HYDROGEOCHEMICAL CHARACTERIZATION OF THERMAL AND COLD WATER RESOURCES IN BOĞAZLIYAN (YOZGAT, TURKEY)

Abstract

This study was carried out to determine the hydrogeochemical characteristics and usability of thermal and cold waters in Boğazlıyan (Yozgat), and to identify their origins and geochemical evolution. The region’s geological and hydrogeological structures were examined; 10 water samples were collected during fieldwork, with physical parameters measured on-site and chemical analyses conducted in the laboratory. As a result of the analyses, it was determined that the thermal waters exhibit Na-Cl and Ca-HCO₃ type characteristics, whereas the cold waters are generally of the Ca-HCO₃ and Ca-Mg-HCO₃ facies. Classifications made using Piper, Schoeller, and Gibbs diagrams indicate the presence of at least two distinct hydrogeochemical systems fed by different sources in the region. Evaluations based on multiple parameters such as the (Ca+Mg)-(HCO₃+SO₄) diagram, Ca/Mg ratios, HCO₃/SiO₂, and Ca+Mg/HCO₃ ratios reveal that the dominant geochemical process is the weathering of silicate minerals. Furthermore, thermal waters were found to be unsuitable for drinking purposes but hold potential for direct use, whereas cold waters generally complies with drinking water quality standards.

Keywords

• Geothermal
• Groundwater
• Hydrogeochemistry
• Geochemical processes
• Boğazlıyan.

Project Number

FDK-2022-8804

BOĞAZLIYAN (YOZGAT) TERMAL VE SOĞUK SU KAYNAKLARININ HİDROJEOKİMYASAL KARAKTERİZASYONU

Abstract

Bu çalışma, Yozgat ili Boğazlıyan ilçesinde yer alan termal ve soğuk su kaynaklarının hidrojeokimyasal özelliklerini ve kullanabilirliğini belirlemek, suyun kökenini ve jeokimyasal evrimini ortaya koymak amacıyla gerçekleştirilmiştir. Araştırma kapsamında, bölgenin jeolojik ve hidrojeolojik yapısı detaylı şekilde incelenmiş; arazi çalışmalarında toplam 10 adet su örneği toplanarak fiziksel parametreler yerinde ölçülmüş ve kimyasal analizler laboratuvar ortamında gerçekleştirilmiştir. Analizler sonucunda, termal suların Na-Cl ve Ca-HCO₃ tipi karakteristikler sergilediği, soğuk suların ise genellikle Ca-HCO₃ ve Ca-Mg-HCO₃ fasiyesinde olduğu belirlenmiştir. Piper, Schoeller ve Gibbs diyagramları ile yapılan sınıflandırmalar, bölgede farklı kaynaklardan beslenen en az iki ayrı hidrojeokimyasal sistemin varlığına işaret etmektedir. (Ca+Mg)-(HCO₃+SO₄) diyagramı, Ca/Mg oranları, HCO₃/SiO₂ ve Ca+Mg/HCO₃ oranları gibi çok sayıda parametreye dayalı değerlendirmeler, bölgede silikat minerallerinin ayrışmasının baskın jeokimyasal süreç olduğunu ortaya koymuştur. Ayrıca termal suların içme amaçlı kullanıma uygun olmadığı, ancak doğrudan kullanım açısından potansiyel taşıdığı; soğuk suların ise genel olarak içme suyu standartlarını karşıladığı belirlenmiştir.

Keywords

• Jeotermal
• yeraltısuyu
• hidrojeokimya
• Jeokimyasal Süreçler
• Boğazlıyan

Supporting Institution

Süleyman Demirel Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi

Project Number

FDK-2022-8804

Ethical Statement

Gerekli değil

Thanks

Bu çalışma Süleyman Demirel Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi tarafından FDK-2022-8804 nolu doktora projesi kapsamında desteklenmiştir. Yazarlar, çalışmayı finansal olarak destekleyen SDÜ Bilimsel Araştırma Projeleri Yönetim Birimi Başkanlığı’na teşekkür ederler.

