Dickite and Kaolinite in Pennsylvanian Limestones of Southeastern Kansas

Abstract

Dickite and kaolinite are polymorphs of Al₄(Si₄O₁₀)(OH)₈. Dickite traditionally is regarded as hydrothermal, based on field and laboratory evidence. Dickite and kaolinite occur in cavities in phylloid algal limestones, in interstices of biocalcarenites and sandstones, and along joints, fractures, and stylolites, in Pennsylvanian rocks exposed throughout 9600 square miles of southeastern Kansas. The stratigraphic interval of approximately 1100 ft extends from the Fort Scott Limestone (Desmoinesian) through the Lecompton Limestone (Virgilian). The best crystallized dickites are found in porous algal limestones as pockets of glistening white powder composed of well developed pseudohexagonal plates up to 40 μ across. Very well crystallized kaolinites occur similarly, except the crystals are much smaller. Less well crystallized dickites and b-axis disordered kaolinites occur in less porous rocks. Variations in crystal size and morphological development are genetically significant.

Dickite-kaolinite distribution is related to: (1) stratigraphic alternation of limestones and impervious shales; (2) gentle, westward regional dip; (3) thick, mound-like buildups of highly porous algal limestones, miles in length and width; (4) igneous intrusions (early Tertiary?) in Woodson and Wilson counties. Dickite is confined to an elliptical area 125 miles long northeast-southwest, extending 60 miles eastward from the intrusions. Dickite is associated preferentially with porous algal mounds. Kaolinite occurs in less porous rocks within the dickite area, and also is abundant well beyond. Heated groundwaters, possibly mixed with magmatic waters, moved readily up-dip and along strike outward from the intrusions through the conduit-like algal mounds; dickite was deposited from such solutions. Where water movement was restricted or where water had travelled tens of miles from the intrusions, water temperature fell below the limit for dickite crystallization, and kaolinite precipitated instead. Kansas dickite, unlike most other reported dickites, formed in rocks that were neither deeply buried nor extensively altered hydrothermally.

Résumé

Le dickite et le kaolinite sont des polymorphes de Al₄(Si₄O₁₀)(OH₈). Le dickite est traditionnellement considéré comme hydrothermique, fondement qui s’appuie sur une évidence réelle et expérimentale. Le dickite et le kaolinite se trouvent dans des cavités des calcaires phylloïdes gonimiques, dans les interstices des biocalcarénites et des grès, et le long des joints, des cassures et des stylolites, dans les rocs de Pensylvannie qui s’étendent sur 25.000 km₂ dans le sud-est du Kansas. L’intervalle stratigraphique d’environ 1000 m. s’étend des calcaires de Fort Scott (dans le Desmoine) à travers les calcaires de Lecompton (en Virgilie). Les dickites les mieux cristallisés ont été trouvés dans les calcaires poreux gonimiques en poches poudre d’un blanc étincelant composée de plaques pseudohexagonales bien développées de jusqu’à 40 μ. de large. Du kaolinite très bien cristallisé s’est trouvé de façon similaire, mais les cristaux étaient beaucoup plus petits. On trouve des dickites bien moins cristallisés et des kaolinites (axe b désordonné) dans des roches moins poreuses. Les variations dans la grandeur du cristal et le développement morphologique sont significatifs au point de vue génétique.

La distribution du dickite-kaolinite est liée à: (1) l’alternance stratographique du calcaire et des argiles schisteuses imperméables; (2) une dénivellation douce vers l’ouest; (3) des monticules épais de calcaires gonimiques fortement poreux, s’étendant sur des kilomètres en longueur et en largeur; (4) des intrusions ignées (du début du terciaire) des les provinces de Woodson et de Wilson. Le dickite est confiné dans une zone elliptique de 200 km de long, nord-est-sud-ouest, s’étendant sur 100 km à l’est de la zone des intrusions. Le dickite est associé de préférence aux monticules gonimiques poreux. Le kaolinite apparaît des roches moins poreuses à l’intérieur de la zone de dickite, et aussi abondamment l’extérieur de cette zone. Les nappes souterraines d’eau chaude, mélangées sans doute aux eaux magmatiques, s’est élevée des dénivellations et le long des minerals vers l’extérieur à partir des intrusions à travers les monticules gonimiques en forme de conduit; le dickite a été déposé par de telles solutions. Quand le mouvement de l’eau était restreint ou quand l’eau avait parcouru des dizaines de kilomètres à partir des intrusions, sa température tombait au-dessous de la limite pour la cristallisation du dickite et c’est le kaolinite qui fut précipité à la place. Le dickite du Kansas, au contraire de la plupart des autres dickites, s’est formé dans des roches qui n’étaient jamais profondes et qui n’avaient pas subi d’altérations thermiques.

