Local geological controls in nearby geothermal systems: insights from radon concentrations

Abstract

This study investigates the geochemical differences between the geothermal springs of Arnedillo (La Rioja) and Fitero (Navarra), two nearby geothermal systems in the Cameros Basin, northern Spain, developed in Jurassic carbonate formations along the Northern Cameros Thrust, with similar temperatures (39.5-52.5°C). Through a compilation of geochemical datasets (years 1982-2020) and analysis of seismic activity records (years 1980-2025), we have identified that Arnedillo waters display extremely high radon concentrations (1491-1868 Bq/L), and its surrounding area shows persistent low-magnitude seismic events. In contrast, Fitero shows moderate radon values (40-74 Bq/L) and minimal seismic activity. This difference in radon concentrations likely results from an extended residence time of the waters of Arnedillo, linked to the greater thickness of the Jurassic formations, and potential permeable faults that might create pathways aiding radon transport from deeper sources. This work highlights that even in similar geological contexts, local stratigraphic and tectonic factors, such as a greater thickness of karstified carbonates and the presence of permeable faults, may notably influence radon concentrations, with implications for geothermal research.

Este estudio investiga las diferencias geoquímicas entre los manantiales geotérmicos de Arnedillo (La Rioja) y Fitero (Navarra), dos sistemas geotérmicos cercanos situados a lo largo del cabalgamiento norte de la Cuenca de Cameros y desarrollados en formaciones carbonáticas jurásicas, y que presentan temperaturas similares (39,5-52,5°C). A partir de la recopilación de datos geoquímicos (años 1982-2020) y del análisis de la actividad sísmica (años 1980-2025), se ha observado que las aguas de Arnedillo muestran concentraciones de radón extremadamente altas (1491-1868 Bq/L) y su entorno muestra persistentes eventos sísmicos de baja magnitud. Por el contrario, las aguas de Fitero muestran valores moderados de radón (40-74 Bq/L) y, su entorno, mínima actividad sísmica. Esta diferencia en las concentraciones de radón probablemente sea el resultado de un tiempo de residencia más prolongado en aguas de Arnedillo, relacionado con el mayor espesor de las formaciones jurásicas y de la potencial existencia de fallas permeables que facilitan el transporte de radón desde fuentes profundas. Este trabajo destaca que, incluso en contextos geológicos similares, los factores locales estratigráficos y tectónicos, como un mayor espesor de carbonatos karstificados y la presencia de fallas permeables, pueden influir notablemente en la concentración de radón, lo que tiene implicaciones para la investigación geotérmica.