T.C. SÜLEYMAN DEMĠREL ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ

Transkript

1 T.C. SÜLEYMAN DEMĠREL ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ GÖNEN (BALIKESĠR) VE YAKIN ÇEVRESĠ JEOTERMAL SULARININ HĠDROJEOLOJĠK, HĠDROJEOKĠMYASAL VE ĠZOTOP JEOKĠMYASAL ÖZELLĠKLERĠ Bekir Gürkan ġarman DanıĢman Prof. Dr. Nevzat Özgür YÜKSEK LĠSANS TEZĠ JEOLOJĠ MÜHENDĠSLĠĞĠ ANABĠLĠM DALI ISPARTA 2018

2 2018 (Bekir Gürkan ŞARMAN)

3

4

5 ĠÇĠNDEKĠLER Sayfa İÇİNDEKİLER... i ÖZET... ii ABSTRACT... iii TEŞEKKÜR... iv ŞEKİLLER DİZİNİ... v ÇİZELGE DİZİNİ... vi 1. GİRİŞ Jeotermal Sistemler Jeotermal sistemlerin jeolojik konumları Araştırmanın Amacı Çalışma Bölgesinin Jeotektonik Konumu KAYNAK BİLGİSİ ÇALIŞMA ALANININ JEOLOJİSİ Gönen (Balıkesir) Ve Yakın Çevresinin Jeolojisi MATERYAL VE METOD ARAŞTIRMA BULGULARI Kayaçların Hidrojeolojik Özellikleri Hidrojeokimya Hidrojeokimyasal Özellikler Doygunluk indeksi Jeokimysal Termometre Uygulamaları Kimyasal termometreler Silis termometresı Katyon termometresi Bileşik termometre uygulamaları Jeokimysal termometrelerin değerlendirmesi İzotop Jeokimyası TARTIŞMA KAYNAKÇA ÖZGEÇMİŞ i

6 ÖZET Yüksek Lisans Tezi GÖNEN (BALIKESĠR) VE YAKIN ÇEVRESĠ JEOTERMAL SULARININ HĠDROJEOLOJĠK, HĠDROJEOKĠMYASAL VE ĠZOTOP JEOKĠMYASAL ÖZELLĠKLERĠ Bekir Gürkan ġarman Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Jeoloji Mühendisliği Anabilim Dalı DanıĢman: Prof. Dr. Nevzat ÖZGÜR Çalışılan alan Balıkesir iline bağlı Gönen ilçesinin ve yakın çevresinin jeotermal sularının hidrojeolojik, hidrojeokimyasal ve izotop jeokimyasal özelliklerini inceleyen tez çalışmasıdır. Gönen bölgesinde, Alt Triyas Karakaya formasyonu (bazaltlar, diabazlar, gabrolar, çamurtaşı, çört ve radyolitler) içermekte ve Üst Jurasik Alt Kretase yaşlı kumlu kireçtaşlarına taban kaya oluşturur. Yoğun Biga yarımadası volkanları olarak kabul edilen Üst ve Orta Miyosen volkanitleride bu alanda gözlemlenmektedir. Bunlar andezit lavlardır ve yoğun çatlaklara sahip siyah, gri ve kırmızı renklidirler. Neojen gölsel çökeller ise konglomera, kumtaşı, marn, kiltaşı ve killi kireçtaşlarından oluşur. Pliosen yaşlı konglomeralar, kumtaşları ve kiltaşları üzerine üst Miyosen Pliyosen yaşlı riyolotik piroklastikler ve dasitik lav akıntıları olarak volkanik kayalardır. Çalışma alanında üç farklı sıcak su lokasyonundan su örnekleri alınmıştır. Alınan örneklerde katyon ve anyon analizleri yapılmıştır. İnceleme alanından sıcak sular genel olarak Na SO₃ HCO₃ tipi sular olarak adlandırılabilirler. Gönen ve çevresi jeotermal suları Na+K>Ca>Na baskın katyonlar ve SO₄>HCO₃>Cl olarak sınıflandırılabilir. İnceleme alanındaki jeotermal sular Cl SO₄ HCO₃ üçgen diyagramına göre magma kaynağı tarafından ısıtılan sular sınıfına girmektedir. Çalışma alanındaki sularda yapılan Na - K Mg diyagramı sıcak suların ham sular sınıfına girdikleri saptanmıştır. Çalışma alanındaki jeotermal suların hidrojeokimyasal analizleri sonucu ph değerleri 7,42 7,77 Eh değerleri ise (mv) arasında değişmektedir. Anahtar Kelimeler: jeotermal sular, hidrojeoloji, hidrojeokimya, izotop jeokimyası, hidrotermal alterasyon, hidrojeolojik modelleme. 2018, 40 sayfa. ii

7 ABSTRACT M.Sc. Thesis HYDROGEOLOGICAL, HYDROGEOCHEMICAL AND ISOTOPE GEOCHEMICAL FEATURES OF THERMAL WATERS IN GÖNEN (BALIKESĠR) AND ENVIRONS Bekir Gürkan ġarman Süleyman Demirel University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Geology Engineering Supervisor: Prof. Dr. Nevzat ÖZGÜR The study area, hydrogeological, hydrogeochemical and isotope geochemical features of Gönen within the province capital of Balıkesir were investigated in detail.in The Gönen region, The Lower Triassic Karakaya formation (basalts, diabases, gabbros, mudstones, cherts, and radiolites) included and Upper Jurassic - Lower Cretaceous aged sandy limestones form base rocks. This area is observed in the upper and middle Miocene volcanics, which are considered to be intensive Biga peninsula volcanoesthese are andesite lavas and with intense cracks black, gray and red is colors. Neogene lacustrine sediments consist of conglomerate, sandstone, marl, claystone and clayey limestones. Upper Miocene - Pliocene riolotik pyroclastics and dacitic lava flows on Pliocene aged conglomerates, sandstones and claystones are volcanic rocks. Water samples were taken from three different hot water locations in the study area. Cation and anion analyzes were carried out in the samples taken. Hot waters from the study area can be named as Na - SO₄ - HCO₃ type waters in general. Gonen and around geothermal waters can be classified as Na + K> Ca> Na dominant cations and SO₄> HCO₃> Cl. The geothermal waters in the study area belong to the class of waters heated by magma source according to the triangle diagram of Cl - SO₄ - HCO₃. Na - K - Mg diagram of the waters in the study area indicates that the hot waters entered the raw water class. Hydrogeochemical analyzes of the geothermal waters in the study area show that the resulting ph values range from 7,42-7,77 Eh to (mv). Keywords: Geothermal Waters, Hydrogeology, Hydrogeochemistry, Isotope Geochemistry, Hydrothermal Alteration, Hydrogeological Modelling. 2018, 40 pages. iii

8 TEġEKKÜR Sunulan bu yüksek lisans tez çalışması Süleyman Demirel Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi tarafından desteklenen 4138-YL1-14 nolu araştırma projesi kapsamında gerçekleştirilmiştir. Sayın Prof. Dr. Nevzat Özgür e bu tezin tamamlanmasında göstermiş olduğu destek, yapıcı eleştirileri ve özveriden dolayı teşekkür ederim. Tezin sonuçlanmasında ve başarı elde edilmesinde çabası çok büyüktür. Kendisine Süleyman Demirel Üniversitesi nde bulunduğum süre zarfında şahsım adına başarılı bir öğrencilik hayatı geçirmemi sağladığı için çok şey borçluyum. Gönen (Balıkesir) ve yakın çevresinde yapılan arazi çalışmamda su örnek alımlarında bizlere kaynaklarını açan otel yetkililerinden Gönen Yıldız Termal Otel Müdürü Sayın Mehmet Esen ve Güneş Otel Müdürü Sayın Süleyman Yıldız a yardımlarından dolayı teşekkürü bir borç bilirim. Ayrıca alınan örneklerimizin laboratuvar çalışmasını yaparak bizlere sonuçları ileten Maden Tetkik Arama Genel Müdürlüğü ne teşekkür ederim. Alınan su örneklerinde in-situ ölçümlerinin gerçekleştirilmesine kaynak sağlayan Jeoser Yerbilimleri Servisi Ltd. Şti., teşekkür ederim. Bu çalışma esnasında gerek arazi çalışmaları olsun gerek tez yazın aşamasındaki yardımlarından dolayı Jeoloji Müh. Zehra Uğurlu, CAD Eğitmeni T. Tuna Şayan, ve Aquachem yazılım programında gerçekleştirmiş olduğum diyagram çizimlerin-de yardımlarından dolayı Dr. Ziya ÖNCÜ ye teşekkür ederim. Tüm eğitim hayatım boyunca maddi ve manevi desteklerini esirgemeyen her zaman destekçim olan aileme teşekkür ederim. Bekir Gürkan ŞARMAN Isparta, 2017 iv

