Menderes masifi kıtasal rift zonlarında yeralan jeotermal sulardaki yüksek bor değerlerinin kökeni

Abstract

11 ÖZET Bu çalışma kapsamında Menderes Masifi kıtasal rift zonlarında yüzeylenen sıcak suların hidrojeolojik, hidrojeokimyasal, izotop jeokimyasal davranışları incelenmiştir. Büyük Menderes, Küçük Menderes ve Gediz kıtasal rift zonlarında gelişen jeotermal alanların birbirleriyle ilişkileri ve bu sularda bulunan yüksek değerlerdeki borun oluşum koşullan belirlenmiştir. Büyük Menderes kıtasal rift zonunda yüzeylenen sıcak sular genellikle Na+-HC03`- S04`2 / Na+-HC03`2 ve Na+- (C1`)-HC03` tipli su özelliğindedir. Buna karşın Gediz kıtasal rift zonunda gelişen jeotermal sular Na+-HC03* / (Na4) Ca+2-HC03`-S04`2 Küçük Menderes kıtasal rift zonunda yüzeylenen Bayındır jeotermal sulan ise Na+- Ca+2-Mg+2-HC037Na+-Ca+2-S04`2-HC03` tipli sulardır. Na+-K+-Ca+2-Mg+2 katyonlan ile Cr-S04`2-HC03` anyonlan Menderes Masifinde bulunan tüm sularda kayaç-su etkileşiminin hakim olduğunu gösterir. Pamukkale dışındaki tüm sahalarda plajiyoklas ayrışması hakimdir. Tüm sahalarda en etkin hidrojeokimyasal süreç, jeotermal alanın bulunduğu farklı litolojiye sahip rezervuar kayaçlar ve sıcak suların etkileşimidir. Bu durum; hidrojeokimyasal verilerle belirgin olarak ortaya çıkmaktadır. Na+-K+-Mg+2 diyagramına göre Büyük Menderes kıtasal rift zonunda yüzeylenen Gölemezli, Tekkehamam, Yenice ve Pamukkale 'deki sıcak sular dengeli olmayan sular, Kızıldere, Salavatlı, Ilıcabaşı ve Germencik sahalan ise su-kayaç ilişkisinin kısmen dengede olduğu sular sınıfına girer. Gediz ve Küçük Menderes kıtasal rift zonunda yüzeylenen jeotermal sular ise dengelenmemiş sular özelliği gösterir. 8180/82H verilerine göre Menderes Masifi kıtasal rift zonlannda yüzeylenen tüm jeotermal sular meteorik su özelliği gösterir. Bu ilişkiye göre Kızıldere, Salavatlı ve Germencik sahalan su kayaç elMleşiminin en yüksek olduğu derin dolaşımlı sular, Pamukkale ve Gölemezli'de bulunan sıcak sular ise hızlı çevrime sahip sığ sular özelliği gösterir. Pamukkale jeotermal alanında trityum değeri 3.3 (TU) iken Germencik jeotermal alanında bu değer 0.7 (TU) değerindedir. Bu durum Pamukkale jeotermal alanında yüksek oranda meteorik soğuk su girişimi ile ilişkilidir. Bu sahalarda düşük sıcaklık ve daha sığ sular etkindir. Salihli jeotermal alanında geniş bir aralık sunan 3H (trityum) değerleri jeotermal sulara graben tektoniği nedeni ile soğuk su gmşiminin etkin olduğunu gösterir. Kurşunlu jeotermal sahasında karstik özellikteki mermerler sığ rezervuar kayalan oluşturur. 3H izotoplan bu alanda meteorik suların fazla kanşımı ile bu veri uyumluluk gösterir. 3H değerinin 3.3±1.3 (TU) değeri Bayındır jeotermal alanındaki sıcak sulara da önemli oranlarda soğuk su kanşımı etkinliğini ifade eder. Salavatlı ve Germencik jeotermal alanlarında Cl` ve Na+ değerleri birbirine yakın ve oldukça yüksektir. Bu alanlarda 8180 değerleri deniz suyuna yakın değerler gösterir. Bu alanda Cl` artışına bağlı olarak trityum değerleri belirgin bir azalma gösterir. Bu alanlarda HC03- / Eanyonlara bağlı olarak yapılan hesaplamalarda tuzlu su karışımı belirlenmiştir. Tüm bu veriler bu alanlarda tuzlu su karışımı olabileceğini işaret eder.Ill Su-kayaç etkileşimi Menderes Masifi