Hostname: page-component-84b7d79bbc-fnpn6 Total loading time: 0 Render date: 2024-07-26T01:03:58.016Z Has data issue: false hasContentIssue false

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

Published online by Cambridge University Press:  01 July 2024

J. le Roux*
Affiliation:
Department of Soil Science, University of Wisconsin, Madison, WI 53706, U.S.A.
M. L. Jackson*
Affiliation:
Department of Soil Science, University of Wisconsin, Madison, WI 53706, U.S.A.
*
*From the University of Natal, South Africa.
(U.W.-MSN).

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

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

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.

Type
Research Article
Copyright
Copyright © 1978, The Clay Minerals Society

Access options

Get access to the full version of this content by using one of the access options below. (Log in options will check for institutional or personal access. Content may require purchase if you do not have access.)

References

Brooks, J., Muir, M. D. and Shaw, G. D. (1974) Chemistry and morphology of Precambrian microorganisms: Nature 244, 215217.CrossRefGoogle Scholar
Clayton, R. N. and Epstein, S. (1958) The relationship between 18O/16O ratios in coexisting quartz, carbonate and iron oxides from various geological deposits: J. Geol. 66, 352373.CrossRefGoogle Scholar
Clayton, R. N. and Mayeda, T. K. (1963) The use of bromine pentafluoride in the extraction of oxygen from oxides and silicates for isotopic analyses: Geochim. Cosmochim. Acta 27, 4352.CrossRefGoogle Scholar
Clayton, R. N., Muffler, L. J. P. and White, D. E. (1968) Oxygen isotope study of calcite and silicates of the River Ranch No. 1 well, Salton Sea geothermal field, California: Am. J. Sci. 266, 968979.CrossRefGoogle Scholar
Degens, E. T. and Epstein, S. (1962) Relation between O18/O16 ratios in coexisting carbonates, cherts and diatomites: Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol. 46, 534542.Google Scholar
Drewry, G. E., Ramsay, A. T. S. and Smith, A. G. (1974) Climatically controlled sediments, the geomagnetic field, and trade wind belts in Phanerozoic time: J. Geol. 82, 531553.CrossRefGoogle Scholar
Engel, A. E. J., Nagy, B., Nagy, L. A., Engel, C. G., Kremp, G. O. W. and Drew, C. M. (1968) Alga-like forms in Onverwacht Series, South Africa: oldest recognized life-like forms on earth: Science 161, 10051008.CrossRefGoogle Scholar
Garlick, G. D. (1974) The stable isotopes of oxygen, carbon and hydrogen in the marine environment: In The Sea—Ideas and Observations on Progress in the Study of the Seas. Vol. 5—Marine Chemistry (Edited by Goldberg, E. G.) p. 393. John Wiley, New York.Google Scholar
Haughton, S. H. (1969) Geological History of Southern Africa: Geol. Soc. South Africa, 535 pp.Google Scholar
Knauth, L. P. and Epstein, S. (1976) Hydrogen and oxygen isotopic ratios in nodular and bedded cherts: Geochim. Cosmochim. Acta 40, 10951108.CrossRefGoogle Scholar
Jackson, M. L. (1974) Soil Chemical Analysis Advanced Course, 9th printing: published by the author, Madison, WI.Google Scholar
Jackson, M. L., Levelt, T. W. M., Syers, J. K., Rex, R. W., Clayton, R. N., Sherman, G. D. and Uehara, G. (1971) Geomorphological relationships of tropospherically derived quartz in the soils of the Hawaiian Islands: Soil Sci. Soc. Am. Proc. 35, 515525.CrossRefGoogle Scholar
le Roux, J., Clayton, R. N., Mayeda, T. K. and Jackson, M. L. (1975) Oxygen isotope abundance in quartz from Precambrian cherts and dolomites of southern Africa: (abs.) Eos Trans. Am. Geophys. Union 56, 605.Google Scholar
le Roux, J., Clayton, R. N. and Jackson, M. L. (1977) Oxygen isotope abundance in quartz fine silt from sediments and soils of southern Africa: Geochim. Cosmochim. Acta submitted for publication.Google Scholar
Mopper, R. and Garlick, G. D. (1968) Oxygen isotope fractionation between biogenic silica and ocean water: (abs.) Trans. Am. Geophys. Union 49, 336.Google Scholar
Perry, E. C. and Tan, F. C. (1972) Significance of oxygen and carbon isotope variations in early Precambrian cherts and carbonate rocks of southern Africa: Bull. Geol. Soc. Am. 83, 647664.CrossRefGoogle Scholar
Sayin, M. and Jackson, M. L. (1975) Scanning electron microscopy of cherts in relation to the oxygen isotopic variation of soil quartz: Clays & Clay Minerals 23, 365368.CrossRefGoogle Scholar
Spry, A. (1969) Metamorphic Textures: Pergamon Press, Oxford.Google Scholar
Sridhar, K., Jackson, M. L. and Clayton, R. N. (1975) Quartz oxygen isotopic stability in relation to isolation from sediments and diversity of source: Soil Sci. Soc. Am. Proc. 39, 12091213.CrossRefGoogle Scholar
Syers, J. K., Chapman, S. L. and Jackson, M. L. (1968) Quartz isolation from rocks, sediments and soils for determination of oxygen isotopic composition: Geochim. Cosmochim. Acta 32, 10221025.CrossRefGoogle Scholar
Van Eeden, O. R. (1972) An explanation of the 1: 1,000,000 map of the geology of South Africa: Special Publ. No. 18, Government Printer, Pretoria, South Africa, 85 pp.Google Scholar
Van Niekerk, C. B. (1968) The suitability of extensive acid rocks for U–Pb radiometric dating: Ph.D. thesis, University of Cape Town.Google Scholar
Viljoen, M. J. and Viljoen, R. P. (1967) A reassessment of the Onverwacht Series in the Komati River Valley: Inf. Circ. Econ. Geol. Res. Unit, 36, University Witwatersrand.Google Scholar
Viljoen, M. J. and Viljoen, R. P. (1969) Evidence for the existence of a mobile extrusive peridotitic magma from the Komati Formation of the Onverwacht Group: In Upper Mantle Sym. Spec. Publ. Geol. Soc. S. Afr., Vol. 2, pp. 87112.Google Scholar
Yeh, H. W. and Savin, S. M. (1976) The extent of oxygen isotope exchange between clay minerals and sea water: Geochim. Cosmochim. Acta 40, 743748.CrossRefGoogle Scholar