Saraykent ve Akdağmadeni (Yozgat) sıcak ve mineralli sularının hidrojeokimyasal ve izotopik incelemesi
Hydrogeochemical and isotopic investigation of Saraykent and Akdagmadeni (Yozgat) hot and mineral waters
Yazar: SEVİM ÖZULUKALE
Danışman: PROF. DR. ŞAKİR ŞİMŞEK
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Tez çalışmasında Saraykent ve Akdağmadeni Jeotermal Alanları'ndaki jeotermal sistemin kavramsal hidrotermal modelinin oluşturulması amaçlanmıştır. Bu kapsamda, alanın jeolojik, hidrojeolojik özelliklerinin belirlenmesiyle beraber alandaki suların fiziksel, hidrojeokimyasal ve izotopik özellikleri incelenmiştir. Böylece, jeotermal sistemin beslenme bölgesi ve dolaşım mekanizması belirlenmiştir. 
Çalışma alanı Yozgat il sınırları içerisindeki Saraykent ve Akdağmadeni Jeotermal Alanlarını kapsamaktadır. Kırşehir Masifi'nin Paleozoyik-Mesozoyik yaşlı metamorfitleri (gnays, şist ve mermer) çalışma alanının temel kayaçlarını oluşturmaktadır. Çalışma alanındaki yapısal deformasyonun yoğun olduğu kırık ve fay zonlarının yerel olarak geliştiği kısımlarda Eosen yaşlı volkanitler (riyolit, bazalt, andezit) jeotermal akışkan için rezervuar oluşturmaktadır. Bölgedeki örtü kayaçlar Eosen yaşlı tüf birimleri, kil ve marn gibi sedimanter birimler ile metamorfitlerdeki şistlerdir. 
Çalışma alanında sıcak ve mineralli su kaynakları ile jeotermal kuyular bulunmaktadır. Saraykent sıcak ve mineralli sularının dönemsel akışkan sıcaklıkları 48.2-76.2°C arasında ve Akdağmadeni sıcak ve mineralli sularının akışkan sıcaklıkları 26.0-47.7°C arasında değişmektedir. Bölgedeki soğuk su örneklerinin Ca+2-HCO3-, sıcak ve mineralli su örneklerinin (Na++K+)- Cl- -SO4-2 ve (Na++K+)-SO4-2-Cl- su tipinde olduğu belirlenmiştir. Çalışma alanı içerisindeki suların hidrojeokimyasal ve izotop içerikleri konum ile litolojik özelliklere göre değişim göstermektedir. Jeotermal suların doygunluk indeksi (SI) hesaplamaları ile jeotermal kuyulardan alınan kabuklaşmaların minerolojik içeriği karşılaştırıldığında jeotermal suların kalsit ve kuvarsa doygun oldukları ve böylece kabuk yapıcı özellikte olduğu belirlenmiştir.
Saraykent-Akdağmadeni Alanı'nın Yerel Meteorik Su Doğrusu (LMWL) denklemi, δ2HH2O=8.25*δ18OH2O +17.90 (R2=0.99) eşitliği ile tanımlanmıştır. Soğuk sular ile sıcak ve mineralli sular meteorik kökenlidir. Sıcak ve mineralli suların soğuk sulara göre daha düşük δ18OH2O, δ2HH2O ve 3H izotop değerlerine sahip olması, jeotermal rezervuardaki sıcak suların daha yüksek kotlardan beslendiğini ve uzun yeraltısuyu dolaşım süresine sahip olduğunu göstermektedir. Her iki jeotermal alanda yer alan sıcak ve mineralli suların δ2HH2O içeriğine göre hesaplanan muhtemel beslenme yükseltisinin Saraykent Jeotermal Alanı için ortalama 1623-1975 m aralığında ve Akdağmadeni Jeotermal Alanı için ortalama 1768-1905 m aralığında olduğu hesaplanmıştır. Bu değerler çalışma alanının GD'sunda yeralan ve metamorfitlerden (mermer, şist) oluşan Akdağmadeni Horstu'ndaki yükseltilere karşılık gelmektedir.
Jeotermal akışkanlardaki δ13CDIC izotopu değerlerine göre tatlısu/denizel karbonatların çözünmesinden kaynaklanabileceğini göstermektedir. Sıcak ve mineralli suların δ34SSO4 izotop değerlerine göre kökenlerinin volkanik/sedimanter sülfürden ve Orta Miyosen-Pliyosen yaşlı  İç Anadolu Grubu'na ait jips vb. evaporitlerden oluşabileceği belirlenmiştir. Saraykent'teki jeotermal suların toplam alfa ve toplam beta değerleri Akdağmadeni'ndeki diğer su örneklerine göre daha yüksektir. Bunun Saraykent'teki granitik intrüzyon ve riyolitik volkanitlerden dolayı olduğu anlaşılmaktadır. 
Rezervuar muhtemel sıcaklığı için, silis ve izotop jeotermometreleriyle hesaplanan ortalama değerlerin; Saraykent Jeotermal Alanı'nda 130 ºC civarında, Akdağmadeni Jeotermal Alanı'nda 120 ºC civarında olmasının kabul edilebilir bir beklenti olacağı sonucuna varılmıştır.
Çalışma alanındaki güncellenen jeolojik-hidrojeolojik veriler ve ayrıntılı hidrojeokimyasal, jeokimyasal, izotopik veri toplama ve değerlendirme ile alanın kavramsal hidrotermal modeli oluşturulmuştur.