9 ġekġller DĠZĠNĠ Sayfa Şekil 1.1. Dünyanın değişik bölgelerindeki jeotermal suların beklenen kompozisyonları: Yerel meteorik su ile jüvenil su arasındaki farklı karışım oranları... 4 Şekil 1.2. Balıkesir Gönen ve çevresinin jeolojik - yer bulduru haritası... 8 Şekil 1.3. Gönen ve çevresinin Stratigrafik stün kesiti... 9 Şekil 3.1. Biga yarımadasının jeoloji ve tektonik haritası Şekil 3.2. Balıkesir Gönen ve çevresinin jeolojik haritası Şekil 3.3. Gönen jeotermal alanın stratigrafik stun kesiti Şekil 4.1. Çalışma alanından örnek alımı ve in-situ ölçümleri Şekil 5.1. Çalışma alanındaki kayaç birimlerinin hidrojeolojik özellikleri Şekil 5.2. Çalışma alanında bulunan jeotermal suların Piper diyagramında gösterilmesi Şekil 5.3. Gönen ve çevresi jeotermal sularının CI-SO4-HCO3 üçgen diyagramı Şekil 5.4. Çalışma alanında jeotermal suların Ca-Na+K-Mg üçgen diyagramı Şekil 5.5. İnceleme alanındaki suların Na-K-Mg diyagramındaki görünümü ve su-kayaç denge sıcaklıkları Şekil 5.6. Çalışma bölgesinin Na-K-Mg1/2 üçgen diyagramı Şekil 5.7. İzotop analiz sonuçları Şekil 6.1. Balıkesir Gönen jeotermal sularının hidrojeolojik modellemesi v

10 ÇĠZELGE DĠZĠNĠ Sayfa Çizelge 5.1. İn - Situ cihazları ve özellikleri Çizelge 5.2. Balıkesir Gönen ve çevresindeki jeotermal suların yerinde ölçümleri ve hidrojeokimysal analizleri Çizelge 5.3. İnceleme alanındaki örneklerin su tipleri Çizelge 5.4. Çalışma alanındaki örneklerde rastlanabilecek bazı minerallerin doygunluk indeksleri Çizelge 5.5. Silis (SiO 2 ) jeotermometreleri ve bağıntıları (Tüm derişimler mg/l) Çizelge 5.6. Na/K jeotermometreleri ve bağıntıları (Tüm derişimler mg/l) vi

11 1. GĠRĠġ Günümüzde dünya çapında artan enerji ihtiyacı gelecekte bir enerji kriziyle karşılaşmamak için özellikle gelişmiş ülkeler yeni enerji kaynaklarına yönelmektedir. Bu ülkeler enerji konusunda önemli yer tutan kömür, petrol ve doğalgazın yanı sıra gerek yenilenebilir gerekse çevre bilinci olan alternatif enerji kaynakları olan güneş, hidrojen, jeotermal ve biyokütleye ilgi göstermektedirler. Jeotermal enerji, sürdürülebilirliği nedeniyle yenilebilir enerji türüdür ve yerküre içinde bulunan termal sıcaklıkla doğrudan ilişkilidir. Aynı zamanda, termal enerji maddenin sıcaklığını belirleyen enerjidir. Yerkürenin jeotermal enerjisi gezegenimiz olan yerkürenin orijinal formasyonundan (%20) ve minerallerin radyoaktif bozunmasından kaynaklanmaktadır (%80) (Turcotte ve Schubert, 2002). Günümüzde bu kavram yerküre ısısının belirli kısımları için kullanılmaktadır. Bu ısının kullanımı çeşitli sondaj yöntemleriyle ısıya ulaşılarak belirli amaçlar için kullanılır. Jeotermal kaynakları dünyanın birçok noktasında bulunur. Ancak, işletilebilir seviyede bulunanlar jeotermal gradyanı normal veya anormal derecede yüksek gradyanlara sahip yerlerdedir. Jeotermal enerji, yer kabuğu içinde depolanmış olan ısıl enerjidir. Bu ısıl enerji yeraltındaki kayaç formasyonlarında ve bu formasyonların çatlaklarında ve gözeneklerinde bulunan doğal akışkanlarda bulunur. Jeotermal sistemlerin farklı tiplerinin her biri belirli özelliklere sahiptir ve bunlar aynı zamanda bu özelliklerinin kimyasal bileşimlerinde ve çeşitli kimyasal uygulamalarında belirli bir şekilde ortaya koymaktadır. Ancak, hepsi birkaç kilometre derinlikte, ortak bir ısı kaynağı olan ve konveksiyon içine yer kabuğunun üst bölümlerinde bulunan, mevcut su birikimleridir (Nicholson, 1993).Yağmur sularının ve yer altı sularının yer kabuğunda yer alan çatlaklardan sızarak magma tabakasına kadar ulaşması ile jeotermal kaynaklar oluşmaktadır. Magma tabakası ulaşan yağmur suları burada kaynayarak buharlaşır. Meydana gelen buhar yüksek basıncın etkisiyle yeryüzüne doğru hareketlenmeye başlar. Yeryüzüne çıkan sıcak sularda jeotermal enerji kaynaklarını oluşturmaktadır. Eğer kabuğunda doğal su dolaşımı sağlayacak yeterli kırık yoksa ve ısı birikimi 1

12 tespit edilirse, oluşturulacak yapay kırıklardan dolaştırılacak akışkanlardan enerji elde edilmesi mümkündür. Yenilebilir enerji olarak tanımlanmasına rağmen jeotermal, birçok tanınmış jeotermal sahanın aşırı işletilmesi sonucu akışkan ve ısı üretimiyle belli bir derece tükenme (sıcaklık ve özellikle basınçta) sürecine girdiği gözlenmiştir. Örneğin; iyi tanınan Wairakei sahası geçmiş elli yıldır az düşümle ortalama 140 MW üretim yapmaktaydı ve çalışmalar adı geçen sahanın bir elli yıl daha sürdürülebilir olduğunu göstermektedir. Yeryüzüne çıkan jeotermal sulardan İtalya, Amerika, Japonya, Filipinler ve Meksika borik asit, amonyum bikarbonat, ağır su (döteryum oksit), amonyum sülfat, potasyum klorür gibi kimyasal maddeler elde etmektedir. Jeotermal suların kullanım alanları çeşitlilik göstermektedir (Rinehart, 1980). Elektrik enerjisi üretimi, balık ve kereste kurutma, tuz elde edilmesi, şeker sanayi, damıtma prosesleri, sera, ahır, kümes ısıtılması, mantar yetiştirme, toprak ısıtma, yüzme havuzları, turizm ve sağlık amaçlı banyolarda kullanımı söz konusudur. Jeotermal suların kimyasal özelliklerinden dolayı korozif maddelerin, kalıntı bırakan veya yoğunlaşmayan bileşenlerin doğrudan sisteme gönderilmesi çeşitli problemlere neden olmaktadır. Bu nedenle kullanılan suların kimyasal özelliklerine uygun inhibitörlerin seçimi ve uygun ekipman, sistem dizaynı ile jeotermal suların kabuklaşma ve korozyon sorunu çözülerek verimli olarak kullanmak mümkündür. Dünya çapında jeotermal enerji yaklaşık olarak 10,715 MW gücünde, 24 ülkede kullanılmaktadır. Bununla birlikte; 28 GW doğrudan jeotermal ısıtma kapasitesi olan bir sistem bölgesel ısıtma, mekân ısıtması, kaplıcalar, endüstriyel prosesler, arıtma ve tarımsal uygulamalar için kurulmaktadır (Fridleifsson vd., 2008). Jeotermal kuyular yerin derin kısımlarında sıkışıp kalan sera gazlarını serbest bırakırlar, ancak bu emisyonların miktarı fosil yakıtlardan, daha düşüktür. Sonuç olarak; jeotermal enerji yaygın fosil yakıtların yerine konuşlandırılmış ise küresel ısınmanın azaltılmasına yönelik yardımcı potansiyele sahiptir Jeotermal Sistemler Jeotermale yönelik eski çalışmalarda, suyun jüvenil yada magmatik bir kaynak-tan türediği sanılmaktaydı. Ancak yüksek rakımlı ve karasal alanlardan örneklenen 2

