Clay Veins and Clay Minerals in the Granitic Rocks in ......Veins of types 1, 2 and 5 belong mainly...

Clay Veins and Clay Minerals in the Granitic Rocks in

Hiroshima and Shimane Prefecturesl Southwest Japan

Effect of the hydrothermal activities on

the decomposition of the granitic rocks

Bv

Ryu土　K工TAGAWA

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with　8　Tables 38　Text-figures and　9　Plates4t-　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　-　　　　　　　　　　　　　　　-　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　-

To be published in Journal of Science of the

Hiroshima University Series C Vol9 No1

(1986)

ABSTRACT　This paper deals with the clay minerals found in

the granitic rocks distributed in Hiroshima and Shimane

Prefectures with special reference to the effects of

hydrothさrmal activities on the decolpPOsition process of the

granxtic rocks　Many clay veins and hydrothermal clay

deposits are commonly developed in the granitic rocks and

their mode of occurrences were investigated in detail　The

preferred orientations of the clay veins and m土crocracks

found in the constituent minerals of granitic rocks were

examined　The constituent clay minerals and their

mineralogical characteristics of clay veins clay deposits

and alteration products of plagioclase in granitic rocks

were investigated by means of X-ray diffractont optical

micrOSCOPe electron micrOSCOpe(TEM and SEM) hydrogen

isotope ratio and so on　The major results obtained are as

follows

1) The preferred orientations o micrOcracks within

granitic rocks are very similar to those of clay veins which

have been formed under the regional compression stress

field

2) The constituent clay minerals of clay veins clay

deposits and alteration products from plagioclase and their

mineralogical characteristics are almost identical with each

other

3) Mineral sequence found in the vertical direction of a

clay vein and altered granitic rocks resemble to that

observed in some present geothermal areas

_1 _

4) Mineralogical characteristics of the clay minerals

indicate that the clay minerals werb formed by hydrothermal

solution subsequent to the post granitic activity　The

temperature of hydrothermal solution ranges about　50　-　300

C and originated from meteoric water　　Ome clay minerals

seem o be directly precipitated from the hydrothemal

solution

Based on the results mentioned above it is considered

that granitic rocks distributed in the investigated areas

have been strongly fractured and characterized by

remarkable alteration to clay minerals at hydrothermal

stage before the weathering stage

　2-

CONTENTS

工工ntroduct土on

H Classif土cat土on and distribution of clay veins and

clay deposits

A Classification

B Mode of occurrence

III Fractures developed in granitic rocks

A Clay veins

B Clay deposits

C Microcracks

工Ⅴ Constituent clay minerals

A Clay veins

B Clay deposits

C Clay minerals derived from plagioclase

V Mineralogical characteristics of clay minerals

A Filling temperature of inclusion

B Hydrもgen and Oxygen isotope

C Microtopograph of crystal surface

D Morphology of halloysite

V工 DISCusslOn

A Formation mechanism and ages of fractures

B Formation condition of clay minerals

VII Concluding remarks

References

-　3　-

I INTRODUCTION

Studies of decomposed rocks are important to prevent

the disasters such as the landslide and the avalanche of

earth and rocks Therefore the decomposition of granitic

rocks has been studied in various field such as pedology

geomorphology and civil engineering as well as in the fields

of geological sciences　Nevertheless the mechanism or

process of the decomposition of granitic rocks have not been

systematically explained yet

In the inner zone of southwest Japan granitic rocks of

Cretaceous to palae喝enej age are distributed widely and thel

rocks are characterizedl　土n general by common development

of fractures and extensive alteration　The decomposition

extends usually to the depth of ten to twenty meters and　土n

some places the depth reaches more than hundred meters

while conducting the mineralogical study on the alteration

mechanism of plagioclase in the granitic rocks the author

has found that clay veins or veinlets are commonly observed

in the rocks (Kitagawa and Kakitani 1977a)　These clay

veins seem to have been formed by filling fissures andor

fractures developed in granitic rocks　Subsequent studies

on the mode of occurrenceJ detailed constituent clay

minerals and d土stribut土on of these clay minerals have

revealed that clay veins are intimately associated with the

post-magraatic activities ie hydrothermal activities

(Kitagawa and Kakitani 1977b 1978a b c and 1981)　Clay

deposits developed　土n the gran土tic rocks have also been

proved to be related to the hydrothermal activities

ー　4　-

(Kitagawa and Kakitani 1979b Ishihara et al 1980 and

Kitagawa et al 1982)

The constituent minerals of the host granitic rocks

areprime　more or less altered to clay minerals　工t土s to be

noted ls that some clay m土neralsof the alteration products

are similar to those of the clay veins in the mineralogical

characteristics such as mineral species and their

paragenesis (Kitagawa et al 1984 Kitagawa 1985)　These

facts described above suggest that the hydro-thermal

activities may play an important role on the decomposition

In additionprime　preferred or土entat土ons of fractures were

recognized at many localities suggesting that the fracture

patterns were formed under the regional stress field

(Kitagawa and Okunoprime 1984)

Based on the mineralogical and geochemical studies of

the clay veinsprime　clay deposits and clay minerals altered from

plagioclase and geometrical analysis of the fractures

developed in the granitic rocks of Chugoku district a

systematic explanation for the effect of the hydrothermal

activity on decomposition process of granitic rocks will be

described in the present paper

-　5-

ACKNOWLEDGEMENTS　The author wishes to express his

smcerest gratitude to Professor Satoru KARITANI of the

Hiroshima University for his constant and invaluable advices

rendered durnmg the course of the work as well as for his

critical reading of the manuscript　He is also indebted to

Professors AkiraHASEJ Akira SOEDA Ikuo HARA and Assistant

Professor of yuji OKIMURA of the same University for their

guidance and critical advices　He also gratefully

acknowleチages Assistant professor Setsuo TAKENO of the same

University for his continuing guidance and discussions and

for critical reading of the manuscript　Thanks are also du

to Dr M SUZUKI Dr T SHIMAMOTO Dr A WATANABE and Dr

T MIYAMOTO for their helpful advice and encouragement　He

also grateful to Mr A MINAMI of the Hiroshima University

for his kind help with the techniques土n the laboratory and

Mr H TAKAHASHI and Mr A MAGAI for preparing thin

sections　He isralso due to Mr A Funaki Mr YNISHIDA

MrH KAMEOKA Mr Y HABU MrT OZAWA MrTOKUNO MrN

HIROSAWA MrKNAGAIJ MrT NOBUSHITA MrK ABE MrM

TAKEMOTOJ MrT BABA MrH MITANI MrJ HIGASIO for

capable assistance in the field　Special thanks go to

Prof H TAKAHASHI of Hiroshima University who read the

manuscript and gave helpful comments on the final

manuscript　He would like to thank to Miss S KODAMA for

her kind assistance durning the preparation of the

manuscript

1　6　-

II CLASSIFICATION AND DISTRIBUTION OF CLAY VEINS AND CLAY

DEPOSITS

Clay veins are Observed commonly in the granltic rocks

especially in the decomposed parts as mentioned below　The

width of veins varies from one millimeter to one meter

In addition to the clay veins which have been formed filling

fractures by clay minerals aggregates of clay minerals ofj

replacement origin which are aligned in certain directions

resulting vein-like appearance will be亀scussed The mode

of occurrences of clay deposits are similar to that of clay

veins andor vein-like replacement products

A　CLASSIFICATION

As will be described laterJ the vein-like replacement

products were caused by the hydrothermal act土Ⅴ土ties by which

the clay veins were formed　Therefore the vein-like

replacement producヒs will be　土ncluded in the clay yelns in

this paper In the following these clay veins and vein-

like replacement products will be classified土nto five types

based mainly on their mode of occurrence such as the

characters of fractures andor cracks (Fig 1)

