Jeotermal sistemlerden yararlanma;

Günümüzde, 3 km.’den az derinlikte, hazne kaya hacmi 5 km³’den fazla, sorun oluşturmayan (kabuklaşma, korozyon ) , yüksek sıcaklıkta (180◦C -200◦C) , yeterince geçirgen ve gözenekli kayalarda açılan kuyulardan elektrik üretimine yönelinmiştir.Yeryüzünde bu koşullara uygun jeotermal alanlar enderdir.

 

Jeotermal sistemlerin kullanma alanları;

180◦C ve yukarısı: Başta elektrik üretimi olmak üzere, diğer tüm alanlarda kullanma olanakları.

180◦C-140◦C arası :Bazı özel akışkanlar (freon, izobütan, organik maddeler) kullanarak elektrik üretimi, Süt,salça gibi maddeleri buharlaştırma yolu ile konsantre etme,Su ısısını amonyak yardımı ile soğurmak, Kağıt sanayinde kullanmak,Hidrojen sülfir yöntemi ile ağır su elde etmek, Diyatome, balık ve kerestelerin kurutulması, Bayer yöntemi ile AI2O3 elde etmek, Meyve ve sebzeleri kurutmak.

140◦C-80◦C arası: Şeker fabrikalarında, şekerin buharlaştırılmasında, Buharlaştırma ile tuz, damıtma ile tatlı su elde etmek, Birçok tuzları buharlaştırma ile derişimlerini artırmak, Prefabrik yapılarda kalıpların kurutulmasında, Organik maddelerin, deniz yosunlarının, otların, sebzelerin kurutulması, Yünlerin yıkanması ve kurutulması, Balıkların kurutulması, Konut, sera ve ahırların ısıtılması,

80◦C-20◦C arası: Soğutmada (alt sınır), Sera konut ve zemin ısıtılmasında, Mantar yetiştiriliciğinde, Banyoda, Soğuk bölgelerde zemin ve tesislerin ısıtılması, Yüzme havuz-

larında, fermantasyon ve biyolojik bozunumu hızlandırmada, Soğuk bölgelerde maden ocaklarının ısıtılmasında, donmayı önlemede, Kuluçka ve balık üretiminde kullanmak.

 

JEOTERMAL SİSTEM ARAŞTIRILMALARI

Jeotermal araştırmalarda, sistemlerin depo veya devirli oluşlarının belirlenmesi önemli-

dir.Jeotermal depo sistemleri ender bulunduğundan, devirli sistemler önem arzeder.Jeotermal araştırmalar genelde şu amaçları gerçekleştirmek için yapılır.

1.)    Jeotermal yörelerin saptanması,

2.)    Bu alanların semitermal veya hipertermal oluşları,

3.)    Jeotermal alanlarda, hidrojeolojik koşulların saptanması: Hazne kaya, örtü kaya, beslenme alanları, hazne kaya gözenekliliği, geçirgenliği ve benzeri özellikler,

4.)    Hipertermal alanlarda buhar ve sıcak su oluşu,

5.)    Termal alanların yeri, yayılımı, hazne kaya derinliği, sıcaklığı,verimi, beslenme alanları, açılacak kuyuların yerleri,

6.)    Sıcak akışkanların jeokimyasal özelilkleri; Kabuklaşma, korozyon, çevre kirlenmesi, ekonomik tuz çökelleri ve benzerleri,

7.)    Bu çalışmalar sonucunda, jeotermal alanın ısı miktarları veya öngörülen termal tesislerin kapasitesinin tahmini,

8.)    Başarılı veya başarısızlık durumlarında, araştırma ve açılacak kuyuların masraflarının belirlenmesidir.

Jeotermal araştırmalar :Tek bir araştırma yöntemi, jeotermal araştırmalar için yeterli değil-

dir.Bir bölgeye uygulanan yöntem, diğeri için gecerli olmayabilir.İzlenecek safhalar şöyledir; Kaynak toplamak,

Uzaktan algılama ile araştırma,

Jeoloji ve hidrojeoloji araştırmaları,

Jeokimyasal araştırmalar,

Jeofizik araştırmalar,

Araştırma ve üretim sondajlarıdır.

