The Calculation of Heat Flow in New Boreholes in Menderes Massif: İncirliova, Aydın

Abstract

Heat flow calculations were made for the upper depths of the crust based on the thermal information of the boreholes in two newly opened boreholes in the İncirliova region within the borders of Aydın province in the Aegean Region. The thermal conductivity values and heat flow values were calculated by using the effective method as well as based on the borehole lithology with a geothermic gradient of 53,9±0,08 oC/km and 40±0,12 oC/km. Geothermic gradient values obtained in Efeler 1 borehole vary from 50 to 76°C. The values of 50,82 oC/km, 52,72 oC/km, 63,04 oC/km and 75,94 oC/km were obtained for four separate layers classified for Efeler 1 borehole, respectively. The heat flow for Efeler 1 borehole was calculated as 148,23 mW/m2 with an effective method by using a thermal conductivity of 2,75 W/moC and an average geothermic gradient of 53,9±0,08 oC/km. Likewise, the heat flow for Efeler 2 borehole was calculated as 110,0 mW/m2 by using 2,75 W/moC thermal conductivity and 40±0,12 oC/km average geothermic gradient. These results, which are characterized as high heat flow region, are consistent with the other studies in the region. The heat flow value with 136,3 mW/m2 was calculated for the region by using geothermic gradient (49,57 oC/km) obtained from the Curie Point Depth and the thermal conductivity (2,75 W/m oC) calculated by the effective method based on the borehole lithology. The heat flow calculated from the Curie Point Depth was compared with the heat flow values calculated from the drilled boreholes. it was seen that the heat flow obtained by the Curie Point Depth was low. The reason of this low heat flow is the geothermic gradient calculated for a larger portion of the crust.

Keywords

• Geotermal gradient
• Boreholes measurements
• Heat conductivity
• Heat gradient
• Heat flow
• Aydın and its territory

Menderes Masifinde Yeni Kuyularda Isı Akısı Hesabı: İncirliova, Aydın

Öz

Bu çalışma kapsamında Ege Bölgesi, Aydın ili sınırları içerisinde yer alan İncirliova bölgesinde yeni açılan iki kuyuda (Efeler 1 ve Efeler 2), kuyu içi termal bilgilerine dayanılarak kabuğun üst derinlikleri için ısı akısı hesabı yapılmıştır. Söz konusu bu kuyulara ait elde edilen 53,9±0,08 oC/km ve 40±0,12 oC/km jeotermal gradyan ile kuyu litolojisi incelenerek ve efektik yöntem kullanılarak hesaplanan ısıl iletkenlik değerleri ve ısı akısı değerleri ilk defa bu çalışma ile ortaya konmuştur. Efeler 1 kuyusunda elde edilen jeotermal gradyan değerleri 50 – 76°C arasında değişmektedir. Efeler 1 kuyusu düşey litolojik bilgisine dayanılarak sırasıyla 50,82 oC/km, 52,72 oC/km, 63,04 oC/km ve 75,94 oC/km değerlerine sahip olan dört ayrı tabaka olarak sınıflandırılmıştır. 2,75 W/moC ısı iletkenliği ve 53,9±0,08 oC/km ortalama jeotermal gradyan kullanılarak Efeler 1 kuyusu için efektif yöntem ile ısı akısı 148,23 mW/m2 olarak hesaplanmıştır. Efeler 2 kuyusu için 2,75 W/moC ısı iletkenliği ve 40±0,12 oC/km ortalama jeotermal gradyan kullanılarak ısı akısı 110.0 mW/m2 olarak hesaplanmıştır. Bu sonuçlar bölgede yapılan diğer çalışmalarla uyumludur ve çalışma alanı olan Aydın bölgesinin yüksek ısı akısı bölgesi olarak nitelendirilmesini desteklemektedir. Ayrıca, Curie Nokta Derinliğinden elde edilen 49,57 oC/km jeotermal gradyan ile kuyu litolojisine dayanılarak efektif yöntemle hesaplanan 2,75 W/m oC değerine sahip ısıl iletkenlik değeri kullanılmıştır ve bölge için ısı akısı 136,3 mW/m2 olarak hesaplanmıştır. Curie Nokta Derinliği ile hesaplanan ısı akısı yeni açılan kuyulardan hesaplanan ısı akısı değerleri ile karşılaştırıldığında; Curie Nokta Derinliği ile elde edilen ısı akısının kuyu (Efeler 1) ısı akısı değerinden biraz daha düşük olduğu görülmüştür. Bu durum kabuğun daha büyük bir bölümü için hesaplanan jeotermal gradyandan kaynaklanmaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Jeotermal gradyan
• Kuyu ölçümleri
• Isı iletkenliği
• Isı gradienti
• Isı akısı
• Aydın ve çevresi

