การตกผลึกควอตซ์แบบไดนามิก

ควอตซ์เป็นแร่เดี่ยวที่มีมากที่สุดในเปลือกโลก (แม้ว่าจะน้อยกว่า กลุ่ม เฟลด์สปาร์เมื่อพิจารณารวมกัน) [ 1 ]และด้วยเหตุนี้จึงมีอยู่ในหินจำนวนมากทั้งในรูปผลึก ปฐมภูมิ และในรูปเม็ดตะกอนในหินตะกอนและหินแปรการตกผลึกใหม่แบบไดนามิกเป็นกระบวนการของการเติบโตของผลึกใหม่ภายใต้สภาวะความเครียดและอุณหภูมิสูง ซึ่งมักใช้ในสาขาโลหะวิทยาและวิทยาศาสตร์วัสดุการตกผลึกใหม่ของควอตซ์แบบไดนามิกเกิด ขึ้นในลักษณะที่คาดการณ์ได้ค่อนข้างแม่นยำเมื่อเทียบกับอุณหภูมิ และเนื่องจากมีปริมาณมาก การตกผลึกใหม่ของควอตซ์ จึงสามารถใช้เพื่อกำหนดโปรไฟล์อุณหภูมิสัมพัทธ์ได้อย่างง่ายดาย เช่น ในแถบเทือกเขาหรือใกล้กับหินแทรกซึม
กลไกการตกผลึกใหม่
งานวิจัยก่อนหน้านี้ได้ระบุถึง ระบอบการ คืบของดิสโลเคชัน หลายแบบ ที่มีอยู่ในสภาวะการทดลอง[ 2 ]กลไกหลักสองประการสำหรับการเปลี่ยนแปลงขอบเกรนได้รับการกำหนดไว้แล้ว ประการแรกคือกระบวนการที่ควอตซ์อ่อนตัวลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ซึ่งเป็นวิธีการลดความเครียดภายในโดยการเคลื่อนย้ายของ ดิสโล เคชันในโครงผลึก ซึ่งเรียกว่าการคืบของดิสโลเคชัน ดิสโลเคชันเหล่านี้จะรวมตัวกันเป็นผนัง ทำให้เกิดขอบเกรนใหม่ กระบวนการอีกอย่างหนึ่งเกี่ยวข้องกับความแตกต่างของพลังงานความเครียดที่สะสมไว้ระหว่างเกรนที่อยู่ติดกัน ส่งผลให้เกิดการเคลื่อนย้ายของขอบเกรนที่มีอยู่ ระดับของการเกิดสิ่งเหล่านี้ขึ้นอยู่กับอัตราความเครียดและอุณหภูมิ ซึ่งเป็นปัจจัยที่ควบคุมการนำดิสโลเคชันใหม่เข้ามาและความสามารถของดิสโลเคชันในการเคลื่อนย้ายและสร้างขอบเกรนย่อยซึ่งเคลื่อนย้ายได้เอง[ 3 ]
ระบอบการตกผลึกใหม่
โครงสร้างจุลภาคที่สังเกตได้ในควอตซ์สามารถจำแนกออกเป็นสามกลุ่มย่อยที่แตกต่างกันเล็กน้อย ซึ่งก่อให้เกิดความต่อเนื่องของเนื้อสัมผัสการตกผลึกใหม่แบบไดนามิก จะมีการอธิบายระบอบเหล่านี้ในแง่ของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ โดยสมมติว่าระดับแรงเฉือนคง ที่
การตกผลึกใหม่ที่โป่งพอง

โครงสร้างที่อุณหภูมิต่ำที่สุด (~250-400°C) การตกผลึกใหม่แบบนูน (BLG) มีลักษณะเป็นก้อนนูนและเม็ดผลึกใหม่ขนาดเล็กตามขอบเม็ดผลึก และในระดับหนึ่งมีรอยแตกขนาดเล็ก สัดส่วนและโครงสร้างของผลึกควอตซ์ดั้งเดิมยังคงรักษาไว้ได้มากที่สุดเมื่อเทียบกับโปรไฟล์อื่นๆ เกิดจากการรวมกันของกลไกทั้งสองที่กล่าวถึง ความยืดหยุ่นของผลึกที่จำกัด (เนื่องจากอุณหภูมิต่ำ) ป้องกันการแยกตัวของเม็ดผลึกย่อยเพิ่มเติม ดังนั้น การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิส่งผลให้ขนาดและปริมาตรของเม็ดผลึกใหม่เพิ่มขึ้น (0-25%) [ 4 ]เนื่องจากความเครียดภายในได้รับการแก้ไขมากขึ้น
การตกผลึกใหม่จากการหมุนของเกรนย่อย

