Kızıldere (Denizli) Jeotermal Alanındaki Kabuklaşma Probleminin Hidrojeolojik ve Jeokimyasal İncelenmesi Hydrogeological and Geochemical Study of the Scaling Problem in Kızıldere Geothermal Field, Denizli G. Tarcan 1, *, T. Özen 2, Ü. Gemici 1, M. Çolak 1, İ. H. Karamanderesi 3 1 Dokuz Eylül Üniversitesi Müh. Fak. Jeoloji Mühendisliği Bölümü 35370 Buca İzmir 2 Atatürk Üniversitesi Oltu Yer Bilimleri Fakültesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü Oltu Erzurum 3 MTA-Emekli, Adres: EVKA-3 Mah. 126 Sokak No:1 D:6 35050 Bornova/İzmir Türkiye (*gultekin.tarcan@deu.edu.tr-gultekin.tarcan@gmail.com) ÖZ: Bu çalışmada, Denizli Kızıldere Jeotermal alanında karşılaşılan kabuklaşma problemi ile bu alanın hidrojeolojik ve jeokimyasal özellikleri incelenmiştir. Alanda üç ayrı hazne bulunmakta, üstten altta doğru Sazak Formasyonu na ait Neojen gölsel kireçtaşları 1. hazneyi, Menderes Masifi ne ait mermerler 2. hazneyi, kuvarsit ve gnayslar ise 3. hazneyi oluştururlar. Örtü kaya ise kısmen mika şistler ve çoğunlukla Neojen ardalanmalı serinin killi düzeyleridir. Alanda bugüne kadar derinlikleri 350-2872 m arasında değişen toplam 45 derin kuyu açılmıştır. En yüksek sıcaklık R-1 kuyusunda 242 o C olarak kaydedilmiştir. Jeotermal akiferlerden gelen sular Na-HCO 3 ve Na-HCO 3 -SO 4 su tiplerini yansıtmaktadır. PhreeqCi programıyla örnekleme sıcaklığında yapılan mineral doygunluk hesaplamaları göstermektedir ki; kalsit, aragonit, stronsiyanit, dolomit, amorf silis çoğunlukla, anhidrit, sölestin ve barit kısmen kabuklaşma oluşturabilecek minerallerdir. Sonuçlar çoğunlukla kabuklaşma örneklerinin jeokimyasal ve X Işını Yansıması (XRD) analizleriyle de desteklenmektedir. Her kuyu akışkanı için geri basım sıcaklığının belirlenmesi bu çalışmanın en önemli sonuçlarındandır. Birleşik yorum olarak geri basım kuyularındaki kabuklaşmadan kaçınmak için soğuk (<50 o C) geri basım sıcaklığı önerilir. Anahtar Kelimeler: Kızıldere Jeotermal Alanı, Kabuklaşma Problemi, Hidrojeoloji, Jeokimya ABSTRACT: In this study the scaling problem in Kızıldere geothermal field and hydrogeological and geochemical properties of this field was investigated. Three reservoirs are situated in the field that are, from shallow to deep, (1) Pliocene lacustrine limestones of Sazak Formation, (2) Palaeozoic to Mesozoic marbles of Menderes Massif, (3) quartz schists and gneiss of Menderes Massif. Cap rock of the system is clayey levels of the Neogene intercalated sediments and partly mica schists. Totally 45 wells whose depths are between 350-2872m were drilled so far. Mineral saturations at measured sampling temperature, calculated by using PhreeqCi code suggest that calcite, aragonite, strontianite, dolomite, amorphous silica, and barite are the likely to be precipitated as scales. These results are confirmed by the results of the geochemical and XRD (X-Ray Diffraction) analyses of the scale samples. Determinations of the scaling minerals and the safety temperatures to avoid or minimize the scaling problems are the most important parts of this study. It was concluded that cold injection (<50 o C) is favored if any mineral deposition is to be prevented or reduced in injection wells. Keywords: Kızıldere Geothermal Field, Scaling Problem, Hydrogeology, Geochemistry 1. GİRİŞ Bu çalışma Kızıldere jeotermal alanında yapılan hidrojeolojik ve jeokimyasal çalışmaları kapsamaktadır. Bu kapsamda, 12 su noktasından alınan toplam 26 su örneğinin kimyasal analizleri ile kuyulardan alınan kabuklaşma örneklerinin (7 adet) jeokimyasal analizi ve XRD analizi (5 adet) gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışmalarda alandaki en önemli problemlerden birisi olan mineral kabuklaşması üzerine odaklanılmıştır. Türkiye jeolojik yapısı nedeniyle jeotermal enerji açısından oldukça zengindir. Jeotermal alanların önemli bir çoğunluğu Batı Anadolu da özellikle de en yoğun biçimde Büyük Menderes Grabeni nde bulunmaktadır. İnceleme alanını oluşturan Kızıldere jeotermal alanı da Büyük Menderes Grabeni nin Doğu kesiminde yer alır (Şekil 1). 505
