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Clay Minerals in Hydrothermally Altered Rocks at Wairakei, New Zealand

Published online by Cambridge University Press:  01 July 2024

A. Steiner
A. Steiner*
Affiliation:
New Zealand Geological Survey, Box 30368, Lower Hutt, New Zealand
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Abstract

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Geothermal fluid discharged by steam wells, which have been core drilled to depths as much as 4500 ft at Wairakei, New Zealand, has altered Pliocene to Pleistocene, silicic, mainly glassy volcanics and related aqueous tuffs and breccias. Measured temperatures (max. 265°C) indicate epithermal to mesothermal conditions in buried fault fissures, the locus of both the hydrothermal fluid and most intense alteration.

A supergene kaolinite alteration zone is distinguished from hypogene Ca-montmorillonite and combined micaceous and chloritic zones. The hypogene zones are usually wide and are temperature dependent and localized along fault fissures. Other common hypogene minerals are alkali feldspars, wairakite, epidote, quartz, calcite, laumontite, ptilolite, pyrite and pyrrhotite. Prehnite is rare.

The micaceous clay minerals include illite (about 10 Å) and a series of random mixed-layer illite-montmorillonites with d(001) values ranging from 10·28 to 12·45 Å. The amount of interstratified montmorillonite is related to temperature and fault fissures. Apart from rare mixed-layer swelling chlorite, the Fe-rich chloritic clay shows little or no variation in its composition. Both the micaceous clays and the chloritic clay result from alteration of earlier formed Ca-montmorillonite.

The stability of hydrothermal minerals is controlled by the temperature and chemical composition of the geothermal fluid ascending along the fault fissures. K-feldspar but not albite is deposited on fissure walls, but both alkali feldspars replace primary soda-lime plagioclase in the wall rock. The absence of albite on fissure walls is ascribed to low aqueous mNa+/mK+ ratio. Primary quartz is not affected by the altering solution but hydrothermal quartz is deposited on fissure walls and in the wall rock.

Résumé

Résumé

Le fluide géothermique d’echargé par les puits de vapeur forés jusqu’à des profondeurs de 1500 m à Wairakei, en Nouvelle-Zélande, a modifié les roches volcaniques siliciques et en grande partie vitreuses du Pliocěne a u Pleistocène, ainsi que les tufs et brèches aquos apparentés. Les températures mesurées (mz. 265°C démontrent que les conditions sont entre épi — et mésothermiques dans les fissures de failles enfouies, lieu géométrique du fluide hydrothermique et de l’altération la plus intense.

On peut distinguer la zone d’altération de kaolin supergène des zones de Ca-montmorillonite hypogène ainsi que des zones micacé et chloritiques associées. Les zones hypogènes sont généralement larges et influencées par la température, et sont situées le long des fissures de failles. Les autres minéraux hypogènes courants sont les feldspaths alkalis, la wairakite, l’épidote, le quartz, la laumontite, la ptilotite, la pyrite et la pyrrhotite, mais la prehnite est rare.

Les minéraux d’argile micacé comprennent de l’illite (environ 10 Å) et une série d’illitemontmorillonites variées dans des couches mixtes aux valeurs d(001) comprises entre 10, 28 Å et 12,45 Å. La quantité de montmorillonite interstratifiée est en rapport avec la température et les fissures de failles. A part les rares exemples de chlorite gonflante en couches mixtes, l’argile chloritique riche en fer montre peu ou pas de variations dans sa composition. Les argiles micacées aussi bien que les argiles chloritiques résultent de l’altération de Ca-montmorillonite formée antérieurement.

La stabilité des minéraux hydrothermiques est contrôlée par la température et par la composition chimique de fluide géothermique qui monte la long des fissures de failles. Il se fait des dépôts de feldspath-K mais non d’albit le long des parois des failles, mais les deux feldspaths alkalis remplacent la plagio-clase soude-chaux primaire sur la roche pariétale. L’absence d’albite sur les parois de failles s’explique par le coefficient mNa+/mK+ d’humidité peu élévé. La solution altérante n’a pas d’effect sur le quartz primaire, mais le quartz hydrothermique se dépose sur les parois de failles et sur la roche pariétale.

Kurzreferat

Kurzreferat

Die geothermische Flüssigkeit, die von den Dampfbohrlöchern abgegeben wird, welche in Wairaki, Neuseeland, bis zu Tiefen von 1500 m abgeteuft wurden hat das Pliozän in Pleistozän, kieselsaures, kauptsächlich glasartiges Vulkangestein und ähnliche wässrige Tuffe und Breksien umgewandelt. Die gemessenen Temperaturen (265°C) weisen auf epithermische bis mesothermische Zustände in unterirdischen Verwerfungsbrüchen hin wo die hydrothermische Flüssigkeit und die ausgeprägte Umwandlung zu finden ist.

