KRZYSZTOF SZAMALEK Wydzial Geologii UW
BADANIA IZOTOPOWE PIZOLITOWYCH KAOLINOW Z OKOLIC ASUANU (EGIPf)
Przedstawione w niniejszym artykule wyniki sll ~s ~ szerszych badati nad genezll, i mineralogill kaolinow pizolitowych. Wykorzystano w nich probki pocho~ce z roi:nych regionow Afryki, Ameryki P6hlocnej oraz Buropy. W pracy zwr6cono r6wniei: uwag~ na sklad izotop6w tlenu i wodoru ~l!Cych wai:nym zrodlem informacji w rozwai:aniach nt genezy skal ilastych.
Badaniami obj~to prom. skal ilastych (ok. 2,5 m mi~ szosci) pochodzl!Cych z rejonu zwanego Central Wadi K.alabsha, leZ~go okolo 100 km SW od Asuanu (ryc. 1). Probki skal pobrane zostaly z naturalnych odsloni~ oraz staryeh wyrobisk gorniczyeh. W stropie profjJu wystwuje pokrywa drobnoziarnistego piaskowca i:elazistego barwy wiSniowej, ponii:ej ktorej lei:ll kaoliny zawierajlf,Ce makro-skopowe widoczne pizoidy (ryc. 2). Intensywnosc zabar-wienia kaolinow zmniejsza si~ ku sPllgowi profilu
prze-1
~
21"vv~
3D
4fS1 5*
Rye. J. LokaJizacja obsZQI'U badmi na tie uproszezonej mapy geologicznej (9)
1 - gomokredowo-trzecio~owe osady morskie, 2 -
wuI-kanity Wadi Natash (g6ma kreda), 3 - osady Nubian Group, 4 - podloZe krystaliczne, 5 - miejsce pobrania probek
kaoli-now pizolitycznych
Fig. 1. The simplified geological map o/investigated area (9) 1 - Marine Upper Cretaceous to Tertiary sediments, 2 - Wadi Natash volcanics (Upper Creta.-:e<>us), 3 - Nubian Group
sediments, 4 - basement, 5 - sampled area 420
UKD 552.525.08:546.02(620) ehodzl!e od czerwonawej do kremowobialej z rdzawo podkreslonymi pizoidami. Kaoliny pizolitowe nale2'.ll do gomokredowej (doliny turon) formacji Abu Agag wyroi:-nionej przez E. Klitzseha (12) w obr~bie Nubia Sandstone Series (1).
Wykonano badania lliineralogiezne i chemiczne pro-bek skal oraz oznaczono w nich sklad izotopOw tlenu i wodoru, stosujl!C zmodyfikowan~ metod~ opracowanl! przez C. Ken~a i T.B. Coplena (11), R.N. Claytona i T.K. Mayeda (5) oraz M.L. Colemana i in. (6). Teoretycz-ne podstawy frakcjonowania stabilnych izotopow w mi-neralaeh ilastych zostaly przedstawione w pracach J.R. O'Neila (14,15) oraz S.M. Savina i M.
Lee
(17). Wartosci ~180 i ~D okreSlano na spektrometrze masowym MAT Delta Finigan w laboratorium Geologii Izotopowej prof. Edwarda Ripleya Indiana University (USA).WYNIKI BADAN
Kaolinit jest dominujl!Cym skladnikiem mineralnym kaolinu, przy czym jego zawartosc w dolnej ~ profi-lu jest najwi~ksza (tab. I). Kaolinit wykazuje wysoki stopieti upol"ZlJ:dkowania struktury, bowiem wskainik krystalicznosci D.N. Hinckleya (10) zmienia si~ w
grani-each 1 -1,24 (2). .
Z innych skladnikow w kaolinach wystwujll hematyt, anataz oraz mineraly AI (glownie gibbsyt). Anataz wyka-zuje nieznaczne wahania w zawartoSci, natomiast minera-ly glinu oraz hematyt odmienne tendencje. w skladzie ilosciowym. Zawartosc hematytu rosnie bowiem ku gorze profUu dochodzQ,c w warstwach sl!siadlijl!cych z pokrywll piaskowcow~ do ok. 10%; zawartosc mineralow glinu
zaS
maleje od SPllgu do stropu profilu (tab. I).Wyniki badati sldadu izotopowego przedstawiono w tabeli IT. Jedynie rezultaty uzyskane z probki kaolinu ze stropowej ~Sci profUu ro~ si~ od pozostalych. Wi~ . to nalei:y:ze zwi~kszonl! zawartoSciI! hematytu w
pr6b-kach pochodz/lcych z tej cz~sci profilu. Hematyt nato-miast jest mineralem, ktory charakteryzuje si~ m~ zdolno~ do koncentrowania ci~i:szego izotopu tlenu
(18).
