جغرافیا و برنامه ریزی منطقه‌ای

جغرافیا و برنامه ریزی منطقه‌ای

هیدروژئوشیمی و ژئوترمومتری چشمه‌های آب‌گرم و سرد منطقه آتشفشانی سهند (شمال‌غرب ایران)

نوع مقاله : مقاله علمی -پژوهشی کاربردی

نویسندگان
فریبا آقازاده 1
موسی باقری 2
مرتضی درخشی 2
نصرت آقازاده 3
1 دانشجویی دکتری ،گروه زمین شناسی ،واحد ارومیه ،دانشگاه آزاد اسلامی ،ارومیه ،ایران
2 استادیار گروه زمین شناسی، واحد ارومیه، دانشگاه آزاد اسلامی، ارومیه، ایران
3 استادیار گروه عمران، واحد ارومیه، دانشگاه آزاد اسلامی، ارومیه، ایران
10.22034/jgeoq.2026.594886.4516
چکیده
منطقه آتشفشانی سهند در شمال‌غرب ایران و در محدوده کمربند ماگمایی ارومیه-دختر، میزبان چشمه‌های آب‌گرم و سرد متعددی است که بررسی هیدروژئوشیمیایی آن‌ها می‌تواند شناخت بهتری از رفتار سامانه‌های زمین‌گرمایی در محیط‌های آتشفشانی فراهم کند. هدف این پژوهش، تعیین ویژگی‌های هیدروژئوشیمیایی این چشمه‌ها و برآورد دمای مخزن زیرسطحی برای ارزیابی پتانسیل زمین‌گرمایی منطقه است. در تابستان سال ۱۴۰۲، از چهار دهنه چشمه آب‌گرم (با دامنه دمایی ۳۱ تا ۵۴ درجه سلسیوس) و ۳۴ دهنه چشمه آب سرد (با دامنه دمایی ۲۰ تا ۲۴ درجه سلسیوس) در محدوده مطالعاتی نمونه‌برداری انجام شد. پارامترهای دما، pH و هدایت الکتریکی (EC) در محل نمونه‌برداری اندازه‌گیری شدند و غلظت یون‌های اصلی شامل Cl، SO₄²، HCO₃، K، Na، Mg، Ca و Si با استفاده از روش‌های آزمایشگاهی تعیین گردید. رخساره‌های هیدروشیمیایی با دیاگرام‌های پایپر و دوروف و دمای مخزن با زمین‌دماسنج‌های سیلیسی و کاتیونی، همراه با مدل‌سازی ژئوشیمیایی در نرم‌افزارهای PHREEQC و AquaChem برآورد شد. نتایج نشان داد که آب‌ها از نظر مینرالیزاسیون ضعیف بوده (میانگین TDS حدود ۲۲۰ میلی‌گرم بر لیتر) و رخساره غالب آن‌ها از نوع Ca-HCO3-SO4 است که ناشی از برهم‌کنش شدید آب و سنگ است. شباهت هیدروشیمیایی چشمه‌های گرم و سرد، منشأ مشترکی را برای آن‌ها نشان می‌دهد، هرچند عمق گردش و میزان اختلاط متفاوت است. زمین‌دماسنج کوارتز دمای مخزن را بین ۸/۸۸ تا ۲/۱۲۳ درجه سلسیوس برآورد کرد که بیانگر سامانه‌ای با دمای متوسط تا نسبتاً بالاست، درحالی‌که زمین‌دماسنج‌های کاتیونی به‌دلیل عدم تعادل شیمیایی و اختلاط، نتایجی غیرقابل‌اعتماد دادند؛
کلیدواژه‌ها
چشمه‌های آب‌گرم
ژئوترمومتری
سامانه زمین‌گرمایی آتشفشانی
شمال‌غرب ایران
منطقه آتشفشانی سهند

عنوان مقاله English

Hydrogeochemistry and geothermometry of hot and cold springs in the Sahand Volcanic Region (Northwest of Iran)

نویسندگان English

Fariba Aghazadeh 1
Mousa Bagheri 2
Morteza Derakhshi 2
Nosrat Aghazadeh 3
1 PhD Student, Department of Geology, Ur.C., Islamic Azad University, Urmia, Iran
2 Assistant Professor, Department of Geology, Urmia Branch, Islamic Azad University, Urmia, Iran
3 Assistan Professor, Department of Civil Engineering, Ur.C., Islamic Azad University, Urmia, Iran
چکیده English