kıtasal rift zonlarında yüzeylenen sıcak sularda bulunan bor artışının en büyük nedenidir. Büyük Menderes, Küçük Menderes ve Gediz kıtasal rift zonunda bor değerleri açısından farklılıklar gözlenmiştir. Bu değişiklikler su-kayaç etkileşiminin ve hazne kaya özelliği taşıyan birimlerin farklılığından kaynaklanmıştır. Dolayısıyla sıcak suların etkileşim içerisinde bulunduğu litolojinin önemini ortaya çıkmaktadır. Burada, gnays/mikaşist sıcak su etkileşimi sıcak sularda bor artışına neden olmaktadır. Bor, ikincil Na ve K- feldspatlarda bu minerallerin yapışma katılır. Borun tetrahedral kristal kafes uzunluğu Si-O'dan küçüktür. Bor tetrahedral kristal kafes yapısı içinde Si ve Al yerine geçebilir (Christ ve Harder, 1969; Grew ve Anovitz 1996). Zira kafes boyutu Al-oksit (1.76 A°) ve B-oksit (1.48 A°) iyonik yarıçaplarına bağlıdır. Menderes Masifi kıtasal rift zonlarında bulunan sıcak sular bikarbonat tipli sulardır ve akışkan içinde CO2 gazı bulunur. CO2 gazı ve sıcaklık bor taşıyan minerallerin çözünürlüğünü arttırır. Bor tipik olarak oldukça dayanıklı turmalin mineralinin ana bileşenidir. Turmalin sıcak sularda çok düşük çözünürlüğe sahiptir. Turmalin minerali pH değeri asidik- nötr arasında olan akışkanlar ile etkileşim sonucu duraylı olmasına rağmen, alkali akışkanlarda duraysız hale geçer (Frondel vd., 1947; Frondel ve Collette, 1957; Morgan ve London, 1989; London vd., 1996; Grew, 1996; London ve Morgan, 1996). Menderes Masifinde bulunan jeotermal sular yüksek CO2 içerikli asidik sulardır. Bu nedenle çalışma alanına ait jeotermal sularda turmalin mineralinden bor getirim olasılığı düşüktür. Batı Anadolu'da en yüksek He değeri Kula volkanında (2.8 Ra) ve Denizli'de (3.7 Ra) olarak bulunur (Güleç vd., 2002). Batı Anadolu'da Neojen volkanizmasına katılan bir kısım manto helyumu, güncel gerilme tektoniği sonucu, kırık zonları boyunca, kabuğun derin kısımlarına kadar ulaşan yeraltısuları ile yüzeye taşınmaktadır. Denizli'de güncel sismik aktivite vardır. Yüksek R/Ra oram ve sismik aktivite yeraltında oluşan güncel bir magmatizma ile ilişkili olabilir (Güleç vd., 2002). Batı Anadolu'da Miyosen kalk-alkali volkanizması okyanusun kapanmasından sonra kıta çarpışması ve buna bağlı olarak kabuk kalınlaşması sonucu ortaya çıktığı düşünülmektedir (Yılmaz, 1990). Bu volkanizma yitimle ilişkili olaylar sonucunda zenginleşmiş alt kıta litosferinden türemiştir (Seyitoğlu vd., 1997). Tüm bu magmasal etkiler borun magmadan getirimini sonuçlar. Menderes Masifinde bulunan jeotermal sulardaki bor tümü ile magmadan kaynaklanmamaktadır. Zira tüm jeotermal alanların hidrojeokimyasal, izotop jeokimyasal ve bor değerleri oldukça farklılıklar sunar. Germencik ve Salavatlıda bor değerleri (50.70-74.60 mg/1) Bayındır sahasına (0.70-0.99 mg/1) göre çok yüksektir. Bu fark litolojik değişimlerin B+ açısından önemini ortaya koyar. Pamukkale ve Bayındır jeotermal alanlarında gözlendiği gibi sığ rezervuar kayaç derinlikleri ve aktif fay sistemi jeotermal alanlara yüksek oranda yeraltısuyu getirimine neden olur. Bu da jeotermal sulatın sıcaklığının düşerek su-kayaç etkileşimin azalmasına ve bor oranının düşmesine neden olur. ANAHTAR KELİMELER : Menderes Masifi, kıtasal rift zonu, jeotermal sular, su- kayaç etkileşimi, bor.

