Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Koitesi TÜRKİYE 1. ENERJİ KONGRESİ CUMALI [SEFERIHISAR/İZMIR] JEOTERMAL ALANINDA YAPILAN SP, MANYETİK VE ELEKTROMANYETİK ÇALIŞMALAR Petek SINDIRGI 1, Ere TİMUR 1 1 Dokuz Eylül Üniversitesi Jeofizik Mühendisliği Bölüü 3516 Buca İZMİR ÖZET Jeoteral enerji günüüzde enerji üretii aacıyla kullanılan en teiz kaynaklardan biridir. Sondajlarla rezervuardan yüzeye çıkarılan sıcak su ve buhar jeoteral enerjinin üretiinde kullanılaktadır. Elde edilen teral enerji; doğrudan konut ısıtasında, tarısal ve endüstriyel aaçlı olarak kullanıının yanında daha yüksek sıcaklıktaki sistelerden elde edilen enerji, elektrik üretiinde kullanılabilektedir. İzir in Seferihisar ilçesine bağlı Cualı kaplıcaları bölgesinde yapılan çalışada, SP, Manyetik ve VLF-EM yönteleri uygulanıştır. Alışılageliş SP değerlendirelerinin yanısıra yöntein sıcaklıkla olan ilişkisi kullanılarak kaynağın doğasına uygun odelleeler yapılıştır. Topla anyetik alan ölçüleri ile üç farklı frekansta yapılan VLF-EM ölçülerinin çeşitli veri işle teknikleriyle değerlendirilesi sonucunda kırık hattı üzerinde belirgin izler elde ediliş ve yapı odelleniştir. Aynı alanda uygulanan bu üç yönte yüzeyaltı yapısının ortaya konasında uyulu sonuçlar veriştir. Yapılan çalışalar ışığında, bölgedeki ana rezervuar yapısının büyük bir olasılıkla Kretase filiş olduğu belirleniş, kırık yapısının yeri ve derinliği saptanıştır. 1. GİRİŞ Uzun zaandır kullanılan petrol, köür gibi fosil enerji kaynaklarının tükenebilirlik ve çevre kirliliğine yol açası gibi sorunları nedeniyle yeni enerji kaynaklarının aranası gerekiştir. Bu tür olusuzlukları içereyen enerjilerden biri olan jeoteral enerjinin denetili kullanılası duruunda ise; kendini yenileyebile özelliği ve oldukça az çevre kirliliği yaratası, ekonoik olası ve akışkan sıcaklığına göre çok çeşitli kullanı alanlarına sahip olası gibi avantajları vardır. 167
Dünyada jeoteral zenginliği ile yedinci sırada yer alan Türkiye, jeoteral potansiyeli ile topla elektrik enerjisi ihtiyacının % 5 ine kadar, ısıtada ısı enerjisi ihtiyacının %3 una kadar karşılayabilecek potansiyele sahiptir. Bu potansiyel, Anadolu plakasının aktif bir jeolojik yapıya sahip olasından kaynaklanaktadır. İncelee alanı olarak seçilen İzir-Seferihisar-Cualı kaplıcaları bölgesi de Batı Anadolu nun öneli jeoteral alanlarından biridir. MTA tarafından 197 yılından bu yana ayrıntılı Jeoloji, jeokiya ve sondaj çalışaları yapılış ve öneli sonuçlar elde ediliştir. Ancak alanda uygulanan jeofizik araştıraların ve yönte sıklığının azlığı, ortaa ait jeoteral odelin yorulanasında bazı güçlüklere neden olaktadır. Bu güçlükleri bir ölçüde olsa aşabilek aacıyla, alanın Cualı kaplıcası çevresinde doğal gerili (SP), anyetik ve VLF araştıraları yapılıştır [Şekil 1]. Şekil 1. Çalışa alanı ve uygulanan jeofizik yöntelere ait profiller 2. BÖLGEDE DAHA ÖNCE YAPILAN JEOFİZİK ÇALIŞMALAR Jeoteral sistelerin çözülenesi için çok gerekli olan jeolojik ve jeofizik çalışalar geçiş yıllarda İzir - Seferihisar - Cualı kaplıcaları bölgesine de uygulanıştır. Ekingen [197], 1 k 2 lik bir alanda gravite çalışaları yaparak