Polatlı-Haymana (Ankara) civarı sıcak sularının izotop jeokimyası (δ18O, δD, 3H, δ13C, δ34S, 87Sr/86Sr) ve ana-iz element bileşimleri ile incelenmesi
Investigation on the origin of the Polatli-Haymana (Ankara) thermal waters from stable isotope (δ18O, δD, 3H, δ13C, δ34S, 87Sr/86Sr) and major-trace element composition
Yazar: HAFİZE AKILLI
Danışman: PROF. DR. HALİM MUTLU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Jeokimyasal özellikler = Geochemical features ; Kararlı izotoplar = Stable isotopes

Özet:
Bu tez çalışmasında Haymana-Polatlı bölgelerinde yer alan sıcak ve soğuk su kaynaklarının oluşumu, kökeni, hidrokimyasal özellikleri ile duraylı ve radyojenik izotop bileşimleri incelenmiştir. Çalışma alanının temelini Paleozoyik-Alt Triyas yaşlı düşük dereceli metamorfizma geçirmiş kayaçlar oluşturur. Temel üzerine uyumsuz olarak gelen Üst Jura-Alt Kretase yaşlı Bilecik formasyonunun kireçtaşları sıcak suların büyük çoğunluğunun rezervuar kayacını oluşturur. Alanda mostra veren granitik ve volkanik birimler diğer rezervuar kayaçlardandır. Paleojen ve Neojen yaşlı çökel kayaçların killi, marnlı seviyeleri ise örtü kayaç özelliğindedir. Sıcak su kaynakları bölgedeki fay ve kırık zonları boyunca yüzeye ulaşırlar. Derin dolaşımlı olduğu belirlenen sıcak suların kimyasal bileşimi (Na+K)-Cl-SO4 ve (Na+K)-Cl-HCO3 su tipinde iken sığ dolaşımlı ve soğuk su karışımı olduğu düşünülen sıcak sular ise Ca-Na-HCO3 bileşimindedir. Sıcak suların δ18O değerleri ‰ –11.67 ile ‰ –9.06, δD değerleri ise ‰ –86.71 ile  ‰ –67.57 arasında değişmektedir. Sıcak ve soğuk sular meteorik kökenlidir. Döteryum fazlalığı değerleri yüksek nemli koşulları işaret etmektedir. Sularda çözünmüş sülfatta ölçülen δ34S –δ18O değerleri sülfatın ya doğrudan denizel evaporitlerden ya da denizel ve karasal evaporitlerin her ikisinden de türeyebileceğini göstermiştir. Sıcak ve soğuk sulardaki çözünmüş inorganik karbonun izotop (δ13CDIC) değerlerine göre, karbonun kökeninin denizel kireçtaşlarının çözünmesi ve organik malzemeden kaynaklanabileceğini ortaya konmuştur. Suların ve rezervuar kayaçların 87Sr/86Sr değerleri birbiri ile uyumlu olup, Çağlayık sularındaki Sr'un kaynağının Beypazarı graniti olduğu sonucuna varılmıştır. Polatlı-Haymana sıcak sularının dolomit, kalsit, aragonit ve silika minerallerine göre doygun, buna karşın jips ve anhidrite doygun olmadıkları belirlenmiştir. İzotop ve silika jeotermometreleri ile rezervuar sıcaklıkları hesaplanmış ve silika jeotermometrelerinin daha gerçekçi sonuç (40-88 oC) verdiği görülmüştür.

Abstract:
In this thesis, the formation, origin, hydrochemical properties and stable and radiogenic isotope compositions of hot and cold springs in Haymana-Polatlı region were investigated. The basement of the study area is composed of Paleozoic-Lower Triassic low grade metamorphic rocks. The limestones of the Upper Jurassic-Lower Cretaceous Bilecik formation, which unconformably overlies the basement, form the reservoir rock of the majority of hot springs. Granitic and volcanic units outcropping in the area are other reservoir rocks. The clayey and marly levels of the Paleogene and Neogene sedimentary rocks act as cap rocks of the geothermal system. Hot springs reach the surface along fault and fracture zones in the region. The chemical composition of hot springs, which are determined to be deeply circulated, are (Na+K)-Cl-SO4 and (Na+K)-Cl-HCO3 while the hot springs considered to be shallow circulating and cold springs are in Ca-Na-HCO3 composition. The δ18O values of the hot springs ranged from 11.67‰ to 79.06‰ and δD values were –86.71‰ to 67.57‰. Hot waters and cold waters are meteoric in origin. Deuterium excess values indicate highly humid conditions. δ34S and δ18O values measured in the dissolved sulfate in waters showed that the sulphate could either be derived directly from marine evaporites or from both marine and terrestrial evaporites. The δ13CDIC isotope rations of dissolved inorganic carbon in hot and cold springs revealed that the origin of carbon could be the dissolution of marine limestones and organic material. 87Sr/86Sr values of water and reservoir rocks are compatible with each other and it is concluded that the source of Sr in the waters of Çağlayık is the Beypazarı granite. It was determined that the Polatlı-Haymana hot springs were saturated with respect to dolomite, calcite, aragonite and silica minerals; whereas they were unsaturated with respect to gypsum and anhydrite. The reservoir temperatures were calculated by isotope and silica geothermometers and it has been found out that silica geothermometers (40-88 oC) gave more realistic results.