Şekil 1. Türkiye nin önemli tektonik hatları ve volkanik alanları ile başlıca jeotermal alanları (Şimşek, 2009 dan düzenlenerek) ve inceleme alanının yeri. Kızıldere jeotermal alanı Türkiye de ilk geliştirilen sahadır. Çalışmalar 1968 yılında başlamış, Maden Tetkik Arama (MTA) tarafından 25 derin kuyu açılmış ve toplam 20 MWe kapasiteli jeotermal enerji santrali kurulmuştur. Ancak sahadaki işletme ve kabuklaşma problemleri nedeniyle tam kapasiteyle çalışılamaz ve 6 MWe ile 15 MWe arasında değişen kapasiteyle Türkiye Elektrik Kurumu (TEK) tarafından işletilen saha 2008 Eylül ayında özelleştirilmiştir. Özelleştirme sonrası yapılan geliştirme ve iyileştirme çalışmalarıyla 20 tane daha derin sondaj açılmış ve toplam 80 MWe kapasiteli yeni santral 2013 yılından itibaren üretime başlamıştır (Kindap vd., 2010; Haklıdır ve Kindap, 2013). İyileştirme çalışmaları sonucunda yeni inşa edilen santraller ve eski santralin de 15 MWe kapasiteyle çalıştırılması ile sahadaki toplam elektrik üretimi 95 MWe ye yükselmiştir (Aksoy, 2014). Alan yerli ve yabancı çok sayıda araştırıcı tarafından yoğun bir şekilde çalışılmıştır (Şimşek, 1985; Líndal ve Kristmannsdóttir, 1989; Yıldırım, 1989; 2001; Giese, 1997; Giese vd., 1998; Gökgöz, 1998; Tarcan, 2001; Özgür, 2002; Şimşek, 2003; Tarcan, 2005; Şimşek vd., 2005; Möller vd., 2007; Mutlu vd., 2008; Yıldırım, 2009; Karakuş ve Şimşek, 2013). Yapılan bu çalışmalar alanın jeolojik, hidrojeolojik, işletim ve üretimle ilgili mühendislik ve çevre problemlerini içermektedir. Yeni hidrojeolojik, jeokimyasal ve mineralojik verileri kapsayan bu çalışmada alandaki en önemli problemlerden birisi olan mineral kabuklaşması üzerine odaklanılmıştır. 2. JEOLOJİ İnceleme alanında 8 adet jeolojik birim bulunmaktadır (Şekil 2). Alanın temelinde, Menderes Masifi nin metamorfik kayaları, tabandan tavana doğru yanal ve dikey geçişli gnays, şist, kuvarsit, mika şist ve mermerlerle temsil edilir. Bu temeli üstleyen Neojen yaşlı tortullar, Alt Pliyosen yaşlı (PL-1, PL-2, PL-3) ve Üst Pliyosen yaşlı (PL-4) olarak iki grupta incelenebilir. Alt Pliyosen tortulları, yaşlıdan gence doğru PL-1 olarak adlanan Kızılburun formasyonu (çakıltaşı, kumtaşı), PL-2 olarak adlanan Sazak formasyonu (kireçtaşı, marn), PL-3 olarak adlandırılan Kolonkaya formasyonu (marn, kumtaşı) birimlerinden oluşur. Bunların üzerinde bloklu çakıltaşı, kumtaşı ve kireçtaşından oluşan Üst Pliyosen yaşlı, PL-4 olarak adlandırılan Tosunlar formasyonu bulunur. Kuvaterner yaşlı yamaç molozu ve alüvyon birimleri tüm birimleri uyumsuz olarak örter. 506
Şekil 2. Kızıldere jeotermal alanı çevresinin jeoloji haritası ve su noktalarının yeri (Şimşek, 1985 ve Şimşek vd., 2005 den düzenlenerek). 3. HİDROJEOLOJİ Alanda üç çeşit hazne kaya bulunmakta; bunlar üsten alta doğru (1) Neojen ardalanmalı serisindeki PL-2 Sazak Formasyonu na ait Neojen gölsel kireçtaşları, (2) Menderes Masifi ne ait mermerler ve (3) Menderes Masifi ne ait kuvarsit ve gnayslardır. Örtü kaya ise Neojen ardalanmalı serinin killi düzeyleri ve kısmen Menderes Masifi içindeki mika şistlerdir (Şekil 2). Alanda bugüne değin toplam 45 derin kuyu açılmıştır. Bu kuyuların derinlikleri 350-2261 m arasında değişmektedir (Çizelge 1). 507
