저속 전단 실험에서 석영 침전에 대한 추적 기술로서의 음극선 발광

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 10236(2023) 이 기사 인용

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두 개의 시뮬레이션된 가우징(순수 석영 및 석영-백운모 혼합물)이 용해-침전 과정에 유리한 열수 조건 하에서 일정한 저속으로 링 전단 장치에서 실험적으로 변형되었습니다. 주사전자현미경 음극발광 이미징과 음극발광 분광학을 화학적 분석과 결합하여 사용한 미세 구조 분석을 통해 두 실험 모두에서 석영 용해 및 침전이 발생했음을 보여주었습니다. 용해-침전 미세구조가 음극발광 신호로부터 명확하게 식별될 수 있도록 출발 물질과 변형 조건을 선택했습니다. 석출된 석영은 원래 석영에 비해 증가된 Al 함량으로 청색 발광 균열 충전 및 과성장으로 관찰되었습니다. 순수 석영 가우징에서는 대부분의 전단 변형이 경계 평행 미끄럼 표면에 국한되었습니다. 미끄러짐 표면에 직접 인접한 분쇄 구역의 균열을 밀봉하면 변형을 국부적으로 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다. 석영-백운모 혼합물에서 변형 그림자에서 석영의 전단 수용 석출에 대한 일부 증거가 관찰되었지만 주로 균열에서 원래 입자가 늘어나는 현상이 관찰되었습니다. 균열에서 석영의 석출은 마찰-점성 흐름에서 확산 물질 이동의 길이 규모가 석영 영역의 길이보다 짧다는 것을 의미합니다. 또한, 파쇄는 일반적으로 가정하는 것보다 더 중요한 역할을 할 수 있습니다. 우리의 결과는 특히 화학 분석과 결합된 음극 발광이 실험적으로 변형된 석영 함유 물질의 미세 구조 분석과 석영 침전 시각화에 강력한 도구임을 보여줍니다.

용해 및 침전 과정과 같은 유동암 상호작용은 자연적 변형과 실험적 변형 및 단층 모두에서 중요한 역할을 합니다. 용해-석출 크리프(압력 용액이라고도 함)는 자연과 실험에서 전단 설정의 관련 변형 및 결함 치유 메커니즘으로 널리 받아들여지고 있습니다1. 일반적으로 용해-침전의 발생은 결정립 잘림 및 압흔 존재, 불규칙한 결정립 경계, 다공성 감소 및 때때로 유체 함유물의 흔적으로 인식될 수 있는 치유된 균열과 같은 용해 징후로부터 추론됩니다2,3,4, 5. 또한, 석영 가우징에 대한 고온 전단 실험에서 관찰된 자형 석영 입자는 침전의 증거로 해석되었습니다5. 그러나 새로 침전된 물질의 존재는 일상적으로 입증되지 않으며 대부분의 미세 구조 연구에서 원래 입자와 과성장 및 치유된 균열을 구별하는 것이 어렵거나 불가능합니다. 그러나 물질 침전물이 어디에 있는지 아는 것은 변형(예: 변형 수용 또는 압축 촉진)에서 용액 전달 과정의 역할과 전체를 제어하는 확산 물질 전달과 관련된 길이 척도에 대한 정보를 제공하기 때문에 매우 관련이 있습니다. 용해 및 침전으로 인한 변형률.

음극발광(CL)은 광물의 화학적 구조와 구조의 미묘한 변화를 밝힐 수 있으며6 CL 이미징과 초분광 분석은 수십 년 동안 석영 연구에서 강력한 도구였습니다7,8,9,10,11,12,13,14,15, 16. Giger et al.17은 CL 이미징을 사용하여 핫 프레싱 실험에서 석영의 용해 및 침전이 발생했음을 보여주었습니다. 그레이스케일 SEM-CL 이미지와 정량적 화학 매핑은 핫 프레싱된 천연 순수 석영 분말 샘플에서 석영 과성장의 Al 함량이 약간 증가한 것으로 나타났습니다. 850°C, 제한 압력 250MPa, 간극 유체 압력 150MPa, 차등 응력 90MPa에서 8시간. Williams 등18은 장기간 석영 성장 실험(300~450°C 및 150 MPa에서 Al이 풍부한 기공 유체 포함) 후 치유된 균열 및 과성장에서 석영 침전을 추적하기 위해 암석 현미경의 냉음극 CL 시스템을 사용했습니다. 무정형 실리카). 최근 다양한 저자들이 CL을 사용하여 실험적으로나 자연적으로 변형된 암석에서 재결정화된 석영을 시각화하여 CL을 저온 및 고온 모두에서 변형 중 결정립계 유체의 존재로 인한 미량 원소 재평형(특히 Ti)과 연결했습니다19,20,21 ,22.

)./p> 10° misorientation) in black, Dauphiné twin boundaries (60° rotation around the c-axis) in red, low-angle boundaries (5°–10°) in green and very low-angle boundaries (2°–5°) in yellow. Yellow ellipses show low-angle boundaries that can be recognized as (partially) blue luminescent sealed fractures in the SEM-CL image in c. Greyscale insets show EBSD band contrast (pattern quality) maps of the areas indicated with dashed black boxes. Pattern quality is the same in blue and red luminescent quartz (clearly blue luminescent areas indicated with black arrows, also shown in the CL image in c). Shear direction in c, d, and e is in the viewing direction (perpendicular to the image plane)./p> 10° misorientation) in black, Dauphiné twin boundaries (60° rotation around the c-axis) in red, low-angle boundaries (5°–10°) in green and very low-angle boundaries (2°–5°) in yellow. Grey box shows the location of the CL and BSE images in (a) and (b). (d) Orientation density plot (equal area, lower hemisphere) for the top fine-grained part of the map in (c). (e) Orientation density plot (equal area, lower hemisphere) for the rest of the map in (c). Both top and bottom slow a low MUD (multiples of uniform distribution) of ~ 1.5, indicating no significant difference in crystal preferred orientation between the top (near the slip surface) and the rest of the sample. X1 and Y1 in the pole figures in d and e refer to X1 and Y1 axes of the EBSD map in (c), and are in the sample reference system./p> 10°, indicated by black lines in EBSD maps), while others correspond to low angle boundaries (misorientation < 10°, indicated by green or yellow lines in EBSD maps)./p> 10° are, by definition, indistinguishable from regular grain boundaries in EBSD. Evidence for displacement of fragments is lacking, but would be hard to recognize. The observation that fragments with the same zoning pattern are found close to each other (e.g., Fig. 3c) suggests displacements were small. EBSD measurements show that preferred orientation is very weak either away from the slip surface or in the pulverized zone adjacent to it. The pattern of the c-axis maxima might, at first sight, be interpreted to indicate basal slip (c-axis sub-parallel to slip direction) in the top part, and prism slip (c-axis maxima perpendicular to slip direction) in the rest of the sample. On closer inspection, however, while the c-axes superficially fit the characteristic patterns of basal and prism slip25, the a-axes are not in the right location. Additionally, we do not consider the MUD value of ~ 1.5 in both parts of the sample as very significant and conclude that any potential contribution of crystal plastic deformation mechanisms to shear must have been very minor. CL images show the presence of precipitated quartz in sealed fractures and grain overgrowths, with more precipitated quartz present near the slip surface than in the body of the sample./p>