO4+ .00 .000 Al(SO4)2.00 .000 AlF++ .00 .000 AlF2+ .00 .000 AlF3 .00 .000 AlF4.00 .000 AlF5-.00 .000 AlF6--.00 .000 Analcime Chalcedony Goethite Theor. -11.544 -2.100 .926 Calc. 99.999 -2.217 -3.734 Laumontite Ca-Montmor. Na-Montmor. Pyrrhotite Wairakite Epidote Chrysotile -24.502 -72.772 -34.475 -34.935 -24.154 -36.981 16.081 99.999 99.999 99.999 -68.182 99.999 99.999 20.141 Microcline K-Montmor. Muscovite Pyrite Wollastonite Marcasite Sil. amorph. -15.279 -34.215 -17.902 -59.100 7.918 -41.490 -1.726 246 99.999 99.999 99.999 -85.651 8.253 -85.651 -2.217 Magnetite Mg-Montmor. Prehnite Quartz Zoisite Talc -19.290 -74.255 -36.602 -2.226 -36.953 9.587 -29.076 99.999 99.999 -2.217 99.999 15.707