Type 1 Clay veins formed along the interstices of both

sides of a dike rock such as granite porphyry quartz

porphyry and porphyrite (Plate 1)　The scale of the veins

varies from one centimeter to one meter

Type　2 Clay veins formed by filling nearly vertical

fissures or cracks (Plate 1)　This type occurs most

frequently and can be further divided into three types (Types

-　7　-

2-Aprime　2-B and　2-C) on the bas上s of the character of the

fractures Type 2-A is formed along faults and corresponds

to the fault clay or gouge with relatively large width than

those of the other types Both types2-B and 2-C are formed

along sheared andor open fractures

Type 3 Clay veins formed along vertical or horizontal

joints corresponding to the so-called joint-clay (Miura and

Hataprime 1970)

Type　4 Clay veins formed along small fissures of lmm to

lOmm in width　Network development of this type is

observed in some places (plate 1)

Type　5 Aggregates of clay minerals of replacement

products alignes certain directions (Plate 1)　Veins of

this type are formed along many micro fractures extending in

certain directions

Although the color of these veins varies complicatedlyprimer

all of the veins were roughly divided into two colors such

as green and white　　Veins of types 1 2　and　5　belong

mainly to the green type whereas those of types 3 and 4 to

the white type　As was reported in the previous paperprime the

color of the veins reflects their constituent clay mineralsJ

ieprime　the veins of white type are composed mainly of kaolin

minerals and green type smectite and mica clay minerals

(Kitagawa et al 1977bprime 1978a)

Suitable outcrops for sucht Observation and for

measurement of the orientations (strike and dip) of the veins

can be often found at the construction places of tunnelprime

-　8　-

cave of dam-site housing and so on

A continuous development of veins of types12　and　5　can

be pursued more than several kilometers in thとkamo district

between Nishitakaya and Shiraichi as shown in Fig 2

During the construction of a dam detailed observations of

the development of clay veinsl ma-inly those of type　2　could

be performed at Nukui Kake-cho Hiroshima Prefecture (Fig

3)　Thes早　veins can be pursued more than two hundred

meters xn the lateral direction and more than hundered

meters　土n the vertical direction　　As is seen in Fig 3J

the dlstr五kmtion pattern of the veins of type　2 is aimost

similar to that of type　4　The only difference between the

two types　土s the scale　Veins of types　3　and　4　are found

near the ground surface whereas those of typesl 2　and　5

occur not only near the surface but also under the ground of

more than lOOm　土n depth

The degree of the decomposition were roughly measured

by the alteration degree of plagioclase in the granitic

rocks　As seen in Figs 4 5　and　6 all types of clay

veins develop considerably at the relatively more

decomposed parts of the respective granitic rocks

B MODE OF OCCURRENCE OF CLAY DEPOSITS

A number of hydrothermal clay deposits are found mainly

in granitic rocks distributed in relatively restricted areas

of Hiroshima and Shimane Prefectures (Fig 7)　Considering

the main constituent clay minerals　two kinds of ore

deposits are distingishable in these districts one is

-　9　-

千V　

Clay vein

Type 1

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十　　　　　十

Granitic rock

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Type 2A Type 2B

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十十十十 + 千

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Clay veinl

Type 3

Clay vein

Type　4

+　　　　十

十　　　　十　　　　十

十　　　　十

Granitic rock+　　　　十　　　　十

十　　　　+

+

Clay vein

Type 5

Fig -1 Schematic diagrams of clay veins of five types classified

based on the characteristics of fractures

+

Fig 2こDevelopments of clay veins of Typesl24 and 5 in Kamo

d土str土ctprime　H土rosh土ma Prefecture

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Hiroshima Prefecture

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Fig　5　Distribution of clay veins (mica clay mineral

and kaolin mi去eral) in th占K皿Ogi granite mass

in Kanagi district Shimane Prefecture

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kaolin mineral and the other is mica clay mineral

(sericite)　All of these clay deposits were formed by

hydrothermal conditions (Minato and Takanoprime 1952 Iwaoprime

1953 Matsumotoprime 1965 Minatoprime 1969 Kitagawa and Kakitani

1979b Kitagawa et alprime 1982 Kitagawa and Kameoka in

press)

Sericite deposit

There occur sericite deposits which have been worked by

underground mining in the Mitoya and Mizuho districts

Shimane Prefecture　As shown in Fig 8 many small

sericite deposits are concentrated in an _area of the Mitoya

district (about　4　x　8km)　These deposits occur as

lenticular mass of several meters in width and less than

lOOm in length and as fissure-filling within the Palaeogene

granitic rocks　These deposits are arranged along certain

directions which are similar to those of clay veins (mainly

types2 and 5) developed in the districtprime　as are seen in

Fig 8

The deposits in the Mizuho district on the other hand

occur as fissure fillings of nearly perpendicular fissures

of about 1 to 2m width (Fig 9) Theorientationofclay

veins developed土n this district are aimost s土m土Iar to those

of clay deposits

There are two halloys土te deposits which are sharply

bordered from the host rocks working by open pit mining in

the Yokota districtJ Shimane Prefecture (Yanomaki or Komaki

halloysite deposit) The two ore deposits are about 60m x

30m and loom x 40m lenticular formprime respectively Both

- 16　-

deposits occur as replacement products of fractured felcitic

rocks in granitic rocks　The ores consist mainly of

halloysite and kaoUnite associated with sericite and

smectite　Many clay veins (Type2) of 1-50mm width are

found within the both ore deposits (plate 2-A) Anumber

of clay veins of types 2 and 5 occur in the surrounding

granitic rocks of the deposits

工n Khodachi distrlctprime　Hiroshima PrefectureJ the

Khodach土kaolin deposit with lenticular form occurs in

biotite granite　The deposit occurs as replacement

products of thegraniticrod　The ore body is about 250m in

length and lOOm in width extending toward northeast　The

ore consists mainly of kaolin土te and halloyslte

The mode of occurrence of these clay deposits are

very similar to that of clay veins eg Types 2 and 5

veins The only difference between them is the scale

-　17　-

Kohdachi kaolin depKohdachi district

Fig 7 Hydrothermal clay deposits in granitic rocks in

Hiroshima and Shimane prefectures

-　18　-

- 19　-

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III FRACTURES DEVELOPED IN GRANITIC ROCKS

Common developments of the clay veins　土n the gran土t土c

rocks may suggest that these fractures were formed in

relation to the stress fields during the geological age as

well as the cooling process of the granitic rocks In order

to confirm such poss土b土1土tiesl the orientation of the

fractures (strike and dip) found in the granitic rocks and

in and around the clay deposits were examined　In

addition to these fractures m土crocracks observed　土n the

constituent minerals of the host granitic rocks under the

microscope will be also examined from the same view points

A CLAY VEINS

Orientat土on of the fractures (Clay veins) show in

general certain preferred dlrections　土f the area　土s limited

Based on the preliminary measurements of the strikes of the

clay veins the whole district of the granitic rocks are

divided into 10　districts and the preferred orientations ofF

the fractures of each district are shown in Fig 10 and the

results are summarized in Table 1　As is shown in the

figure and the table each district is characterized by two

Or three preferred orientations of the fractures

Concerning the significance of these preferred orientations

will be discussed later

B CLAY DEPOSITS

The relation between the distribution pattern of the

clay deposits and preferred direction of the fractures were

examined concerning several districts　First clay

-　20　-

Fig 10 Histgram of strike of -clay veins distributed

in Hiroshima and Shimane prefectures

y

Dlstrict Type

Kure-Higashihiroshima

S trikeDip

N0--20-E E-W N40--70-E　　　　　70--90

Ohno

Hiroshima

Kamo

Kohdachi

1 5

2

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NO-30-W N40-70巳

N0--10E N60--80-E

60deg190deg

60--90-

N60deg190w

N50-90E N40-80degW

N50--90

N20--60degE

N40--80degW

70--90-

70deg-90deg

70deg-90deg

70deg-90-

Mxyoshi　　　　　　　　2 3 5　　N-S N20--30-EJ N50--60-E　　　70-90

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Kanagi

Yokota

N40--60-W E-W

N40-7DEprime　N30-70-W

E-W

60deg-90=

60deg-90-

50deg-90-

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2 5　　　　N30deg-60degW NO-20E N80--90E　60--90