References

1. Aghazadeh, N., Mogaddam, A. A., 2011. Investigation of Hydrochemical Characteristics of Groundwater in the Harzandat Aquifer, Northwest of Iran. Environmental Monitoring and Assessment, 176(1), 183-195.
2. Akkuş, İ., Alan, H., 2016. Turkey's Geothermal Resources, Projections, Problems and Suggestions Report (Report No. 123), TMMOB Chamber of Geological Engineers.
3. Aksever, F., Davraz, A., 2024. Jeokimyasal Süreçler ve Yeraltısuyu Kimyası: Akçaşehir Ovası (Karaman) Örneği. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 13(4), 1526-1537.
4. Ataman, G., 1972. Ankara’nın Güneydoğusundaki Granitik/ Granodiyorit Kütlelerden Cefalık Dağ Radyometrik Yaşı Hakkında Ön Çalışma, Hacattepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi 2 (1).
5. Ayan, M., 1963. Contribution a etude petrographique et geologique de la region situee au Nord- Est de Kaman (Turquie) MTA yayını No. 115, 332.
6. Çelik, H., 1995. Boğazlıyan Havzası (Yozgat) Hidrojeoloji İncelemesi. Yayınlanmamış Yüksek Lisans Tezi. Hacettepe Üniversitesi, Türkiye.
7. Datta, P.S., Tyagi, S.K., 1996. Major Ion Chemistry of Groundwater in Delhi Area: Chemical Weathering Processes and Groundwater Flow Regime. Journal of Geological Society India, 47:179–188.
8. Davraz, A., Şener, Ş., Şener, E., 2024. Dağbeli Köyü (Antalya) Güneyi Kireçtaşı Akiferinin Hidrojeokimyasal Özellikleri, Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 12(3), 544-556.

