Chemical and isotopic composition of nitrogen thermal waters of the Kuldur Deposit (JAR, Russia)
https://doi.org/10.33623/0579-9406-2020-5-77-91
Abstract
The article presents the results of the hydrogeochemical study of thermal groundwaters from the Kuldur spa (Jewish Autonomous Region, Russia). The main characteristics of these groundwaters are high temperature (73 ᵒС), low TDS (up to 0,38 g/l), and alkaline (pH 9). The dominated cation is sodium, and the anion is hydrocarbonate. Water is enriched with fluorine, silicon, aluminum, tungsten, molybdenum, and some other anionic elements. This study provides detailed data on the chemical and mineral composition of host rocks and sources of solutes. Isotopic data from bubbling gases show that the main component of the gas phase (N2) comes from an atmogenic source, while CH4 and CO2 are biogenic. Argon and oxygen are also derived from air, while helium is predominantly radiogenic. The ϬD and Ϭ18О in the aqueous phase indicate the undoubtedly meteoric genesis of groundwater with an extended circulation period. Our results suggest that the studied groundwaters are results of the penetration of meteoric waters to 4 km depth and heating up to 100 ᵒC. The solutes come to aquifer via the dissolution of rocks, but since groundwater circulates within the poorly soluble rock (granitoids), respectively, the water TDS remains low.
About the Authors
N. A. Kharitonova
Lomonosov Moscow State University;
Far East Geological Institute FEB RAS
Russian Federation
Russian Federation
Faculty of Geology, GSP-1,119991, Moscow, Leninskiye Gory, 1;
Vladivostok, 690022, Prospect 100-letya, 159
L. A. Lyamina
Geological institute RAS
Russian Federation
Moscow, 119017, Pyzhevsky lane, 7
Russian Federation
Moscow, 119017, Pyzhevsky lane, 7
G. A. Chelnokov
ГИН РАН
Russian Federation
Russian Federation
I. V. Bragin
ДВГИ ДВО РАН
Russian Federation
Russian Federation
A. A. Karabtsov
ДВГИ ДВО РАН
Russian Federation
Russian Federation
I. A. Tarasenko
ДВГИ ДВО РАН
Russian Federation
Russian Federation
H. Nakamura
Geological Survey of Japan, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology; Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
Japan
Tokyo, 135-0064, Koto-ku, Aomi, 2-3-26
Japan
Tokyo, 135-0064, Koto-ku, Aomi, 2-3-26
H. Iwamori
Earthquake Research Institute, the University of Tokyo
Japan
Tokyo, 113-0033, Bunkyo-ku, Hongo, 7-3-1
Japan
Tokyo, 113-0033, Bunkyo-ku, Hongo, 7-3-1
References
1. Барабанов Л.Н., Дислер В.Н. Азотные термы СССР / Отв. ред. В.В. Иванов. М.: Геоминвод ЦНИИ КиФ, 1968. 120 с.
2. Барышников Г.Я., Елисеев В.А. Термальные лечебные воды кремнистого состава Алтае-Саянской горной страны // Изв. Алтайского гос. ун-та. 2009. № 3 (63). С. 41–47.
3. Бучко И.В., Сорокин А.А., Кудряшов Н.М. Позднепалеозойские габброиды Малохинганского террейна (восточная часть Центрально-Азиатского складчатого пояса): возраст, геохимия, тектоническая позиция // Тихоокеанская геология. 2013. № 3. С. 44–54.
4. Демонова А.Ю., Харитонова Н.А., Брагин И.В. и др. Микрокомпонентный состав низкоминерализованных терм Гиссарского хребта (Памиро-Алайская горная система)// Изв. Томск. политехн. ун-та. Инжиниринг георесурсов. 2019. Т. 330, № 9. С. 7–20.
5. Демонова А.Ю., Харитонова Н.А., Корзун А.В. и др. Химический состав азотных термальных вод бальнеоклиматического курорта Ходжа-Оби-Гарм (Таджикистан) // Вестн Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2017. № 5. С. 77–84.
6. Замана Л.В. Изотопный состав водорода и кислорода азотных гидротерм Байкальской рифтовой зоны с позиций взаимодействия в системе вода–порода // Докл. РАН. 2012. Т. 442, № 1. С. 102–106.
7. Киреева Т.А., Салихов Ф.С., Бычков А.Ю., Харитонова Н.А. Химический состав и условия формирования некоторых термальных источников Таджикистана // Геохимия. 2020. Т. 65, № 3. С. 1–12.
8. Компаниченко В.Н., Потурай В.А. Гидрогеохимическая зональность и эволюция состава Кульдурских терм (Дальний Восток) // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2015. № 6. С. 521–534.
9. Кулаков В.В. Геолого-структурные и геотермальные условия формирования термальных подземных вод Приамурья // Тихоокеанская геология. 2014. Т. 33, № 5. С. 66–79.
10. Кулаков В.В., Сидоренко С.В. Минеральные воды и лечебные грязи Приамурья. Хабаровск: Дальневосточный гос. мед. ун-т, 2017. 474 с.
11. Лаврушин В.Ю. Подземные флюиды Большого Кавказа и его обрамления. М.: ГЕОС, 2012. 384 с.
