Hydrogeochemistry and Geothermometer Applications to Afyonkarahisar Geothermal Fields

Abstract

The geothermal fields of Afyonkarahisar differ from each other with respect to their temperature and the chemical composition. Ömer-Gecek, Gazlıgöl, Heybeli and Sandıklı geothermal fields are classified as Na-Cl-HCO3, Na-HCO3, NaCa-HCO3-SO4 and Na-Ca-SO-HCOtype waters, respectively. The concentrations of As (except Gazlıgöl), B and F in all fields are above the recommended standard values. The Na and Cl concentrations in Ömer-Gecek geothermal waters are the highest compared to other regions. In Comparison with other regions, Gazlıgöl field has high HCO3 and low SO4 concentrations. Generally, geothermal waters of Ömer-Gecek are of deep origin, while that of Gazlıgöl, Sandıklı and Heybeli are of shallow origin and mixed with groundwater. The geothermal waters of ÖmerGecek are close to the partial equilibrium region. Geothermal waters of Gazlıgöl, Sandıklı and Heybeli region plotted in the immature waters field. Among the chemical geothermometers applied to Afyonkarahisar geothermal fields, quartz geothermometers gave the most appropriate result. According to these calculations, Ömer-Gecek, Gazlıgöl, Sandıklı and Heybeli waters have reservoir temperatures ranging between 130-147 °C, 104-119 °C, 100-120 °C and 74-91 °C, respectively

Keywords

• Afyonkarahisar
• Ömer-Gecek
• Gazlıgöl
• Sandıklı
• Heybeli
• Hydrogeochemistry
• Geothermometer

Afyonkarahisar Jeotermal Sahalarının Hidrojeokimyası ve Jeotermometre Uygulamaları

Abstract

Afyonkarahisar bölgesindeki jeotermal sahaların sıcaklıkları ve kimyasal bileşimleri birbirinden farklıdır. Ömer-Gecek sahasındaki jeotermal sular Na-Cl-HCO3 tipli sular, Gazlıgöl sahasındaki jeotermal sular Na-HCO3 tipli sular, Heybeli sahasındaki jeotermal sular Na-Ca-HCO3-SO4 tipli sular, Sandıklı sahasındaki jeotermal sular ise Na-Ca-SO4-HCO3 tipli sular olarak sınıflandırılmaktadır. Tüm sahalarda As (Gazlıgöl hariç), B ve F konsantrasyonları önerilen standart değerin üzerindedir. Ömer-Gecek jeotermal sularında Na ve Cl değerleri, diğer bölgeler ile kıyaslandığında en yüksektir. Gazlıgöl bölgesinde ise diğer bölgelere göre yüksek HCO3 ve düşük SO4 değerleri dikkat çekmektedir. Genel olarak Ömer-Gecek jeotermal sularının derin kökenli, Gazlıgöl, Sandıklı ve Heybeli jeotermal sularının sığ kökenli ve yeraltısuyu ile karışmış sular olduğu söylenebilir. Ömer-Gecek bölgesindeki jeotermal sular, kısmi denge bölgesine yakındır. Gazlıgöl, Sandıklı ve Heybeli bölgesindeki jeotermal sular ise denge durumundan oldukça uzak, olgun olmayan sular grubuna girmektedir. Afyonkarahisar bölgesi jeotermal sularına uygulanan kimyasal jeotermometreler arasında kuvars jeotermometreleri daha uygun sonuçlar vermiştir. Bu hesaplamalara göre Ömer-Gecek jeotermal suları 130-147 oC, Gazlıgöl jeotermal suları 104-119 oC, Sandıklı jeotermal suları 100-120 oC ve Heybeli jeotermal suları 74-91 oC arasında değişen rezervuar sıcaklıkları vermiştir.

