Zeolite Diagenesis Below Pahute Mesa, Nevada Test Site

Abstract

The Tertiary silicic volcanic rocks in the Silent Canyon Caldera beneath Pahute Mesa, of the Department of Energy's Nevada Test Site have been divided into three vertical mineralogical zones that vary in thickness and transgress stratigraphic boundaries. Zonal contacts are generally sharp. Zone 1, the uppermost zone, includes unaltered or incipiently altered rhyolitic glass. Zone 2 is characterized by a predominance of clinoptilolite and subordinate amounts of smectite, cristobalite, and mordenite. Zone 3 is a complex mineral assemblage that includes analcime, quartz, calcite, authigenic K-feldspar and albite, kaolinite, chlorite, and mixed-layer illite/smectite. The mixed-layer clay shows an increase in ordering and a decrease in expandability with depth.

Shortly after deposition and after shallow burial, hydration of relatively impermeable, highly porous vitric rocks resulted in the rapid formation of the Zone 2 assemblage (except mordenite). This stage of alteration resulted in a net porosity loss and negligible mass transfer. Continued burial and rise in temperature led to a dehydration stage in which the Zone 2 assemblage was replaced by the Zone 3 minerals. The dehydration stage resulted in a porosity increase and an increase in permeability of several orders of magnitude. This process, like the earlier reactions, also conserved mass. Precipitation of mordenite followed the formation of this zonal configuration. The diagenetic zones below Pahute Mesa were caused by: (1) changing pore-water chemistry in an essentially closed hydrologic system; (2) disequilibrium or kinetic precipitation of metastable phases; and (3) a higher thermal gradient than that now present.

Резюме

Тетричные кремнеземные вулканические породы в Тихом Каньоне Кальдера ниже Пагуте Меса, на месте испытаний Отдела Энергии штата Невады, были подразделены на три вертикальные минералогические зоны, с разными толщинами и нарушенными стратиграфичесдими границами. Зональные контакты являются обычно определенными. Зона 1, самая высокая зона, включает неизмененное или измененное в начальной стадии реолитическое стекло. Зона 2 характеризуется наличием преимущественно клиноптилолита и умеренного количества смектита, кристобаллита и морденита. Зона 3 характеризуется сложным минералогическим составом, который включает анальцим, кварц, кальцит, аутигенный К-фельдшпат, и альбит, каолинит, хлорит, и смешано-слойный иллит/смектит. Смешано-слойная глина выявляет увеличение упорядоченности и уменьшение способности разбухания с глубиной.

В течение короткого времени после осаждения и неглубокого погребения результатом гидратации относительно непроицаемых высоко пористых стеклянных пород было быстрое образование состава Зоны 2 исключая морденит. Результатом этой стадии перемены была потеря пористости нетто и пренебрежимо малый перенос массы. Продолжающееся погребение и всрост температуры приводили к стадии дегидратации, в которой минералы Зоны 2 были заменены минералами Зоны 3. Результатом стадии дегидратации было увеличение пористости и проницаемости на несколько порядков. Этот процесс, как и более ранние реакции, также происходил с сохранением массы. Осаждение морденита наступало после образования этого зонального состава. Диагенетические зоны ниже Пагуте Меса были результатом: (1) изменяющейся химии поровой воды в основном замкнутой гидрологической системе; (2) неравновесия или кинетического осаждения метастабильных фаз; и (3) более высокого термального градиента, присутствующего ранее. [E.C.]

Resümee

Die tertiären SiO₂-reichen vulkanischen Gesteine in der Silent Canyon Caldera unter Pahute Mesa, Department of Energy's Nevada Test Site, wurden in 3 vertikale mineralogische Zonen geteilt, die in der Dicke variieren und über stratigraphische Grenzen gehen. Die Grenzen zwischen den einzelnen Zonen sind im allgemeinen scharf. Die Zone 1, die oberste Zone, enthält unverändertes oder kaum verändertes rhyolithisches Glas. Die Zone 2 wird durch ein Vorherrschen von Klinoptilolit charakterisiert, untergeordnet treten Smektit, Cristobalit, und Mordenit auf. Die Zone 3 ist eine vielfältige Mineralvergesellschaftung, die Analcim, Quarz, Calcit, authigenen K-Feldspat, und Albit, Kaolinit, Chlorit, und Illit-Smektit-Wechsellagerungen enthält. Die Wechsellagerung zeigt mit zunehmender Tiefe eine zunehmende Ordnung und eine Abnahme der Quellfähigkeit.

Kurz nach der Ablagerung und nach einer geringen überdeckung führte die Hydratation der relativ durchlässigen, stark porösen glasigen Gesteine zu der raschen Bildung der Mineralvergesellschaftung der Zone 2 (mit Ausnahme von Mordenit). Dieses Umwandlungsstadium führte zu einer Abnahme der Porosität und zu einem vernachlässigbaren Stofftransport. Fortschreitende Überdeckung und Temperaturanstieg führten zu einem Dehydratationsstadium, in dem die Mineralvergesellschaftung der Zone 2 durch die Minerale der Zone 3 ersetzt wurde. Das Dehydratationsstadium führte zu einer Porositätszunahme und einer Zunahme der Durchlässigkeit um einige Größenordnungen. Dieser Prozeß verursachte, wie auch die früheren Reaktionen, keinen Stofftransport. Nach dieser zonaren Anordnung folgt die Fällung von Mordenit. Die diagenetischen Zonen unter Pahute Mesa wurden verursacht durch: (1) Veränderungen im Chemismus des Porenwassers in einem nahezu geschlossenen hydrologischen System; (2) Ungleichgewichts- oder kinetische Fällung metastabiler Phasen, und (3) einen höheren geothermischen Gradienten als er jetzt vorhanden ist. [U.W.]

Résumé

Les roches siliciques volcaniques tertiaires dans le Silent Canyon Caldera sous Mesa Pahute, du site de tests du département d’énergie dans le Nevada ont été divisées en trois zones minéralogiques verticales qui varient en épaisseur et qui transgressent les frontières stratigraphiques. Les contacts entre zones sont généralement marquées. Zone 1, celle du dessus, comprend du verre rhyolitique soit non-altéré, soit commençant à être altéré. La zone 2 est caractérisée par une prédominance de clinoptilolite, et des quantités subordonnées de smectite, de cristobalite, et de mordénite. Zone 3 est un assemblage minéral complexe comprenant de l'analcime, du quartz, de la calcite, de la feldspath-K et de l'albite authigéniques, de la kaolinite, de la chlorite, et de l'illite/smectite à couches mélangées.

Peu après la déposition et après un enterrement peu profond, l'hydration de roches vitriques imperméables et très poreuses a résulté en la formation rapide de l'assemblage de la zone 2 (à part la mordénite). Ce stage de l'altération a résulté en une perte nette de porosité et un transfert de masse négligeable. L'enterrement prolongé et une hausse de température a mené à un stage de déshydration auquel l'assemblage de la zone 2 a été remplacé par les minéraux de la zone 3. Le stage de déshydration a résulté en un accroissement de plusieurs ordres de grandeur de la perméabilité. Ce procédé, comme les réactions précédentes, a aussi conservé la masse. La précipitation de mordénite a suivi la formation de cette configuration zonale. Les zones diagénétiques sous Mesa Pahute ont été causées par: (1) un changement de chimie pore-eau dans un système hydrologique essentiellement fermé; (2) un déséquilibre ou la précipitation kinétique de phases métastables; et (3) un gradient thermal plus élevé qu'il ne l'est à présent. [D.J.]