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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 μg/L), compared to other perched springs (2.7–18 μg/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.RésuméLes processus qui affectent l’hydrochimie lorsque l’eau s’écoule depuis les zones de recharge à travers les dépôts uranifères des cheminées brèchiques de la région 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 élevée (44 μg/L) en comparaison des autres émergences perchées (2.7–18 μg/L), dès avant les opérations minières à la Mine du Pigeon voisine. Les émergences des nappes perchées de la zone entourant la Mine du Pigeon ont été échantillonnées entre 2009 et 2015 et comparées aux matériaux de la Mine du Pigeon afin de mieux comprendre la géochimie et l’hydrologie de la zone. Deux groupes principaux d’émergences de nappes perchées ont été identifiés à partir de cette étude ; un groupe est caractérisé par une eau de type sulfaté calcique, des valeurs basses du rapport 234U/238U de l’activité uranium (RAU), et un mélange d’eau avec une composante actuelle, et l’autre groupe par une eau de type sulfaté calcique et magnésien, des valeurs plus hautes du RAU, et des âges au radiocarbone indiquant une recharge de l’ordre de plusieurs milliers d’années. Les analyses statistiques multivariées en composantes principales sur des échantillons de la Mine du Pigeon et des sources indiquent des concentrations en Cu, Pb, As, Mn, et Cd qui distinguent les infiltrations liées à la mine des émergences des nappes perchées. La surface piézométrique indique qu’à la Mine du Pigeon la nappe perchée s’écoulerait probablement vers le Nord-Ouest, loin de la Source du Pigeon. Les analyses géochimiques des échantillons d’eau, de sédiments et de roches prélevés dans la zone du Ravin du Serpent indiquent que la teneur élevée en uranium de la Source du Pigeon est due probablement à une cause naturelle de l’augmentation de l’uranium en amont de la source et probablement non à la Mine du Pigeon.ResumenLos procesos que afectan a la química del agua como los flujos de agua desde las zonas de recarga a través de los depósitos de uranio de brecha tipo cilíndrica en la región del Gran Cañón del suroeste de los Estados Unidos no son bien conocidos. El Manantial Pigeon tuvo un contenido elevado de uranio en 1982 (44 μg/L), en comparación con otros manantiales colgados (2.7–18 μg/L), antes de las operaciones mineras en las cercanía de la Mina Pigeon. Entre 2009 y 2015 se muestrearon los manantiales de agua subterránea colgada en un área cercana a la mina Pigeon y se compararon con el material de la Mina Pigeon para entender mejor la hidrología y la geoquímica de la zona. En este estudio se identificaron dos grupos generales de manantiales de agua subterránea; un grupo se caracteriza por el agua tipo sulfatada cálcica, con valores bajos de la relación de actividad 234U/238U (UAR), y una mezcla de agua con algún componente de agua moderna, y el otro grupo por agua tipo sulfatada cálcica magnésica, con valores más altos de UAR, y con edades de radiocarbono que indican una recarga del orden de varios miles de años. Un análisis estadístico 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 subterránea colgada. La superficie potenciométrica del agua subterránea indica que el agua subterránea colgada en la Mina Pigeon probablemente fluya hacia el noroeste lejos del Manantial Pigeon. El análisis geoquímico de las muestras de agua, sedimentos y rocas recogidas de la zona de Snake Gulch indican que el uranio elevado del Manantial Pigeon probablemente esté relacionado con una fuente natural de uranio aguas arriba a partir de manantiales y no es probable relacionarlo con la Mina Pigeon.摘要水从补给区流经美国西南部大峡谷地区角砾岩管道铀矿时,其影响水化学的过程并未人们所深入了解。在附近的Pigeon矿开采之前,与其它上层滞水泉 (2.7–18 μg/L) 相比,1982年Pigeon泉的铀含量 (44 μg/L) 升高。2009年到2015年对Pigeon矿周边区域的上层滞水泉进行了采样,并与Pigeon矿的物质进行了对比,以便更好地了解该区域的地球化学和水文状况。通过本研究,确定了两组上层滞水泉。一组为硫酸钙类型水,铀活动比率234U/238U值低,混合着现代水的成分,另一组为硫酸钙镁类型水,铀活动比率234U/238U值较高,放射碳年龄表明为几千年前的补给水。Pigeon矿和泉水样的多元统计主要成分分析表明,通过Cu、 Pb、 As、 Mn 及 Cd的含量,能区分采矿有关的滤淋液和上层滞水泉。地下水压力面表明,Pigeon矿上层滞水很可能流向远离Pigeon泉的西北。对从Snake Gulch地区收集的水样、沉积物样和岩石样进行的地球化学分析表明,Pigeon泉水中的铀含量升高很可能与泉处自然铀源的反梯度有关,而与Pigeon矿无关。ResumoOs processos que afetam as características químicas da água quando essa flui das áreas de recarga, e atravessa os depósitos de urânio em zonas de brecha na região do Grand Canyon no sudoeste dos Estados Unidos não são muito bem compreendidos. A Nascente de Pigeon apresentou elevados teores de urânio em 1982 (44 μg/L), comparada a outras nascentes de aquíferos suspensos (2.7–18 μg/L), antes do início das atividades de mineração na Mina de Pigeon, nas proximidades. Nascentes de aquíferos suspensos numa área 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 geoquímica e hidrologia da área. Dois grupos mais abrangentes de águas subterrâneas de aquíferos suspensos foram identificados por este estudo, um grupo é caracterizado por águas do tipo cálcio-sulfatadas, com baixos valores da razão de atividade de urânio (RAU) 234U/238U, e uma mistura de água com algum componente de recargas recentes, e o outro grupo é composto por águas do tipo sulfatadas ricas em cálcio-magnésio, com valores RAU mais altos, e idades de radiocarbono indicando recarga na ordem de muitos milhares de anos atrás. Análise estatística multivariada dos principais componentes da Mina de Pigeon e amostras da nascente indicam concentrações distintas de Cu, Pb, As, Mn, e Cd dos lixiviados relacionadas à mina, em relação as concentrações das águas subterrâneas dos aquíferos suspensos. A superfície potenciométrica da água subterrânea indica que as águas subterrâneas dos aquíferos suspensos na Mina de Pigeon muito provavelmente fluam em direção noroeste, longe da nascente de Pigeon. A análise geoquímica de amostras de água, sedimento e rocha, coletadas na área de Snake Gulch indicam que e o teor elevado de urânio na Nascente de Pigeon é provavelmente relacionado à uma fonte natural de urânio à montante da nascente, e provavelmente não relacionada à Mina de Pigeon.

hydrogeology journal

Geochemistry and hydrology of perched groundwater springs: assessing elevated uranium concentrations at Pigeon Spring relative to nearby Pigeon Mine, Arizona (USA)