Hydrogeochemistry and Geothermometry of Thermal Groundwater from the Gulf of Suez Region, Egypt هيدروجيوكيمياء و قياس درجة حرارة الخزان للمياه الجوفية الحارة بمنطقة خليج السويس، مصر

The combined chemical composition, O and H isotopes, and the basic geologic setting of the geothermal system of the Gulf of Suez, Egypt have been investigated to evaluate the origin of the dissolved constituents and subsurface reservoir temperatures. Hydrochemical characterization of thermal waters discharged from springs and flowing artesian wells in the Gulf of Suez region show that there are two groups. One is Hammam Faroun thermal waters with salinity values exceeding 10,000 mg/l, discharge temperatures reach to 70?C, and Na-Cl hydrochemical facies. The other group is thermal waters discharged at Hammam Mousa, Ain Sukhna, and shallow flowing artesian wells at Ayoun Mousa and Ras Sudr. They are characterized by salinity values less than 10,000 mg/l, discharge temperatures ranging from 32.5 to 72?C and Na-Mg-Ca-Cl (Hammam Mousa), Na-Cl-SO4 (Ain Sukhna), and Na-Ca-Cl (Ayoun Mousa-2 well and Ras Sudr-2 well) water types. Different graphical presentations using major and minor ions indicated that little mixing with sea water is probably a source of dissolved constituents. Water/rock interaction is also a major source for the dissolved constituents as revealed from Ca and HCO3 enrichment of the thermal waters that is attributed to dissolution of carbonate minerals. Thermal waters from Hammam Faroun and Ras Sudr-2 well have the highest discharge temperatures and SiO2 concentrations that indicate that ascending hot water at the Hammam Faroun area is slightly mixed with cold water. The thermal waters from the study area are depleted in 18O and 2H and fall on the Global Meteoric Water Line (GMWL) and below the local eastern Mediterranean Meteoric Water Line (MMWL) with d-excess values ranging between 3.42 and 10.6‰, which is similar to the groundwater of the Nubian aquifer in central Sinai and the Western Desert of Egypt and suggesting a common origin. This indicates that these waters are paleo-meteoric water which recharged and flushed residual saline water in the Nubian aquifer under different climatic conditions than the modern ones. All thermal waters of the study area are undersaturated with respect to sulfate minerals (gypsum and anhydrite) and oversaturated or nearly in equilibrium with respect to aragonite, calcite and dolomite indicating that these minerals occur in the reservoir. All the thermal waters are oversaturated and nearly in equilibrium with quartz and chalcedony indicating equilibration with a sandstone aquifer free of gypsum and anhydrite with minor carbonate minerals. The subsurface reservoir temperatures were calculated using different solute geothermometers and gave temperatures ranging between 13.0 and 190.5?C. Na/K and Na-K-Ca geothermometers gave the maximum reservoir temperatures (135-190.5?C), whereas Na-K-Ca-Mg and Mg/Li geothermometers gave the lowest temperatures (13.0-45.9?C). Quartz geothermometer gave the most reasonable subsurface temperatures (61.5-104.5?C). The Hammam Faroun and Ras Sudr areas have the highest subsurface reservoir temperatures, which is consistent with the estimated high geothermal gradient of about 48?C/km. تمت دراسة التركيب الكيميائى ونظائر الأكسجين، والهيدروجين، والوضع الجيولوجى للنظام الأرضي الحار بمنطقة خليج السويس، مصر، لتقييم نشأة المكونات الذائبة ودرجات حرارة الخزان الجوفي. وتوضح الخصائص الكيميائية للمياه الحارة التي تخرج من الينابيع والآبار الارتوازية المتدفقة بمنطقة خليج السويس أنه توجد مجموعتان: تشمل الأولى المياه الحارة بحمام فرعون، ولها ملوحة تتعدى 10000 مجم/لتر، ودرجة حرارة تصريف تصل إلى 70?م، وسحنة هيدروكيميائية Na-Cl، وتشمل المجموعة الأخرى المياه الحارة التي تخرج عند حمام موسى، والعين السخنة والآبار الارتوازية الضحلة المتدفقة في منطقتي عيون موسى ورأس سدر. حيث تتميز بقيم ملوحة أقل من 10000 مجم/لتر ودرجة حرارة تصريف تتراوح من 32.5 إلى 72?م، ونوعيات مياه Na-Mg-Ca-Cl (حمام موسى) و Na-Cl-SO4 (العين السخنة) وNa-Ca-Cl (بئر-2 عيون موسى و بئر-2 رأس سدر). ويوضح التمثيل البياني باستخدام الأيونات الرئيسية والفرعية وجود اختلاط بسيط مع مياه البحر، ليكون من المحتمل أنه مصدر المكونات الذائبة. بينما تكون عمليات التفاعل بين المياه والصخور هي المصدر الرئيسي للمكونات الذائبة، حيث تم استنتاج ذلك من غنى المياه الحارة بالكالسيوم والبيكربونات، نتيجة إذابة معادن الكربونات. وتتميز المياه الحارة عند حمام فرعون وبئر-2 برأس سدر، بأعلى درجات حرارة تصريف وتركيزات SiO2 التي تدل على أن المياه الحارة الصاعدة في منطقة حمام فرعون تختلط بدرجة بسيطة بمياه باردة. ووجد أن المياه الحارة بمنطقة الدراسة فقيرة في محتوى 18O, 2H وتقع على خط المياه الجوفية العالمي، وتحت خط المياه الجوفية المحلية فى شرق البحر المتوسط حيث تتراوح قيمة d-excess بين 3.42 و10.6? الذي يشبه المياه الجوفية بخزان الحجر الرملي النوبي بوسط سيناء والصحراء الغربية، مما يدل على نشأة مشتركة. وهذا يدل على أن هذه المياه هي مياه جوفية قديمة قامت بتغذية وطرد المياه المالحة المتبقية في الخزان النوبي تحت ظروف مناخية مختلفة عن الظروف الحالية. ووجد أن كل المياه الحارة بمنطقة الدراسة غير مشبعة بالنسبة لمعادن الكبريتات (الجبس والأنهيدريت) ومشبعة أو تقريبًا في حالة اتزان بالنسبة للأراجونيت، والكالسيت، والدولوميت، مما يدل على وجود هذه المعادن بالخزان. ووجد أيضًا أن كل المياه الحارة مشبعة أو تقريبًا في حالة اتزان بالنسبة للكوارتز والكالسيدوني، ويدل على حالة الاتزان بين المياه وخزان من الحجر الرملي الخالي من الجبس والأنهيدريت مع قليل من معادن الكربونات. وتتراوح درجات حرارة الخزان الجوفي المحسوبة بالمقاييس المختلفة بين 13.0 و 190.5?م. وقد أعطت مقاييس Na/K وNa-K-Ca أقصى درجات حرارة للخزان الجوفي (190.5-135?م) بينما أعطت مقاييس Na-K-Ca-Mg و Mg/Li أقل درجات حرارة (45.9-13.0?م). وقد أعطى مقياس الكوارتز أفضل درجات حرارة مقبولة للخزان الجوفي (104.5-61.5?م). وتتميز منطقتي حمام فرعون ورأس سدر بأعلى درجات حرارة للخزان الجوفي وهذا متوافق مع تدرج الحرارة الارضي العالي الذي يصل إلى 48?م