 

1.) Kaynak toplama

Jeotermal araştırmalarda, genel olarak şu bilgiler derlenir;

-Yapılacak incelemelerin amacı, istenen hassasiyet ve içeriğini belirlemek

- İncelenecek alanı bir harita üzerine sınırlamak,

- Hava fotoğrafları hakkında bilgileri kaydetmek,

-Ön çalışmalarda, özellikle küçük ölçekli haritalar tercih edilmeli,

- Bölge hakkında daha önce yazılmış rapor, hazırlanmış jeoloji, maden, hidrojeoloji, kara yolları, topoğrafya haritaları,kuyu logları, alterasyon zonlarından alınan kil veya kaya örneklerinin incelenme ve yorumlarını toplamak,

- Bölge iklim koşulları, doğal bitki örtüsü türleri ile zemin yapısı arasında ilişkileri, tarım, ulaşım, ekonomik yapı, bölgede yaşayan insanların örf, adet ve yabancılara karşı tutumları gibi bilgileri edinmek,

- Yörede yapılan tüm sıcak ve soğuk suların kimyasal tahlillerini derlemek,

- Bölgede yapılan tüm jeofizik verileri toplamaktır.

 

2.) Uzaktan algılama ile araştırma

Jeotermal alanların incelenmesinde hava fotoğrafları, jeoloji ve hidrojeoloji araştırmalarında vazgeçilmez bir gerçektir.Hava fotoğraflarından jeoloji ve hidrojeolojide yararlanma yöntemleri, kısaca şöyledir;

- Tabaka eğimi, kalınlığı, kıvrım eksenleri ve dalımı, fay atımları, yamaç eğimleri hesapedilebilir.

- Arazinin tektonik ve litolojik haritaları çıkartabilir,

-Akarsu ağı, bitki örtüsünün incelenmesi ile fay, kırık, tabaka eğimleri, zeminin su içeriği belirlenebilir,

- Volkanik yapılar ve şekiller saptanabilir,

-Termal kızıl ötesi hava fotoğrafları ile yüksek ısı akılı alanlar belirlenebilir.Sıcak su kaynakları, fümeroller ve buhar çıkan yerler, çevrelerine göre çok sıcak olduklarından, termal kızıl ötesi fotoğraflarda açık renk tonlarında izlenir,

- Hava fotoğrafları üzerinde izlenen bazı süreksizlikler, jeotermal alanlar hakkında bilgi verebilir.

- Beslenme alanları, örtü kaya, hazne kaya, ısı kaynağı belirlenebilir.Bunların yayılımı, kalınlığı, litolojik özellikleri incelenerek, uygun sondaj yerleri saptanabilir.

 

3.) Jeoloji ve hidrojeoloji araştırmaları

Jeolog ve hidrojeoloğun amacı, jeotermal sistemin tipini belirleyerek , 3 boyutlu jeoloji modelini ortaya koymak, diğer bilim dalları yardımı ile deneme ve daha sonra üretim kuyularının yerlerini saptamaktadır.Jeolojik çalışmalar şöyledir;

- Jeotermal alanın sınırlarını belirlemek, üç boyutlu yapısını ortaya koymak,

- Jeotermal alanın yapısal ve tektonik haritalarının yapılması,

- Jeolojik haritalarla farklı litolojik tortul oluşukların, volkanik kayaların ayırımı ve yaşlarının belirlenmesi,

- Örtü kaya, hazne kaya ve ısı kaynağının saptanması,

- Örtü ve hazne kayaların izopak, izobat haritaları, jeotermal alanların blok ve panel diyagramlarının hazırlanması,

- Arazide, bozunmamış ve hidrotermal alterasyon zonlarından alınan örneklerin mineralojik, petrografik incelenmesi gibi çalışmalardır.

Jeotermal araştırmalarda hidrojeolog, başta jeolojik araştırmalara katılırken, şu sorulara yanıt arar;

- Örtü ve hazne kayaların gözeneklilik ve geçirgenliği hakkında bilgi edinmek,

- Beslenme alanları ve YAS akım yönlerinin saptanması,

- Sıcak ve soğuk sular arasındaki ilişkilerin belirlenmesi,

- Sıcak suların yüzeye çıkış şekilleri ve çıkış yörelerinin belirlenmesi,

- Havzanın hidrojeolojik bütçesinin hazırlanması,

- İzotop yöntemleri ile sıcak suların kökeni, yaşı ve sıcaklığı hakkında bilgi edinmek mümkündür.

- Kimyasal jeotermometrelerle hazne kaya sıcaklıklarını saptamak,

- Yüzeye erişen sıcak suların kimyasal özelliklerinden, hazne kayadaki suların kimyasal yapılarını belirlemek,

- Suların kabuklaşma ve çürütme özelliklerini incelemek,

- Yüzeyde izlenen buhar ve sıcak suların debisi, sıcaklık ölçünleri ile elde edilecek minimum enerjinin saptanmasıdır.