bölgenin tektonik hatlarını çıkaraya çalışıştır. Ekingen e göre rezidüel Bouguer belirtilerindeki negatif değerlerin Cualı ve Tuzla kaplıcaları çevresinde pozitif değerlerin ise Karakoç kaplıcası yakınında görülesi, yükseli ve çöküntü yapılarının bir kanıtıdır. Bölgede yapılış öneli çalışalardan biri olan Eşder & Şişek [1975] in çalışasında, alanın jeolojik yapısı, ısıl özellikleri ile ilişkilendirileye çalışılıştır. Yine Eşder [199] bölgenin dolaşı ekanizasını açıklaıştır. Özgüler &Ünay [1977], yaptıkları özdirenç çalışasında, özdirenç değerlerinin GD-KB yönünde düştüğünü ve bunun bölgedeki ana tektonik yapıları yansıtabileceğini belirtişlerdir. Çakır [1984], bölgeye uyguladığı özdirenç ve gravite yönteleri ile, Karakoç yükselii ve volkanik dolar çevresinde özdirencin 168
çok düştüğünü ve çöküntü derinliğinin 1.6 k. civarında olduğunu buluştur. Drahor et al. [1999], bölgede SP ve gravite ölçüleri yapıştır. SP çalışaları sonucunda, uçlaşa odak derinliklerini; gravite çalışaları ile de yükseliçöküntü yapısındaki bölgenin genel yapısal uzanı yönünün KD-GB olduğunu ve taban derinliğinin ise 1.5-1.7 k olduğunu saptaışlardır. 3. SEFERİHİSAR JEOTERMAL ALANININ JEOLOJİSİ VE TEKTONİĞİ Seferihisar jeoteral alanı, İzir ilinin yaklaşık 4 k. güneybatısında yeralaktadır. Seferihisar jeoteral alanının teelini, Menderes asifine ait Paleozoik yaşlı etaorfikler oluşturur. Bu biri ikaşist, kalkşist ve ererden oluşuştur [Eşder&Şişek, 1975]. Üst kesilerinde ererlerin kalınlığı 15 etreyi bulaktadır. Bu biri üzerinde ise, pelitik şist, kutaşı ve altere kireçtaşından oluşan Kretase yaşlı İzir flişi uzanır. Bu biriin alt seviyelerindeki Ultrabazik kayaçlar, üst seviyelere doğru itilerek, KD-GB doğrultusunda yüzeylenirler [Eşder & Şişek, 1977]. Biriin üst seviyeleri ise fliş, Periyenden Kretaseye doğru yaşlardaki kireçtaşları ve serpantinitler içerir. İzir flişi, Bölgenin kuzeybatı ve güneydoğusunda yer alırken, bölgenin ota kesilerinde, geniş bir bölüü Miyosen yaşlı tortullarla örtülü olan ve KD - GB uzanılı Çubukludağ çöküntüsü bulunaktadır. Bu çöküntüyü örten tortullar Yeniköy Forasyonu olarak bilinir. Bu tortullar İzir flişi ile açısal uyusuzluk gösterir [Eşder & Şişek 1977]. Yeniköy forasyonu üzerinde Pliyosen-Pleyistosen yaşlı Cuaovası volkanikleri yer alır. Bu biriin alt seviyeleri, tüf, tüfit, agloera ve perlitlerden oluşur. Riyolit ve riyodasitlerden oluşan üst seviyeler ise yüzeyde ostra veren Yeniköy forasyonunu kesektedir. Seferihisar jeoteral sistei, Tersiyer ve Kuvaterner volkanizanın yer aldığı bir bölgede oluşuştur. Genelde riyolit ve riyodasitler atosfere gaz kaçışını engeller ve derindeki ısı birikiine katkıda bulunur. Ayrıca derindeki asit volkanikler ısıyı biriktirerek jeoteral gradyentin artasına neden olurlar. Bu nedenle riyolit ve riyodasit lav dolarının bulunduğu bölgelerin jeoteral özellik taşıa olasılığı yüksektir. Seferihisar jeoteral sisteindeki riyolit ve riyodasit lav dolarının dizilii de volkaniza yayılıına ve tektonizaya uygun olarak GB- KD uzanılıdır [Şekil 2]. Seferihisar jeoteral alanının güneydoğusunu, bölgenin en yüksek kesii olan Dereboğazı yükselii sınırlar. İkinci geniş ve öneli yükseli ise KD-GB doğrultulu Seferihisar yükseliidir. Çubukludağ çöküntüsünü ve Seferihisar yükseliini sınırlandıran öneli tektonik hatlar bulunaktadır. Seferihisar yükseliinin güneydoğu uzanıı tektonik yoğunluğun erkezidir. Çubukludağ çöküntüsünün bu kısında, Yeniköy forasyonunu kesen, Doğanbey Ilıcası 169
