Hostname: page-component-78c5997874-t5tsf Total loading time: 0 Render date: 2024-11-20T01:25:06.633Z Has data issue: false hasContentIssue false
  • English
  • Français

Argillization by Descending Acid at Steamboat Springs, Nevada

Published online by Cambridge University Press:  01 July 2024

Robert Schoen ,
Donald E. White  and
J. J. Hemley
Robert Schoen
Affiliation:
U.S. Geological Survey, Washington, D.C. 20244, U.S.A. Menlo Park, California 9402S, U.S.A.
Donald E. White
Affiliation:
U.S. Geological Survey, Washington, D.C. 20244, U.S.A. Menlo Park, California 9402S, U.S.A.
J. J. Hemley
Affiliation:
U.S. Geological Survey, Washington, D.C. 20244, U.S.A. Menlo Park, California 9402S, U.S.A.
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Core share and HTML view are not available for this content. However, as you have access to this content, a full PDF is available via the ‘Save PDF’ action button.

Steamboat Springs, Nevada, an area of present-day hot springs, clearly illustrates the genetic dependence of some kaolin deposits on hot-spring activity. Andesite, granodiorite and arkosic sediments are locally altered at the land surface to siliceous residues consisting of primary quartz and anatase, plus opal from primary silicates. These siliceous residues commonly exhibit the textural and structural features of their unaltered equivalents. Beneath the siliceous residues, kaolin and alunite replace primary silicates and fill open spaces, forming a blanketlike deposit. Beneath the kaolin-alunite zone, montmorillonite, commonly accompanied by pyrite, replaces the primary silicates. On the ground surface, the same alteration mineral zones can be traced outward from the siliceous residue; however, hematite rather than pyrite accompanies montmorillonite.

Chemical analysis indicates that sulfuric acid is the active altering agent. The acid forms from hydrogen sulfide that exsolves from deep thermal water, rises above the water table and is oxidized by sulfur-oxidizing bacteria living near the ground surface. This acid dissolves in precipitation or condensed water vapor and percolates downward destroying most of the primary minerals producing a siliceous residue. Coincidence of the water table with the downward transition from siliceous residue to kaolin-alunite signifies decreasing hydrogen metasomatism because of dilution of descending acid by ground water.

In hot-spring areas, beds of siliceous sinter deposited at the surface by hypogene thermal water look, superficially, like areas of surficial acid alteration. Features diagnostic of a surficial alteration are the relict rock structures of a siliceous residue and a kaolin-alunite zone immediately beneath.

Résumé

Résumé

Steamboat Springs, Nevada, localité où l’on trouve des sources thermales en activité, illustre clairement la dépendance génétique de certains dépôts de kaolin vis-à-vis de l’activité thermale. L’andésite, la granodiorite et les sédiments arkosiques sont altérés localement à la surface du paysage en résidus siliceux consistant en du quartz et de l’anatase primaire, plus de l’opale provenant des silicates primaires. Les résidus siliceux ont en général les caractéristiques texturales et structurales de leurs équivalents non altérés. Sous les résidus siliceux, le kaolin et l’alunite remplacent les silicates primaires et remplissent les espaces vides en formant comme un dépôt de recouvrement. Sous la zone à kaolin-alunite, la montmorillonite communément accompagnée de pyrite, remplace les silicates primaires. A la surface, les mêmes zones d’altération du minéral peuvent être délimitées en partant du résidu siliceux; toutefois c’est l’hématite plutôt que la pyrite qui accompagne la montmorillonite.

L’analyse chimique indique que l’acide sulfurique est l’agent actif dans l’altération. L’acide se forme à partir de l’hydrogène sulfuré qui se dégage de l’eau thermale profonde, puis qui passe au-dessus de la nappe et qui est oxydé par les bactéries thio oxydantes qui vivent près de la surface du sol. L’acide se dissout dans l’eau de pluie ou dans la vapeur d’eau condensée et percole vers le bas en détruisant la plus grande partie des minéraux primaires ce qui produit le résidu siliceux. La coïncidence de la nappe avec la transition inférieure entre le résidu siliceux et la mélange kaolin-alunite signifie que le métasomatisme par l’hydrogène diminue à cause de la dilution de l’acide qui percole par l’eau du sol.

Dans les zones de sources thermales, les lits de travertin siliceux déposé à la surface par l’eau thermale de profondeur, ressemblent, superficiellement, à des zones d’altération acide de surface. Les caractéristiques diagnostiques d’une telle altération sont les structures de la roche restante, constituées par un résidu siliceux et une zone à kaolin et alunite en mélange située immédiatement dessous.

