Intergranular Pressure Solution in Nacl: Grain-To-Grain Contact Experiments under the Optical Microscope Dissolution sous contrainte dans NaCl : expériences de contact grain à grain sous microscope optique

Intergranular Pressure Solution (IPS) is an important geologic lithification, compaction and deformation mechanism in a wide variety of crustal rocks. Experimental studies of IPS in quartz aggregates have not been very successful due to the low rate of IPS, and IPS experiments performed using wet halite as a rock analogue (Spiers and Schutjens, 1990; Hickman and Evans, 1991) have left uncertainty about the detailed IPS mechanism and grain contact structure/wetting in this material. The present study reports four contact dissolution experiments performed under the optical microscope to study the mechanism and kinetics of IPS at single halite/halite and halite/glass contacts loaded under brine (room temperature). Normal constant contact forces in the range 1. 0 to 2. 6 N were applied in the presence of NaCl-saturated brine, exerting stresses of 0. 8 to 7. 4 MPa. Time-dependent mass removal and convergence were observed at all contacts. In all cases, loading of the contact (or increasing the load on the contact) led to instantaneous formation of a rough contact morphology, composed of a crystallographically-controlled pattern of islands and channels with a length scale of several micrometers. This nonequilibrium microstructure evolved with time to an optically flat contact face while contact broadening and convergence continued. The smoothing/convergence process must therefore have involved diffusion of mass out of the contact, and expulsion of brine, through a connected brine phase within the contact. Whether a fine-scale rough structure persisted in contacts which evolved to optical flatness is not known, though post-test SEM (Scanning Electron Microscopy) observations suggest that it may have. If so, its amplitude was less than 500 nm. Measurements of dissolution rates enabled comparison with a model for IPS. The analysis suggests that solute diffusion through the contact boundary was probably rate-controlling, with the contact structure and effective diffusivity varying with contact force and on-going convergence. The results agree broadly with those of previous compaction creep experiments performed using wet halite powder. Discrepancies with other workers results for single-contact dissolution experiments can be explained in terms of differences in experimental configuration and competition between driving forces. 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 (Spiers et Schutjens, 1990 ; 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 électronique 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 résultats 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