yükselii ve Karakoç yükselii bulunaktadır. Bunlar çöküntüyü daha küçük çöküntülere bölektedir. Seferihisar yükselii ile Dereboğazı yükselii arasındaki Çubukludağ çöküntüsünü KB-GD uzanılı faylar sınırlandırır. Çalışa alanı olarak seçilen Cualı kaplıcaları bölgesi, güneybatıda Çubukludağ çöküntüsünün sonunda yer alır. Bölge, Seferihisar ve Karakoç yükselileri arasında bulunakta ve Cualı ters fayına paralel olarak uzanaktadır. Kuzeybatıda, yeniköy forasyonu altındaki İzir flişi kireçtaşı rezervlerinin yapısal istifine uygun olarak, Cualı ters fayına doğru dalaktadır. Bununla birlikte doğuda, şeyller arasında azalarak incelektedir. Bölge, teel tektonik trende uygun olarak KD-GB doğrultusunda uzanaktadır [Şekil 2]. Şekil. 2. Seferihisar jeoteral alanı jeoloji ve tektonik haritaları [Eşder ve Şişek, 1975 ten iyileştirilerek alınıştır]. 4. ARAZİ UYGULAMALARI 4.1 SP UYGULAMALARI Jeoteral alanlarda ölçülen doğal geriliin kökeni ısılelektrik, elektrokinetik ve elektrokiyasal ekanizalar ile açıklanaktadır [Onsager, 1931, Nourbehecht, 1963; Corwin ve Hoover, 1979; Sill, 1982]. Çeşitli bileşilere sahip sıcak sular ve buhar içeren rezervuar ve bununla ilişkili taşıyıcı kırık ve kırık sisteleri doğal gerili yöntei yardııyla belirlenebilektedir. 197 li yılların başından beri dünyanın birçok jeoteral alanında, sistei tanılaaya katkıda bulunak üzere bu yönte uygulanış ve olulu sonuçlar alınıştır [Corwin ve Hoover, 1979; Sill, 1983].Bu araştırada, yukarıda değinilen 17
ekanizalar yardııyla, sıcaklık uçlaşası probleleri; ileti (kondüksiyon) ve dolaşı (konveksiyon) kavralarıyla bağlantılı biçide çözülüştür. Bu incelee sonucunda SP anoalileri üzerinde en etkili paraetrelerin ısılelektrik potansiyel katsayısı olduğu belirleniştir. Bilinen klasik doğal gerili odelleelerinden farklı olarak, jeolojik ortaa uygun olarak geliştirilen iki odelde çeşitli sayı ve güçlerde sıcaklık kaynakları oluşturuluş; ayrıca, ortaların ısıl iletkenlikleri ve ısıl elektrik potansiyel katsayıları belirleniştir [Sındırgı, 25] [Şekil 3]. Ayrıca doğal gerili verileri, alışılagelen aşırı tanılı en küçük kareler ters çözü tekniği ile de değerlendiriliştir. Bu değerlendire sonucu saptanan paraetreler Tablo 1. de 2 15 Gerili (V) 3 2 1-1 1 2 3 4 5-2 Mesafe () Doğal Gerili (V) 1 5-5 1 2 3 4 5-1 -15-2 -25 Uzaklık () 3. profil gerili değerleri 3. profil için hesaplanan Arazi verisi Model Şekil 3. 3 ve 4 nolu profiller için oluşturulan odeller, bu odellerin yarattığı belirtiler ve ölçülen SP anoalisi Tablo 1. SP profillerine ait polarlana açıları ve derinlikler. Profil Polarlana No Açısı Derinlik() 3 278 121 4 271 124 171
