Microestructuras y deformación

Presentación del tema: "Microestructuras y deformación"— Transcripción de la presentación:

1 Microestructuras y deformación
Geología estructural avanzada.

2 Definición: podemos definir microestructuras (basado en Hobbs, Means & Williams, 1976), El “arreglo a pequeña escala de elementos geometricos y mineralógicos dentro de una roca” Pueden darse a : Escala atómica- ej: defectos Intracristalina - maclas Intercristalina – porfiroblastos Interacción multigranos – bandas de cizalle y mecánica continua

3 Defectos: imperfecciones en la estructura de un cristal y pueden ser O-dimensional, 1-dimensional o 2-dimensional Ellos pueden acelerar los procesos de crecimiento del cristal en ordenes de magnitud (geometría) La red cristalina distorsionada alrededor de los defectos resulta en caminos de difusión rápida al interior del cristal (geometría) Estos se involucran íntimamente en muchos mecanismos de deformación (cinemática) Provee una fuerza conducente para muchos procesos de deformación (dinámica) Pueden debilitar el esfuerzo de un cristal en muchos ordenes de magnitud (dinámica) El movimiento de dislocaciones puede conducir a la formación de orientaciones cristalográficas preferenciales (dinámica)

4 Defectos en cristales Punto O-D conocido como puntos de defectos
Vacantes, interticios, impurezas por reemplazo.

5 Línea 1D : se conocen como dislocaciones
Las dislocaciones son importantes por: - Cada dislocación representa una distorsión angular pequeña de la red, que al acumularse pueden generar deformación en la red cristalina (bordes curvos). Dislocaciones también pueden actuar como un camino de difusión rápido. - La deformación de un material por el movimiento de dislocaciones es conocido como plasticidad cristalina - La distorsión alrededor de una dislocación es un origen de energía para otros procesos tales como migración de límites de granos.

6 Plano 2-D: se generan entre diferentes granos o partes de estos
Plano 2-D: se generan entre diferentes granos o partes de estos. Pueden ser: límites de granos, maclas, límites internos de fases, fallas o fracturas internas

7 Movimiento de puntos de defecto: Coble Creep & Nabarro-Herring creep:
Movimiento de puntos de defecto: Coble Creep & Nabarro-Herring creep: Estos dos procesos envuelven movimientos no-randomicos de los puntos de defecto y pueden causar un cambio en la forma del cristal, y son además mecanismos de deformación. Si las vacantes se difunden a través del interior del cristal, la difusión es Nabarro-Herring Creep. Si las vacantes se difunden alrededor de los margenes del grano, es conocida como Coble Creep.

8 Movimiento de dislocaciones: Sistemas de deslizamiento: en un mineral dado se favorecerá el movimiento de dislocaciones en orientaciones controladas cristalograficamente. El plano en que la dislocación se mueve es llamado plano de deslizamiento. Y la dirección en la cual se mueve es llamada dirección de deslizamiento. Vector de Burgers: Es el largo de la dislocación de la red cristalina causada por una única dislocación, y será constante para un único sistema de deslizamiento El Stress de cizalle critico resuelto (CRSS): es el stress (como resultado dentro del plano de deslizamiento en la dirección de deslizamiento) necesario para causar el movimiento de la dislocación, es decir, el quiebre de los enlaces. Típicamente decrece con el incremento de la temperatura para todos los deslizamientos en un mineral, no obstante el puede no decrecer en la misma tasa para todos los sistemas

9 Esquema de movimiento de dislocaciones

10 Dislocación del tipo filo (edge)

11 Dislocación helicoidal (Screw)

12 Dislocación tipo lazo Si se toma una línea de dislocaciones y se la continua hasta que se una a sí misma, se conoce como un loops, y esta hecha, por su naturaleza, de una combinación de dislocaciones screw y edge con un volumen cilíndrico de cristales “deslizados” dentro del loop.

13 Climb (loops) La línea de dislocación se mueve perpendicular a la dirección de la dislocación

14 Otros procesos de deformación
Cambio de vecinos : cambio de relaciones entre granos (necesita deslizamiento de límites de granos y difusión para hacerlo) Flujo granular

15 Fractura- El fracturamiento frágil de un mineral, frecuentemente seguido por deslizamiento sobre o aplastando las superficies de las fracturas.