Kuyu adı MÜHJEO 2015: Ulusal Mühendislik Jeolojisi Sempozyumu, 3-5 Eylül 2015, KTÜ, Trabzon Çizelge 1. Kızıldere jeotermal alanında açılmış bulunan jeotermal kuyular (Şimşek vd., 2005 ten düzenlenerek). Üretim Üretim Hazne Hazne Derinlik borusu Çapı borusu Derinliği Sıcaklığı (m) (m) derinliği (m) (m) ( o C) Sondaj açım tarihi Maksimum toplam akışkan kapasitesi (t/h) KD-1 20.4 12.5.1968 540.00 9 5/8 312.45 U, 436 198 KD-1A 17.1 15.2.1969 573.10 9 5/8 404.74 U, 405 195 135 KD-2 16.9 8.11.1968 769.00 9 5/8 395.50 U, 651 174 67 KD-3 26.3 25.4.1969 370.00 9 5/8 257.55 U, 280 172 KD-4 7.5 26.10.1969 486.00 9 5/8 314.30 U, 310 178 KD-III 1.7 25.10.1969 504.85 6 5/8 312.95 L, 299 152 KD-6 20.11 25.1.1970 851.00 6 5/8 665.63 L, 657 201 375 KD-7 6.7 8.8.1970 667.50 6 5/8 591.21 L, 531 208 252 KD-8 5.5 10.6.1970 576.50 9 5/8 500.17 U, 475 190 Test yok KD-9 1.2 20.4.1970 1241.00 6 5/8 1109.50 L, 1105 172 154 KD-12 26.4 18.6.1970 404.70 6 5/8 300.41 U, 280 148 KD-13 23.3 23.4.1971 760.00 9 5/8 597.21 L, 590 201 417 KD-14 2.11 29.12.1970 603.50 9 5/8 + S 455.00 L, 451 210 290 KD-15 27.4 6.6.1971 506.20 9 5/8 + S 389.24 L, 445 209 435 KD-16 29.4 9.6.1973 666.50 11 3/4 + S 497.70 L, 450 212 638 KD-17 28.7 7.8.1975 365.20 13 3/4 361.70 U, 340 144 KD-20 19.12.1985 21.1.1986 810.00 9 5/8 495.62 L, 491 204 350 KD-21 14.10 29.11.1985 897.00 9 5/8 + S 558.32 L, 526 205 300 KD-22 25.6 27.7.1985 887.50 9 5/8 569.60 L, 555 205 350 TH-2 29.7 18.10.1996 2001.00 9 5/8 + S 1100.00 L, 1200 171 68 R-1 28.7.1997 21.1.1998 2261.00 9 5/8 + S 1116.90 D, 1600 242 407 R-2 22.6.1999 1428.10 13 3/ 8 780.00 L,780 200 R-3 2011 2250 204 KD-35 2012 *U: Üst hazne, L: İkincil Hazne, D: Derin Hazne, S: Yarıklı boru (7 in.). Örnek alınan kuyular dolgu rengi ile gösterilmiştir. Kuyuların 25 tanesi özelleştirme öncesinde MTA tarafından açılmış kuyulardır. Özelleştirmeden sonra eski kuyularda verim arttırma çalışmalarına ilaveten derinlikleri 1467 m - 2872 m arasında değişen 9 5/ 8 boru çaplı 20 adet yeni kuyu açılmıştır (Kindap vd., 2010; Haklıdır ve Kindap, 2013). Sahada ilk açılan kuyular çoğunlukla rezervuar sıcaklığı 198 C olan Pliyosen kireçtaşlarındaki (Sazak Formasyonu ndaki) rezervuarda son bulmuştur. Kuyularda kesilen Neojen tortul kalınlığı grabenin kuzeyinden orta kesimlerine gidildikçe artmaktadır. R-1 kuyusunda bu çökel kalınlığı 1000 m yi aşarken, kuyuda kesilen metamorfik kayalardaki ana rezervuar sıcaklığı 242 C ye erişmektedir. Kızıldere jeotermal alanından 11 i jeotermal kuyu ve 1 tanesi atık su kanalı (W-1) olmak üzere toplam 12 su noktasından özelleştirme sonrası Nisan 2011 ile Mayıs 2012 tarihleri arasında farklı zamanlarda örneklenmiş toplam 26 su kimyası analizi yapılmıştır. Örneklenen kuyular R-1, KD-1, KD-13, KD-14, KD-15, KD-16, KD-20, KD-21, KD-22, R-3 ve KD-35 kuyularıdır (Çizelge 1). 4. JEOKİMYA İnceleme alanındaki jeotermal sular Na-HCO 3 ve Na-HCO 3 -SO 4 su türünü yansıtmaktadır. Egemen anyon katyon bileşimine göre katyonlar Na+K > Ca > Mg ve anyonlar HCO 3 +CO 3 > SO 4 > Cl dizilimi gösterirler. B (5.33-30.04 ppm), Li (0.554-5.646 ppm), SiO 2 (59.2-477.8 ppm), ve Na (1062-1534 ppm) gibi yüksek değerler yüksek sıcaklıkta su kayaç etkileşimini yansıtmaktadır. SO 4 (324-852 ppm) yüksekliği ise Sazak Fm içindeki jipsli düzeylerden kaynaklanan su kayaç etkileşim süreci nedeniyledir. Alandaki egemen hidrojeokimyasal süreçler su kayaç etkileşimi süreçleridir. Bu süreçler karbonatların, silikatların ve sülfatların çözünme ve çökelme süreçleri ve iyon değişim süreçleriyle 508
