بررسی مقادیر تمرکز عناصر سنگین و کمیاب در سیالات گرمابی فعال در میدان زمین گرمایی، جنوب کوه سبلان، استان اردبیل، شمال باختر ایران

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، گروه علوم زمین، دانشکده علوم طبیعی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 استاد، گروه علوم زمین، دانشکده علوم طبیعی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 3استادیار، گروه علوم زمین، دانشکده علوم طبیعی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

4 استادیار، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد کرج، کرج، ایران

10.22071/gsj.2018.68815

چکیده

میدان زمین­گرمایی در جنوب کوه سبلان قسمتی از سیستم زمین­گرمایی ناحیه کوه آتشفشانی سبلان است که در آن مظاهر فعالیت‌های آتشفشانی جوان از قبیل چشمه­های آب­گرم و بخارات سطحی دیده می‌شوند. سیالات گرمابی سطحی در این منطقه بیشینه دمای 77 درجه سانتی­گراد و بازه pH از 4/6 تا 4/7 و بیشینه TDS 7006 میلی­گرم بر لیتر را نشان می­دهند. این آب­ها به طور کلی از نظر ترکیبی به دو دسته تقسیم می‎شوند. دسته اول عمدتاً آب‌هایی با ترکیب Na-Cl و دسته دوم به طور عمده آب‎هایی با ترکیب Ca-Na-HCO3 هستند. عناصر کمیاب و سنگین در این سیالات عمدتاً شامل بور، لیتیوم، روبیدیم، سزیم، آرسنیک و جیوه بوده که بیشینه فراوانی آنها به ترتیب 33511، 14265، 10366، 4159 و 5 ppb است. با در نظر گرفتن واحدهای سنگ‎شناختی منطقه و نیز فعالیت گسترده سیالات گرمابی و وجود زون‌های دگرسانی­ گسترده، کانی­های حاوی بور به عنوان منبع اصلی این عنصر در نظر گرفته شد که توسط سیالات زمین­گرمایی آبشویی و حمل شد. غلظت این عنصر تا اندازه‌ای با تثبیت در کانی‌های رسی کنترل می‌شود.  بررسی‌های بیشتر رفتار ژئوشیمیایی عناصر کمیاب و سنگین در این میدان زمین‌گرمایی نشان داد که جذب لیتیم توسط کوارتز و جذب روبیدیم توسط کانی­های رسی در دماهای کمتر از 300 درجه سانتی­گراد صورت گرفته و یون کلراید در حمل جیوه  نقش اصلی را ایفا کرده است. گرچه مقادیر غلظت بور، جیوه، آرسنیک و لیتیم به قدر کافی بالا نیست که بتواند کانه‌زایی اقتصادی احتمالی را برای این عناصر ضمانت کند؛ ولی حضور این عناصر در این آب‌های داغ از دو جنبه محیط زیستی بسیار مهم تشخیص داده شدند؛ اولاً به خاطر اینکه از این آب‌ها مستقیماً برای استحمام در منطقه استفاده می‎شود؛ ثانیاً این آب‎ها ممکن است هنگام اختلاط با آب‌های زیرزمینی و آشامیدنی به عنوان یک منبع آلاینده خطرناک عمل کنند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation on concentration of heavy and rare elements in active hydrothermal fluids in the geothermal field, south of Mount Sabalan, Ardebil province, NW Iran

نویسندگان [English]

  • R. Masoumi 1
  • A. A. Calagari 2
  • K. Siahcheshm 3
  • S. Porkhial 4
1 Ph.D. Student, Department of Earth Sciences, Faculty of Natural Sciences, University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 Professor, Department of Earth Sciences, Faculty of Natural Sciences, University of Tabriz, Tabriz, Iran
3 Assistant Professor, Department of Earth Sciences, Faculty of Natural Sciences, University of Tabriz, Tabriz, Iran
4 Assistant Professor, Islamic Azad University, Karaj Branch, Karaj, Iran
چکیده [English]

The geothermal field at the south of Mount Sabalan is a part of the geothermal system of the Sabalan volcano region wherein manifestations of young volcanic activities including hot springs and surficial steams are observable. The surficial hydrothermal fluids in this area show maximum temperature of 77°C, pH range of 6.4-7.4, and maximum TDS values of 7006 mg/l. Generally, these waters are divided compositionally into two groups. The first are mainly Na-Cl waters while the second are chiefly Ca-Na-HCO3 waters. The rare and heavy elements in these fluids are principally boron, lithium, rubidium, cesium, arsenic, and mercury whose maximum abundances are 33511, 14265, 3418, 10366, and 5 ppb, respectively. Considering the lithologic units in the area, vast hydrothermal fluid activities, and wide-spread alteration zones, boron-bearing minerals were regarded to be as the major sources of this element, which was leached and transported by geothermal fluids. Boron concentration in these fluids is controlled in part by fixation in clay minerals. Further considerations in geochemical behavior of the rare and heavy elements in this geothermal field demonstrated that lithium and rubidium were absorbed by quartz and clay minerals, respectively at temperatures <300°C, and also Cl- ion played a main role for transportation of mercury. Although the concentration values of B, Hg, As, and Li in the geothermal fluids of the studied area are not high enough to warrant the potential economic mineralization for these elements, the presence of these elements in these hot waters was recognized to be very consequential from two environmental respects; firstly because these geothermal waters are being directly used for swimming and bathing in the area, and secondly they may act as hazardous pollutant sources when mixed with the underground and drinking waters.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Mount Sabalan
  • Geothermal waters
  • Rare and heavy elements
  • Young volcanic activities

Aggarwal, J. K., Palmer, M. R., Bullen, T. D., Arnórsson, S. and Ragnarsdóttir, K. V., 2000- The boron isotope systematics of Icelandic geothermal waters: 1 meteoric water charged systems. Geochim Cosmochim Acta 64: 579–585.