4.) Jeokimyasal  araştırmalar

         Jeotermal incelemelerdende en ucuz yöntemlerden biridir,Ayrıntılı jeokimyasal tahlil-

lere girmeden, ilk gözlemlerle suyun jeokimyasal özellikleri hakkında bilgi dinilebilir.Kaynak veya kuyu çevresinde izlenen çökelme ve kabuklaşmalar, jeokimyasal çökel cinsi ve miktarı hakkında bilgi verir.

Jeokimyasal araştırmalar; Sıcak ve soğuk suların kimyasal tahlilleri, sulardaki gazların, radiyoaktif maddelerin saptanması gibi işlemlerdir.

5.) Jeofizik araştırmalar

Jeofizik araştırmaların başlıca amacı hipertermal alanların, sondaj yerlerinin saptanması, hazne kaya derinliği ve sistem tipinin belirlenmesi gibi sorunları çözümlemeyi amaçlar.Bunun için değişik yöntemler uygulanır; Jeotermal, elektriksel iletkenlik, jeomagnetik, gravimetri, sismik ölçümler, derin kuyu araştırmlarıdır.

a.) Jeotermal yöntemler

Jeotermal sistemlerin ısı akıları, normal yer ısı akısının binlerce katına eşittir ve binlerce yıl bu ısı korunur.Jeotermal sistemlerin boyutları ve potansiyelleri hakkında termal araştırmalar doğrudan bilgi verirler.Pahalılık sırasına göre bu araştırmalar şunlardır;

- Yüzey ve sığ kuyu sıcaklık ölçümleri ( 6m.’den az)

- Jeotermal gradyan ölçümleri (15-100m. arası)

- Tüm derinliklerde ölçümler (en az 100m.)

Jeotermal ölçümler hermetrede yapılması çabuk ve ucuzdur,anormal alanların saptanma-

sını kolaylaştırırlar.

Zemin sıcaklık ölçümleri

Bu gibi ölçümler, 2-5 m. derinliklerdeki kuyularda yapılır.Bu incelemeler buhar ve sıcak su yayılım alanlarının saptanmasında yardımcıdır.Bu ölçümler fay ve çatlaklardan çıkan suyun etki alanları ve çıkış noktaları belirlenir.

Sığ kuyularda sıcaklık ölçümleri

15-100m. derinlikler arasındadır.Açılacak kuyulara konacak techizatın özelliğine göre kuyular açılır.Kuyular arasındaki mesafe, ölçülen sıcaklığın yanal yayılımına bağlıdır.Mag-

matik sokulumlar sıcaklık dağılımını etkileyebilir.Bu gibi yerlerde kuyular arası en az 1-2 km. olmalıdır.

Isı akısı ölçümleri

Jeotermal sistemin toplam ısısı, buhar ve su akım kütlesinin ölçümleri, derinliklerdeki akışkanın potansiyeli ve entalpisi hakkında kabaca bilgi verebilir.Jeotermal lanlarda ısı kaybı kondüksiyon ve konveksiyon yolu ile örtü kayalardan olur, buda buharlaşma, doğrudan buhar veya su akımı şeklindedir.

b.) Elektriksel iletkenlik ölçümleri

Elektriksel araştırma tekniği, özellikle klorürce çok zengin ve elektrik iletkenliği yüksek sıcak suların araştırılmasında yararlıdır.Bu yöntemle hazne kayada sıcak suların yayılımı ve derinliği, bazı yapısal ve litoloji özelliklerin farklılıkları saptanabilir.

Elektriksel direnç ölçümleri ile gözenekliliğin saptanması; Kayaların içerdiği su ile elektriksel iletkenlikleri arasında doğrusal bir ilişki vardır. Yoğunluk kayıtları ile gözenekliliğin saptanması mümkündür.

c.) Jeomanyetik ölçümler

Volkanik kayalar genellikle yüksek magnetik duyarlılığa sahiptir.Ancak Jeotermal etkinliğin artması ile bu magnetik duyarlık azalır.

d.) Gravimetre ölçümler

Termal alanların oluşturduğu büyük çöküntülerin sınırlarını ve tabanındaki volkanik, tortul kayaları belirlemede yararlıdır.Bu yapısal çöküntüler negatif gravite ile tanımlanır. Pozitif graviteler, büyük yapısal çöküntülere oranla önemsizdir.

e.) Sismik ölçümler

Sismik araştırmalar, yeraltındaki malzeme değişimi, farklı derinliklerde elastik hızda değişimlere neden olur.Elastik hız, ender olarak sıcaklık ve gözeneklilikten etkilenir.

