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Precipitation of Laumontite with Quartz, Thenardite, and Gypsum at Sespe Hot Springs, Western Transverse Ranges, California

Published online by Cambridge University Press:  01 July 2024

Thane H. McCulloh
Affiliation:
U.S. Geological Survey, 1107 N.E. 45th Street, Seattle, Washington, 98105
Virgil A. Frizzell Jr.
Affiliation:
U.S. Geological Survey, 345 Middlefield Road, Menlo Park, California 94025
Richard J. Stewart
Affiliation:
Department of Geological Sciences, University of Washington, Seattle, Washington 98195
Ivan Barnes
Affiliation:
U.S. Geological Survey, 345 Middlefield Road, Menlo Park, California 94025

Abstract

Well-crystallized laumontite has been found for the first time precipitating naturally at the earth's surface at temperatures of 89° to 43°C as a component of gray to white coatings and efflorescences on exterior surface and as precipitates on interior fractures of stones and blocks lining Hot Springs Creek immediately downstream from Sespe Hot Springs, Ventura County, California. X-ray powder diffraction, scanning electron microscope (SEM), and electron microprobe analyses show thenardite to be the dominant phase in the exterior coatings, in association with minor microcrystalline (<50 μm) laumontite and gypsum. Macrocrystalline (>1 mm) laumontite is the dominant phase in interior fracture coatings and is associated with quartz, potassium feldspar, and gypsum. Trace amounts of smectite(?), halite, a mercury sulfide, an iron sulfide, an iron-bearing mineral (possibly an oxide or carbonate), and a copper mineral are also present. Zeolites other than laumontite have not been seen, and carbonate minerals are either entirely or nearly absent. SEM textures indicate nonreactive intergrowths of laumontite, quartz, potassium feldspar, and gypsum. Unbroken laumontite crystals are generally euhedral or have skeletal growth characteristics and exhibit sharp, fresh, non-corroded faces, edges, and corners.

The water issuing from the hottest and largest spring is 89°C, has a pH of 7.74, 1200 mg/liter total dissolved solids, and contains Na+, Cl, SO42-, and H4SiO4 as the dominant dissolved species. Computations indicate that the water is supersaturated with respect to laumontite, quartz, chlorite, and prehnite and is slightly undersaturated with respect to calcite and noncrystalline silica. Water-dominated water-rock interaction is indicated by isotopic analyses. The δO18 composition expectable on the basis of the −81‰ δD composition is −11.38‰ instead of the −9.5‰ actually found (all referred to SMOW). The water chemistry suggests that the subsurface water source may have a temperature of 125°–135°C. This temperature range, together with the regionally low geothermal gradient, implies that the source is probably 3550 to 3900 m beneath the springs in fractured and permeable Mesozoic and older plutonites and gneisses.

The discovery of laumontite crystallizing at atmospheric pressure and 43°C (or lower) provides important insight into the processes responsible for burial diagenetic laumontite and a valuable perspective on the zeolite metamorphic facies.

Резюме

Резюме

Хорошо-выкристаллизированный лаумонтит был найден первый раз натурально осажденным на поверхности земли при температуре 89° до 43°C как компонент серых до белых покрытий и эфлоресценции на внешних поверхностях и как осадки во внутренных трещинах камней и блоков, залегающих Ручей Гейзера непосредственно по течению реки от Сеспе Гейзера, Вентура Область, Калифорния. Анализ при помощи рентгеновской порошковой дифракции, сканирующего микроскопа (SEM) и электронного микроанализатора показал, что тенардит является главной фазой во внешних покрытиях вместе с небольшим количеством микрокристаллического (<50 μм) лаумон-тита и гипса. Макрокристаллический (>1 мм) лаумонтит является главной фазой во внутренних покрытиях трещин и связан с кварцем, калиевым фельдшпатом, и гипсом. Следы смектита(?), галита, сульфида ртути, сульфида железа (возможно окиси или карбоната), и медного минерала тоже присутствуют. Другие цеолиты, чем лаумонтит, не присутствуют. SEM текстуры показывают нереактивные прорастания лаумонтита, кварца, калиевого фельдшпата и гипса. Неразбитые кристаллы лаумонтита обычно являются евэдрическими или имеют характеристики скелетного взроста и проявляют острые, свежие, нескородированные грани, краи и углы.

