HYDROGEOCHEMICAL INVESTIGATION OF THE GERMENCİK (AYDIN) GEOTHERMAL FIELDS

Year 1999, Volume: 1 Issue: 1, 41 - 58, 01.01.1999

Şevki Filiz Gültekin Tarcan Ünsal Gemici

Abstract

This study contains hydrogeological, hydrogeochemical and isotopic investigations in the Germencik geothermal fields which are one of the most important geothermal fields of Turkey. First reservoir of the geothermal system is made up of the fractured gneiss and quartz schists, and karstic marbles of the Menderes Massif rocks . Neogene conglomerates are the second reservoir of the geothermal systems. Neogene aged clastic sediments, especially clayey levels form the cap rock of the system. Heat source may also be the magma closed to the surface along the active graben fault zones developed by extensional tectonic regime. It is understood from the hydrogeological and hydrogeochemical studies that the geothermal waters are high enthalpy, meteoric origin ( may also be a little magmatic origin) and old waters ( which have hardly any tritium isotopes). Meteoric waters recharge the reservoir rock and are heated at depth and move up to the surface through the tectonic lines by convection currents. Five hot water and seven cold water points were sampled periodically each month during the one year to determine the hydrogeochemical evaluation of geothermal waters and hydrodynamics of groundwaters for the study area. All the thermal water in the area are sodiumbicarbonate-chloride water type and do not reflect apparent variations on their geochemical compositions temporarily. The measured temperatures of the thermal spring vary from 50 °C to 70 °C. It is estimated from the various chemical geothermometry and mixing model applications that the reservoir temperatures of the system vary between 150 °C and 250 °C corresponding high enthalpy system. The estimated reservoir temperatures obtained by Na/K and Na-K-Ca geothermometers coincide with the temperatures measured (200-232oC) directly in reservoir by 9 deep wells. Alteration minerals which may be formed by the reactions progressed between host rock and thermal fluid were found to be Ca and Na montmorillonite, Na and K feldspar, zoisite and albite on the activity diagrams

Keywords

Germencik, Hydrogeology, Hydrogeochemistry, Geothermal energy, Geothermometry applications, Activity diagrams.

GERMENCİK (AYDIN) JEOTERMAL ALANLARININ HİDROJEOKİMYASAL AÇIDAN İNCELENMESİ

Abstract

Bu çalışma Türkiye’nin en önemli jeotermal alanlarından birini oluşturan Germencik jeotermal alanında yapılan hidrojeolojik, hidrojeokimyasal ve izotopik incelemeleri kapsamaktadır. Menderes Masifine ait gnays, kuvars şist gibi çatlaklı kayaçlar ile karstik mermerler jeotermal sistemlerin birinci haznesini, Neojen çakıltaşları ise ikinci haznesini oluşturmaktadır. Neojen yaşlı kırıntılı tortullar, özellikle, killi düzeyleri örtü kaya ve graben tektoniğine bağlı olarak yüzeye yaklaşmış olan mağma ise ısı kaynağını oluşturur. Yapılan hidrojeolojik ve hidrojeokimyasal çalışmalar alandaki jeotermal suların yüksek entalpili, çok az mağmatik katkı içerebilen meteorik kökenli, yaşlı (hemen hemen hiç trityum içermediklerinden en az 50 yıllık) sular olduğunu göstermiştir. İnceleme alanındaki jeotermal suların hidrojeokimyasal evrimlerini ve yeraltısuyu hidrodinamiğini aydınlatmak amacıyla beş sıcak su kaynağı ve yedi soğuk su kaynağı bir yıl süre ile her ay periyodik olarak örneklenerek kimyasal analizleri yapılmıştır. Çalışma alanındaki tüm sıcak sular sodyumlu, bikarbonat klorürlü su tipindedir ve kimyasal bileşimlerinde zamana bağlı belirgin değişimler gözlenmemiştir. Sıcak suların kaynak sıcaklıkları 50 °C - 70 °C arasında değişmektedir. Uygulanan çeşitli jeotermometreler ve karışım modelleri alanda 150 °C -250 °C arasında değişen hazne sıcaklığı vermektedir. Alanda hazneye inmiş olan 9 jeotermal kuyuda ölçülen (200°C-232°C) hazne sıcaklıkları Na/K ve Na-K-Ca jeotermometrelerinden elde edilen değerlerle uyuşmaktadır. Aktivite diyagramlarına göre jeotermal suların ilişkide bulundukları kayaç ile tepkime sonucunda oluşabilecek yeni alterasyon ürünleri Ca ve Na montmorillonit, Na ve K feldispat, zoisit ve albit olarak saptanmıştır

Keywords

Germencik, Hidrojeoloji, Hidrojeokimya, Jeotermal enerji, Jeotermometre uygulamaları, Aktivite diyagramları.

