Geochemistry and Mineralogy of an Unusual Diabase Saprolite Near Columbia, South Carolina

Abstract

Empirical reaction progress diagrams showing the trends of major element oxide concentrations (in g/cm³) as functions of bulk density for a diabase saprolite reveal discontinuities in the trends of Al₂O₃, MgO, H₂O+, and nonextractable Fe₂O₃. The discontinuities coincide with discontinuities in the trends of (1) the kaolinite-smectite 001 peak-intensity ratio, (2) the smectite 002-001 peak intensity ratio, and (3) the smectite basal spacing as functions of bulk density. The discontinuities are apparently related to redox conditions in the weathering profile because they occur at a depth where siderite veins first appear in the saprolite. Oxidizing conditions in the upper part of the profile appear to have favored the formation of Ferich smectite over kaolinite, whereas reducing conditions deeper in the profile favored the formation of kaolinite over Al-rich smectite. These results indicate that where geochemical conditions favor retention of Fe over Al, smectites can form in preference to kaolinite or gibbsite even under conditions of strong leaching.

Резюме

Диаграммы прогресса эмпирических реакций, демонстрирующие тенденции концентраций элементарных окисей (г/см³) как функции основной плотности для диабазового сапролита, показали нарушение непрерывности тенденции Аl₂O₃, МgО, Н₂О⁺, и неэкстрагирующегося Fе₂O₃. Это нарушение непрерывности соответствует нарушению непрерывности тенденции (1) соотношения интенсивности пика 001 каолинита-смектита, (2) соотношения интенсивности пиков 002-001 смектита, и (3) основного расстояния смектита как функции плотности. Эти нарушения непрерывности связаны, очевидно, с условиями восстановления-окисления в профиле выветривания, так как они выступают на глубине, на которой в сапролите первый раз появляются жилы сидерита. Условия окисления в верхней части профиля показывают, что формирование смектита богатого Fe, более вероятно, чем формировение каолинита, в то время как условия восстановления на большой глубине в профиле способствовали формированию каолинита более, чем смектита богатого Аl. Эти результаты показывают, что если геохимические условия способствуют сохранению Fe более, чем Аl, формирование смектита является предпочтительнее, чем формирование каолинита или гиббсита, даже в условиях сильного выщелачивания. [Е.С.]

Resümee

Empirische Reaktionsdiagramme, die die Trends der Hauptelementkonzentrationen (in g/cm³) in Abhängigkeit von der Durchschnittsdichte eines Diabassaproliten darstellen, zeigen Diskontinuitäten in den Trends von Al₂O₃, MgO, H₂O+, und nichtextrahierbarem Fe₂O₃. Dièse Diskontinuitäten fallen mit denen in den folgenden Trends zusammen: (1) 001-Peakintensitätsverhältnis von Kaolinit und Smektit, (2) 002/001-Peakintensitätsverhältnis von Smektit, (3) Basisabstand des Smektits als Funktion der Durchschnittsdichte. Diese Diskontinuitäten hängen offensichtlich mit den Redox-Bedingungen im Verwitterungsprofil zusammen, da sie in einer Teife auftreten, in der zum ersten Mal Siderit-Adern im Saprolit auftreten. Oxidierende Bedingungen im oberen Tell des Profils scheinen die Bildung von Fe-reichem Smektit gegenüber Kaolinit begünstigt zu haben, während reduzierende Bedingungen in den tieferen Teilen des Profils die Bildung von Kaolinit gegenüber Al-reichem Smektit förderten. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, daß dort, wo die geochemischen Bedingungen Fe mehr zurückhalten als Al, Smektite gegenüber Kaolinit und Gibbsit bevorzugt gebildet wird, selbst bei Bedingungen mit starker Auslaugung. [U.W.]

Résumé

Des diagrammes empiriques de progrès de réactions montrent les tendances de concentrations majeures de l’élément oxide (en g/cm³) en tant que fonctions de densité de masse pour une saprolite diabase révèlent des discontinuités dans les tendances d'Al₂O₃, MgO, H₂O+, et de Fe₂O₃ qui ne peut être extrait. Les discontinuités coincident avec des discontinuités dans les tendances de (1) la proportion d'intensité de sommet kaolinite-smectite 001, (2) la proportion d'intensité de sommet smectite 002-001, et (3) l'espacement de base de la smectite, en tant que fonctions de la densité de masse. Ces discontinuités sont apparemment apparentées à des conditions redox dans le profil d'altération, parcequ'elles se trouvent à une profondeur où les veines de sidérite apparaissent pour la première fois dans la saprolite. Des conditions oxydantes dans la partie supérieure du profil semblent avoir favorisé la formation de smectite fiche en Fe aux dépens de la kaolinite, alors que des conditions réduisantes plus has dans le profil ont favorisé la formation de kaolinite aux dépens de la smectite fiche en Al. Ces résultats indiquent qu'où les conditions géochimiques favorisent la rétention de Fe aux dépens d'Al, des smectites peuvent etre formées en préference à la kaolinite ou à la gibbsite, même sous des conditions de lessivage sévére. [D.J.]