Hi toya2 5　　　　N10deg-20-EI N50--60　　　　　　70--90

Table 1 strike and dip of clay veins in the respecti寸ed土str土cts

-　21　-

deposits found in the Mitoya district develop along the two

distinct directions ieint N50　-　60　W and N10-　-　200E as is

seen in Fig　8　It should be noted in the figure that the

two directions come土de well with the dominant d土rect五〇ns of

the fractures (clay veins)　In the Iwaya deposit (Mizuho

district) the two preferred directions are also recognized

ieprime　One is NIO-　-　70-w and the otheris N50-　-　70-E (Fig

9)　As is seen in Fig ll the two deposits of the

Yanomaki(Komaki) mine located　土n the Yokota d土str土ct are

extended in the two d土rectionsJ N20-E and N30-W Clay veins

found perpn both ore deposits and the dlstr土ct are developed in

three directions NO0-　20-E N30--　60-w and N80-　-　90-E

Clay veins developed in the district are also aligned on the

three directions (Fig 12)　Kaolin deposit in the Khodachi

district is elongated slightly in the direction of N500E

The orientation of the fractures in the ore body is rather

concentrated ln the same d土rect土on　Aimost all thef

fractures described above are nearly vertical and the

preferred orlentat土on of the veins ls aimost similar to

those of clay deposits ln the respective direction

C MICROCRACKS

MicrOSCOpic-micrOcracks developed in the constituent

minerals of the host granitic rocks (mainly in quartz) were

measured on the orientated thin sections Of parallel and

perpendicular to the ground surface using an universal stage

attached to the microscope　The microscopic-micrOcracks4

are illustrated in Fig 13　and some photographs of the

-　22　-

y

Deposit II

strongly altered rock

Eexist　BioIidaggere granitic rock

Fig ll yanomaki (Komaki) halloysite deposits in

Yokota district Shimane prefecture

-　23　-

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A Clay veins in Yanomaki

_(Komaki) halloysite

deposperpt (deposit二)

C Vertxcal mcrocracks

in granitic rocks -

B Fracturer- pattern in granitic

rocks in Yokota district

D Lateral microcracks in

granitic rocks

Plate　2 Fractures developed in clay deposit and granitic

rocks

-　26　-

cracks are shown in plates　2-C and D　Since the thin

sections were prepa工ed parallel and pe工rpend土cular to the

ground surface the orientation of microcracks could be

measured only in the horizontal and vertical planes　It

has been generally accepted that the microcracks developed

on the vertical plane are caused by the unloading (Plate　2-

C) (Okamura 1965 Hashikawa and Miyahara 1974 Hashikawa

1978a b and 1985)　The poles of the orientation of the

micrOcracks were measured on both planes and the results

were plotted on the equal-area stereographic nets　The

measurement was performed on the samples collected from

three distr土cts　土n`H土roshima Prefecture and results of the

Kyogoyama in the Ohno district are shown in Fig 14　as a

typical example　As is seen in the fperpgureprime　two

concentrated directions whose dips are nearly vertical are

recognizable ie NOO　-　N30-w and N40-　-　60-E　The

results of the othlt=r two districtsJ One is Nakatsuokagawa in

Ohno district and the other is the western part of

H土roshima city two d土st土net dominant directions have been

confirmed N40　-　80-E土n the former and N-　Sin thelatter

(Fig 15)　As was already stated th白se directions are

almost coincide with those of clay veins developed in the

respective district (see Figs 14　and 15)

-　27　-

Fxg 14 Stereo diagram showing the

preferred orientation of

micrOcracks　畠nd clay veins in

granitic rocks at Kyogoyama

Ohno dist士ictprime　HirOshima

Prefecture

Microcracks S Contour 4-3-2-1 石

N

Contour4-3-2-1 K

Fig 15-　stereo diagram showing the


microcracks and clay veins in

granitic rocks in Hiroshima

district

-　28　-

IV CONSTITUENT CLAY MINERAL

The constituent clay minerals of the clay veins the

alteration products of plagioclase in the- host granitic

rocks and the clay deposits will be described in this

chapter　　Deta土Ied procedures o the mineral

identif土cations were already described　perpn the previous

papers (Kitagawa et al 1978a b c 1979a and 1981)

A CLAY VEINS

The clay veins consist mainly of mica clay

mineral(ser土C土te) smectite interstratified mineral of mica

and smectite (micasmectite)prime kaolin minerals (kaoUnite畠nd

halloysite) associated with small amount of　土nterstrat土fied

mineral of kaolin and smectite (kaolinsmectlte) and

chlorite　Quartz is commonly associated with clay minerals

and calcite andor zeo1土te (laumontiteprime　Stilbite and

heulandite) are occasionally found in the clay veins　Most

T

of the clay veinsノare composed of more than two kinds of

clay minerals and the main mineral assemblages are presented

in Table　2

工t is to be noted that the constituent minerals

commonly change from the lower to the upper parts in the

vertical direction of the veins　Typical examples are

shownin Fig 16 In a vein at Kure City the constituent

mineral changes gradually from mica clay mineral to

土nterstrat土fied mineral (micasmect土te) from the lower t

the upper parts of the vein within only 3m　工n a vein at

Kurahashi-cho (middle in Fig 16) interstratified mineral

-　29　-

M a x n c O n s t i tu e n t

c la y m土n e r a l

A S S O C i a t e d c l ay m i n e r a l

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K a o l x n m in e r a l

K a o l i n m i n e r a l S m e c t土te

S m e c t i t e

S m e c t土t e K a O lm m i n e r a l

S m e c t i t e M i c a c la y m in er a l

M i c a c l a y m i n e r a l

M x c a c l a y m i n e r al S m e c t i te

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P GUhLlJ3ooO

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K a o l in m i n e r a l M i c a c l a y m i n e r a l

