Clay mineral diagenesis in two East African lake sediments

Abstract

The vertical clay mineral distribution pattern in two sediment cores taken from two East African lakes has been studied in detail. In the core from Lake Albert (Mobutu Sese Seko) a clay assemblage consisting principally of smectite with some illite and kaolinite in the uppermost segment of the core changed with depth into first a mixed-layer illite-smectite dominated clay and then at 6·60 m into an iltite dominated clay. Lower in the core there was again a transition towards interlayer mixtures, and in the bottom segment towards smectite. These changes are interpreted as a diagenetic transformation of smectite into illite, effected by saline palaeo-lake water with an unusually high K/Na ratio. Three smectite→illite-smectite→illite transition cycles were recognized in a 56 m deep sediment core from Lake Manyara. The sections in which illite dominated contained silt-sized analcime, while those with interlayer mixtures contained alkaline zeolites. The diagenetic illitization of smectite appeared to parallel the process of analcime formation, the K necessary for illitization being released during K,Na-zeolite→analcime transformation. These occurrences suggest that high temperature and pressure may not constitute absolute prerequisites for the diagenetic illitization of smectite.

Kurzreferat

Die Tonmineralverteilung in Sedimentkernen aus zwei ostafrikanischen Seen wurde untersucht.

In dem Sediment-Kern aus dem Albert-See findet sich im oberen Bereich hauptsächlich Smektit zusammen mit wenig Illit und Kaolinit. Mit der Tiefe verändert sich die Tonmineralzusammensetzung über eine Illit-Smektit-Wechsellagerung bis zu einem im wesentlichen aus Illit bestehenden Bereich. Zum Kernende hin tritt wieder eine Illit-Smektit-Wechsellagerung und schließlich dominierend Smektit auf. Diese Abfolge wird als diagenetische Umwandlung von Smektit in Illit interpretiert, begünstigt durch ein ungewöhnlich hohes K/Na-Verhältnis des salinen Paläo-Seewassers.

Drei Smektit→Illit/Smektit→Illit Umwandlungszyklen wurden in einem 56 m langen Kern aus dem Manyara-See gefunden. Analcim findet sich in den Illit-Intervallen, während Alkalizeolithe bei Illit-Smektit-Wechsellagerung auftreten.

Die diagenetische Illitisierung von Smektit und die Bildung von Analcim scheinen zwei parallel verlaufende Vorgänge zu sein. Das für die Illitisierung benötigte Kalium wird durch die Umwandlung von K, Na-Zeolithe in Analcim freigesetzt. Diese Vorkommen lassen vermuten, daß hoher Druck und Temperaturen nicht unbedingt als absolute Voraussetzung für die diagenetische Illitisierung von Smektit anzusehen sind.

Résumé

La distribution verticale des minéraux argileux dans deux carottes sédimentaires provenant de deux lacs d'Afrique orientale a fait l'object d'une étude détaillée. Dans la carotte provenant du lac Albert (Mobutu Sese Seko), un assemblage argileux principalement constitué de smectite avec une certaine proportion d'illite et de kaolinite dans le segment supérieur se transforme, à mesure que la profondeur augmente, tout d'abord en argile à couches mixtes à pédominance d'illite-smectite, puis, à 6,60 m, en argile à prédominance d'illite. Plus bas dans la carotte, on constate une nouvelle transition vers des matériaux mixtes interstratifiés et, dans le segment inférieur, vers la smectite. Ces changements s'interprètent comme résultant d'une transformation diagénétique de la smectite en illite, causée par l'eau salée paléo-lacustre, dont la teneur en K/Na est exceptionnellement élevée. Trois cycles de transition smectite→illite/smectite→illite on été identifiés dans une carotte sédimentaire de 56 m de profondeur provenant du lac Manyara. Les sections dans lesquelles l'illite est prédominante contiennent de l'analcime de granulométrie fine, alors que celles qui sont constituées de matériaux mixtes interstratifiés contiennent des zéolites alcalines. L'illitisation diagénétique de la smectite semble être parallèle au processus de formation d'analcime, le K nécessaire à l'illitisation étant libéré au cours de la transformation zéolite K-Na→analcime. Ces observations suggèrent que des niveaux élevés de température et de pression ne constituent peut-être pas des conditions préalables absolues pour l'illitisation diagénétique de la smectite.

Resumen

Se ha estudiado en detalle la forma de distribución vertical de minerales de arcilla en dos testigos de sedimentos obtenidos de dos lagos del Africa oriental. En el testigo del Lago Alberto (Mobutu Sese Seko) una asociación de arcillas consistente principalmente en esmectita con algo de illita y caolinita en el segmento más alto testigo cambiaba al aumentar la profundidad, convirtiéndose primero en una capa mixta de arcilla dominada por illita-esmectita y luego, a 6·60 m, una arcilla dominada por la illita. Más abajo en el testigo había otra vez una transición hacia mezclas interlaminares, yen el segmento del fondo hacia la esmectita. Estos cambios se interpretan como una transformación diagenética de esmectita a illita, efectuada por el agua salina del paleolago con una proporción de K/Na inusitadamente alta. Se han reconocido tres ciclos de transición de esmectita→illita/esmectita→illita en un testigo de sedimentos de 56 m de profundidad del Lago Manyara. Las secciones en las que dominaba la illita contenían analcita de tamaño de limo, mientras que las que tenían mezclas interlaminares contenían ceolitas alcalinas. La illitización diagenética de la esmectita parecía ser paralela al proceso de formación de la analcita, con liberación del K necesario para la illitización durante la transformación K, Na-ceolita analcita. Estos acontecimientos sugieren que la temperatura y presión elevadas puede que no constituyan requisitos primordiales absolutos para la illitización diagenética de la esmectita.