انجمن علوم و مهندسی منابع آب تحقیقات منابع آب ایران 1735-2347 20 1 2024 05 21 Determination of Sulfate Sources in Karst Springs in Southwest Iran Using Sulfur Isotope تعیین منشأ سولفات در چشمه های کارستی با استفاده از ایزوتوپ سولفور، جنوب غرب ایران 90 108 193069 10.22034/iwrr.2024.427890.2727 FA نرگس بیات دانشجوی دکتری هیدروژئولوژی، گروه زمین‌شناسی معدنی و آب، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران فرشاد علیجانی استادیار گروه زمین‌شناسی معدنی و آب، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران. 0000-0002-0124-1215 حمید رضا ناصری استاد گروه زمین‌شناسی معدنی و آب، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران. 0000-0001-9901-0855 Journal Article 2023 11 30 Karstic springs, which are one of the main sources of drinking water supply in Khuzestan Province, are highly vulnerable and susceptible to contamination and their hydrochemistry is influenced by natural and anthropogenic factors. The aim of this research is to investigate the hydrogeochemistry of major ions and determine the origin of sulfates in sulfuric springs, non-sulfuric springs (springs contaminated with oil), and oil field water samples in southwestern Iran using stable sulfur isotopes. For this purpose, six samples of sulfuric groundwater, seven samples of non-sulfuric groundwater, and six samples of oil field waters were collected and analyzed for major ions and stable isotopes δ³⁴S_SO4 and δ¹⁸O_SO4. Hydrochemical composition diagrams were used to infer the rock/water interaction and identify hydrogeochemical processes. Isotopic diagrams of δ³⁴S_SO4 and δ¹⁸O_SO4, as well as combined diagrams of sulfates and major ions, were used to identify the origin of sulfates. Groundwater samples exhibit three specific anionic facies: sulfate - calcium resulting from gypsum dissolution, bicarbonate - calcium from calcite dissolution, and chloride-sodium from contamination by oil field waters. Based on hydrogeochemical and isotopic composition diagrams, three interacting processes of water and rock (gypsum dissolution, carbonate dissolution, and halite dissolution) were identified in the karstic aquifers under study. Among these processes, gypsum dissolution appears to be the primary contributor to the composition of solute in karstic aquifers. The isotopic values of δ³⁴S_SO4 in groundwater range from 18.06 to 33.06, and the values of δ¹⁸O_SO4 range from 11.07 to 16.07, indicating that sulfate is derived from the interaction of water and evaporitic rocks (gypsum dissolution in the Gachsaran Formation or gypsum present in carbonate reservoirs). Considering the oxygen-18 and sulfur-34 isotopic values of sulfates, it was determined that the sulfate in the sulfuric springs of S2 and S6 samples (Garu sulfate spring and Dehloran bitumen spring) and in the oil field water from well W1 is influenced by the decomposition of petroleum substances. The geochemical dataset obtained from this study, along with previously published data, provides a comprehensive understanding of the origin of groundwater sulfates in this region. آبخوان­‌های کارستی که یکی از منابع اصلی تأمین آب شرب خوزستان هستند، بسیار آسیب‌پذیر هستند و هیدروژئوشیمی این آب­ها تحت تأثیر عوامل طبیعی و آنتروپوژنیک قرار دارد. هدف از این تحقیق بررسی هیدروژئوشیمی یون­های اصلی و تعیین منشأ سولفات در چشمه‌های گوگردی، چشمه­‌های غیرگوگردی (چشمه‌­های آلوده‌شده با نفت) و شورابه­‌های نفتی در جنوب غرب ایران با استفاده از ایزوتوپ پایدار سولفور می‌­باشد. بدین منظور پس از بررسی و مطالعات صحرایی شش نمونه آب زیرزمینی گوگردی، هفت نمونه آب زیرزمینی غیرگوگردی و شش نمونه شورابه نفتی جمع‌‎آوری و مورد سنجش یون­های اصلی و ایزوتوپ­های پایدار δ³⁴S_SO4 و δ¹⁸O_SO4 قرار گرفت. نمودار­های ترکیبی هیدروشیمی به منظور استنباط برهمکنش سنگ/ آب و شناسایی فرآیندهای هیدروژئوشیمی استفاده شد. نمودار­های ایزوتوپی  δ³⁴S_SO4و δ¹⁸O_SO4 و نمودار­های ترکیبی سولفات و یون­های اصلی به منظور شناسایی منشأ سولفات مورد استفاده قرار گرفتند. نمونه‌های آب زیرزمینی سه رخساره آنیونی خاص سولفاته - کلسیک از انحلال گچ، بی کربناته- کلسیک از انحلال کلسیت و کلروره - سدیک از آلودگی شورابه­‌های نفتی را نشان می‌دهند. با توجه به نمودارهای ترکیبی هیدروژئوشیمیایی و ایزوتوپی سه فرآیند برهمکنش آب و سنگ (انحلال ژیپس، انحلال کربنات و انحلال هالیت) در آبخوان‌های کارستی مورد مطالعه مشخص شد که در میان این سه فرآیند، به نظر می‌رسد انحلال ژیپس در درجه اول مسئول ترکیب املاح آبخوان­‌های کارستی باشد. مقادیر ایزوتوپی δ³⁴S_SO4آب­های زیرزمینی بین 18/06 تا 33/06 و مقادیر ایزوتوپی δ¹⁸O_SO4 بین 11/07 تا 16/07 تغییر می‌­کند. نتایج نشان داد که سولفات حاصل برهم‌کنش آب و سنگ‌های تبخیری (انحلال گچ در سازند گچساران و یا گچ موجود در مخزن کربناته) است. با توجه به مقادیر ایزوتوپی δ¹⁸O_SO4 و δ³⁴S_SO4 سولفات، مشخص شد که سولفات آب نمونه‌­های S2 و  S6 (چشمه گوگردی گرو و چشمه قیری دهلران) و شورابه نفتی چاه W1 متأثر از تجزیه مواد نفتی موجود بوده است. مجموعه داده‌­های ژئوشیمیایی حاصل از این مطالعه، همراه با داده­‌های منتشر شده قبلی، درک جامعی از منشأ سولفات آب زیرزمینی در این منطقه به دست داده است. https://www.iwrr.ir/article_193069_bccc56deee730c55f36b3c7497776645.pdf