birlikte kendini göstermektedir. İlaveten soğuk su karışımı ile seyrelme ve karışım süreçleri de su türlerinin oluşumunda etkili olmaktadır. Sıcaklık artışı, ortak iyon etkisi gibi etkenler de çözünme çökelme süreçlerini etkilemektedir. Jeotermal sistemlerdeki jeolojik yapıda bazı farklılıklar ve gerçekleşen hidrojeokimyasal süreçler farklı su türlerinin oluşumuna neden olmaktadır. Kızıldere gibi derin dolaşımlı sıcak sistemlerde karbonatlı, sülfatlı ve silikatlı minerallerin çözünmesi sürecine çökelme ve iyon değişim süreçleri de eşlik etmekte ve beraberinde Na-HCO 3 ana su türünü sonuçlamaktadır. Çökelme süreci sıcaklık artışıyla uçan CO 2 bileşeni nedeniyle Ca, Sr ve Mg un çoğunlukla karbonatlar (Ca +2 /Mg +2 /Sr +2 + CO 3-2 = CaCO 3 ) ve sonra sülfatlar (Ca +2 + SO 4-2 = CaSO 4 ) ile tuz oluşturarak çökelmesi ile oluşmakta ve böylece Ca +2 /Mg +2 / Sr +2 azalarak Na + zenginleşmektedir. İyon değişim süreci ise suyun geçtiği simektit türü killerdeki Na ile Ca, Mg ve Sr iyonlarının yer değiştirmesi (Ca 2+ + 2 Na (ex) = Ca(ex) + 2 Na + ) sonucu Ca, Mg ve Sr azalışını ve Na artışını açıklamaktadır. Çözünme-çökelme süreci ve iyon değişim süreci birleşimi (Ca ve Na örneğinde) Ca 2+ + 2 (HCO 3 - ) + katı-2 Na + = 2 Na + + 2 ( HCO 3 - ) + katı-ca 2+ bağıntısıyla açıklanabilir. Kızıldere de sülfatın 2. derecede zengin anyon olarak Na-HCO 3 -SO 4 su türünü oluşturması bu alanın Sazak Formasyonu nun etki sahasında olmasından alanın geçiş kuşağında bulunmasından kaynaklanmaktadır. 4.1. Kabuklaşma Probleminin Jeokimyasal Değerlendirilmesi Su kimyası modellerinde sistemlerde kabuklaşma problemi oluşturacağı öngörülen mineraller karbonatlar (CaCO 3 -kalsit ve aragonit, CaMgCO 3 -dolomit, SrCO 3 -stronsiyanit), sülfatlar (CaSO 4 - Anhidrit, SrSO 4 -sölestin, BaSO 4 -barit) ve silis (amorf SiO 2 ) olarak belirlenmiştir. Buna göre karbonat çökelmesi derinlerde buhar ayrılmasıyla başlar ve o seviyenin birkaç derece üzerinde en yüksek şiddete ulaşır. Özetle akışkan kuyuda yüzeye çıkarken basınç düşer ve CO 2 sudan ayrılarak gaz fazına geçer. Akışkandaki CO 2 azalması ph ın hızla artması ve CaCO 3 ün çökelmesiyle sonuçlanır. H 2 O+CO 2 =HCO 3 +H + denkleminde görüleceği üzere suda CO 2 çözünürlüğü H + iyonunun artmasına neden olduğundan suyun ph ı CO 2 çözünürlüğüyle düşmektedir. Sudan CO 2 ayrılmasıyla da ph artmaktadır. Sular, içinde bulunan çözünmüş maddelerin türüne ve miktarına bağlı olarak ya mineral kabuklarının oluşmasına ya da bunların çözünmesine neden olur. Mineral kabuklarının oluşma mekanizması (1) suyun belli bir mineral ile ulaştığı doygunluk derecesine, (2) sıcaklık ve basınç değişim hızına ve (3) suyun ph derecesine bağlıdır. Herhangi bir mineralin sudaki çözünürlüğü, sıcaklık, basınç, ph, redoks potansiyeli ve çözeltideki maddelerin göreceli derişimine bağlıdır (Arnórsson, 1989, 1995, 2000; Tarcan, 2001). Çözünürlüğü kontrol eden bu parametrelerdeki değişime bağlı olarak suda çözünmüş maddeler çökelerek değişik şekillerde kabuk oluşturabilirler. Sular, kimyasal bileşimleri nedeniyle korozif (agresif, saldırgan), kabuklaştırıcı (taş yapıcı, kireçlendirici) ve kararlı (dengede) olma özelliklerden birini gösterirler. Saldırgan özellikteki su, bulunduğu ortamda aşınmaya neden olurken, aynı zamanda istenmediği halde bulunduğu ortamdaki bazı maddeleri çözerek suyun fizikokimyasal özelliklerinin değişmesine neden olur. Kabuklaştırıcı özellikteki su ise bulunduğu ortamlarda kabuk şeklinde bir katman oluşturarak hacim kaybına neden olur. Her iki durum da üretim kaybına ve