9. Dönmez, M., Akçay, A.E., Kara, H., Yergök, A.F., Esentürk, K., 2005. Yozgat J34 Paftası, No:48. MTA Jeoloji Etüt Dairesi.
10. Froger, J.L., Lénat, J.F., Chorowicz, J., Le Pennec, J.L., Bourdier, J.L., Köse, O., Zimitoglu, O., Gündogdu, N.M., Gourgaud, A., 1998. Hidden Calderas Evidenced by Multisource Geophysical Data: Example of Cappadocian Calderas, Central Anatolia. Journal of Volcanology Geothermal Research, 85, 99–128.
11. Freeze, R. A., Cherry, J. A., 1979. Groundwater (p. 604). Englewood Cliffs: Prentice Hall.
12. Gibbs, RJ., 1970. Mechanism Controlling World Water Chemistry. Sciences 170, 795–840.
13. İ.T.A.S.H.Y., 2005. İnsani Tüketim Amaçlı Sular. Türk İçme Suyu Standartları TS 266 sayılı standart , Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
14. Katz B.G., Coplen T.B., Bullen T.D., Davis J.H., 1998. Use of Chemical and Isotopic Tracers to Characterize the Interaction between Groundwater and SurfaceWater in Mantled Karst. Groundwater, 35, 1014-1028.
15. Ketin, İ., 1955. Yozgat Bölgesinin Jeolojisi ve Orta Anadolu Masifinin Tektonik Durumu. Türkiye Jeoloji Kurumu (TJK) Bülteni, 6:1, 1-40.
16. Koçak, A., 1997. Kozaklı Jeotermal Alanının Su kimyası ve Rezervuar Sıcaklığının İncelenmesi. Doktora Tezi. Hacettepe Üniversitesi, Türkiye.
17. Kolay, E., Koçak, İ., Temiz, U., 2017. Jeotermal Sahalarda Karşılaşılan Sorunlara Yozgat’ tan Örnekler. II. Uluslar Arası Bozok Sempozyumu, Bildiri Kitabı, 4-6 Mayıs 2017, 51-70.
18. KOP Bölge Kalkınma İdaresi Başkanlığı, 2020. Jeotermal Kaynakların Değerlendirilmesi Projesi, Yozgat İli Raporu, [Çevrimiçi] Erişim:https://www.kalkinmakutuphanesi.gov.tr/dokumanflipbook/jeotermal-kaynaklarin-degerlendirilmesi-projesi-yozgat-ili-raporu/2013.
19. Kumar, M., Ramanathan, A.L., Rao, M.S., Kumar, B., 2006. Identification and Evaluation of Hydrogeochemical Processes in the Groundwater Environment of Delhi, India. Environmental Geology, 50, 1025–1039.
20. Kumar, M., Kumari, K., Singh, U.K., Ramanathan, A.L. 2009. Hydrogeochemical Processes in the Groundwater Environment of Muktsar, Punjab: Conventional Graphical and Multivariate Statistical Approach. Environmental Geology, 57, 873- 884.
21. Kumar Singh, A., Mondal, G.C., Singh, T.B., Singh, S., Tewary, B.K., Sinha, A., 2012. Hydrogeochemical Processes and Quality Assessment of Groundwater in Dumka and Jamtara Districts, Jharkhand, India. Environmetal Earth Science, 67, 2175–2191.
22. Lakshmanan, E., Kannan, R., Senthil Kumar, M., 2003. Major Ion Chemistry and Identification of Hydrogeochemical Processes of Round Water in a Part of Kancheepuram District, Tamil Nadu, India. Environmental Geosciences, 10(4), 157–166.
23. Lund, J., Boyd, T., 2016. Direct Utilization of Geothermal Energy 2015 Worldwide Review. Geothermics, 60, 66-93.
24. Maden, N., 2012. Geophysical Approach for the Detection and Evaluation of Geothermal Energy Potential Stimulated from Geology and Tectonics in Cappadocia Region (Central Turkey). Geothermal Energy, Technology and Geology, 6, 169–192.
25. Maya A.L., Loucks M.D., 1995. Solute and Isotopic Geochemistry and Groundwater Flow in the Central Wasatch Range, Utah. Journal of Hydrology, 172 (1-4), 31-59.
26. Mayback, M., 1987. Global Chemical Weathering of Surficial Rocks Estimated from River-Dissolved Loads. American Journal of Science, 287, 401–428.
27. McLean, W., Jankowski, J., 2000. Groundwater Quality and Sustainability in an Alluvial Aquifer, Australia. In: Sililo et al (eds) Proceedings of XXX IAH Congress on Groundwater: Past Achievements and Future Challenges. Cape Town, South Africa, 26th November-1st December, AA Balkema, Rotterdam, Brookfield.
28. Ok, G., 2007. Kozaklı (Nevşehir) ve Terme (Kırşehir) Sıcak Ve Mineralli Sularının Su Kimyası Ve İzotopik Yöntemlerle Karşılaştırılması, Tıbbi ve Biyoiklimsel Değerlendirmesi. Yüksek Lisans Tezi. Niğde Üniversitesi, Türkiye.
