Динамический анализ микроструктурных ориентировок

Углубленное изучение закономерных ориентировок кристаллов кварца, деформированных в ходе экспериментов или в естественных условиях, в последнее время позволило перейти к динамической оценке ориентировок. А. И. Казаковым (1987) на основе термодинамики и физики деформаций разработаны принципы интерпретации известных узоров ориентировок, определены стадии деформации кварцевых кристаллов, Р—Т-поля действия движений по различным плоскостям, выявлена роль воды при деформациях кварца и установлено, что ориентировка кварца в значительной степени зависит от его упругих свойств.

С точки зрения динамической интерпретации ориентировок важное значение имеет вывод о том, что на стадии упругой деформации кварца оптические оси концентрируются на диаграммах в пределах поясов, отвечающих дугам малых кругов, ориентируясь под углами от 0 до 90° к оси сжатия. В пределах поясов оптические оси могут быть распределены равномерно, образовывать несколько максимумов разной плотности (рис. 12.4) и участки.

Рис. 12.4. Ориентировка оптических осей кварца в условиях сжатия (А) и растяжения (Б). Показаны дуги малого круга и их угловые радиусы (по А.И. Казакову).

очень низких концентраций или даже сосредоточиваться в одном максимуме. Угол, отражающий радиус малого круга, по которому концентрируются оптические оси кварца, уменьшается от 90° при низких температурах до 0° при температурах около 800 °C, а затем постепенно увеличивается до 50°при 1100 °C.

При очень сильных деформациях, в стадию суперпластического течения формирование деформационных структур, согласно экспериментальным данным, происходит в три этапа. Вначале оптические оси вновь образованных кристаллов кварца концентрируются в поясе, перпендикулярном плоскости ab, так что ось сжатия располагается в плоскости пояса (рис. 12.5, 1, А). На средней стадии развития деформационной структуры пояс разрывается на две ветви, в пределах которых максимальная концентрация расположена под углом 20° к плоскости ab (рис. 12.5, 1, Б). На заключительной стадии возникает сильный максимум ориентировок под углом 70° к направлению сжатия (рис. 12.5, 1, В).

Узоры на диаграммах, отражающих ориентировку кварца в природных тектонитах течения, оказываются чрезвычайно разнообразны (дуги больших кругов, перпендикулярных к плоскости сланцеватости; максимумы под углами около 70° к оси сжатия; дуги малых кругов вокруг оси с; пояса, косо ориентированные относительно сланцеватости; максимумы, совпадающие с линейностью и структурной осью b (рис. 12.5, 2)). В целом же следует очень осторожно подходить к трактовке ориентировок кварца в тектонитах течения, всякий раз увязывая получающиеся узоры с данными о структуре изучаемого участка (ориентировка элементов складок, рассланцевания, линейности и др.).

Рис. 12.5. Ориентировка кварца в кварцевых тектонитах течения.

7 — по экспериментальным данным (по Н. С. Дел и ци ну), 2 — в природных кварцевых милонитах и в ленточных мономинеральных текстурах (А, Б, В, Г — ориентировки, зависимые от упругих свойств кварца; Д, Е — ориентировки, связанные с перекристаллизацией при дислокационном скольжении); ss — плоскость сланцеватости; а, Ь, с — структурные оси (по А.Н. Казакову)

Для восстановления ориентировок осей главных нормальных напряжений, существовавших на момент деформаций, могут быть использованы микроструктуры, образованные в результате пластической деформации кварцевых кристаллов, и преимущественные ориентировки этих кристаллов как результат пластического течения и синтектонической перекристаллизации. Палеотектонические поля напряжений могут быть восстановлены тремя различными способами (рис. 12.6). Все они требуют отбора в поле ориентированных образцов и изготовления ориентированных шлифов в соответствии с общими требованиями микроструктурного анализа.

Рис. 12.6. Восстановление осей главных нормальных напряжений методами сопряженных ламелей (А), переориентировки оптических осей (Б) и методом

стрелок (В).

Оси: о, — растяжения, о₂ — промежуточных напряжений, о₃ — сжатия (по ориентированному шлифу туфопссчаника Габриэлевского месторождения). Стрелками за пределами диаграмм показано направление юг—север

Способ сопряженных ламелей. Уже говорилось, что ориентировка деформационных структур в кварцевых зернах должна быть связана с ориентировкой осей главных нормальных напряжений, ответственных за деформацию агрегата. Изучение преимущественных ориентировок полюсов деформационных ламелей в породе показало, что последние образуют либо два максимума, отстоящих друг от друга примерно на 90°, либо два пояса, включающие максимумы. Предполагается, что деформационные ламели образованы в плоскостях высоких сдвиговых напряжений и могут быть использованы для восстановления осей главных нормальных напряжений. В результате экспериментов установлено, что в породах, имевших первоначально беспорядочную ориентировку кристаллов кварца и подвергшихся сжатию (при а, = а₂), полюса ламелей образуют в проекции небольшие круговые пояса, отстояШие от оси а₃ на 45°. Аналогично пояса должны образовываться вокруг ст, при <�т₃ = ст₂. В породах, подвергшихся более общему состоянию напряжения (а, > а₂ > <�т₃), наибольшие концентрации полюсов ламелей должны образовывать два максимума, наклоненные под углами около 45° к а₃ и лежащие в плоскости о,—о₃. Этот метод, однако, часто не дает возможности судить, какая из двух осей, лежащих в этой плоскости, соответствует сжатию, а какая — растяжению.

Способ переориентировки оптических осей. В пределах зерен кварца обычно есть более и менее деформированные участки, различающиеся густотой деформационных пластинок. Наличие волнистого погасания также указывает, что разворот кристаллической структуры. кварца происходил неравномерно и был более значительным там, где деформационные пластинки более многочисленны. Замеряя на федоровском столике ориентировки оптических осей в более и менее деформированных участках, вынося их на круговую диаграмму и соединяя отрезками дуг больших кругов, можно получить еще одну диаграмму, полезную при реконструкции ориентировок осей главных нормальных напряжений. Следует иметь в виду, что оси кварца в более деформированных участках зерен (С, залитые кружки на диаграмме) лежат ближе к а₃, чем оптические оси в слабодеформированных участках (С₀), а плоскости, включающие С, и С₀ в отдельных зернах, содержат о, и ст₃ при о, > а₂ > ст₃.

Способ стрелок. Исследование относительных ориентировок полюсов деформационных ламелей и оптических осей вмещающей их части зерна (С,) показывает, что плоскости, содержащие как полюс ламели, так и ось С_р включают о, и о₃ (при о, > а₂> а₃). Соответствующие замеры полюса деформационной ламели и оптической оси кварца наносятся на диаграмму и соединяются отзоз резком дуги большого круга со стрелкой, ориентированной в направлении полюса ламели. По диаграммам, построенным таким способом, можно определить положение осей главных нормальных напряжений, причем стрелки на них указывают направление оси о,.

Все описанные способы реконструкции осей главных нормальных напряжений применимы лишь к кристаллам кварца, содержащим ламели, ориентированные под 10—30° к (0001), а такая ориентировка обычна для тектонитов.