Dynamická rekrystalizace křemene - Dynamic quartz recrystallization

Křemen je nejhojnější jediný minerál v zemské kůře (za živce skupina),^[1] a jako takový je přítomen ve velmi velkém podílu hornin jako primární krystaly a jako detritická zrna v sedimentární a metamorfický skály. Dynamická rekrystalizace je proces opětovného růstu krystalů za podmínek stresu a zvýšené teploty, běžně používaný v polích hutnictví a věda o materiálech. Dynamická rekrystalizace křemene se děje relativně předvídatelným způsobem ve vztahu k teplotě a vzhledem k jeho hojnosti lze použít křemennou rekrystalizaci ke snadnému určení relativních teplotních profilů, například v orogenní pásy nebo blízko narušení.

Mechanismy rekrystalizace

Předchozí výzkum nastínil několik dislokační tečení režimy přítomné v experimentálních podmínkách.^[2] Byly definovány dva hlavní mechanismy pro změnu hranic zrn. Prvním z nich je proces, při kterém křemen měkne s rostoucí teplotou, což poskytuje prostředky pro snižování vnitřního stresu migrací dislokace v krystalové mřížce, známé jako vyklouznutí. Tyto dislokace se koncentrují do zdí a vytvářejí nové hranice zrn. Druhý proces zahrnuje rozdíly v uložené kmenové energii mezi sousedními zrny, což vede k migraci stávajících hranic zrn. Rozsah, v jakém k nim dochází, je funkcí rychlost deformace a teplota, což jsou faktory, které řídí zavádění nových dislokací, a schopnost dislokací migrovat a vytvářet hranice subzrn, které samy migrují.^[3]

Rekrystalizační režimy

Pozorovatelný mikrostruktury v křemene lze rozdělit do tří polorozlišujících seskupení, která tvoří kontinuum dynamických rekrystalizačních textur. Tyto režimy budou diskutovány z hlediska teplotních změn za předpokladu konstantní úrovně stříhat.

Vypouklá rekrystalizace

(10x) Křemen vykazující dominantní vypouklou rekrystalizaci. Všimněte si boule podél hranic zrn a rekrystalizovaných podgravů podél hranic (označené šipkami). Tenká sekce připravená Alexem Webbem.

Nejnižší teplota textury (~ 250-400 ° C), vypouklá rekrystalizace (BLG) je charakterizována vydutinami a malými rekrystalizovanými zrny podél hranic zrn a do určité míry mikrotrhlinami. Velký podíl a struktura původních křemenných krystalů je ve srovnání s ostatními profily zachována v největší míře. Omezená plasticita krystalů (kvůli nízké teplotě), vytvořená kombinací dvou zmíněných mechanismů, brání jakékoli další separaci subgrasů. Z toho tedy vyplývá, že zvýšení teploty má za následek zvýšení velikosti a podílu rekrystalizovaného zrna (0-25%)^[4] protože vnitřní stres bude čím dál tím více vyřešen.

Rekrystalizace rotace subzrna

(5x) Křemen (w /slída ) vykazující dominantní rekrystalizaci rotace subzrn. Všimněte si podobných velikostí zrn / subzrn a relativně rovných hranic zrn. Tenká sekce připravená Alexem Webbem.

Po zvýšení teploty se dominantní struktura změní na jednu, která je označena přítomností zřetelných dílčích zrn. Rozpoznatelné v tenké části podle více polygonizovaný texturu, zvýšené změkčení křemene umožňuje důkladnější snížení vnitřních napětí. Rekrystalizovaná zrna vykazují relativně rovné hranice zrn a malou až žádnou funkci intragranulární deformace, jako např undulose vyhynutí nebo deformační lamely.^[4] Objemový podíl rekrystalizovaných zrn se v tomto režimu zhruba pohybuje v rozmezí 30–90%, přičemž tvoří subgrasy nejen v intersticiálním prostoru, ale také ve větších krystalech nebo zrnkách pásu. Subgrasy a rekrystalizovaná zrna mají zhruba stejnou velikost a tvar.

Rekrystalizace hraniční migrace zrn

(5x) Fotomikrograf plně rekrystalizovaného křemene. Všimněte si, lobate, interferující hranice. Jasně zbarvená zrna jsou slídy. Tenká sekce připravená Alexem Webbem.

