Kuzeydoğu Anadolu Jeotermal Kaynaklarının Asal Gaz ve Çevresel İzotop Jeokimyası


Creative Commons License

Aydın H. , KARAKUS H., MUTLU H., GÜLEÇ N., HILTON D. R.

70. Türkiye Jeoloji Kurultayı, Ankara, Türkiye, 10 - 14 Nisan 2017, ss.304-305

  • Basıldığı Şehir: Ankara
  • Basıldığı Ülke: Türkiye
  • Sayfa Sayıları: ss.304-305

Özet

Kuzeydoğu Anadolu bölgesindeki (Ardahan, Artvin, Erzincan, Erzurum, Kars, Rize sahaları) jeotermal sistemler önceki çalışmalarda, su-kayaç etkileşim süreçlerinin ve suların kökeninin araştırılması amacı ile fiziko-kimyasal ve kısmen kararlı izotop teknikleri kullanılarak araştırılmıştır. Bununla birlikte, bölgedeki uçucuların kökeni ve ısı kaynağı halen çözülmemiştir. Bu çalışmada, Kuzeydoğu Anadolu bölgesinde yer alan 17 farklı jeotermal sahadaki 36 jeotermal kaynaktan boşalan akışkanların kökenini belirlemek amacı ile asal gaz ve çevresel izotop oranları incelenmiştir. Bu amaç doğrultusunda, su ve gaz örneklerinde R/RA (R=3He/4He örnek ve RA=3He/4He atmosfer) ve CO2/3He oranları ile sulardaki çevresel izotop (oksijen, hidrojen, trityum, karbon ve kükürt) oranlarına ait yeni veriler sunulmuştur. Sıcak sulardaki düzeltilmiş R/RA (0.21–7.23 RA) oranları kabuksal değerden (0.02–0.05 RA) daha yüksektir. Kayda değer yüksek RA oranları Erzurum ve Erzincan'daki jeotermal akışkanlarda gözlenmiştir. Örneklerin CO2/3He oranları geniş bir aralıkta (1.3×109 – 1.3×1013) yer almakla birlikte genellikle üst manto değerinden (2×109) daha yüksektir. Rize (İkizdere, Ayder) jeotermal sahalarından elde edilen CO2/3He oranları (1.3×109 – 2.1×109) üst manto değeri ile örtüşmektedir. Suların d18O-dD izotop değerleri, Küresel Meteorik Su Doğrusu ile tutarlı olup düşük trityum değerlerine (0.0-2.13 TU) sahip meteorik kökenli sular olduğunu göstermektedir. Termal sulardaki d34S izotop değerleri +4.0 ile +32.0 ‰ (CDT) aralığını kapsamakta ve d18O(SO4) izotop değerleri ise +0.3 ile + 15.3 ‰ (VSMOW) arasındadır. Sularda çözünmüş inorganik karbonda (DIC) ölçülen d13C izotop değerleri -17.5 ile +8.8 ‰ (VPDB) aralığında değişmektedir. İncelenen sulardaki karbonun, mantosal ve kabuksal karbon karışımından kaynaklandığı, CO2'in ise çoğunlukla kabuksal litolojilerinden türediği düşünülmektedir. Karbonun (toplam karbon miktarı çoğunlukla > % 90) ana kaynağını kireçtaşı oluşturmaktadır. Toplam helyum içeriğinin % 90'ına ulaşan en yüksek manto kökenli helyum, Erzincan bölgesinde olasılıkla Kuzey Anadolu Fayı boyunca yüzeye taşınan akışkanlarda bulunmuştur.

The geothermal systems in northeastern Anatolian region (Ardahan, Artvin, Erzincan, Erzurum, Kars and Rize provinces) were investigated in previous studies using physicochemical and partly stable isotopic techniques, leading to an understanding of water-rock interaction and origin of fluids. However, the origin of volatiles and the heat source in the region still remain unsolved. In this study, the spatial variations of noble gas and environmental isotopes ratios of gas and water samples of 36 geothermal springs are explored to identify origin of fluids from 17 different geothermal fields in northeaster Anatolia region. For this purpose, we present information on the spatial variation of R/RA (R=3He/4He sample and RA=3He/4He atmosphere) and CO2/3He ratios of gas and water samples, and environmental isotope (oxygen, hydrogen, tritium, carbon and sulfur) compositions of water samples. The air-corrected R/RA ratios (0.21–7.23 RA) of the hot waters are significantly higher than the crustal values (0.02–0.05 RA). Notably the higher R/RA values are found in geothermal fluids from Erzincan and Erzurum geothermal fields. CO2/3He ratios of the samples vary over a wide range (1.3×109 – 1.3×1013) and are generally higher than that of upper mantle array (2×109). CO2/3He ratios of the gas samples from Rize (İkizdere, Ayder) geothermal field are found (1.3×109 – 2.1×109) around the upper mantle ratio. d18O–dD isotope values of the waters are consistent with the Global Meteoric Water Line, and indicate a meteoric origin with low tritium values (0.0–2.13 TU). d34S isotope values in thermal waters are between +4.0 and +32.0‰ (vs. VCDT), and d18O(SO4) isotope values fall in the range of +0.3 to +15.3‰ (vs. VSMOW). The d13C isotopic values in dissolved inorganic carbon (DIC) in waters are within the range of -17.5 to +8.8‰ (vs. VPDB). The d13C(CO2) values of gas samples vary from -11.9 to +5.4‰ (vs. VPDB). The carbon in the studied waters is thought to originate from mixing between mantle and various crustal sources, and CO2 is mostly derived from the crustal lithologies. The main source of carbon (mostly >90% of the total carbon inventory) is limestone. The highest mantle-derived helium attaining up to 90% of the total helium content was found in the Erzincan area where fluids were probably transferred to the surface along the North Anatolian Fault.