The Sahand Volcanic Region in northwest Iran, within the Urumieh-Dokhtar Magmatic Arc, hosts numerous hot and cold springs that are useful for understanding hydrogeochemical processes and geothermal-system behaviour in volcanic environments. This study characterizes the hydrogeochemistry of the springs and estimates subsurface reservoir temperatures to evaluate the area's geothermal potential. In summer 2023, water samples were collected from four hot springs (31-54 C) and thirty-four cold springs (20-24 C); temperature, pH and electrical conductivity were measured in situ, and major ions (Ca, Mg, Na, K, HCO3, SO4, Cl) and SiO2 were analyzed. Hydrochemical facies were classified using Piper, Durov and Cl-SO4-HCO3 diagrams, and reservoir temperatures were derived from silica and cation geothermometers with the aid of PHREEQC and AquaChem modelling. The waters show low mineralization (average TDS about 220 mg/L) and are dominated by a Ca-HCO3-SO4 facies, reflecting intensive water-rock interaction. Hot and cold springs share broadly similar hydrochemistry, pointing to a common source with differing circulation depth and mixing. Quartz geothermometry yields reservoir temperatures of 88.7-123.2 C, indicating a moderate- to high-temperature system, whereas cation geothermometers give unreliable results owing to chemical disequilibrium, consistent with the immature classification of the waters on the Na-K-Mg diagram. Saturation-index calculations show oversaturation with respect to silica and undersaturation with respect to carbonate and sulfate minerals. Overall

کلیدواژه‌ها English

Geothermometry
Hot springs
Volcanic geothermal systems
Sahand Volcanic Region
Northwest Iran
Abbaszadeh, M., & Ghafory-Ashtiany, M. (2017). Geological features and volcanic activity of the Sahand region, northwestern Iran. Journal of Volcanology, 45(3), 121-135.
Aghahosseini, R., Jalilinasrabady, S., & Ghasemi, M. (2023). Machine learning-assisted geothermometry: Improving temperature estimation in heterogeneous geothermal reservoirs. Geothermics, 108, 102603.
Akıncı, Ö., Yılmaz, M., & Arslan, A. (2015). Geochemical characteristics and geothermal potential of the Denizli geothermal field, Turkey. Geothermics, 56, 42-50.
Alavi, M., & Takin, M. (2020). Tectonic evolution of the Urumieh-Dokhtar Magmatic Arc. Geological Journal, 55(4), 983-1004.
Appelo, C. A. J., & Postma, D. (2005). Geochemistry, groundwater and pollution (2nd ed.). CRC Press.
Çolak, S., Yılmaz, M., & Aydın, H. (2013). Hydrogeochemistry and geothermometry of thermal waters in the Kızıldere geothermal field, Turkey. Geothermics, 46, 36-47.
Durov, S. A. (1948). Natural waters and graphic representation of their composition. Doklady Akademii Nauk SSSR, 59, 87-90.
Ebrahimi, M., Noorollahi, Y., & Yousefi, H. (2023). Geothermal energy potential of the Sahand volcanic zone: A feasibility study for sustainable development in northwest Iran. Renewable Energy, 202, 343-356.
Fedele, S., Saccorotti, G., & Romano, G. (2023). Geothermal potential of the Sahand Volcanic Region: An overview. Geothermics, 94, 101984.
Fournier, R. O. (1981). Application of geothermometry to geologic studies. Geothermal Resources Council Transactions, 5, 15-22.
Fournier, R. O. (1999). Geochemistry of thermal waters. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 27, 213-245.
Gautam, P., Shrestha, S., & Sharma, P. (2019). Hydrogeochemical processes and influence of dissolved ions in geothermal systems of Nepal. Environmental Geochemistry and Health, 41(4), 1901-1918.
Ghasemi, H., & Talbot, C. J. (2006). Structural controls on volcanism in the Urumieh-Dokhtar Volcanic Arc, Iran. Tectonophysics, 413(1-4), 149-160.
Giggenbach, W. F. (1981). Geothermal mineral equilibria. Geochimica et Cosmochimica Acta, 45(3), 393-410.
Giggenbach, W. F. (1988). Geothermal solute equilibria. Derivation of Na-K-Mg-Ca geoindicators. Geochimica et Cosmochimica Acta, 52(12), 2749-2765.
Gunnarsson, I., Sigurðsson, O., & Arnórsson, S. (2014). Geochemical analysis of geothermal fluids from the Hellisheiði power plant, Iceland. Geothermics, 50, 61-69.
Gündüz, O., & Kaya, M. (2018). Geothermal resources and potential in the Denizli region, Turkey: Geochemical and isotopic studies. Environmental Earth Sciences, 77, 329.
Karimi, S., Taghipour, B., & Türkmenoğlu, A. G. (2022). Comparative hydrogeochemistry of volcanic geothermal systems in Iran and Türkiye: The role of magmatic degassing and fluid-rock interaction. Applied Geochemistry, 146, 105476.
Piper, A. M. (1944). A graphic procedure in the geochemical interpretation of water-analyses. Eos, Transactions American Geophysical Union, 25(6), 914-928.
Rezaei, A., Javadi, H., Rezaeian, M., & Barani, S. (2018). Heating mechanism of the Abgarm-Avaj geothermal system observed with hydrochemistry, geothermometry, and stable isotopes of thermal spring waters, Iran. Environmental Earth Sciences, 77(18), 635.
Tüfekçi, V., Güler, C., & Yılmaz, M. (2014). Geochemical investigation of the Kızıldere geothermal field, Turkey. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 285, 26-39.
White, D. E. (1988). Geochemistry of geothermal waters in the western United States: Applications of geothermometry. Geothermics, 17(3-4), 299-305.
Yousefi, H., Noorollahi, Y., & Jalilinasrabady, S. (2023). Reliability of integrated silica-cation geothermometers in Iranian geothermal systems. Geothermics