dolayısıyla ekonomik sıkıntıya yol açmaktadır. Genelde termal suların üretim ve kullanımlarında kimyasal bileşimlerine göre 3 farklı kabuklaşma türü (1- Silis ve silikat kabuklaşmaları, 2- Karbonat kabuklaşmaları ve 3- Sülfat kabuklaşmaları) ile karşılaşılır. Karbonat Kabuklaşması: Türkiye deki (ve dünyadaki) jeotermal sahaların çoğunda olduğu gibi Kızıldere jeotermal sahalarında karşılaşılan kabuklaşma tipi de çoğunlukla karbonat kabuklaşmasıdır. Suda çözünmüş halde bulunan CO 2 miktarı, Henry Yasası gereği, suyla temas halinde bulunan gaz fazındaki CO 2 in kısmi basıncı ile doğru orantılıdır. Kabuklaşma üzerinde büyük bir role sahip karbondioksitin kökeninin önemi yoktur. Volkanik ya da karbonatların ayrışması sonucu yeraltı sularının yapısına girmiş olabilir. CO 2 kökeni ne olursa olsun CaCO 3 kabuklaşmasının oluşumu üzerinde son derece etkilidir. Türkiye jeotermal sahalarının çoğunda oluşan kalsiyum karbonat kabuklaşmaları akışkan içinde bulunan Ca +2 ve Mg +2 ve Sr +2 iyonları ile HCO 3 - iyonlarının uygun ph ortamında birbirleri ile aşağıdaki reaksiyonlar gereğince çözünürlüğü az bileşikler (CaCO 3, MgCO 3, SrCO 3 vb.) oluşturması sonucu meydana gelmektedir. 509
CO 2 (aq) <=> CO 2 (buh) (1) HCO - 3 + H + <=> CO 2 (aq) +H 2 O (2) 2HCO 3 - <=> CO 2 (aq) +CO 3 = + H 2 O (3) Ca ++ + CO 3 = <=> CaCO 3 (4) [ (3) + (4) ] Ca +2 2HCO - 3 <=> CaCO 3 + CO 2 + H 2 O HCO - 3 + H 3 BO 3 <=> H 2 BO 3 - + CO 2 (aq) +H 2 O (5) HCO - 3 + H 4 SiO 4 <=> H 3 SiO - 4 + CO 2 (aq) +H 2 O (6) Jeotermal uygulamalarda kalsiyum karbonat kabuklaşmalarını tetikleyen faktörler yukarıda açıklanan kimyasal tepkimelerin çift yönde akışını etkileyen faktörlerdir. Bu faktörlerin başında ph, CO 2 kısmi basıncı (PCO 2 ) ve toplam tuz derişimleri gelir. Alüminyum silikat minerallerinin ph dengesi üzerindeki etkisi büyüktür. Derinliklerde basınç altında suda çözünmüş halde bulunan CO 2, karbonik asit oluşturarak (H 2 CO 3 ) akışkana asidik yapı kazandırmaktadır. Henry Yasası na göre, suda çözünmüş CO 2, kısmi basıncıyla doğru orantılı ve çözeltinin ph ı üzerinde çok etkin bir parametredir. Diğer bir deyişle CO 2 in suda çözünürlüğü suyun ph sının düşmesini ve asidik özellik kazanmasını sağlar. Çözeltinin içerisinde çözünmüş halde kaldığı sürece, çözeltinin ph ı düşüktür. Sıvı fazdan gaz fazına geçmeye başlayınca (gaz çıkışı), akışkanın ph ı yükselmeye başlar ve yukarıda (3) ve (4) nolu eşitliklerle çözeltide önce HCO - 3, sonra CO -2 3 iyonları çoğalmaya başlar. Ortamda artan CO -2 3 iyonları çözeltide bulunan Ca +2 (ve/veya Mg, Sr) iyonları ile birleşerek karbonat kabuklaşmasına neden olmaktadır. Çökelme süreçleri (kabuklaşma mekanizması) jeotermal alanlardan kaynaklanan çevresel problemlerin ortaya çıkmasında da dolaylı yollardan etkili olmaktadır. Başta bor olmak üzere yüksek kirletici bileşenli jeotermal akışkanların kontrolsüz deşarjıyla toprak kirlenmesi, yüzey ve yeraltı suyu kirlenmesi gibi problemler birçok araştırmacı tarafından belirtilmiştir (Gemici ve Tarcan, 2002; Şimşek, 2003; Şimşek vd., 2005). İnceleme alanındaki bor değerleri Kızıldere de 30 ppm e, erişmektedir. Büyük Menderes Nehri nin jeotermal kaynaklardan etkilenmediği yerinden (Kamara Kaplıcası nın da membasından) alınan örnekte 0.019 ppm gibi çok düşük B değeri belirlenmiştir. Bununla birlikte Kızıldere santralinin akış yönünde, Tekkehamam Köprüsü nde 2.139 ppm gibi yüksek B değerleri jeotermal kökenli kirlenmenin başlıca kanıtını oluşturmaktadır. Jeotermal akışkanların çevreye olan olumsuz etkisini yok etmenin ya da azaltmanın yolu geri basım kuyularıyla hazneye basılması