13 yağmur ve kar sularının hafif izotoplarca zengin olduğu (düşük δ değerleri) ve bu δ D ve δ18 O sulardaki değerlerinin meteorik su çizgisi üzerinde yer aldığının ortaya konulmasıyla bu görüş radikal bir değişim geçirmiştir. (Craıg, 1963) Tropik denizlerden uzaklaştıkça ağır izotoplarda (18O, D) görülen fakirleşme, bu izotopların yağmur ve kar suyu gibi yoğun fazlar içine girmeleri ve kalıntı buhar fazında da hafif izotopların zenginleşmesi (Raleigh süreci) ile açıklanmaktadır (Craig, 1963). Jeotermal sulardaki δ18o değerlerinin yerel meteorik sulardakilerden daha yüksek (pozitif) olduğunu ancak δd bolluklarının ise aynı kaldığını ortaya koymuştur. Craig hidrojen ve oksijen izotopik bileşimlerinin ölçmek suretiyle jeotermal sular ve buharların meteorik kökenli olduklarını ortaya koymuştur. Farklı jeotermal alanlardaki meteorik sular farklı izotop bileşimleri sergilemektedirler. Yıllık ortalama yağışın izotop kompozisyonu büyük ölçüde yerel hava sıcaklığına bağlıdır. Ancak meteorik döngü içinde yer alan suların kendine özgü izotop kompozisyonu bulunmaktadır (Şekil 1.1.). Bu kompozisyon yağış sularının tamamıyla meteorik bir kökene sahip olduklarını işaret etmektedir Jeotermal sistemlerin jeolojik konumları Jeotermal sistemler, ısı yayılım ve zenginleşmesine elveren kaya türleri ve yapısal ortamların varlığını gerektirir. Bu sistemlerin, illede ısı kaynağının bulunduğu yerde oluşmadığı bilinir. Bu nedenle, ısı kaynağı ile bu sistemin konuşlandığı dolaysız bir ilişki ve yakınlık olması zorunlu değildir. Önemli olan bölgesel ısı akısının yüksek olduğu, kütlesel ısı taşınımının görüldüğü, yada ısı çevrimine elverişli jeoloji yapılarının, katmanlanma yada zonların olduğu yerlerin bulunmasıdır. 3

14 Şekil 1.1. Dünyanın değişik bölgelerindeki jeotermal suların beklenen kompozisyonları: Yerel meteorik su ile jüvenil su arasındaki farklı karışım oranları (Nutı, 1991) Volkanitler, oluşumları sırasında kabuğun üst düzeylerine kütlesel ısı taşıdıkları için jeotermal olanak sağlar. Özellikle strato volkanlar, farklı geçirimliliğe sahip ürünlerinin ardalanması ve karmaşık iç yapıları ile jeotermal sistemlerin yerleşimine elverişli ortamlar sağlar. Volkanik kayalar, breş ve tüfler, igninbrit akıntılarının yayıldığı yöreler, hem göremeli olarak sığ magma odalarından türemeleri, hemde bu magmanın bazik olanlara göre çok daha sıcak, daha çok ısı yüklü oluşları ve hemde farklı ilksel geçirimliliği olan katmanların ardalanan istiflerinden kurulu olduğu için jeotermal sistemlerin oluşmasına elverişli yöreleri sağlar. Tortul birimler çökeldikleri havzanın niteliğine bağlı olarak farklı geçirimliliğe sahip ortamların ardalanmasından kurulu ise, jeotermal sistemlerin oluşumu açısından ilginç olabilmektedir. Tortul birimlerin jeotermal sistemlerde üstlendikleri en tipik işlev bir örtü katmanı oluşturarak ısı kaplanmasına yardımcı olmalarıdır. Metamorfik kuşakların, başka yerlere göre iki kata kadar daha yüksek ısı akısına sahip olduğu bilinmektedir (Verhhogen, 1980). Özellikle, göreli olarak genç, örneğin 4

15 Tersiyer de oluşan metamorfizma ortamları, yüksek ısı akısı ile özgündür. Dahası, metamorfizma sonrasında bu masifler hızla yükseldikleri ve aşınma ve sıyrılma faylarıyla tüketildikleri için daha derinlerdeki daha sıcak kesimleri yeterince soğuyamadan yüzeye yaklaşmakta ve ısı gradyeni yükselmektedir. Bu nedenle, bu tür masiflerde göreli olarak sığ derinliklerde yüksek sıcaklıklara ulaşılabilmektedir. Bu tür kaya ortamları ilksel olarak yeterince geçirimli olmamakla birlikte, masifin yükselmesine eşlik eden sıyrılma fay zonları ve oluşan graben fayları boyunca oldukça yüksek ikincil geçirimlilik kazanarakta jeotermal sistemlerin gelişmesine olanak sağlarlar. Üstelik metamorfik kayaların çoğu, hidrotermal alterasyonlarla geçirimsizleşmekten çok, geçirimlilik kazanacak şekilde etkilenir. Bu da, metamorfik masiflerde jeotermal sistemlerle daha sık karşılaşılmasının nedenlerinden olmaktadır. Yeşil kayalar, okyanus sırtlarında oluşmuş ve dalma batma zonlarında değişmiş ve karılmış olmaları nedeni ile ısı kaynakları ile bağı kopmuş, çoğu durumda geçirimsiz ve giderek geçirimsizleşen, tektonik süreçlerden jeotermal sistemlerin oluşmasına hiçte yatkın olmayan yapısal ögeler edinmiş olma özellikleri ile bulundukları yerlerde jeotermal sistemlerle pek karşılaşılmayan kaya türleridir. Yerkabuğunda bir jeotermal sistemin oluşmasını en dolaysız etkileyen ve yönlendiren olgular yapısal jeoloji olgularıdır. Isı akısının yüksekçe olduğu bir bölgede de bulunulsa, ancak yüksek geçirimlilik varsa, yani kırıklı ve kırıkları sistemli olarak birbirleri ile bağlantılı zonlar varsa, derinlerdeki yüksek sıcaklık zonlardan ısı yüklenip hızla sığlara taşıyan ve bir katman ya da cepteki çevrim hücrelerinde yüksek sıcaklıkların birikmesini sağlayan akışkanlar, gereğince dolaşıp bu işlevlerini yerine getirebilir AraĢtırmanın Amacı Bu çalışmanın amacı, (i) çalışma alanının ve yakın çevresi jeotermal alanlarının jeoloji haritasının güncellenmesi, (ii) mineralojik, petrografik ve jeokimyasal çalışma yöntemleriyle jeotermal akışkan kayaç etkileşimini tanımlamak, (iii) jeotermal suların hidrojeolojik, hidrojeokimyasal ve izotop jeokimyasal yöntemlerle oluşumunu ve gelişimini incelemek ve (ıv) jeotermal akışkan kayaç etkileşimini çerçevesinde jeotermal sistemin oluşumunu modellemektir. 5

16 1.3. ÇalıĢma Bölgesinin Jeotektonik Konumu Bölgesel olarak Türkiye nin depremselliği, Türkiye ve yakın çevresindeki levha hareketlerinin bir sonucudur. Türkiye ve yakın çevresindeki levhalar kuzeyde Avrasya, güneyde ise Arap ve Afrika levhalarıdır. Türkiye anakara kütlesi tıpkı bir mozaik gibi çok bloğa bölünmüştür. Kuzey Anadolu Fayı (KAF), Kuzeydoğu Anadolu Fayı (KDAF), Doğu Anadolu Sıkışma Zonu (DASZ), Ege graben sistemi, Kıbrıs-Helenik yayı, Orta Anadolu Bölgesi ve Karadeniz Bölgesi olmak üzere Türkiye de yedi ana tektonik bölge bulunmaktadır (Şengör vd., 1985). Inceleme konusu Gönen jeotermal sahası, Marmara Denizinin 20 km kadar güneyinde, Gönen çayının alüvyon düzlüğünde yer almaktadır. İlçenin Biga üzerinden Çanakkale'ye, Bandırma üzerinden Bursa ve Balıkesir'e ana yol bağlantıları mevcuttur. İstanbul-Bandırma hızlı feribot seferleri, İstanbul-Gönen arasında 3 saat süreli kısa ve kolay bir ulaşım sağlanmıştır. Gönen ovası, esas itibariyle Gönen çayının denize yakın alüvyon düzlüğüdür. Doğu, batı ve güneyden yüksek alanlarla çevrilidir. Blok faylanmalar ile sınırlanmış yaşlı kayalar yüksek alanlarla çevrilidir. Blok faylanmalar ile sınırlanmış yaşlı kayalar yüksek alanları oluşturur. Bölgenin aktif genç tektonizmasına bağlı olarak, yüksek dağ ve tepeler ile çevrili genç bir ovadır. Üst Miyosen, Pliyosen ve güncel alüvyon çökellerinin birlikteliği ve mostralarının üstelenmesi, genç tektonik evrede gelişmiş olan bir çöküntü ovası modelini ortaya koymaktadır. Ovanın bu evrimi, hidrojeolojik koşullan ve jeotermal saha gelişimini de belirlemiş gözükmektedir. Gönen sahasında Marmara Bölgesinin ılıman ve denizel iklim koşulları egemendir. Bölgede yıllık ortalama sıcaklık 14.2 C ve yıllık ortalama yagış mm dir. Akarsu ağı Gönen çayı ve kollarından oluşmaktadır. Gönen çayı üzerinde yapılmış olan Gönen Barajı, akış rejimini düzenli hale getirmiştir. İlçe merkezinin deniz seviyesinden yüksekliği 33 m. ve toplam alanı 1152 km 2 olup, 40 06' kuzey enlemleri ile 27 38' doğu boylamlarında yer almaktadır. Kaz dağlarından doğan Gönen Çayı şehrin içinden geçerek Marmara Denizi'ne dökülür. 6

