تعیین منشا و سازوکارهای تشکیل چشمه‌های گوگردی و آبگرم تاقدیس سیاهکوه، جنوب غرب ایران، با استفاده از خصوصیات هیدروژئوشیمی و ایزوتوپی

نوع مقاله : Research Paper

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی

2 استاد دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی

3 استادیار دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی

4 استاد دانشکده کشاورزی، دانشگاه ایلام

چکیده

     چشمه­های گوگردی و آبگرم دهلران و دویرج با مشخصات فیزیکوشیمیایی متفاوت از تاقدیس سیاهکوه واقع در شمال شهر دهلران، جنوب غربی استان ایلام تخلیه می­شوند. به منظور تعیین مشخصات چشمه­های گوگردی و آبگرم تاقدیس سیاهکوه بررسی­های زمین­شناسی، هیدروژئولوژیکی، هیدروژئوشیمیایی و ایزوتوپی انجام گرفت. پایش آبدهی، دما، اسیدیته، میزان گاز سولفید هیدروژن و اکسیژن محلول در محل و آنالیز شیمی یون­های اصلی در آزمایشگاه به مدت یک سال به طور ماهانه انجام گردید. سنجش ایزوتوپ­های پایدار دوتریوم (2H)، اکسیژن 18 (18O) و سولفور 34 (34S) در دو دوره خشک و مرطوب به منظور تعیین منشا آبها انجام شد. نمودارهای ترکیبی هیدروشیمی به منظور شناسایی فرآیندهای هیدروشیمی غالب استفاده شد. ژئوترمومتری مبتنی بر هیدروشیمی به منظور تعیین دمای مخزن و روابط بین ایزوتوپ­های پایدار با خط آب جوی محلی و جهانی به منظور تعیین منشاء آب چشمه­ها انجام گردید. درنهایت با جمع­بندی یافته­های زمین­شناسی، هیدروژئولوژی و هیدروژئوشیمی مدل مفهومی سازوکار چشمه­ها ارایه شد. بررسی زمین­شناسی و هیدروژئولوژی نشان داد که گسل­های عمیق موجود در تاقدیس سیاهکوه باعث ارتباط هیدرولیکی سازندهای کارستی ایلام و سروک با سازند تبخیری قدیمی و زیرین شده­اند. دمای بالای چشمه­ها به دلیل گردش عمیق آب­های نفوذی حاصل از ریزش­های جوی در امتداد شکستگی­ها و گسل­ها می­باشد. بررسی­های ژئوترمومتری سیلیس دمای مخزن چشمه­های گوگردی دهلران و دویرج را به ترتیب حدود °C70 و °C38 نشان داد. منشاء گاز سولفید هیدروژن (H2S) چشمه­ها، فعالیت باکتری­های احیاء کننده سولفات تشخیص داده شد. علیرغم وجود شورابه­ها در میدان­های نفتی و گازی در منطقه، نسبت­های Na/Cl، SO4/Cl و TDS/Br نیز نشان داد که شوری آب چشمه­های گوگردی دویرج و دهلران انحلال سازندهای تبخیری می­باشد. آنالیز ایزوتوپ پایدار گوگرد 34 نیز منشاء سولفات موجود در آب چشمه­ها را سازندهای تبخیری نشان داد. آنالیز ایزوتوپ­های پایدار دوتریم و اکسیژن 18 منشاء چشمه­های آبگرم و گوگردی دهلران و دویرج را ریزش­های جوی منطقه تعیین نمود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Source determination and formation mechanisms of sulfur and thermal springs of Siah-Kuh anticline, south-west of Iran, using hydrogeochemistry and isotope characteristics

نویسندگان [English]

  • Sadegh Alimoradi 1
  • Hamid Reza Nassery 2
  • Farshad Alijani 3
  • Haji Karimi 4
1 University student
2 Department of Minerals and Groundwater Resources, School of Earth Sciences, Shahid Beheshti University, Tehran
3 Department of Minerals and Groundwater Resources, School of Earth Sciences, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
4 Faculty of Agriculture, Ilam University
چکیده [English]

