A geochemical and geophysical approach to derive a conceptual circulation model of CO₂-rich mineral waters: A case study of Vilarelho da Raia, northern Portugal

Abstract.

The Vilarelho da Raia-Chaves region, located in northern Portugal adjacent to the Spanish border, is characterized by both hot and cold CO₂-rich mineral waters issuing from springs and drilled wells. The present paper updates the conceptual circulation model of the Vilarelho da Raia cold CO₂-rich mineral waters. Vilarelho da Raia mineral waters, dominated by Na and HCO₃ ions, have formed mainly by interaction with CO₂ of deep-seated mantle origin. The δ ¹⁸O, δ ²H and ³H values indicate that these waters are the result of meteoric waters infiltrating into Larouco Mountain, NW of Vilarelho da Raia, circulating at shallow depths in granitic rocks and moving into Vilarelho da Raia area. The conceptual geochemical and geophysical circulation model indicates that the hot and cold CO₂-rich mineral waters of Chaves (76 °C) and Vilarelho da Raia (17 °C) should be considered manifestations of similar but not the same geohydrological systems.

Résumé.

La région de Vilarelho da Raia – Chaves, située au Portugal près de la frontière Espagnole, est caractérisée par des eaux carbogazeuses, chaudes et froides, émergeant à des sources et dans des puits. Ce travail constitue une mise au point du modèle conceptuel de circulation des eaux minérales carbogazeuses froides de Vilarelho da Raia. Les eaux minérales de Vilarelho da Raia, dans lesquelles les ions Na and HCO₃ sont dominants, résultent principalement d'interactions avec du CO₂ d'origine mantellique. Les δ ¹⁸O, les δ ²H, et les teneurs en ³H indiquent que ces eaux proviennent de l'infiltration d'eaux météoriques dans le Mont Larouco au NW de Vilarelho da Raia, circulant à faible profondeur dans les granites en direction de la région de Vilarelho da Raia. Le modèle de circulation géochimique et géophysique conduit à penser que les eaux minérales carbogazeuses chaudes et froides de Chaves (76 °C) et de Vilarelho da Raia (17 °C) doivent être considérées comme des manifestations de systèmes hydrogéologiques similaires, mais non identiques.

Resumen.

La región de Vilarelho-Chaves está situada en el Norte de Portugal, junto a la frontera con España. Se caracteriza por la existencia de aguas minerales calientes y frías enriquecidas en CO₂, que descargan mediante manantiales y pozos. El artículo tiene como objetivo la actualización del modelo conceptual de flujo de las aguas frías de Vilarelho de Raia, que son ricas en CO₂. Dichas aguas se han formado fundamentalmente por la interacción con el CO₂ procedente del manto profundo, y son del tipo bicarbonatado sódico. Los valores de δ ¹⁸O, δ ²H y ³H indican que proceden de la infiltración de agua meteórica en la Montaña Larouco –al Noroeste de Vilarelho de Raia–, que circulan a poca profundidad en un medio formado por de rocas graníticas y se mueven hacia el área de Vilarelho de Raia. El modelo conceptual de flujo, basado en datos geoquímicos y geofísicos, indica que las aguas minerales calientes de Chaves (76 °C) y las frías de Vilarelho de Raia (17 °C), ambas enriquecidas en CO₂, no deben ser consideradas como manifestaciones de un único sistema hidrogeológico, sino de dos similares.