17 İlçe topraklarının merkezi ve kuzey doğu bölümü ovalarla, batı ve güney doğu bölümü de tepelik ve dalgalı alanlarla kaplıdır. Orta bölümünde Gönen ovası yer alır. Güneye doğru indikçe yükseklik artar ve 500 m'nin üzerine çıkar. Batıdaki Dede tepesi 963 m. ile ilçenin en yüksek yeridir. Gönen ovası kuzeyindeki Sızıdede tepesi 332 m dir. Gönen Çayı ve onun kollarını oluşturan derelerin meydana getirdiği vadi içinde yer alan Gönen'in tarihi Romalı lara kadar dayanmaktadır. Gönen ilçesinin köylerinde, en son yapılan nüfus sayımına göre kişi yaşamaktadır. Gönen merkez nüfusu olan kişi ile birlikte toplam nüfus; kişi'dir. İlçede 89 köy ve 1 belde (Sarıköy) vardır. Genellikle ovalarda kurulan köyler, dağlara gidildikçe seyrekleşir. Balıkesir'e 145 km. uzaklıkta olan Gönen Çanakkale'ye 150 km, Bursa'ya ise 155 km mesafededir. Gönen çevresinde doğrultu atımlı aktif ve genç fayların çoğunlukta olduğu faylı bir jeolojik model mevcuttur. Bölgedeki Neojen çökellerini kesmiş olan bu faylar, Anadolu'nun Miyosen sonrası genç tektonizması ile gelişmiş faylardır. Gönen çevresinin jeolojik evrimi içerisinde Mesozoyik yaşında eski kaya toplulukları ile bunları yaygın biçimde örten Neojen yaşında genç örtü çökelleri bulunmaktadır. Karakaya karmaşığı, Bilecik kireçtaşı, Vezirhan formasyonu gibi Mesozoyik yaşında kaya birimleri Orta Sakarya Zonu'nun Bilecik- Eskişehir dolaylarından beri devam eden birimlerdir. Bindirmeli, faylı, kıvrımlı bu kaya topluluğu üzerine Miyosen yaşında volkanizmalı bir çökel istifi gelmiştir. Türkiye genç tektonizmasına bağlı olarak faylanmalar ve dinamik bir evre geçiren bu kalın volkanik istif üzerine yüksek enerjili hızlı bir sedimantasyonla Pliyosen çökelleri yerleşmiştir. Pliyosen çökellerinin yerleşim modeli ve mostra dağılımı ile genç fayların oluşturduğu morfoloji içerisinde çukur alanlar Pliyosen deki hızlı malzeme taşınması ile doldurulmuştur. Pliyosen istifinin sedimantolojik havza analizi, bölgenin genç tektonik taslağını ortaya çıkarabilecektir. Türkiye, Alp - Himalaya dağ kuşağı içinde yer almaktadır. Batı Anadolu da litosferik gerilimin Alp-Himalaya zonu kıtasal çarpışması ile ilişkin olduğu bölgede lokalize edilmiş gerilme tektoniği hüküm sürmektedir. Batı Anadolu Bölgesi, D-B gidişli sıradağları ve derin sedimanlar ile dolu vadileri ile karakterize edilir. Bölge genç Miyosen başına kadar, kuzey-güney yönünde basınca maruz kalmıştır. Tortoniyen 7

18 başında, bölgede bir gerilme tektoniği oluşmuş ve kısmi ergimeye uğrayan kabuk gerilmeye bağlı olarak ince ve kırılgan kabuk oluşmuştur (Yılmaz, 1989; Alptekin vd., 1990; Gemici ve Tarcan, 2002). Bu şekilde ülkemizde Batı Anadolu Bölgesinde DB uzanımlı grabenler bulunmaktadır. Şekil 1.2. Balıkesir Gönen ve çevresinin jeolojik - yer bulduru haritası 8

19 Şekil 1.3. Gönen ve çevresinin Stratigrafik stün kesiti (Bingöl vd., 1973; Okay vd.,1990 yararlanılmıştır.) 9

20 2. KAYNAK BĠLGĠSĠ Daha önceden gerçekleştirilen araştırmalar Gönen (Balıkesir) ve yakın çevresinde jeolojik, hidrojeolojik ve jeokimyasal amaçlı araştırmalar yapılmıştır ve bu çevrede jeotermal suların ve yörenin jeotektonik oluşumuna genel olarak bir açıklama getirmeye çalışmışlardır. Bu konuda yapılan çalışmalar hem yöreye ait ve hem de ülkemize ait olmak üzere kısaca değinilmiştir, Kartal, (1973), tarafından yapılan "Gönen Kaplıcaları (Balıkesir) Hidrojeoloji Etüdü" adlı çalışmada, kaplıca çevresinde yeralan birimlerin jeolojik ve hidrojeolojik özellikleri incelenmiştir. Jeolojik ve hidrojeolojik gözlemler sonucu Gönen Kaplıcası-Ekşidere Dağ Ilıcası ve Gençlik suyu olarak adlandırılan madensuyunun geliştirilmesinin mümkün olduğu tespit edilmiştir, Gönen Kaplıca tesislerine 3 keson kuyudan toplam 15 lt/sn'lik sıcak su verilmektedir, Etüt alanındaki andezitlerin Gönen Kaplıca Suyu'nun rezervuarı olduğu, Ekşidere-Dağ Ilıcası Suyu'nun kalker bir rezervuardan geldiği, madensuyunun volkanizma ile ilgili olduğu saptanmıştır. SW- NE doğrultulu fayın ana bir tektonik hat olduğu ve Gönen Kaplıca Suyu'nun bu zayıf zon boyunca yükselerek alüvyonda bir sıcak su depolanması meydana getirdiği gözlenmiştir, Sıcak suyun alüvyondaki geçirgen zonlar boyunca kaçak yaptığı ve bu cihetle meskun mahallerdeki veya yakınındaki kanalizasyon sularıyla irtibat kurabileceği düşünülmüştür. Bingöl vd. (1973), ilk kez Karakaya Formasyonu nu adlandırmışlar ve Biga Yarımadası nın stratigrafisini araştırmışlardır. Yazarlar bölgenin genel stratigrafik dizilimini ve genel tektoniğini incelemişler ve buldukları sonuçları petrografik, petrokimyasal ve jeokronolojik yöntemlerle deneştirmişlerdir. Ataman, (1975), Batı Anadolu daki plutonlar üzerinde çalışmış ve radyometrik yaş tayinleri yapmıştır. Bingöl, (1976), Batı Anadolu nun jeotektonik evrimini incelemiş, Pliyo- Kuvaterner de Batı Anadolu nun Ege adaları ile birlikte Yunanistan doğusundan geçen bir hat boyunca güneye hareket etmesi olasılığından söz etmiştir. 10

