An experimental setup for the analysis of analogue deformation experiments using the rotating...

5
An experimental setup for the analysis of analogue deformation experiments using the rotating polariser stage Frank Fueten * , Kristen Hynes, Ryan L. Van Luttikhuisen Department of Earth Sciences, Brock University, St. Catharines, Ontario, Canada L2S 3A1 Received 4 October 2000; revised 27 April 2001; accepted 16 May 2001 Abstract A new experimental setup for the analysis of deformation of rock analogues is presented. The hardware component consists of a rotating polariser stage and the software component includes several specialised pieces of software. During experiments the software is able to construct data sets in the form of specialised images that contain information on grain shape and crystallographic orientations. Several different types of movies with frames spaced as close as 2 min apart can be created during the experiment, which convey crystallographic and shape information in a semi-continuous form. This setup can be adapted to a variety of optical deformation rigs. q 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved. Keywords: Rotating polariser stage; Analogue modelling; c-Axis measurements; Deformation movies; Fabric analysis 1. Introduction The direct observation of the deformation of rock ana- logues can yield important insights into the deformation mechanisms of real rocks. Analogue materials such as salt, ice, octachloropropane, paradichlorobenzene, norcam- phor and camphor behave ductilely and recrystallise readily when deformed at or near room temperature. Numerous studies Means, 1980, 1981, 1989; Urai et al., 1980; Urai and Humphries, 1981; Wilson, 1981; Burg et al., 1986; Jessell, 1986; Bons, 1993; Bons et al., 1993; Bons and Urai, 1996; Herwegh and Handy, 1996; Bons and Jessell, 1999) have examined various aspects of the textural evolu- tion of analogues. In the majority of these studies the experi- ments are photographed or videotaped in real time through a microscope for later analysis. In most studies the record simply contains the instantaneous view recorded directly through the microscope. This is unfortunate, as direct and semi-continuous observation of the crystallographic orien- tation gives insight into ductile deformation mechanisms and can provide constraints for models of deformation of real rocks. Only a few studies Wilson, 1981; Jessell, 1986; Herwegh and Handy, 1996; Heilbronner and Herwegh, 1997; Herwegh et al., 1997; Herwegh and Handy, 1998) were able to incorporate some form of crystallographic orientation measurement made throughout the experiment. However, this may require termination of the experiment e.g. Herwegh and Handy, 1996) or interruption 15 min per measurement, M. Herwegh, pers. commun.) of the experiment, as was the case for the IT±HS and LT±HS experiments in the study by Herwegh and Handy 1998) and Herwegh et al. 1997). This paper describes an experimental setup that is capable of directly monitoring limited crystallographic orientations of uniaxial analogues throughout the experiment. A modi- ®ed rotating polarizer stage Fueten, 1997) is used in conjunction with a Urai-type deformation rig as the experi- mental apparatus. Specialised software is capable of saving several types of movie AVI) ®les with frames spaced as close as 2 min apart, and c-axes calculated for every frame. This type of experimental setup is ideally suited for the study of rock analogues and could be adapted for use with other deformation rigs. 2. Hardware The basic experimental setup is shown in Fig. 1. A stan- dard petrographic microscope has been modi®ed to accept both the rotating polarisers and the experimental stage. A Urai-type experimental stage is placed on the existing microscope stage. The ®xed microscope polariser has been removed and replaced with the lower rotating polariser. The upper rotating polariser is placed below the digital camera. The basic design of the rotating polarisers are identical to Journal of Structural Geology 24 2002) 241±245 0191-8141/02/$ - see front matter q 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved. PII: S0191-814101)00070-0 www.elsevier.com/locate/jstrugeo * Corresponding author. Tel.: 11-905-688-5550; fax: 11-905-682-9020. E-mail address: [email protected] F. Fueten).

Transcript of An experimental setup for the analysis of analogue deformation experiments using the rotating...

Page 1: An experimental setup for the analysis of analogue deformation experiments using the rotating polariser stage

�� ���������� �� � ��� �� ������ �� ���� � ������������������� ���� �� ����� �������� ���

���� � ����� ������ ������ ��� �� �� � ��� ����

���������� ����� �������� ���� ����������� �� ����������� ������� ������ �� ���

�������� !��"�� #$$$% ������� #& ����� #$$'% ������ '( )� #$$'

��������

� ��* ���������� �� � ��� �� ������ �� ��������� �� ���� ���� �� �� ��������� +�� ���*�� �������� ������� �� �����

�������� ��� �� �� ���*�� �������� ���� ��� ������ ���������� ������ �� ���*��� , ���� ���������� �� ���*�� �� "�� �

����� � � ��� �� �� ���� �� ���������� ����� � ����� ��������� �� ���� ���� �� ������������� ���������� -�����

�������� ���� �� ������ *�� ����� ����� � ����� � # ��� �� �� "� ����� � ���� �� ���������� *���� ������ ������������� ��

���� ��������� �� ����.����� � � ����� +��� �� � �� "� ���� � ����� �� ����� ��������� ����� � #$$' /������� -������

��� ��� ����� ���������

��!���0 ����� �������� ���% ����� � ���������% �.���� ��� ������% ,�������� ������% �"��� ������

� ���� ������

+�� ����� �"������� �� �� ��������� �� ���� �.

