Deformation mechanisms of naturally deformed rocksalt

Schléder, Zsolt; Urai, János

doi:28048

Deformation mechanisms of naturally deformed rocksalt = Untersuchungen zu Deformations- und Rekristallisationsprozessen in natürlich deformierter Salzgesteine

Schléder, Zsolt (Author)

2007

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Zsolt Schléder

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2007

Umfang158 S. : Ill., graph. Darst., Kt.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2007

Zsfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Urai, János (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2006-06-02

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-18906
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/62411/files/Schleder_Zsolt.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Salzgestein (Genormte SW) ; Deformation (Genormte SW) ; Umkristallisation (Genormte SW) ; Geowissenschaften (frei) ; deformation (frei) ; recrystallization (frei) ; natural rocksalt (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 550

Kurzfassung
Die vorliegende Doktorarbeit präsentiert zahlreiche Untersuchungen zu Deformations- und Rekristallisationsprozessen natürlich deformierter Salzgesteine. Zur Analyse wurden die in der Halit-Mikrotektonik üblichen Methoden angewandt: Durchlicht- und Auflichtmikroskopie von Gamma-bestrahlten Salzdünnschliffen sowie Orientierungsmessungen mit EBSD. Zur Untersuchung von unterschiedlichen tektonischen Szenarien wurden entsprechende Fallstudien gewählt: Schwach deformiertes geschichtetes Röt Steinsalz (Untere Trias) aus Hengelo (Niederlande), horizontal bis lokal gefaltetes Werra Zechsteinsalz (Z1) aus dem Neuhof-Ellers Salzbergwerk (Deutschland), hoch verformtes Aller (Z4) Steinsalz aus einem Salzstock Bergwerk in Klodawa (Polen) und hoch deformierte Salz-Extrusiva aus Qum Kuh and Gramsar Hills (Zentral-Iran). Proben aus Hengelo und Neuhof enthalten eine Vielzahl von Primärstrukturen, wie zum Beispiel Fluideinschlüsse – in der Literatur als „chevron“- oder „hopper“-Kristalle bezeichnet. Mikrostrukturelle Beobachtungen deuten darauf hin, dass Proben aus Hengelo einem kurzzeitig vorhandenen (ephemeralen) Salz-Becken entstammen und Salzgesteine aus Neuhof sich in einem langlebigen Salzsee bildeten. Die Hauptdeformationsmechanismen in den Hengelo-Proben sind Versetzungskriechen sowie Drucklösung. Das extrem feinkörnige Gefüge der Salzproben aus Neuhof deutet dagegen ausschließlich auf Drucklösungs-Prozesse hin. Gleichzeitig verweisen die Mikrostrukturen der Hengelo- und Neuhof-Proben auf Korngrenzmigrationsprozesse. Während der Korngrenzmigration (KGM) werden die im Salzkristall primär enthaltenen Fluideinschlüsse entlang von Korngrenzen freigesetzt. Salzgesteine aus Klodawa weisen keine primären Mikrostrukturen (z.B. „hopper“-Kristalle) auf, was auf eine komplette Rekrisatllisation des Salzgefüges durch KGM hindeutet. Das weit verbreitete Auftreten von Subkörnern in den Klodawa-Proben lässt eindeutig auf Versetzungskriechen als vorwiegend aktiven Hauptdeformationsmechanismus schließen. Idiomorph gewachsene statisch rekristallisierte Körner in einigen der Proben aus Klodawa, weisen höchst wahrscheinlich auf Rekristallisationsprozesse hin, die durch Konvergenzbewegungen von Bergbauwänden in der Salzmine hervorgerufen wurden und dadurch die natürlich deformierten Mirkostukturen überprägen. Hoch deformierte extrusive Salzgesteine aus Iran beinhalten gering-mächtige Scherzonen. Die Mikrostrukturen in diesen Proben sind im Wesentlichen durch Drucklösungsprozesse entstanden. In diesem Gefüge vorhandene Porphyroklasten weisen zahlreiche Subkörner auf, die vermutlich durch Versetzungsklettern im Kristallgitter der Salzkristalle noch vor dem Salzaustritt an die Erdoberfläche entstanden. Orientierungsmessungen (EBSD) zeigen, dass in diesen Proben Korngrößen-Reduktion durch Subkornrotationsrekristallisation und vermutlich durch Kristallneuwachstum während der Aufwärtsbewegung des Salzes stattfand. Anhand von Paleo-Piezometriemessungen an Subkörnern ergibt sich eine Differenzialspannung von < 2 MPa für fast alle untersuchten Proben, ausgenommen den Salz-Extrusiva aus dem Iran. In diesen Proben wurde eine Differenzialspannung von ca. 3 MPa gemessen, welche sehr wahrscheinlich die Bedingungen im Diapirbereich eines Salzstockes widerspiegelt.

This thesis presents an analysis of deformation and recrystallization processes in a variety of naturally deformed rocksalt. Tools used for the analysis involve simple microtectonic methods: transmitted and reflected light microscopy of gamma-irradiated thin sections and orientation measurements with EBSD. Case studies were chosen to represent different tectonic settings. Slightly deformed bedded Lower Triassic Röt rocksalt from Hengelo, The Netherlands; horizontal, though locally folded Z1 Zechstein salt from Neuhof-Ellers salt mine, Germany; highly strained Z4 Zechstein domal salt from Klodawa salt mine, Poland and highly deformed extrusive salt from Qum Kuh and Gramsar Hills (central Iran) were studied. The Hengelo and Neuhof-Ellers samples show abundant primary structures such as fluid-inclusion-outlined chevron or hopper crystals. The microstructures suggest that the sedimentary environment was ephemeral salt-pan for the Hengelo samples and perennial salt lake for the Neuhof-Ellers samples. The main deformation mechanisms are dislocation processes and solution-precipitation in the Hengelo samples, while the samples from Neuhof-Ellers deform solely by solution-precipitation creep due to its very fine grain size (~1 mm). In both set of samples, widespread evidence for grain boundary migration recrystallization (GBM) is present. The GBM swept out the primary fluid inclusions and transferred them to grain boundary fluid. The Klodawa samples show no primary microstructures, suggesting that it is completely recrystallized by process of GBM. The main deformation mechanism was dislocation creep as evidenced by the widespread presence of subgrains. Presence of static recrystallization related euhedral grains in some samples suggest that mine-wall convergence induced static recrystallization may alter the natural deformation-related microstructures. The highly deformed extrusive salt samples from Iran contain thin shear zones. In the shear zones, the deformation mechanism is solution-precipitation creep. The preserved porphyroclasts are rich in subgrain, indicating climb controlled dislocation creep in the subsurface. Orientation measurements demonstrate that the grain size reduction involves subgrain rotation and perhaps nucleation during the upward transport of the salt. Based on subgrain size piezometry the differential stress was less than 2 MPa for all the samples studied except that for the extrusive Iran samples, where the differential stress of ~3 MPa was calculated. This high stress value very likely represents the conditions during the upward transport of the salt.

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