21 Çetinkaya vd. (1983), Türk-Alman Projesi Biga Yarımadası Metalik Madenler (PbZn-Cu) Arama Projesi adı altında yürütülen çalışmada İ16, İ17, İ18 paftalarının 1/ ölçekli genel jeokimyasal haritalarını hazırlamışlardır. Bu çalışmada bölgede Cu, Pb, Zn, Mo, Sb, As elementleri için anomali sahalarını belirlemişlerdir. Ayrıca çalışma sahasının birkaç km kuzeydoğusunda Kozcağız dolaylarında, yaklaşık 2,5 km2 1/5000 ölçekli detay jeolojik etüd yaparak 658 adet toprak ve 2 adet kaya numunesini 7 jeokimyasal analiz için derlemişlerdir. Atizi mevkiinde ise 1 km2 lik manyetik etüd yapmışlardır. Mertoğlu, (1985), Balıkesir-Gönen ilçesi Jeotermal Merkezi Isıtma Sistemi YatırımınınFizibilite Raporu ile Gönen ilçesi'ne ait konut'un Jeotermal kaynakla ısıtılması na ilişkin çalışmasıyla, Gönen'in ilk kez olarak jeotermal konut ısıtmacılığı'na adım atılmıştır. Siyako vd. (1989), Biga ve Gelibolu Yarımadaları nda Tersiyer birimlerinin temelini, yüksek dereceli metamorfikler, Triyas yaşlı Karakaya birimleri, bunların üzerine transgresif olarak gelen Jura-Kretase sedimanter istifi ve Üst Kretase- Paleosen yaşta ofiyolitli melanjın oluşturduğunu belirtmişlerdir. Ayrıca Tersiyer kayalarının, aralarında önemli yükselme ve aşınma süreleri olan dört zaman aralığında çökeldiğini ifade etmişlerdir. Buna göre, Erken Eosen de gelişmiş olabileceği düşünülen andezitler ve kırıntılı sedimanter kayaları Orta Eosen-Oligosen döneminde ince bir neritik kireçtaşı seviyesi ile üste doğru Üst Eosen yaşta kalın bir türbiditik istifi izler. Erken-Orta Miyosen de ise yaygın kalkalkalen magmatizmaya bağlı olarak geniş alanlar andezit, dasit, riyolit ve asitik tüflerle kaplanmış ve birçok granodiyorit bileşimli pluton bölgeye yerleşmiştir. Pliyo-Kuvaterner de fluviyal çökeller ve gölsel karbonatlar depolanmıştır. ġentürk vd. (1990), Gönen kaplıcalarında sondaj lokasyonu belirlenmesine yönelik olarak yapmış oldukları çalışmada, kaplıca sahasında 275 noktada jeofizik (Sp), 176 noktada jeokimya (radon gazı ölçümü) çalışması yapmışlar ve önceki çalışmaların da değerlendirilmesiyle Gönen-4 ve Gönen-4/A no'lu sıcak su sondajı lokasyonlarını belirlemişlerdir. 11

22 Ercan vd. (1995), Biga Yarımadası nda Jura devrinin, kumtaşları ve kumtaşlarının üzerinde yer alan kumlu kireçtaşları, oolitik ve sileks yumrulu kireçtaşları ile temsil olunduğunu, bunların üzerinde de Üst Kretase yaşlı ofiyolitli melanj birimlerinin bulunduğunu söylemişlerdir. İnceleme alanlarındaki volkanik kayaçları ise Eosen- Üst Miyosen yaş aralığında altı ana grupta değerlendirmişlerdir. Bölgedeki maden jeolojisine yönelik çalışmalar ise genellikle zuhur bazında ve sınırlı sayıdadır. Özgür vd. (2017) Gönen ve yakın çevresi jeotermal sularının hidrojeolojik, hidrojeokimyasal ve izotop jeokimyasal özelliklerini gösteren araştırmalar yapmışlardır. 12

23 3. ÇALIġMA ALANININ JEOLOJĠSĠ 3.1. Gönen (Balıkesir) Ve Yakın Çevresinin Jeolojisi İnceleme alanının içinde bulunduğu Gönen ovası ile çevresindeki yüksek alanlarda Mesozoyik yaşında denizel çökel birimleri, üstünde Neojen yaşında Volkanitli istif, Pliyosen yaşında Gölsel çökel birimi ve en genç olarak alüvyon istifi bulunmaktadır. Tektonik aktivite içerisinde mostra dağılımına sahip birimler detaylı ele alınacaktır. En yaşlı kaya birimi Triyas yaşında Karakaya karmaşığıdır. Üstünde Jura yaşında Bilecik kireçtaşı ve onun da üstünde Vezirhan formasyonu bulunmaktadır. Mesozoyik yaşında bu kaya birimleri Paleotektonik evrede yerleşmişlerdir. Gönen jeotermal alanının yeraldığı Biga Yarımadasında, temeli Üst Paleozoyik yaşlı epimetamorfik kayaçlar oluşturmaktadır. Alanda Üst Palezoyik ve Paleojen olmak üzere farklı iki yaşta granitik sokulum bulunmaktadır. Tersiyer yaşlı çökeller ise tamamen karasaldır ve Miyosen - Pliyosende yersel havzalarda oluşmuştur (Şenol vd.,1983). Bölgede Miyosen ve Pliyosen yaşlı volkanik kayaçlar yaygın mostralar vermektedir. Miyosen yaşlı lavlar Gönen yakınlarında da yeralmakta olup, çoğunlukla andezitik, yerel olarak dasitik ve riyodasitik türdedirler. Pliyosen yaşlı lavlar ise bazaltik türdedir. (Ercan vd., 1990) Miyosen yaşlı lavların kabuksal kökenli oldukları ve kompresyonel tektonik rejimde oluşan orojenik volkanitler grubuna girdikleri belirlenmiştir. Gönen çevresinde doğrultu atımlı aktif ve genç fayların çoğunlukta olduğu faylı bir jeolojik model mevcuttur. Bölgedeki Neojen çökellerini kesmiş olan bu faylar, Anadolu'nun Miyosen sonrası genç tektonizması ile gelişmiş faylardır. Gönen çevresinin jeolojik evrimi içerisinde Mesozoyik yaşında eski kaya toplulukları ile bunları yaygın biçimde örten Neojen yaşında genç örtü çökelleri bulunmaktadır. Karakaya karmaşığı, Bilecik kireçtaşı, Vezirhan formasyonu gibi Mesozoyik yaşında kaya birimleri Orta Sakarya Zonu'nun Bilecik- Eskişehir dolaylarından beri devam eden birimlerdir. Bindirmeli, faylı, kıvrımlı bu kaya topluluğu üzerine Miyosen yaşında volkanizmalı bir çökel istifi gelmiştir. Türkiye genç tektonizmasına bağlı olarak faylanmalar ve dinamik bir evre geçiren bu kalın volkanik istif üzerine yüksek enerjili hızlı bir sedimantasyonla Pliyosen çökelleri yerleşmiştir. 13

24 Pliyosen çökellerinin yerleşim modeli ve mostra dağılımı ile genç fayların oluşturduğu morfoloji içerisinde çukur alanlar Pliyosen deki hızlı malzeme taşınması ile doldurulmuştur. Pliyosen istifinin sedimantolojik havza analizi, bölgenin genç tektonik taslağını ortaya çıkarabilecektir. Pliyosen çökellerinin güncel konumu dikkate alındığında, Pliyosen sonrasında önemli mertebede düşey ve yanal atımların oluştuğu, fayların çok aktif olduğu görülmektedir. Koru değirmeni dolayında, Gönen-Biga yolu boyunca Pliyosen çökellerinin askıda kaldığı görülmektedir. Bölgede mevcut genç fayların etkinliği sonucu, Gönen dolayında oluşan havzada kalın bir Pliyosen çökel istifi teşekkül etmiştir. Havzanın kapanma evresinde Gönen çayı ve kollarının biriktirdiği yaygın bir alüvyon oluşmuştur. Tüm Anadolu'da ana fayların kesişme yerlerinde önemli ovalar gelişmiştir. Doğu Anadolu Fayının Ölü Deniz Fayı ile buluştuğu yerde Kahramanmaraş, Kuzey Anadolu Fayı ile buluştuğu yerde Karlıova mevcuttur. Kuzey Anadolu Fayı nın üzerinde dönüşüm yerleri de ovaların oluşumunu sağlamıştır. Gönen ovası, Yenice-Gönen Fayı ile Sarıköy Fayı nın kesişme alanında yer alır. Bu alan Doğrultu atımlı fayların geometrisindeki değişim yerlerindedir. Anadolu'nun tektonik dinamiği içerisinde enerji biriktiren aktif alanlardandır. Depremsellik yönünden önemli bir düğüm noktası oluşturmaktadır. Levha tektoniği kavramı içerisinde Kuzey Anadolu Fayı ile Doğu Anadolu Fayı arasında sıkıştırılan Anadolu levhasının batıya doğru ittirildiği, bunun sonucu olarak batıya doğru yıllık 2 cm kadar yer değiştirdiği GPS ölçümlerinden bilinmektedir. Batıya doğru sıkıştırılan Anadolu Levhası Kuzey Anadolu Fayı boyunca biriken enerjilerin odaklanmasına bağlı depremler oluşturarak Marmara Denizine ve Ege Bölgesine kadar taşınmaktadır. Ege denizinde karşılaştığı sınır koşulları nedeni ile bir yandan Ege graben sisteminin oluşmasına, diğer yandan da, Yenice-Gönen Fayı ve Sarıköy Fayı gibi Kuzey Anadolu Fayının güney kolu sayılan yerlerde enerji birikmesine ve depremlerin oluşmasına sebep olmaktadır. Gönen dolayındaki faylar Anadolu Levhasının sahip olduğu dinamizm ve tektonik aktivite ile entegre halde önemli deprem potansiyeline ve devam eden güncel bir aktiviteye sahiptir. Bilecik Formasyonu tabanında Çamlık, Çakaltepe, Sakarkaya formasyonlarının görülmediği kesim, Edremit kuzeydoğusunu içine alan sahadır. Bu kesimde temel üzerinde yer alan karasal kumtaşları ve konglomeradan oluşan Bayırköy Formasyonu (Jba), 14