Sm e c tperpt e M x c a S m e c t i te

Sm e c t土t e M i c a c l a y m i n e r a l K a o l in m i n e r a l

M i c a Sm e c t i t e

池i c a S m e c t i t e M i c a c l ay m i n e r a l

M i ca S m e c t i t e S m e c t i t e

M i ca c l ay m i n e r a l K ao l in m i n e r a l

M i ca c l ay m i n e r a l Sm e c t i t e K a o l i n m i n e ra l

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Sm e c t土t e C h lo r i te

M i Cparti c l ay m i n e r a l C h lo r i te

M x c a S m e c t i t e K ao lx n m in e r a l

M x c a S m e c t i t e S m e c ti t e primeK a O l i n m i n e r a l

K a o lx n m i n e r a l S m ec t x t e primeM i c a c l a y m i n e r a l

Table 2 Mineralogical assemblages of clay minerals in

clay veins

1　30　-

(micasmect土te) and smectite from the lower to the upper

parts　In Mirasaka-cho smectite interstratified mineral

(kaolinsmectite) and kaolin m土rieral from the lower part to

the upper parts　The variation of the main constituent

clay minerals of the veins in the vertical direction has

been fully confirmed at the Nukui dam-site Kake-cho

Yamagata-gun in Hiroshima Prefecture　　As is obvious in

Fl　17prime　the mam constituent mineral of the each vein

changes from mica clay mineral in the relatively lower

altitude to smectite in- the higher altitude passing through

the interstratified minerals of mica and smect土te in the

middle altitude　The constituent clay minerals of the

veins developed in the Kumogi granite mass Kanagi district

Shimane Prefecture vary markedly from mica clay mineral to

kao1土n土とe as is evident in F土g 18prime　the former d土str土butes

mainly at the lower level while the latter at the relatively

higher level

The regional variation of the constituent minerals was

examined in the Kure-Higashihiroshima district　Mica clay

m土neral　土s observed at the relatively lower level (less than

200m) while kaolin minerals at the higher level in the Kure

district (0-500m in altitude)　In the Higashihiroshima

district on the other hand smectite is restricted at the

lower level of less than　300m altitude whereas kaolin

minerals distribute at all the levels

Based on the facts described above it may be concluded

that the main constituent mineral of the ve土ns varies from

-　31 -

mica clay mineral to interstrat土f土ed minerals of mica and

smectite smectite and kaolin minerals from the lower to the

higher altitudes in the range between　400m and 800m (Fig

19)　Between the zones of smect土te and kaolin m土neralsprime

interstratified minerals of kaolin and smectite　土s

observable in some places　Moreover within several meters

of a vein change of the clay mineral is recognizable　As

is shown in Fig 20 the constituent clay mineral of the

veins found in the granitic rocks varies from place to

placeJ ieprime　each district has its characteristic

constituent minerals as are summarized in Table　3　　This is

mainly because of the difference of the level of the

respective outcrops situated

as seen in Fig 19

B CLAY DEPOSITS

I MITOYA SERICITE DEPOSITS

Concerning the clay minerals of the sericite (mxca clay

mineral) deposits of the district the author has already

reported in detail especially on the ores of the Nabeyama

and Igi deposits (Kitagawa et al 1982)　That is the

ores are composed mainly of mica clay mineral(sericite) with

a small amount of kaoUnite smect土teprime　chlor土te and

interstratif土ed minerals of mica and smect土te

2 IWAYA SERICITE DEPOSITS

As is seen in Fig 9 Iwaya deposit is in vein-form and

the ores are consist of mostly mica clay mineral with a

small amount of smectite

-　32　-

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Fig 18 Vertical variation of constituent clay minerals of clay

veins in the Kumogi granite mass in Kanagi districtShimane Prefecture

District「 Main cOnstituent clay mineral

Altitude (m)

Kure Mica clay mineral Smectite 0 - 500

Higashihiroshiraa KaOlm mineral Smectite 100-500

Ohno Kaolin mineral Smectite 0 - 600

Hiroshima Smectite Mica clay mineralー0 - 400-

Kamo Mica clay mineral Smectite 200-400

KOhdachi KaOlm minera1 15O-3SO

Miyoshi Kaolin mineral Smectite I 200-300

Mizuho Mica clay mineralンSmectite Kaolin mineral 300-550

Kanagi Mica clay mineral Kaolin mineral 150-350

Yokota Smectite Kaolin mineral 400-600

比xtoya Mica clay mineral Smectite 100-300

Table 3 Maxn constituent clay minerals in respective districts

34　-

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Fig 20 Distribution of clay寸eins and their main constituent

clay mineral in granitic rocks in I王iroshima and

Shimane Prefectures

-　36　-

3 KOHDACHI KAOLIN DEPOSIT

The ore of the Kohdachi kaolin deposit is composed

mainly of kao1土nite and halloysite with a small amount of

mica clay mineral　Moreoverl the deposit can be divided

clearly into two zones as to the mineral assemblages　one

is kaoUnite zone and the other kaolinite-halloysite zone

(Kitagawa and Kakitani 1979b)

4 YANOMAKI(KOMAKI) HALLOYSITE DEPOSIT

The Yanomaki deposit is composed of two ore bodies with

sharp boundaries to the host granitic rock　The clay

minerals of the ore are composed of halloysite kao1土nite

and mica clay mineral associated with a small amount of

smectite　Based on the mineral assemblage the ore body

can be divided into three zonesJ　土eint the central

halloysite zone through the halloysite-kaolinite zone and

the marginal zone of kaolinite-mica clay mineral

The constitu芭nt clay minerals of these clay deposits

are summarized in Table　4

C CLAY MINERALS DERIVED FROM PLAGIOCLASE

Among the constituent minerals of the host granitic

rocks plagioclase is easily altered to clay minerals as

well as biotlte　工n generalJ the mineral in question

alters directly to kaolin minerals (kao11n土te and

halloysite) under the weathering conditions (Nagasawa and

Kunieda 1970 Kitagawa and Kakitani 1977a Nagasawaprime 1978

Tsuzuki 1985)　However plagioclase in the granitic rocks

-　37　-

Clay deposit

Mi toy a　　　工waya Kahdachi

sericite sericite kaolin

depos土七

Halloys土te

Kao1土nite

Smect土te

MicaSmec

Mica clay

Chlor土te

deposit deposit

+

Yanomak土

halloysite

deposit

+++ abundant ++ moderate + minor

Table 4 Constituent clay minerals of clay deposxts in

granitic rocks in Hiroshima and Shimane prefectures

-　38　-

of the district of the present study is often altered to

mica clay mineralprime　smect土te and土nterstratified mineral

together with or without kaolin minerals　Several typical

examples w土11 be described below

General tendency of the alteration of plagioclase to

clay minerals in the granitic rocks are shown in Figs 21

22 and 23　As is evident in Fig 21 in the Kumogi granite

mass Kanagi district the northwestern parts whose altitude

is relatively lower (180-250m)int mica clay mineral is

predominant whereas in the central parts relatively higher

parts (250-350m) smectite is predominant In the Yokota

districtprime　sh土mane PrefectureJ plagioclase alters to mica

clay mineral smectite and kaolin minerals (Fig 22)