��� �� �� ����� ������ ������� ��� �� ���������

��������� �� ��� ������ ����� � ������ � �� �

��� ���� ��������������� ����������"��1���� �����.

���� �� ������ "���� � ������ �� ����������� ������

*��� �������� �� ��� ���� ����� ��� 2 ���� �

� ���� 3)���� '45$� '45'� '454% 6�� � ��� '45$% 6��

�� � �������� '45'% 7������ '45'% 8 �� � ��� '45(%

9������� '45(% 8���� '44:% 8��� � ��� '44:% 8��� ��

6��� '44(% ���*��� �� ����� '44(% 8��� �� 9�������

'444; ��� ������� ���� � ����� �� �� �� �� ���� .

��� �� ���� ��� <� �� �=���� �� ���� � ���� �� ������.

���� �� ���������� �� �������� �� ��� ��� ��� ��

���������� ��� ��� ������� <� ��� � ���� �� ������

������ ������ �� ������� � ���* �������� �������

��� �� �� ����������� +��� �� ���� ��� � ����� ��

����.����� � � �"������� �� �� ������������� �����.

��� ����� ������ ��� � ���� ��������� ���������

�� �� ������� �������� ��� ������ �� ��������� ��

��� ������ !��� ��* � ���� 37������ '45'% 9������� '45(%

���*��� �� ����� '44(% ����"������ �� ���*����

'44&% ���*��� � ��� '44&% ���*��� �� ����� '445;

*��� "�� � ��������� ���� ���� �� �������������

�������� ��� ����� ��� ��� ��� �� ����������

��*����� ��� �� ��> ��� �������� �� �� ���������

3���� ���*��� �� ����� '44(; �� ����� ���� 3'? ���

��� ��� ������ )� ���*���� ����� ���� ��; �� ��

���������� � *� �� ��� ��� �� <+@�- �� �+@�-

���������� �� �� � �� "� ���*��� �� ���� 3'445;

�� ���*��� � �� 3'44&;�

+��� ���� ������"�� � ���������� �� � � �� ��"��

�� ������� ��������� ������ ������������� ���������

�� ����� ���� �� ��� ��� �� ���������� � ����.

A�� ����� �����1�� ��� 3� ���� '44&; �� ��� ��

���= ����� *�� 6��.��� ��������� ��� � �� ������.

���� ��� �� -��������� ���*�� �� ��"�� �� �����

������ ���� �� ����� 3��<; A��� *�� ����� ����� �

����� � # ��� ��� �� �.��� ��� ��� ��� ����� �����

+��� ��� �� ���������� �� � �� ������ � ��� ��� ��

� �� �� ���� ���� �� �� �� �� "� ���� ��� �� *��

���� ��������� �����

� ��� ����

+�� "��� ���������� �� � �� ���*� �� ���� '� � ��.

��� ���������� ���������� �� "��� ����A�� � ����

"�� �� ����� ��������� �� �� ���������� ���� �

6��.��� ���������� ��� �� ����� �� �� �������

���������� ���� +�� A��� ���������� �������� �� "���

������� �� ������� *�� �� ��*�� ����� ��������� +��

���� ����� �������� �� ����� "���* �� ����� �����

+�� "��� ������ �� �� ����� ��������� �� ������� �

9� ��� �� -� � �� B������ # 3#$$#; # '@# ?