25 Bilecik Formasyonu nun tabanında uyumlu olarak yer alır. Çalışma sahasında doğuya doğru temel birimlerin üzerinde, Üst Miyosen yaşlı karasal-gölsel İnönü Formasyonu (Mi), Pliyo-Kuvaterner yaşlı alüvyal yelpaze fasiyesinde Hasanboğuldu Formasyonu (PlQh), Pleyistosen den günümüze gelen Travertenler (Qt), Yamaç Molozları (Qy) ve Alüvyonlar (Qa) uyumsuz olarak bulunur. Şekil 3.1. Biga yarımadasının jeoloji ve tektonik haritası (Demirel vd., 2004) 15

26 Şekil 3.2. Balıkesir Gönen ve çevresinin jeolojik haritası. (Avşar vd., 2011) 16

27 Şekil 3.3. Gönen jeotermal alanın stratigrafik stun kesiti (Avşar vd., 2011) 17

28 4. MATERYAL VE METOD Çalışmalarımızı yürüttüğümüz bölgenin hidrojeolojik, hidrojeokimyasal ve izotop jeokimyasal özelliklerinin anlaşılmasını kolaylaştırmak için Havran-Derman (Balıkesir) jeotermal alanında ayrıntılı bir araştırma yapılmıştır. Amacımıza ulaşmak için yapılan çalışmalarımızın bir kısmında su örnekleri alınmış ve bu örnekler gerekli standartlar ve uygun analiz yöntemleri kullanılarak analiz edilmiştir. Bu bölümde, kullanılan malzemeler, saha çalışmalarında kullanılan yöntemler, laboratuar analizleri ve veriler yorumlanarak tartışılmıştır. Arazi çalışmaları, arazide ölçülen insitu parametreleri ve oradan alınan sıcak su örneklerini içermektedir (Şekil 4.1.) Su örnekleri, çalışma alanının farklı lokasyonlarından temsili olacak şekilde alınmıştır. Daha sonra alınan temsili örnekler fiziksel parametreleri, anyon ve katyonların belirlenmesi için analiz edilmiştir. Şekil 4.1. Çalışma alanından örnek alımı ve in-situ ölçümleri. 18

29 5. ARAġTIRMA BULGULARI İnceleme sahasında bulunan birimler sırasıyla üstten alta doğru alüvyon, Bayramiç formasyonu, Ezine volkaniklerin, Bilecik kireçtaşları ve en altta Karakaya formasyonundan oluşmaktadır Kayaçların Hidrojeolojik Özellikleri Karakaya Formasyonu: İstifin en altında yeralan Karakaya formasyonu geçirimsiz temel kayası niteliğindedir. İçerisinde seyrek kireçtaşı blokları bulunmakla birlikte, geçirimsiz temeli oluşturur. Üstünde Bilecik kireçtaşı yeralmaktadır. Bilecik kireçtaģı: İleri derecede karstlaşmış iyi bir karstik akiferdir. Havzada kalınlığı yer yer 300 metreyi aşmaktadır. Üstünde yeralan Miyosen yaşında örtü çökelleri niteliğindeki Ezine volkanitleri ile Gönen Jeotermal sahasının basınçlı rezervuarını teşkil etmektedir. Karstlaşmalar daha çok fayların denetiminde gelişmiştir. Ezine Volkanitleri: Bilecik kireçtaşının oluşturduğu karstik rezervuar üzerinde örtü çökelleri olarak yeralan Ezine volkanitleri, lav, tüf arakatkılı volkanoklastik kiltaşı, silttaşı ve çakıllı kiltaşından oluşmaktadır. Havzadaki kalınlığı yer yer 200 metreden daha fazladır. Jeotermal rezervuarın örtü kayasını oluşturur. Bu birimin üstüne de Bayramiç formasyonu çökelleri gelmektedir. Bayramiç Formasyonu: Bayramiç formasyonu başlıca kil, silt ve kumlardan oluşmaktadır. Geçirimsiz kil ve siltler hakim litolojiyi oluşturur. Ezine volkanitleri ile birlikte geçirimsiz örtü çökellerini teşkil ederler. Alüvyonlar: Havzada en üstte Gönen çayının taşıyıp getirdigi kırıntılı malzemeden oluşan alüvyon yeralmaktadir. Jeotermal sahada kalınlığı 11 metreyi geçmeyen alüvyon, havzanın geçirimli serbest akiferini oluşturmaktadır. Yeraltısuyu derinlikleri temel araştırma sondaj verilerine dayalı olarak hazırlanmıştır. Bulunan geçirimsiz temel kaya niteliğindedir. 19

30 Örtü Kayaç Hidrotermal sistemlerde ısının korunabilmesi için sıcak su akiferi üzerinde düşük termal iletkenliğe ve geçirimliliğe sahip bir örtü kayacın olması gerekmektedir. İnceleme alanında gözlenen formasyonların geçirimsiz seviyeleri örtü kayacı oluşturmaktadır. Bunlardan başlıca Karakaya Formasyonu ve Bilecik Formasyonudur (Şekil 5.1.) Şekil 5.1. Çalışma alanındaki kayaç birimlerinin hidrojeolojik özellikleri (Avşar vd., 2011) 20

31 5.2. Hidrojeokimya Çalışma alanının hidrojeokimyasal özelliklerini anlamak için, alanda bulunan farklı kuyulardan toplam alanı temsil eden 3 su örneği alınmıştır. Su örneklerinin toplanmasından önce, yörede her lokasyonda in-situ ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Ölçümler için kullanılan in-situ cihazları (Çizelge 5.1), Jeoser Yerbilimleri Servisi Ltd. Şti., Isparta tarafından sağlanmıştır. Ölçülen in-situ parametreleri sıcaklık, ph, redoks potansiyeli (Eh), çözünmüş oksijen (O2), elektriksel iletkenlik (EC) ve alkalinite olmaktadır. Belirtilen katyonlar ve elementler, Na+, Ca+, Mg+, K+, Si+4, B+3, ICP-OES ve ICP-MS analiz yöntemleri kullanılarak analiz edilmiştir. Buna karşın belirtilen anyonlar F-, SO4-, Cl-, NO₃-, HCO₃-, CO₃-2 iyon kromatografisi (IC) yöntemi ile analiz edilmiştir. HCO₃ve CO₃-2 değerleri arazide gerçekleştirilen alkalinite ölçümle-rinde hesaplanmıştır. Hidrojeokimyasal analizlerin değerlendirilmesinde, Aquachem v.3.7 (Calmbach., 1999), spreadsheet (Powell ve Cumming, 20-10) kullanılmıştır. Hidrojeokimyasal analizler (Çizelge 5.3) de sunulmaktadır. Özet olarak, sıcaklık 52,5 ile 95,3 C arasında, ph 7,42 ile 7,77 arasında ve elektriksel iletkenlik aralıkları arasında -288 ile 144 ms/cm arasında değişmektedir. Detaylı sonuçları Çizelge 5.2 de verilmiştir. Çizelge 5.1. İn - Situ cihazları ve özellikleri 21