Furthermore as is clear in the figure kaolin minerals are

found mainly at the higher level whereas mica clay mineral

and smectite at the lower level　Regional variation of the

alteration of the mineral in Hiroshima and Shimaney

Prefectures is represented in Fig 23

It may be concluded that plagioclase of the host

granitic rocks alterscommonly to mica clay mineral

smectite and kaolin minerals It is to be noted that

mica clay mineral prevails at the geographically lower

parts whereas kaolin minerals at the highe暫parts

-　39　-

Fig 21 Clay minerals altered from plagioclase in the

Kumogi granite mass in Kanagi district shimane

Prefecture

-　40　-

Fig 22 Constituent clay minerals found in plagioclase

xn yokota district shimane prefecture

-　41　-

Fig 23 -Clay mineral found in plagioclase in granitic rocks

distributed in Hiroshima and Shimane prefectures

-　42　-

V MINERALOGICAL CHARACTERISTICS OF CLAY MINERALS

Concerning the clay minerals collected from various

occurrences the writer and his co-workers have reported

some mineralogical characteristics such as filling

temperature of flu土d　土nclusion in calcite hydrogen and

isotopic composition microtopographs of clay mineral

crystals morphology of halloys土teJ dehydration temperature

of constituent water and suspention pH (Kitagawa and

KakitaniJ 1977aJ 1978al bJ c 1979 1981 K土tagawa et alint

1981a b 1982 1983 1984)　In Table5 the main results

are summarized with the difference of the mode of occurrence

of clay minerals　　Since these characterlsties Of the

mineral are related intimately to the formation conditions

of the mineral the results will be described briefly below

A FILLING TEMPERATURE OF INCLUSION

As was described ln the previous chapter mica clayr

mineral in the sericite deposits of the Mitoya district

coexist intimately with calclte (Plate　3)　　ortunatelyprime

fluid inclusions are common in the calcite crystals and the

filling temperatures of these inclusions were measured xn

order to estimate the temperature of formation of the ore

depositprime ie　m土ca clay mineral itself　As is shown　土n

Fig24 the filling temperatures of the Nabeyama and Igi

deposits are in the range between　220　-　270-C (average is

240-C) and　215　-　280-C (average is　241-C) respectively

B HYDROGEN AND OXYGEN ISOTOPE

-　43　-

Clay vein

Co n s ti tuent DTA chemical

clay mineral color Polytype地suprophology size dehydration composition PH

Mica clay green　　　出　　　hexagonal　05-

mineral　慧equivn　王a e圭鮮呈d- sympink　　　　　　鐙lar-

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700degC)

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Clay deposit

Micaclaygreen池hexagonal05-singlesmuscovite-mineral票hellip喜n主監el酔宴d-10]jm霊霊mi霊ngit

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4-9

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Alteration Products of plagioclase in qranitic rock

Mica clay green　　2M heagonal　　　　由

mineral　響きn　王a eを慧鑑蔓d-霊~white　　　　　　　　　　　　　　　`一山　　700C)

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MicaSmec green H雛r霊~ 富呂出ermic主蓋憲蔓圭昌畠epeax

Smectite green

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Kao linite white

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Halloysite white

yellow

tubular 0 2-

3ym

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Table 5 Mineralogical characteristics of clay minerals in

granitic rocks

-　44　-

6-7

Calcxte and quartz associated with mica clay

mineral

CCalcite QQuartzprime　MMica clay mineral

Plate　3 Microphotograph of the thin section

(Nabeyama deposit in Mitooya district)

-　45　-

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The isotopic ratios of hydrogen and oxygen in mineral

reflect the environmental conditions at the formation

(Matsuhisa et al 1980)　Therefore　6D and　60 values of

mica clay mineral smectite interstratified mineraland

kaolin minerals collected from clay veins and deposits were

measured　As is evident in Table　6　each mineral has its

own characteristic value regardless of their mode of

occurrence　The results clearly suggest that all of the

clay minerals are formed under almost the same environmental

conditions

C MICROTOPOGRAPH OF CRYSTAL SURFACE

Growth pattern on crystal surface varies aceording to

the formation conditions　Using the decoration technique

of electron microscopy (Kitagawa et al 1983) surface

micrOtOPOgraphs of as-grown surface have been examinedon

the clay minerals collected from clay veins and deposits as-

well as on the alteration products of plagioclase in the

host granitic rocks　Among these minerals spiral growth

pattern is observable only on the crystal surfaces of lM and

2M mica clay minerals and kaolinite (plates 4 5 and 6)

On the crystal surfaces of lMd mica clay mineral and

smectite show no special growth pattern (see plate 4)

Morphologies of the growth spirals are roughly

classified into a) polygonal and b) circular or malformed

circular　Characteristics of the observed pattern together

with the range of step separations are listed in Table 7

-　47　-

The mode of occurrence of clay veins

Clay mineral

Type 1 Type 2　　Type 4　　Type 5　　Deposit

Kaolinite -675 -658

Smect土te -864 】

-881

-891

MicaSmectitel

-773 -762 -751

-740

Mica clay mineral -681 -676

-693

Table　6　oD values () of clay minerals

-　48　-

(1M Nabeyama deposit)　　　　growth(lMd Miyoshi Type 2)

Plate 4 Siユrface microtopographs of mica clay minerals

The scale-line represents lyenJm

-　49　-

Malformed circular spiral

(Mitoya Type　2 vein)

Circular spiral

(工waya deposit)

Plate 5 Surface microtopographs of mica clay minerals

The scale-line represents ll皿

-　50　-

Polygonal spiral on kaolinite crystal

surface xn Khoachi kaolin deposit

Plate　6　Surface microtopographs of kaolimte

The scale-line represents lpm

-　51　-

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Circular spiral on mica clay mineral showing coalescence

of several crystals (Type　2)

Plate 7 Mica clay mineral showing coalescence of crystals

The scale-line represents lym

-　52　-

As is shown in the tableprime　C土rcular or malformed circular

patterns are found on the clay minerals from the Type 2 vein

whereas polygonal patterns are on those from the Types 1

and 5 vexnsprime　kao1土n and seric土te deposits as well as those

of alteration products of plagioclase It is to be noted

that the step separation of the polygonal pattern is two

to ten times wider than that of circular spirals

Moreover paired step or interlacing pattern is commonly

observed on the surface of mica clay mineral especially on

2M polytype (Plates　4　and　5)　Appearance of coalescence

pattern　土s characteristic in the circular spirals which is

mainly found in the minerals from fissure-filling vein (Type

2 (Plate　7)

D MORPHOLOGY OF HALLOYSITE

Among kaolin mineralsprime　halloyslte is characteristic in

its crystal morphology of tubular form　Moreover theT-

formation of the mineral both under the weathering condition

and by the hydrothermal activity have been well established

by many investigators up to the present (eg Parham 1969

Nagasawa and Kunieda 1970 Shimizu 1972　and 1978 Nagasawa

and Miyazaki 1975 Kelユer 1976a b c and 1977　a b

Kitagawa and Ka~kitani 1977a Tazaki 1977　and 1978

Nagasawa 1978)　Therefore it is worthwhile to examine

the variation of the tubular form of the mineral between the

two origmsprime ie weathering and hydrothermal　For the

purpose of the comparative studies halloysite of reliably

weathering and hydrothermal origins were collected　As for

-　53　-

specimen(clayvein)Polygonalspecimen(clayvein)PolygonalCircularlg|esifgi9gCoalescencespacingof

Micaclaymineralspiralspiralspitedlayers(A)

Type1

Takaya(Kamodistrict)0200-1000

Type 2

Ktmo91-3 (Kanag dis)

Kumogi - 4

Mitoys-1

か止toya- 2

Mitoya- 3

Mitoya- 4

Mitoya-5

ぬtoya-6

0

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Type　5

Kumogi- 1

Kumogi- 2

Kure

(Kanagi dis)

Daiwa (Karao district)　　

Specimen (Clay deposit)

