Intergranular Pressure Solution in Nacl: Grain-To-Grain Contact Experiments under the Optical Microscope

Abstract

Résumé -Dissolution sous contrainte dans NaCl : expériences de contact grain à grain sous microscope optique -La dissolution sous contrainte (IPS -Intergranular Pressure Solution) représente un mécanisme de lithification, de compaction et de déformation à l'échelle géologique pour une large gamme de roches. Les études expérimentales d'IPS réalisées sur des agrégats de quartz n'ont pas été couronnées de succès en raison d'un taux faible d'IPS, et les expériences IPS réalisées en utilisant une halite saturée comme analogue de roche Hickman et Evans, 1991) ont laissé des incertitudes quant au détail des mécanismes IPS et à la structure/saturation au contact du grain dans ce matériau. La présente étude fait état de quatre expériences de dissolution de contact réalisées sous microscope optique afin d'étudier le mécanisme et la cinétique de l'IPS pour des contacts simples halite/halite et halite/verre, chargés en eau salée (température ambiante). Des forces normales de contact dans la gamme de 1,0 à 2,6 N ont été appliquées en présence d'eau salée saturée en NaCl, induisant des pressions de 0,8 à 7,4 MPa. Des pertes de masse et des convergences -fonction du temps -ont été observées pour tous les contacts. Dans tous les cas, le fait de charger le contact (ou d'augmenter la charge sur le contact) a conduit à la formation immédiate d'une morphologie de contact rugueuse, composée d'un motif d'îles et de canaux, contrôlé par des caractéristiques cristallographiques, à l'échelle de quelques microns. Cette microstructure non équilibrée a évolué dans le temps vers une face de contact optiquement plate. Le processus de convergence/lissage doit donc avoir compris une diffusion de masse en dehors du contact et une expulsion de la saumure par l'intermédiaire d'une phase d'eau salée connectée, à l'intérieur du contact. Le fait qu'une structure rugueuse à petite échelle ait persisté dans des contacts ayant évolué vers un aspect optiquement plat n'est pas établi, bien que les observations au microscope à balayage élec-tronique faites après l'essai le suggèrent. Si ce phénomène était confirmé, son amplitude serait inférieure à 500 nm. Les mesures des taux de dissolution ont permis une comparaison avec un modèle pour l'IPS. Les analyses suggèrent que la diffusion en solution, à travers le contact, contrôlait certainement le taux. La structure du contact et la diffusivité varient alors avec la force de contact et la convergence. Les résul-tats sont largement en adéquation avec ceux des expériences précédentes sur la compaction, réalisées en utilisant de la poudre d'halite saturée. Les divergences avec les résultats d'autres chercheurs, issus d'expériences de dissolution sur des contacts simples, peuvent être expliquées en termes de différence de configuration d'expérience et de concurrence entre les forces motrices.Mots-clés : dissolution sous pression, contact de grain, diffusion, dissolution de l'halite. Science and Technology -Rev. IFP, Vol. 54 (1999) Oil & Gas

Origin of deformed halite hopper crystals, pseudomorphic anhydrite cubes and polyhalite in Alpine evaporites (Austria, Germany)

“…1 mm. The strong influence of mudrock or other non-halite materials on solution and precipitation of halite was observed in several experiments (Martin et al 1999; Schutjens and Spiers 1999; Lohkämper et al 2004). In a series of experiments, pressure solution was determined to start already at differential stresses of ca.…”

Multiscale experimental investigation of crystal plasticity and grain boundary sliding in synthetic halite using digital image correlation

“…For example, experimentally deformed halite has been used to test analytical scale transition models, designed to predict the effective overall polycrystalline behavior from the single crystal's plastic deformation mechanisms, taking into account texture evolutions and dynamic recrystallization [Wenk et al, 1989;Lebensohn et al, 2003;Liu et al, 2005;Wenk et al, 2009]. The understanding of pressure-solution creep in itself, and its contribution to the whole rheology as a possible accommodation mechanism, has been greatly improved thanks to experimental studies of halite compaction, creep and recrystallization [Urai et al, 1986[Urai et al, , 1987Peach and Spiers, 1996;Hickman and Evans, 1995;Spiers and Schutjens, 1999;Martin et al, 1996;Ter Heege et al, 2005;Schenk et al, 2006;Watanabe, 2010].…”

Surface diffusivity of cleaved NaCl crystals as a function of humidity: Impedance spectroscopy measurements and implications for crack healing in rock salt

“…The second mechanism is crack healing driven by surface energy reduction. This involves contraction and/or necking down of cracks, forming tubes and eventually isolated fluid inclusions [ Smith and Evans , 1984; Hickman and Evans , 1987; Brantley et al , 1990; Spiers and Schutjens , 1999; Cinar et al , 2006]. Transport of material occurs by diffusion through thin water films adsorbed to the solid surface or filling the cracks completely.…”