32 Hidrojeokimyasal Özellikler Balıkesir - Gönen ve yakın çevresinden alınan su örneklerinin hidrojeokimyasal analiz sonuçları AQUACHEM v.3.7 (Calmbach., 1999) ve Liquid analysis spreadsheet (Powell ve Cumming, 2010) kullanılarak değerlendirilmiştir. Aynı şekilde, Havran-Derman ve yakın çevresi jeotermal sularını tanımlamak ve grafiksel olarak gösterebilmek için Piper ve üçgen diyagramları hazırlanmıştır. Piper diyagramına göre Balıkesir - Gönen ve yakın çevresi jeotermal suları Na, SO₄ ve HCO₃ tipi sular olarak adlandırılabilir (Çizelge 5.2.). Çizelge 5.2. Balıkesir Gönen ve çevresindeki jeotermal suların yerinde ölçümleri ve hidrojeokimysal analizleri 22

33 Çizelge 5.3. İnceleme alanındaki örneklerin su tipleri. Piper (üçgen) diyagramı gerek iyonların topluca tek bir diyagramda görüntüleme kolaylığı açısından, gerekse benzer ve farklı kökenli suların karşılaştırılması kolaylığı açısından hidrojeolojide oldukça sık kullanılan diyagramlardandır. Majör anyonlar CI-SO4-HCO3 baz alındığında (Giggenbach, 1988), bu üçgen diyagramı jeotermal suları sınıflandırmak için kullanılır (Şekil 5.2.). Bu olgunlaşmamış kararsız suları ayırt etmeye yardımcı olur ve karıştırma ilişkileri coğrafi gruplaşmalar bir ilk göstergesidir. Bu çalışma alanında bulunan duraysız suları ayırtlamaya yarar ve burada bulunan suların karışım ilişkileri ile ilgili belirteçleri verir. Piper diyagramı anyon ve katyonların (% mek/l cinsinden) ayrı ayrı gösterildiği iki ayrı üçgenden ve tüm iyonların ortaklaşa gösterildiği bir eşkenar dörtgenden oluşmaktadır. Üçgen diyagramlar suların hidrokimyasal su tiplerinin görülme-sinde, dörtgen ise suların sınıflamasında ve karşılaştırılmasında kolaylık sağlamaktadır. Piper üçgen diyagramına göre inceleme alanındaki sıcak suların büyük bir kısmının sodyum, sülfat ve bikarbonatlı su tipini yansıttıkları görülmektedir. Diğer sıcak sular 23

34 ise sodyum, kalsiyum, sülfat ve bikarbonatlı sulardır. Piper sınıflamasında yöredeki sodyum sülfatlı sular karbonat olmayan alkalinitesi %50 den fazla olan alana düşmektedir (Şekil 5.2.). Diğerleri ise iyonların hiç birisi %50 yi geçmeyen karışık sular sınıfına girerler. Şekil 5.2. Çalışma alanında bulunan jeotermal suların Piper diyagramında gösterilmesi (Özgür vd., 2017) Suları isimlendirmek, birbiri ile karşılaştırmak, iyonlar arası etkileşimleri araştırmak ve kökeni ile ilgili yorum yapabilmek amacıyla suların hidrojeo-kimyasal su tipinin belirlenmesine yönelik çeşitli yöntemler önerilmiştir. Hidrojeokimyasal fasiyes kavramı, suların içerdikleri başlıca iyonların oran-larına bağlı olarak sınıflandırılması esasına dayanmaktadır. Suda çözünen baş-lıca iyonlardan anyonlar ve katyonlar ayrı ayrı olmak üzere mek/l cinsinden %50 den fazla olan iyonlar hidrokimyasal su tipini belirtmektedir. Eğer iyonların hiçbirisi miktar olarak %50 yi geçmiyorsa karışık su tipini belirtmektedir. Sıcak ve mineralli suların diğer bir sınıflaması da başlıca anyonlara göre (Cl, HCO3, SO4) yapılabilmektedir (Giggenbach, 1991). Bu sınıflamaya göre yöredeki sıcak ve mineralli sular kuyulardan elde edilmekte ve sülfat içeriği yüksek olarak bulunmaktadır. 24

35 Şekil 5.3. Gönen ve çevresi jeotermal sularının CI-SO4-HCO3 üçgen diyagramı (Özgür vd., 2017) Şekil 5.4. Çalışma alanında jeotermal suların Ca-Na+K-Mg üçgen diyagramı (Özgür vd., 2017) Çalışma alanı jeotermal suları için hazırlanan Ca-Na+K-Mg üçgen diyagramı (Şekil 5.4.) şekilde Havran-Derman örneklerinin Na+K katyonlarına yönelmesi Na+K katyonlarının baskın katyon olduğunu göstermektedir. Bu durum olasıdır, çünkü artan sıcaklıklarda Na+ değeri artmakta ve buna karşın ise Ca+2 ve Mg+2 içeriği azalmaktadır. 25

36 Doygunluk indeksi Farklı kullanım alanlarıyla insanlığa hizmet eden termal suların bir yerden bir yere taşınması sırasında kabuklaşma yada korozyon gibi çok önemli sorunlar yaşanabilmektedir. Bu sorunların yaşanmasında suyun mineral doygunluğu, çökme ve çözülme özellikleri büyük ölçüde etkendir. Genellikle çökel ürünü olarak gözlenen kalsit, dolomit ve jips minerallerinin farklı sıcaklık değerlerinde mineral doygunluk indekslerinin hesaplanması ve diyagramının çizilmesi, bu sorunların önlenmesinde etkin rol oynamaktadır. Bunun için kullanılan mineral sıcaklık diyagramlarında pozitif doygunluk indeksi çökeltici özelliği, negatif doygunluk indeksi ise çözündürücü özelliği ifade etmektedir. Doygunluk indeksleri, jeotermal sistemde kayaç ile su arasında meydana gelen kimyasal dengelenmeyi değerlendirmede yararlıdır. Bu, hidrotermal alterasyona uğrayan kayaçları oluşturan minerallerin çözünürlüğü ve bu minerallerin aktiviteleri ile ilgili bilgilerin toplanması ile sonuçlandırılır. Çözeltilerde iyonların, iyon çiftlerinin ve komplekslerin çok sayıda olması nedeniyle, her tip mineral ve bunların aktiviteleri için doygunluk indeksleri geliştirmek yazılım programı kullanımını zorunlu kılmaktadır. Bu çalışmada Aquachem programı doygunluk indeksini hesaplamak için kullanılmıştır. Mineral doygunluk indekslerinin hesaplamasında basınç 1 atm olarak alınmış ve ph sabit tutulmuştur. Bulunan bu değerler Excel programına aktarılarak mineral sıcaklık denge diyagramı oluşturulmuştur. Çizelge 5.4. Çalışma alanındaki örneklerde rastlanabilecek bazı minerallerin doygunluk indeksleri Mineraller GS1 GS2 GS3 ZU1 ZU2 ZU3 Anhidrit Aragonit Florit Kalsit Kalsedon Dolomit Jips SiO2 (a) Sepiyolit

37 Çalışma bölgesindeki sular doygunluk indekslerine göre incelendiğinde; ilk örnekte minerallerin bir çoğununun doygunluğa ulaşabildiği gözlenmektedir. Doygunluk gösteren mineraller aragonit, kalsit, kalsedon ve dolomittir. Bunun yanı sıra anhidrit, jips, florit, kuvars ve sepiyolit mineralleri doygunluk göstermemektedir. İkinci örnekte ise aragonit, kalsit, kalsedon, dolomit mineralleri doygunluk göstermekte ancak anhidrit, florit, jips, sepiyolit ve kuvars doygunluk göstermemektedir. Üçüncü örnekte ise aragonit, kalsit, kalsedon, dolomit, sepiyolit doygunluk göstermekte anhidrit, florit, jips, kuvars doygunluk göstermemektedir Jeokimysal Termometre Uygulamaları Termal sular yer altında farklı sıcaklık ve basınç koşulların altında bulunur ve bulunduğu kayaç ile etkileşime girer. Bu etkileşim rezevuar kayacın mineralojisine bağlı olarak su kimyasını da değiştirir. Jeotermometreler su kimyasındaki bu değişimden yola çıkarak rezervuar sıcaklığını hesaplamaya yönelik oluşturulmuş denklemlerdir. Jeotermometre eşitlikleri kullanılış şekillerine göre ikiye ayrılmaktadır. Bunlar; Birleşik (kombine) Jeotermometre uygulamaları ve Kimyasal jeotermometre uygulamalarıdır. Kimyasal jeotermometre uygulamaları da kendi içerisinde Silis jeotermometreleri ve katyon jeotermometreleri olarak ikiye ayrılır. Her jeotermometre kendi içerisinde bulunduğu hidrojeokimyasal durumu yan-sıtır, bu nedenle bazı jeotermometreler yapılan hesaplamalarda afaki değerler vermiştir. Bu duruma yüzeyde ölçülen sıcaklık değerinden daha düşük akifer sıcaklığı veren K- Mg jeotermometresi bir örnektir. Amorf Silis (Fournier 1977), Amorf Silis (Arnorsson, 1995), Alfa ve Beta Kristobali (Fournier 1977) ve magonit (Gislason vd., 1996) gibi Silis jeotermometreleri de benzer olumsuz sonuçları verdiğinden tablolarda gösterilmemiştir. Grafik ve tablo sonuçları dikkatli bir şekilde irdelenmiş ve yorumlamanın daha gerçekçi sonuçlara ulaşması he-deflenmiştir. Çalışma alanına ait rezervuar kayacın sıcaklığının belirlenmesinde Na-K, Na-K-Ca, Na-K-Ca-Mg, jeotermometrelerinden yararlanılmıştır. 27