Kurzreferat

Kurzreferat

Steamboat Springs, Nevada, ein Gebiet mit noch heute tätigen heißen Quellen, ist ein deutliches Beispiel für die genetische Abhängigkeit einiger Kaolin-Lagerstätten von der Aktivität heißer Quellen. Andesite, Granodiorite und arkosische Sedimente sind lokal an der Erdoberfläche zu kieseligen Rückständen umgewandelt worden, die aus primären Quarzen und Anatas sowie aus Opal von primären Silicaten bestehen. Diese kieseligen Rückstande weisen gewöhnlich in Textur und Struktur Merkmale ihrer unveränderten Äquivalente auf. Unterhalb der kieseligen Rückstände ersetzen Kaolin und Alunite die primären Silicate, füllen offene Hohlräume aus und bilden eine deckenartige Ablagerung. Unter der Kaolin-Alunit-Zone ersetzt Montmorillonit, gewöhnlich mit Pyrit vergesellschaftet, die primären Silicate. An der Bodenoberfläche kann von dem kieseligen Rückstand aus die gleiche Veränderung der Mineralzonen verfolgt werden. Jedoch ist Montmorillonit hier eher mit Hämatit als mit Pyrit vergesellschaftet.

Die chemische Analyse zeigt, daß Schwefelsäure die aktive umwandelnde Komponente ist. Die Säure bildet sich aus Schwefelwaserstoff, der sich aus tiefem Thermalwasser löst, über die Grundwasseroberfläche aufsteigt und durch schwefeloxidierende Bakterien, die nahe der Bodenoberfläche leben, oxidiert wird. Diese Säure löst sich in Niederschlägen oder kondensiertem Wasserdampf und perkoliert abwärts, wobei die meisten primären Silicate zerstört werden und einen kieseligen Rückstand bilden.

Das ZU.S.A.mmenfallen der Grundwasseroberfläche mit dem unteren Übergang von kieseligen Rückständen zu Kaolin-Alunit kennzeichnet die infolge der Verdünnung der abfließenden Säure durch Grundwasser abnehmende Wasserstoff-Metasomatose.

In Gebieten mit heißen Quellen sehen Betten von kieseligem Sinter, die an der Oberfläche durch oberirdisches Thermalwasser abgelagert worden sind, auf den ersten Blick wie Gebiete einer sauren Umwandlung an der Oberfläche aus. Diagnostische Merkmale für eine oberflächliche Umwandlung sind die reliktischen Gesteinsstrukturen der kieseligen Rückstände und die unmittelbar darunter gelegenen Kaolin-Alunit-Zonen.

Резюме

Резюме

Стимбот источники, район современных горячих источников, ясно иллюстрируют генетическую зависимость некоторых залежей каолина от деятельности. горячих источников. Осадки андезина, гранодиорита и аркозита на поверхности земли изменяются в кремнистые отложения, состоящих из первичного кварца и анатаза, плюс опал из первичного кремния. Эти кремнистые отложения обычно выявляют текстурные и структурные свойства своих неизмененных эквивалентов. Под кремниевыми отложениями, каолин и алунит замещают первичный кремний и заполняют пустые места, образуя одеялообразное отложение. Под зоной каолина-алунита, монтмориллонит, обычно сопровождаемый пиритом, заменяет первич- ный кремний. На поверхности земли наружу от кремнистых отложений заметны те же самые изменения минеральных зон; однако, монтмориллонит сопровождается не пиритом агематитом.

Химический анализ указывает, что серная кислота является активным фактором измене-ния. Кислота образуется из сероводорода, который выходит из глубокой термоводы, подни-мается над водной поверхностью и окисляется бактериями окисляющими серу, живущими вблизи поверхности земли. Эта кислота растворяется при осаждении или в конденсированных парах воды и просачивается вниз уничтожая почти все первичные минералы, образуя крем-нистые отложения. Совпадение уровня грунтовых вод с переходом вниз из кремнистого отложения в каолин-алунит означает уменьшающийся метасоматизм водорода вследсDвие разбавления опускающейся кислоты почвенной водой.

В районах горячих источников, пласты кремнистого туфа, отложенные на поверхностигипогенной горячей водой, выглядят, поверхностно, как площади измененные кислотой.Диагностическими чертами поверхностного изменения являются: структура кремнистыхотложений в виде реликтовых скал и непосредственно под ними зона каолинита-алунита.

Type
Research Article
Information
Clays and Clay Minerals , Volume 22 , Issue 1 , February 1974 , pp. 1 - 22
Copyright
Copyright © The Clay Minerals Society 1974

Footnotes

*

Publication authorized by the Director, U.S. Geological Survey.

