Tunceli-Pertek Jeotermal Alanındaki Sıcak ve Soğuk Suların Hidrojeokimyasal Özellikleri

Abstract

Pertek jeotermal alanı, Tunceli ilinin güneybatısındaki Singeç vadisi yakınında yer almaktadır ve hidrojeolojik ve jeotermal olarak şimdiye kadar çalışılmamıştır. Alandaki en baskın kaya tipi, esas olarak kireçtaşı ve mermerden oluşan Paleozoyik yaşlı Keban Metamorfitleri’dir. Mesozoyik ve Senozoyik yaşlı magmatik ve sedimanter birimler ise yaşlıdan gence doğru Pertek Magmatitleri (Üst Kretase), Harami Formasyonu (Maestrihtiyen), Kırkgeçit Formasyonu (Orta Eosen-Üst Oligosen), Karabakır Formasyonu (Üst Miyosen-Pliyosen) ve alüvyon (Kuvaterner) dur.  Esas olarak kireçtaşı ve mermerden oluşmuş Keban Metamorfitleri, Pertek Magmatitleri tarafından intrüzyona uğramış ve yer yer Kırkgeçit Formasyonu tarafından örtülmüştür. Tektonik olarak oldukça aktif bir bölgede bulunan Pertek jeotermal alanında, Keban Metamorfitleri’nin Pertek Magmatitleri üzerine bindirmesi, doğrultu atımlı Pertek Fayı’nın ve normal faylar ile makaslama kırıklarının etkisiyle, Keban Metamorfitleri’nin porozite ve permeabilitesi çok artmış ve akifer özelliği kazanmıştır. Bu nedenle, Pertek jeotermal alanındaki hem soğuk hem de sıcak suların hazne kayasını oluşturmuştur. Bu hazne kayanın ana beslenme sahası Singeç vadisinin kuzeyinde, boşalma alanı ise bu vadinin güneyindedir. Bu beslenme sahasında, sadece sınırlı alanlarda, yarı geçirimli sedimenter (Kırkgeçit Formasyonu) ve volkanik örtü kayaları (Karabakır Formasyonu) bulunduğu için, Pertek jeotermal sistemi bir açık sistemdir. Hem sıcak hem de soğuk sularda en fazla bulunan katyon Ca⁺² , anyon ise HCO₃^-dır. IAH (1979) su sınıflandırma yöntemine göre, sıcak ve soğuk sular, soğuk mineralli su ve dere suyu Ca-Mg-HCO3 tipinde, Keban barajının göl suları ise Ca-Mg-HCO3-SO4 tipindedir. Soğuk kaynak suları içilebilir özellikte, fakat sıcak ve soğuk mineralli sulardaki Ca, Mg, K, Mn, As ve B gibi elementlerin derişimi içme suyu standartlarının üzerindedir. Sıcak sular genel olarak kalsit, aragonit, kalsedon, kuvars ve dolomit minerallerine doygundur. Rezervuar sıcaklıkları silis ve katyon jeotermometre hesaplamalarına göre 74-105°C arasında değişmektedir. Entalpi-silis karışım modeline göre rezervuar sıcaklığı 80-225°C arasında ve sıcak suya soğuk su karışımının oranı ise %60-88 arasındadır. İzotop analizlerine göre, Pertek jeotermal alanındaki soğuk sular sığ, sıcak sular derin dolaşımlı, meteorik kökenli ve sırasıyla modern ve sub-modern sulardır.

Keywords

• Hidrojeokimya,izotop kimyası,jeoloji,jeotermal,Pertek,Tunceli

Hydrogeochemical Properties of Hot and Cold Waters in Tunceli-Pertek Geothermal Area

