Duplay, J.

Kossovskaya, A.

Paquet, H.

Tardy, Yves

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. ,  
-- . 
C. R. Acad. Sci. Paris, t. 309, Série II, p. 53-58, 1989 53 
GCochimie/Geocltemistry 
Estimation de la température de formation des paragenèses 
saponite-céladonite et glauconite-nontronite dans les 
altérations sous-marines de basalte, par la méthode des 
corrélations entre éléments au sein de populations 
monominérales 
Jodle DUPLAY, Hélène PAQUET, Anna KQSSOVSKAYA et Y ves TARDY 
Résumé - Différents minéraux argileux ont été analysés à la microsonde dans des vésicules et 
dans une veine d'un basalte sous-marin altéré, de l'Atlantique Nord (DSDP, Leg 49). Dans chacun 
des sites, une série d'une dizaine d'analyses ponctuelles a été effectuée. Les résultats mettent en 
évidence la présence de saponite et de céladonite dans la veine, et de glauconite et nontronite dans 
les vésicules du même échantillon. A partir de I'étude des corrélations entre éléments au sein des 
différentes populations monominérales, on donne une hypothèse de formation à basse température 
pour la glauconite et la nontronite, et à plus haute température pour la céladonite et la saponite. 
Estimation of the formation temperature of saponite-celadonite and nontronite- 
glauconite assemblage in altered oceanic basalts by  the use of chemical element 
correlation method within monomireralic populations 
Abstract - iMicroprobe analyses have been performed on clay minerals from vesicles and a vein in 
an altered oceanic basalt from the North Atlantic Ocean (DSDP, Leg 49). About ten microprobe 
analyses have been done in the vein and in the vesicles. The analytical results show the presence in 
the same sample, of celadonite and saponite in the vein, and of glauconite and nontronìte in the 
vesicles. The correlations among chemical elements within a monomineralic population suggest that 
glauconite and nontronite have been formed at low temperature and saponite and celadonite at higher 
temperature. 
Abridged English Version - Glauconite and celadonite associated with saponite and other 
clay minerals have been described in alteration products of marine basalts [l]. Some authors 
suggest that it is an hydrothermal alteration [2], some others think that it is a low temperature 
alteration [3] and that saponite forms during reducing conditions while celadonite equilibrates 
in oxydizing conditions [4]. Glauconite and celadonite, both exist in altered basalts ([5], [6]) 
but seem to form at different conditions: at temperatures below 25 and 60°C for the 
former ([6], [SI, [13]) and between 22°C and 60°C for the latter ([7] to [12]). The problem 
is to determine wether or not, they are stable together in the altered basalts described by 
Kossovskaya et al. [l], and sampled SW of Island near the Reykjanes ride (DSDP, Leg 49, 
site 407). 
Microprobe analyses have been done on clay assemblages appearing in the different 
samples. Within the same thin section, celadonite is pointed out, associated with saponite 
in the vein fillings, while glauconite is associated with nontronite in the vesicles. Celadonite 
and glauconite chemical compositions are consistent with the definition given by Bailey e? 
al. [18] (Table I). 
Correlations among elements (Al, Fe and Mg) and charges (tetrahedral, octahedral and 
total layer) in monomineralic populations allow to answer the question of formation conditions 
of the two species -celadonite and glauconite - which are present in the same core level ; in 
fact, it has been shown ([14] to [17]) that at low temperature clay populations show a positive 
Note présentée par Georges MILLQT. 
0249-6305/89/03090053 O 2.00 0 Académie des Sciences 
54 C. R. Acad. Sci. Paris, t. 309, Série II, p. 53-58, 1989 
correlation between tetrahedral charge and octahedral iron. On the other hand a positive 
correlation between octahedral magnesium content and tetrahedral charge is characteristic of 
a clay population formed a t  higher temperature. 
Monomineralic clay particle populations of either glauconite, celadonite, nontronite or 
saponite, show large variations in chemical composition without noticeable structural modifica- 
tions so that it can be assumed that clays are solid solution-like phases. In consequence, a 
solid solution model was used to describe the 2 :  1 clay compositions, and to understand 
ths influence of temperature on composition variations and on correlations observed in the 
populations. Correlation tendencies may be predicted according to the temperature of 
formation. Comparison of correlation tendencies predicted and correlations observed in 
monomineralic populations of clay particles can lead to the knowledge of the temperature o Í  
formation. The contribution 
of the different end membrers in the composition of the clays can be calculated by using 
computer programs. The mole fraction depends on the solubility product and so is tempera- 
ture dependent. Correlation tendencies between octahedral cations and charges can be esta- 
blished from the mole fractions which change with temperature. 
