Investigation of Groundwater Flow Using Δ18O and ΔD in a Sulfur Mine in Japan

• Autorzy: Matsumoto Shinji , Machida Isao

Identyfikatory

DOI

10.29227/IM-2020-01-51

Warianty tytułu

PL

Badanie przepływu wód podziemnych za pomocą Δ18O i ΔD w kopalni siarki w Japonii

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The A sulfur mine is located in the Iwate Prefecture of Japan. This mine has both surface and underground parts and was operated from the late 1800s to the late 1900s. Since the early 1900s, acid mine drainage (AMD) has been reported in this mine, and the waste water has been neutralized in a treatment plant since the mine was closed. Recently, reducing the AMD volume by decreasing water inflow to the underground mine has been considered as a way to reduce the AMD treatment cost. The first step in such an approach is to understand in detail the groundwater flow around the mine. However, part of the study area is covered by lava and comprises crystalline rocks with complicated structures, making it difficult to understand the groundwater flow. Therefore, the present study investigated the groundwater flow around this mine by focusing on water quality, such as pH and electrical conductivity (EC), stable isotopes (i.e. δ18O and δD) and 3H in the surface and ground water. The spatial distributions of pH, Stiff diagrams, and δ18O and δD values in the surface and ground water indicated that the groundwater flow system was divided into three basins in the study area, as predicted from geomorphological information. Moreover, the spatial distribution of δ18O and δD in the surface and ground water suggested that the groundwater recharged at the highest altitudes in the B mountain in the northwest of the mine might flow in the underground mine. Furthermore, the 3H values in the waste water discharged from the underground part of mine implied that the groundwater age was no more than approximately 60 years old.

PL

Kopalnia siarki znajduje się w prefekturze Iwate w Japonii. Kopalnia ma zarówno części naziemne, jak i podziemne i działała od końca 1800 roku do końca XX wieku. Od początku XX wieku odnotowano w tej kopalni kwaśny drenaż kopalniany (AMD), a ścieki były zneutralizowane w oczyszczalni do czasu zamknięcia kopalni. Ostatnio uznano, że zmniejszenie objętości AMD przez zmniejszenie dopływu wody do podziemnej kopalni jest dobrym sposobem na zmniejszenie kosztów neutralizacji AMD. Pierwszym krokiem w takim podejściu jest szczegółowa analiza przepływu wód gruntowych wokół kopalni. Jednak część obszaru objętego badaniem jest pokryta lawą i obejmuje skały krystaliczne o skomplikowanych strukturach, co utrudnia zrozumienie przepływu wód gruntowych. Dlatego w niniejszych badaniach określono przepływ wód podziemnych wokół tej kopalni, koncentrując się na jakości wody, określono parametry takie jak pH i przewodność elektryczna (EC), stabilne izotopy (tj. Δ18O i δD) oraz 3H w wodzie powierzchniowej i gruntowej. Przestrzenne rozkłady odczynu pH, wartości δ18O i δD w wodzie powierzchniowej i gruntowej wskazały, że system przepływu wód podziemnych został podzielony na trzy baseny na badanym obszarze, zgodnie z przewidywaniami z informacji geomorfologicznej. Ponadto rozkład przestrzenny δ18O i δD w wodach powierzchniowych i gruntowych sugerował, że wody gruntowe dopływające na najwyższych wysokościach w północno-zachodniej części kopalni mogą płynąć do części podziemnej kopalni. Co więcej, wartości 3H w ściekach odprowadzanych z podziemnej części kopalni sugerowały, że wiek wód podziemnych wynosił nie więcej niż około 60 lat.

Słowa kluczowe

EN

mine closure; acid mine drainage (AMD); waste water; stable isotopes; groundwater flow

PL

zamknięcie kopalni; kwaśny drenaż kopalniany (AMD); ścieki; stabilne izotopy; przepływ wód gruntowych

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2020
• Tom: no. 1, vol. 2
• Strony: 115--120
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Matsumoto Shinji

• National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Geological Survey of Japan, Geo-Resources and Environment, Groundwater Research Group Central 7, 1-1-1, Higashi, Tsukuba, Ibaraki, Japan

autor

Machida Isao

• National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Geological Survey of Japan, Geo-Resources and Environment, Groundwater Research Group Central 7, 1-1-1, Higashi, Tsukuba, Ibaraki, Japan

Bibliografia

• 1. CLARK, D. Ian and FRITZ, Peter. Environmental isotopes in hydrogeology. Lewis Publishers: New York, 1997, p. 352.
• 2. FLOREA, Lee et al. Stable isotopes of river water and groundwater along altitudinal gradients in the high Himalayas and the Eastern Nyainqentanghla mountains. In Journal of Hydrology: Regional Studies, 14, 2017, p.37-48.
• 3. GAMMONS, H. Christopher et al. Geochemistry and stable isotope investigation of acid mine drainage associated with abandoned coal mines in central Montana, USA. In Chemical Geology, 269(1-2), 2010, p. 100-112.
• 4. HUANG, Pinghua and WANG, Xinyi. Applying environmental isotope theory to groundwater recharge in the Jiaozuo mining area, China. In Geofluids, 2017(1), 2017, p. 1-11.
• 5. KAWANO, Yoshinori and UEMURA, Fujio. Explanatory text of the geological map of Japan, Scale 1:50000, Hachimantai. Geological Survey of Japan, 1962.
• 6. KAZEMI, A. Gholam et al. Groundwater Age. John Wiley & Sons: Hoboken, 2006, p. 346.
• 7. LEOPOLD, Matthias et al. Subsurface architecture of two tropical alpine desert cinder cones that hold water. In Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 121(6), 2016, p. 1148-1160.
• 8. SUN, Jing et al. Hydrogen and oxygen isotopic composition of karst waters with and without acid mine drainage: impacts at a SW China coalfield. In Science of the Total Environment, 487(15), 2014, p. 123-129.
• 9. SUZUKI, Hidekazu and TASE, Norio. Origin and geochemistry of a flowing confined groundwater at the northern foot of Mt. Iwate, Northeast Japan. In Komazawa Journal of Geography, 50, 2014, p. 101-111, In Japanese.
• 10. TOUGHZAOUI, Sana et al. Hydrogeochemical and isotopic studies of the Kettara mine watershed, Morocco. In Mine Water and the Environment, 34(3), 2015, p. 308-319.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).