Keywords

• Afyonkarahisar
• Ömer-Gecek
• Gazlıgöl
• Sandıklı
• Heybeli
• Hidrojeokimya
• Jeotermometre

References

1. Afşin, M., 1991. Afyon-Sandıklı Kuruçay Ovası ve Hüdai Kaplıcalarının Hidrojeoloji İncelemesi. AÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi (yayınlanmamış), 330 s., Ankara.
2. Akkuş, İ., Akıllı, H., Ceyhan, S., Dilemre, A., Tekin, Z., 2005. MTA Genel Müdürlüğü, Türkiye Jeotermal Kaynakları Envanteri, Envanter serisi 201, 849s., Ankara.
3. APHA-AWWA-WEF, 2005. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 21st edition, In: Eaton AD, Clesceri LS, Rice EW, Greenberg AE (eds); American Public Health Association, Washington, D.C.
4. Arnorsson, S., 2000. Isotopic and Chemical Techniques in Geothermal Development and Use, Vienna: International Atomic Energy Agency.
5. Arnorsson, S., Gunnlaugsson, E., Svavarsson, H., 1983a. The Chemistry of Geothermal Waters in Iceland-III. Chemical
6. Investigations. Geochim. Cosmochim. Acta, 47, 567- 577. in
7. Geothermal Arnorsson, S., Gunnlaugsson, E., Svavarsson, H., 1983b. The Chemistry of Geothermal Waters in Iceland-II. Mineral Equilibria and Independent Variables Controlling
8. Cosmochim. Acta, 47, 547-566. Compositions,

