Kızıldere sahası (Denizli) jeotermal rezervuarlarında nadir toprak element hareketliliğinin araştırılması
Investigation of rare earth element mobility in geothermal reservoirs of Kizildere (Denizli) field
Yazar: DOĞACAN ÖZCAN
Danışman: PROF. DR. HAKAN HOŞGÖRMEZ
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Jeoloji Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Kızıldere Jeotermal Sahası'nı da içerisine alan sistem, rezervuar kaya tipi ve su / kaya etkileşimi bakımından volkanik olmayan tipte; yapısal kontrollü olması ve akışkan kökeni açısından meteorik su kökenli bir hidrotermal sistemdir. Bu anlamda Kızıldere Jeotermal Sahası bölgedeki diğer sahalar için önemli bir örnek teşkil etmektedir. Bu çalışmanın amacı, Kızıldere Jeotermal Sahası'nda derin rezervuara ulaşan kuyular dahilinde ikincil mineralizasyon, hidrotermal alterasyon derecesi ve buna bağlı majör ve nadir toprak elementlerinin (NTE)  mobilitesini karakterize etmektir. 
Çalışmaya konu olan metamorfik rezervuar kayaları, Menderes Masifi Metamorfikleri'nin örtü birimlerini oluşturan çeşitli mikaşiştler ve görece daha derinde kalkşistleri içerir. İki farklı rezervuar seviyesinde belirlenen farklı fay zonları ve çevresinde gözlenen hidrotermal mineraller, jeotermal sıvıların rezervuar kayayla reaksiyonundan kaynaklanmaktadır. Bütün bu değişimlerin belirlenmesi ve karakterizasyonun için sahada derin rezervuarlar olarak bilinen kayaçlara ulaşan kuyuların belirli aralıklarından sondaj kesintileri örneklenmiştir. Bu derin kuyularda örneklerin mineralojik bileşim ortaya konmuştur. Mikaşistlere ulaşan kuyuda tespit edilen kuvars, muskovit, albit, klinoklor, flagopit, rutil, grafit mineralleri protolit kayacın mineralojisini ifade ederken, şamozit, kalsit, dolomit, dikit, ankerit, vermikülit, faujasit gibi hidrotermal mineraller de ikincil mineraller olarak tespit edilmişlerdir. Kalkşist rezervuar için mineral bileşimi ise kalsit, muskovit, flogopit, kuvars ankerit, kaolen, kalkopirittir, grafit, klinoklor, albittir olarak belirlenmiştir. İkincil minerallerin tespit edildiği seviyeler olası sıvı taşınma yollarını temsil ettiğinden çalışılan örnekler iki gruba ayırılmıştır. Bütün jeokimyasal parametreler iki kayaç türü içinde ayrı ayrı gruplandırılmasından sonra, istatistiksel parametreler hesaplanmıştır. Bu parametrelerin iki grup arasında anlamlı farklar içerip içermediği istatistiksel olarak test edilmiştir. 
Elde edilen sonuçlara göre, mikaşist rezervuarda Ce anomalisiyle belirgin ve hidrotermal akışkanların etkisini gösterir anlamlı sonuçlar elde edilmiştir. Ce elementi hidrotermal sıvılarla sistem içerisinde taşınmaktadır. Mikaşit rezervuarda NTE ile majör elementler arasında en güçlü korelasyonun izlendiği element Fe'dir. Ce anomalisinin de sistemde geçerli bir parametre olmasından FeOOH'la beraber çökelme olasılığı yüksektir. Kalkşist rezervuarda NTE elemenlerle ilgili herhangi bir değişkenin iki grup arasında anlamlı bir farklılık göstermemesi hidrotermal etkilere bağlı olarak NTE hareketinin sınırlı olduğunu göstermektedir. NTE'nin bolluğu rezervuar kayacın ilksel mineralojisine ve/veya hidrotermal etkiye bağlıdır. Bunların hangisinin daha etkili olduğu ilksel mineralojik bileşimle ve hidrotermal aktivitenin yoğunluğunu işaret eden minerallerin bolluğuna göre değişmektedir.