$'4'.5' 'C$#CD . ��� ���� ��� � #$$' /������� -������ ��� ��� ����� ���������

E<<0 -$'4'.5' '3$';$$$&$.$

***�������������C����C=�� ���

� F������������ ���� +���0�'.4$?.(55.???$% ��0�'.4$?.(5#.4$#$�

�"���# �������$ �� ���G����������"���� �� 3�� � ���;�

Page 2: An experimental setup for the analysis of analogue deformation experiments using the rotating polariser stage

���� �� �� ����� ����� �������� ��� 3� ���� '44&;�

�� ������� ��������� �� ��� � ��� �� �� ����� ��

�� ����������� ���������� ���� H � ���� � � � �����

������� <���� �� �� ��� ���� ����� �����

�������� � )��� )���� << ����� �� �� "��� *����

?$ )�1 EF�

� ��������

+�� ����� ��������� �� �� ����C����� �� ��

"��� �� ��������� "� ���*�� �������� ��.�� ��� +��

����� ���������� 3� ���� '44&; � ������ �����

�� � ��� �� ��������� ��� �� '5$� ����� 3#$$ ����;

���� �����.�������� ����� � ��� ��� 3$�4�; ���� ��

�� ��� ����� ��� �� ( $ � 5$ ������ �� # ."� ���� �

35 "�� ��� �� ���� ����� �� "� �; �� � �� ������ ���

��� ������ 7���� � *� �� "� �����"�� � ��� ��� ����� �

�� �� ���� �����"��� � ������ ���� � ���� �� "���

��� ����� ��� ��> ���� ���������� ' )8 �� ������ �

������ ����� ���� �������.�������� ���� � � ��> ����

#$$ )8 �� ������ -���� �� �����"�� ����� ��� ������

��������� ��������� �� #$$ ������ *� �� ��� � �� $ B8

�� �� *����� ���� *�� � ���� �> ������ �� �� �����

�������

<����� �������� � �� �� ����� ��� � ������

%� %&���� �� �#� ' (&���# ��&��&��# )�#*� �+ ,�--�. �+�/�+0# #

���� '� /��������� �� �� ���� ���� ����� �������� ��� �� ��������� ����

Page 3: An experimental setup for the analysis of analogue deformation experiments using the rotating polariser stage

%� %&���� �� �#� ' (&���# ��&��&��# )�#*� �+ ,�--�. �+�/�+0 # :

���� #� +�� ������ ����� �� ���� � ��������� �� �� ������ ���� ��������� �� ���������� ���� �������� ������ �� ��� ����� ��� �@/� ����� '

���������� � �� �� �� �� ���������� *���� ����� # �� : �������� ����� :$ �� ':5� ������������ �'@: I ���� � ������� ������ 8'@: I

������� ������ F'@: I ������ ������ ,'@: I �.��� ����� ������� �� ���� � �������� �� /'@: I -����� �� ������

Page 4: An experimental setup for the analysis of analogue deformation experiments using the rotating polariser stage

������� ��������� �"���� ��� ��� ������ +�� �

���� �� �� ������� �� �� ������ *���� ���� �� ��

�������� �� �� ��������� A���� �����A�� �������

�� �� 3� ���� '44&;� +��� �����> � ��� ��� �� "���

� ��� � ��������� �� #$$ ������ � ���� ����.

"�� ($$ )8� �.���� �� ���� � ������ �� ��� ���

���� �� ���� � ������� �� ���� � ������� �����

�������� ���� �������.�������� ����� �������� � ��

����� � ����� "� � ��� �� B�������� 3#$$';� +���

�����> � �� �� ��������� ������ � �� ���� �����> �

� ����� "� -�J����� �� , ���� 3'444;� �� F<E �����> �

�� ����"������ �� E �� 3'44:; �� �� ����� ��������

"� E�� 3'44(;�

��� �� ������ ��> ������� �� ���� � ��������� ��

���*�� �� "��� ����A�� � ������ ������ �����A��

��� �������� <� ������� � ���� �� ��� � �� �������

� ������ �� ������� � ����� A���� �� ���*�� �� ��

"���� �� *����� � A�� �������� ���� �� ����� A���

3���� #;� +���� ������ �� *���� � ���� �� ������

����������� ��< ���� �� �� "� ���*�� ���� *���

����� �� EF �� )� ���������� � ������� �����.

����� A�� � �"��� �� �� ����� A��� ���������� � ��

���� � �"��� �� �� ������ � ���* ��� ��� ��������� ��

� � A����

���� 1�2��&� ��������� ����

, ���� ��� �������� �� ������� �� ��� ����� �� ��� .

��� �� ��� �� ��� ���� 3���� #� �'@�:;� +�� ���.

� � ������� �� � ����������� � �� ���� �

����������� ���� � �� ����� *���� ���� � ���� ��

'5$� ����� �� �� ���������� 8� ��������� �� ���� �

�������� ������� ������� � � � �� �������� �� ��

��������� *�� ������ � �� ����� ����� ������ �� ��

������� � ���*� ��� "��� ��������� ��� �����

�������� �� ���� � ������� �� � � � ����� �� ��

���� "�*��� �� �.��� �� �� ���� ��� � �����

����� ��� �� ���� � ������� ����� �������� �������

���� ��������� �� ����� ����� ��� �� ������� �

���*��

���� 1�2��&� ������ ����

+�� ������� �� � ������� �� �������� �� �� ������.

