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Nov 01, 2023

Catodoluminescência como técnica de rastreamento para precipitação de quartzo em experimentos de cisalhamento de baixa velocidade

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 10236 (2023) Citar este artigo 392 Acessos Detalhes da Métrica Duas goivas simuladas (uma de quartzo puro e uma mistura de quartzo-moscovita) foram experimentalmente

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 10236 (2023) Citar este artigo

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Duas goivas simuladas (um quartzo puro e uma mistura de quartzo-moscovita) foram deformadas experimentalmente em um aparelho de cisalhamento de anel a uma baixa velocidade constante sob condições hidrotérmicas favoráveis ​​para processos de dissolução-precipitação. A análise microestrutural utilizando imagens de catodoluminescência de microscópio eletrônico de varredura e espectroscopia de catodoluminescência combinada com análise química mostrou que a dissolução e precipitação do quartzo ocorreram em ambos os experimentos. Os materiais de partida e as condições de deformação foram escolhidos para que as microestruturas de dissolução-precipitação pudessem ser identificadas inequivocamente a partir do seu sinal de catodoluminescência. O quartzo precipitado foi observado como preenchimentos e supercrescimentos de fraturas luminescentes azuis com maior teor de Al em relação ao quartzo original. Na goivagem de quartzo puro, a maior parte da deformação por cisalhamento foi localizada em uma superfície de deslizamento paralela ao limite. A vedação de fraturas em uma zona pulverizada diretamente adjacente à superfície de deslizamento pode ter ajudado a manter a deformação localizada. Na mistura quartzo-moscovita, foram observadas algumas evidências de precipitação acomodativa de quartzo em sombras de deformação, mas predominantemente em fraturas, alongando os grãos originais. A precipitação de quartzo em fraturas implica que a escala de comprimento da transferência de massa difusiva no fluxo viscoso-friccional é menor que o comprimento dos domínios de quartzo. Além disso, a fraturação pode desempenhar um papel mais importante do que geralmente se supõe. Nossos resultados mostram que a catodoluminescência, especialmente combinada com análise química, é uma ferramenta poderosa em análises microestruturais de material contendo quartzo deformado experimentalmente e na visualização da precipitação de quartzo.

As interações fluido-rocha, como processos de dissolução e precipitação, desempenham um papel importante na deformação e falha natural e experimental. A fluência por dissolução-precipitação (também conhecida como solução de pressão) é amplamente aceita como um mecanismo relevante de deformação e cura de falhas em configurações de cisalhamento na natureza e em experimentos . Normalmente, a ocorrência de dissolução-precipitação é inferida a partir de sinais de dissolução, como a presença de truncamentos e reentrâncias de grãos, contornos irregulares de grãos, redução de porosidade e de fraturas consolidadas que às vezes podem ser reconhecidas como vestígios de inclusões fluidas2,3,4, 5. Além disso, grãos de quartzo euédricos observados em experimentos de cisalhamento de alta temperatura em goivas de quartzo foram interpretados como evidência de precipitação5. A presença de material recentemente precipitado, no entanto, não é demonstrada rotineiramente, e na maioria dos estudos microestruturais é difícil ou impossível distinguir crescimentos excessivos e fraturas consolidadas dos grãos originais. No entanto, saber onde o material precipita é muito relevante, pois fornece informações sobre o papel dos processos de transferência de solução na deformação (por exemplo, acomodar a deformação ou apenas facilitar a compactação) e sobre as escalas de comprimento envolvidas na transferência de massa difusiva, que controlam o global taxa de deformação produzida por dissolução e precipitação.

A catodoluminescência (CL) pode revelar variações sutis na química e na estrutura dos minerais6 e tanto a imagem CL quanto a análise hiperespectral têm sido uma ferramenta poderosa no estudo do quartzo há décadas7,8,9,10,11,12,13,14,15, 16. Giger et al.17 usaram imagens CL para mostrar que a dissolução e precipitação de quartzo ocorreram em experimentos de prensagem a quente: imagens SEM-CL em escala de cinza e mapeamento químico quantitativo revelaram um teor ligeiramente aumentado de Al em supercrescimentos de quartzo em uma amostra natural de pó de quartzo puro prensada a quente para oito horas a 850 °C sob uma pressão confinante de 250 MPa, pressão do fluido nos poros de 150 MPa e tensão diferencial de 90 MPa. Williams et al.18 usaram um sistema CL de cátodo frio em um microscópio petrográfico para rastrear a precipitação de quartzo em fraturas cicatrizadas e supercrescimentos após experimentos de crescimento de quartzo de longa duração (a 300–450 °C e 150 MPa, com um fluido de poro enriquecido com Al contendo sílica amorfa). Recentemente, vários autores utilizaram CL para visualizar quartzo recristalizado em rochas experimental e naturalmente deformadas, ligando CL ao reequilíbrio de elementos traço (especialmente Ti) resultante da presença de fluidos de contorno de grão durante a deformação, tanto em baixas como em altas temperaturas . ,22.