DYSKUSJA I WNIOSKI
Sklad izotopowy 0 i H moi:e bye wykorzystywany do odroZnienia skaI ilastych powstalych w wyniku wietrze-nia od tych, ktore tworzyly si~ w wyi:szej temperaturze. Ponadto stosowany jest jako wskainik paleoklimatyczny w paleosolach (16). OgoJnie przyj~to, i:e w srodowisku wietrzeniowym nii:sza wartosc 15180 skaly ilastej od-powiada nii:szej temperaturze jej powstawania (3). Ozna-czenie stosunku zawartosci izotop6w tlenu moi:e bye taki:e uZyteczne w okreSleniu wieku kaolinow w profUach wietrzeniowych. Bitd i in. (3) podajl! np. i:e skaly wieku permskiego majll wyjl!tkowo niskie wartosci 15180 (6-9), a poZniejsze nii: srodkowotrzeciorz~dowe wysokie warto-sci ~ (17,5 - 21,4) (3).
Zgodnie z H.H. Murrayem i J. Janssen (13) kaoliny hydrotermalne majl! niskie wartoSci 15180 (2 -14);
kaoli-Time AUla, 1065 8 Naggm', 1071 Unit
Campriu1 Culelr Vert ..
gnd Shale
Santonlan
'"
ID-
...
Upper Q. Um BarmllConiacian ID Group ::I
Formation Cl) 0
...
ID C) c 0-
III TUfonian "a'"
-
..0 C ::I III z Cl)III Middle limsah
Cenomanian
-
..0 Group Clay Fm . ::Iz
Lower AbuAgag
Alblan Group
---
Formation---_
... AptJan Klltzlch,1088 KIseIba Fm. Um BarmD Formation limsah Formation AbuAgag Fm.---
.... --Thick.Rod( unit In m lithology
.,--~ ...
--
...
---
~~ -~ ~~ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ < \ \ " \ ..0 ::I \ <,
,
,
,
,
451::;:::;::;;:;;::;;;;-;;;;;\'~:.\
,
\,
Red sand· , .. tt".... .4 Radish pi so litic kaolin 3 Spotte.:i pi solltic kao !in 2 White piso lhie kao , lin 11lfm
7f..m.j
2 ~ 3
E::9
41miR 5w:y
6[LY]
8
fMj
,,[9::2]
10lLiJ 11---Pr-;'c~brian
-Ix ;-
x x
xBasement rocks x x x x x
Rye. 2. Uprosiczony profu litostratygrajiczny serii Nuhia
Sands-tone na tie podzialu wedlug roinych autorow (9; rowniez uprosz·
czone i zmodyflkowane)
1 - badane kaoliny pizolityczne, 2 kaoliny, 3 baryt, 4
-Zelazisty piaskowiec oolitowy, 5 - Iateryt, 6 - wWkanity,
7 - ilowce i mulowce, 8 - piaskowiec, 9 zlepieniec, 10
-skaiy podloZa, 11 - niezgodnoSc
Tabela I
SREDNI SKLAD MlNERALNY
NA PODSTA WIE ANALIZY "RENTGENOWSKIEJ,
TERMICZNEJ I CHEMICZNEJ, %
~profilu
Mineral
dolna Srodkowa gorna
Kaolinit 94,0 , 92,7" 86,0 Hematyt 1,0 1,1 9,9 Anataz "2,8 3,2 2,4 Almineraly 2,0 1,7 1,0 Inne (f08forany) 0,2 1,3 0,7 Tabela IT SREDNIA ZAWARTOSC
IZOTOp6w TLENU I WODORU, %
~profilu
dolna srodkowa gorna
6180SMOW • 17,9±0,0 " 18,2±0,O 16,3±0,0
6D -59,5±0,8 -63,0±O,4 -70,7±1,2 • Dane obliczane z 8 analiz.
Fig. 2. Simpli]/J!d lithostratigraphic profile of the Nuhia Sand·
stones Series (9, also simpli]uid and modified)
1 - studied pisolitic kaolins, 2 - kaolin, 3 - barite, 4 - oolitic ironstone, 5 - Iaterite, 6 - volcanics, 7 - claystone and siltstone, 8 - sandstone, 9 ....! conglomerate, 10 - basement
rock, 11 - unconformity
ny z wietrz.enia powierzcbniowego charakteryzuJIl Sl~ srednimi zawartoSciami (15 -19), kaoliny osadowe
za.S
wykazujll wysokie wartoSci (j (19 - 23).
