Clays as indicators of paleoclimate and source rocks in The Chu-Sarysu Basin (Kazakhstan)

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Newly formed smectite and palygorskite and their association are good proxies of a subtropical climate alternating dry and warm/ humid seasons during the late Cretaceous during the formation of the Chu-Syrasu basin. The association of fine-grain clays, smectite and fibres (palygorskite) and the occurrence locally of grains of albite, and natrolite, indicate they formed from water, slightly alkali-rich, and enriched in silica and magnesium. These clays may result partly from the alteration of volcanic rocks (glass) either in situ in case of volcanic emissions during sedimentation or close as smectite are euhedral and palygorskite well preserved. The flood plain may have been submitted during the hot season to drying, favouring the formation of brines which interacted with volcanic glass. Evaporation processes could have thus triggered the oversaturation with respect to smectite and palygorskite.

Besides, muscovite as coarse grain particles, illite and chloritized biotites attest to a second source compatible with the coarse grain microcline and quartz, which can derive from granites. Source rocks could be, therefore, dual, with acid plutonic series (peraluminous granites probably) releasing coarse-grained detrital phyllosilicates (muscovite and biotite-chlorite) transported together with quartz and feldspars by rivers, and volcanic series, altered into newly formed clays (smectite and palygorskite).

About the authors

Askar Munara

KMG Engineering

Author for correspondence.
Email: a.munara@niikmg.kz
Kazakhstan, Astana

‪Michel Cathelineau

GeoRessources, Université de Lorraine, CNRS, CREGU

Email: michel.cathelineau@univ-lorraine.fr
France, Nancy

Cedric Carpentier

GeoRessources, Université de Lorraine, CNRS, CREGU

Email: cedric.carpentier@univ-lorraine.fr
France, Nancy

Nadir Abylay

GeoRessources, Université de Lorraine

Email: abylay.nadir@gmail.com
France

References

  1. Bliachova SM, et al. Paleontological and stratigraphic studies of Cretaceous, Paleogene and Neogene sediments of Chu-Sarysu depression, Report for the Meso-Cenozoic Part, 1972–75 yy. Kokshetau: Geoinform; 1976. (In Russ).
  2. Bliachova SM, Shakhverdov VA. The partition and correlation of the Paleocene and Eocene of Chu-Sarysu depression. Moscow: Soviet geology, №2; 1984. (In Russ).
  3. Shakhverdov VN. Metallogeny of uranium of Paleogene deposits of Chu-Sarysu province. Thesis St-Petersbourg, Vsegey. 1988;24:315–317.
  4. Mosser-Ruck R, Cathelineau M, Baronnet A, Trouiller A. Hydrothermal reactivity of K-smectite at 300°C and 100 bar: dissolution-crystallisation process and non-expandable dehydrated smectite formation. Clay Min., Mineral Soc. 1999;34(2):275–290.
  5. Baronnet A, Amouric M, Chabot B. Mécanismes de croissance, polytypisme et polymorphisme de la muscovite hydroxyl synthetique. J. Cryst. Growth. 1976;32:37–59.
  6. Jones BF. Clay mineral diagenesis in lacustrine sediments. U.S. Geol. Surv. Bull. 1986;1578:291–300.
  7. Torres-Ruiz J, López-Galindo A, González-López JM, Delgado A. Geochemistry of Spanish sepiolite-palygorskite deposits: Genetic considerations based on trace elements and isotopes. Chem. Geol. 1994;112:221–245.
  8. Tazaki K, Fyfe WS, Tsuji M, Katayama K. TEM observation of the smectite-to-palygorskite transition in deep Pacific sediments. Appl. Clay Sci. 1987;2:223–240.
  9. Long DGF, McDonald AM, Facheng Y, Houjei L, et al. Palygorskite, in paleosols from the Miocene Xiacaowan Formation of Jiangsu and Anhui Provinces. P.R. China. Sed. Geol. 1997;112: 3–4, 281–295.
  10. Daams R, van der Meulen A. Paleoenvironmental and paleoclimatic interpretation of micromammal faunal succession in the Upper Oligocene and Miocene of North Central Spain. Paleobiol. Cont. 1984;14:241–257.
  11. Pozo M, Casas J. Origin of kerolite and associated magnesium clays in palustrine-lacustrine environments. The Esquivias deposit (Neogene Madrid Basin, Spain). Clay Min. 1999;34:395–418.
  12. Cavalcante F, Belviso C, Bentivenga M, et al. Occurrence of palygorskite and sepiolite in upper Paleocene–middle Eocene marine deep sediments of the Lagonegro Basin (Southern Apennines—Italy): Paleoenvironmental and provenance inferences. Sed. Geol. 2011;233, 1–4, 1 42-52.
  13. Jamoussi J, Ben Aboud A, López-Galindo A. Palygorskite genesis through silicate transformation in Tunisia continental Eocene deposits. Clay Min. 2018; 38, 2:187–199.
  14. Colson J, Cojan I, Thiry M. A hydrological model for palygorskite formation in the Danian continental facies of the Provence Basin (France). Clay Min. 1998;33:333–347.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Figure 1. XRD pattern of the clay fraction from a representative South Muyunkum grey sand (sample 761-2)