Nejvyšší teplota ze tří textur, migrace hranic zrn se stává dominantním mechanismem při ~ 500-550 ° C. Krystaly vykazující mnohem větší velikost překrystalovaného zrna než ostatní dva režimy, kromě toho, že mají laločnaté a vysoce interferující hranice, je při těchto teplotách křemen úplně rekrystalizován. To znamená, že nelze najít žádný důkaz pro původní zrna. Při těchto vysokých teplotách mohou hranice zrn volně procházet přes celá zrna, což vede k mnohem méně lokalizované tvorbě / změně hranic. I v tomto případě byly intragranulární deformační znaky vymazány, ale mohou být přítomny v pozdějším přetisku.

Trendy

Kromě zjevného nárůstu teploty existují další trendy, které vyvstávají v této progresi rekrystalizace.

Rekrystalizovaný objemový podíl

Jak bylo uvedeno výše, se zvýšenou teplotou dochází k výraznému zvýšení podílu horniny, která prošla rekrystalizací. Tuto vlastnost lze pozorovat od 0-30% při vypouklé rekrystalizaci, až do 90% při rekrystalizaci rotace subzrn a 100% při migraci na hranici zrn křemenec, alespoň natolik dobře, aby získal relativní teplotní vztahy v poli.

Rekrystalizovaná velikost zrna

Tento exponenciální nárůst postupuje od přibližně 15 μm (vypouklá rekrystalizace) do přibližně 85 μm (rekrystalizace rotace subgrainů) až po několik milimetrů (migrace na hranici zrn), je nejen znatelný, ale je součástí základu, na kterém tři režimy rekrystalizace byly ohraničeny.

Užitečnost

Pozorování rekrystalizace ve vzorku horniny může odhalit obecnou teplotu, ale nic velmi přesného. Je to proto, že proces rekrystalizace je silně ovlivněn přítomností vody a množstvím přítomného kmene. Tuto informaci lze použít k mnohem spolehlivějšímu určení relativních teplot různých hornin než k určení absolutních teplot. Dále se jedná o analýzu, kterou lze provést, je-li to pouze předběžně, v terénu pozorováním hornin ve vzorku ruky.

Relevantní odkazy

Reference

^ Klein, Cornelis; Dutrow, Barbara (2008). Manuál minerálních věd. Wiley. str.^{&#91, stránka potřebná &#93,}. ISBN 978-0-471-72157-4.
^ Hirth, Greg; Tullis, Jan (1992). „Dislokační režimy tečení v křemenných agregátech“ (PDF). Journal of Structural Geology. 14 (2): 145–160. Bibcode:1992JSG .... 14..145H. doi:10.1016 / 0191-8141 (92) 90053-Y. Archivovány od originál (PDF) dne 2012-04-25.
^ Drury, Martyn R .; Urai, Janos L. (1990). "Procesy rekrystalizace související s deformací". Tektonofyzika. 172 (3–4): 235–253. Bibcode:1990Tectp.172..235D. doi:10.1016/0040-1951(90)90033-5.
^ ^A ^b Stipp, Michael; Holger Stünitz; Renée Heilbronner; Stefan M. Schmid (2002). „Východní zlomová zóna Tonale:„ přírodní laboratoř “pro plastickou deformaci krystalu křemene v teplotním rozsahu 250 až 700 ° C.“ (PDF). Journal of Structural Geology. 24 (12): 1861–1884. Bibcode:2002JSG .... 24.1861S. doi:10.1016 / S0191-8141 (02) 00035-4.

[1] Klein, Cornelis; Dutrow, Barbara (2008). Manuál minerálních věd. Wiley. str.^{&#91, stránka potřebná &#93,}. ISBN 978-0-471-72157-4.

[Hirth-2] Hirth, Greg; Tullis, Jan (1992). „Dislokační režimy tečení v křemenných agregátech“ (PDF). Journal of Structural Geology. 14 (2): 145–160. Bibcode:1992JSG .... 14..145H. doi:10.1016 / 0191-8141 (92) 90053-Y. Archivovány od originál (PDF) dne 2012-04-25.

[Urai-3] Drury, Martyn R .; Urai, Janos L. (1990). "Procesy rekrystalizace související s deformací". Tektonofyzika. 172 (3–4): 235–253. Bibcode:1990Tectp.172..235D. doi:10.1016/0040-1951(90)90033-5.

[Stipp-4] A ^b Stipp, Michael; Holger Stünitz; Renée Heilbronner; Stefan M. Schmid (2002). „Východní zlomová zóna Tonale:„ přírodní laboratoř “pro plastickou deformaci krystalu křemene v teplotním rozsahu 250 až 700 ° C.“ (PDF). Journal of Structural Geology. 24 (12): 1861–1884. Bibcode:2002JSG .... 24.1861S. doi:10.1016 / S0191-8141 (02) 00035-4.

[1]

[2]

[3]

[4]