Clay Mineralogy and Geochemistry of Fossil and Active Hydrothermal Alteration in the Hisaralan Geothermal Field (Sındırgı-Balıkesir), western Turkey

Abstract

Hisaralan geothermal field is located at the intersection between Simav Graben and İzmir–Balıkesir Transfer Zone (IBTZ). The area is hosted by Early Miocene dacitic and rhyolitic volcanics. Clay mineralogy was investigated for the purpose of identifying the present and fossil hydrothermalsystems. HS–2 drillhole and surface clay mineralogy were examined by XRD, SEM and optical microscopy. R2 I–S and smectite are dominant clay mineral close to the surface while discerete illite and R3 I‐S are the dominant clay minerals at the deeper parts of the geothermal field. The fossil hydrothermal system developed at two stages. Initially, Fe–rich chlorite, calcite and pyrite indicative of propylitic alteration occurred. Subsequently, discrete illite and I‐S postdated the propylitic alteration. Rb/Sr isotope data from illitic minerals (illite and/or I–S) shows they are coeval and cogenetic with Early Miocene volcanism. On the other hand, active hydrothermal system is supposed to precipitate dioctahedral smectite. Activity of elements indicates the thermal waters are in equilibrium with smectite at temperatures below 100 °C. Halloysite found in the cracks and coating on the surfaces of former alteration products indicates a late phase precipitation. O and H isotopes of clay minerals indicate that low temperature geothermal systems precipitate clay minerals as smectite, and intersection of fault zones are characteristic for present day geothermal fluids Hisaralan and ıts surroundings.

Hisaralan jeotermal sahası Simav Grabeni ile İzmir–Balıkesir Transfer Zonu (IBTZ)’nin kesişim yerinde bulunmaktadır. Alan Erken Miyosen dasidik ve riyolitik volkaniklerden oluşmaktadır. Kil mineralojisi güncel ve fosil hidrotermal alterasyonu belirlemek için araştırılmıştır. HS–2 sondaj kuyusu ve yüzey örneklerinin mineralojisi XRD, SEM ve optik mikroskop ile çalışılmıştır. R2 I–S ve simektit yüzeye yakın kesimlerde baskınken saf illit ve R3 I–S jeotermal alanın derin kesimlerdeki baskın kil mineralleridir. Fosil hidrotermalsistem iki evrede gerçekleşmiştir. İlk olarak, piropilitik alterasyonu işaret eden Fe‐zengin klorit, kalsit ve pirit oluşmuştur. Bunu takip eden,saf illit ve illitçe zengin I–S piropilitik alterasyonu üzerlemiştir. Rb/Sr izotop verileri illitik minerallerin (illit ve/veya I–S) Erken Miyosen volkanizması ile yaş ve köken bakımında eş olduğunu göstermektedir. Diğer taraftan, aktif hidrotermal alterasyonun dioktahedral simektit çökelttiği varsayılmaktadır. Element aktiviteleri termal suların 100 ⁰C ve altında simektit ile dengede olduğunu göstermektedir. Çatlaklarda ve önceki alterasyon ürünlerinin yüzeyinde sıvamalar şeklinde bulunan halloysit geç evre oluşumudur. Killere ait O ve H izotop verileri simektit mineralinin aktif jeotermal sisteme ait olduğunu ve halloysitin meteorik kökenli düşük sıcaklıklı sulardan çökeldiğine işaret eder. Düşük sıcaklıklı jeotermal sistemler simektit çökeltmektedir ve fay zonlarının kesişim yerleri Hisaralan ve çevresindeki güncel jeotermal alanlar için karakteristiktir.