16 Metamorfismo y deformación

17 Porfiroclastos <-> porfiroblastos
Porfiroclastos y porfiroblasto: ambos son cristales grandes en una matriz más fina alrededor. Porfiroclastos : estos granos permanecen mientras la matriz se fracciona hasta llegar a ser a ser más fina (clasis= quiebre). Porfiroblastos – Son minerales metamórficos nuevos que crecen sobre minerales pre-existentes (blasis=crecimiento)

18 Algunos términos para la forma de los porfiroblastos
Idioblastesis: porfiroblastos que tienen límites de granos controlados por su propia cristalográfia Xenoblatesis: porfiroblastos que no tienen sus límites de granos controlados por su propia crsitalografía

19 Blastesis Una vez que la condiciones P-T-etc, son favorables para que un mineral metamórfico crezca, la nucleación puede comenzar. Los pequeños nucleidos tienen una energía superficial relativamente alta, que forma una barrera de energía para su crecimiento. El número de nucleidos y su tasa de supervivencia determina si los porfiroblatos serán muchos y pequeños o pocos y grandes. El número depende de: La disponibilidad de sitios de nucleación favorables La fuerza conducente para las reacciones metamórficas (condiciones P-T) Tasa de transporte de elementos formadores de nuevos minerales y de elementos que tienen que ser removidos para generar espacio suficiente.

20 Marcas de inclusones (Inclusion trails):
Para que un nuevo mineral metamórficos se forme y crezca, se necesita: (a) La mezcla justa de elementos que lo forman deben estar en el grano. (b) Otros elementos deben irse desde el grano Si (a) y (b) son suficientemente rápidos, no hay inclusiones incorporadas Si (b) no puede alcanzar la velocidad de (a), inclusiones son incorporadas desde los minerales que no contribuyen a las reacciones metamórficas. Si (a) es demasiado lenta, igual hay inclusiones incorporadas desde los minerales que contribuyen a las reacciones metamórficas. Poikiblastos. Porfiroblastos llenos de inclusiones.

21 Marcas de inclusiones y su relación con la foliación: La usual rigidez de los porfiroblastos proteje la distribución de inclusiones de la última deformación. Porfiroblastos con inclusiones dan un imagen de la foliación en el tiempo de su crecimiento. Esto permite la determinación del timing de crecimiento (fases) relativo a las fases de deformación o tectónicas. pre-tectonico: El modelo de inclusiones es ramdomico, no indicando foliación en el tiempo de blastesis. La foliación más joven puede ser deflectada alrededor del porfiroblasto. inter-tectonico: Las inclusiones están alineadas de acuerdo a la foliación, que fue sobrecrecida por el blasto. El modelo de inclusión no soporta relación con la foliación externa. Inclusion trails y la foliación externa son discontinuas.

22 sin-tectonico. Inclusions trail y foliación externa son continuas. Modelo de inclusión y foliación externa son similares, pero los trails de inclusión pueden preservar foliación externa en un temprano estado de desarrollo. Transición gradual del modelo y orientación del los trails de inclusión desde el núcleo al límite del porfiroblasto. Orientación de los trails de inclusión en el núcleo del porfiroblasto puede tener diferente orientación debido a la rotación de los porfiroblastos durante su crecimiento. Posible deflección de la foliación afuera del porfiroblasto post-tectonico Inclusion trails y foliación externa son completamente continuas y similares No hay deflección de la foliación afuera del porfiroblasto.

23 Complicaciones Porfiroblastos rotantes y no-rotantes Objetos rígidos pueden rotar cuando la deformación es no-coaxial. Esto puede explicar el espiralismo o trails de inclusiones oblicuas en porfiroblastos syntectónicos. La rotación de objetos rígidos es no obstante inhibida si el objecto deflecta la deformación alrededor de un región con forma de lente. Esta partición de el strain puede conducir a estructuras milipedas, que pueden dar la apariencia que los porfiroblastos rotan durante el crecimiento. Rotación aparente o crecimiento sintectónico puede también ser debido a crecimiento de porfiroblastos sobre complicados modelos de foliación, tales como micro-pliegues o crenulaciones

24 Sin inclusiones No todos los porfiroblastos tienen trails de inclusiones. También pueden incorporar inclusiones durante algunos de sus estados de crecimiento o solo en determinados sectores cristalográficos En la ausencia de inclusiones, el relativo timing de blastesis y desarrollo de foliación puede frecuentemente ser determinado por la deflección de la foliación alrededor de los porfiroblastos.

