Geochemistry and hydrology of perched groundwater springs: assessing elevated uranium concentrations at Pigeon Spring relative to nearby Pigeon Mine, Arizona (USA)
The processes that affect water chemistry as the water flows from recharge areas through breccia pipe uranium deposits in the Grand Canyon region of the southwestern United States are not well understood. Pigeon Spring had elevated uranium in 1982 (44 mg/L) compared to other perched springs (2.7 18 mg/L) prior to mining operations at the nearby Pigeon Mine. Perched groundwater springs in an area around the Pigeon Mine were sampled between 2009 and 2015 and compared with material from the Pigeon Mine to better understand the geochemistry and hydrology of the area. Two general groups of perched groundwater springs were identified from this study; one group is characterized by calcium sulfate type water, low uranium activity ratio 234U/238U (UAR) values, and a mixture of water with some component of modern water, and the other group by calcium magnesium sulfate type water, higher UAR values, and radiocarbon ages indicating recharge on the order of several thousand years ago. Multivariate statistical principal components analysis of Pigeon Mine and spring samples indicate Cu, Pb, As, Mn, and Cd concentrations distinguished mining related leachates from perched groundwater springs. The groundwater potentiometric surface indicates that perched groundwater at Pigeon Mine would likely flow toward the northwest away from Pigeon Spring. The geochemical analysis of the water, sediment and rock samples collected from the Snake Gulch area indicate that the elevated uranium at Pigeon Spring is likely related to a natural source of uranium upgradient from the spring and not likely related to the Pigeon Mine.ResumeLes processus qui affectent l'hydrochimie lorsque l'eau s'ecoule depuis les zones de recharge a travers les depots uraniferes des cheminees brechiques de la region du Grand Canyon dans le Sud Ouest des Etats Unis ne sont pas bien compris. La Source du Pigeon avait en 1982 une concentration en uranium elevee (44 mg/L) en comparaison des autres emergences perchees (2.7 18 mg/L) des avant les operations minieres a la Mine du Pigeon voisine. Les emergences des nappes perchees de la zone entourant la Mine du Pigeon ont ete echantillonnees entre 2009 et 2015 et comparees aux materiaux de la Mine du Pigeon afin de mieux comprendre la geochimie et l'hydrologie de la zone. Deux groupes principaux d'emergences de nappes perchees ont ete identifies a partir de cette etude un groupe est caracterise par une eau de type sulfate calcique, des valeurs basses du rapport 234U/238U de l'activite uranium (RAU) et un melange d'eau avec une composante actuelle, et l'autre groupe par une eau de type sulfate calcique et magnesien, des valeurs plus hautes du RAU, et des ages au radiocarbone indiquant une recharge de l'ordre de plusieurs milliers d'annees. Les analyses statistiques multivariees en composantes principales sur des echantillons de la Mine du Pigeon et des sources indiquent des concentrations en Cu, Pb, As, Mn, et Cd qui distinguent les infiltrations liees a la mine des emergences des nappes perchees. La surface piezometrique indique qu'a la Mine du Pigeon la nappe perchee s'ecoulerait probablement vers le Nord Ouest, loin de la Source du Pigeon. Les analyses geochimiques des echantillons d'eau, de sediments et de roches preleves dans la zone du Ravin du Serpent indiquent que la teneur elevee en uranium de la Source du Pigeon est due probablement a une cause naturelle de l'augmentation de l'uranium en amont de la source et probablement non a la Mine du Pigeon.ResumenLos procesos que afectan a la quimica del agua como los flujos de agua desde las zonas de recarga a traves de los depositos de uranio de brecha tipo cilindrica en la region del Gran Canon del suroeste de los Estados Unidos no son bien conocidos. El Manantial Pigeon tuvo un contenido elevado de uranio en 1982 (44 mg/L) en comparacion con otros manantiales colgados (2.7 18 mg/L) antes de las operaciones mineras en las cercania de la Mina Pigeon. Entre 2009 y 2015 se muestrearon los manantiales de agua subterranea colgada en un area cercana a la mina Pigeon y se compararon con el material de la Mina Pigeon para entender mejor la hidrologia y la geoquimica de la zona. En este estudio se identificaron dos grupos generales de manantiales de agua subterranea; un grupo se caracteriza por el agua tipo sulfatada calcica, con