Вода из самого горячего и самого большого гейзера о температуре 43°C имеет рН равное 7,74 и 1200 мг/литр растворенных твердых тел, а Na+, Cl, SO42−, и H4SiO4 являются главными растворенными веществами. Вычисления указывают на то, что вода перенасыщена по отношению к лаумонтиту, кварцу и прегниту и немного ненасыщена относительно кальцита и некристаллического кремнезема. Изотопный анализ указывает на вододоминирующие взаимодействие воды с породой. Состав δO18, ожидаемый на основе −81‰ δD состава, есть −11,38‰ вместо −9,5‰, найденного в действительности (все относится к SMOW). Химический состав воды указывает на то, что подповерхностные источники воды могут иметь температуру 125°–135°C. Этот диапазон температур вместе с местным низким геотермальным градиентом указывает на то, что источник находится, вероятно, 3550 до 3900 м под гейзером, в трещиноватом и проницаемом мезозойском уровне и более древних плутонитах и гнейсах.

Открытия лаумонтита, кристаллизирующегося при атмосферическом давлении и температуре 62°C (или меньшей) дает возможность лучше понимать процессы, ответственные за глубинный диагенетический лаумонтит, и дает ценную перспективу на метаморфические цеолитовые преобразования. [E.C.]

Resümee

Resümee

Gut kristallisierter Laumontit wurde zum ersten Mal als natürliche Ausfällung an der Erdoberfläche bei Temperaturen von 89° bis 43°C als eine Komponente in grauen bis weißen Oberzügen und Ausblühungen auf Oberflächen und als Ausfällungen auf inneren Bruchflächen von Steinen und Blöcken gefunden, die den Hot Springs Creek unmittelbar unterhalb von Sespe Hot Springs, Ventura County, Kalifornien, begrenzen. Röntgenpulverdiffraktometer-, rasterelektronenmikroskopische (SEM) und Mikrosonden-Untersuchungen zeigen, daß Thenardit in den äußeren Überzügen die häufigste Phase ist zusammen mit geringen Mengen von mikrokristallinem (<50 μm) Laumontit und Gips. Makrokristalliner (>1 mm) Laumontit ist die überwiegende Phase in den Überzügen auf inneren Kluftflächen zusammen mit Quarz, Kalifeldspat und Gips. Geringe Mengen von Smektit(?), Steinsalz, einem Quecksilbersulfid, einem Eisensulfid, einem eisenhaltigen Mineral (möglicherweise ein Oxid oder Karbonat), und einem Kupfermineral sind ebenfalls vorhanden. Andere Zeolithe außer Laumontit wurden nicht beobachtet. Karbonatminerale fehlen entweder vollständig oder nahezu. SEM-Texturen deuten auf eine nicht durch Reaktion bedingte Verwachsung von Laumontit, Quarz, Kalifeldspat, und Gips hin. Unzerbrochene Laumontitkristalle sind im allgemeinen idiomorph oder zeigen Skelettwachstum und haben scharfe, frische, nichtkorrodierte Flächen, Kanten, und Ecken.