4.2. MANYETİK VE VLF UYGULAMALARI Seferihisar-Cualı jeoteral alanında Doğal Gerili yönteini ile birlikte 2 profil üzerinde anyetik ve VLF-EM yönteleriyle ölçüler alınarak değerlendiriliştir. Alanda yapılan SP ölçüleri sonucunda elde edilen anoali grafikleri ile aynı konularda büyük değişiler gözleniştir. Manyetik veriler farklı odeller için yuvarlatılıp 1-Boyutlu ters çözü yönteleri [Raju, 23] kullanılarak değerlendiriliş; VLF verileri de 1-Boyutlu filtrelenerek [Fraser, 1969] çizdirilip yorulanıştır. Jeofizik araa yöntelerinden belkide en eskisi olan anyetik etod, jeoteral alanlarda son yıllarda sıklıkla kullanılaya başlanıştır [Serpa, L. F., Kenneth, L. C., 1984; Sith et. al., 22; Sith and Pratt, 23]. Yer içindeki ferroanyetik ineral içeren kayaçların oluşturduğu anyetik alan, yer anyetik alanı üzerinde farklılıklara neden olaktadır. Yüzeyden veya havadan yapılan ölçülerle belirlenen farklıklıklar özellikle anyetik küri izoteri ile kabuğun içindeki sıcak girişi çalışalarında ve jeoteral alanlarda bulunan kırık hatlarının odellenesinde büyük öne taşıaktadır. Bu alanlar özellikle basen kökenli olası gaz üreti sahaları olarakta değerlendirilebilektedir [Nabighian et. al., 25]. nt 6 4 2-2 -4-6 -8 2 4 6 8 1 12 14-1 -12-14 Ölçülen Veri Hesaplanan Veri (Fay Modeli) Hesaplanan Veri (Dayk Modeli) Hesaplanan Veri (Katan Modeli) Modeller Yapı Derinliği [] Süseptibilit e [EMU] Dip [d] Orijinden Uzaklık [] FAY 15.69 -.2 196.47 39.52 Taban Derinliği= 39.52 DAYK 19.57 -.6 197.86 46.38 Genişlik= 1.88 KATMAN 19.82.18 196.11 46.4 Kalınlık= 1.98 Şekil 4. 1nolu profil için ölçülen-hesaplanan anyetik veri grafikleri ve ilgili paraetre değerler 172
nt 6 4 2-2 -4 2 4 6 8 1 12 14-6 -8-1 Ölçülen Veri Hesaplanan Veri (Fay Modeli) Hesaplanan Veri (Dayk Modeli) Hesaplanan Veri (Katan Modeli) Modeller Yapı Derinli ği [] Süseptibilit e [EMU] Dip [d] Orijinden Uzaklık [] FAY 8.7 -.3 246.32 54.6 Taban Derinliği= 28.66 DAYK 12.93 -.91 244.53 53.41 Genişlik= 1.12 KATMAN 13.21.14 246.78 54.69 Kalınlık= 1.52 Şekil 5. 2 nolu profil için ölçülen-hesaplanan anyetik veri grafikleri ve ilgili paraetre değerleri VLF elektroanyetik yöntei yüzeye yakın kırık hatlarının belirlenesinde, su kaynaklarının araştırılasında, göülü yapıların iletkenlik değişiinin incelenesinde ve arkeolojik araştıralarda sıklıkla uygulanaktadır [Fraser, 1969; McNeill, J.D. and Labson, V. 1991; Blakely et. al., 2a; Tiur, 23]. Dünyanın çeşitli bölgelerindeki radyo vericilerini kaynak olarak kabul eden yönte, yapıların elektriksel iletkenliğinden etkilenektedir. Yerin sığ derinlikleri (-3 ) hakkında bilgi elde etek için hızlı ve güvenilir bir yöntedir. % 1 15 o 5 1 1 2 3 4 5 6 7 8-5 -1 5 1 2 3 4 5 6 7 8-5 In-phase Tilt Data -15 Quadrature -1 Fraser Data Şekil 6. 1 nolu profilin gerçel-sanal bileşen grafikleri ile ha ve filtreleniş tilt açısı grafikleri. % 8 6 4 2 1 2 3 4 5 6 7-2 -4 o 1 8 6 4 2 1 2 3 4 5 6 7-2 -6-4 In-phase Tilt Data -8-6 Quadrature Fraser Data Şekil 7. 2 nolu profilin gerçel-sanal bileşen grafikleri ile ha ve filtreleniş tilt açısı grafikleri. 173