29. Özulukale, S., Şimşek, Ş., 2015. Saraykent (Yozgat) Jeotermal Sularının Hidrojeokimyasal Değerlendirilmesi. Ulusal Mühendislik Jeolojisi Sempozyumu, 3-5 Eylül 2015, Bildiri Kitabı: 513-520 Trabzon, Turkey.
30. Pasquare, G., 1968. Geologie of the Cenozoic Volkanic Area of Central Anatolia, Atti della Acad No. Delince; menorie serie VIII, IX, 55 – 204 Roma.
31. Pasvanoğlu, S., Chandrasekharam, D., 2011. Hydrogeochemical and Isotopic Study of Thermal and Mineralized Waters from the Nevşehir (Kozakli) Area, Central Turkey. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 202, 241-250.
32. Pazand, K., Hezarkhani, A., Ghanbari, Y., Aghavali, N., 2012. Geochemical and Quality Assessment of Groundwater of Marand Basin, East Azarbaijan Province, Northwestern Iran. Environmental Earth Science, 67, 1131–1143.
33. Piper, A. M., 1944. A Graphic Procedure in the Geochemical Interpretation of Water Analyses. Trans. Amer. Geophys. Union, 25, 914-923.
34. Rajesh, R., Brindha, K., Murugan, R., Elango, L., 2011. Influence of Hydro-geochemical Processes on Temporal Changes in Groundwater Quality in a part of Nalgonda District, Andhra Pradesh, India. Environmental Earth Sciences, 65, 1203–1213.
35. Rajmohan, N., Elango, L., 2004. Identification and Evolution of Hydrogeochemical Processes in the Groundwater Environment in an Area of the Palar and Cheyyar River Basins, Southern India. Environmental Geology, 46, 47–61.
36. Schoeller, H., 1955. Gechemie des Eaux Souterranes. Rev. Inst. Franc. Petrole, Paris, 10. No. 3-4.
37. Schoeller, H., 1965. Qualitative Evaluation of Groundwater Resources. In: Methods and Techniques of Groundwater Investigations and Development. Water Resources Series, 33, 54-58, UNESCO, Paris.
38. Schoeller, H., 1967. Qualitative Evaluation of Groundwater Resources. In Methods and techniques of Groundwater Investigation and Development. Water Research Series, 44–52, UNESCO, Paris.
39. Seymen, İ., 1982. Kaman Dolayında Kırşehir Masifinin Jeolojisi. Doçentlik Tezi. İstanbul Teknik Üniversitesi, Türkiye.
40. Subba Rao, N., 2006. Seasonal Variation of Groundwater Quality in a part of Guntur District, Andhra Pradesh, India. Environmental Geology, 49, 413–429.
41. Subramani, T., Rajmohan, N., Elango, L., 2010. Groundwater Geochemistry and Identification of Hydrogeochemical Processes in a Hard Rock Region, Southern India. Environmental Monitoring and Assessment, 162, 123–137.
42. Şahinci, A., 1991. Doğal Suların Jeokimyası, Reform Matbaası, 548s, İzmir.
43. Şener, M.F., Şener, M., Uysal, I.T., 2017. The Evolution of the Cappadocia Geothermal Province, Anatolia (Turkey): Geochemical and Geochronological Evidence. Hydrogeology, 25, 2323–2345.
44. Şener, Ş., Erhan, Ş., 2021. Şefaatli (Yozgat) Doğusu Su Kaynaklarının Hidrojeolojik ve Hidrojeokimyasal İncelemesi, Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 9(1), 126-138.
45. Şengör, A.M.C., Canıtez, N., 1982. The North Anatolian Fault. In: Berckhemer, H., Hsu, K. (Eds.), Alpine–Mediterranean Geodynamics: Am. Geophys. Union, Geodynamic Series, 7, 205–216.
46. Tay, C.K., 2012. Hydrochemistry of Groundwater in the Savelugu–Nanton District, Northern Ghana. Environmental Earth Science, 67, 2077–2087.
47. Temel, A., Gundogdu, M.N., Gourgaud, A., 1998. Petrological and Geochemical Characteristics of Cenozoic Alkaline Volcanism in Konya, Central Anatolia, Turkey. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 85, 327–354.
48. WHO, 2022. World Health Organization, Guidelines for Drinking‐Water Quality, Fourth Edition Incorporating the First and Second addenda. ISBN 978-92-4-004506-4.
49. Yılmaz, E., Şimşek, Ş., 2013. Observation Studies of Wells in Sorgun Geothermal Field (Yozgat-Turkey). European Geothermal Congress, 3-7 June 2013, Pisa, Italy.
50. Yılmaz Turalı, E., Şimşek, Ş., Koç, K., 2016. Hydrogeochemical Investigation of Yerköy (Yozgat-Turkey) Geothermal Waters. European Geothermal Congress, 19-24 September 2016, Strasbourg, France.