Das Wasser von der heißesten und größten Quelle hat eine Temperatur von 43°C, einen pH von 7,74, 1200 mg/liter gelöste Feststoffe und enthält vor allem Na+, Cl, SO42-, und H4SiO4. Berechnungen deuten darauf hin, daß das Wasser im Hinblick auf Laumontit, Quarz, Chlorit, und Prehnit übersättigt ist, während es im Hinblick auf Calcit und nichtkristallinem SiO2 leicht untersättigt ist. Wasserdominierte Wasser-Gestein-Wechselwirkungen werden durch die Isotopenanalyse angezeigt. Die δO18-Zusammensetzung, die aufgrund der −81‰ δD-Zusammensetzung zu erwarten war, beträgt −11,38‰ anstatt der −9,5‰, die tatsächlich gefunden wurden (bezogen auf SMOW). Die Wasserzusammensetzung deutet darauf hin, daß das unterirdische Wasserreservoir eine Temperatur von 125° bis 135°C haben kann. Dieser Temperaturbereich zusammen mit dem niedrigen geothermischen Gradienten in dieser Gegend bedeuten, daß das Reservoir wahrscheinlich 3550 bis 3900 m unter den Quellen in zerbrochenen und durchlässigen mesozoischen und älteren Plutoniten und Gneisen liegt.

Die Beobachtung von Laumontit, der bei Atmosphärendruck und 62°C (oder niedriger) kristallisiert, liefert wertvolle Einblicke in die Prozesse, die für die diagenetische Bildung von Laumontit verantwortlich sind, und wertvolle Hinweise für die metamorphe Zeolithfazies. [U.W.]

Résumé

Résumé

Pour la première fois, la laumonite bien cristallisée a été trouvée précipitant naturellement à la surface de la terre à des températures de 89°C à 43°C, en tant que composant de couches grises et blanches et d'efflorescences sur les surfaces externes de pierres et de blocs le long de Hot Springs Creek et directement en aval de Sespe Hot Springs, Ventura, California, et en tant que précipités sur les fractures intérieures de ces mêmes pierres et blocs. La diffraction poudrée aux rayons-X, le microscope électronique à transmission (SEM) et des analyses de microprobe d’électrons montrent que la thénardite est la phase dominante dans les couches extérieures, en association avec de la laumonite et du gypse microcristallins mineurs (<50 μm). La laumonite macrocristalline (>1 mm) est la phase dominante dans les couches de fractures intérieures et est associée avec du quartz, du feldspar potassique, et du gypse. De petites quantités de smectite(?), de l'halite, un sulfide de mercure, un sulfide de fer, un minéral contenant du fer (possiblement un oxide ou un carbonate) et un minéral de cuivre, sont également présents. Des zéolites autre que la laumonite n'ont pas été observées et les minéraux carbonates sont soit complètement, ou presqu'absents. Les textures SEM indiquent des intercroissances non-réactives de laumonite, de quartz, de feldspar potassique, et de gypse. Les cristaux de laumonite non-brisés sont généralement euhédraux ou ont des caractéristiques de croissance squelettique, et exhibent des faces, des bords, et des coins tranchants, frais et non-corrodés.

L'eau provenant de la source la plus grande et la plus chaude a 43°C, a un pH de 7,74, a 1200 mg/litre de solides dissolus au total, et contient Na+, Cl, SO42−, et H4SiO4 comme espèces dissolues dominantes. Des computations idiquent que l'eau est supersaturée respectivement à la laumonite, le quartz, la chlorite, et la prehnite, et est un peu sous-saturée respectivement au calcite et à la silice non-cristalline. Les interactions dominées par l'eau entre l'eau et la roche sont indiquées par des analyses isotopiques. La composition δO18 à laquelle on pourrait s'attendre basé sur la composition −81‰ δD est −11,38‰, au lieu de −9,5‰ trouvée (toutes referrées à SMOW). La qualité chimique de l'eau suggère que la source d'eau souterraine pourrait avoir une température de 125°–135°C. Cette gamme de températures, avec le gradient géothermal bas de la région, implique que la source est probablement à 3550 à 3900 m sous les sources dans des plutonites et des gneiss mésozoiques fracturées et perméables. La découverte de laumonite cristallisant à la surface à pression atmosphérique et à 62°C (ou à une température plus basse) fournit une vue importante des procédés responsables pour la laumonite diagénétique souterraine et une perspective précieuse du facies métamorphique de zéolite. [D.J.]