Download (36KB)
Indexing metadata
3. Figure 2. TEM microphotographs show the habitus of smectite with the geometric growth of euhedral crystals as formed by Ostwald ripening (A, B, E) and associated palygorskite (C, D, E). A-D: sample 1750-14; E: 1750-24; F: 421-5a, b

Download (186KB)
Indexing metadata
4. Figure 3. X-ray diffractogram (XRD) of the clay fraction from sample 996-10 dominated by detrital minerals: chlorite and muscovite

Download (52KB)
Indexing metadata
5. Figure 4. A: Detrital muscovite plates (crossNicholss, optical microscopy); B: backscattered SEM image showing a layer enriched in muscovite and clay in the sandstone. Arg: Clay; Fds: Feldspar; Mu: Muscovite; Py: Pyrite; Qtz: Quartz; U: Uranium phases (coffinite) associated with pyrite

Download (209KB)
Indexing metadata
6. Figure 5. TEM microphotographs show the habitus of muscovite (C, F), illite (D, E) and chlorite (A, B)

Download (157KB)
Indexing metadata
7. Figure 6. X-ray diffractogram of sample 996-10 from Central Muyunkum showing abundant well-crystallised K-micas (illite, muscovite) in addition to chlorite and smectite illite; a 2-micron fraction, black: air dried; red: glycolated)

Download (42KB)
Indexing metadata
8. Figure 7. A: TEM image of kaolinite in sample 1321-70.; B: Chemical composition of kaolinite (TEM EDS analysis)

Download (89KB)
Indexing metadata
9. Figure 8. Habitus of halloysite in samples 1750-24 in A and 1750-24 in B (TEM image)

Download (119KB)
Indexing metadata
10. Figure 9. A: X-ray diffractogram of the samples 774-1a, b, and 1750-14. Palygorskite, like most other clays, is accompanied by smectites

Download (75KB)
Indexing metadata
11. Figure 10. A: TEM microphotographs showing the habitus of palygorskite on the example of samples 774 and 1750-24

Download (109KB)
Indexing metadata
12. Figure 11. Diagrammatic of the crystal chemistry of clay minerals: Sm: Smectite; Bei: beidellite; Chl: chlorite; Mt: Montmorillonite, Mu: muscovite; Non: Nontronite; Pyr: Pyrophyllite; Sap: Saponite; Verm: Vermiculite, BC: low charge; HC: high charge; Al (VI) = AlTot-Al (IV) with Al (IV) = 4 -Si; Interlayer charge CI = Na + K +2 Ca

Download (85KB)
Indexing metadata
13. Figure 12. Si-interlayer charge diagram applied to TEM (A) and EMA analysis (B)

Download (119KB)
Indexing metadata
14. Figure 13. Diagram 4-Si –Al(IV)applied to A: TEM analyses and B: EMA analyses of clay particles

Download (86KB)
Indexing metadata
15. Figure 14. Ca – K diagram applied to data series obtained by TEM and microprobe analyses A: dioctahedral particles analysed by TEM; B: Enlarged part of Figure A; C: clay fraction analysed by EMA

Download (135KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Munara A., Cathelineau ‪., Carpentier C., Abylay N.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».