f.) Araştırma ve Üretim sondajları

Jeolojik ve jeofizik incelemelerin sonucunda sondaj yerinin saptanması gelir.Hazne kaya yüksek sıcaklık ve basınçta bulunabilmesi için oldukça derinde bulunması gerekir.Jeotermal alanlarda açılan kuyuların masrafı ve harcanan zaman, petrol kuyusuna oranla daha pahalıdır. Araştırma kuyularının büyük çapta açılması ekonomik değildir.Sondaj kuyularının pahalı oluşu nedeniyle, değişik yöntemlerle yapılan çalışmalar olumlu sonuçlar verdiği takdirde, sondaj yapımına geçilir. Sondaj çapları ne büyük ne küçük olmalıdır.Küçük çaplı sondajlar, sıcak akışkanın yüzeye çıkışına karşı büyük direnç gösterir.Çok geniş çaplı sondajlar pahalı ve zaman alıcıdır.En uygun çap, hazne kaya basıncı ile kuyu çeper direncini dengeleyen çaptır bu çapı başlangıçta saptamak zordur.Bazı durumlarda, düşeyden sapmalı sondajlar yapmak gerekebilir.ve yararları şöyledir;

- Sondaj borularında meydana gelen kırılmalar sonucu, çok büyük miktarda buhar ve sıcak su kaçması önlenebilir.

- Kısa aralıklarla açılan kuyuların, yüzeyde borularla birleştirilmesi kolaydır. Kuyular arası mesafe, ekonomik yönden önem taşır.

Çoğunlukla, düşük rezistiviteye sahip yörelerde sıcak kaynaklar bulunur, fakat, her zaman geçerli değil.Hazne kaya buharca zengin ise rezistivite incelemeleri pek iyi sonuç vermez.Sondaj yeri için, bu gibi yerlerde, büyük ısı kaybı olan (fümerol, buhar gaz) ve jeotermal gradyanı yüksek olduğu bölümler seçilmelidir.Kuyuların fiziksel özelliklerinin saptanabilmesi şöyledir;

- Kuyularda yüksek geçirgenliğe sahip kısımlar belirlenerek,basınçlı su deneyi yapılır, sıcaklık gradyanları ölçülür,

- Sığ kuyularda jeotermal gradyan ölçümleri, sondaj kuyusunda ölçülen değerlerle karşılaştırılarak, yüzeysel incelemelerin doğruluğu hakkında kesin bilgiler elde edilir.

Farklı derinliklerde akışkanın kimyasal özellikleri, kuyudan alınan örneklerle mümkündür.Kuyudan elde edilen bilgilerle sıcak su kaynakları ve fümerol kimyasal tahlilleri ile karşılaştırılır ve yeni açılacak kuyu yerleri belirlenir.Akışkanın kimyasal yapısından geldiği derinlikler belirlenebilir.Jeotermal kuyularda logların incelenmesi için bazı yöntemler geliştirilmiştir;

- Sıcaklık- derinlik logları,

- Basınç- derinlik logları,

- Değişik oluşukların dirençleri hakkında bilgi veren endüksiyon elektrik yöntemi,

- Dengelenmiş özgül ağırlık logları, bu loglar kaya içindeki akışkanın özgül ağırlıklarını verdiklerinden kayanın gözenekliliği hesap edilebilinir,

-Gamma ışınım nötron logları, kayaların gözenekliliğini saptar,

- Sonik loglar, kaya gözenekliliğinin belirlenmesinde kullanılır.Bu yöntemler yanında daha ucuz bazı laboratuar ölçümleri ile oluşuklar hakkında bilgi edinilebilir.

Hazne kaya ve kuyu verimi

Hazne kaya verimi yapılacak tesislerin gücü ve ekonomik verimi için önem taşır.Gerçek kapasitesini  üzerinde çekilen termal akışkan, termal yörenin ekonomik verimini kısa sürede düşürebilir ve tesislerden ekonomik yararlanma azalabilir.

Zaman içinde sıcak egemen sistemlerde basınç ve termal su seviyesinin düşmesi sonucu, hazne kayadaki YAS hareketi hızlanır ve soğuk suların hazne kayaya girişi fazladır.Bazı durumlarda fazla çekim sonucu kuyu sıcaklığında artış gözlenebilir.Eğer hazne kayanın veriminden daha fazla çekim yapılırsa, belli bir süre sonra kuyu verimleri düşecektir.Buhar egemen sistemlerde termal kapasitenin saptanması, sıcak su egemen sistemlere göre daha zordur.Bu durumda su- buhar seviyesinin bilinmesi gerekir.

