假设地热能可以减少温室气体排放，并确保未来的能源供应稳定。它也被认为是一种碳中性、可再生和可持续的能源[1]。通过生命周期评估（LCA）对地热系统的可持续性进行了评估，结果表明从环境、经济和社会角度来看，地热系统比传统系统更可持续[2]。增强型地热系统（EGS）的地球化学特征以及将CRMs纳入LCA框架有助于实现所有可持续发展目标。
关键矿物在地热系统中的形成是一个复杂的过程，受到各种地质、化学和热因素的影响。由于流体与周围岩石的相互作用，关键矿物通常在地热流体中富集。这些矿物的来源可以追溯到承载地热系统的地质构造，以及控制流体运动和矿物溶解度的过程。当这些流体上升穿过地壳时，它们与不同的岩性相互作用，导致关键元素的浸出[3,4]。
地热流体中CRMs的浓度受到地热储层内温度和压力条件以及流体本身化学成分的影响。硼（B）、锶（Sr）和锂（Li）是可以在地热系统中形成的关键矿物。硼通常以硼酸盐离子的形式存在于碱性条件下，这可以增加其在地热流体中的溶解度。硼在地热系统中的存在通常与火山岩的改变和富含硼的矿物的浸出有关[5,6]。锂常见于与火山活动相关的地热盐水中，在热液蚀变过程中可以从含锂矿物（如锂云母和锂辉石）中释放出来[4]。锶（Sr）通常存在于地热流体中，来源于含锶矿物（如天青石和锶长石）的溶解。此外，硫酸盐离子的存在可以促进锶硫酸盐复合物的形成，进一步影响地热环境中的锶的形态[7]。
在放射成因花岗岩储层中观察到的地球化学变化，包括溶解、沉淀、离子交换和氧化还原反应，可以归因于水-岩相互作用。这些储层中存在的长英质深成岩有助于观察到的线性地球化学变化[8]。花岗岩中的裂缝直接影响岩石的蚀变程度，并促进流体循环，突显了裂缝对花岗岩蚀变过程的影响[9]。通过水-岩相互作用形成的硅酸盐矿物包括沸石、绿泥石和次生铁矿物，这些矿物几乎定量地促进了水中镁（Mg）、铁（Fe）和钾（K）的去除[10]。在Soultz EGS项目的水-岩实验中观察到长石和黑云母的溶解，该项目的储层岩石与Dikili-Bergama地区的储层岩石相同。某些元素，包括蒙脱石/绿泥石、赤铁矿/针铁矿和伊利石，已被观察到被纳入岩石的沉淀相中[11]。
为了提高地热发电厂的经济可行性，还研究了将地热能与流体中溶解的矿物和金属的提取相结合的方法[12]。加利福尼亚的Salton Sea地热田被认为是重要的锂盐资源，目前正致力于从盐水中提取锂和其他矿物[13]。这种方法旨在通过不仅产生能源，还提取有价值的矿物来最大化地热系统的效益，从而提高整体运营的效率和经济效益。
Dikili-Bergama地区以其独特的地热特征而著称，即地表下年轻火山覆盖岩和放射成因深成储层的共存。这种现象在西安纳托利亚的地质背景下尤为引人注目，因为这种岩石类型的组合非常罕见。该地区为评估火山岩和深成岩中的关键原材料潜力提供了宝贵的机会。该地区深成岩中丰富的长石和黑云石的存在特别值得注意，因为这些矿物赋予了独特的矿物结构，有利于锂（Li）、硼（B）和锶（Sr）等关键金属元素的溶解。与其他EGS项目（例如Soultz-sous-Forêts或Salton Sea）相比，Dikili-Bergama地区展示了独特的地质配置，有助于在较浅深度研究矿物迁移现象，这得益于地表上的火山覆盖层。显然，这些特征使该地区成为从科学和实际角度来看都适合的研究领域。
在这项研究中，基于矿物学数据和关键原材料浓度，对Dikili-Bergama地区的火成岩进行了地球化学评估。此外，我们还展示了现有钻孔中流体样本的关键原材料含量与相关岩性的关系。此外，我们进行了水-岩相互作用实验，以评估潜在深成储层岩石在120°C下的矿物行为，并预测未来EGS作业中的关键原材料含量。最后，使用蒙特卡洛模拟计算了关键原材料的潜在经济价值。换句话说，本研究评估了地表中新世火山盖岩的矿物含量和地热条件及其通过在地热作业中回收矿物对可持续生命周期的贡献。本研究不仅评估了控制地热系统中关键原材料迁移的地球化学和矿物学过程，还将地热作业定位为可持续材料来源，符合可持续材料和技术范围，强调了材料循环性、可再生整合和能源转型中的技术经济可行性。
本研究通过整合地球化学、矿物学和技术经济分析，填补了评估地热储层中关键原材料可持续共同回收的重要知识空白。以往的研究通常将地热能和关键原材料回收视为独立的过程，而没有量化它们之间的耦合地球化学机制和经济影响。这项工作的新颖性主要体现在三个方面：
本研究首次对西安纳托利亚Dikili–Bergama地区的含关键原材料地热储层进行了全面的地球化学-矿物学评估。第二点是本文建立了热液蚀变过程与放射成因花岗岩和火山岩中锂（Li）、硼（B）和锶（Sr）迁移之间的直接联系。第三点是引入了基于蒙特卡洛的概率框架，用于估计可回收的关键原材料质量和经济价值。因此，可持续性评估被整合到了地热资源建模中。这种综合方法有助于推进地热系统作为清洁能源生产和战略矿物回收双重用途资源的概念。