25 Zonas de cizalle e indicadores cinemáticos
Las zonas de cizalle son zonas planares de deformación localizada. Las zonas de cizalle son más débiles que roca de caja. localización inducida de la deformación diverso material en el comienzo Típicamente, hay una tendencia fuerte hacia la deformación no-coaxial (de cizalle simple) dentro de la zona de cizalle. Esto debido a la compatibilidad de la tasa de strain y de stress:

26 Causas de la localización
(a) Cambios de tamaño de grano, con el tamaño de grano sensible a los mecanismos de deformación (b) Influjo de fluidos Aumento de permeabilidad durante la deformación (dilatancia) Las zonas de cizalle se asocian a menudo a metamorfismo retrógrado Debilidad hidrolítica en el cuarzo (micro-fracturamiento, H20 en la red) (c) Fallamiento frágil previo o cizalle dúctil en la extensión de la zona de cizalle frágil (d) Calor de cizalle debilita termalmente (e)Plasticidad por transformación: la reacción metamórfica aumenta la deformación. La reacción “ablanda” (softening), se formará un mineral metamórfico nuevo más suave o más fino que el viejo (f) Debilitamiento geométrico Desarrollo de la fábrica de foliación y de la fábrica dominante del grano Cambio de la distribución y de la forma mineral (g) Recristalización

27 Los principales tipos de rocas generadas por cizalle, desde la superfcie a niveles más profundos Rocas frágiles de falla Brecha de falla (cohesiva/incohesiva): 30% > fragmentos angulares Cataclasita (cohesivo/incohesivo): 30% < fragmentos angulares Salvanda de falla: muy pocos fragmentos aislados en matriz muy fina Una cataclasita cohesiva con fragmentos del cuarzo en una matriz rica en epidota cohesiva Reducción general de tamaño de grano debido a los procesos frágiles. En los niveles superficles las rocas de la falla pueden ser incohesivas. Los procesos de Disolución/precipitación pueden contribuir a los granos y el cemento: rocas cohesivas de falla. (micro -) estructuras asociadas: planos de falla, fracturas de cizalle (en la variedad de escalas) foliaciones (alineación de micas, composicional, fracturas de cizalle) superficies pulidas, surcos, estriaciones venas, stylolites, slickensides

28 Pseudotachylita Pseudotachylita: al derretir el plano de falla durante un movimiento muy rápido. Vidrio (oscuro) o estructuras de desvitrificación esferulitas Venas de la inyección Contacto agudo con la roca de caja Evidencia de fusión en la forma de corrosión o fusión completa de ciertos minerales Ojo: Cataclasitas cohesivas oscuras de grano muy fino y salvandas cohesivas pueden parecer muy similares a los pseudotachylitas

29 Rocas dúctiles de falla
Milonitas: en zonas de fuerte a extrema localización de la deformación dúctil. La localización tiende a disminuir con el grado metamórfico: Parte superior del régimen dúctil: milonitas extremadamente finas más profundo: zonas más amplias de cizalle, gneis (grano grueso) Tipicas rocas de zona de cizalle dúctil: Milonita grano fino debido a la deformación (recristalización) normalmente bien foliada (S-milonita) frecuentemente con fábrica de forma linear. contiene remanente de un protolito más grueso: porfiroclastos 10-50% matriz: protomylonite 50-90% matriz: (meso -) mylonite 90% > matriz: ultramylonite zonas planares, derecho o anastomosado puede ocurrir en zonas de mylonitas con muchas milonitas Alto a extremo strain predominantemente en cizalle simple simetría monoclinica de estructuras transposición de estructuras hacia la foliación y el lineación

30 Microestructuras de zonas de cizalle & indicadores cinemáticos
  Estructuras frágiles    Cizalles de Riedel (Y, P, R, R' ) venas, arreglos de venas, fibras stepped fallas