veya sızdırmaz yeraltı borularıyla deniz gibi yüksek derişimli bir başka kaynağa taşınmasıdır. İnceleme alanındaki jeotermal sistemlerin denize olan uzaklığı ve bu iletim borularında olabilecek kazalar nedeniyle sızdırmazlıkların bozulması ve bu borularda olabilecek kabuklaşma gibi olasılıklar 2. öneriyi yani atık suyun denize taşınması önlemini geçersiz kılmaktadır. Bu nedenle geri basım kuyularından geri verilmesi tek yol olarak görülmektedir. Bu önlem çevre kirlenmesine karşı alınacak önlemin yanı sıra rezervuarların verimliliği açısından da bir gerekliliktir. Zaten günümüzde yasal bir zorunluluk olarak, bütün işletmelerde olduğu gibi, Kızıldere jeotermal alanı atıkları da geri basım kuyularıyla deşarj edilmektedir. Ancak geri basım kuyularının kabuklaşma ile tıkanması ya da geçirgenliğin azalması nedeniyle geri basılamayan akışkanlar ister istemez yüzeye kontrolsüz olarak verilmektedir. Bu nedenle işletmelerin geri basım sıcaklıklarına dikkat etmesi ve önerilen emniyetli sıcaklıklarda geri basım yapması işletme verimi yanı sıra çevre kirlenmesine karşı da önemli bir önlem olacaktır. Kızıldere jeotermal alanında yapılan jeokimyasal modellere göre, bir iki istisnayla, kalsit, aragonit, dolomit ve stronsiyanit kabuklaşması her sıcaklıkta doygunluk üstü değerler verdiğinden bu minerallerin (karbonatların) kabuklaşması kaçınılmazdır. Amorf silis çökelme riskine karşı emniyetli sıcaklıklar 63 o C ile 120 o C arasında değişmektedir. Re-enjeksiyon kuyuları için emniyetli sıcaklıklar bu değerleri tüm alan için genellenecek olursa 120 o C nin üzerindeki sıcaklıklardır. Bu nedenle amorf silis kabuklaşması riskine karşı 120 o C nin üzerinde bir reenjeksiyon yapılırsa barit kabuklaşması riski de bertaraf edilecektir. Karbonat çökelmesi için ya ilave inhibitör konulmalı, ya da yüzeyde olabildiğince soğutularak düşük sıcaklıklarda (50 o C nin altında) reenjeksiyon yapılması en iyi çözüm olacaktır. Tabii ki reenjeksiyon sonucu sistemin soğuma tehlikesini de düşünerek uygun yerlerdeki reenjeksiyon kuyularına basılması gerekmektedir. İnceleme alanındaki kabuklaşma problemi üzerine literatürde yer alan çalışmalarda çoğunlukla Kızıldere alanı üzerine yoğunlaşılmıştır. Lindal ve Kristmandottir (1989) KD 6 kuyusu seperatörü ve susturucusundan alınan kabuk örneğinin yüzde bileşiminde; Kalsit ve 510
Aragonit formunda % 75 CaCO 3 +SrCO 3, eser miktarda Fe, Al ve K ile birlikte % 25 Silika (SiO 2 ) belirlemişlerdir. Kuyularda MTA Genel Müdürlüğü tarafından yapılan kabuk analizinin ağırlık olarak yüzde bileşiminde % 70-78 CaCO 3 ; % 18 20 SrCO 3 ; % 0.5 1,8 MgCO 3 ; % 0.2 5 SiO 2 değerleri elde edilmiştir (Yıldırım 1989; Şimşek vd., 2005; Yıldırım, 2009). Bütün bu sonuçlar su kimyası modellerinde öngörülen kabuklaşma çeşitlerini desteklemektedir. Bu çalışma kapsamında yapılan kabuk kimyası analizleri ve kabukların XRD analizleri de benzer sonuçlar vermektedir. XRD analizlerine göre KD-13, R-3, KD-16 ve KD-22 kuyularından alınan kabuk örneklerinde çoğunlukla kalsit ve aragonit ve daha az olarak dolomit ve stronsiyanit mineralleri saptanmıştır. Ayrıca kabuk kimyası analizlerine göre de CaO, SiO2, MgO ve göreceli olarak Sr ve Ba yüksek değerler vermektedir. Bu yüksek değerler su kimyasında önerilen kabuklaşma türlerini (kalsit, aragonit, stronsiyanit, dolomit, kısmen sölestin, anhidrit ve barit) desteklemektedir. 