Dehloran and Doiraj Sulfur and thermal springs having different physicochemical characteristics are both discharged from the Siahkouh anticline located north of Dehloran city, southwest of Ilam province. Geological, hydrogeological, hydrogeochemical and isotopic studies were performed to determine the properties of the springs. Monitoring of discharge, temperature, pH, amount of hydrogen sulfide and dissolved oxygen in situ, and analysis of major ion chemistry in the laboratory were arranged for one year in a monthly intervals. Deuterium, oxygen 18, and sulfur 34 stable isotopes were measured in two dry and wet periods to determine the source of water. Hydrochemical composite diagrams were used to identify the dominant hydrochemical processes. Hydrochemical-based geothermometry and relationships between stable isotopes and comparing with local and global meteoric water lines were performed to determine the source of springs water. Finally, by using the findings of geology, hydrogeology and hydrogeochemistry, a conceptual model is presented for springs formation. Geological and hydrogeological studies showed that the deep faults in Siahkouh anticline have caused hydraulic connection between Ilam and Sarvak karstic formations with old and deep suited evaporite formation. The high temperature of the springs is due to the deep circulation of meteoric waters along fractures and faults. The origin of hydrogen sulfide (H2S) in the springs’ water is the activity of sulfate reducing bacteria. Despite the presence of brines in the oil and gas fields in the study area, the Na/Cl, SO4/Cl and TDS/Br ratios showed that the salinity of Doiraj and Dehloran sulfur springs is the dissolution of evaporite formations. Analysis of sulfur stable isotope (34S) also revealed the source of dissolved sulfate in spring water is evaporite formations. Analysis of Deuterium, oxygen 18 stable isotopes in the springs determined the origin of these springs is the local precipitation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dehloran
  • Hydrogeochemistry
  • Stable Isotopes
  • Sulfur and Thermal Springs
  • Sulfate Reduction
مطیعی، ه.، 1372. زمین‌شناسی ایران- چینه‌شناسی زاگرس. سازمان زمین‌شناسی کشور. 536 ص.
ناصری، ح ر.، محمدزاده، ح.، سلامی، ه.، 1392. بررسی منشاء سولفات در تعدادی از چشمه­های گوگردی زاگرس چین خورده با استفاده ایزوتوپ سولفور(34S). نخستین همایش ملی کاربرد ایزوتوپ های پایدار، دانشگاه فردوسی مشهد.
Avsar, O., Kurtulus¸ B., Gürsu, S., GencaliogluKus¸ G., Kacaroglu, F., 2016. Geochemical and isotopic characteristics of structurally controlled geothermal and mineral waters of Mugla (SW Turkey). Geothermics journal. 64: 249–265.
Chandrasekharam, D. and Bundschuh, J., 2008. Low-Enthalpy Geothermal Resources for Power Generation. CRC Press LLC, Taylor & Francis Group.
Clark, I. D., 2015. Groundwater Geochemistry and Isotopes. Taylor & Francis Group, LLC, 456 p.
Clark, I. D., and Fritz, P., 1997. Environmental isotopes in hydrogeology. Lewis Publishers, Boca Raton, FL, 328 p.
Drever, J.I., 1982. The Geochemistry of Natural Waters. Prentice-Hall, Inc
Giggenbach, W.F., 1988. Geothermal solute equilibria. Derivation of Na-K-Mg-Ca geoindicators. Geochim et Cosmochim. Acta. 52: 2749–2765.
Giggenbach, W.F., Minissale, A.A., Scandiffio, G., 1988. Isotopic and chemical assessment of geothermal potential of the Colli Albani area, Latium region, Italy. Appl. Geochem. 3: 475–486.
Norouzi, H., Asghari Moghaddam, A. 2020.  Groundwater quality assessment using random forest method based on groundwater quality indices (case study: Miandoab plain aquifer, NW of Iran). Arabian Journal of Geosciences. 13:912.
Goldscheider, N., Madl-Szonyi, J., Eross A, Schille, 2010. Review: Thermal water resources in carbonate rock aquifers. Hydrogeology Journal 18: 1303-1318.
Hounslow, A.W., 1995. Water Quality Data. Analysis and Interpretation. CRC Press, Boca Raton, Florida, USA 397pp.
Karimi, H. and Moore, F. 2008. The source and heating mechanism for the Ahram, Mirahmad and Garu thermal springs, Zagros Mountains, Iran. Geothermics journal. 37: 442-450.
