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Contribution to the study of Greek thermal springs: hydrogeological and hydrochemical characteristics and origin of thermal waters
Authors:Nicolaos Lambrakis  George Kallergis
Institution:(1) Department of Geology, Section of Applied Geology and Geophysics, Laboratory of Hydrogeology, University of Patras, 26500 Rio-Patras, Greece
Abstract:A large number of chemical analyses of Greek thermal waters were evaluated in order to investigate spring water origin, water–rock interaction mechanisms, and estimate the thermal potential of the geothermal areas. Four water types were distinguished from geochemical diagrams. The relatively fresher waters include samples of Ca–HCO3 and Mg–HCO3 type waters originating from the schistose Rhodope Massif and the Quaternary basin of Aridea, respectively. Samples of the Na–HCO3 water type are typical of springs located in the post-orogenic basins of northern Greece. These hot, deep-rising Na–HCO3 waters circulate in a CO2-rich environment that favours the solubility of alkaline ions such as Na from siliceous rocks. Most of the samples belong to the Na–Cl water type and originate from Greek islands and coastal springs. These are characterized by the mixing of deep thermal solutions with seawater and fresh water. The presence of CO2 in thermal and mineral springs is due to the metamorphism of buried marine carbonate horizons while H2S is due to both local pyrite oxidation and the reduction of sulphates. The use of geothermometers suggested that the investigated geothermal areas have low enthalpy fluids at depth, while higher temperatures are likely present in Milos, Lesvos, Nisyros islands and Xanthi Basin.
Resumen Se ha evaluado un gran número de análisis químicos de aguas termales griegas con objeto de investigar el origen del agua en los manantiales, los mecanismos de interacción agua-roca, y estimar el potencial termal de las áreas geotérmicas. Se distinguieron cuatro tipos de aguas a partir de diagramas geoquímicos. Las aguas relativamente frescas incluyen muestras de agua tipo Ca–HCO3 y Mg–HCO3 que se originan en los esquistos del Macizo Rhodope y la cuenca Cuaternaria de Aridea, respectivamente. Las muestras de agua tipo Na–HCO3 son típicas de manantiales localizados en las cuencas post-orogénicas del norte de Grecia. Estas aguas calientes y profundas, de tipo Na–HCO3, circulan en un ambiente rico en CO2 que favorece la solubilidad de iones alcalinos, tal como Na proveniente de rocas silícicas. La mayoría de las muestras pertenecen al tipo de agua Na–Cl y se originan en islas y manantiales costeros griegos. Estas aguas se caracterizan por la mezcla de soluciones termales profundas con agua de mar y agua dulce. La presencia de CO2 en manantiales termales y minerales se debe a el metamorfismo de horizontes carbonatados marinos enterrados mientras que el H2S se debe a oxidación local de pirita y reducción de sulfatos. El uso de geotermómetros sugiere que las áreas termales investigadas tienen fluidos de baja entalpía a profundidad, mientras que las temperaturas más elevadas es probable que se presenten en Milos, Lesvos, islas de Nisyros y la cuenca Xanthi.

Résumé Un grand nombre drsquoanalyses chimiques des eaux thermales grecques ont été menées de manière à investiguer lrsquoorigine des eaux des sources thermales, les mécanismes drsquointeraction avec les roches traversées, et drsquoestimer le potentiel des zones géothermiques. Quatre types drsquoeau ont été distinguées sur base des diagrammes géochimiques. Les eaux les plus fraîches correspondent respectivement aux échantillons des eaux calco et magnéso carbonatées du massif schisteux de Rhodope et du bassin quaternaire drsquoAridea. Les échantillons drsquoeaux sodi carbonatées proviennent typiquement des sources localisées dans les bassins posts-orogéniques du Nord de la Grèce. Ces chaudes et très profondes eaux sodi carbonatées circulent dans des environnements riches en CO2 qui favorisent la solubilité des ions alcalins, tel que le sodium, des roches siliceuses. La plus part des échantillons ont un facies chloruré sodique et proviennent des îles grecques ou des environnement côtier. Ces eaux sont caractérisées par des mélanges entre eaux profondes avec des eaux de mer et des eaux de surface. La présence de CO2 dans les eaux de sources thermales et minérales est due au métamorphisme des horizons de calcaires marins et couverts, tandis que la présence de H2S est due à lrsquooxydation locale de la pyrite et à la réduction des sulfates. Lrsquoutilisation de géothermomètres suggère que les zones géothermiques étudiées contiennent des eaux à faible enthalpie en profondeur, bien que des températures assez élevées soient rencontrées à Milos, Lesvos, sur les îles Nisyros et dans le bassin de Xanthi.
Keywords:Thermal springs  Chemical and isotopic composition  Geothermometry  Greece
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