5. SONUÇLAR Kabuklaşma eğiliminin değerlendirilmesi için öncelikle kabuk oluşturabilecek minerallerin denge durumları incelenmiştir. PhreeqCi ile yapılan doygunluk indeksi hesaplamaları, çökelebilecek minerallerin kalsit, aragonit (CaCO 3 ) ile dolomit (CaMgCO 3 ) ve kısmen stronsiyanit (SrCO 3 ) gibi karbonatlı mineraller ile anhidrit (CaSO 4 ), sölestin (SrSO 4 ) ve barit (BaSO 4 ) gibi sülfatlı mineraller ve silis (amorf SiO 2 ) olduğunu göstermiştir. Alanda kalsit, aragonit, stronsiyanit ve dolomit mineralleri için emniyetli (kabuklaşma oluşturmayan) sıcaklık verilememektedir. Sölestin, anhidrit yüksek sıcaklıklarda ve silis ile barit de düşük sıcaklıklarda kabuklaşma oluşturabilecek minerallerdir. Alanda üretim kuyuları için uygun bir inhibitör seçilerek üretim yapılması üretim kuyularındaki kabuklaşma probleminin giderilmesi için en uygun seçim olacaktır. Amorf silis ve barit kabuklaşmasına karşı belirlenen emniyetli sıcaklıklar sırasıyla ~63-120 C ve ~50-120 o C sıcaklıklarından yüksek değerlerdir. Anhidrit ve Sölestin kabuklaşmasına karşı belirlenen emniyetli sıcaklıklar ise ~165 o C and ~140-175 o C den düşük sıcaklıklardır. Kabuk ve kayaç jeokimyası analizleri değerlendirildiğinde; kabuklarda rastlanılan yüksek (% 55 e ulaşan) CaO ve yüksek SiO 2, Sr ve Ba su kimyası modellerinde önerilen kalsit, aragonit, amorf silis, barit ve stronsiyanit kabuklaşmasının önemli bir kanıtı olarak düşünülebilir. İlaveten yapılan XRD analizlerinde kalsit, aragonit, stronsiyanit ve dolomit minerallerine rastlanmıştır. Bu da su kimyası modellerindeki tahminlerle çakışmaktadır. Özelleştirme öncesi alanda geri basım kuyusu ve inhibitör uygulaması bulunmadığından tek sorun üretim kuyularındaki kabuklaşma problemiydi ve mekanik temizleme sonucu üretim yapılıyordu. Oysa günümüzde bütün kuyulardan inhibitör kullanımıyla üretim yapıldığı için üretim kuyularında kabuklaşma sorunu olmamaktadır. Bununla birlikte bu durum, inhibitörler Ca, Mg ve Sr çökelmelerini engellediğinden ve separatörde su buhar ayrımından sonra daha da zenginleşerek atık sularda bulunacağından, geri basım kuyuları ve yüzey borularında kabuklaşma tehlikesi doğmasına neden olmaktadır. Geri basım kuyularında ve yüzey borularındaki kabuklaşma tehlikesine karşı yukarıda verilen mineraller için belirlenen emniyetli sıcaklıklarda geri basım yeterli değildir. Çünkü karbonatlı mineraller için emniyetli sıcaklıkta enjeksiyon şansı bulunmamaktadır. Bu nedenle mineral kabuklaşmasından kaçınmak ya da en aza indirmek için kullanılan atık jeotermal suların yüzeyde havuzlarda veya tanklarda bekletilerek soğutulması ve daha sonra olası en soğuk (<50 o C) halde reenjeksiyon yapılması önerilir. 6. KATKI BELİRTME Bu çalışma 109Y315 numaralı TÜBİTAK projesinin bir kısmındaki verilerden yararlanılarak üretilmiştir. Alanda yapılan çalışmaların yayınlanması konusunda verdikleri fırsat için Kızıldere Jeotermal Santrali yetkililerine, bildiri metninde objektif değerlendirmeleri ve ayrıntılı eleştirileri ile önemli katkıları olan adı açıklanmayan hakeme teşekkür ederiz. 7. KAYNAKLAR Aksoy, N., 2014. Power generation from geothermal resources in Turkey. Renewable Energy. 68, 595-601. 511
Arnórsson, S., 1989. Deposition of calcium carbonate minerals from geothermal waters-theoretical considerations. Geothermics, 18, 33-39. Arnórsson, S., 1995. Scaling problems and treatment of separated water before injection. In: WGC-95, Book of Course on Injection Technology, Italy. Arnórsson, S., 2000. Isotopic and chemical techniques in geothermal exploration, development and use: sampling methods, data handling, interpretation. IAEA, Vienna. Gemici, Ü., Tarcan, G., 2002. Distribution of boron in thermal waters of Western Anatolia, Turkey and examples on their environmental impacts. Environmental Geology, 43, 87 98. Giese, L.B., 