Küre (Kastamonu) Pb-Zn-Cu maden alanı çevresinin hidrojeokimyasal özelliklerinin ve su-kayaç etkileşiminin incelemesi
Investigation of the hydrogeochemical characteristics and water-rock interaction of the Küre (Kastamonu) Pb-Zn-Cu mining area and its vicinity
Yazar: EMRE ÖZLER
Danışman: DOÇ. DR. TÜLAY EKEMEN KESKİN
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışmada, Küre (Kastamonu) Pb-Zn-Cu maden alanı ve çevresinin hidrolojik, hidrojeolojik, su kalitesi ve izotopik özelliklerinin saptanması ve ayrıca su-kayaç etkileşiminden ve/veya madencilik faaliyetlerinden kaynaklanan major ve iz element kirliliklerinin boyutlarının belirlenmesi amaçlanmıştır. İnceleme alanı yaklaşık 2990 km2 yüzölçümüne sahip olup Küre Pb-Zn-Cu maden alanı ve çevresini drene eden Küre Çayının drenaj alanı ise yaklaşık 440 km2' dir.

Bölgenin temelini Paleozoyik yaşlı şeyl ve kuvarsitten oluşan Ballıdağ Formasyonu, kömür damarlı kırıntılılardan oluşan Karadon Formasyonu, Mesozoyik Ofiyolitleri ve birbirleriyle geçişli formasyonlara sahip Daday Grubu oluşturmaktadır. Ballıdağ Formasyonu Triyas yaşlı kumtaşı-şeyl ardalanması, andezit, bazalt lavları ve kireçtaşından oluşan Akgöl Formasyonu tarafından uyumsuz olarak örtülmektedir. 
Dogger yaşlı Kastamonu Granitoyidi bu birimleri kesmektedir. Üst Jura yaşlı kırıntılı ve karbonatlı seviyelerden oluşan Yaralıgöz Grubuna ait olan formasyonların herbiri Liyas öncesi temel üzerine açısal uyumsuzlukla gelmekte, Akgöl Formasyonu, Kastasmonu Granitoyidi ve daha yaşlı birimleri post tektonik olarak örtmekte ve üste doğru Gökçeağaç Formasyonuna ile geçişli durum göstermektedir. Gökçeağaç Formasyonu üzerine karbonat miktarının artması ile marn ve türbiditik kireçtaşı litolojilerini içeren ve Kretase-Paleosen geçişini temsil eden Akveren Formasyonu gelmektedir. Bu birimler üzerine ise Paleosen ve Eosen yaşlı karbonatlı ve kırıntılı seviyeler gelmekte ve en üstte ise alüvyonlar bulunmaktadır.
 
Çalışma alanının yakın çevresinde bulunan yağış gözlem istasyonlarının ortalama yıllık yağışları 496-1204 mm arasında değişmektedir. Çalışma alanının yıllık ortalama yağışı (1960-2014 yılları arasında) 896 mm olarak hesaplanmıştır. Çalışma alanında bulunan kaynakların debileri kurak dönemde 0.1-25 L/s arasında değişirken, yağışlı dönemde 93 L/s arasında değişmektedir. Büyük debili kaynakların çoğunluğu karstik kireçtaşlarından ve iri taneli kırıntılı seviyelerden boşalmaktadır.

Çalışma alanında bulunan 28 kaynak, 6 kuyu, 4 akarsu ölçüm noktasının  arazideki yerleri ve yükseltileri saptanarak haritalanmış ve yerinde ölçümleri yapılmıştır. Bölgede başlıca akifer özelliği gösteren birimler kireçtaşından oluşan İnaltı Kireçtaşı ve kumtaşı-şeyl ardalanması, andezit, bazalt lavları ve kireçtaşından oluşan Akgöl Formasyonudur. Yeraltısularının kurak dönemde EC değerleri 305-2785 μS/cm arasında, pH değerleri 6.12-8.26 arasında, Eh değerleri ise 217-854 mV arasında değişirken, yağışlı dönemde EC değerleri 276-2836 μS/cm arasında; pH değerleri 6.31-8.24 arasında; Eh değerleri ise 237-401 mV arasında değişmektedir.

Çalışma alanında aktif olarak çalıştırılan Pb-Zn-Cu maden yatağı bulunmaktadır. Bu maden yatağındaki sülfür mineralleri (özellikle pirit), çalışma alanındaki bazı yeraltısularının hafif asidik karaktere sahip olmasına ve yüksek SO4 içermelerine neden olmaktadır. Çalışma alanında açılmış KS-10 ve KS-27 kuyularında Al, As, Ba, Mn, Ni, Se, Sb ve Pb konsantrasyonları Türk İnsani Tüketim Amaçlı Sular ve Dünya Sağlık Örgütü Standartlarında verilen üst limit değerini aşmaktadırlar. KS-10 kuyusu Akgöl Formasyonunun cevher damarları içeren volkanik kesimlerinde ve maden sıvı atık havuzu kenarında açılmış bir kuyudur. KS-27 kuyusu ise çalışma alanının bir miktar dışındaki (güneyinde) alüvyonda açılmış bir kuyu olup, 95 m derinliğe ve basınçlı özelliğe sahiptir. Kuyu alüvyonda açılmış olmakla birlikte muhtemelen altta kırıntılı birimlerden oluşan Sakızdağı Formasyonunu (çalışma alanında mostra vermemektedir) ve Mesozoyik Ofiyolitlerini kestiği düşünülmektedir. Ayrıca Akgöl Formasyonuna ait kumtaşlarından (KS-20, KS-21) ve ofiyolitik kayaçlardan boşalan (KS-28, KS-29, KS-30) yeraltısularında da standartları birkaç kat aşan As kirliliği gözlenmektedir. Çalışma alanındaki Pb-Zn-Cu maden alanı ve atıklarını drene eden Ersizlerdere üzerinde alınan KR-3 ölçüm noktasının Al, As, Ba, Mn, Ni, Se, Sb ve Pb konsantrasyonları da içme suyu standartlarında verilen üst limit değerini birkaç kat  aşmaktadır.