Type
Research Article
Copyright
Copyright © 1981, The Clay Minerals Society

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Footnotes

1

Printed with the permission of the Director, U.S. Geological Survey.

References

American Association of Petroleum Geologists, Geologic NamesCorrelations Committee, 1956 Cenozoic correlation section across central Ventura basin from Santa Ynez fault north of Ojai to western Santa Monica Mountains, California.Google Scholar
Averyev, V. V. Noboko, S. I. and Pyp, B. I., (1962) Contemporary hydrothermal metamorphism in regions of active volcanism Dokl. Akad. Nauk SSSR 137 239242.Google Scholar
Barnes, I. Downes, C. J. and Holston, J. R., (1978) Warm Springs, South Island, New Zealand, and their potentials to yield laumontite Amer. J. Sci. 278 14121427.CrossRefGoogle Scholar
Boles, J. R. and Coombs, DS, (1977) Zeolite facies alteration of sandstones of the Southland syncline, New Zealand Amer. J. Sci. 277 9821012.CrossRefGoogle Scholar
Bostick, N. H. Cashman, S. M. McCulloh, T. H. Waddell, C. T. and Oltz, D. F., (1978) Gradients of vitrinite reflectance and present temperature in the Los Angeles and Ventura basins, California Low Temperature Metamorphism of Kerogen and Clay Minerals 6596.Google Scholar
Brook, C. A. Mariner, R. H. Mabey, D. H. Swanson, J. R. Guffanti, M. and Muffler, L. J. P., (1979) Hydrothermal convection systems with reservoir temperatures ⩾90°C Assessment of geothermal resources of the United States—1978 790 1885.Google Scholar
Castano, J. R. and Sparks, D. M., (1974) Interpretation of vitrinite reflectance measurements in sedimentary rocks and determination of burial history using vitrinite reflectance and authigenic minerals Geol. Soc. Amer. Spec. Pap. 153 3152.Google Scholar
Chipping, D. H., (1972) Early Tertiary paleogeography of Central California Amer. Ass. Petrol. Geol. Bull. 53 480493.Google Scholar
Clark, B. L. and Vokes, H. E., (1936) Summary of marine Eocene sequence of western North America Geol. Soc. Amer. Bull. 47 851878.CrossRefGoogle Scholar
Coombs, D. S., (1952) Cell size, optical properties, and chemical composition of laumontite and leonhardite Amer. Mineral. 37 812830.Google Scholar
Coombs, D. S., (1960) Lower grade mineral facies in New Zealand Int. Geol. Cong. Rept. 339351.Google Scholar
Coombs, D. S., (1971) Present status of the zeolite facies Molecular Sieve Zeolites—I 317327.CrossRefGoogle Scholar
Coombs, D. S. Ellis, A. J. Fyfe, W. S. and Taylor, A. M., (1959) The zeolite facies, with comments on the interpretation of hydrothermal syntheses Geochim. Cosmochim. Acta 17 53107.CrossRefGoogle Scholar
Craig, H., (1953) The geochemistry of the stable isotopes Geochim. Cosmochim. Acta 17 5392.CrossRefGoogle Scholar
Crowell, J. C., (1975) The San Gabriel fault and Ridge Basin, southern California Calif. Div. Mines Geol. Spec. Publ. 118 208219.Google Scholar
Dickinson, W. R. and Dickinson, W. R., (1969) Geologic problems in the mountains between Ventura and Cuyama Geologic setting of upper Miocene gypsum and phosphorite deposits, upper Sespe Creek and Pine Mountain, Ventura County, California .Google Scholar
Fournier, R. O., (1977) Chemical geothermometers and mixing models for geothermal systems Geothermics 5 4150.CrossRefGoogle Scholar