5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Jeoteral sistelerin belirlenesinde, çeşitli yerbilisel uygulaaların bir arada yapılası ve sonuçlarının birleştirilerek yorulaaya gidilesi çok önelidir. Bu çalışada İzir-Seferihisar jeoteral alanının Cualı Kaplıcaları bölgesinde yapılan jeofizik (SP, Manyetik ve VLF) çalışalar daha önceden yapılış jeolojik çalışaların sonuçları ile birleştirilerek sunuluştur. SP çalışaları sonucunda orta jeolojisine uygun olarak geliştirilen odelde her profile ait çeşitli sayı ve güçlerde sıcaklık kaynakları oluşturuluş; ayrıca, ortaların ısıl iletkenlikleri ve ısıl elektrik potansiyel katsayıları belirleniştir. 7 etre derinliğe sahip, neojen birilerin, özdirencinin 4 Ω, ısıl elektrik potansiyel katsayısının.1 V/ o C, ısıl iletkenliğinin.7 W/ o C, 9 etre derinliğe kadar yayılan kretase flişin, özdirenci 15 Ω, ısıl elektrik potansiyel katsayısı 2 V/ o C, ısıl iletkenliği 12 W/ o C ve tabandaki etaorfik teelin özdirencinin 75 Ω, ısıl elektrik potansiyel katsayısının 2 V/ o C, ısıl iletkenliğinin 5 W/ o C olabileceği saptanıştır. Sıcaklık kaynaklarının büyük bir çoğunluğunun kretase fliş birii içinde yer alası ve bu biriin ısıl iletkenliğinin diğer birilere göre oldukça yüksek olası, bu biriin akifer rolü oynadığını gösterektedir. Daha önce yapılış jeolojik çalışalar da [Eşder, 23] bu sonucu destekleektedir. İleride akifere yönelik yapılacak çalışalarda kretase flişe öne verilesi önerilir. Manyetik araa yöntei ile alınan verilerin ters çözü yönteleriyle değerlendirilesi sonucunda, 1-2 arasında gözlenen yapı derinliği rezervuara ait yüzey çıkışları olarak değerlendiriliştir. 2 profile ait odel paraetreleri incelendiğinde yapı derinliğinin kuzeye doğru derinleştiği belirleniştir [Şekil 4,5]. Bu sonuç bölge jeolojisi ile uyulu olup yapılacak çalışaların sayısının arttırılarak desteklenesi duruunda, alanın jeoteral potansiyelinin ve havzanın odelinin oluşturulası için büyük yarar sağlanacağı düşünülektedir. VLF-EM yöntei ile elde edilen veriler sonucunda ayetik ve SP yöntei ile aynı konularda iletkenliğin hızlı bir değişi gösterdiği gözleniştir. Özellikle tilt açısı verilerinin filltrelenesi ile elde edilen grafikte olası fayın yeri çok net gözlenebilektedir. Özellikle 1 nolu profilin 3. ve 45. etrelerinde gözlenen 174
değişiler, alanda bulunası olası 2 farklı kırık sisteinin varlığını gösterektedir [Şekil 6]. Benzer değişi aynı doğrultuda 2 nolu profilde de gözleniştir [Şekil 7]. Seferihisar jeoteral alanı, Cualı nın yanısıra Tuzla, Karakoç ve Doğanbey gibi ılıcaları da kapsaaktadır. Yapılan çalışalar, alanın taaını kapsayan ve rezervuarların belirlenesine yönelik, çeşitli jeofizik yönteleri içeren, daha geniş çaplı çalışaların yapılasının gerekliliğini ortaya koyuştur. 6. KAYNAKLAR Blakely, R. J., V. E. Langenhei, D. A. Ponce, and G. L. Dixon, [2a]. Aeroagnetic survey of the Aargosa Desert, Nevada and California; a tool for understanding near-surface geology and hydrology: U. S. Geological Survey Open File Report -188, http://pubs.usgs.gov/open-file/of-188/. Corwin, R.F.,& Hoover, D.B.[1979]. The self-potential ethod in geotheral exploration. Geophysics, 44, 226-245. Çakır, E. [1984]. İzir Seferihisar alanında gravite ve özdirenç çalışaları, D.E.Ü. Mühendislik Fakültesi, Bitire Tezi. Drahor, M.G., Sarı, C.,& Şalk, M.[1999]. Seferihisar jeoteral alanında doğal gerili ve gravite çalışaları, D.E.