Es wird eine supragene Kaolinit-Umwandlungszone von den hypogenen Ca-Montmorillonit- und kombinierten glimmerartigen und chloritischen Zonen unterschieden. Die hypogenen Zonen sind meist breit und temperaturabhängig und verlaufen an den Verwerfungsbrüchen entlang. Andere allgemein verbreitete hypogene Minerale sind Alkalifeldspate, Wairakit, Epidot, Quarz, Calcit, Schaumspat, Ptilotit, Pyrit und Magnetkies. Prehnit ist selten.

Die glimmerartigen Tongesteine enthalten Illit (etwa 10 Å) und eine Reihe von unregelmässigen Mischlagen von Illit-Montmorillonit mit d(001) Werten zwischen 10,28 Å und 12,45 Å. Die Menge des zwischengeschichteten Montmorillonits hängt von der Temperatur und den Verwerfungsbrüchen ab. Abgesehen von selten auftretendem Quellchlorit in den Zwischenschichten zeigt der eisenreiche chloritische Ton wenig oder keine Änderung in seiner Zusammensetzung. Die glimmerartigen Tone, sowie der chloritische Ton verdanken ihre Entstehung der Umwandlung von früher gebildetem Ca-Montmorillonit.

Die Beständigkeit hydrothermaler Minerale wird durch die Temperatur und die chemische Zusammensetzung der entlang der Verwerfungsbrüche aufsteigenden geothermischen Flüssigkeit bestimmt. K-Feldspat, aber kein Na-Feldspat, wird an den Bruchwänden abgelagert, doch ersetzen beide Alkalifeldspate die primären NaCa Feldspate im Wandgestein. Die Abwesenheit von Natronfeldspat an den Bruchwänden wird dem niedrigen wässrigen mNa+/mK+ Verhältnis zugeschrieben. Der primäre Quarz wird durch die Umwandlungslösung nicht beeinflusst, aber es wird hydrothermischer Quarz an den Bruchwänden und im Wandgestein abgelagert.

Резюме

Резюме

Геотермическая жидкость выпускается паровыми скважинами, которые были колонково пробурены до такой большой глубины, как 1371 μ(4500 фут.) в Вейракей, в Новой Зеландии; она изменила плиоценовые осадки на плейстоценовые, кремниевые, главным образом вулканическое стекло и связанные с ними водные туфы и брекчии. Измеренные температуры (макс. 265 °С) указывают на эпитермальные до мезотермальных условия в сбросовых трещинах—в участке как гидротермической жидкости, так и наиболее интенсивного изменения.

Супергенная зона изменения каолинита отличается от гипогенной зоны кальциевого монтмориллонита и обобщенных слюдяных и хлоритовых зон. Гипогенные зоны обычно широкие, зависят от температуры и сосредоточены вдоль сбросовых трещин. Другие часто встречаемые гипогенные минералы—это щелочный полевой шпат, вайракит, эпидот, кварц, кальцит, ломонтит, морденит, пирит и пирротин. Пренит встречается редко.

Слюдяные глинистые минералы включают иллит (прибл. 10 А) и ряд иллитомонтморил лонитов с беспорядочно смешанными слоями и значениями б (001) от 10,28А до 12,45А. Коли чество переслаивающегося монтмориллонита зависит от температуры и от сбросовых трещин. Кроме редкого вспучивания хлорита со смешанным слоем, богатая железом хлоритная глина показывает мало изменений или вообще не имеет изменений в составе. Как слюдяные глины, так и хлоритная глина являются следствием изменения ранее образовавшегося кальциевого монтмориллонита.

Устойчивость гидротермических минералов регулируется температурой и химическим сocaавом геотермической жидкости, восходящей вдоль сбросовых трещин. Калиевый шпат, но не альбит откладывается на стенках трещины, но оба щелочных шпата замещаются первичным натровым известковым плагиоклазом в боковой породе. Отсутствие альбита на стенках трещины приписывается низкому соотношению водного mNа+/mК+. Первичный кварц не подвергается воздействию изменяющего раствора, но гидротермический кварц отлагается на стенках трещины и в боковой породе.

Type
Research Article
Information
Clays and Clay Minerals , Volume 16 , Issue 3 , August 1968 , pp. 193 - 213
Copyright
Copyright © 1968, The Clay Minerals Society

Footnotes

*

An invited paper presented at 16th Clay Conference, Denver, Colorado.

†

The term “geothermal fluid” is synonymous with “hydrothermal fluid” and “hydrothermal solutions”.

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