Journals / Turkish Journal of Earth Sciences / 2007 / Cilt: 16 - Sayı: 1
Constraints on the Origin of the Bal›kesir Thermal Waters (Turkey) from Stable Isotope (δ18O, δD, δ13C, δ34S) and Major-Trace Element Compositions
- Pages
- 13–32
- DOI
- —
Abstract
The Balıkesir thermal waters in northwestern Turkey have discharge temperatures in the range of 31.8-98.5 ºC, near neutral pH values of 6.40 to 8.40 and TDS contents between 327 and 2578 mg/l. Samples display variable chemical compositions changing from high-temperature Na2SO4-NaHCO3 waters to warmer CaHCO3 waters. Trace element concentrations of the waters show significant variation. Comparison between the concentrations of alkaline earth metals in waters and carbonate deposits reveals mobile behavior for Mg and Ba. The ratio of strontium to calcium concentrations in solid and liquid phases was found to be almost the same. Li/Cs and B/Cl ratios of waters and carbonates are similar suggesting the operation of a simple rock leaching process. Mineral equilibrium calculations imply that the CO2 concentration has a great effect on the chemistry of the thermal waters and that most fluid compositions are controlled by rock dissolution rather than equilibration. The chemical geothermometers applied to the Balıkesir thermal waters yield a maximum reservoir temperature of 200 °C. The d18O-dD compositions clearly indicate a meteoric origin for the waters. d34S contents of sulfate in thermal waters range from -5.5 to +25.2%o. Sulfur isotope compositions of some waters correspond to those of non-marine evaporates while sulfur in others is derived from sulfate reduction. The d13C ratio for dissolved inorganic carbonate in the waters lies between -17.7 and +0.7%o. There are also multiple sources of carbon. In high-temperature waters carbon is thought to originate from the dissolution of marine carbonates, an interpretation supported by carbon isotope compositions of marine carbonate rocks in the region. Carbon in low-temperature waters is derived from an organic source.
Özet
Kuzeybat› Anadolu’da yer alan Bal›kesir bölgesi termal sular› 31.8–98.5 ºC aras›nda de¤iflen s›cakl›k, 6.40 ile 8.40 aras›nda seyreden nötre yak›n pH ve 327–2578 mg/l aral›¤›ndaki Toplam Çözünmüfl Madde (TDS) de¤erleri sergilemektedir. Bölgede, s›cakl›klar› yüksek olan sular Na2SO4-NaHCO3, ›l›k sular ise CaHCO3 tipte bir bileflime sahiptir. Bal›kesir bölgesi s›cak sular›ndaki iz element bileflimleri önemli de¤iflimler göstermektedir. Sulardaki ve karbonat çökellerindeki alkali toprak metal bileflimlerinin karfl›laflt›r›lmas› sonucunda, magnezyum ve baryumun hareketli davran›fl sergiledikleri tespit edilmifltir. Kat› ve ak›flkan fazlardaki stronsiyum bileflimi genellikle sabit bir de¤er göstermektedir. Sulardaki ve karbonat çökellerindeki Li/Cs ve B/Cl oranlar›n›n benzer de¤erler göstermeleri, bu iyonlar›n basit kayaç çözünme ifllevi neticesinde suya kat›ld›klar›na iflaret etmektedir. Mineraldenge hesaplamalar›, CO2‘in termal sular›n kimyasal bileflimi üzerinde önemli bir etkisi oldu¤unu göstermifl ve ak›flkan bileflimlerinin denge durumu ile de¤il kayaç çözünme ifllevi taraf›ndan denetlendi¤ini ortaya koymufltur. Bal›kesir bölgesi termal sular›na uygulanan jeotermometre hesaplamalar› 200 °C’lik maksimum rezervuar s›cakl›¤› öngörmüfltür. δ18O-δD bileflimleri sular›n kökeninin meteorik oldu¤unu göstermifltir. Termal sulardaki sülfat için analiz edilen δ34S bileflimleri -5.5 ile +25.2‰ aras›nda de¤iflmektedir. Baz› sular›n kükürt izotop bileflimleri karasal evaporitlere karfl›l›k gelirken, bir k›s›m sulardaki kükürt ise sülfat indirgenme ifllevi neticesinde oluflmufltur. Termal sulardaki çözünmüfl inorganik karbon üzerinde analiz edilen δ13C bileflimleri -17.7 ile +0.7‰ aras›nda de¤iflmektedir. Kükürt gibi, karbonun da farkl› kökenler sergiledi¤i tespit edilmifltir. S›cakl›klar› yüksek olan sulardaki karbonun denizel karbonatlar›n çözünmesinden kaynakland›¤› düflünülmektedir. Bölgedeki denizel karbonat kayalar›n›n karbon izotop bileflimleri bunu destekler niteliktedir. Buna karfl›n, düflük s›cakl›ktaki sulardaki karbon ise organik bir köken sunmaktad›r.