Yağışlı dönemde genel olarak birçok iz elementin ve majör iyonların konsantrasyonu debi artışına neden olan yağmur ve kar suyu etkisiyle suların seyrelmesine bağlı olarak azalmaktadır. Bununla beraber genel olarak Ba, Co, Ni, Pb ve Sr elementleri ve birkaç kaynaktaki Al, As, Fe, Mn, Sb, Se, Zn elementlerin konsantrasyonları olasılıkla asidik yağmur suyu etkisiyle ortamın Eh ve pH dengesine bağlı olarak kayaçların daha fazla çözünmesinden dolayı artış göstermektedir.

Abstract:
This study aims to determine the hydrological, hydrogeological, hydrochemical, water quality and isotopic properties, and the size of major and trace element pollutions arising from the water-rock interaction and/or mining activities. The study area has a surface area of approximately 2990 km2. Küre River which drain Küre Pb-Zn-Cu mine area and its vicinity has also a surface area of about 440 km2. 

The basement rocks of the study area consist of Paleosoic shale and  Ballıdağ Formations consisting of quartzites; Karadon Formation consisting of clastics with coal vein; Mesozoic ophiolite and Daday Group composed of formations which  are transitive with each other. Ballıdağ Formation is overlain unconformably by Triassic aged Akgöl Formation consisting of sandstone-shale alternations, andesite, basalt lavas and limestone.  Dogger Kastamonu Granitoid cuts all these old units. Each one 
of the formations that are members of Yaralıgöz Group which consists of Upper Jurassic clastic and carbonate levels overlays with angular unconformity the pre-Lias units, and post-tectonically covers the Akgöl Formation and Kastamonu Granitoyid. Yaralıgöz Group shows a transitive character with Gökçeağaç Formation. Akveren Formation which represents Cretaceous_Paleocene transition and contains marl and limestone with increase of carbonate overlies Gökçeağaç Formation. Over these units Paleocene and Eocene carbonate and clastic rocks are present. The uppermost lithological unit is alluvium.

The mean annual precipitation of the precipitation gauging stations located around the study area ranges between 496-1204 mm. The mean annual precipitation of the study area (between the years 1960-2014) is calculated as 896 mm. Discharges of the springs in the investigation area in the dry period range between 0.1-25 l/s, whereas in the rainy period range between 0.1-93 l/s. Most of the spring with high flows discharge from karstic limestone and coarse grained clastic levels. 

28 springs, 6 wells, 4 river measurement points located in the study area were mapped and their locations and altitudes were determined and the measurements were carry out in situ. The units indicating primary aquifer characteristics in the region are the İnaltı Limestone consisting of limestone and Akgöl Formation consisting of sandstone-shale alternations, andesite, basalt lavas and limestone. Electrical conductivity (EC), pH, oxidation–reduction potential (Eh) values of groundwater in the dry period range between 305-2785 μS/cm, 6.12-8.26 and 217-854 mV, respectively. EC, pH, Eh values of groundwater in the rainy period range between 276-2836 μS/cm, 6.31-8.24 and 237-401 mV, respectively. 

In the study area there is ongoing Pb-Zn-Cu mining activity. Sulfide minerals in the region generally contribute acidification and groundwater contain high SO4.  Al, As, Ba, Mn, Ni, Se, Sb and Pb concentrations in the KS-10 and KS-27 wells exceed the maximum limit concentrations in the Turkish Standards for Water Intended For Human Consumption (TS-266-2005) and World Health Organization Regulations (WHO-2006). KS-10 well is a well drilled in the volcanic rocks containing ore veins in the Akgöl Formation. The well is drilled on the edge of mine liquid waste pool. KS-27 well is a well drilled in the alluvium which located outside (in the south) of the study area and it has a 95 m depth and artesian feature. Although the well is drilled in alluvium, it's thought that it cuts the Sakızdağı Formation which consist of clastic layer and Mesozoic Ofiyolites. In addition, As pollution, which exceed the standards several times, is determined in the groundwater discharging from sandstone of Akgöl Formation (KS-20, KS-21) and ophiolitic rocks (KS-28, KS-29, KS-30). The Al, As, Ba, Mn, Ni, Se, Sb, Pb concentrations of the KR-3 measurement point located on the Ersizler River which draines the Pb-Zn-Cu mining site and its dumps exceed several times the limits given in the drinking water standards. 

Many trace elemenent and major ion concentrations in the rainy season decreases depending on dilution  effect of rain and snow water which causing the increase of discharge. However, in general Ba, Co, Ni, Pb and Sr elements and Al, As, Fe, Mn, Sb, Se, Zn concentrations in several springs increase probably due to acidic rain water because of the increasing solution rate in rocks due to Eh- pH balance.