Iwaya sricita dep

Nabeyama (Mitoya) dep

Nabeyama (朗itoya) dep -

Igi (Mitoya) dep

Yanomaki (Komaki) dep

-r-

Specimen (Clay deposit)Kaolinite

KoI嘘achi kaolin dep

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100-500

50-500

100-500

100-500

50-500

50-500

0　　　　　　100-500

100-5000

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300-1000

100-500

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100-5000

100-5000

100-500

100-1000

100-1000

Table　7 Summary of surface microtopograph of mica clay

mineral and kaoUnite

-　54　-

the weathering origin halloysite from typical weathering

residual deposits such as Hongkong kaolin were used in

addition to the specimens obtained from the plagioclase in

the granitic rocks in sedimentsJ halloysite from khodachl

(Matsumoto 1965 Kitagawa and Kakitani 1979b) Komaki

(Matsumoto 1965 Kitagawa and Kameoka in press) and

Shokozan deposits (Kinozaki 1963 Matsumoto 1968) were

used as the hydrothermal origin

To describe the morphological characteristics the

length and width of halloysite tubes collected from clay

deposits clay veins and altered products from plagioclase

were measured and the results are shown in Fig24　As is

evident in the figure diameters of halloysite tube of the

hydrothermal origin are concentrated in certain area

especially in the range of 005-006　microns whereas those

of weathering origin show none of such concentration　Tube

length on the o上her hand indicates no information

concerning their origin　To confirm the characteristic

distribution of the values of the tube diameter the

relation between the mean value and the standard deviation

for the diameter of respective specimens are plotted in Fig

26　The results shown in Figs 25 and 26 clearly suggest

that the tube diameters of halloys土te of the hydrothermal

origin are restricted within the dotted line shown in Fig

26

As an appl土catlon of the established criterion

described above the mean values and the standard deviations

-　55　-

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ofthediameterofhalloysitecrystalscollectedfrom

palgioclaseinthehostgraniticrockswereplottedinFig

27AsisclearinFig27halloysitealteredfrom

plagioclaseshownoremarkableconcentrationsuggestingthat

thehalloysiteareformedbothbyweatheringand

hydrothermalactivityFig28showsthesamevaluesof

halloys土tecrystalscollectedonlyfromtheclayveinsof

varioustypesdevelopedinthegraniticrocksAsisclear

inthefigurethevaluesaremarkedlyconcentratedinthe

restrictedareasuggestingthehydrothermaloriginofthe

minerals

Furthermorethedistributionofthetube-widthofthe

halloysitecrystalscanbedividedintothree乍ypes(TypesA

BandC)bymoredetailedobservationasisshowninFig

29ieTypeAwiththesmallestvaluesconcentratedin

therangeoflessthan001micronsTypeBwithrelatively

widerangeofthevaluesandTypeCwithwiderangeofthe

Yvaluesbutcharacterizedbythemaximumfrequencyinthe

rangelessthan001micronsHalloysitecrystalsofType

AareascribedtothehydrothermaloriginTypeBto

weatheringandTypeCtothemixturesofthetwoorigins

Typicaldistributionsofthetubewidthandtransmission

electronmicrOPhotographsofthethreelttypesareshownin

Fig29andinplates8and9respectively

Usingthismethodhalloysitecrystalsobtainedfrom

plagioclaseofthehostgraniticrocksoftheKariagi

district(Kumogigranitemass)andMizuhodistrictswere

examinedTheresultsclearlyindicatedthathalloysite

-　57　-

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Fig 29　Three typical histgram of diameter

of tubular halloysite

-　59　-

月　一一

Type A Kumogi gran土te mass

(Kanagi district)

警Type Cprime　Kumogi granite mass

(Kanagi district)

Type A Yanomaki (Komaki)

halloysite deposit

Type B Kamo district

こて-gt

-も

箪亡盛諒-　　

Type Cprime　Kamo district

Plate 8 Morphology of tubular halloysite in granitic rocks t云ken -

under transmission electron mxcroscope (TEM)


-　60　-

Type B Halloysxte found in plagioclase

(Weathering in origin)

plate 9 Morphology and texture of tubular halloysite七aken

under scanning electron micrdscope (SEM)

The scale-line represents 2ym

-　61 -

crystals of Type A which is ascribed to the hydrothermal

origin are found in the remarkably decomposed regions ie(

in the middle and northwestparts of the Kumogi granite mass

(Fig 30) and in the middle part of the Mizuho district

(Fig 31)

-　62　-

Fig 30 Distribution of three types of halloysite

in the Kumogi granite mass in Kanagi district

Shxmane Prefecture

-　63　-

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-　64　-

VI D工scuss工ON

The main purpose of this paper is to establish the

sigmficance Of the hydrothermA1 activities on the

decomposition of the granitic rocks In the preceding

chaptersJ　土mportant characteristic features observed in the

decomposed granitic rocks have been described particularly

on the clay veins and- clay deposits developed commonly in

the granitic rocks distributed widely in Hiroshima and

Shlmane Prefectures　Based on the results obtainedprime　the

complicated mechan土sms of the decompos土とion process of the

granitic rocks will be discussed from the two important view

points fracturing system related to the paleo-stress fields

and clay mineralogy in relation to the formation conditions

A FORMATION MECHANISM AND AGE OF FRACTURES

F土rst of allJ it may reasonably be assumed that the

clay veins developed in the granitic rocks represent the

fractures which have been formed after the solidification

stage subsequent to the raagmatic activity　Furthermore a

systematic fracturning pattern within granitic rocks has

been controlied by the stress fields of the respect土ve

district

The fracture patterns of clay veins developed in the

granitic rocks in Hiroshima and Shimane prefectures will be

analysed

As a typical example of the analysis of the stress

fieldprime　the Kamo d土strict土s chosen　工n this districtprime　clay

veins of Types 1 2 4 and 5 are commonly developed and the

-　65　-

results of the orientation (strike and dip) analyses are

shown inFig 32 as rose diagrams As shown-in the figure

the strikes of the veins of Types 1 and 5 are concentrated

inthedirectionofN60-- 80 W whとreas thoseof Type 2 are

concentrated　土n two d土rectionsJ N40 -　70-w and N60-　-　80-E

It is to be noted that the direction of the former

exactly corresponds to the b土sectional direction of the

latter two　Moreover the Type 2 veins have characteristic

features of the conjugated fractures and accompanying

slickensides occasionally　These facts strongly suggest

that the Type 2 veins are the shear fractures formed under

the regional stress field of the district　Consequently

veins of Types 1 and　5　are ascribed to the tention

fractures　The greatest principal stress axis inferred

from the analytical data is N80　-　90-w in the Kamo

district　In such manner the stress fields of the

respective districts have been analysed (Fig 10) and the

results obtained are schematically summarized in Fig 33

As is clear in the figure at least four greatest principal

stress axes are distinguishable in the district of Hiroshima

and Shimane Prefectures

Clay veins developed in and around the clay deposits

are also ascribed to the shear and tentperpon fracturesprime　since

their orientations coincide with those of clay veins in the

respective granitic rocks

Preferred ori占ntations of the microcracks developed in

the constituent minerals of the host granitic rocks have

-　66　-

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ヽ-ヽ

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Kohdachi 　MirasakaKohdachidep

(72Magr)