31 Bandas de cizalle & foliaciones oblicuas
Bandas de cizalle: son pequeñas, micro o sub-zonas de cizalles en una zona de cizalle mayor, i.e. localizaciones de pequeña escala o estructuras de partición de strain. Ellas lucen parecidas pero no iguales que el clivaje de crenulación, los cuales normalmente se desarrrollan normales al acortamiento, entonces, clivaje de crenulación extensional (=bandas de cizalle) versus clivaje de crenulación compresional   S = foliación principal (esquistosidad), frecuentemente oblicua al límite de la zona de cizalle (SZB) C = bandas de cizalle (cizallamiento) paralelo to SZB. C'= bandas de cizalle oblicuo a SZB C"=contraparte of C' es el set conjugado; C" está en alto ángulo a SZB (raro)

32 Fábrica S-C tipo I) frecuentemente buen indicador de sentido de movimiento. Se desarrolla temprano en la formación de la zona de cizalle. C' (y C") son frecuentemente estructuras tardías y pueden desarrollarse debido al acortamiento o stretching paralelo a la zona de cizalle. Nota: también hay que mirar fuera de la zona de cizalle, ya que el acortamiento/strechtching puede también ocurrir allí (compatibilidad de la tasas de stress & strain)

33 S = pescados de mica & y foliación de forma de grano oblicua al plano de flujo (SZB)
C = trails micaceos con los pescados paralelos a SZB

34 Porfiroclastos Objetos semi-rígidos causan disturbios locales en el campo de stress. Alto stress diferencial dentro del objeto Alto stress diferencial y presión sobre 2 lados del objeto Bajo stress diferencial y presión sobre los otros dos lados del objeto (sombra de presión) Rango de posibles resultados en el sistema matriz-objeto (a) Perdida de cohesión con fallamiento extensional Entre objeto y matriz : pressure fringes Dentro del objeto (boudinage) (b) Pérdida de cohesión con fracturamiento de cizalle (c) No pérdida de cohesion: deflección de la deformación alrededor de lentes que incluyen sombras de presión (reología dependiente del strain, anisotropría /micas) En cizalle simple pequeña o nula rotación de objeto (d) No perdida de cohesion: flujo de la matriz alrededor de objeto. en simple cizalle rotación de objeto

35 Objetos Fracturados Objetos fracturados: Fracturas sintéticas y antitéticas (no sirve como indicador de sentido de movimiento). Orientación de fracturas depende sobre la orientación relativa de : Forma de objeto Deformación Cristalografía    

36 Winged objects / manto de porphyroclasts
Winged objects / manto de porphyroclasts. Porfiroclastos (típicamente feldespatos) pueden tener mantos de grano fino. Los mantos se forman por recristalización del borde del objeto, posiblemente con mezcla del material de la matriz (por deslizamiento de límites de grano y difusión) -> Manto no es lo mismo que sombras de presión o presión fringes

37 Dos básicos campos de flujo son definidos por la forma de la separatrix ( planos con estan separados por distintos flujos campos de flujo). Modelo con forma de ojo: Un campo con flujo cercano en loop alrededor del objeto rotante. Dos campos donde el material fluye pasando el objeto Modelo de flujo como-cadena o humita: Un campo con flujo cercano en loop alrededor del objeto rotante Dos campos donde las líneas de flujo se devuelven desde el objeto Q-objects (theta): Manto completamente encerrado por la separatrix; no puede fluir fuera del objeto d-objects (delta): manto está parcialmente fuera de la separatrix: parte permanece cercano al objeto, parte fluye lejos en larga y delgada ala con embayamiento. f-objects (phi):largas alas, pero no embayamientos; el manto se extiende fuera de la separatrix; simetría ortorómbica sa-objects (sigma): largas alas, pero no embayamientos; el manto se extiende fuera de la separatrix; simetría monoclinica. s-objects no pueden ser confundidos con sombras de presión

38 Relleno de Estructuras

39 Crecimiento ocurre en el mismo plano
Términos relacionados a los sitios de precipitación durante el crecimiento de una vena Venas sintaxiales Crecimiento ocurre en el mismo plano Crecimiento frecuentemente comienza por sintaxial (sentido cristalográfico) sobrecreciendo de los granos de los muros Frecuentemente bloques elongados Los más viejos precipitan sobre venas en contacto con la caja; más jóvenes sobre el plano medio Cristales individuales no se extienden cruzando el plano medio 