Anahtar Kelimeler: Jeotermal, sıcak ve mineralli su, hidrojeokimya, izotop, hidrotermal model, Saraykent, Akdağmadeni, Yozgat.

Abstract:
The study aimed to construct a conceptual hydrothermal model of the geothermal system in Saraykent and Akdagmadeni Geothermal Areas. In this context, the physical, hydrogeochemical, isotopic properties of the waters in the area as well as the geological and hydrogeological properties of the area were investigated. Thus, the geothermal system was tested to determine the areas of recharge and circulation mechanism.
The study area covers the Saraykent and Akdagmadeni Geothermal Areas in Yozgat province. The Paleozoic-Mesozoic metamorphic rocks of the Kirsehir Massif (gneiss, schist, marble) are the basement rocks of the study areas. The major geothermal reservoirs in the study areas occur in the Eocene aged volcanic rocks which have local fracture and fault zones and excessive tectonic deformations. The cap rocks of both areas are composed of Eocene tuff and clay and marl sedimentary, and metamorphic rocks (particularly schist).
Water springs and geothermal wells are located within the study areas. In the Saraykent geothermal springs periodic discharge temperature range from 48.2 to 76.2 °C, whereas in the Akdağmadeni geothermal springs periodic discharge temperature range from 26.0 to 47.7 °C. The cold water samples are classified as Ca+2-HCO3- types, whilst geothermal water samples are classified as (Na++K+)-Cl--SO4-2 and (Na++K+)-SO4-2-Cl- types. The hydrogeochemical and isotopic contents of the water samples in the study area vary according to local and lithological characteristics. A comparison of the Saturation Index (SI) calculations of geothermal waters with the minerals content of the scales from geothermal wells, revealed that the geothermal waters have calcite and quartz saturation and thus are scale-forming.
The local meteoric water line of the Saraykent-Akdagmadeni Area has been determined as δ2HH2O=8.25*δ18OH2O+17.90 (R2=0.99). Both cold waters with hot and mineral waters are meteoric in origin. The hot and mineral waters compared to the cold groundwater have lower δ18OH2O, δ2HH2O and 3H isotopic values that suggest higher recharge elevation and longer residence times (more than 60 years) of hot water in the geothermal reservoir. It is estimated that the probable elevation areas of recharge calculated for δ2HH2O content in hot and mineral waters in both geothermal areas are between 1623 to 1975 m for Saraykent Geothermal Area and 1768 to 1905 m for Akdagmadeni Geothermal Area. These values correspond to the southeast of the study area and the elevations of the Akdagmadeni Horst, which consists of metamorphic rocks (marble, schist).
It shows that the δ13CDIC isotope values in geothermal fluids may have originated from the dissolution of freshwater/marine carbonates. These geothermal springs were determined to have originated from volcanic/sedimentary sulfur and evaporites (gypsum etc.) belonging to Central Anatolian Group of Middle Miocene-Pliocene, according to the δ34SSO4 isotopic value of hot and mineral waters in the study areas. The total alpha and total beta values in water samples taken from Saraykent geothermal waters are higher than other water samples in Akdagmadeni Area. This might be related to granitic intrusions and rhyolitic volcanics in the Saraykent area. 
For reservoir temperature, average values were calculated with silica and isotope geothermometers; It was concluded that a reasonable expectation would be around 130 ºC in Saraykent Geothermal Area and around 120 ºC in Akdagmadeni Geothermal Area. 
The conceptual hydrothermal model of the studied area is created by the updated geological-hydrogeological data in the studied areas and detailed hydrogeochemical, geochemical and isotopic data collection and evaluation.


Keywords: Geothermal, hot and mineral water, hydrochemistry, isotope, hydrogeochemical model, Saraykent, Akdagmadeni, Yozgat.