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น เนื้อสัมผัสที่เด่นชัดจะเปลี่ยนไปเป็นเนื้อสัมผัสที่มีเม็ดย่อยที่ชัดเจน ซึ่งสามารถสังเกตได้ในภาคตัดขวางบางๆ ด้วย เนื้อสัมผัส ที่เป็นรูปหลายเหลี่ยม มาก ขึ้น การอ่อนตัวของควอตซ์ที่เพิ่มขึ้นทำให้สามารถลดความเครียดภายในได้อย่างทั่วถึงมากขึ้น เม็ดที่ตกผลึกใหม่แสดงให้เห็นขอบเม็ดที่ค่อนข้างตรงและมีลักษณะการเสียรูปภายในเม็ดน้อยมากหรือไม่มีเลย เช่นการดับแบบคลื่นหรือแผ่นลามินาการเสียรูป[ 4 ]สัดส่วนปริมาตรของเม็ดที่ตกผลึกใหม่ในระบอบนี้โดยประมาณอยู่ระหว่าง 30-90% โดยก่อตัวเป็นเม็ดย่อยไม่เพียงแต่ในช่องว่างระหว่างเม็ด แต่ยังอยู่ภายในผลึกขนาดใหญ่หรือเม็ดริบบอนด้วย เม็ดย่อยและเม็ดที่ตกผลึกใหม่มีขนาดและรูปร่างใกล้เคียงกัน
การเคลื่อนตัวของขอบเกรนและการตกผลึกใหม่

ที่อุณหภูมิสูงสุดในบรรดาสามลักษณะโครงสร้าง การเคลื่อนที่ของขอบเกรนกลายเป็นกลไกหลักที่อุณหภูมิประมาณ 500-550°C โดยแสดงให้เห็นขนาดของเกรนที่ตกผลึกใหม่ใหญ่กว่าในอีกสองสภาวะมาก นอกจากจะมีขอบเกรนที่เป็นรูปกลีบและมีการประสานกันอย่างซับซ้อนแล้ว ที่อุณหภูมิเหล่านี้ ควอตซ์จะตกผลึกใหม่ทั้งหมด กล่าวคือ ไม่พบหลักฐานของเกรนดั้งเดิมเลย ที่อุณหภูมิสูงเหล่านี้ ขอบเกรนสามารถเคลื่อนที่ไปทั่วทั้งเกรนได้อย่างอิสระ ส่งผลให้การก่อตัว/การเปลี่ยนแปลงของขอบเกรนเกิดขึ้นน้อยลง ในกรณีนี้เช่นกัน ลักษณะการเสียรูปภายในเกรนได้ถูกลบออกไปแล้ว แต่ก็อาจปรากฏอยู่จากการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในภายหลัง
เทรนด์
นอกเหนือจากการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่เห็นได้ชัดแล้ว ยังมีแนวโน้มอื่นๆ ที่เกิดขึ้นในกระบวนการตกผลึกใหม่นี้ด้วย
สัดส่วนปริมาตรที่ตกผลึกใหม่
ดังที่กล่าวมาข้างต้น เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น สัดส่วนของหินที่ผ่านกระบวนการตกผลึกใหม่จะเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด จาก 0-30% ในการตกผลึกใหม่แบบโป่งพอง ไปจนถึง 90% ในการตกผลึกใหม่แบบหมุนรอบเม็ดแร่ และ 100% ในการเคลื่อนตัวของขอบเม็ดแร่ คุณสมบัตินี้สามารถสังเกตได้ในควอตไซต์อย่างน้อยก็เพียงพอที่จะหาความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิกับผลลัพธ์ในภาคสนามได้
ขนาดเกรนที่ตกผลึกใหม่
การเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณนี้ ซึ่งเริ่มจากประมาณ 15 ไมโครเมตร (การตกผลึกใหม่แบบโป่งพอง) ไปจนถึงประมาณ 85 ไมโครเมตร (การตกผลึกใหม่แบบหมุนของผลึกย่อย) และไปจนถึงไม่กี่มิลลิเมตร (การเคลื่อนที่ของขอบผลึก) ไม่เพียงแต่สังเกตได้เท่านั้น แต่ยังเป็นส่วนหนึ่งของพื้นฐานที่ใช้ในการกำหนดขอบเขตของกระบวนการตกผลึกใหม่ทั้งสามแบบอีกด้วย
คุณประโยชน์
การสังเกตการตกผลึกใหม่ในตัวอย่างหินสามารถบ่งบอกถึงอุณหภูมิโดยทั่วไปได้ แต่ไม่แม่นยำมากนัก เนื่องจากกระบวนการตกผลึกใหม่ได้รับผลกระทบอย่างมากจากปริมาณน้ำและความเครียดที่เกิดขึ้น ดังนั้น ข้อมูลนี้จึงสามารถนำไปใช้ในการกำหนดอุณหภูมิสัมพัทธ์ของหินชนิดต่างๆ ได้อย่างน่าเชื่อถือมากกว่าการกำหนดอุณหภูมิสัมบูรณ์ นอกจากนี้ การวิเคราะห์นี้ยังสามารถทำได้ แม้จะเป็นเพียงเบื้องต้น ในภาคสนามโดยการสังเกตตัวอย่างหินด้วยมือ