Correlation coefficients in the celadonite and glauconite populations have been calculated 
and the model has been used to calculate the mole fraction of each end members at different 
temperatures and to predict correlation tendencies in these conditions (Table 11). The com- 
The solid solution model used [19] requires 36 end-members. 
parison leads to the conclusion that clays in the vein (celadonite and saponite) are formed 
The existence 
of celadonite and glauconite in different sites of the same thin section can be explained by 
&o types of alteration conditions: 1. A warm hydrothermal alteration forming celadonite and 
saponite in the veins. 2. A low temperature alteration by sea water percolating through the 
basalt and producing glauconite and nontronite in the vesicles. 
higher temperature than clays from the vesicles (glauconite and nontronite). 
I, 
-I. INTRODUCTION. - Kossovskaya et coll. [l] ont décrit différentes paragenèses associant 
la céladonite, la glauconite et la saponite dans les produits de l’altération sous-marine de 
basalte échantillonnés à l’Ouest de la ride de Reykjanes au SW de l’Islande (DSDP, 
Leg 49, site 407). Pour certains auteurs, il s’agit d’une altération hydrothermale; la 
saponite ferrifère que l’on y trouve en abondance se serait formée à des températures 
qui ont pu atteindre 200°C [2]. Pour les autres, l’altération des basaltes s’est produite à 
basse température, par percolation lente et prolongée d’eau de mer à travers la roche [3]. 
Certains [4] pensent que la formation de saponite, parce que celle-ci contient du  fer 
ferreux, est liée à un milieu réducteur et celle de la céladonite, parce que cette dernière 
contient du fer ferrique, à un milieu oxydant. 
La céladonite, minéral argileux de la famille des micas comme l’est la glauconite, a 
jusqu’à présent été répertoriée surtout dans des altérations hydrothermales de laves 
basiques [5]. La glauconite, principalement d’origine sédimentaire marine existe aussi 
dans les produits d’altération de basse température de basaltes sous-marins [6]. Les 
résultats d’analyses d’isotopes de l’oxygène donnent des températures de formation 
comprises entre 22 et 60°C ([7] à [12]) pour les céladonites, et inférieures à 25°C ( [6] ,  [8], 
[13]) pour les glauconites d’altération des basaltes. I1 semble que ces deux phases micacées 
se forment dans des intervalles de températures distincts, puisque ceux-ci ne se che- 
vauchent que très partiellement. La coexistence, dans un même échantillon de ces deux 
minéraux qui sont supposés stables dans des conditions différentes, pose donc problème. 
I 
C. R. Acad. Sci. Paris, t. 309, Série II, p. 53-58, 1989 55 
Une étude antérieure du produit d’altération d’un basalte de Chypre, a montré qu’au 
sein d’un matériel caractérisé par difraction des rayons X comme de la céladonite pure, 
on trouve aussi des particules présentant des compositions de glauconite [14]. Par l’étude 
des corrélations entre Cléments majeurs dans les deux populations de particules, il a été 
possible de proposer deux origines différentes : nées à des températures différentes, ces 
deux populations coexistent à l’état métastable. 
Nous avons vérifié la présence de céladonite, de glauconite, de nontronite et de 
saponite, à partir d’un même échantillon étudié par Kossovskaya et coll. [l], échantillonné 
à l’Ouest de la ride de Reykjanes (Leg 49, site 407) située au SW de l’Islande. Afin de 
distinguer leurs histoires respectives, nous avons étudié leurs variations de composition 
et appliqué la méthode des corrélations entre Cléments au sein des populations 
monominérales ([14] à [17]). 
. 
III. RESULTATS DES ANALYSES. - 1. Compositions chimiques moyennes. - Les argiles 
secondaires se rencontrent dans deux sites distincts : les vésicules qui renferment la 
glauconite et la nontronite et les veines remplies, sur les bordures, par de la céladonite 
et, au centre, par de la saponite. 
20 analyses quantitatives à la microsonde Camebax ont été effectuées dans les vésicules 
et 9 analyses dans la veine d‘une même lame mince. La présence simultanée de céladonite 
et de glauconite dans des sites très proches est vérifiée. Les formules structurales calculées 
à partir des analyses chimiques moyennes (tableau I) correspondent bien aux dénomina- 
tions recommandées par le comité de nomenclature [18] de glauconite, céladonite, nontro- 
nite et saponite. 