Fournier, R. O. and Rowe, J. J., (1966) Estimation of underground temperatures from the silica content of water from hot springs and wet-steam wells Amer. J. Sci. 264 685697.CrossRefGoogle Scholar
Fournier, R. O. and Truesdell, A. H., (1973) An empirical Na-K-Ca geothermometer for natural waters Geochim. Cosmochim. Acta 37 12551275.CrossRefGoogle Scholar
Fournier, R. O. and Truesdell, A. H., (1974) Geochemical indicators of subsurface temperature—part 2, estimation of temperature and fraction of hot water mixed with cold water U.S. Geol. Surv. J. Res. 2 263270.Google Scholar
Fournier, R. O. White, D. E. and Truesdell, A. H., (1974) Geochemical indicators of subsurface temperature—part 1, basic assumptions U.S. Geol. Surv. J. Res. 2 259262.Google Scholar
Ghent, E. D., (1979) Problems in zeolite facies geothermometry, geobarometry and fluid compositions Soc. Econ. Paleontol. Mineral. Spec. Publ. 26 8187.Google Scholar
Givens, C. R., (1974) Eocene molluscan biostratigraphy of the Pine Mountain area, Ventura County, California Univ. Calif. Publ. Geol. Sci. .Google Scholar
Hanna, W. F. Rietman, J. D. and Biehler, S., (1974) Los Angeles Sheet, Bouguer gravity map of California Calif. Div. Mines Geol. .Google Scholar
Helmold, K. P., (1979) Diagenesis of Tertiary arkoses, Santa Ynez Mountains, Santa Barbara and Ventura Counties, California Amer. Ass. Petrol. Geol. Bull. .Google Scholar
Hoare, J. M. Condon, W. H. and Patton, W. W. Jr., (1964) Occurrence and origin of laumontite in Cretaceous sedimentary rocks in western Alaska U.S. Geol. Surv. Prof. Pap. .Google Scholar
Kharaka, Y. K. and Barnes, I., (1973) SOLMNEQ; Solution-mineral equilibrium computations .Google Scholar
Kossovskaya, A. G. and Shutov, V. D., (1958) Zonality in the structure of terrigene deposits in platform and geosynclinal regions Eclogae Geol. Helv. 51 656666.Google Scholar
Lebedev, L. M. and Gorokhova, L. M., (1968) Minerals now being formed in technical installations at Pauzhetka, Kamchatka Dokl. Akad. Nauk SSSR 182 148150.Google Scholar
Liou, J. G., (1971) Stilbite-laumontite equilibrium Contr. Mineral. Petrol. 31 171177.CrossRefGoogle Scholar
Liou, J. G., (1971) P-T stabilities of laumontite, wairakite, lawsonite, and related minerals in the system CaAl2Si2O8-SiO2-H2O J. Petrol. 12 379411.CrossRefGoogle Scholar
Madsen, B. M. and Murata, K. J., (1970) Occurrence of laumontite in Tertiary sandstones of the Central Coast Ranges, California U.S. Geol. Surv. Prof. Pap. D188D195.Google Scholar
McCulloh, T. H., (1981) Mid-Tertiary laumontite isograd offset 37 km by left-lateral strike-slip on Santa Ynez Fault, California Amer. Ass. Petrol. Geol. Bull. .Google Scholar
McCulloh, T. H. Beyer, L. A. and Cook, H. E., (1979) Geothermal gradients: in Geologic studies of the Point Conception deep statigraphic test well OCS-CAL 78–164 No. 1, outer continental shelf, southern California, United States U.S. Geol. Surv. Open-File Rep. 4348.Google Scholar
McCulloh, T. H. Cashman, S. M. Stewart, R. J. and Oltz, D. F., (1978) Diagenetic baselines for interpretive reconstructions of maximum burial depths and paleotemperatures in clastic sedimentary rocks Low Temperature Metamorphism of Kerogen and Clay Minerals 1846.Google Scholar
McCulloh, T. H. and Stewart, R. J., (1979) Subsurface laumontite crystallization and porosity destruction in Neogene sedimentary basins Geol. Soc. Amer. Abstracts with Programs 475.Google Scholar