Kızıldere Jeotermal Sahası'nda NTE miktarlarının rezervuar kayacın türüne göre değişiklik gösterdiği belirlenmiştir. Mikaşist rezervuardaki NTE miktarı kalkşist rezervuara göre daha fazladır. Her iki tür rezervuar kayacı için de jeotermal akışkanın hareketine bağlı olarak zenginleştiği söylenebilecek özel bir NTE mineralinin olmadığı tespit edilmiştir. Kızıldere Jeotermal Sahası akışkan kimyalarının rezervuar koşullarına modellenmesi sonucunda herhangi bir NTE minerali, ne mikaşist ne de kalkşist rezervuarda denge durumunda çıkmamıştır. Bununla beraber mikaşist rezervuarda albit, dolomit, kaolen, kuvars ve klinoklor ile 270 derecede dengededir. Kalkşist rezervuarda ise denge durumu 170 derecede muskovit, albit, kaolen ve kuvarsla denge durumundadır.

Abstract:
The system, which includes Kızıldere Geothermal Field, is a non-volcanic hydrothermal system in terms of reservoir rock type and water/rock interaction parameters. Because the fluids origin and the system is structurally controlled, Kızıldere Field is concidired a meteoric water type hydrothermal system. In this sense, Kızıldere Geothermal Field is an important example for other fields in the region. The aim of this study is to characterize the degree of secondary mineralization, hydrothermal alteration and related major and rare earth elements (REE) mobility within the wells reaching the deep reservoir in the Kızıldere Geothermal Field.
The metamorphic reservoir rocks forming the cover units of the Menderes Massif Metamorphics., which are the subject of the study, consist various mica schists and calcschists, relatively located deeper. The different fault zones determined at two different reservoir levels and the hydrothermal minerals observed in their surroundings are due to the reaction of geothermal fluids with the reservoir rock. For the determination and characterization of all these changes, drilling cuts were sampled from certain intervals of wells reaching rocks known as deep reservoirs in the field. The mineralogical composition of the samples was revealed in these deep wells. While quartz, muscovite, albite, clinochlor, flagopite, rutile, graphite minerals identified in the well that reached the micaschists express the mineralogy of the protolite rock. Hydrothermal minerals such as chamosite, calcite, dolomite, stalagmite, ankerite, vermiculite and faujasite were also determined as secondary minerals. The mineral composition for the calcschist reservoir is calcite, muscovite, phlogopite, quartz ankerite, kaolin, chalcopyrite, graphite, clinochlor, albite. Since the levels at which secondary minerals were detected represent possible liquid transport pathways, the studied samples were divided into two groups. After all geochemical parameters were grouped into two according to rock types separately, the statistical parameters were calculated. Whether these parameters contain significant differences between the two groups was tested statistically.
According to significant results were obtained, which are evident with Ce anomaly in the micaschist reservoir and show the effect of hydrothermal fluids. The element Ce is transported in the system by hydrothermal fluids. The element with the strongest correlation between REE and major elements in the micaschite reservoir is Fe. Since the Ce anomaly is also a valid parameter in the system, the possibility of precipitation with FeOOH is high. The fact that any variables related to REE elements in the calcschist reservoir did not differ significantly between the two groups indicates that REE movement is limited due to hydrothermal effects. The abundance of REE depends on the primary mineralogy and / or hydrothermal effect of the reservoir rock. Which of these are most effective depends on the primary mineralogical composition and the abundance of minerals that indicate the intensity of hydrothermal activity.
It has been determined that amounts of REE in Kızıldere Geothermal Field vary according to the type of reservoir rock. REE amount in the micaschist reservoir is more than the calcschist reservoir. For both types of reservoir rocks, it has been determined that there is no special REE mineral that can be said to be enriched due to the movement of the geothermal fluid. As a result of the modeling of the Kızıldere Geothermal Field's fluid chemistries in reservoir conditions, no REE minerals were found in equilibrium in neither micaschist nor calcschist reservoir. However, the mica schist is in equilibrium with albite, dolomite, kaolin, quartz and clinochlor at 270 degrees in the reservoir. In the calcschist reservoir, the equilibrium is at 170 degrees with muscovite, albite, kaolin and quartz.