Kurzreferat

Dickit und Kaolinit sind Polymorphe der Zusammensetzung Al₄(Si₄O₁₀)(OH)₈. Auf Grund praktischer sowie laboratoriumsmässiger Erfahrungen wird Dickit üblicherweise als hydrothermal angesehen. Dickit und Kaolinit kommen in Aushöhlungen von blattähnlichen Algalkalksteinen, in den Ritzen von Biocalcareniten und Sandsteinen und entlang der Spalte, Risse und Styloliten, freiliegend in den pennsylvanishen Felsen über 9600 Quadratmeilen im südöstlichen Kansas vor. Der stratigraphische Zwischenraum von etwa 1100 Fuss erstreckt sich von dem Fort Scott Kalkstein (Desmoinesian) bis zum Lecompton Kalkstein (Virgilian). Die best kristallisierten Dickite werden in den porösen Algalkalksteinen in der Form von taschenartigen Einschlüssen eines glänzenden weissen Pulvers, das aus gut ausgebildeten pseudohexagonalen Plättchen von bis zu 40 μ Breite besteht, vorgefunden. Sehr gut kristallisierte Kaolinite kommen unter ähnlichen Bedingungen vor, die Kristalle sind abet hier viel kleiner. Weniger gut kristallisierte Dickite, und im Hinblick auf die b-Achse unregelmässige Kaolinite, kommen im weniger porösen Gestein vor. Unterschiede in Kristallgrösse und morphologischer Entwicklung sind von genetischer Bedeutung.

Die Dickit-Kaolinit Verteilung steht im Zusammenhang mit (1) dem stratigraphigchen Wechsel von kalkstein und undurchdringlichen Schiefern; (2) den sanften westlichen Bodensenkungen; (3) den mächtigen, hügelförmigen Gebilden von hochporösem Algalkalkstein von Meilenlänge und -breite; (4) den eruptiven lntrusionen (frühes Tertiär) in den Woodson und Wilson Kreisen. Dickit ist begrenzt auf ein ellipsenförmiges Gebiet von 125 Meilen Nordost/Südwest Länge, das sich 60 Meilen östlich der Intrusionen erstreckt. Dickit ist vorzugsweise mit porösen Algalhügeln assoziiert. Kaolinit kommt in weniger porösen Gesteinen innerhalb der Dickit Gebiete vor, ist aber auch darüber hinaus an zahlreichen Stellen vorzufinden. Angewärmte Grundwässer, möglicherweise vermischt mit Magmawässern, bewegten sich ohne weiteres an der Bodensenkung aufwärts und entlang der Streichrichtung auswärtz von den Intrusionen zu den kanalartigen Algalhügeln. Der Dickit lagerte sich aus derartigen Lösungen ab. Wo die Bewegung des Wassers behindert war, oder bei Bewegungen des Wassers über eine beträchtliche Entfernung von den Intrusionen hinweg, sank die Wasserttemperatur unter die Kristallisationsgrenze des Dickits, und es kam anstatt dessen zu einem Niederschlag von Kaolinit. Der Kansas Dickit, im Gegensatz zu den meisten anderen bekannten Dickitvorkommen, bildete sich in Gestein, das weder tief vergraben noch weitgehend hydrothermal verändert war.

Резюме

Диккит и каолинит это полиморфные вещества Аl4SiО10) (ОН)8. На основании полевых и лабораторных показаний принято считать, что диккит является гидротермическим материалом. Диккит и каолинит встречаются в полостях филоидных водорослевых известняков, в расселинах биокалькаренитов и песчаников, а также вдоль соединений, трешин истилолитов в пенсильванских породах, которые обнажены по всем 9600 квадратным милям юго-восточного Канзаса. Стратиграфический интервал в прибл. 1100 футов (335 метров) простирается от известняка форт Скотт (де-Мойн) до известняка Лекомптон (Вирджилия). Наилучшие кристаллизованные диккиты находятся в пористых водорослевых известняках в виде залежей блестящего белого порошка, состоящих из хорошо развитых псевдошгстиугольных листов шириной до 40μ. Очень сильно кристаллизованные каолиниты встречаются сходно, но с той разницей, что кристаллы значительно меньше. Слабее кристаллизованные диккиты и беспорядочные по оси Ь-каолиниты находятся в менее пористых породах. Изменения в размере кристалла и в морфологическом развитии имеют генетическое вначение.

Распределение диккита-каолинита зависит (1) от стратиграфической перемежаемости известняков и водонепроницаемых сланцев; (2) от пологого местного падения в западном направлении; (3) от толстых наращиваний в виде бугров высокопористых водорослевнх известняков длиной и шириной по несколько километров; (4) от интрузий вулканического происхождения (ранее третичного периода?) в графствах Вудсон и Вилсон. Местонахождение диккита ограничено в эллиптическом участке длиной прибл. 200 km (125 миль) с северо-востока на юго-запад и простирающемся на 96 km (60 миль) на ВОСТОК ОТ интрузий. Диккит предпочтительно ассоциируем с пористыми водорослевыми буграми. Каолинит встречается в менее пористых породах в районе диккита, а также в крупном количестве за его пределами. Нагретые грунтовые воды, вероятно смешанные с магматическими водами, легко движутся по восстанию и наружу по простиранию от интрузий через трубоподобные водорослевые бугры; диккит был отложен из таких растворов. Там, где движение воды ограничено или где вода прошла десятки километров от интрузий, температура ее падает ниже уровня для кристаллизации диккита и вместо этого осаждался каолинит. Канзасские диккиты, в отличии от большинства иных известных диккитов, образовываются в породах, которые не были глубоко засыпаны или-же не были в значительной степени изменены гидротермически.