9. Geochim. Baba, A., 2004. Environmental impact of the utilization of a geothermal area. Journal of İstanbul Kültür University, 1, 33-38.
10. Baba, A., Armannsson, H., 2006. Environmental impact of the utilization of geothermal areas. Energy Source Part 10.1080/15567240500397943. 267-278,
11. DOI: Bhattacharya, P., Jacks, G., Ahmed, K. M., Routh, J., Khan, A.A., 2002. Arsenic in groundwater of the Bengal Delta Plain Aquifers in Bangladesh. Bull. Environ. Contam. Toxicol., 69, 538–545.
12. Calmbach, L., 1999. AquaChem Computer Code- Version 3.7: Aqueous geochemical analyses, plotting and modelling. Waterloo Hydrogeologic, Waterloo, Ontario, Canada, 184 p.
13. Dean, W.T., Özgül, N., 1994. Cambrian rocks and faunas, Hüdai area, Taurus Mountains, southwestern Turkey. Bull. Instit. R. Sci. Naturale de Belgique- Science de la Terre, 64, 5-20.
14. Demer, S., Memiş, Ü., Özgür, N., 2013. Investigaton of hydrogeochemical properties of the Hüdai (Afyon- Sandıklı) geothermal systems, SW Turkey. J. Earth Syst. Sci., 122, 4, 1081–1089.
15. DMSHY, 2004. Sağlık Bakanlığı Doğal Mineralli Sular Hakkında Yönetmelik. 5686 sayılı Jeotermal Kaynaklar ve Doğal Mineralli Sular Kanunu ile ilgili diğer mevzuat. TMMOB Jeoloji Mühendisleri Odası, yayın no: 101, 133 s.
16. EPA, 2002. U.S. EPA, Standart methods for the examination of water and wastewater American Publish Health Assoc.
17. Erdoğan, B., Uchmann, A., Güngör, T. ve Özgül, N., 2004. Lithostratigraphy of the Lower Cambrian metaclastics and their age based on trace fossils in the Sandıklı region, southwestern Turkey. Geobios, 38, 346–360.
18. Erişen, B., 1972, Afyon-Heybeli (Kızılkilise) araştırma sahasının jeolojisi ve jeotermal olanakları. MTA Rapor No. 5490, 74s., (yayınlanmamış), Ankara.
19. Erişen, B., 1976. Afyon bölgesi Ömer-Gecek jeotermal alanında yapılan AF-1 ve AF-3 sondajlarına ilişkin kuyu bitirme raporu, MTA Der. Rap. No:5623, 96s., (yayınlanmamış), Ankara.
20. Fournier, R. O., 1977. Chemical Geothermometers and Mixing Models for Geothermal Systems. Geothermics, 5, 41-50.
21. Fournier, R.O., 1979. A Revised Equation for the Na/K Geothermometer. GRC Transac., 3.
22. Fournier, R. O. ve Potter, R. W., II, 1982. An Equation Correlating the Solubility of Quartz in Water from 25o to 900 oC at Pressures up to 10.000 bars. Geochim. Cosmochim. Acta, 46, 1969-1974.
23. Fournier, R.O. ve Truesdell, A.H., 1973. An Empiricial Na-K-Ca Geothermometer for Natural Waters. Geochim. Cosmochim. Acta, 37, 515-525.
24. Gemici, Ü., Tarcan, G., 2004. Hydrogeological and hydrogeochemical features of the Heybeli Spa, Afyon, Turkey: Arsenic and other contaminants in the thermal waters. Bull. Environ. Contam. Toxicol., 72, 1107-1114.
25. Giggenbach, W.F., 1988. Geothermal Solute Equilibria. Derivation of Na-K-Mg-Ca Geoindicators. Geochim Cosmochim Acta, 52, 2749-2765.
26. Giggenbach, W.F., 1983. Gonfiantini, R., Jangi, B.L., Truesdell, A.H., Isotopic and chemical composition of Parbati Valley geothermal discharges, NW Himalaya, Indiana. Geothermics, 5, 51-62.
27. Giggenbach, W.F., 1991. Chemical techniques in geothermal exploration. In: D’Amore, F., coordinator), Application of geochemistry in geothermal reservoir development. UNITAR/UNDP publications, Rome, 119- 143.
28. Göçmez, G., ve Kara, İ., 2005. Geological and hydrogeological study of Afyon-Gazlıgöl geothermal field. World Geothermal Congress, Proceedings, 24-29 April 2005, Antalya, 1-5.
29. Gökalp, E., 1970. Gazlıgöl (Afyon) sıcak suları etüt raporu. MTA Rapor No:4366, (yayınlanmamış), Ankara.
30. Günay, Y., Derman, A.S., Kozlu, H., Göncüoğlu, C.M. ve Gül, M.A., 1995. Stratigraphy of Lower Paleozoic in Southern Turkey, IGCP Project 351-Early Paleozoic Evolution in NW Gondwana Excursion Guide Book, 3- 9.
31. Gürsu, S. ve Göncüoğlu, M. C., 2005. Early Cambrian back-arc volcanism in the Western Taurides, Turkey: implications for the rifting along northern Gondwanan margin. Geol Mag. 142(5).
32. İTSHY, 2005. Sağlık Bakanlığı: İnsani Tüketim Amaçlı Sular Hakkında Yönetmelik, 17.02.2005 tarih ve 25730 sayılı Resmi Gazete.
33. Karamanderesi, İ. H., 1972. Afyon K24-b paftası detay jeoloji etüdü ve jeotermal alan olanakları hakkında rapor. MTA Rapor No:5733, (yayınlanmamış), Ankara. Karamanderesi. İ. H., 2008. Afyonkarahisar jeotermal sahalarının jeolojik ve mineralojik evrimi. Termal ve Maden Suları Konferansı. A. E. Türker, A. Yıldız (editörler), Bildiriler kitabı. 24-25 Nisan 2008, 55-69, Afyonkarahisar.