1997. Geotechnische und umwelt geologische aspekte bei der forderung und reinjection von thermal fluiden zur nutzung geothermischer energie am beispiel des geothermal feldes Kızıldere und des umfeldes, W-Anatolien/Turkei (In German). PhD thesis, FU, Berlin. Giese, L.B., Pekdeğer, A., Dahms, E., 1998. Thermal fluids and scalings in the geothermal power plant of Kızıldere, Turkey. Water-Rock Interaction (WRI-9), Proceedings of the 9th International Symposium on Water-Rock Interaction Taupo, New Zealand. Arehart and Hulston (Eds) Balcema, Rotterdam, pp. 625 628. Gökgöz, A., 1998. Geochemistry of the Kızıldere-Tekkehamam-Buldan-Pamukkale geothermal fields, Turkey. Geothermal Training in Iceland, United Nations University Programme, Orkustofnun, Reykjavik, Iceland. Book of Reports, pp. 115 156. Haklıdır, F.S.T., Kindap, A., 2013. The first discovered high entalphy geothermal field in büyük menderes graben: Kızıldere geothermal field with new 80 MWe power plant ınvestment in western Anatolia, Turkey. Proceedings European Geothermal Congress, Pisa, Italy. Karakuş, H., Şimşek, Ş., 2013. Tracing deep thermal water circulation systems in the E W trending Büyük Menderes Graben, western Turkey. Journal of Volcanology and Geothermal Research 252, 38 52. Kindap, A., Kaya, T., Haklıdır, F.S.T., Bükülmez, A.A., 2010. Privatization of Kızıldere geothermal power plant and new approaches for field and plant. Proceedings of World Geothermal Congress (WGC-2010), Bali, Indonesia. Líndal, B., Kristmannsdóttir, H., 1989. The scaling properties of the effluent water from Kızıldere power station, Turkey, and recommendation for a pilot plant in view of district heating applications. Geothermics, 18, 217 223. Möller, P., Dulski, P., Özgür, N., 2007. Partitioning rare earths and some major elements in the Kizildere geothermal field, Turkey. Geothermics, 37, 132-156. Mutlu, H., Güleç, N., Hilton, D.R., 2008. Helium carbon relationships in geothermal fluids of western Anatolia, Turkey. Chemical Geology, 247, 305-321. Özgür, N., 2002. Geochemical signature of the Kizildere Geothermal Field, Western Anatolia, Turkey. International Geology Review, 44, 153 163. Şamilgil, E., Arda, O., 1977. Laboratory analyses result of scale sample in Kızıldere. MTA report No: 9527, 1-8. Şimşek, Ş., 1985. Geothermal model of Denizli-Saraykoy-Buldan area. Geothermics, 14, 393 417. Şimşek, Ş., 2003. Hydrogeological and isotopic survey of geothermal fields in the Büyük Menderes graben, Turkey. Geothermics, 32, 669 678. Şimşek, Ş., Yıldırım, N., Gülgör, A., 2005. Developmental and environmental effects of the Kızıldere geothermal power project Turkey. Geothermics, 34, 239 256. Şimşek, Ş., 2009. Geothermal Energy Development Possibilities in Turkey. Conference on Geothermal Energy in Turkey, October Potsdam, Germany. Tarcan, G., 2001. Aquifer chemistry and mineral saturation in selected high temperature geothermal areas. United Nations University Geothermal Training Programme, Orkustofnun, Reykjavik, Iceland. Book of Reports, pp. 267-290. Tarcan, G., 2005. Mineral saturation and scaling tendencies of waters discharged from wells (>150 o C) in geothermal areas of Turkey. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 142, 263 283. Yıldırım, N., 1989. Scaling problem in the geothermal fields of Turkey and its alternative solution. UN Seminar on New Developments in Geothermal Energy EP/SEM.14/R.23, Ankara, pp. 1-13. Yıldırım, N., 2009. Ülkemiz jeotermal sahalarında karşılaşılan kabuklaşma/korozyon ve inhibitör uygulamaları. TMMOB Jeotermal Kongresi, Ankara. 512