Гидрогеохимическая характеристика меловых геотермальных вод зоны Жаркунак (Восточная Илийская впадина)

Аннотация

This study characterizes the hydrochemistry and geochemical signature of the Upper Cretaceous geothermal aquifer in the Zharkunak zone (Eastern Ili Depression, SE Kazakhstan) using certified analytical datasets from five deep wells (5539, 1-RT, 3-T, 1-TP, and 2-TP). The waters are hyperthermal (89–103 °C), alkaline (pH 8.1–9.0), and weakly mineralized (TDS 0.3–1.0 g/L), with sodium-dominated facies ranging from Na–HCO3–SO4 to Na–SO4–Cl. Hydrochemical analysis indicates that water–rock interaction and cation exchange are the primary controls on fluid evolution, with limited influence from evaporation or external salinity sources. Elevated fluoride (up to ~10 mg/L) and dissolved silica (H2SiO3, often >50 mg/L) reflect prolonged high-temperature interaction with silicate-rich lithologies under low Ca2+ conditions. Trace elements and radon activity (up to 0.32 nCi/L) further support deep, fault-controlled circulation pathways. PHREEQC modeling indicates near-equilibrium to slight supersaturation with respect to silica phases, suggesting a potential risk of silica scaling during cooling, while carbonate scaling remains limited. Although the dataset is based on discharge conditions from a limited number of wells, the results demonstrate that the Zharkunak system has strong geothermal utilization potential, with management considerations related to fluoride, radon, and silica scaling. Future work should focus on integrating isotopic analyses and reactive transport modeling to better constrain subsurface processes and long-term system behavior.

Англоязычная аннотация взята со страницы статьи на сайте издателя. Авторская аннотация воспроизводится на условиях лицензии CC BY 4.0. Аннотация дана на английском языке.

Ключевые слова

• геотермальные воды
• гидрохимия
• верхнемеловой водоносный горизонт
• фтор
• радон
• Илийская впадина
• Казахстан

Простыми словами

Зона Жаркунак находится в Восточной Илийской впадине на юго-востоке Казахстана. Геотермальная вода поступает из напорного артезианского верхнемелового песчаного горизонта на глубине примерно 2,3–2,9 км, залегающего на палеозойском фундаменте. Авторы использовали сертифицированные анализы по пяти глубоким скважинам (5539, 1-RT, 3-T, 1-TP и 2-TP) из архивных отчетов: пробы отобраны в 2016 году при установившемся режиме излива.

Вода очень горячая — 89–103 °C, щелочная (pH 8,1–9,0) и слабоминерализованная — 0,3–1,0 г/л. Преобладает натрий, типы вод — от Na–HCO3–SO4 до Na–SO4–Cl. По выводу авторов, состав вод определяют взаимодействие воды с породами и катионный обмен, а испарение и внешние источники солей влияют слабо.

Содержание фтора в сводных данных достигает примерно 10 мг/л, растворенного кремнезема — 22,5–60,3 мг/л, в скважине 5539 — более 50 мг/л. Авторы связывают и то и другое с длительным контактом горячей воды с богатыми силикатами породами при низком содержании кальция. Активность радона в скважине 5539 — до 0,32 нКи/л. Вместе с микроэлементами это, по мнению авторов, указывает на глубокую циркуляцию вод по разломам.

Моделирование в PHREEQC показывает, что вода близка к равновесию с кремнеземом или слегка пересыщена им, поэтому при остывании возможны кремнеземные отложения; карбонатных отложений будет немного. Авторы заключают, что система Жаркунак имеет большой потенциал для геотермального использования при условии контроля фтора, радона и кремнеземных отложений. Следующим шагом они предлагают изотопные исследования и реактивно-транспортное моделирование.

Как цитировать

Balnur Kismelyeva, Aisulu Kalitova, Dulat Kalitov, Vyachaslav Zavaley, Yergali Auyelkhan, Rinat Akpanbayev, Raushan Koizhaiganova, Murat Kalitov and Zaure Atabekova (2026). Hydrogeochemical Signature of Cretaceous Geothermal Waters of the Zharkunak Zone, Eastern Ili Depression. Water, vol. 18, no. 7, 870. https://doi.org/10.3390/w18070870