HiroshimaPrefprimeprimeprimeprime

Fig　33　Schematic representation of tectonic stress

trajectories together with the geological ages

-　68　-

been analysed using the same analytical method　For

example tw里整i聖与　preferr甲d directions f the

microcracks were recognized in the Kyogoyama Ohno district

and Hiroshima district (see Figs 14　and 15)　The

greatest principal axis derived from the two directions is

approximately NE-SW based on the assumption that the

raicrocracks are the conjugated fractures　The direction

thus obtained well coincides with that of clay ve土nsJ

suggesting that the microcracks and the clay veins have been

formed under the same stress field of the district

Concerning the formation ages of thes声　fractures K-Ar

ages of mica clay minerals obtained from clay veins and clay

deposits will be useful　The available data from the

previously published literatures are summarized in Fig 33

The data are taken from Ishihara et al (1980) and Kitagawa

and Kakitani (1981)　Furthermore the K-Ar ages of the

host granitic rocks are also available　That is the Sanyo

gran土tic complex　土n Hlrosh土ma Prefecture are dated at　70-

92　Ma (Kawano and Ueda 1966 Shibata and Ishihara 1974a

and b) and Sanin granitic complexthere4 in Shimane prefecture

at　25-63Ma (Kawano and Ueda -1966 Shibata and Ishihara

1974 Ishihara 1974　and 1978)　These data are also

plotted in Fig 34　As is evidentin the figure the ages

of clay minerals and those of granitic rocks are identical

with each other within the analytical error　The

concordance in the ages indicates that the clay minerals in

the clay veins and clay deposits have been formed by亡he

post magmatic activities of the host granitic rocks of the

-　69

100　　　　　80　　　　　　60　　　　　　40　　　　　　20

08　0　　　　　　0　　　　　　　0　0300　　-　　　0

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0 O 0

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Sanl in granitic catolexs

Sanyo granitic ccnplexs

Sencite de〇〇sit

in Sanin granitic cコmlexes

ぬe乏clay血a in clay vex三唱-Omd in Sanyo grar止gtic Ccrmle^臼

Fig 34 K-Ar ages of mica clay mineral and granitic rocksin Hiroshima and Shimane prefectures

Locality Age of granite Age of mica clay mineral Greatest principalstress axis

Kanagi district　 32 - 34 Ma NW- SE

Mizuho district　　　　34 -　40　　　　　　　　　　　　　　　-　　　　　　　E - W

Mitoya district　　　　　51　　　　　　　　　　50 Ma NW - SE

Yokota district　　　46 - 62　　　　　　　　　64　　　　　　　　　　　NW - SE

Miyoshi district　　　　72　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　NE - SW

Kure district　　　　　　　　　　　　　　　　　　68　　　　　　　　　　　NE - SW

Kamo district　　　　70 - 79 　　　　　　　791 86　　　　　　　　ESE - WNW

Table 8 Relation between tectonic stress and its ages

-　70　-

respective districts In Table 8 the formation ages of

the granitic rocks and clay minerals together with the

greatest principal axis of the respective ages are present

Thus it is furthermore reasonably concluded that the

greatest principal stress axis has been changed from ESE-WNW

to NE-SW and finally NW-SE during the geological ages from

Cretaceous to palaeogene periods

B FORMATION CONDITION OF CLAY MINERALS

工n this chapterprime　the physico-chemical condition of the

formation stage of clay minerals will be discussed based on

the available data such as temperature estimation derived

from isotopic ratios and filling temperatures sequence of

mineral assemblages and microtopographs of crystals

It has been well established that the formation

temperature and the origin of the water are closely related

to the isotope raをios of hydrogen and oxygen of a given

mineral (Scheppard et alprime 1969 OINeal and Taylorprime 1969

savin and Epstein 1970 Lawrence and Taylor 1971 ONeeal

and Kharaka 1976 Suzuoki and Epstein 1976 Lombard and

Sheppardprime 1977)

The isotopic ratios of oxygen and hydrogen of mica clay

minerals in the Kumogi granite mass (Kanagi district) have

been measured to find the precipitation temperature and土と

was estimated at 250-C (Matsuhisa et al 1980)　Although

the isotopic ratio obtained by the present author is only

for hydrogen lt5D valuesト676ォー　ー773-) for the mica

ー　71 -

clay minerals collected from the clay veins are very

similar to that (-78o) of Matsuhisa et al(1980)(see Fig

35)　Furthermore the　6　D values (-675o) of kaoUnite

collected from the clay veins well coincide with those of

the Khodachi kaolin deposit　ト658瑚(Table　6)　In spite of

the differences in the mode of occurrences 6D values of the

related mineral also coincide with each other suggesting the

same formation COnditionJ土eJ hydrothermal　工f we piot

these values on the fractionation-temperature diagram

proposed by Marumo et al(1980) the formation temperature

of kaolinite is roughly estimated between　70-　and 150-C

(F1　　36)

The mineral sequence of mica clay mineral　-1-

interstratification of mica and smectite smectite

kaolin minerals from the lower to upper levels obseved in

the alteration products in the host granitic rocks as well

as in a vein also give us some important informationr

concerning the formation conditions of clay minerals　That

土Sprime　almost the same mineral sequences have been established

in various geothermal areas (Sigvaldason 1962 Sumi 1966

1968 Takashima1972 Hayashi 1973 Hayashi and Yamasaki

1975 Kinbara and Ohkubo 1978)　Typical examples of the

mineral- sequences found in Satsunan (Kagoshima Pref) and

Ohnuma (工wate Pref) geothermal areas are presented　土n Fig

37　　Mineral sequence of mica clay mineral

interstratification smectite kaolinite is

generally recognized in these areas　This sequence exactly

co土nc土ded with those obtained　土n the present study

- 12　-

Fig35 Apioted of 5d ven1S 60 for water and mica clay

mineral- from clay vein in the Kumogi granite massLf

in Kanagi district shimane prefecture

The caluculated isotopic composition of the

hydrothermal waters equilibrated with mica clay

mineral (laxge solid circles) in veins is shown

by small solid circles with parameter of temper-

ature (after Matsuhperpsa et alprime 1980))

MWL 1 and　2 Standard for the meteoric water

lines by Craig (1う61) and Sakai and Matsubaya (1977)SMOW Standard mean ocean water

-　73　-

1　2　3　4　5　6　7　8　9　10 ll 12

106T2　ぐK2)

サ Kaolinxte Dickxte(Ohnuma) (Marumo et al 1930)

A Sheppard and Taylor (Cited m Sheppard et al1969)

Preliminary- laboratory calibrations of kaolinite-H-O

B Shappard et aX (1969) Coexisting kaolmxte and waterfrom Fountain Paxnt Pot Yellowstone

C Savin and Epstexn (cited in Sheppard et al 1969

Data on natural kaolimtes from zones of deep weathering

一

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5_=

5苧==」

8-

Fig 36　Temperature dependance of fractionation factors

bとtween kaolinite and water (after Marumo et al

1980) and fractionation of kaolinite in clay vein

and clay deposxt

-　74　-

Moreover the range of formation temperature of the

respective minerals can be obtained from Fig 37

Comparat土ve examinations between the two temperatures

lead to the formation temperatures of mica clay mineral 200

- 300　CJ interstratifperped minerals of mica and smectite 1500

- 200 C smectite 100- - 200-C and kaolin mineral 50-- 150

Cprime　respect土vely

Microtopographs of clay minerals are also usuful for

confirming the formation environment of the minerals

Since the development of the decoration technique of

electron micrOSCOpy va-ous kinds of microtQPOgrapjis Of

clay minerals have been observed and character土st土c

microtopographs for the different environmental conditions

have been established (Baronnet 1972 Sunagawa and Koshino

1975 Sunagawa et al 1975 Sunagawa 1977 Toraura et al

1979)　The important results of these researches are

summarized as follows 1) Spiral growth indicates that the

crystals are formed in either solution or vapor where

unconstrained growth is possible 2) Coalescence of crystals

cab occur predominantly土n violently moving solution than in

static solution 3) Step separation versus step high ratios

of the crystals growth in vapor phase is much larger than

those formed　土n hydrothermal solutions

Common development of circular spirals with relatively

narrower step separation in the clay minerals from Types lJ

2 and 5 clearly土nd土cates that the minerals have been formed

from hydrothermal solutions and not by solid-state

-　75　-

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and　7)　Coalescence is often encountered in the clay