Kısır hipertermal sistemlerin geliştirilmesi

Jeotermal enerjiden yararlanılacak sistemlerde yüksek jeotermal gradyan ,hazne kayanın iyi geçirgen, gözenekli ve beslenmesi fazla, sıcak akışkanın kimyasal özelliklerinin kullanmaya uygun olması, örtü kayanın bulunması gibi etkenler önemlidir.Tüm bu koşullara uygun jeotermal sistemler yeryüzünde ender noktalarda bulunur.Yüksek jeotermal gradyanlı, düşük geçirimli ve gözenekli hipertermal kısır sistemler geniş alanlar kaplar.Eğer bu alanlar geliştirilirse jeotermal sistemlerin yüzlerce hatta binlerce katı enerji üretmek mümkün olabilecektir.

Hidrolik basınçla hazne kaya geliştirme yönteminde yüzeyden, basınçla kuyu tabanına su basılarak kayaların parçalanması, çatlakların genişlemesi sağlanır.Basınçlı suyun devamı süresince çatlaklar genişleyerek kayanın geçirgenliği artar.

Hazne kaya geliştirilmesinde kullanılan nükleer patlayıcıların çevreye etkisi

Kısır hipertermal sistemlerin hazne kayalarını geliştirmek için nükleer patlayıcılar kullanmadan önce jeoloji, hidrojeoloji, meteoroloji gibi araştırmalar yapılması gerekir.

Nükleer patlamalarla ortaya çıkan büyük enerji çevre kayaların buharlaşmasına, ergimesine ve küresel hacim içerisinde kırılma ve parçalanmalara neden olur.Patlama etkisiyle meydana gelen büyük basınç, yeryüzünde büyük ölçekte depremleri doğurur ve jeolojik yapıların,tesislerin, petrol,dogal gaz ve su borularının, karayollarının, havaalanlarının, limanların, demiryollarının, köprülerin, barajları, tünellerin, maden galerinin tahribine, deniz ve yeraltı haberleşme kablolarının, bitki köklerinin kopmasına, kütle hareketlerinin başlamasına, akarsu yataklarının değişmesine, büyük doğal depremlerin başlamasına ve can kaybına yol açabilir.Nükleer şok etkisi, az derinlerde bulunan ergimiş magma yüzeye erişebilir,ergime sonucu ortaya çıkan ısı, yeraltı sularını buharlaştırarak yüzeyde fışkırmalarına neden olabilir.Nükleer patlamaların diğer olumsuz yönü, radiyoaktif kirlenmedir.Yeraltı sularının nükleer patlamarla oluşan hazne kayaya süzülmesi ve buradan yayılması, yeraltı ve yüzey sularını kirletebilir.

 

JEOTERMAL SİSTEMLERDE HAZNE KAYA SICAKLIKLARININ SAPTANMASI

Giriş: Sıcak suların yeraltında yüzeye erişirken  dokanakta bulunduğu kayalarla ısı alış-verişi, soğuk yeraltı suları ile karışımı, hazne kaya sıcaklığının atmosferle ilişkisini kesen geçirimsiz örtü kayaların çok ince veya bulunmayışı gibi nedenler, suların sıcaklıklarının azalmasında başlıca etkenlerdir.Suların yeraltında katettiği yol nekadar kısa ve debisi yüksek ise, o oranda hazne kaya sıcaklığına yakındır.Hazne kaya sıcaklıklarının saptanmasında çok değişik yöntemler önerilmiştir;

1.) Doğal izotop jeotermometreleri

Jeotermal sistemlerin hazne kaya sıcaklıkları, beslenme, akışkanların kökeni ve molarite süreleri, sıcak-soğuk su karışımları, hidrojeolojik devir, buharlaşma gibi sorunların çözümün-

de kullanılmaktadır.

İki önemli neden, suyun ilkel izotop yapısını etkiler.Bunlardan birincisi buharlaşma, ikincisi hazne kaya yapısındaki minerallerle akışkan (su) arasında kimyasal tepkimelerle hidrojen ve oksijen değişimidir.

2.) Hidrotermal bozunum jeotermometreleri

Sıcak akşıkanlar derinde ve yüzeye çıkarken, dokanakta bulundukları kayaları kimyasal ve mineralojik faz değişimlerine uğratırlar ve “ hidrotermal bozunumu” ortaya çıkarırlar.Bu yeni oluşan kil mineralleri ortamın fiziko-kimyasal özelliğine, sıcaklık ve basınca, pH’a,bazı gazların varlığına ( CO2, H2S gibi) ilkel kaya ile akışkanın kimyasal bileşimine, gözenekliğe, kaya geçirgenliğine bağlıdır.Kil minerallerinin oluşum sıcaklıkları bilinirse, akışkanın sıcaklığı hakkında bilgi edinilebilir.Etkin jeotermal sistemlerde olduğu gibi, sıcak akışkan, içinde bulunduğu kayalarla, jeokimyasal ve mineralojik faz dengelerine erişmemişlerdir.Bu gibi alanlar jeotermal enerji araştırmalarında, hazne kaya sıcaklığının saptanmasında büyük önem taşır.