valores bajos de la relacion de actividad 234U/238U (UAR) y una mezcla de agua con algun componente de agua moderna, y el otro grupo por agua tipo sulfatada calcica magnesica, con valores mas altos de UAR, y con edades de radiocarbono que indican una recarga del orden de varios miles de anos. Un analisis estadistico multivariado de componentes principales de la Mina Pigeon y las muestras de los manantiales indican concentraciones Cu, Pb, As, Mn, y Cd relacionadas con los lixiviados de la mina en los manantiales de agua subterranea colgada. La superficie potenciometrica del agua subterranea indica que el agua subterranea colgada en la Mina Pigeon probablemente fluya hacia el noroeste lejos del Manantial Pigeon. El analisis geoquimico de las muestras de agua, sedimentos y rocas recogidas de la zona de Snake Gulch indican que el uranio elevado del Manantial Pigeon probablemente este relacionado con una fuente natural de uranio aguas arriba a partir de manantiales y no es probable relacionarlo con la Mina Pigeon.Zhai Yao Shui Cong Bu Gei Qu Liu Jing Mei Guo Xi Nan Bu Da Xia Gu Di Qu Jiao Li Yan Guan Dao You Kuang Shi ,Qi Ying Xiang Shui Hua Xue De Guo Cheng Bing Wei Ren Men Suo Shen Ru Liao Jie Zai Fu Jin De PigeonKuang Kai Cai Zhi Qian ,Yu Qi Ta Shang Ceng Zhi Shui Quan (2.7 18 mg/L) Xiang Bi ,1982Nian PigeonQuan De You Han Liang (44 mg/L) Sheng Gao 2009Nian Dao 2015Nian Dui PigeonKuang Zhou Bian Qu Yu De Shang Ceng Zhi Shui Quan Jin Xing Liao Cai Yang ,Bing Yu PigeonKuang De Wu Zhi Jin Xing Liao Dui Bi ,Yi Bian Geng Hao Di Liao Jie Gai Qu Yu De Di Qiu Hua Xue He Shui Wen Zhuang Kuang Tong Guo Ben Yan Jiu ,Que Ding Liao Liang Zu Shang Ceng Zhi Shui Quan Yi Zu Wei Liu Suan Gai Lei Xing Shui ,You Huo Dong Bi Lu 234U/238UZhi Di ,Hun He Zhao Xian Dai Shui De Cheng Fen ,Ling Yi Zu Wei Liu Suan Gai Mei Lei Xing Shui ,You Huo Dong Bi Lu 234U/238UZhi Jiao Gao ,Fang She Tan Nian Ling Biao Ming Wei Ji Qian Nian Qian De Bu Gei Shui PigeonKuang He Quan Shui Yang De Duo Yuan Tong Ji Zhu Yao Cheng Fen Fen Xi Biao Ming ,Tong Guo Cu, Pb, As, Mn Ji CdDe Han Liang ,Neng Qu Fen Cai Kuang You Guan De Lu Lin Ye He Shang Ceng Zhi Shui Quan Di Xia Shui Ya Li Mian Biao Ming ,PigeonKuang Shang Ceng Zhi Shui Hen Ke Neng Liu Xiang Yuan Chi PigeonQuan De Xi Bei Dui Cong Snake GulchDi Qu Shou Ji De Shui Yang Chen Ji Wu Yang He Yan Shi Yang Jin Xing De Di Qiu Hua Xue Fen Xi Biao Ming ,PigeonQuan Shui Zhong De You Han Liang Sheng Gao Hen Ke Neng Yu Quan Chu Zi Ran You Yuan De Fan Ti Du You Guan ,Er Yu PigeonKuang Wu Guan ResumoOs processos que afetam as caracteristicas quimicas da agua quando essa flui das areas de recarga, e atravessa os depositos de uranio em zonas de brecha na regiao do Grand Canyon no sudoeste dos Estados Unidos nao sao muito bem compreendidos. A Nascente de Pigeon apresentou elevados teores de uranio em 1982 (44 mg/L) comparada a outras nascentes de aquiferos suspensos (2.7 18 mg/L) antes do inicio das atividades de mineracao na Mina de Pigeon, nas proximidades. Nascentes de aquiferos suspensos numa area ao redor da Mina de Pigeon foram amostradas entre 2009 e 2015 e comparadas com material proveniente da mina, para que se pudesse entender melhor a geoquimica e hidrologia da area. Dois grupos mais abrangentes de aguas subterraneas de aquiferos suspensos foram identificados por este estudo, um grupo e caracterizado por aguas do tipo calcio sulfatadas, com baixos valores da razao de atividade de uranio (RAU) 234U/238U, e uma mistura de agua com algum componente de recargas recentes, e o outro grupo e composto por aguas do tipo sulfatadas ricas em calcio magnesio, com valores RAU mais altos, e idades de radiocarbono indicando recarga na ordem de muitos milhares de anos atras. Analise estatistica multivariada dos principais componentes da Mina de Pigeon e amostras da nascente indicam concentracoes distintas de Cu, Pb, As, Mn, e Cd dos lixiviados relacionadas a mina, em relacao as concentracoes das aguas subterraneas dos aquiferos suspensos. A superficie potenciometrica da agua subterranea indica que as aguas subterraneas dos aquiferos suspensos na Mina de Pigeon muito provavelmente fluam em direcao noroeste, longe da nascente de Pigeon. A analise geoquimica de amostras de agua, sedimento e rocha, coletadas na area de Snake Gulch indicam que e o teor elevado de uranio na Nascente de Pigeon e provavelmente relacionado a uma fonte natural de uranio a montante da nascente, e provavelmente nao relacionada a Mina de Pigeon.
Hydrogeology Journal