Hydrogeochemical Properties of Hot and Cold Waters in Tunceli-Pertek Geothermal Area

Tunceli-Pertek Jeotermal Alanındaki Sıcak ve Soğuk Suların Hidrojeokimyasal Özellikleri

Abstract

The Pertek geothermal area is located near the Singec valley to the southwest of Tunceli and this field has not been previously studied in terms of hydrogeology and geothermal. The dominant rock type in the area is the Permian-Triassic aged Keban Metamorphites which are be limestone and marble. The younger magmatic and sedimentary units (Upper Cretaceous-Pertek Magmatites, Middle Eocene-Upper Oligocene-Kırkgeçit Formation, Upper Miocene-Pliocene-Karabakır Formation and Quaternary-alluvium) have contact with these metamorphics. In addition to the tectonic activity of the region, the dominant lithology of Keban metamorphites (limestone and marble), intra-unit thrust faults and normal faults, shear fractures and cracks increased the porosity and permeability of Keban metamorphics. Therefore, the most important aquifer in the region is the Keban metamorphites and these metamorphites are also the reservoir rock of the hot water in the Pertek geothermal area. The area of feeding of the groundwater in the reservoir rock is located in the north of the Singec valley and the discharge area is in the south of this valley. The feeding field of this reservoir rock is to the north of the Singec valley and the discharge area to the south of this valley. The Pertek geothermal system is an open system, since only limited areas contain semi-permeable sedimentary (Kırkgeçit Formation) and volcanic cover rocks (Karabakır Formation) in the main feeding field. The pH and electrical conductivity of the thermal waters in the system are between 6,18-7,55 and 816-2330 μS / cm respectively. The surface temperatures range from 25.5 to 38.2 ºC. The pH and electrical conductivity values of cold water are between 7.52-8.31 and 402-472 μS / cm respectively. The most common cation in both hot and cold waters is Ca 2+ and the anion is HCO3-. According to IAH (1979) water classification method, hot and cold water, cold mineral water and stream water are of Ca-Mg-HCO3 type, and the lake waters of Keban dam are Ca-Mg-HCO3-SO4 type. Cold spring water is drinkable, but in hot and cold mineral waters the concentration of elements such as Ca, Mg, K, Mn, As and B is above the drinking water standards. The hot waters are generally saturated with calcite, aragonite, chalcedony, quartz and dolomite minerals. Reservoir temperatures are between 74-105°C according to silica and cation geothermometer calculations. According to the enthalpy-silica mixture model, the reservoir temperature is between 80-225 °C and the ratio of cold water mixture to hot water is between 60-88%. According to the isotope analysis, the cold waters in the Pertek geothermal area are shallow, the hot waters are deeply circulated, meteoric origin and respectively modern and sub-modern waters.

Özet

Pertek jeotermal alanı, Tunceli ilinin güneybatısındaki Singeç vadisi yakınında yer almaktadır ve hidrojeolojik ve jeotermal olarak şimdiye kadar çalışılmamıştır. Alandaki en baskın kaya tipi, esas olarak kireçtaşı ve mermerden oluşan Paleozoyik yaşlı Keban Metamorfitleri’dir. Mesozoyik ve Senozoyik yaşlı magmatik ve sedimanter birimler ise yaşlıdan gence doğru Pertek Magmatitleri (Üst Kretase), Harami Formasyonu (Maestrihtiyen), Kırkgeçit Formasyonu (Orta Eosen-Üst Oligosen), Karabakır Formasyonu (Üst Miyosen-Pliyosen) ve alüvyon (Kuvaterner) dur. Esas olarak kireçtaşı ve mermerden oluşmuş Keban Metamorfitleri, Pertek Magmatitleri tarafından intrüzyona uğramış ve yer yer Kırkgeçit Formasyonu tarafından örtülmüştür. Tektonik olarak oldukça aktif bir bölgede bulunan Pertek jeotermal alanında, Keban Metamorfitleri’nin Pertek Magmatitleri üzerine bindirmesi, doğrultu atımlı Pertek Fayı’nın ve normal faylar ile makaslama kırıklarının etkisiyle, Keban Metamorfitleri’nin porozite ve permeabilitesi çok artmış ve akifer özelliği kazanmıştır. Bu nedenle, Pertek jeotermal alanındaki hem soğuk hem de sıcak suların hazne kayasını oluşturmuştur. Bu hazne kayanın ana beslenme sahası Singeç vadisinin kuzeyinde, boşalma alanı ise bu vadinin güneyindedir. Bu beslenme sahasında, sadece sınırlı alanlarda, yarı geçirimli sedimenter (Kırkgeçit Formasyonu) ve volkanik örtü kayaları (Karabakır Formasyonu) bulunduğu için, Pertek jeotermal sistemi bir açık sistemdir. Hem sıcak hem de soğuk sularda en fazla bulunan katyon Ca+2 , anyon ise HCO3-dır. IAH (1979) su sınıflandırma yöntemine göre, sıcak ve soğuk sular, soğuk mineralli su ve dere suyu Ca-Mg-HCO3 tipinde, Keban barajının göl suları ise Ca-Mg-HCO3-SO4 tipindedir. Soğuk kaynak suları içilebilir özellikte, fakat sıcak ve soğuk mineralli sulardaki Ca, Mg, K, Mn, As ve B gibi elementlerin derişimi içme suyu standartlarının üzerindedir. Sıcak sular genel olarak kalsit, aragonit, kalsedon, kuvars ve dolomit minerallerine doygundur. Rezervuar sıcaklıkları silis ve katyon jeotermometre hesaplamalarına göre 74-105°C arasında değişmektedir. Entalpi-silis karışım modeline göre rezervuar sıcaklığı 80-225°C arasında ve sıcak suya soğuk su karışımının oranı ise %60-88 arasındadır. İzotop analizlerine göre, Pertek jeotermal alanındaki soğuk sular sığ, sıcak sular derin dolaşımlı, meteorik kökenli ve sırasıyla modern ve sub-modern sulardır.