minerals from Type 2 and the fact also suggests the growth

from hydrothermal solutions　polygonal spirals from Type

57　0n the other handl indicate the format五〇n condition of

hydrothermal metasomatism　Thus all of the observed

m土crotopographs are ascribed to the format五〇n condition

related to certain hydrothermal activity

工n spite Of the previous researches on the formation of

clay minerals under the weathering condition(Kashiwagi

1963 Miura 1966 and 1967 Ohyagi 1968　LOhyagi et al

1969 MiyaharA 1977 KhonoJ 1985) present results strongly

indicate the hydrothermal origin of the clay minerals

Only in the case of kaolin mineralsJ especially for

halloysite evidence of weathering origin is recognized

Considering the fact that decomposition of the granltic

rocks can be represented by the amounts of clay mineral`r

format土onprime it may be concluded that the decomposition of the

granxtic rocks of the investigated area is mainly the

results of hydrothermal activities subsequent to the

granitic activity as well as the weathering during the

geological ages

-　77　-

VII CONCLUDING REMARKS

Based on the results obta土ned土n this study the most

possible decomposition process of the gran土tic rocks of the

district will be explained

First nearly vdrtical fractures and microcracks have

been developed within the granitic rocks under the regional

paleo-stress field of the respective districts after the

solidification stage of the granite　The clay veins and

clay deposits were formed f土111ng the fractures by clay

minerals from hydrothermal solution of meteoric origin

To be noted is that the constituent minerals of the

host granitic rocks and clay deposits formed by

the metasomatism I were formed by the same

activity in more or less extent The clay mineral species

have been gradually changed according to their geographical

vertical positions　That is the mineral sequence of mica

clay mineral interstratified mineral smectite　-V

kaolin minerals from the depth to the upper levels was

gradually formed during the geological ages

The horizontal fractures such as lamination and

sheeting joints have developed near the ground surface by

unloading　The horizontal microcracks are ascribed to the

same formation mechanism　The part where the fractures are

densely developed is generally decomposed remarkably　Thi

is because the place is favorable for weathering process in

addition to the hydrothermal activity of relatively earlier

stage

The fracture system location of clay deposits and clay

-　78　-

veins are illustrated schematically in Fig 38 together with

the degree of the decomposition

-　79　-

Kaolin mineral zone Smectite zone Mica clay mineral zone

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kaolins collected from diverse environments of origin一

工工工J influence of parent materia1 0n flint clays and

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Keller WD(1977a)Scanning electron micrOgraphs of

-　82　-

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参考諭文

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ABSTRACT　This paper deals with the clay minerals found in

the granitic rocks distributed in Hiroshima and Shimane

Prefectures with special reference to the effects of

hydrothさrmal activities on the decolpPOsition process of the

granxtic rocks　Many clay veins and hydrothermal clay

deposits are commonly developed in the granitic rocks and

their mode of occurrences were investigated in detail　The

preferred orientations of the clay veins and m土crocracks

found in the constituent minerals of granitic rocks were

examined　The constituent clay minerals and their

mineralogical characteristics of clay veins clay deposits

and alteration products of plagioclase in granitic rocks

were investigated by means of X-ray diffractont optical

micrOSCOPe electron micrOSCOpe(TEM and SEM) hydrogen

isotope ratio and so on　The major results obtained are as

follows

1) The preferred orientations o micrOcracks within

granitic rocks are very similar to those of clay veins which

have been formed under the regional compression stress

field

2) The constituent clay minerals of clay veins clay

deposits and alteration products from plagioclase and their

mineralogical characteristics are almost identical with each

other

3) Mineral sequence found in the vertical direction of a

clay vein and altered granitic rocks resemble to that

observed in some present geothermal areas

_1 _







solution






　2-

CONTENTS

工工ntroduct土on


clay deposits

A Classification



A Clay veins

B Clay deposits

C Microcracks


A Clay veins

B Clay deposits







V工 DISCusslOn




References

-　3　-

I INTRODUCTION




























ー　4　-






















-　5-


























manuscript

1　6　-


DEPOSITS










A　CLASSIFICATION
















-　7　-








Hataprime 1970)







certain directions













-　8　-




























-　9　-

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Clay vein

Type 1

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Granitic rock

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-　21　-





















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-　38　-
























-　39　-



Prefecture

-　40　-



-　41　-



-　42　-



























-　43　-

Clay vein





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-　48　-




-　49　-



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CONTENTS

工工ntroduct土on


clay deposits

A Classification



A Clay veins

B Clay deposits

C Microcracks


A Clay veins

B Clay deposits







V工 DISCusslOn




References

-　3　-

I INTRODUCTION




























ー　4　-






















-　5-


























manuscript

1　6　-


DEPOSITS










A　CLASSIFICATION
















-　7　-








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-　39　-



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-　41　-



-　42　-



























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107-115












282-296















-　8　5-

Acta Vol36 1377-1393








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-　8　6-


C Vol 7 297-299
















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124















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16

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18











CONTENTS

工工ntroduct土on


clay deposits

A Classification



A Clay veins

B Clay deposits

C Microcracks


A Clay veins

B Clay deposits







V工 DISCusslOn




References

-　3　-

I INTRODUCTION




























ー　4　-






















-　5-


























manuscript

1　6　-


DEPOSITS










A　CLASSIFICATION
















-　7　-








Hataprime 1970)







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-　8　-




























-　9　-

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-　78　-



-　79　-




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REFERENCES









47-57

















48-58

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-　8　5-

Acta Vol36 1377-1393








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-　8　6-


C Vol 7 297-299
















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参考諭文

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-　5-


























manuscript

1　6　-


DEPOSITS










A　CLASSIFICATION
















-　7　-








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-　8　-




























-　9　-

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48-58

-　81 -






224




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1-10









359


-　8　3-


















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-　84　-

107-115












282-296















-　8　5-

Acta Vol36 1377-1393








65












283






Vo1ll 6-38


-　8　6-


C Vol 7 297-299
















Miner Vo152 1414-1437










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21-44



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282-296















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283






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C Vol 7 297-299
















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-　84　-

107-115












282-296















-　8　5-

Acta Vol36 1377-1393








65












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-　38　-
























-　39　-



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-　40　-



-　41　-



-　42　-



























-　43　-

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Acta Vol36 1377-1393








65












283






Vo1ll 6-38


-　8　6-


C Vol 7 297-299
















Miner Vo152 1414-1437










7-


21-44



403-416



124















Conf　4工5-422






-　8　8-







Surv Japan 1-42


















Confprime　415-422



9-





-　90　-

参考諭文

1

3

星

5

primeヽ

cap

7

Fi

fL

描

1上

12

は

14_










鈷+魁牽(1978)




酢Eh帥閏(197DI












敗+魁牽(1F摘日






15

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lワヰ

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7`












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107-115












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C Vol 7 297-299
















Miner Vo152 1414-1437










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Clay Veins and Clay Minerals in the Granitic Rocks in ......Veins of types 1, 2 and 5 belong mainly...

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Transcript of Clay Veins and Clay Minerals in the Granitic Rocks in ......Veins of types 1, 2 and 5 belong mainly...