Ü. Mühendislik Fakültesi, Fen ve Mühendislik Dergisi,1, 3, 97-112. Eşder,T.,& Şişek, Ş. [1975]. Geology of İzir-Seferihisar geotheral area, Western Anatolia of Turkey; Deterination of reservoir by eans of gradient drilling. 2. U.N. syposiu on the developent and use of geotheral recources, San Francisco, 349-361. Eşder,T.,& Şişek, Ş. [1977]. The relationship between the teperature gradient distribution and geological structure in the İzir Seferihisar geotheral area, Turkey. CENTO Scientific prograe syposiu on geotheral energy, 93-112. Eşder, T. [199]. The crust structure convection echanis of geotheral fluids in Seferihisar Geotheral area. Int: Earth Sci. Con. On Aegean regions, İzir, Turkey, 1,135-147. Eşder, T. [23].Cualı-Tuzla [Seferihisar-İzir] sektöründe jeoteral enerji potansiyeli ve elektrik dışı uygulaalar üzerine çalışalar.deü Jenaru Yaz Okulu,s.34-47. Ekingen, A., [197]. Gravity survey of the İzir-Urla district, Maden Tetkik ve Araa Genel Müdürlüğü, Ankara. Fraser, D. C. [1969] Countouring of VLF-EM Data. Geophysics, 34, 958-967 175
McNeill, J.D.,& Labson, V. [1991]. Geolocical apping using VLF Radio Fields. In Ward S.H., Electroagnetic ethods in applied geophysics- Investigations in Geophysics, Vol. 3. Soc. of Expl. Geophysics., pp. 522-559. Nourbehecht, B. [1963]. Irreversible therodynaics effects in inhoogenous edia and their application in certain geoelectric probles. Ph. D. thesis, M.I.T. Nabighian M. N., Grauch V. J. S., Hansen R. O., LaFehr T. R., Li Y., Peirce J. W., Phillips J. D., and Ruder M. E., [25]. The historical developent of the agnetic ethod in exploration. Geophysics, Vol:7, No:6, pp.33-61. Onsager, L. [1931]. Reciprocal relations in irreversible processes.1. Physical review, 37, 45-426. Özgüler, M.E.,&Ünay, T. [1977]. Resistivity field work for exploration of geotheral energy in Seferihisar, İzir, Turkey, CENTO Scientific prograe syposiu on geotheral energy, 115-129. Raju, V. C. [23]. LIMAT: a coputer progra for least-squares inversion of agnetic anoalies over long tabular bodies. Coputer&Geoscience, 29, pp.91-98 Sill, W.R. [1982]. Self Potential Effects Due to Hydrotheral Convection Velocity Crosscoupling, DOE/ID/1279-68. Serpa, L. F., Kenneth, L. C., [1984]. Siultaneous inversion odelling of gravity and aeroagnetic data applied to a geotheral study in Utah, Geophysics Vol:49 No:8 p.1327-1337. Sındırgı, P.,[25]. Sıcak Alanlada Jeofizik Modelleeler ve Uygulaaları, Doktora Tezi, DEÜ Fen Bil. Enst.,İZMİR. Sith, R. P., V. J. S. Grauch, and D. D. Blackwell, [22]. Preliinary results of a high-resolution aeroagnetic survey to identify buried faults at Dixie Valley, Nevada: Geotheral Resources Council Transactions, 26, 543 546. Sith, D. V., and D. Pratt, [23]. Advanced processing and interpretation of the high resolution aeroagnetic survey data over the Central Edwards Aquifer, Texas: Proceedings fro the Syposiu on the Application of Geophysics to Engineering and Environental Probles, Environental and Engineering Society. Tiur, E. [23]. VLF Yönteinin Arkeolojik Alanlarda Uygulanası. DEÜ Fen Bilileri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi. İzir. 176