Abstract

The Pertek geothermal area is located near the Singec valley to the southwest of Tunceli and this field has not been previously studied in terms of hydrogeology and geothermal. The dominant rock type in the area is the Permian-Triassic aged Keban Metamorphites which are be limestone and marble. The younger magmatic and sedimentary units (Upper Cretaceous-Pertek Magmatites, Middle Eocene-Upper Oligocene-Kırkgeçit Formation, Upper Miocene-Pliocene-Karabakır Formation and Quaternary-alluvium) have contact with these metamorphics. In addition to the tectonic activity of the region, the dominant lithology of Keban metamorphites (limestone and marble), intra-unit thrust faults and normal faults, shear fractures and cracks increased the porosity and permeability of Keban metamorphics. Therefore, the most important aquifer in the region is the Keban metamorphites and these metamorphites are also the reservoir rock of the hot water in the Pertek geothermal area. The area of feeding of the groundwater in the reservoir rock is located in the north of the Singec valley and the discharge area is in the south of this valley. The feeding field of this reservoir rock is to the north of the Singec valley and the discharge area to the south of this valley. The Pertek geothermal system is an open system, since only limited areas contain semi-permeable sedimentary (Kırkgeçit Formation) and volcanic cover rocks (Karabakır Formation) in the main feeding field. The pH and electrical conductivity of the thermal waters in the system are between 6,18-7,55 and 816-2330 μS / cm respectively. The surface temperatures range from 25.5 to 38.2 ºC. The pH and electrical conductivity values ​​of cold water are between 7.52-8.31 and 402-472 μS / cm respectively. The most common cation in both hot and cold waters is Ca ²⁺ and the anion is HCO₃^-. According to IAH (1979) water classification method, hot and cold water, cold mineral water and stream water are of Ca-Mg-HCO3 type, and the lake waters of Keban dam are Ca-Mg-HCO3-SO4 type. Cold spring water is drinkable, but in hot and cold mineral waters the concentration of elements such as Ca, Mg, K, Mn, As and B is above the drinking water standards. The hot waters are generally saturated with calcite, aragonite, chalcedony, quartz and dolomite minerals. Reservoir temperatures are between 74-105°C according to silica and cation geothermometer calculations. According to the enthalpy-silica mixture model, the reservoir temperature is between 80-225 °C and the ratio of cold water mixture to hot water is between 60-88%. According to the isotope analysis, the cold waters in the Pertek geothermal area are shallow, the hot waters are deeply circulated, meteoric origin and respectively modern and sub-modern waters.

Keywords

• Hydrogeochemistry,isotope chemistry,geology,geothermal,Pertek,Tunceli

References

1. Akkuş, A., 2016. Pertek jeotermal alanının hidrojeokimyasal özelliklerinin incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Tunceli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Tunceli, 126s.
2. Akkuş, İ., 2017. Neden jeotermal enerji? Türkiye için önemi, hedefler ve beklentiler. Mavi Gezegen Dergisi, 23:25-39.
3. Aksoy, E., 1994. Pertek (Tunceli) Çevresinin Jeolojik Özellikleri ve Pertek Bindirme Fayı. Fırat Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 6 (2): 1-18.
4. Bingöl, A.F., 1984. Geology of the Elazığ area in the Eastern Taurus region. Proceedings of the Int. Symp. on the Geology of the Taurus Belt, Ankara, s.209-216.
5. Bingöl, A.F., 1988. Petrographical and petrological features of intrusive rocks of Yüksekova Complex in the Elazığ region (Eastern Taurus). The Journal of Fırat University, 3 (2): 1-7.
6. Bingöl, A.F., Beyarslan, M., 1996. Elazığ Magmatitleri’nin Jeokimyası ve Petrolojisi. 30. Yıl Sempozyumu Bildirileri, Trabzon, s. 208-224.
7. Calmbach, L., 1997. AquaChem Computer Code-Version 3.7.42, Waterloo hydrogeologic. Waterloo, Ontario, Canada N2L 3L3.
8. Craig, H., 1961. Isotopic Variations in Meteoric Waters. Science, 133, 1833-1834.

