Scanning Electron Microscopy of Quartz in Precambrian Cherts and Dolomites from Southern Africa

Abstract

Scanning electron microscopic (SEM) examination of the quartz isolated from chert of Transvaal and Swaziland, of 2000 and 3400 million year (MY) ages, respectively, in southern Africa revealed marked differences in quartz morphology. Well-defined individual euhedral quartz crystals, with polyhedral triple-point faces, were clearly evident on freshly fractured Transvaal chert surfaces as well as with the quartz isolates from the chert. The morphology and coarseness suggest crystal growth with little, if any, metamorphism; however, the δ¹⁸O values of 23.8–24.1‰ suggest crystallization temperatures of perhaps 40–45°C. In contrast, fracture surfaces of the older, strongly metamorphosed Swaziland cherts revealed a high degree of grain intergrowth which inhibited fracture between quartz grains. Quartz isolates from these showed strongly interlocked quartz crystal clusters and elongated chips of quartz with poorly defined irregular faces. Intercalation of mineral veins in the cherts on a mm scale and the intergrown character of the quartz grain boundaries provide evidence that the latter cherts have been strongly metamorphosed and recrystallized, in keeping with 14.6–15.1‰ δ¹⁸O values, corresponding to 80°C fractionation with water. The SEM micrographs of the fine quartz (1–10 µm) isolated from the Otavi dolomite formation of the 700-MY Damara System and from the 2000-MY Transvaal Dolomite Series revealed well-defined subhedral and euhedral quartz crystals of small size which, together with the 26.9–27.8‰ and 23.8‰ δ¹⁸O values, respectively, indicate that these dolomites have been affected little, if any, by post-depositional metamorphism; their crystallization temperatures fall in the range of 25–30 and 40–45°C, respectively.

Резюме

Изучение с помощью развертывающего электронного микроскопа /рэм/ образцов кварца, выделенных из кремнистых пород Трансвааля и Свазиленда в Южной Африке, возрастом соответственно 2000 и 3400 млн лет, обнаружило примечательные различия в морфологии кварца. Хорошо очерченные отдельные идиоморфные кристаллы кварца, с полиэдрическими трех-точечными гранями были отчетливо видны на свеже-расколотых поверхностях Трансваальских кремнистых пород, а также на образцах кварца, выделенных из них. Морфология и крупность кристаллов предполагают их рост без влияния или со слабым влиянием метаморфизма; однако значения δ18° равные 23,8-24,1% предполагают температуру кристаллизации возможно 40-45°?. В противоположность этому поверхности расколов в более древних сильно метаморфизованных кремнистых породах Свазиленда обнаруживают высокую степень прорастания зерен, что препятствовало образованию трещин ме жду зернами кварца. Выделенный из этих пород кварц обнаружил сильно сросшиеся пучки кристаллов и вытянутые пластинки кварца с плохо очерченными неровными гранями. Минеральные жилы в кремнистых породах в мм масштабе, сросшийся характер граней кварца доказывают, что эти кремнистые породы были сильно метаморфизованы и перекристаллизованы, сохраняя значения δ18° 14,6-15,1%, соответствующие температуре 80°C ректификации водой. Микроснимки рэм мелкозернистого кварца /1-10мм/, выделенного из формации доломита Отави системы Дамара возрастом 700 млн лет и из Трансваальской доломитной серии возрастом 200 млн лет обнаружили хорошо очерченные гипидиоморфные и идиоморфные кристаллы кварца небольшого размера, которые, вместе со значениями δ18° равными 26,9-27,8% и 23,8% соответственно, показывают, что эти доломиты подверглись незначительному постседиментационному метаморфизму или не испытали его совсем; их температуры кристаллизации колеблются в пределах соответственно 25–30 и 40-45°C.

Kurzreferat

Scanning electron microscopic (SEM) Untersuchungen von Quartz, 2000 bzw. 3400 Mio Jahre alt, der von Hornsteinen aus Transvaal und Swaziland isoliert wurde, brachte ausgeprägte Unterschiede in Quartzmorphologie hervor. Gut definierte, einzelne, idiomorphe Quartzkristalle, mit polyedrischen Tripelpunktflächen waren, an frisch gebrochenen Transvaal Hornsteinoberflächen, sowohl wie an vom Hornstein isolierten Quartz, sehr klar zu sehen. Die Morphologie und die grobe Qualität der Kristalle schlagen Kristallwachstum mit wenig oder garkeinem Metamorphismus vor. Die δ¹⁸O Werte von 23,8–24,1 o/oo sehlagen jedoch Kristallisierungstemperaturen von etwa 40–45°C vor. Bruchflächen der äiteren, stark metamorphosierten Swaziland Hornsteinen dagegen, zeigen einen hohen Grad von Faserdurchwachsung, welches Brüche zwischen Quartzfasern verhindert. Quartz, der von diesem Gebiet isoliert wurde, zeigte stark ineinandergreifende Quartzdrusen und verlängerte Quartzgranulate mit schlecht definierten, irregulären Flächen. Einlagerung von Mineralvenen in die Hornsteine, im mm Maßstab, und der durchwachsene Charakter der Quartzfasergrenzen, beschaffen Beweise, dab die letzteren Hornsteine stark metamorphosiert und rekristallisiert waren, was mit den 14,6–15,1 o/ooδ¹⁸O Werten übereinstimmt und der bei 80°C stattfindenen Fraktionation mit Wasser entspricht. Die SEM Mikrographien des feinen Quartzes (1–10 µm), isoliert aus der Otavi Dolomitformation des 700 Mio Jahre alten Damara Systems und aus der 2000 Mio Jahre alten Dolomiten Serie, zeigten gut definierte, hypidiomorphe und idiomorphe, kleine Quartzkristalle, welche zusammen mit den 26,9–27,8 o/oo bzw. 23,8 o/oo δ¹⁸O Werten anzeigen, daß diese Dolomiten wenig oder garnicht von Nach-Ablagerungsmetamorphismus beeinflußt wurden. Ihre Kristallisierungstemperaturen fallen in den Bereich von 25–30° bzw. 40–45°C.