References

Allen, E. T. and Day, A. L., (1935) Hot Springs of the Yellowstone National Park .Google Scholar
Brindley, G. W. and Brown, G., (1961) Kaolin, serpentine, and kindred minerals The X-ray Identification and Crystal Structures of Clay Minerals .Google Scholar
Brindley, G. W., de Souza Santos, P. and de Souza Santos, H., (1963) Mineralogical studies of kaolinite-hal-loysite clays—I. Identification problems Am. Mineralogist 48 897–910.Google Scholar
Browne, P. R. L. and Ellis, A. J., (1970) The Ohaki-Broad-lands hydrothermal area, New Zealand: mineralogy and related geochemistry Am. J. Sci. 269 97–131.CrossRefGoogle Scholar
Craig, H. and Tongiorgi, E., (1963) The isotopic geochemistry of water and carbon in geothermal areas Nuclear Geology on geothermal areas 17–53.Google Scholar
Deer, W. A., Howie, R. A. and Zussman, J., (1962) Rock-forming Minerals Sheet Silicates Wiley, New York.Google Scholar
Ehrlich, G. G. and Schoen, R., (1967) Possible role of sulfur-oxidizing bacteria in surficial acid alteration near hot springs U.S. Geol. Survey Prof .Google Scholar
Ellis, A. J. and Mahon, W. A. J., (1964) Natural hydrothermal systems and experimental hot-water/rock interactions Geochim. Cosmochim. Acta 28 1323–1357.CrossRefGoogle Scholar
Ellis, A. J., (1967) Natural hydrothermal systems and experimental hot-water/rock interactions—II Geochim. Cosmochim. Acta 31 519–538.CrossRefGoogle Scholar
Garrels, R. M., (1960) Mineral Equilibria .CrossRefGoogle Scholar
Hanson, R. F. and Keller, W. D., (1966) Genesis of refractory clay near Guanajuato, Mexico Clays and Clay Minerals 14 259–267.CrossRefGoogle Scholar
Hemley, J. J., Hostetler, P. B., Gude, A. J. and Mountjoy, W. T., (1969) Some stability relations of alunite Econ. Geology 64 599–613.CrossRefGoogle Scholar
Hemley, J. J. and Jones, W. R., (1964) Chemical aspects of hydrothermal alteration with emphasis on hydrogen metasomatism Econ. Geology 59 538–569.CrossRefGoogle Scholar
Hillel, D., (1971) Soil and Water, Physical Principles and Processes .Google Scholar
Höller, H., (1967) Experimentelle Bildung von Alunit-Jarosit durch die Einwirkung von Schwefelsäure auf Mineralien und Gesteine Contr. Mineral. und Petrol. 15 309–329.CrossRefGoogle Scholar
Ivanov, M. V., Grinenko, V. A. and Lein, A. Yu., (1968) Exo-genetic formation of sulfuric acid in fumarole fields of volcanoes of the Kuril Islands Geochem. Int. 5 1133–1140.Google Scholar
Ivanov, M. V. and Karavaiko, G. I. (1967) Role of autotro-pic bacteria in oxidation of volcanic sulfur, (Abstract): Chemical Abstracts 67, 119149d.Google Scholar
Iwao, S., (1968) Zonal structure in some kaolin and associated deposits of hydrothermal origin in Japan Proc. 23rd Int. Geol. Congress 14 107–113.Google Scholar
Jackson, M. L., Tyler, S. A., Willis, A. L., Bourbeau, G. A. and Pennington, R. P., (1948) Weathering sequence of clay-size minerals in soils and sediments; fundamental generalizations J. Phys. Colloid Chem. 52 1237–1260.CrossRefGoogle Scholar
Kaplan, I. R., (1956) Evidence of microbiological activity in some of the geothermal regions of New Zealand N. Z. J. Sci. Tech. 37 639–662.Google Scholar
Keller, W. D. and Hanson, R. F., (1968) Hydrothermal alteration of a rhyolite flow breccia near San Luis Potosi, Mexico, to refractory kaolin Clays and Clay Minerals 16 223–229.CrossRefGoogle Scholar
Keller, W. D., (1969) Hydrothermal argillation of volcanic pipes in limestone in Mexico Clays and Clay Minerals 17 9–12.CrossRefGoogle Scholar
Keller, W. D., Hanson, R. F., Huang, W. H. and Cervantes, A., (1971) Sequential active alteration of rhyolitic volcanic rock to endellite and a precursor phase of it at a spring in Michoacan, Mexico Clays and Clay Minerals 19 121–127.CrossRefGoogle Scholar
Lovering, T. S., (1957) Halogen-acid alteration of ash at fumarole No. 1, Valley of Ten ThoU.S.A.nd Smokes, Alaska Geol. Soc. America Bull. 68 1585–1604.CrossRefGoogle Scholar