Alberti, A. A., Comin-Charamonti, P., Sinigoi, S., Nicoletti, T. M. and Petrucciani, C., 1980- Neogen and Quaternary volcanism in Eastern Azerbaijan (Iran): Some K-Ar age determination and geodynamic implications, Rendiconti della Societa Italiana di Mineralogiae Petrologia 69: 216-225.

Amini, B., 1994- Geological detailed map of Meshkin Shahr, 1:100000, Geological survey of Iran.

Arnórsson, S. and Andrésdóttir, A., 1995- Processes controlling the distribution of boron and chlorine in naturalwaters in Iceland. Geochim Cosmochim Acta 59: 4125–4146.

Ballantyne, J. M. and Moore, J. N., 1988- Arsenic geochemistry in geothermal systems. Geochimica et Cosmochemica Acta, 52: 475-483.

Barnes, H. and Seward, T. M., 1997- Geothermal systems and Mercury deposits, in: Geochemistry of hydrothermal ore deposits,John Wiley & Sons, 3rd Edition: 972p.

Calmbach, L., 1997- AquaChem computer code-version 3.7.42. Waterloo hydrogeologic, Waterloo, Ontario, Canada, N2L 3L3.

ENEL, 1983- Geothermal power development studies in Iran. General report on Sabalan geothermal areas. Ministry of Energy, Tehran, Iran: 220 pp.

Forster, H., Fesefeldt, K. and Kursten, M., 1972- Magmatic and orogenic evolution of the Central Iranian volcanic belt. Proc. 24th Int. Geol. Congr 2: 198-210.

Fournier, R. O., Thompson, J. M. and Hutchison, R. A., 1986- Fluctuations in composition of Cistern Spring, Norris Geyser Basin, Yellowstone National Park, Wyoming – variable boiling and mixing 1962-1985, in Proceeding 5th Water-Rock Interaction Symposium, Reykjavik, Iceland: 206-209.

Friedman, I., 1970- Some investigations of the deposition of travertine from hot-springs; the isotopic chemistry of a travertinedepositing spring. Geochim. Cosmochim. Acta 34: 1303 – 1315.

Ghalamghash, J., Mousavi, S. Z., Hassanzadeh, J. and Schmitt, A. K., 2016- Geology, zircon geochronology, and petrogenesis of Sabalan volcano (northwestern Iran). Journal of Volcanology and Geothermal Research: In press.

Giggenbach, W. F., 1988- Geothermal solute equilibria. Derivation of NaK-Mg-Ca geoindicators. Geochica Cosmochim Acta 52: 2749–2765.

Giggenbach, W. F., 1991- Chemical techniques in geothermal exploration. In: D’Amore F (ed) Application of geochemistry in geothermal reservoir development: UNITAR/UNDP pp 119–114.

Haeri, A., Strelbitskaya, S., Porkhial, S. and Ashayeri, A., 2011- Distribution of arsenic in geothermal waters from Sabalan geothermal field, NW Iran. Thirty-Sixth Workshop on Geothermal Reservoir Engineering Stanford University, Stanford, California, Jan 31-Feb 2.

Herdianita, N. R. and Priadi, B., 2008- Arsenic and Mercury Concentrations at Several Geothermal Systems in West Java, Indonesia. ITB J. Sci 40: 1-14.

Kaasalainen, H. and Stefánsson, A., 2012- The chemistry of trace elements in surface geothermal waters and steam, Iceland. Chemical Geology 330–331.

KML, 1998- Sabalan geothermal project, Stage 1, Surface exploration, final exploration report. Kingston Morrison Limited Co. Report 2505-RPT-GE-003 for the Renewable Energy Organization of Iran(SUNA), Tehran, Iran: 83 pp.

Mahon, W. A. J., 1967- Natural hydrothermal systems and the reaction of hot water with sedimentary rocks. New Zealand Journal of Science 10: 206-221.

Minissale, A., 2004- Origin, transport and discharge of CO2 in central Italy, Earth-Science Reviews 66: 89 – 141.

Pasvanoglu, S., 2011- Hydrogeochemical and isotopic investigation of the Bursa-Oylat thermal waters, Turkey, Environmental Earth Sciences, 64, 4: 1157–1167.

Piper, A. M., 1944- A graphic procedure in geochemical interpretation of water analyses, Am Geophys Union Trans 25: 914–923.

Reyes, A. G., Trompetter, W. J., Britten, K. and Searle, J., 2002- Mineral deposits in the Rotokawa geothermal pipelines, New Zealand. J Volcanol Geotherm Res 119: 215–239.

Strauffer, R. E. and Thompson, J. M., 1984- Arsenic and Antimony in Geothermal Waters of Yellowstone National Park, Wyoming, USA, Geochimica et Cosmochimica Acta, 48: 2247-2561.

Welch, A. H. and Stollenwerk, K. G., 2003- Arsenic in ground water, Kluwer Academic Publishers, 27p.

Yuan, J., Guo, Q. and Wang, Y., 2014- Geochemical behaviours of boron and its isotopes in aqueous environment of the Yangbajing and Yangyi geothermal fields, Tibet, China. J Geochem Explor 140: 11–22.