Merino, E., (1975) Diagenesis in Tertiary sandstones from Kettleman North Dome, California. I. Diagenetic mineralogy J. Sediment. Petrol. 45 320336.Google Scholar
Merrill, W. R., (1954) Geology of the Sespe Creek-Pine Mountain area, Ventura County Geology of Southern California, Calif. Div. Mines Bull. .Google Scholar
Miyashiro, A. and Shido, F., (1970) Progressive metamorphism in zeolite assemblages Lithos 3 251260.CrossRefGoogle Scholar
Nagle, H. E. and Parker, E. S., (1971) Future oil and gas potential of onshore Ventura basin, California Future Petroleum Provinces of the United States—Their Geology and Potential 1 254297.Google Scholar
Nilsen, T. H. and Clarke, S. H. Jr., (1975) Sedimentation and tectonics in the early Tertiary continental borderland of Central California U.S. Geol. Surv. Prof. Pap. .CrossRefGoogle Scholar
Otalara, G., (1964) Zeolites and related minerals in Cretaceous rocks of East-Central Puerto Rico Amer. J. Sci. 262 726734.CrossRefGoogle Scholar
Panichi, C. and Gonfiantini, R., (1978) Environmental isotopes in geothermal studies Geothermics 6 143161.CrossRefGoogle Scholar
Petrova, V. V. and Naboko, S. I., (1970) Zeolites of the Paratunskii formation Mineralogy of the Hydrothermal Systems of Kamchatka and the Kurile Islands 97116.Google Scholar
Presser, T. S. and Barnes, I., (1974) Special techniques for determining chemical properties of geothermal water U.S. Geol. Surv. Water Resources Inv. .Google Scholar
Renner, J. L. White, D. E. and Williams, D. L., (1975) Hydrothermal convection systems Assessment of Geothermal Resources of the United States—1975 726 557.Google Scholar
Rusinov, V. L., (1965) Findings of prehnite and clastic nature of epidote in regions of hydrothermal metamorphism today Int. Geol. Rev. 8 731738.CrossRefGoogle Scholar
Rust, B. R., (1966) Late Cretaceous paleogeography near Wheeler Gorge, Ventura County, California Amer. Ass. Petrol. Geol. Bull. 50 13891398.Google Scholar
Seki, Y. Onuki, H. Okumura, K. and Takashima, I., (1969) Zeolite distribution in the Katayama geothermal area, Onikobe, Japan Japan. J. Geol. Geogr. 40 6379.Google Scholar
Stalder, P. J., (1979) Organic and inorganic metamorphism in the Taveyannaz sandstone of the Swiss Alps and equivalent sandstones in France and Italy J. Sediment. Pet. 49 463482.Google Scholar
Stearns, N. D. Stearns, H. T. and Waring, G. A., (1937) Thermal springs in the United States U.S. Geol. Surv. Water Supply Pap. 59191.Google Scholar
Vedder, J. G. Dibblee, T. W. Jr. and Brown, R D Jr, (1973) Geologic map of the Upper Mono Creek-Pine Mountain area, California U.S. Geol. Surv. Map .Google Scholar
Waring, G. A., (1915) Springs of California U.S. Geol. Surv. Water Supply Pap. .Google Scholar
White, D. E. Barnes, I. and O’Neil, J. R., (1973) Thermal and mineral waters of nonmeteoric origin, California Coast Ranges Geol. Soc. Amer. Bull. 84 547560.2.0.CO;2>CrossRefGoogle Scholar
Yakowitz, H. Myklebrust, R. L. and Heinrich, K. F. J., (1973) FRAME—an on-line correction procedure for quantitative electron microprobe microanalysis Nat. Bur. Stand. Tech. Note .CrossRefGoogle Scholar
Zen, E.-An. (1974) Burial metamorphism Can. Mineral. 12 445455.Google Scholar
Zen, E.-An. and Thompson, A. B., (1974) Low grade regional metamorphism: mineral equilibrium relations Ann. Rev. Earth Planet. Sci. 2 179212.CrossRefGoogle Scholar