Marmion, K. R., (1962) Hydraulics of artificial recharge in non-homogeneous formations Water Resources Center Contribution .Google Scholar
Macdonald, G. A., (1942) Potash-oligoclase in Hawaiian lavas Am. Mineralogist 27 793–800.Google Scholar
MacGregor, R. A., (1969) Uranium dividends from bacterial leaching Mining Engng 21 54–55.Google Scholar
Meyer, C., Hemley, J. J. and Barnes, H. L., (1967) Wall rock alteration Geochemistry of Hydrothermal Ore Deposits .Google Scholar
Miller, W. D. and Keller, W. D., (1963) Differentiation between endellite-halloysite and kaolinite by treatment with potassium acetate and ethylene glycol Clays and Clay Minerals 10 244–253.Google Scholar
Molloy, M. W. and Kerr, P. F., (1961) Diffractometer patterns of A.P.I. reference clay minerals Am. Mineralogist 46 583–605.Google Scholar
Murozumi, M., Abiko, T. and Nakamura, S., (1966) Geochemical investigation of the Noboribetsu Öyunuma explosion crater lake Volcanol. Soc. Japan Bull. 11 1–16.Google Scholar
Neverov, Yu. L. and Khvedchemya, O. A. (1966) Quaternary ore mineralization in the Kurile Islands, (Abstract): Chemical Abstracts 64, 13934b.Google Scholar
Parham, W. E., (1969) Formation of halloysite from feldspar: low temperature, artificial weathering versus natural weathering Clays and Clay Minerals 17 13–22.CrossRefGoogle Scholar
Parham, W. E., (1969) Halloysite-rich tropical weathering products of Hong Kong Proc. Int. Clay Conf. 1 403–416.Google Scholar
Prill, R. C. and Aaronson, D. B., (1973) Flow characteristics of a subsurface controlled recharge basin on Long Island, New York U.S. Geological Survey Journal of Research 1 735–744.Google Scholar
Rittmann, A., (1962) Volcanoes and their Activity .Google Scholar
Schoen, R., (1969) Rate of sulfuric acid formation in Yellowstone National Park Geol. Soc. America Bull. 80 643–650.CrossRefGoogle Scholar
Schoen, R. and Ehrlich, G. G., (1968) Bacterial origin of sulfuric acid in sulfurous hot springs Proc. 23rd Int. Geol. Congress 17 171–178.Google Scholar
Schoen, R. and White, D. E., (1965) Hydrothermal alteration in GS-3 and GS-4 drill holes, Main Terrace, Steamboat Springs, Nevada Econ. Geology 60 1411–1421.CrossRefGoogle Scholar
Schoen, R. and White, D. E., (1967) Hydrothermal alteration of basaltic andesite and other rocks in drill hole GS-6, Steamboat Springs, Nevada U.S. Geol. Survey Prof .Google Scholar
Sigvaldason, G. E. and White, D. E., (1961) Hydrothermal alteration of rocks in two drill holes at Steamboat Springs, Washoe County, Nevada U.S. Geol. Survey Prof .Google Scholar
Sigvaldason, G. E. and White, D. E., (1962) Hydrothermal alteration in drill holes GS-5 and GS-7, Steamboat Springs, Nevada U.S. Geol. Survey Prof .Google Scholar
White, D. E., (1955) Violent mud-volcano eruption of Lake City hot springs, northeastern California Geol. Soc. America Bull. 66 1109–1130.CrossRefGoogle Scholar
White, D. E., (1955) Thermal springs and epithermal ore deposits Econ. Geology 50th Anniv .CrossRefGoogle Scholar
White, D. E. and Barnes, H. L., (1967) Mercury and base-metal deposits with associated thermal and mineral waters Geochemistry of Hydrothermal Ore Deposits .Google Scholar
White, D. E., (1968) Hydrology, activity, and heat flow of the Steamboat Springs thermal system, Washoe County, Nevada U.S. Geol. Survey Prof .CrossRefGoogle Scholar
White, D. E., Thompson, G. A. and Sandberg, C. H., (1964) Rocks, structure, and geologic history of Steamboat Springs thermal area, Washoe County, Nevada U.S. Geol. Survey Prof .CrossRefGoogle Scholar
Zavarzin, G. A., Vasil’eva, L. V. and Trykova, V. V. (1967) Participation of microorganisms in postvolcanic processes, (Abstract): Chem. Abs. 67, 83914h.Google Scholar
Zotov, A. V., (1971) Dependence of the composition of alunite on the temperature of its formation Geochem. Int. 8 71–75.Google Scholar