38 Kimyasal termometreler Çalışma alanında seçilmiş olan sıcak su örneklerinin, akifer sıcaklıklarını hesaplamada kullanılan bir diğer yöntem ise kimyasal jeotermometre uygulamalarıdır. Kimyasal jeotermometre eşitlikleri kullandıkları kimyasal reaksiyon açısından başlıca iki sınıfa ayrılmaktadır. Bunlardan biri; mineralin sıcaklığa bağlı çözünürlüğünü temel alan jeotermometre yani silis jeotermometreleri, diğeri ise çözünmüş iyonların sıcaklığa bağlı iyon takas (ion exchange) reaksiyonlarına dayanan jeotermometre yanı katyon jeotermometreleridir (Na-K, Na-Ca, Na-K-Ca, K-Mg, Li-Na vb.) (Doğdu, 2004) Silis termometresı Silis jeotermometreleri, silisin su içerisindeki çözünürlüğüne bağlı jeotermometrelerdir (Çizelge 5.5). Silisin çözünürlüğü sıcaklık ve basınç ile değişim gösterir. Silis minerali su içerisinde; kuvars, kalsedon, kristobalit, opal ve amorf gibi çeşitli formlarda bulunur. Bu formlar su içerisinde birbirinden farklı kinetik özellik gösterir. Bu farklılıktan yararlanarak haznekaya sıcaklığını tahmin etmede kullanılan silis jeotermometreleri her silis formu için farklı hesaplamalar içerir. Çizelge 5.5. Silis (SiO 2 ) jeotermometreleri ve bağıntıları (Tüm derişimler mg/l) 28

39 Katyon termometresi Bir çözeltideki iyonların başka iyonlarla yer değiştirmesinden yola çıkarak oluşturulmuş jeotermometrelerdir (Çizelge 5.6). Na/K jeotermometresi, Na-K-Ca jeotermometresi ve Magnezyum düzeltmeli Na-K-Ca jeotermometresi katyon jeotermometrelerine birer örnektir. Her jeotermometre bağıntısı kendi içerisin-de bulunduğu hidrojeokimyasal durumu yansıttığından, aynı element kullanılmasına karşın formüller doğmuştur. (Mutlu 1999) a göre; katyon jeotermometreleri, belirli çözünmüş elementlerin oranlarını sabitleyen sıcaklık bağımlı değişik reaksiyonlarını esas almaktadır. Oluşum birlikteliği gösteren alkali feldispatlar arasındaki Na ve K değişimi katyon jeotermometrelerinin esas alındığı temel için verilebilecek en güzel örnektir. Na/K jeotermometreleri suda fazla miktarda Ca iyonu bulunuyorsa, hazne kaya sıcaklığı hesaplamalarında yüksek değerler verir. Na/K jeotermometrelerinin uygulanacağı sıcak suların ph değeri nötre yakın veya hafif alkali, karbonat çökelmelerinin oluşmaması, log ( Ca/Na) değerinin 0.5 den az olması koşulları aranmalıdır. Na/K jeotermometreleri, nötr ve alkali, alkali klorürlü, ºC sıcaklıktaki hazne kayadan gelen sularda iyi sonuçlar vermektedir (Özen, 2002). Na-K-Ca jeotermometrelerinde Ca/Na (mol/l) oranının birden büyük olduğu durumlarda Na/K jeotermometre bağıntıları, hazne kaya sıcaklığı hesaplamalarında çok yüksek değerler vermektedir (Özen, 2002). Jeotermometrenin bu olumsuz yönünü gidermek için Fournier ve Truesdell (1973) tarafından aşağıdaki bağıntı geliştirilmiştir. Bağıntıda Na, K, Ca, mol/l olarak alınır. Β bir katsayıdır. Eğer log ( Ca/Na) değeri (- ) ise β=1/3, (+) ise β=4/3 olarak bağıntıya konur. Ayrıca β=4/3 olarak hesaplanan hazne kaya sıcaklığı 100oC den fazla ise β=1/3 alınarak hazne kaya sıcaklığı tekrar hesaplanabilir. 29

40 Çizelge 5.6. Na/K jeotermometreleri ve bağıntıları (Tüm derişimler mg/l) BileĢik termometre uygulamaları Giggenbach (1988) hazırladığı diyagramla suları içerdikleri Na, K ve Mg iyonlarının mg/l değerlerine dayalı olarak sınıflamıştır. Bu sınıflamaya göre; I. Bölgeye düşen sular; su kayaç ilişkisi açısından kısmen dengede, II. Bölgeye düşen sular ise sukayaç ilişkisi bakımından kimyasal dengelenmenin sağlanmamış olduğunu gösterir. Olgunluk İndeksi (MI) = [0.315 log (K2/Mg) ] [log (K/Na) ] (Giggenbach, 1998) 30

41 Şekil 5.5. İnceleme alanındaki suların Na-K-Mg diyagramındaki görünümü ve sukayaç denge sıcaklıkları (Giggenbach, 1988) Şekil 5.6. Çalışma bölgesinin Na-K-Mg1/2 üçgen diyagramı (Özgür vd., 2017). Na-K-Mg1/2 üçgen diyagramı solute termometre uygulamaları ile rezervuar sıcaklığı uygun jeotermal sular arasında açık ayırım yapmak için bir yöntem olarak 31

42 Giggenbach (1988) tarafından önerilmiştir. Gönen jeotermal alanından gelen su örneklerinden Dengelenmiş Sular, alanlarına düşmektedir (Şekil 5.6.) Jeokimysal termometrelerin değerlendirmesi Çalışma alanındaki rezervuar sıcaklığını anlamak için çalışma alanı jeotermal sularının hidrojeokimyasal analiz sonuçları değerlendirilmiştir Ġzotop Jeokimyası İzotop, bir atomun aynı sayıda protona, buna karşın farklı sayıda nötrona sahip olan türevleridir. Atomun ağırlığı proton ve nötronların toplam sayısına bağlı olduğundan, aynı atomun izotopları farklı atomik ağırlıklara (atomic mass unit; amu: atomik kütle birimi) sahiptirler. Söz konusu atomik ağırlık farklılığı aynı atomun farklı izotoplarının fiziksel ve kimyasal süreçlerde farklı davranmasına neden olur. Bu durumun bir sonucu olarak; örneğin su molekülünü oluşturan hidrojen ve oksijen atomlarının farklı izotoplarının birbirine olan oranları değişmektedir. Anılan izotop oranlarındaki değişimin incelenmesi sonucunda her hangi bir suyun etkilendiği fiziksel ve kimyasal süreçler belirlenebileceği gibi farklı sular arasındaki olası karışımlar hakkında da yorumlamalar yapılabilir. İzotoplar; sıcaklık ve su kayaç etkileşimine hassasiyetlerinden dolayı jeotermal araştırmalarda etkin bir akifer izleme yöntemi olarak kullanılmaktadır. Oksijen (δ18o), Döteryum (δ 2 H) ve Trityum izotopları termal suların kökeni, yaşı, beslenme alanı, yüksekliği ve yer altında kalış sürelerini tahmin etmede kullanılır. Jeotermal suların örnekleri, Jeotermal sulardaki içerikleri açısından SO-S-H 3 analiz edilmiştir Karışık yeraltı suyu ve jeotermal su sistemleri meteorik su hattı boyunca uzanırken, yüksek sıcaklık jeotermal suları yüksek sıcaklık koşullarında yoğun su kayaç etkileşimi gösteren meteorik su hattından sapmaktadır Bu veriler hidrokimyasal analizlerin sonuçları, silikat ile yüksek su-kayaç etkileşimi ve reaksiyonları gösteren iyi bir korelasyona sahiptir. 32