3.) Kimyasal jeotermometreler

Arazide veya laboratuvarda soğuk ve sıcak yeraltı, yüzey suları, buhar, gaz tahlillerine dayanır.Kimyasal jeotermometreler kalitatif ve kantitatif olmak üzere ikiye ayrılır.Kalitatif kimyasal jeotermometrelerde zemin gazlarında, fümerollerde, sıcak ve soğuk yüzey, yeraltı sularında, suların bıraktıkları çökellerde bazı kılavuz elemenlerin anormal miktarlarda bulunuşları, bir kısım iyon oranlarından hazne kaya sıcaklıkları, jeotermal sistemlerin özellikleri hakkında göreceli bilgiler elde edilir.

3.a) Kalitatif kimyasal jeotermometreler

Birçok kalitatif jeotermometreler uçucu elementlerin sıcak akışkanlarda zeminde göreli miktarına, dağılımına veya zemin gazlarındaki oranlarına dayanır.Termal akışkanlarda bulunan bazı element, bileşik ve oranlar sıcaklık hakkında bilgi verebilir.

3.a.1) SiO2: Hazne kaya sıcaklığı hakkında en iyi bilgi veren silistir.Yüksek sıcaklıktaki suda, yaklaşık 180◦C’de başlayan silis çökelmesi, sıcaklığın düşmesi ile hızla artar.Sıcak sularda silis azalması izlenebilir.Doğal gayzerlerde, yüzeyde amorf silis veya kristalleşmiş silis çökelleri, hazne kaya sıcaklığının 180◦C veya üzerinde olabiliceğini gösterir.

3.a.2) Klorür: Hazne kaya sıcaklığı 150◦C’nin üzerindeki sularda, genellikle 150’den fazla klorür (kökeni deniz suyu olanlar), ender sıcak su sistemlerinde ise (200◦C’nin üzerinde) 40 ppm’in altındadır.Klorür, sıcak su sistemi ile buhar sistemini ayıran en önemli kriterdir.Birçok klorür tuzları sıcak sularda çözünür ve böle sularda bol bulunur,50 ppm’in üzerinde klorür izlenirse, sıcak su sistemini belirler.

3.a.3) B, NH4, H2S, Hg, CI, Na, K, Li, Rb, Cs, As: Bu gibi element ve bileşiklerin bir veya bir kısımının suda fazla bulunması, hazne kaya sıcaklığının yüksek olabileceğini gösterebilirler.

3.a.4) Na / K oranı: Bu oranın yüksekliği, genellikle hazne kaya sıcaklığının fazla olabili-

ceğini işaret eder.Silis çözünürlüğü sıcaklığa bağlı olduğundan, kısa sürede kimyasal denge gerçekleşir. Silis jeotermometreleri ile saptanan kaya sıcaklıkları, belirli bir zondaki akışkanların sıcaklığını yansıtır.Yüzeydeki suların kimyasal tahlillerine göre silis jeotermometreleri ile saptanan hazne kaya sıcaklık değeri, Na / K ile bulunandan küçük ise, akışkanın hazne kayadan yüzeye gelişi esnasında soğuk sular ile karışmış olabiliceğini vurgular

3.a.5) Traverten çökelmeleri: Hazne kaya sıcaklığının düşük olduğunu (100◦C civarında ) gösterir.

3.a.6) CI / ( HCO3 +CO3) oranı: Bu oran yüksek ise hazne kaya sıcaklığı fazla olabilir.

3.a.7) Mg ve Mg / Ca oranı: Mg miktarı ve Mg / Ca oranı küçük ise hazne kaya sıcaklığının yüksek olabiliceğini gösterir.

3.a.8) CI / SO4 oranı: Bu oran yüksek ise hazne kaya sıcaklığı fazladır.

3.a.9) CI / F oranı Bu oran yüksek ise hazne kaya sıcaklığı fazladır.

3.a.10) H2 / diğer gazlara oranı (buhar dışında): Oran yüksek ise hazne kaya sıcaklıkları fazladır.

3.a.11) Ender gazlar: He, Ne, Ar³⁶ ve Xe gibi ender gazlar kimyasal tepkimelere girmezler.Eğer, sıcak sularda bol miktarda ender gazlar bulunursa, hazne kayada suyun kaynamadığını gösterir.Kaynama gerçekleşmiş ise sıcak suda bu gazlar az, buhar fazında fazladır.

