Estudo da orientação cristalográfica em dobras, limites de grãos e anisotropia sísmica em moscovita-quartza milonitos

Abstract

A deformação em zonas de cisalhamento dúcteis geralmente é responsável pelo desenvolvimento de orientações cristalográficas preferenciais dos minerais. Além de fornecer informações das condições de fluxo ao longo dessas zonas, o desenvolvimento de orientações cristalográficas preferenciais possui forte influência nas propriedades sísmicas das rochas. Neste trabalho são apresentados os resultados de um estudo detalhado sobre as relações entre mecanismos de deformação, orientações cristalográficas preferenciais e mecanismos de dobramento, formação de limites de grão e propriedades sísmicas anisotrópicas de moscovitaquartzo milonitos. Obteve-se dados de orientação preferencial através da técnica de difração de elétrons retroespalhados (EBSD) em um microscópio eletrônico de varredura, de moscovitaquartzo milonitos provenientes da região de Saas Fee (Alpes Internos do Oeste). As amostras foram coletadas ao longo de uma dobra cuja linha de charneira é paralela à lineação de estiramento regional da área. Esse tipo de feição é comum em zonas de alta deformação, mas contradizem as teorias de mecanismos de dobramento simples. Dados de orientações preferenciais foram utilizados para acessar as relações temporais relativas e cinemáticas entre as dobras e a deformação por cisalhamento que gerou as lineações de estiramento. No presente caso, as orientações preferenciais de quartzo estão relacionadas com a atuação de processos de dobramento ativo, concomitantemente à deformação por cisalhamento, em dobras parasitas de estruturas de maior escala, cujas linhas de charneira são perpendiculares à lineação de estiramento local. Os moscovita-quartzo milonitos estão intensamente recristalizados dinamicamente. Através do tratamento dos dados de orientação preferencial, foi possível calcular os pares eixo/ângulo de desorientação para cada par de cristais desses agregados, e determinar os tipos e as orientações desses limites de grão. Nessas rochas, os limites de grãos são do tipo inclinado, paralelos às formas prismáticas {m} e basal (c). Os limites rotacionados resultam da atuação conjunta de deslizamentos romboédricos e prismáticos em <a>, basais e prismáticos em <a> ou mesmo da atuação de dois planos romboédricos {r e H} em <a>. Em tectonitos ricos em quartzo, as maclas Dauphiné parecem ser um tipo especial de limite, que auxiliam na cominuição do tamanho de grão. As medidas de orientação preferencial de quartzo e moscovita permitiram o cálculo das propriedades sísmicas dos moscovita-quartzo milonitos. Estas rochas possuem anisotropia relativamente alta (AVp entre 7 e 9 % e AVs entre 6 e 10 %) e variam em magnitude com a proporção modal de moscovita. O desenvolvimento de orientação preferencial tem o efeito de dispersar as propriedades sísmicas dos monocristais e atenuar suas magnitudes. A trama de moscovita possui um efeito importante no controle das direções máximas e mínimas de propagação em relação às estruturas do sistema de referência. Além disso, aparentemente as dobras podem causar um efeito nas direções de propagação das ondas P e S lentas. A partir de simulações das propriedades sísmicas com diferentes proporções modais de quartzo e moscovita, observou-se que o incremento das proporções desse último mineral e a redução do primeiro provocam um aumento das velocidades de ondas P e das anisotropias das ondas P e S, mas causam diminuição das velocidades das ondas S. O aumento da quantidade de moscovita nos agregados ocasiona aumento das densidades e dos coeficientes de Poisson dos mesmos. O coeficiente de refletividade na interface entre uma rocha com 100 % de quartzo e uma com 100% de moscovita é relativamente alto, da ordem de 0,06 para ondas P e 0,05 para ondas S, indicando bons refletores sísmicos para esse tipo de limite. Os resultados desse trabalho demonstram a utilidade da análise microestrutural e de orientações cristalográficas preferenciais na investigação de rochas de alta deformação e suas implicações para as determinações das propriedades sísmicas anisotrópicas das mesmas.

Rock deformation within ductile shear zones generally produces lattice preferred orientation of minerals. In addition the information about flow conditions of these zones, the development of lattice preferred orientations has a strong influence on the petrophysical properties of deformed rocks. This work presents a detailed study on the relationships between deformation mechanisms, lattice preferred orientation and folding mechanisms, crystallographic textures, grain boundary development and seismic properties of muscovite-quartz mylonites. The lattice preferred orientation data of the muscovite-quartz mylonites from the Saas Fee region (Western Internal Alps) was obtained using the technique of electron backscattered diffraction (EBSD) in a scanning electron microscope. The samples have been collected around a fold whose hinge line is parallel to the local stretching lineation. Such situation is very common within high strain zones, but the presence of these structures can refute simple folding mechanisms theories. The crystallographic fabric data were used to understand the temporal and kinematic relationships between folding development and shear deformation responsible for the development of the associated stretching lineation. In the present case, the quartz lattice preferred orientation seems to be related to the active folding mechanisms that took place in parasitic folds of a larger structure with hinge line at high angle with to the main stretching lineation, simultaneously to the shear deformation event. The muscovite-quartz mylonites are intense dynamically recrystallized. Using the mathematical treatment of lattice preferred orientation data it was possible to calculate the pair angle/misorientation axis on each pair of crystals of these rocks, which allowed the determination of types and orientation of grain boundaries. In these muscovite-quartz mylonites, the grain boundaries included tilted ones, parallel to the prismatic {m} and basal (c) planes, as well as twisted boundaries, which can be related to the concurrent slip in both rhomb and prismatic forms in <a> slip direction, basal and prismatic in <a> or even in two rhombs {r e H} in <a> direction. Dauphiné twinning seems to be a special type of boundary which is related to the initial stages of grain boundary comminuition. The lattice preferred orientation of quartz and muscovite allowed calculations of the seismic properties of the muscovite-quartz mylonites. These rocks shows a relatively high anisotropy for both compressional and shear waves (AVp between 7 and 9 % and AVs between 6 and 10 %) and their magnitude vary with the modal proportion of muscovite. Cristallographic fabric development has the effect of scattering and attenuating single crystal seismic properties. The muscovite crystallographic fabric has an important effect on the directional properties of maximum and minimum propagation velocities in relation to the structures of the reference frame. Besides, it seems that the presence of folds can affect in the propagation directions of P and slow S waves. From simulations of the seismic properties with different modal quartz and muscovite content, it was observed that the increase of the later and decrease of the former causes an increase of P wave velocities and both P and S anisotropies, but also produces a decrease of both shear waves velocities. Increasing mica contents provoke an increment of densities and of Poisson’s ratio. The reflectivity coefficient along an interface between quartz and muscovite bearing rocks is relatively high, of the order of 0,06 for P waves and 0,05 for S waves, indicating that these types of surfaces are good seismic reflectors. The results of the work demonstrate the usefulness of microstructural and lattice preferred orientation analysis in the study of high strain rocks, as well as their important control on the anisotropic seismic properties of these rocks.