2. Corrélations entre éléments. - Les coefficients de corrélation entre les différents 
cations et charges ont été calculés dans les quatre populations individualisées (tableau II). 
Les tendances de corrélation sont comparées à celles qui sont obtenues par calcul à partir 
d‘un modèle de solution solide proposé par Tardy et Fritz [19]. En effet si l’on considère 
les phases argileuses comme des mélanges idéaux de 36 pôles, on peut calculer la 
contribution de chacun des pôles dans la composition moyenne des argiles. Cette distribu- 
tion des fractions molaires Xi des pôles est une fonction des produits de solubilité Ki 
correspondants et donc de la température. Ces calculs sont effectués pour les céladonites 
et saponites, à la température de 200°C choisie comme exemple et pour les glauconites 
et nontronites, à 25°C. Ces températures ne sont qu’indicatives et ce choix ne préjuge 
pas des températures réelles de formation de ces argiles. Le signe des coefficients de 
corrélation donne une bonne idée des températures auxquelles ces minéraux se sont 
formés ([14] à [17]). Une corrélation positive CHT-Fe3’ est la propriété caractéristique 
d’une argile de basse température comme c’est le cas pour la glauconite (tableau II). 
Une corrélation positive CHT-Fe2’ comme d’ailleurs CHT-Mg2 ’ sont les propriétés 
caractéristiques des argiles de plus haute température comme c’est le cas pour la céladonite 
(tableau II). 
IV. CONCLUSIONS. - Cette étude des paragenèses de minéraux phylliteux ferrifères 
formés lors de l’altération sous-marine de basaltes apporte une nouvelle vérification de 
la théorie plusieurs fois formulée ([14] à [17]), selon laquelle la température de formation 
d’une population monominérale de particules argileuses induit des corrélations spécifiques 
entre paramètres chimiques caractérisant chacune des particules. Ainsi dans le cas de 
basaltes altérés à l’Ouest de la ride de Reykjanes dans l’Atlantique Nord, plusieurs traits 
intéressants sont mis en évidence. 
Formules structurales moyennes calculées à partir des analyses chimiques à la microsonde (Camebax). Populations de 4 céladonites et 5 saponites de la veine (Vn) 
ainsi que 10 nontronites et 10 glauconites des vésicules (Vs) (CHT et CH0 : charges tétraédrique et octaédrique; CHF : charge totale du feuillet). 
Mearl structural Jormula calculated fiorn microprobe anal.vses (Camebax). Populatiorls oy 4 celadonit& and 5 saponites fiom the uein (Va) 
arld of 10 glaucortites arld 10 norltrortires fiont the oesicles (Vs) (CIIT arld CHO: tctrahedral and orctahedral charges; CHF: total layer charges). 
Formule structurale calculée pour 22 charges négatives Charges 
I 
Site Tetraédre 
A 
Octaèdre 
,-e 
Interfoliaire CHT CH0 CHF 
Céladonite ............ Vn Si 3.94 &.06 Al o.Lo Fe:,:,, Mgo,7s5 01, OH, 0,06 0,725 0,785 
Saponite .............. Vn Al Al o.o Fe:.k Mgl,,, O,, 0% 0,23 0,23 446 
Glauconite ............ Vs 
si ‘3.77 
3.8: Mm”~k Al 
3.77 Al,,,,, Fc::oo, 
o.oo2 FeZ,, Mb4 01, OH, 0,15 0,55 0,70 
Nontronite ............ Vs Si Al o.os Fe& Mb7 K o.1o Cao.l2 01, OH, 0,24 0,125 0,365 
TABLEAU II 
Coefficients de correlation observés (R observés) entre charges (CHT, CH0 et CHF) et cations octaédriques (Fe3+, A13.,+, M g2+) pour les quatre populations monominérales. 
Comparaison avec les coefficients de corrélation déduits de calculs (R calculés) à partir du modèle de solution solide (Xi : fractions molaires des pôles). 
Correlatiorl coeJJcients observed (R observés) betweerl charges (CHT, CII0 artd CHF) and octahedral cution! (yeS?, &+, M g ‘+ ) for Lhe Jour monomineralic 
populations. Comparison with the correlation co@cients deduced after calculations (R calculés) frorn the solid solution mode1 (X; molar fractions oJ the poles). 