3.b) Kantitatif kimyasal jeotermometreler

Kantitatif kimyasal jeotermometrelerin kullanılmasında bazı temel varsayımlar göz önünde bulundurulur;

1.) Hazne kaya sıcaklığı hesaplamalarında kullanılan sıcak sulardaki maddelerin buluşması için gerekli kimyasal tepkimeler, hazne kaya-su arasında gerçekleşmektedir.

2.) Sıcaklık saptanmasında gerekli maddelerin ortaya çıkması için oluşan kimyasal tepkimeler devamlıdır ve tepkimelerin ham maddesi hazne kayada boldur.

3.) Hazne kaya sıcaklığında kaya – su arasında kimyasal denge gerçekleşmiştir.

4.) Hazne kayadan yüzeye erişen sıcak suyun, soğuma sonucu kimyasal yapısı değişmez veya yeni bir kimyasal denge gerçekleşmez.

5.) Hazne kayadan gelen sıcak suların, soğuk yeraltı ve yüzey suları ile bir karışımı söz konusu değildir.

Varsayılan  ilk üçü genellikle SiO2 ve Na – K – Ca jeotermometreleri için geçerlidir.Son iki varsayım, tam olarak gerçeği yansıtmaz.Çünkü hazne kayadan yüzeye doğru gelen sıcak suyun soğuması veya soğuk suların karışımı ile kimyasal yapısı değişebilir.Bu gibi durumlar-

da hazne kaya kimyasal yapısı ve sıcaklığı hakkında sınırlı bilgi edinilir.Ayrıca asid sülfatlı sıcak suların kimyasal tahlilleri yaklaşık hazne kaya sıcaklığını verebilir.Denizsuyu kökenli sular genellikle hazne kayada dengeye erişemediklerinden, hazne kaya sıcaklığı hakkında yanıltıcı bilgi verebilirler.Arazide gözlenen sıcak kaynakların özelliklerine göre, hangi jeotermometrenin kullanılacağı hakkında genel bilgiler şöyledir;

i.)                  Düşük debili kaynaklar,

ii.)                Yüksek debili kaynaklar.

i.) Düşük debili kaynaklar: Kondüktif soğuma varsayılabilir ve buhar kaybı veya çok az kabuleden jeotermometreler kullanılır.Yorumu zordur, hazne kayada su,fazla sıcak olabilir veya sıcak su yüzeye erişirken kondüksiyonla soğumuş veya soğuk su karışımı söz konusu-

dur.

ii.) Yüksek debili kaynaklar:Adiyabatik soğuma egemendir ve buhar kaybı varsayan jeotermometreler kullanılır. Kondüktif soğuma varsayılarak Na- K – Ca jeotermometreleri kullanılabilir.Eğer bu yöntemle hazne kaya sıcaklığı yüksekse karışım modelleri uygulanmalı-

dır.

Bu açıklamalar ışığı altında hazne kaya – sıcak su arasında kimyasal denge birçok etkenlerin altında bulunduğu görülür.Bunlar jeotermometreler içn özge kimyasal tepkimelerin hızı, hazne kaya sıcaklığı, su – kaya kimyasal etkinliği, jeotermometrelerin göstergeç elementlerin suda bulunuş miktarları, sıcak suyun hazne kayada molaritesi gibi nedenlerdir. Kantitatif kimyasal jeotermometreler çözünürlük, iyon değişimi ve iyon etkinliği diye üçe ayrılır.

3.b.1) Çözünürlüğe dayalı jeotermometreler: Minerallerin çözünürlüğü genellikle sıcaklık ve basınçla değişir.Silis ise minerallerin çözünürlüğü jeotermometre olarak pek kullanılmaz.Silis çözünürlüğü diğer iyonların, karmaşık molekül oluşuklarının, uçucu maddelerin ayrılması gibi nedenlerden etkilenmez.

Silis jeotermometreleri:Hazne kaya sıcaklıklarının saptanmasında yaygındır.Hazne kaya sıcaklığı 150◦C - 225◦C arasında iyi sonuçlar vermektedir.Daha yüksek sıcaklıklarda hazne kayadan yüzeye doğru hareket eden sıcak akışkanda hızlı silis çökelimi izlenir.

3.b.2) İyon değişimine dayalı jeotermometreler: Denge sabitleri sıcaklığın etkisindedir.İyon değişimine uğramış, çözünen maddelerin oranı, denge sıcaklığı değişimine bağlıdır.Suda birçok iyon değişimine uğramış mineraller bulunur ve bunlar jeotermometre olarak kullanılabilinir.