Kaynakça

1. Akartuna, M. Nazilli-Aydın hattı kuzeyindeki versanların jeolojisi hakkında. Maden Tetkik ve Arama Enstitü Dergisi 1965; 65: 1-11.
2. Akın, U., Ulugergerli, EU., Kutlu, S. The Assesment of geothermal potential of Turkey by means of heat flow estimation. Bulletin of the Mineral Research and Exploration 2014; 149(149): 201-210.
3. Altunel, E. Geological and geomorphological observations in relation to the 20 September 1899 Menderes Earthquake, Western Turkey. Journal Geology Society 1999; 156: 241–246. http://dx.doi.org/10.1144/gsjgs.156.2.0241.
4. Ambraseys, NN., Finkel, CF. Seismicity of Turkey and neighboring regions 1899–1915. Annual Geophysics 1987; 5B: 701–726.
5. Ambraseys, NN., Finkel, CF. The Seismicity of Turkey and adjacent areas: a historical review, 1500–1800. Eren Publication (ISBN 9757622389), Istanbul, Turkey, 1995.
6. Ari-es Enerji. İzmir ili Seferihisar ilçesi RSC-1 Seferihisar jeotermal enerji santrali 1/1000 ölçekli uygulama imar planı açıklama raporu. Arı-Es Enerji, T.C Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, İzmir 2019.
7. Arpat, E., Bingöl, E. Ege bölgesi graben sisteminin gelişimi üzerine düşünceler. MTA Enstitüsü Dergisi 1969; 73: 1-9.
8. Ayan, M. Gördes Migmatitleri. Maden Tetkik ve Arama Enstitü Dergisi 1973; 81:132-155.