IV ABSTRACT The Menderes Massif continental rift zones are divided into three parts as Büyük Menderes, Küçük Menderes and Gediz continental rift zones. The aim of this study is to determine the hydrogeological, hydrogeochemical and isotope geological features and the origin of high boron contents in the geothermal waters in Menderes Massif continental rift zones. The water types in Büyük Menderes continental rift zone are generally Na+-HC03`- S0427Na+-HC032` and Na+-Cl`-HC03` whereas the geothermal waters in Gediz continental rift zone are of Na+-HC03` /Na+-Ca2+-HC03`-S04` type and Na+-Ca2+- HC03`-S042` in Bayındır area of Küçük Menderes continental rift zone. Na+, K+, Ca2+, Mg2+ cations and CI`, HC03`, SO42` anions indicate that water-rock interaction dominate in all geothermal waters in Menderes Massif. Plagioklas weathering dominates in geothermal waters except Pamukkale geothermal area. The most important hydrogeochemical process is interaction with different lithologie of reservoir rocks and hot waters. According to Na+-K+-Mg2+ diagram, the geothermal waters in Gölemezli, Tekkehamam, Yenice and Pamukkale areas Büyük Menderes continental rift zone display non-equilibrium waters whereas Kızıldere, Salavath, Ilıcabaşı and Germencik areas indicate the partly equilibrium waters. The geothermal waters in Gediz and Küçük Menderes continental rift zones are features of non- equilibrium waters. Germencik area respect to Pamukkale and Gölemezli indicate the deep-circulated waters. Pamukkale, Gölemezli and Yenice areas together with Gediz continental rift zone and Küçük Menderes continental rift zone are made up of shallow-circulated waters having low-temperature. The hydrogeochemical, isotopic and geothermometer values in Germencik, Ilıcabaşı, Bozköy, Salavath areas indicate the deep-circulated meteoric waters effect and water-rock interaction with metamorphic rocks of Menderes Massif. Tritium value is 3.3 (TU) in Pamukkale geothermal waters whereas Germencik Geothermal waters have 0.7 (TU). It is related with mixing high portion of meteoric waters into Pamukkale geothermal area. So, this area has low temperature and shallow-circulated waters. Tritium values show that Salihli, Kurşunlu and Bayındır geothermal area have mixing cold groundwater. Salavath and Germencik geothermal waters CI` and Na+ ions values are quite high and very close each other. In these areas, while CI` values increasing tritium values decreasing clearly. These evaluations and calculation of HC03` / Sanion values show that mixing with brines in these geothermal waters. The boron enrichment in the meteoric waters in Büyük Menderes continental rift zone suggests that the water-rock interaction is an important process in the geothermal systems. Bayındır area have very low boron value, display very low water-rock interaction effects. Different lithologies of reservoir rocks and mixing with cold groundwater result from different boron contents of geothermal waters. Boron takes place in secondary minerals of Na and K-feldspars. Boron substitutes for Si and Al in the tetrahedral crystal lattice (Christ ve Harder, 1969; Grew ve Anovitz1996). In geothermal areas of Menderes Massif HCO3` is the dominant ion so these waters include CO2. High temperature and CO2 increase solubility of boron bearing minerals. Boron is the main component of tourmaline mineral. Tourmailine is quite durable, very low solubility in the hot waters. Although tourmaline is durable acidic-neutral pH values, it is not durable in alcali fluids (Frondel vd., 1947; Frondel ve Collette, 1957; Morgan ve London, 1989; London vd., 1996; Grew, 1996; London ve Morgan, 1996). Geothermal waters of the study area, probability of boron derived tourmalines is low. The highest He value is in the Kula volcanism (2.8 Ra) and Denizli (3.7 Ra) in west Anatolia (Güleç vd., 2002). Mantle helium with Neogene volcanism transports to the surface along the active fault zones formed extensional tectonism. Denizli has recent seismic activity. High R/Ra ratio and seismic activity can relate with recent magmatism in the ground. So boron can derive from magma but not completely. Because there are many differences hydrogeochemical, isotope geochemical features and boron contents in the geothermal waters of Menderes Massif. Germencik and Salavath geothermal waters have high value in respect of Bayındır geothermal waters (50.70-74.60 mg/1). Geothermal waters circulated in different lithologies and cold groundwater mixing result from different boron contents. KEY WORDS: Menderes Massif, continental rift zone, geothermal waters, water- rock interaction, boron.