12. Пиннекер Е.В. Закономерности распространения и формирования подземных вод // Проблемы региональной гидрогеологии. М.: Наука, 1977. 195 с.
13. Плюснин А.М., Замана Л.В., Шварцев С.Л. и др. Гидрогеохимические особенности состава азотных терм байкальской рифтовой зоны // Геология и геофизика. 2013. Т. 54, № 5.С. 647—664.
14. Поляк Б.Г., Толстихин И.Н., Якуцени В.П. Изотопный состав гелия и тепловой поток — геохимический и геофизический аспекты тектогенеза // Геотектоника. 1979. № 5. C. 3–23.
15. Потурай В.А. Органическое вещество в подземных и поверхностных водах района Кульдурского месторождения термальных вод, Дальний Восток России // Вестн. КРАУН. Науки о Земле. 2013. Вып. 21, № 1. С. 169–182.
16. Рычкова К.М. Тепловой поток Тувы по изотопногелиевым и геотермическим данным: Автореф. канд. дисс. Новосибирск, 2009. 25 с.
17. Славянов Н.Н. Термы и газы Тянь-Шаня. М.: Издво АН СССР, 1938. Сорокин А.А., Котов А.Б., Сальникова Е.Б. и др. Гранитоиды тырмо-буреинского комплекса северной части Буреинско-Цзямусинского супертеррейна Центрально-Азиатского складчатого пояса: возраст и геодинамическая позиция // Геология и геофизика. 2010. № 5. С. 717–728.
18. Челноков Г.А., Брагин И.В., Харитонова Н.А. и др. Геохимия и условия формирования Ульского термального источника (Охотоморское побережье, Хабаровский край) // Тихоокеанская геология. 2019. Т. 38, № 2. С. 73–85.
19. Чудаев О.В., Харитонова Н.А., Челноков Г.А. и др. Геохимические особенности поведения редкоземельных элементов в водах Дальнего Востока России в условиях природных и антропогенных аномалий. Владивосток: Дальнаука, 2017. 152 с.
20. Шварцев С.Л., Замана Л.В., Плюснин А.М., Токаренко О.Г. Равновесие азотных терм байкальской рифтовой зоны с минералами водовмещающих пород как основа для выявления механизмов их формирования // Геохимия. 2015. № 8. С. 720–733.
21. Шестакова А.В., Гусева Н.В. Применение геотермометров для оценки глубинных температур циркуляции термальных вод на примере Восточной Тувы // Изв. Томск. политехн. ун-та. Инжиниринг георесурсов. 2018. № 1. С. 25–36.
22. Belhai M., Fujimitsu Y., Bouchareb-Haouchine F. et al. A hydrochemical study of the Hammam Righa geothermal waters in north-central Algeria // Acta Geochimica. 2016. Vol. 35. P. 271–287.
23. Bragin I.V., Chelnokov G.A., Chudaev O.V. et al. Geochemistry of thermal Waters of continental margin of far East of Russia // Acta Geologica Sinica (English edition). 2016. Vol. 90, N 1. P. 276–284. DOI: 10.1111/1755-6724.12657.
24. Bragin I.V., Kharitonova N.A., Chelnokov G.A. et al. REY geochemistry in groundwater from Paratunka geothermal area (Kamchatka peninsula, Far East of Russia) // Environ. Earth Sci. 2018. Vol. 77. P.376–389. DOI: 10.1007/s12665-018-7571-7.
25. Bragin I.V., Chelnokov G.A., Kharitonova N.A. Geochemistry of thermal springs at Baransky volcano, Southern Kuriles (Russia) // Environ. Earth Sci. Vol. 78. P. 79–89.
26. Chelnokov G., Bragin I., Kharitonova N. Hydrochemistry of thermal waters in crystalline rocks of the Sikhote-Alin ridge, far East of Russia // E3S Web of Conferences. 2019. Vol. 98. DOI: org/10.1051/e3sconf/20199807006
27. Haskin M.A., Haskin L.A. Rare earths in European shales: a redetermination // Science. 1966. Vol. 154. P. 507–509.
28. Fournier R.O., Potter II R.W. A Revised and expanded silica (quartz) // Geothermometer. Geothermal Resources Council Bull. 1982. Vol. 11, P. 3–12.
29. Pearce J.A., Harris N.B. W., Tindle A.G. Trace element discrimination diagrams for the tectonic interpretation of granitic rocks // J. Petrol. 1984. Vol. 25. P. 956–983.
30. Sano Y., Wakita H. Geographical distribution of 3He/4He ratios in Japan: implications for arc tectonics and incipient magmatism // J. Geophys. Res. Solid Earth. 1985. Vol. 90 (B10). P. 8729–8742.
31. Sun S.-S., McDonough W.F. Chemical and isotopic systematic of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes // Geol. Soc. 1989. Vol. 42. P. 313–345.
Review
For citations:
Kharitonova N.A., Lyamina L.A., Chelnokov G.A., Bragin I.V., Karabtsov A.A., Tarasenko I.A., Nakamura H., Iwamori H. Chemical and isotopic composition of nitrogen thermal waters of the Kuldur Deposit (JAR, Russia). Moscow University Bulletin. Series 4. Geology. 2020;(5):77-91. (In Russ.) https://doi.org/10.33623/0579-9406-2020-5-77-91
Views:
399
Email this article 