9. Balkan E, Erkan K, Şalk M.. Thermal conductivity of major rock types in western and central Anatolia regions, Turkey. Journal of Geophysics and Engineering 2017; 14(4): 909- 919. doi: 10.1088/1742-2140/aa5831.
10. Balkan-Pazvantoğlu, E., Erkan, K., Şalk, M., Akkoyunlu, BO., Tayanç, M. Surface Heat Flow in Western Anatolia (Turkey) and implications to the thermal structure of the Gediz Graben. Turkish Journal of Earth Sciences 2021; 30: 991-1007. doi:10.3906/yer-2105-28.
11. Başarır, E. Bafa Gölü doğusunda kalan Menderes Masifi güney kanadının jeolojisi ve petrografisi: Science Rep. Science Faculty, Ege Üniversitesi 1970; 102.
12. Bilim, F. Investigations into the tectonic of Kutahya-Denizli region, lineaments and thermal structure western Anatolia, from using aeromagnetic, gravity and seismological data. Physics of the Earth and Planetary Interiors 2007; 165: (3-4), 135-146.
13. Bilim, F., Akay, T., Aydemir, A., Kosaroglu, S. Curie point depth, heat-flow and radiogenic heat production deduced from the spectral analysis of the aeromagnetic data for geothermal investigation on the Menderes Massif and the Aegean Region, western Turkey. Geothermics 2016; 60: 44-57.
14. Blackwell, DD. Heat flow and energy loss in the Western United States, GSA Memoirs 1978; (152): 175–208.
15. Bonner, J., Blackwell, DD., Herrin, ET. Thermal constraints on earthquake depths in California, B. Seismol. Soc. Am. 2003; 93: 2333–2354.
16. Brinkmann, R. Geotektonische gliederung von Westanatolien: N.îb. Geol. Palaon. 1966; 10: 603-618.
17. Brinkmann, R. Das kristalline grundgebirge von Anatolien: Geol Rundsch. 1971; 60: 886-899.
18. Demirtaş R., Yılmaz R. Türkiye’nin sismotektoniği. T.C. Bayındırlık ve İskân Bakanlığı, Ankara 1996.
19. Dolmaz, MN., Hisarli, ZM., Ustaömer T., Orbay, N. Curie Point Depths based on spectrum analysis of the aeromagnetic data, West Anatolian Extensional Province, Turkey, Pure and Applied Geophysics 2005a; 162(3): 571-590.
20. Dolmaz M.N., Ustaömer T., Hisarli Z., Orbay N., Curie Point Depth variations to infer thermal structure of the crust at the African-Eurasian convergence zone, SW Turkey. Earth, Planets and Space 2005b; 57 (5): 373-383.
21. Dora, OÖ. Menderes Masifinde alkali feldispatlarm yapısal durumları ve bunların petrojenetik yorumlarda kullanılması. Türkiye Jeoloji Kurultayı Bulteni 1975; 18(2): 111.
22. Dündar, G. Ege Bölgesi’nin sismotektoniği. Ege Üniversitesi, Fen Bilimleri Ensitütüsü, Yüksek Lisans Tezi, s.71. İzmir, Türkiye, 2010.
23. Egeran, N., Yener, H. Notes explicatives de la carte geoloque de la Turquie, Faille "Izmir" Publish Institute. MTA, 1944.
24. Emre, Ö., Duman, TY., Özalp, S., Elmacı, H., Olgun, Ş. Şaroğlu, F. Açıklamalı Türkiye diri fay haritası. Ölçek 1:1.250.000, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Özel Yayın Serisi-30, Ankara-Türkiye. 2013. ISBN: 978-605-5310-56-1.
25. Erbek, E., Dolmaz, MN. Investigation of the thermal structure and radiogenic heat production through aeromagnetic data for the southeastern Aegean Sea and western part of Turkey. Geothermics 2019; 81: 113-122.
26. Erkan, K., Blackwell, DD. A Thermal test of the post-subduction tectonic evolution along the california transform margin. Geophysics Research Letters 2008; 35: L07309, doi:10.1029/2008GL033479.
27. Erkan, K., Blackwell, DD. Transient thermal regimes in the sierra nevada and baja california outer arcs following the cessation of farallon subduction. Journal of Geophysics Research 2009; 114: B02107, doi:10.1029/2007JB005498.
28. Erkan, K. Geothermal investigations in Western Anatolia using equilibrium temperatures from shallow boreholes. Solid Earth 2015; 6(1): 103–113. doi:10.5194/se-6-103-2015.
29. Fytikas, M., Geothermal exploitation in Greece. In: Strub, A.S. and Ungemach, P.(Eds.). 2nd Int. Sem. on the Results of E.C. Geothermal Energy Research, Strasbourg. Reidel Publication Dordreecht 1980; 213-237.
30. Graeiansks, PDe. Menderes Masifi (Türkiye'nin GB'sı) metamorfik kayaçlarındaki grenaların yapısı hakkında; MadenTetkik ve Arama Enstitü, Dergisi 1965; 65: 11-20.
31. Hisarlı, M. Determination of Curie point depths in Edremit-Susurluk region, Jeofizik 1995; 9(10): 111-117.
32. İlkışık, OM. Kuzeybatı Anadolu’da ısı akısı dağılımı. Jeofizik, 1989; 3: 83-91.
33. İlkışık, OM. Batı Anadolu’da ısı akısı değerlerinin dağılımı. Mühendislik Jeolojisi Bülteni 1991; 12: 35-39.
34. İlkışık, OM. Silica heat flow estimates and lithospheric temperature in Anatolia. Proc. of XI.Con.of World Hydrothermal Org. 13-18.5.1992 İstanbul-Pamukkale 1992; 92-106.