Populations Modéle de solution solide 
de (Tardy et Fritz, 1981) 
céladonites pour la céladonite à 200°C 
- _h 
R R Répartition 
Corrélation observés calculés des pôles Xi 
CHT-Fea+ . . . . . . . . . . -0,41 <o mica Fe3+ 0,oo 
CHF-Fea+ . . . . . . . . . i-O,89 >o pyro. Fe3+ 0,Ol 
CHO-Fe3+ . . . . . . . . -l-o,92 >o célad. Fe3+ 0,67 
CHT-A13+ . . . . . . . 
CHF-A13+ . . : . . . . . . . 
-0,59 to mica Ala+ 0,oo 
-0,75 <o pyro. A13+ 0,02 
CHO-A13+ . . . 
CHT-Mg’+ : : . . : : : : : 
-0,20 >o célad. A13+ 0,03 
t-O,76 >o mica Mg’+ 0,OG 
CHF-Mg’+ . . . . . . . . . -0,67 <O talc Mg”’ 0,16 
CHO-Mg’+ . . . . . . . . . -0,96 <o célad. Mg’+ 0,05 
Corrélation 
Populations 
de 
glauconite 
- 
R 
observés 
Modèle de solution solide 
(Tardy et Fritz, 1981) 
pour la glauconite à 25°C 
R Répartition 
calculés des pôles Xl 
CHT-Fe3+ . . 
CHF-Fe3+ . . 
CHO-Fe3’ . . 
CHT-A13+ . . 
CHF-A13+ . . 
CHO-A13+ . . 
CHT-MgZ+ . 
CHF-Mg’+ . 
CHO-Mg’+ . 
. . 
. . 
. . 
. . 
. . 
. . 
. . 
. . 
. . 
. . +0,715 
. . +0,23 
. . -0,42 
. . -490 
. . -0,83 
. . -0,28 
. . -0,58 
. . -0,54 
. . -0,17 
>o 
<o 
<o 
t0 
<o 
>o 
to 
>O 
>o 
mica Fe3+ 0,14 
pyro. Fe3+ 0,13 
célad. Fe3 t 0,54 
mica A13+ 00 
pyro. A13+ O,W 
célad. A13+ O,W 
mica Mg*” 401 
talc Mg’+ 0,16 
célad. Mg*+ 0,02 
C. R. Acad. Sci. Paris, t. 309, Série II, p. 53-58, 1989 57 
I 
I 
t. Céladonite et glauconite d'une part, sont deux micas ferrifères; nontronite et 
saponite, d'autre part, sont deux smectites ferrifkres. Ces quatres minéraux coexistent 
deux à deux dans des sites différents, au sein de la même lame mince : céladonite et 
saponite dans une veine, nontronite et glauconite dans des vésicules. 
2. L'étude des corrélations entre le fer, le magnésium et l'aluminium et, les charges 
tétraédrique, octaédrique et interfoliaire, menées ici en comparaison avec les calculs de 
contribution des pôles d'un modèle de solution solide proposé par Tardy et Fritz [19], 
donne de bonnes indications qualitatives sur la température de formation de ces 
argiles ([I41 à [17]). Dans ce modèle en effet, les taux de contribution des pôles dépendent 
de leurs produits de solubilité relatifs qui sont des fonctions de la température. Les 
corrélations entre la charge tétraédrique et les teneurs en cations octaédriques par exemple, 
reflètent les contributions des pôles de type mica caractérisés par une charge tétraédrique. 
3. On montre ainsi que la formation d'une population de particules où les teneurs en 
fer ferrique octaédrique sont directement corrélées avec la charge tétraédrique (CHT- 
Fe3+ >O) est caractéristique d'une température basse. En revanche, la formation de 
minéraux phylliteux TOT à forte charge tétraédrique corrélée avec une forte teneur en 
magnésium ou en fer ferreux (CHT-Mg ou CHT-Fe" >O) est caractéristique des milieux 
de plus haute température. 
4. Céladonite et saponite se seraient donc formées par altération hydrothermale dans 
les veines, à température plus élevée que glauconite et nontronite formées par altération 
à basse température sous l'influence de l'eau de mer percolant dans le basalte poreux. 
~ 
Note remise le 17 avril 1989, acceptee le 20 avril 1989. 
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Y .  T. : Institut français de Recherche scientifique pour le Developpement en cooperation (O.R.S. T.O.M.), 
213, rue Lafayette, 75480 Paris Cedex 10. 


Estimation de la température de formation des paragenèses saponite-céladonite et glauconite-nontronite dans les altérations sous-marines de basalte, par la méthode des corrélations entre éléments au sein de populations monominérales

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