StosujllC kryterium H.H. Murraya i J. Janssen (13) moZna okreslic, iZ badane kaoliny pizolitowe utworzyly si~ w warunkach wietrzenia powierzcbniowego majll(:ego cechy wietrzenia laterytowego. Zgadza si~ to rownieZ z rezu1tatami otrzymanymi przez N. Clauer i in. (4). kt6rzy podajll iZ w kaolinitowych profilach wietrzeniowych typu laterytowego wartosc 8180 w dolnej strefie saprolitowej wynosi 17,3, dochodzltc do 17,4% w najwytnym pozio-mie glebowym.
Badania K.. Fischera i in. (8) dotyCZllce skal ilastych z obszaru Wadi Kalabsha dostarczajll danych, Ze na tym obszarze osady kaolinitowe pochodzllce z wietrzenia laterytowego byly przeobraZane in
situ
w czasie drugiej fazy laterytyzacji prowa~cej miejscami nawet do utwo-rzenia boehmitonosnego profilu latosolu.Obserwacje mikroskopowe szlifow kaolinow w
Swie-tie przech~cym pozwolily wyroZnic rome typy pizoi-dow obecnych w skale. SIl to pizoidy czysto kaolinitowe o srednicy do 0,5 mm; pizoidy hematytowo-kaolinitowe; kaolinitowo-hematytowe oraz pizoidy hematytowe (2). Wszystkie pizoidy zawierajll radialne SZCZf!liny z
chania, wt6rnie wypelnione materialem ilastym Wskazu-je to na wielokrotne ich wysychanie i zawodnienie, wyst~ujllCC podczas powierzchniowego, wietrzeniowego powstawania kaolin6w pizolitowych. Ponadto obserwa-cje mikroskopowe pozwalajll dostrzec intensywny proces wybielania samych kaolin6w i pizoidow. Nast~walo usuwanie pigmentu barwillcego (hematytu). Najintensyw-niej Wybielone kaoliny zawierajl! jedynie Sladowe ilosci barwnika, zaznaczajllCC si~ rdzawymi obw6dkami wok61 pizolit6w.
Celem artykulu bylo zapoznanie polskiego czytelnika z najnowSZli literatllrl! dotyCZl!Cll badati izotopow (pod-staw teoretycznych, zastosowati) tIenu i wodoru w ska-lach ilastych. Autor uznal za wlaSciwe zamieszczenie przegll!,du literatury dokonanego na tie konkretnych wynikow badan.
Autor pragnie wyrazic gl~bokl!, wdzi~osc Prof. Haydn Murrayowi za pomoc w umoZliwieniu badati, a takZe Prof. E. Ripleyowi i Dr. R. Lira z Indiana University za pomoc w badaniach· izotopowych, Dr El Sayed Youssufowi z Cairo University za okazanl!, pomoc w badaniach terenowych w Egipcie.
LITERATURA
1. At t i a M.I. - Topography, geology and iron ore depositts of the district east of Aswan. Geol. Surv. of Egypt, Cairo, 1955.
2. Barczuk A., Szamalek K, El Sayed A.A. You s s e f - Lateritic pisolitic kaolin of Aswan area, Egypt Abstr. Eurolat'91 5th Int. Meet. August 23/24 1991, Berlin s. 22-26.
3. B i r d M., Chi vas A. iin. - Low temperature kaolinitic weathering: oxygen-isotope results. Abstr. 9th Inter. Oay Com. 28 August-2 Sept., Strasburg, 1989.
4. C I a u erN., Mull e r I.P., O'N e i I 1.R. -Oxygen isotope signature of several generations of kaolinite in a laterite: geochemical implications. ibi-dem.
5. C I a y ton RN., M aye d a T.K. - The use of bromine pentaOuoride in the extraction of oxygen from oxides and silicates for isotopic analysis. Acta Geochim. et Cosmochim., 1963 nr 27 s. 43 - 52. 6. Col e m a n M.L., She p h a r d T J. i in.
-The reduction of water with zinc for hydrogen isotope analysis. AnaL Chem., 1982 nr 54 s. 993-995. 7. E I -Nag g a r ZR. - On
a
proposedIithostrati-graphic subdivision for the Late Cretaceous - Early Paleogene succession in the Nile Valley, Egypt. 8th Arab Petrol. Cong., Kuwait, 1971 paper 64 (B-3). 8. Fischer K, Germann K. i in. - Late
Cretaceous lateritic deposits in Upper Egypt [W:l Current Research in African Earth Sciences, Ab-stracts (14th Colloqium on African Geology, Berlin West) 18-22 August 1987. BaIkema Rotterdam, 1987 s. 187 -190.
