Estimation of real subsurface temperature for mineral water circulated within Essentuki spa, Caucasian Mineral Waters region

The paper presents the results of the estimation of the depth temperatures of the warming of mineral waters of the Essentuki field, extracted from four productive (Danish-Zeland, Cenomanian-Maastrichtian, Aptian-Lower Albian and Titon-Valanginian) aquifers by the method of ionic geothermometers. It was revealed that the most adequate depth temperature values with a range of 64–97 °C are obtained with the “silica” geothermometer, while the Na–K geothermometer shows overestimated and the Mg–Li and chalcedony underestimated temperatures. Estimation of the depth of water penetration gives values of 1.2÷1.8 km for waters of the Danish-Zeland, Cenomanian-Maastrichtian and Aptian-Lower Albian aquifers, and more than 2 km for waters of the Titon-Valanginian aquifer.

1. Абих Г.В. К геологии Ессентуков / Г.В. Абих // Медицинский сборник, издаваемый императорским Кавказским медицинским обществом. Тифлис, 1874. № 19. С. 1–40.

2. Абрамов В.Ю. Формирование химического состава подземных вод в экстремальных термодинамических условиях: Автореф. докт. дисс. М., 2015. 192 с.

3. Байдарико Е.А., Поздняков С.П., Сартыков А.С. и др. Результаты работ по переоценке запасов Ессентукского месторождения // Геология и недропользование. Вып. 4. М.: Евразийский союз экспертов по недропользованию, 2021. С. 130–150.

4. Барановская Е.И., Харитонова Н.А., Филимонова Е.А. и др. Новые данные по химическому и изотопному (Н, О, С, S, N) составу минеральных вод Ессентукского месторождения // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2022. № 5. С. 120–136.

5. Бондарева Г.Л. Оценка температурных условий формирования минеральных вод Пятигорского месторождения. 2011.

6. ГОСТ Р 54316-2020 Воды минеральные природные питьевые. Общие технические условия. Москва: Стандартинформ, 2020. 44 с.

7. Греков И.И., Литовко Г.В., Письменская Г.А. и др. Геолого-геофизическая модель Кавминводского интрузивно-купольного поднятия (Северный Кавказ). Региональная геология и металлогения, № 25, 2005. С. 167–177.

8. Зиппа Е.В., Гусева Н.В., Сунь Ч., Чень Г. Оценка температур циркуляции термальных вод провинции Цзянси с применением различных геотермометров. Успехи современного естествознания. 2019. № 10. С. 52–57.

9. Иванов В.В. Кавказские минеральные воды. М.: 1-я типография Профиздата, 1972. 157 с.

10. Киссин И.Г. Восточно-Предкавказский артезианский бассейн. М.: Наука, 1964. 240 с.

11. Лаврушин В.Ю. Подземные флюиды Большого Кавказа и его обрамления / Отв. ред. Б.Г. Поляк. М.: ГЕОС, 2012. 348 с. (Тр. ГИН РАН; вып. 599).

12. Лаврушин В.Ю., Лисенков А.Б., Айдаркожина А.С. Генезис Ессентукского месторождения углекислых вод (Северный Кавказ) // Геохимия. 2020. Т. 65, № 1. С. 77–91. ТПУ. Т. 329. № 1. 2018. C. 25–36.

13. Лепокурова О.Е., Трифонов Н.С. Оценка применимости геохимических геотермометров для пластовых вод Томской области // Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ]. Инжиниринг георесурсов. 2022. Т. 333, № 12. С. 208–218.

14. Овчинников А.М. Минеральные воды. 2-е изд. М.: Госгеолтехиздат, 1963. 375 с.

15. Погорельский Н.С. Ессентукские минеральные воды 1810–1940 гг. / Н.С. Погорельский, С.А. Шагоянц. Ессентуки: СКГУ, 1941. 440 с.

16. Потапов Е.Г., Данилов С.Р. История изучения углекислых минеральных вод Ессентукского месторождения // Курортная медицина. 2012. № 3. С. 9–12.

17. Потапов Е.Г., Данилов С.Р., Гаджиханова С.У. Результаты экспериментальных исследований процессов формирования минеральных вод Ессентукского месторождения // Разведка и охрана недр. 2013. № 2. С. 41–45.