35. İlkışık, OM. Regional heat flow in Western Anatolia using silica temperature estimates from thermal springs. Tectonophysics 1995; 244: 175-184.
36. İlkışık, OM. Ege Bölgesi'nde yerkabuğunun jeotermik yapısı, Teknik Rapor, İstanbul 2008.
37. îzdar, KE. Introduction to geology and metamorphism of the Menderes Massif of Western Turkey, Petrol. Expler. Soc. Libya 1971; 495-500.
38. Jaeger, J.C. Application of the theory of heat conduction to geothermal measurements terrestrial heat flow (Geophysical Monograph Series 8) ed H.K. Lee (Washington, DC: American Geophysical Union) 1965; 24–50.
39. Kaya, A. The effects of extensional structures on the heat transport mechanism: an example from the Ortakçı geothermal field (Büyük Menderes Graben, SW Turkey). Journal of African Earth Sciences 2015; 108: 74-88.
40. Ketin, İ. Anadolu'nun tektonik birlikleri: Maden Tetkik ve Arama Enstitü Dergisi 1966; 66: 20-34.
41. Ketin İ. Genel jeoloji yer bilimlerine giriş cilt 1. İTÜ Maden Fakültesi Ofset Baskı Atölyesi İstanbul, 1982.
42. Koday, Z., Akbaş, F. Aydın İlinin idari coğrafya analizi. Atatürk Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi 2018; 57: 63-91.
43. Nebert, K., Ronner, F. Menderes Masifiğinde ve çevresinde alpidik albitizasyon olayları; Maden Tetkik ve Arama Enstitü Dergisi 1956; 48: 83-96.
44. Ocakoğlu, F., Açıkalın, S., Güneş, G., Özkes, Dirik, K., Özsayın, E. Was the 1899 Menderes Valley Earthquake a double earthquake? Historical and Paleosismological Constraints. Journal Asian Earth Science 2013; 67–68:187–198. http://dx.doi.org/10.1016/j.jseaes.2013.02.026.
45. Pfister, M., Ryback, L., Şimşek, Ş. Geothermal reconnaissance of the Marmara Sea Region (NW Turkey): Surface heat flow density in an area of active continental extension. Tectonophysics 1998; 291(1-4): 77–89. doi: 10.1016/S0040-1951(98)00032-8.
46. Sayın, N., Gürer A. An approach for heat flow determination in the absence of geothermal gradient measurements: west Anatolia example. Arabian Journal of Geosciences 2021; 14: 381. doi: 10.1007/s12517-021-06753-9.
47. Scotford, DM. Metasomatic augen gneiss in Greenschist facies, Western Turkey. Geology Society, America Bulltein 1969; 80: 1079-1094.
48. Schuiling, RD. Menderes Masifine ait bir gözlü gnays üzerinde zirkon etüdü. Maden Tetkik ve Arama Ensttü Dergisi 1958; 51: 38-41.
49. Schuiling, RD. On the petrology, age and structure of the Menderes Migmatites Complex (SW Turkey). Maden Tetkik ve Arama Ensttü Dergisi 1962; 58: 71-84.
50. Serpen, Ü., Aksoy, N., Öngür, T., Korkmaz, ED. Geothermal energy in Turkey. 2008 update, Geothermics 2009; 38: 227–237.
51. Şenol, M. Aydın İli 2012 yılı çevre durum raporu. Aydın Çevre ve Şehircilik İl Müdürlüğü, Aydın,2013.Erişimtarihi:17.01.2021;https://webdosya.csb.gov.tr/db/ced/editordosya/Aydin_icdr2012.pdf.
52. Tester, JW., Anderson, B., Batchelor, A., Blackwell, D., DiPippo, R., Drake, E., Garnish, J., Livesay, B., Moore, MJ., Nichols, K., Petty, S., Toksöz, MN., Veatch Jr., RW., Baria, R., Augustine C., Enda, M., Negraru, P., Richards, M. The Future of geothermal energy: impact of enhanced geothermal systems (EGS) on the United States in the 21st Century, Massachusetts Institute of Technology, 2006.
53. Tezcan, AK., Turgay, MI. Heat flow and temperature distribution in Turkey, ed. by: Cermak, V., Haenal, R., and Zui, V., Geothermal Atlas of Europe, Herman Haack Verlag, Gotha, Germany 1991; 84–85.
54. Utku, M., Sözbilir, H. Aydın-Nazilli Fayının paleosismolojik ön bulguları, Türkiye Kuvaterneri Çalıştayı-IV, Bildiriler Kitapçığı, Makaleler, s. 120-128, 29-30 Mayıs 2003, İstanbul, 2003.
55. Ünal, G. Aydın Bölgesi’nde Yeni İki Kuyu’da Isı Akısı Hesabı. Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Isparta, Türkiye, 2022.
56. Wippern, J. Menderes Masifinin Alpidik dağ teşekkülü için durumu. Maden Tetkik ve Arama Enstitü Dergisi 1964; 62: 71-79.
57. Yanıktepe B., Parlak TK., Kara O. Enerji Tüketimi ve Ekonomik Büyüme İlişkisi: Türkiye. Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 2021; 4(3): 452-465.
58. Yemen, H. Ege Bölgesi ısı akısı dağılımı. Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Ensitütüsü, Yüksek Lisans Tezi, s.101. Isparta, Türkiye, 1999.
59. Yürekli, H., Karaca, Ö. Liquefaction potential analysis and mapping of alluvium soil: a case study in Nazilli-Aydın (West Turkey). Celal Bayar University Journal of Science 2020; 16(1): 15-23.