9. Çetindağ, B., 1985. Palu-Kovancılar (Elazığ) dolayının hidrojeoloji incelemesi, Yüksek Lisans Tezi, Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ, 110s.
10. Çimen, O., Toksoy Köksal, F., Öztüfekçi Önal, A., Örgün Tutay Y., 2015. Environmental Contamination of Heavy Metals and Chrysotile Asbestos in The Munzur and Pulumur Streams (Tunceli, Turkey). Ofioliti, 40 (1), 27-36. doi: 10.4454/ofioliti.v40i1.4337.
11. Davraz, A., Balın, D., 2015. Çöl (Haydarlı/Afyon) Ovasının Hidrojeolojik ve Hidrojeokimyasal Değerlendirilmesi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 15, 035801, 1-13.
12. Dilsiz, C., 2006. Conceptual hydrodynamic model of the Pamukkale hydrothermal field, southwestern Turkey, based on hydrochemical and isotopic data. Hydrogeology Journal, 14, 562-572.
13. Elmastaş, N., 2011. Bitlis ili jeotermal su kaynakları. Doğu Coğrafya Dergisi, 19: 89-104.
14. EPA (U.S. Environmental Protection Agency), 2008. National Primary Drinking Water Regulations. U.S. EPA, Office of Water. http://water.epa.gov/drink/contaminants/index.cfm. Fouillac, C., Michard, G., 1981. Sodium/lithium ratio in water applied to geothermometry of geothermal reservoirs. Geothermics, 10: 55-70. Fournier, R.O., 1977. Chemical geotermometers and mixing models for geothermal systems. In: Proceedings of the Symposium on Geothermal Energy. Centro Scientific Programme, Ankara, 199-210.
15. Fournier, R.O., 1985. The behaviour of silica in hydrothermal solutions. Geology and geochemistry of epithermal systems. Society of Economic Geologists, Reviews in Economic Geology, 2: 45-61.
16. Gerçek, C., 2009. Tunceli Pertek Jeotermal Sahası Kaynak Koruma Alanları Etüt Raporu. Pertek Termal, Sağlık, Turizm, Tarım İnşaat ve Tic. A.Ş., Tunceli, 56s.
17. Gerçek, C., 2014. Şerefoğlu Ceviz Bahçesi Hidrojeolojik ve Jeofizik Etüt Raporu. Pertek, Tunceli. Pertek Termal, Sağlık, Turizm, Tarım İnşaat ve Tic. A.Ş., Tunceli, 19s.
18. Giggenbach, W.F., 1988. Geothermal solute equilibria. Derivation of Na-K-Mg-Ca geoindicators, Geochimica et Cosmochimica Acta, 52 (12): 2749-2765.
19. Giggenbach, W.F., Gonfiantini R., Jangi, B.L., Truesdell, A.H., 1983. Isotopic and chemical composition of Partabi valley geothermal discharges, north-west Himalaya, India. Geothermics, 12: 199-222.
20. Hem, J.D., 1985. Study and interpretation of the chemiccal characteristics of natural water. Geological Water Supply, U.S., p.263.
21. Herece, E.İ., Acar, Ş., 2016. Pertek (Tunceli) Dolayının Üst Kretase-Tersiyer Jeolojisi/Stratigrafisi. MTA Dergisi, 153:1-43.
22. IAH., 1979. Map of Mineral and Thermal Water of Europe, Scale: 1:500.000, IAH (International Association of Hydrogeologists), United Kingdom.
23. Khakara, Y.K., Mariner, R.H., 1989. Chemical geothermometers and their application to formation waters from sedimentary basins. In Thermal History of Sedimentary Basins (eds. N. D. Naeser and T. H. McCulloh). Springer, New York, pp. 99–117.
24. Kürüm, S., 1994. Elazığ kuzeybatısındaki genç volkanitlerin petrolojik özellikleri. Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ, 107s.
25. Kürüm, S., Akgül, B., Öztüfekçi Önal, A., Boztuğ, D., Harlavan, Y., Ural, M., 2011. An Example for Arc-Type Granitoids along Collisional Zones: The Pertek Granitoid, Taurus Orogenic Belt, Turkey. International Journal of Geosciences, 2: 214-226.
26. Mutlu, H., 1998. Chemical geothermometry and fluid-mineral equilibria for the Ömer-Gecek thermal waters, Afyon area, Turkey. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 80: 303-321.
27. Okan, Ö., 2004. Kolan (Karakoçan) sıcak su kaynakların hidrojeokimyasal incelemesi, Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ, 114s.
28. Öztüfekçi Önal, A., Boztuğ, D., Kürüm, S., Akgül, B., 2010. Pertek intrüzif kayaçlarında izotopik ve jeokimyasal veriler, Doğu Anadolu, Türkiye. IV. Ulusal Jeokimya Sempozyumu, Fırat Üniversitesi, Elazığ, 26-28 Mayıs, s49-50.
29. 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, inverse geochemical calculations, U.S. Geological Survey Water-Resources Investigations Report, USGS- 99-4259, Reston, Virginia.
30. TS-266, 2005. Sular-İnsani Tüketim Amaçlı Sular (Water intended for human consumption), Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
31. Turan, M., Aksoy, E., Bingöl, A.F., 1993. Doğu Toroslar’ın Jeodinamik Evriminin Elazığ Civarındaki Özellikleri. Fırat Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 7: 1-23.
32. WHO, 2011. Guidelines for drinking water quality. World Health Organization, Fourth Edition, Printed in Malta by Gutenberg, 564s.