18. Челноков Г.А., Брагин И.В., Харитонова Н.А. и др. Геохимия и условия формирования Ульского термального источника (Охотское побережье, Хабаровский край). Тихоокеанская геология. 2019. Т. 38. № 2. С. 73–85.

19. Шестакова А.В., Гусева Н.В. Применение геотермометров для оценки глубинных температур циркуляции термальных вод // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2018. Т. 329, № 1. 25–36.

20. Arnorsson S. Isotopic and chemical techniques in geothermal exploration, development and use: sampling methods, data handling, interpretation. International Atomic Energy Agency, Vienna, 2000. 351 p.

21. Bödvarsson G., Pálmason G. Exploration of subsurface temperatures in Iceland // Jökull. 1961. Vol. 11. P. 39–48.

22. Bragin I.V., Zippa E.V., Chelnokov G.A., Kharitonova N.A. Estimation of the deep geothermal reservoir temperature of the Estimation of the Deep Geothermal Reservoir Temperature of the Thermal Waters of the Active Continental Margin (Okhotsk Sea Coast, Far East of Asia). Water (Switzerland). 2021. Т. 13, № 9.

23. Brook C.A., Mariner R.H., Mabey D.R. et al. 1979. Hydrothermal convection systems with reservoir temperatures ≥90C. In: Muffler, L.I.P. (ed.): Assessment of Geothermal Resources of the United States-1978. U.S. Geological Survey Circular 790. P. 18–85.

24. Ellis A.I., Mahon W.A.I. Chemistry and Geothermal Systems. New York, Academic Press, 1977. 392 p.

25. Filimonova E., Kharitonova N., Baranovskaya E. et al. Geochemistry and therapeutic properties of Caucasian mineral waters: a review // Environ. Geochem. and Health. Springer Nature (Switzerland), 2022.

26. Filimonova E., Lavrushin V., Kharitonova N. et al. Hydrogeology and hydrogeochemistry of mineral sparkling groundwater within Essentuki area (Caucasian mineral water region) // Environ. Earth Sci. 2020. Vol. 79. P. 15.

27. Fournier R.O. A revised equation for the Na/K geothermometer // Geothermal Resources Council. 1979. Vol. 3. P. 221–224.

28. Fournier R.O. Chemical geothermometers and mixing models for geothermal systems // Geothermics. 1977. Vol. 5. P. 41–50.

29. Fournier R.O., Truesdell A.H. An empirical Na–K-Ca geothepmometer for natural waters // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1973. Vol. 37. P. 1255–1275.

30. Fuchs S., Norden B. International Heat Flow Commission. The Global Heat Flow Database: Release 2021. GFZ Data Services. 2021.

31. Gendenjamts O-E. Interpretation of chemical composition of geothermal fluids from Arskógsströnd, Dalvík, and Hrísey, N-Iceland and in the Khangai area, Mongolia // Geothermal training programme. Orkustofnun. Grensasvegur 9. IS–108: Reykjavik, Iceland, 2003. Report N 10. P. 219–252.

32. Giggenbach W.F. Geothermal solute equilibria. Derivation of Na–K–Mg–Ca geoindicators // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1988. Vol. 52. P. 2749–2765.

33. Kharaka Y.K., Mariner R.H. Chemical Geothermometers and Their Application to Formation Waters from Sedimentary Basins. In: Naeser, N.D., McCulloh, T.H. (eds) Thermal History of Sedimentary Basins. Springer, New York, 1989. P. 99–117.

34. Powell T., Cumming W. Spreadsheets for geothermal water and gas geochemistry // Thirty-Fifth Workshop on Geothermal Reservoir Engineering Stanford University. 2010.

35. Spycher N., Peiffer L., Sonnenthal E.L. et al. Integrated multicomponent solute geothermometry // Geothermics. 2014. Vol. 51. P. 113–123.

36. Ystroem L.H., Nitschke F., Held S. et al. A multicomponent geothermometer for high-temperature basalt settings // Geotherm Energy. 2020. Vol. 8. P. 2.