Hydrogeochemistry of granitic mountain zones and the influence of adjacent sedimentary basins at their tectonic borders: the case of the Spanish Central System batholith

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Martín Loeches, Miguel Martín
Pavón García, Javier
Molina Navarro, Eugenio
Almeida, Carlos
Reyes López, Jaime
Cienfuegos Hevia, Ignacio
Sastre Merlín, Antonio
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The hydrogeochemical characteristics of springs in the granites of the Spanish Central System (SCS), a mountain range affected by cortical tectonic structures, are described, along with an investigation of the spring water origin. In springs with variable flow and where they are associated with minor alterations and fractures, water type is Ca-(Na)-HCO3 with low total dissolved solids (TDS; 54–200 ppm) and a neutral or slightly acid pH. In springs that have continuous flow and association with relevant fractures, water type is Na-HCO3, with higher pH and TDS (240–563 ppm). There are five springs with water type Na-(Ca)-Cl and high TDS (780–9,205 ppm) near the SCS’s southern tectonic borders. Within 5,000 years of apparent residence time, Ca-(Na)-HCO3 water progresses to Na-HCO3 type, slightly increasing HCO3 content, losing Ca due to calcite precipitation and ionic exchange, and gaining S due to sulphate reduction. No changes are observed after 20,000 years of apparent age. The influence of internal CO2 is compatible with Na-HCO3 water type characteristics, facilitated by fracturing. Most of the springs yield cold water; thus, a flow depth up to 500 m can be deduced. Only the Messejana-Plasencia fault region shows Na-HCO3-type thermal springs. Chloride type water is a result of the influence of the Tertiary basins’ water moving towards the southern border of the SCS. The reverse fault in such contact, together with the subvertical structures affected by it, are responsible for the springs emerging in the granite. The northern border of the SCS shows the opposite behaviour.
Se describen las características hidrogeoquímicas de manantiales en granitos del Sistema Central Español (SCS), una cadena montañosa afectada por estructuras tectónicas corticales, junto con una investigación sobre su origen. En manantiales con caudal variable y asociados con pequeñas alteraciones y fracturas, el tipo hidroquímico predominante es Ca-(Na)-HCO3, con bajo contenido de sólidos disueltos totales (TDS) (54–200 ppm) y pH neutro o ligeramente ácido. En manantiales de caudal continuo y asociados con fracturas relevantes, el tipo de agua es Na-HCO3, con mayor pH y TDS (240–563 ppm). Hay cinco manantiales con agua del tipo Na-(Ca)-Cl y alto TDS (780–9,205 ppm) cerca de los bordes tectónicos del sur del SCS. El agua subterránea del tipo Ca-(Na)-HCO3, evoluciona a agua del tipo Ca-(Na)-HCO3 antes de 5,000 años de edad aparente, aumentando ligeramente el contenido de HCO3, perdiendo Ca debido a la precipitación de calcita e intercambio iónico, y ganando S debido a la reducción de sulfatos. No se observan cambios después de 20,000 años de edad aparente. Las características del agua del tipo Na-HCO3 son compatibles con una posible influencia de CO2 de origen interno movilizado a través de fracturas. El agua de la mayoría de los manantiales es fría, por lo que se puede deducir una profundidad de flujo de hasta 500 m. Solo en la región afectada por la falla Messejana-Plasencia y sus asociadas, existen manantiales termales, del tipo Na-HCO3. Los manantiales con aguas cloruradas son el resultado de la influencia del agua subterránea de las cuencas terciarias que fluyen hacia el borde sur del SCS. La falla inversa que marca dicho borde, junto con las estructuras subverticales afectadas por ella, son responsables de la aparición de estos manantiales clorurados. El borde norte del SCS muestra un comportamiento opuesto.
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