Rare earth elements and yttrium geochemistry of the geothermal fields in the Eastern Black Sea Region (Ordu, Rize, Artvin), NE Turkey

Doğu Karadeniz Bölümü (Ordu, Rize, Artvin-KD Türkiye) jeotermal sahalarının nadir toprak elementleri ve itriyum jeokimyası

Abstract

In this study, behavior and migration processes of rare earth elements (REEs) were determined in the thermal and cold waters of the geothermal fields in the Eastern Black Sea Region.The temperatures of the geothermal waters are between the range of 38 and 60 °C. The water types are $Na-Ca-SO_4$ for Sarmaşık (Ordu) field, $NCa-HCO_3$for Ikizdere (Rize) field, $Na-Ca-CO_3-SO_4$ , for Ayder (Rize) field and $Na-HCO_3;-Cl$ for Savsat (Artvin) field. All geothermal fields are in alkaline geothermal character (pH: 7-9.3) and have very low REE + Y concentrations, slightly significant Ce contens and significantly positive Eu anomalies (except for Ayder geothermal field). REE+Y content, fractionation and positive Eu anomalies of the investigated water are controlled by water/rock ratio, pH and minerals in the host rocks. According to the thermodynamic calculations, it was determined that the mobility of the REEs in geothermal fields were mainly controlled by $Ln^{+3},;LnOH^{+2} LnCl^{+2},;Ln{(SO_4;)}_2^- LnSO_4^+;,;LnHCO_3^{+2},;Ln{(CO_3;)}_2^-$ and $LnCO_3^+$ complexes.

Özet

Bu çalışmada Doğu Karadeniz Bölümü’nde yer alan jeotermal sahalardaki sıcak ve soğuk sulardanadir toprak elementlerinin (NTE) davranışları ve göç süreçleri belirlenmiştir. Jeotermal sularınsıcaklıkları 38-60 °C arasındadır. Sarmaşık jeotermal suyu $Na-Ca-SO_4$, İkizdere jeotermal suyu $NCa-HCO_3$, Ayder jeotermal suları $Na-Ca-CO_3-SO_4$, Şavşat jeotermal suyu $Na-HCO_3;-Cl$ su tipindedir.Tüm jeotermal sahalar alkalen özellikli jeotermal sulara (pH:7-9.3), oldukça düşük NTE+Ykonsantrasyonlarına, az belirgin Ce anomalisine ve belirgin pozitif Eu anomalisine (Ayder sahasıhariç) sahiptirler. İncelenen suların NTE+Y içeriği, fraksiyonlaşma ve pozitif Eu anomalisi su/kayaçoranı, pH ve çevre kayaçlardaki mineraller tarafından kontrol edilmektedir. Yapılan termodinamikhesaplamalar ile jeotermal sahalardaki NTE hareketlerinin $Ln^{+3},;LnOH^{+2} LnCl^{+2},;Ln{(SO_4;)}_2^- LnSO_4^+;,;LnHCO_3^{+2},;Ln{(CO_3;)}_2^-$ ve $LnCO_3^+$ kompleksleri tarafından gerçekleştirildiği belirlenmiştir.