JEOTERMAL SU KİMYASI - Dokuz Eylül Üniversitesi

JEOTERMAL SU KİMYASI
Doç. Dr. Gültekin Tarcan
Dokuz Eylül Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, 35100-Bornova-İZMİR
[email protected]
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