34. Kharaka, Y. K. ve Mariner, R. H., 1989. Chemical Geothermometers and Their Application to Formation Waters from Sedimentary Basins. In Naeser, N. D. and McCollin, T. H., editors, Thermal History of Sedimantary Basins, Springer-Verlag, 99-117.
35. Kharaka, Y.K., Gunter, W.D., Aggarwal, P.K., Perkins, E.H., ve Debraal, J.D., 1988. SOLMINEQ.88: A computer program for geochemical modeling of water-rock interactions. U.S. Geol. Surv. Water Res. Inv. Rep. 88- 4227, 420 p.
36. Kozlu, H., Göncüoğlu, M.C., 1995. Infracambrian units in Sandıklı area. (eds: Göncüoğlu M.C. and Derman A.S.) Guide Book to Early Palaeozoic in NW Gondwana. Turkish Association Petroleum Geologists Special Publication, 2, 11–13.
37. Kozlu, H., Göncüoğlu, M.C., 1997. Stratigraphy of the Infracambrian rock-units in the western Taurides and their correlation with similar units in Southern Turkey. (eds: Göncüoğlu M.C. and Derman A.S.) Early Palaeozoic in NW Gondwana. Turkish Association Petroleum Geologists Special Publication, 3, 50–61.
38. Kristmannsdottir, H., Armannsson, H., 2003. Environmental aspects of geothermal energy utilization. Geothermics, 32, 451-461.
39. Memiş, Ü., Demer, S., Özgür, N., 2010. Afyon-Sandıklı Hüdai jeotermal sisteminin rezervuar sıcaklığının araştırılması. Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 14(3), 293-299.
40. Metin, S., Genç, I., Bulut, V., 1987. Afyon ve dolayının jeolojisi, MTA Rapor No:8103, (yayınlanmamış), Ankara.
41. Mutlu, H., 1996, Geochemical assesment of thermal waters from the Afyon geothermal area: Geothermometry applications and fluid-mineral equilibria., Ph. D. Thesis,, Middle East Technical University, Graduate School of Natural and Applied Sciences, 169p (yayımlanmamış), Ankara.
42. Nicholson, K., 1993. Geothermal fluids, chemistry and exploration techniques. Springer-Verlag, Berlin, 263p. Nivea, D. ve Nivea R., 1987. Developments in Geothermal Energy in Mexico. Part 12, A Cationic Geothermometer for Prospecting of Geothermal Resources. Heat Recovery Systems and CHP, 7, 243- 258.
43. NRC, 1999. Arsenic in Drinking Waters. Subcommittee on Arsenic in Drinking Water, National Research Council. National Academy Press, 330 p.
44. Öktü, G., Kara, I . ve Önder, I ., 1997. Afyon ilinde yeralan Ömer-Gecek-Uyuz Hamamı Alaplı-Kızık Hamamı ve Gazlıgöl jeotermal sahalarının detay etüdü, MTA Rapor No:10027, 41s., (yayınlanmamış ), Ankara. Özgül, N., Bölükbaşı, S., Alkan, H., ve Öztaş, Y., 1991. Göller bölgesi ve Ispartanın Jeolojisi ve Stratigrafisi. TPAO arama grubu rapor no: 3028, 321 s., Ankara (yayımlanmamış).
45. Özpınar, Y., 2008. Sandıklı (Afyon) Yöresinde Şabazit ve Fillipsit Mineralleri İçeren Tüflerin Minerolojik Petrografik ve İyon Değiştirme Özellikleri ve Tarımda Kullanılması, GB Anadolu, Türkiye, MTA Dergisi, 137, 27-47.
46. Richards, L.A., 1954. Diagnosis and improvement of saline and alkali soils. US Department of Agriculture, Handbook 60, 160p.
47. Tonani, F., 1980. Some Remarks on the Application of Geochemical Techniques in Geothermal Exploration. Proceedings, Adv. Eur. Geoth. Res. Second Symp., 428- 443.
48. 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, CA, U. S. Government Printing Office, 1, 13-39, Washington, D. C.
49. Truesdell, A.H. ve Fournier, R.O., 1975. Calculation of Deep Temperatures in Geothermal Systems form the Chemistry of Boiling Spring Waters of Mixed Origin. Proc. Second UN Symposiumon Geothermal Resources, San Franscisco, CA, 837-844.
50. TS266, 2005. Sular - İnsani tüketim amaçlı sular, TS- 266, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
51. Ulutürk, Y., 2009. Ömer-Gecek (Afyonkarahisar) Dolayının Jeolojisi ve Suların Kökensel Yorumu. SDÜ Fen
52. (yayınlanmamış), 178s. Doktora
53. Tezi Ulutürk, Y., yıldız, A., Bağcı, M. ve Özdeğirmenci, N., 2008. Kızılay (Gazlıgöl-Afyonkarahisar) Maden Suyunun Koruma Alanlarının Belirlenmesi. Termal ve Maden Suları Konferansı. A. E. Türker, A. Yıldız (editörler), Bildiriler kitabı. 24-25 Nisan 2008, 381- 393, Afyonkarahisar.
54. WHO, 1993. WHO (World Health Organization) Guidelines for Drinking Water Quality. Health Criteria and Other Supporting Information, vol. 2. WHO, Geneva.
55. WHO, 2006. WHO (World Health Organization) Guidelines for Drinking Water Quality. Guidelines for drinking water quality. First addendum to third edition, vol. 1, Rec., WHO Publ., Geneva, 494 p.