40 Venas antitaxial Crecimiento ocurre dentro del mismo plano Crecimiento ocurre sobre lados de venas en el contacto con la roca de caja Los minerales que crecen en la venas están frecuentemente ausentes en la roca de caja Frecuentemente fibrosos Los más jóvenes crecen sobre la vena-contacto con la roca de caja; más viejos en el plano medio Cristales individuales se extienden cruzando el plano medio

41 Venas ataxiales o de stretching
Crecimiento ocurre en varios sitios (fracturas) durante el tiempo Los minerales que crecen en las venas son frecuentemente constituyentes mayores de la roca de caja Cristales (stretched) alargados ->Sin variación consistente de cristales viejos y jovenes ->Sin plano medio ->Cristales individuales se extienden desde muro a muro de la vena Fracturas pueden ocurrir dentro de la vena solas o ellas pueden ocurrir randomicamente (pero usualmente paralelas). En el segundo caso, las venas pueden contener muchos slivers o rocas de caja

42 Venas asimétricas Crecimiento comienza por crecimiento ataxial (usualmente pero puede ser sin/antiaxial) Un lado de la vena llega a ser preferido como palno de crecimiento Frecuentemente como bloque elongados -> Venas son asimétricas

43 Venas de reemplazo El precipitado en las venas no está en un espacio creado recientemente, sino que reemplaza minerales pre-existentes. Usualmente con bordes vagos Frecuentemente tiene inclusiones de granos pre-existentes remanentes Cristales con formas de bloque o su forma y tamaño está determinada por la textura pre-existente

44 (vena de calcita + cuarzo en shales carbonaceas)
Venas compuestas Combinación de crecimiento antitaxial sobre ambos margénes de la vena y crecimiento sintaxial en el centro de la vena Minerales diferentes crecen en las partes antitaxiales y sintaxiales usualmente.

45 Disolución continua / repetitiva sobre un plano
(vena de calcita + cuarzo en shales carbonaceas) Estilolitas Estilolitas son en un modo lo opuesto a las venas (de ahí el término anti-fracturas que es usado) Disolución continua / repetitiva sobre un plano Acumulación de material insoluble (frecuentemente oscuro/opaco) sobre la estilolita. Desarrollo de formas parecidas a escape, debido a diferencias en la tasa de disolución sobre uno y otro lado de la estilolita Escape indica la dirección de acortamiento

46 Rastros de la trayectoria de abertura
La trayectoria de abertura es el camino que dos puntos, originalmente adyacentes, viajaron sobre los muros opuestos de una vena relativamente a cada uno de ellos mientras la vena creció. Fibras y cristales con forma de bloque frecuentemente nos dan pistas sobre la trayectoria de abertura, pero no siempre en forma completa (=rastros parciales) Fibras fantasmas pueden algunas veces dar indicaciones más certeras de la trayectoria de abertura que las fibras normales. Fibras fantasmas son los caminos de un diferente mineral creciendo fuera de un punto específico. Venas y análisis estructural La amplia variedad de estructuras internas de las venas, formas de las venas y arreglo de ellas, las hace ser estructuras usadas para el análisis estructural. Muy frecuentemente cristales fibrosos o elongados con forma de bloques en una vena nos permite determinar la historia total de la formación de la vena, dándonos información sobre la historia de deformación de la roca huésped. Las microestructuras deben ser por supuesto correctamente interpretadas (sintaxiales o antitaxiales, completo o parcial pistas, etc.).

47 Las venas se forman frecuentemente en arreglos
Las venas se forman frecuentemente en arreglos. La imagen de la izquierda muestra un grupo de venas originalmente formadas a un pequeño ángulo con la horizontal. La interacción entre ellas causa que se conviertan dentro de una única vena horizontal con inclusiones de la roca de caja. La imagen de la derecha muestra un set de venas sigmoidales. Las venas no se forman todas a la vez y están en diferentes estadod de desarrollo. El arreglo de venas sigmoidales son frecuentemente usadas como indicadores cinemáticos.

