Новости

Nov 01, 2023

Катодолюминесценция как метод отслеживания осаждения кварца в экспериментах по сдвигу с низкой скоростью

Scientific Reports Volume 13, Номер статьи: 10236 (2023) Цитировать эту статью 392 Доступ Метрики Подробности Две моделируемые выбоины (чистый кварц и смесь кварца и мусковита) были экспериментально исследованы.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 10236 (2023) Цитировать эту статью

392 Доступа

Подробности о метриках

Две моделируемые выемки (чистый кварц и кварц-мусковитовая смесь) были экспериментально деформированы в кольцевом сдвиговом аппарате с постоянной низкой скоростью в гидротермальных условиях, благоприятных для процессов растворения-осаждения. Микроструктурный анализ с использованием катодолюминесцентной визуализации сканирующего электронного микроскопа и катодолюминесцентной спектроскопии в сочетании с химическим анализом показал, что в обоих экспериментах происходило растворение и осаждение кварца. Исходные материалы и условия деформирования были выбраны таким образом, чтобы микроструктуры растворения-осаждения можно было однозначно идентифицировать по сигналу их катодолюминесценции. Выпавший кварц наблюдался в виде синего люминесцентного заполнения трещин и разрастаний с повышенным содержанием Al по сравнению с исходным кварцем. В полосе из чистого кварца большая часть сдвиговой деформации локализовалась на поверхности скольжения, параллельной границе. Герметизация трещин в зоне измельчения, непосредственно прилегающей к поверхности скольжения, возможно, помогла сохранить локализацию деформации. В смеси кварца и мусковита наблюдались некоторые признаки аккомодирующего сдвиг выделения кварца в тенях деформации, но преимущественно в трещинах, удлиняющих исходные зерна. Выделение кварца в трещинах означает, что масштаб диффузионного массопереноса во фрикционно-вязком потоке короче длины кварцевых доменов. Кроме того, трещиноватость может играть более важную роль, чем обычно предполагается. Наши результаты показывают, что катодолюминесценция, особенно в сочетании с химическим анализом, является мощным инструментом микроструктурного анализа экспериментально деформированного кварцсодержащего материала и визуализации кварцевых осадков.

Взаимодействия флюид-порода, такие как процессы растворения и осаждения, играют важную роль как в естественных, так и в экспериментальных деформациях и разломах. Ползучесть растворения-осаждения (также известная как растворение под давлением) широко признана в качестве соответствующего механизма деформации и заживления дефектов в условиях сдвига в природе и экспериментах1. Обычно о наличии процесса растворения-осаждения судят по признакам растворения, таким как наличие усечений и углублений зерен, неровных границ зерен, уменьшение пористости, а также по заживающим трещинам, которые иногда можно распознать как следы флюидных включений2,3,4, 5. Кроме того, идиоморфные зерна кварца, наблюдаемые в экспериментах по сдвигу при высоких температурах на кварцевой выемке, были интерпретированы как свидетельство осаждения5. Однако наличие вновь осажденного материала обычно не демонстрируется, и в большинстве микроструктурных исследований трудно или невозможно отличить разрастания и заживающие трещины от исходных зерен. Однако знание того, где материал выпадает в осадок, очень важно, поскольку оно дает информацию о роли процессов переноса раствора при деформации (например, аккомодирующих деформацию или только способствующих уплотнению), а также о масштабах длины, участвующих в диффузионном массопереносе, которые контролируют общий процесс. скорость деформации, вызванная растворением и осаждением.

Катодолюминесценция (КЛ) может выявить тонкие изменения в химическом составе и структуре минералов6, а КЛ-изображение и гиперспектральный анализ были мощным инструментом в изучении кварца на протяжении десятилетий7,8,9,10,11,12,13,14,15. 16. Гигер и др.17 использовали КЛ-изображение, чтобы показать, что растворение и осаждение кварца происходило в экспериментах по горячему прессованию: изображения SEM-CL в оттенках серого и количественное химическое картирование выявили слегка повышенное содержание Al в наростах кварца в образце природного порошка чистого кварца, подвергнутого горячему прессованию для восемь часов при температуре 850 °C при всестороннем давлении 250 МПа, давлении поровой жидкости 150 МПа и дифференциальном напряжении 90 МПа. Уильямс и др.18 использовали систему КЛ с холодным катодом на петрографическом микроскопе для отслеживания осаждения кварца в заживших трещинах и разрастаниях после длительных экспериментов по выращиванию кварца (при 300–450 °C и 150 МПа, с обогащенной Al поровой жидкостью, содержащей аморфный кремнезем). Недавно различные авторы использовали КЛ для визуализации рекристаллизованного кварца в экспериментально и естественно деформированных породах, связывая КЛ с восстановлением равновесия микроэлементов (особенно Ti), возникающим в результате присутствия зернограничных жидкостей во время деформации, как при низких, так и при высоких температурах19,20,21 , 22.