References

• APHA-AWWA-WPCF (1975): Standart Methods for Examination of Water and Waste Water. Fourteenth Edition, Copyright by American Public Health Assoc., Washington D.C., 1193 p.
• ARNNORSSON,S.; GUNNLAUGSSON,E.; SVAVARSSON, H. (1983): The chemistry of geothermal waters in Iceland. III. Chemical geothermometry in geothermal investigations . Geochimicia et Cosmoschimia Acta, vol. 47, pp. 567-577. Pergamon Press. USA.
• BACK, W. (1966): Hydrochemical facies and groundwater flow patterns in northern part of Atlantic Coastal Plain. U.S. Geol.Survey Proffessional paper, 498-A, 42p.
• BAŞKAN, M.E.; CANİK, B. (1983): IAH Map of mineral and thermal waters of Turkey Aegean Region. MTA No. 189, Ankara, 80 p.
• CORREIA, H.; ESCOBAR C.; GAUTHIER, C. (1990): Germencik geothermal field feasibility report, part two, October, Ankara.
• FETTER, C.W. (1994): Applied Hydrogeology Third Edition University of Wisconsin - Oshkosh. Mc Millian College Publishing Company, New York, 691 p.
• FİLİZ, Ş. (1982): Ege Bölgesindeki önemli jeotermal alanların O-18, H-2, H-3, C-13 izotoplarıyla incelenmesi. Doçentlik Tezi, E.Ü.Y.B.F., 1-95, İzmir (Yayınlanmamış).
• FORD, D.C; WILLIAMS, P.W. (1989): Karst Geomorphology and Hydrology. Unwin Hyman Ltd., London, 601 p.
• FOULLIAC, C.; MICHARD, G. (1981): Sodium/Lithium ratio in water applied to the geothermometryof 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.; TRUESDELL, A. H. (1973): An Emprical Na-K-Ca Geothermometer for Natural Waters. Geochim. et Cosmochim. Acta, v.37 p. 1255-1275.
• FOURNIER, R.O.; POTTER, R.W. (1979): Magnesium Correction to the Na-K Ca Chemical Geothermometer. Geochim. et Cosmochim. Acta, vol. 43 pp. 1543-1550.
• 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, v. 5, p. 51-62.
• GIGGENBACH, W. F. (1988): Geothermal Solute Equilibria. Derivation of Na-K-Mg-Ca Geoindicators. Geochim. et Cosmochim. Acta, 52., 2749-2765.
• HYDROWIN (1995): Computer Programme- Version 3.0, by Lukas Calmbach. Institut de Mineralogie BFSH2 1015 Lausanne. Fax: [phone]. E mail: Lukas.CalmbachQ imp.unit.ch
• KASAP, İ. (1984): Geothermal resource evaluation of Germencik-Ömerbeyli (Western Anatolia) Geothermal Field of Turkey. Seminar on Utilization of Geothermal Energy for Electric Power Production and Space Heating, 14-17 May 1984, Florence, Italy.
• KHARAKA, Y.K.; SPECHT, B.J.; CAROTHERS, W.W. (1985): Low to intermediate subsurface temperatures calculated by chemical geothermometers. The American Assoc. of Petroleum Geologist, Annual Convention,Book of Abstracts, New Orleans, 24-27 March.
• KHARAKA, Y. K.; GUNTER, W. D.; AFFARWALL, P. K.; PERKINS, E. H.; DEBRAAL, 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.
• KHAYAT, J.R. (1988): Germencik-Kızılcapınar (Aydın) ve çevresinin hidrojeolojik incelenmesi, sıcak ve soğuk suların jeokimyasal yorumlanması. Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi. Yöneten: Doç. Dr. Şevki Filiz,İzmir, 116 s.(yayınlanmamış).
• KRAMER, J.R. (1968): Mineral-water equilibria in silicate weathering. XXIII. Int.Geol.Cong. v.6, pp. 149-160.
• M.T.A. (1996): Germencik-Ömerbeyli-Bozköy-Çamur Jeotermal Alanı. MTA Genel Müdürlüğü, Türkiye Jeotermal Envanteri, Ankara,sayfa:68-74.
• NICHOLSON, K. (1993): Geothermal Fluids Chemistry and Exploration Techniques. Springer-Verlag Berlin Heidelberg,Germay, 263p.
• NORDSTROM, D.K.; PLUMMER, L.N.; LANGMUIR, D.; BUSENBERG, E.; MAN, H.M.; JONES, B.F.; PARKHURST, D.L. (1990): Revised Chemical Equilibrium Data for Major Water-Mineral Reactions and Their Limitations. In: D.C. Melchior & R.L. Bassett (Eds.), Chemical Modelling of Aquoeous Systems Washington :American Chemical Society.
• ŞAHİNCİ, A. (1991): Doğal Suların Jeokimyası. Reform Matbaası, Beyler-İzmir, 548 s.
• ŞİMŞEK, Ş. (1981): Aydın-Germencik alanının jeolojisi ve jeotermal enerji olanakları. EIEI yayını. Ankara.
• ŞİMŞEK, Ş. (1983): Aydın-Germencik alanı jeotermal enerji araştırmaları, Türkiye Jeoloji Kurultayı Bildirileri,Ankara, 167-168.
• ŞİMŞEK, Ş. (1984): Aydın-Germencik-Ömerbeyli Geothermal Field of Turkey. Seminar on Utilization of Geothermal Energy for Electric Power Production and Space Heating, 14-17 May 1984, Florence, Italy. Sem. Ref. No. EP/SEM.9/R.37.
• ŞİMŞEK, Ş. (1988): Büyük Menderes Grabeni Jeotermal Alanları ve Yararlanma Olanakları. Mühendislik Jeolojisi Bülteni, Erguvanlı Özel Sayısı-İstanbul, sayı 10, 39-45.
• ŞİMŞEK, Ş.; UYGUR,N.; ÖZBAYRAK, İ.H.; DİKMEOĞLU, T.; COŞKUN, B.S.; ARAS, A. (1980): Aydın-Germencik-Söke Alanının jeotermal enerji olanakları. TUBİTAK VI. Temel Bilimleri Kongresi, Kuşadası-Aydın, 251-264.
• TARDY, Y., (1971): Characterization of the principal weathering types by the geochemistry of waters from some European and African cristalline massif. Chemical Geol., vol. 7 , pp. 253-271
• UNION OIL, (1983): Union Geothermal Division, Union Oil Company of California, 2099 Range Ave. P.O.Box : 6854, Santa Roza, California.