48 Venas sigmoidales Abertura (ensanchamiento) de una vena está en la máxima dirección de ensanchamiento instantáneo (trayectoria de abertura registra la cinemática de la deformación) Propagación de las puntas de la vena es paralela a la dirección de acortamiento instantáneo. Abertura de la vena paralela a la dirección de la extensión instantánea máxima Venas rotan cuando la deformación es no-coaxial

49 Flecos (fringes) de presión o deformación y sombras de presión
Un objeto rígido (ej: cristales de pirita) disturban el campo de stress y strain alrededor del objeto durante la deformación. Sobre los lados del objeto normales a la máxima compresión, el stress diferencial y la presión son más altas (áreas de alto strain). Sobre los lados del objeto normales a la compresión mínima el stress diferencial y la presión son más bajas (áreas de bajo strain). Diferencias en la presión pueden conducir al transporte de material desde el casquete de strain a la sombras de presión o flecos de presión (alternativamente llamadas sombras de strain y flecos de strain).     Sombra de presión de cuarzo+mica adyacente a un porfiroclasto de cuarzo (grano con inclusiones) en un esquisto de mica. Ancho 3.2 mm, nicoles cruzados. Note el borde anguloso de el fleco de presión en contraste al borde vago de la sombra de presión Fleco de presión de cuarzo fibroso alrededor de una concreción en un chert, ancho 2.3 mm, nicoles cruzados.

50 Precipitación distribuida en área de baja presión: sombra de presión
Flecos versus Sombras     Precipitación distribuida en área de baja presión: sombra de presión Textura de bloque usualmente Límite no-distinguible de la sombra de presión. similar a las venas de reemplazo  Precipitación localizada en área de baja presión: flecos de presión Textura fibrosa o de bloques elongados usualmente Bordes bruscos del fleco de presión similar a venas sintaxial / antitaxial / compuesta NOTA: recristalización tardía puede producir una textura de bloque en un fleco de presión pareciendo como una sombra de presión.

51 Relativamente poco común Flecos antitaxiales
Flecos sintaxiales versus antitaxiales     Flecos sintaxiales: Precipitación es sobre el exterior de el fleco de presión: entre el fleco y la roca de caja. Precipitado puede ser el mismo mineral del nucleo del objeto con continuidad cristalográfica entre le objeto y el fleco.  Relativamente poco común  Flecos antitaxiales Precipitación es sobre el interior del fleco de presión: entre el objeto y el fleco. El precipitado es usualmente de diferente mineral que el núcleo del objeto. relativamente común (tipicamente pirita con cuarzo y/o flecos de calcita)

52 Note que la terminología sin-/ antitaxial para venas y flecos parece inconsistente. Razones:
En venas, la roca de caja es el material de referencia En venas sintaxiales los cristales crecen sintaxialmente desde los granos de la roca de caja En venas antitaxiales los cristales crecen antitaxialmente hacia la roca de caja En flecos, el núcleo del objeto es el material de referencia En flecos sintaxiales el cristal crece sintaxialmente desde el núcleo del objeto En flecos antitaxiales los cristales crecen antitaxialmente hacia el núcleo del objeto.

53 Crecimiento controlado por el desplazamiento.
Desplazamiento versus crecimiento controlado por las caras     Crecimiento controlado por el desplazamiento. Dirección de crecimiento de los cristales del fleco (fibras) dirección de abertura Crecimiento controlado por caras: Dirección de crecimiento de los cristales de los flecos (fibras) = normal a la superficie del objeto. Flecos deformados versus no-deformados : El mineral del fleco puede ser muy fuerte comparado al material que lo rodea y constituye un material rígido. La textura en los flecos es preservada. El fleco llega a ser deformado si el mineral no es efectivamente rígido

54 Sombras de presión/flecos en cuellos
Sombras de presión y flecos también ocurren en cuellos de capas competentes o entre partes de cristales rígidos (pero frágiles) quebrados Fleco de cuarzo en trozo de una mena de fierro.    

55 Grado de no-coaxialidad de la deformación
Sombras de presión/flecos y análisis estructural  Como con las venas, la forma de las sombras/flecos de presión y la textura interna de los flecos frecuentemente nos dan una excelente información sobre la cinética de la deformación durante su formación: Grado de no-coaxialidad de la deformación Cantidad de deformación (strain finito) Posibles cambios en la cinética de deformación