Karimi, S., Mohammadi, Z., Nozar Samani, N., 2017. Geothermometry and circulation depth of groundwater in Semnan thermal springs, Northern Iran. Environ Earth Sci. 76:659 – 667.
Kempe, A.L.W., Thode, H.G., 1968. The mechanism of bacterial reduction of sulfate and sulfite from isotope fractionation studies. Geochim. Cosmochim. Acta 32: 71–91.
Kobraei, M., Rabbani, A. and Taati, F., 2017 .Source rock characteristics of the Early Cretaceous Garau and Gadvan formations in the western Zagros Basin–southwest Iran. Journal of Petroleum Exploration and Production Technology December 2017, Volume 7, Issue 4, pp 1051–1070.
Kompani-Zare, M., Moore, F., 2001. Chemical thermometry and origin of the Dalaki mineral springs, Boshehr Province, Iran. J. Hydrol. (NZ) 40: 189–204.
Langmuir, D., 1997. Aqueous Environmental Geochemistry. Prentice-Hall, 600P
Machel, H.G., 2001. Bacterial and thermochemical sulfate reduction in diagenetic settings-old and new insights. Sedimentary Geology. 140: 143-175
Mahbobipour, H., Kamali, M. R., Solgi, A., 2016. Organic geochemistry and petroleum potential of Early Cretaceous Garau Formation in central part of Lurestan zone, northwest of Zagros, Iran. Marine and Petroleum Geology
Mashhadi, Z. S., Rabbani, A. R., Kamali, M. R., Mirshahani, M., Khajehzadeh, A., 2015. Burial and thermal maturity modeling of the Middle Cretaceous–Early Miocene petroleum system, Iranian sector of the Persian Gulf. Petroleum Science. 12(3): 367–390
Mazor, E., 2003. Chemical and Isotopic Groundwater Hydrology. CRC Press. 460 pp
Mohammadi, Z., Bagheri, R., Jahanshahi, R., 2010. Hydrogeochemistry and geothermometry of Changal thermal springs, Zagros region, Iranˮ. Geothermics. 39: 242-249
Mohammadzadeh, H. and Kazemi, M. 2015. Geothermal reservoir characteristics (T and depth) of Ayub peighambar and Shafa hot springs using geothermometers and environmental 2H and 18O isotopes, International symposium on isotope hydrology, 11-15 May 2015 Vienna,Austria
Pasvanoğlu, S., Çelik, M., 2018. A conceptual model for groundwater flow and geochemical evolution of thermal fluids at the Kızılcahamam geothermal area, Galatian volcanic Province. Geothermics journal. 71: 845-856.
Rafighdoust, Y., Eckstein, Y., Moussavi Harami, R., Mahmudy Gharaie, M. H., Griffith, E., Mahboubi, A., 2015. Isotopic analysis, hydrogeochemistry and geothermometry of Tang-Bijar oilfieldfield springs, Zagros region, Iran. Geothermics journal. 55: 696-704.
Richter, B., Kreitler, C., Bledsoe, W., 1993. Geochemical Techniques for Identification Source of Groundwater Salinization. CRC Press, New York, NY, USA, 272 pp.
Richter B., Kreitler C., 1993. Geochemical Techniques for identifying sources of ground-water salinization. CRN Press Inc, Florida
Richter, B., Kreitler C., 1991. Identification of sources of ground-water salinization using geochemical techniques. The University of Texas at Austin, Bureau of Economic Geology
Rittenhouse, G., 1967. Bromine in oilfield-field waters and its use in determining possibilities of origin of these waters. Am Assoc Petr Geol Bull. 51: 2430–2440.
Tian, J., Pang, Z., Guo, Q., Wang, Y., Li, J., Huang, T., Kong, Y., 2018. Geochemistry of geothermal fluids with implications on the sources of water and heat recharge to the Rekeng high-temperature geothermal system in the Eastern Himalayan Syntax. Geothermics journal. 74: 321-332.
Wang, L., Wang, Y., Xu, C., An, Z., Wang, S., 2011. Analysis and evaluation of the source of heavy metals in water of the River Changjiang. Environmental Monitoring and Assessment. 173(1-4): 301-313.
Whittemore, D.O., 1995. Geochemical differentiation of oilfield and gas brine from other saltwater sources contaminating water resources: case studies from Kansas and Oklahoma. Environ. Geosci. 2: 15-31.
Zega, M., Rozic, B., Gabersek, M., 2015. Mineralogical, hydrogeochemical and isotopic characteristics of the Zveplenicasulphide karstic spring (Trebusa Valley, NW Slovenia). Environmental Earth Sciences.