9. G e r m ann K, M 0 c k e A. i in. - Late Cretaceous laterite-derived sedimentary deposits (oolitic ironstones, kaolins, bauxites) in Upper Egypt. Berliner Geowiss. Abh. (A). Berlin, 1987 s. 729-758. 10. H i n c k I e y D.N. - Variability in "crystallinity" values among the kaolin deposits of the coastal plain
422
of Georgia and South Carolina. Oays Oay Miner., 1963 nr 11 s.229-235.
11. Ken d a I I C, Cop I e n T.B. - Multisample conversion of water to hydrogen by zinc for' stable isotope determination. Anal. Chem., 1985 nr 57 s. 1437-1440.
12. K lit z s c h E. - Plate tectonics and cratonal geology in north-east Africa (Egypt) Sudan. Geol. Rundsch., 1986 vol. 75 nr 3 s. 755 - 768,
13. M u r ray ,H.H., J a n s s e n 1. - Oxygen iso-topes - indicators of kaolin genesis? Non-metallic mineral ores. Proc. 27th Inter. Geol. Congr., VNU Science Press, 1984 15 s. 287 - 303.
14. O'N e i I I.R. - Theoretical and experimental aspects of isotopic fractination. [w:l Stable Isotopes in High Temperature Processes, Valley I.W., Rev. Mineral., 1987 nr 16 s. 1-40.
15. O'N e i I 1.R. - Preservation ofH, C and 0 isotopic ratios in the low temperature environment [w:l Stable Isotope Geochemistry of Low Temperature Fluids. Miner. Assoc. Can. Short Course Handbook, 1989 nr 13 s. 85 -128.
16. S a v i n S.M. - Stable isotope studies of clay minerals: weathering through diagenesis. Abstr. 9th Inter. Oay. Com. August 28 - Sept. 2. Strasburg 1989. 17. S a v i n S.M., Lee M. - Isotopic studies of
phyllosilicates. [w:l Hydrous phyIlosilicates (exlusive of micas) Rev. Mineral, 1988 nr 19 s. 189-223. 18. Tay I 0 r H.P. - Oxygen isotope studies of
hydro-thermal mineral deposits. [w:l Geochemistry ofhyd-rothermal ore deposits. Holt. Rinehardt and Winston Inc., New York 1967.
SUMMAR Y
The paper contains a review of the newest works in the field of oxygen/hydrogen isotopic studies. Isotopic com-, position can be used to distinguish clays of different
origin. The preliminary results of mineralogy and oxygen/ /hydrogen isotopic ratios on pisoIitic kao1ins from Aswan area (southern Egypt) are presented. On the basis of isotopic data it is suggested that the pisoIitic kao1ins were formed in conditions of surficial lateritic weathering.
PE310ME
B OxpecTHOCTBX ACCY8Ba, B OTJIO:Jl(eHIDIX MeJIOBO:it tPoPMaIlBH A6y AFar, BaXO,lJ;BTCJI pa3pe3 co~ep~ DR30JIHTOBhIe ICaOJIHBLl. B 31'0M p33pe3e BLI.AeJIeH no-ICpOB :JI(~e3HCTOrO MeJII(03epHRCTOrO UCC'IaHl!IKa H JIe-~e HH:JI(e, 1]>B C1IOJl ICaOJIHHOB, ICOTOPbIX nBCT
H3-MeIDIeTCJI IC no~oUIBe OT 6ypo-KpaCHOro ~o 6enoro c P:JKaBLIMB IDITHaMB. J)WI ODpe,ZJ;eJIeH
XBMB'Iecnm
B MHHepa.!ILHhIii COCTaB nOJIHHOB. Hx rJIaBHLlM ICOMJIo-HeBTOM JIBJll(eTCJl ICaOJIHBBT, OCTaJILlILle ICOMUOHeHTLI - 31'0 reMllTHT, auaT33, MHHeplUIbI 8.JJ.llIOMBHWI(m66-CHT, ~acnop). TIp~eH 06IIIHpm..tii 0630p
mrrepaTY-phI, CBJl38.HHOB: C npHMeHeHReM B30TOIIHLIX
BCCJIe,ZJ;OBa-HBA .z:tIDI oDpe,ZJ;e.JIeBIIJI reHe3Bca nopo.n B YCJIOBHH cpe,lJ;bl
BX 06pa3oBallBJl. TIoJIY'leHHhIe pe3YJlhTaThI n03BOIDllOT
YCTaHOBIITL, 'lT0 IIB30JIHTOBhIe no.JIllHLl 06pa30B3..lIHCb B YC1IOBBJIX nOBepXHOCTHoro JIarepBTOBoro BLlBeTI>llBa-HRS:.