- Na / K jeotermometreleri;Sıcaklığa bağlı olarak, Na- feldispatlardaki Na+iyonu yerine ortamdaki K⁺ iyonları yerine geçebilir. Na / K jeotermometreleri, suda fazla miktarda Ca⁺⁺ iyonları bulunuyorsa, hazne kaya sıcaklığı hesaplamalarında, yüksek değerler verirler.

- Na – K – Ca jeotermometresi; Özellikle, Ca / Na ( mol/l) oranının birden büyük olduğu durumlarda, Na / K jeotermometre bağıntıları, hazne kaya sıcaklığı hesabında çok yüksek değerler vermektedir.

- Na – K – Ca  jeotermometresinde magnezyum düzeltmesi; Buna göre düzeltme katsayısı ( R ) ; R=Mg / ( Mg + Ca + K ) ×100 bağıntıda, iyonlar mek /l alınmıştır.Eğer R 50’den büyükse, suların oldukça soğuk bir ortamdan geldiği ve hazne kaya sıcaklığının, kaynakta ölçülen sıcaklığa yakın olduğu düşünülebilinir. Bu nedenle, Na – K – Ca bağıntısından elde edilen yüksek hazne kaya sıcaklıklarında bazı düzeltmeler yapılması gereklidir.

3.b.3) İyon etkinliğine dayalı jeotermometreler: Sıcak akışkanların, kimyasal tahlillerinden bulunan iyon değerleri yerine, bu iyonların, iyon etkinlikleri kullanılır.Bunlar; iyon etkinliğine dayalı kalseduvan, Na / K (düşük albit – mikrolin ) ve Na / Li jeotermometre-

leridir.

- İyon etkinliğine dayalı kalseduvan, jeotermometresi :Bu jeotermometre genellikle 25◦C - 180◦C arasında iyi sonuçlar vermektedir.

- İyon etkinliğine dayalı Na / K jeotermometleri: İki değişik bağlanıyla hesapedilebilinir.

- İyon etkinliğine dayalı Na /Li jeotermometreleri: Sıcak suyun içerdiği çözünmüş tuz miktarına bağlı olarak, değişik iki Na / Li jeotermometreleri bağıntısı vardır.

Karışım modelleri :Sıcak akışkanlar yüzeye erişirken az veya çok soğuk yeraltı suları ile karışabilir.Bu karışım bazı incelemelerle belirlenebilinir.Eğer bir arazide birçok kaynak bulunuyorsa ve kaynakların sıcaklıkları veya kimyasal bileşimlerindeki klorür, bor gibi elementlerin yaptığı oranlarda büyük değişiklikler izlenirse karışım söz konusudur.Sıcak su – soguk su karışımlarından yararlanarak hazne kaya sıcaklıkları saptanmıştır.

1. Silise dayalı karışım modelleri: Buhar kaybının bulunmadığı ve buhar kaybının varsayıldığı modeller, diyağram ve hesaplamalarla açıklanmıştır.

1.a) Buhar kaybının bulunmadığı varsayımına dayalı olanı: Karışım ile soğuk yeraltı sularını ısıtan akışkan ( buhar + sıcak su ) entalpisinin hazne kayadaki entalpisine eşit olduğu varsayılır.

1.b) Buhar kaybı varsayımına dayalı karışım modeli: Sıcak akışkandan buhar ayrıldıktan sonra geri kalan sıcak su, soğuk yeraltı suları ile karıştığı varsayılır. Buhar kaybından dolayı sıcak ve soğuk karışım bölgesindeki sıcak suyun entalpisi, hazne kayadakinden azdır.

2. Klorüre dayalı karışım modeli: Bu modelle hazne kaya sıcaklığı iki yolla saptanır.

a.) Grafik çözümü: Diyağramda düşey eksene suların entalpileri, yatay eksene ise klorür miktarları konulmuştur.Buharı, sıcak sudan ayrılma entalpisi 639.15 cal / g düşey eksen üzerine işaretlenir.Diyağramda bu nokta “buhar” olarak tanımlanmıştır.Kaplıca sularının diyağram üzerinde belirledikleri nokta buhar noktası ile birleştirilir.Bu diyağrama göre En düşük ve en yüksek sıcaklıklar, hazne kaya sıcaklığını belirler.

b.) Matematiksel çözümü: Bunun için ısı ve klorür denge bağıntılarından yararlanılır.Hesap-

lamalarda yapılacak hatalar gerçek değerden büyük ölçüde sapmalara neden olabilirler

Not :

yazılarımın devamını

www.hidrojeoloji.net sitesinden bulabilirsiniz...