��� A����� � �� �� ��� � �"��� *��� ����� ������ ��

���� � ������� �� �� ��� '5$ �� #$$� ��� ������

������� �� �� ��� ���� �� '@#$$ �� �� "� �����.

����� � ���� ���� ����� 3���� #� 8'@8:;� �� � ����� "�

� ��� �� B�������� 3#$$'; �� ������� �� � �� "�

������� ����� � �� ���� �� ����� �.���� +��� ����

���� ����� �� ���� ���� ��� � ��� �"������� ����� ��

�.����

���� )������� ����

, ���� ��� ������� ������ ������ ������� ��

������� �� ����� *�� � �� �� �����"� �� 3� ���� '44&;

����.���� ������ ���� 3���� #� F'@F:; �� ����� ����

+��� ���� ������ � �� ��� ��� �� ���� ������

�������� "� B�������� �� � ��� 3'445;� <� ��� ����

"���� �� �� �������� ���� "� ������ �� ����� ��.

������ *���� �� ������� �� ����� ���� ��� ���� �

����� ����� ��� �� ������ ����� �� ������ � ��� �

��� ���� "� ���� ������� �� �� ����� �� ������

����� ��������

��+� �"�2�� �����

�.���� �� ��� ��� ��� �� ������ �� �� A��� �� ���*�

���� �� ����� � ����� "� � ��� �� B�������� 3#$$';�

�.���� ��������� �� �������� � ��������� ����� �

�� ��� �� ���� �� �����A�� ��1�� +��� �� "� �������

�� ����� �� ���� � ������� ���� 3���� #� ,'@,:;

�� �� ���� � ������� ����� +��� ����� ��������

����� ������ ��� ���� "� ���� �������� � *��� �

������ �� �.����

��0� ����� ��� �����

� A�� ����� �� -����� �� ��� �� �.��� 3���� #�

/'@/:; �� �� ���� �� ���� *������� �.��� ����� ��

�����A��� �������� �� �� �.��� � �� ������� �

���� � ����� "� � ��� �� B�������� 3#$$';� +�� H

��� ������ �� � ����� "��� �� �������� �� �� ���

�� �� �.��� �� �� ���� �� ����� '5$�� +�� �"�� ��

�� �� ���� ���� � �� �.��� ��� ��� ������� �����

�� ��� �*��� �� 27 �� -/� ��� ���� �� �� ������� ��

�� -����� ���� ��� ��� �� �� ���� ��� ����� *��

�.��� ������ � �� ��� �� ���������� '� �� �������

� �� �� �� ����

� ���� ����������

�����*��� �� ���������� � ���� ���������� �� "�

������ � ���� *� �������� ������ �� ��.�� �� ���������

���*��� � ���.���� ������ ���*� ��� ������ �� ��

����� A���� � *��� � �� ����� ���� �� ������� �.���

������� ���� �� ���� � ������� �� ������� ������

� ��� � +��� H���"���� �� ��> ����� � � �� �� �*��

�����"�� �� �� �� � ��������� � �������� *�

�� ���� � �.��� ����� *��� "�� <������ � ������ ��

"� ������ ���� �� ���*�� ����� ��������� ��� ��

*�� �� ����� �������� ��� � ���*� ��� �� ��� �.

��� �� ���� ��1� �� ����� 3� ��� �� B��������� #$$';�

� ������ ��������

+�� ��������� �� ������ ����� 3���� �� ����� ���� ��

������ ���� � ������� ����; ��� A��� �� � ��

���� �������� �� �� ����� �� �� �> ������ ���� ��� <

�� ������ � �� ���� �� �� A��� �� ���* �� �����

� ���� �� �> ������ ���� ��� �� ����� ������"�� "����

�> ������ �� ������ ����� �� ������ ����� ���� ���

%� %&���� �� �#� ' (&���# ��&��&��# )�#*� �+ ,�--�. �+�/�+0#

Page 5: An experimental setup for the analysis of analogue deformation experiments using the rotating polariser stage

���� ���� �� ��� �� ������ ������ ���� �� �� �.

��� ����� ����� # ��� ������ , ���� ���� ����� ������.

���� ���� ���� ��� �� ���������� '$� C�� # ���

������� ������ ������ � "� � �A���� � ������� ����

������

<���� ��� *��� ��������� ���� E��� � <<< $$ )�1

���� �� *�� ( )8 �� ��)� +�� � ��������� ��

������ ���������� ��� ���� �� ������ *�� #$$ ������

��> ���� ���������� ' B8 �� ������� ��� �����

/���� ������ #$$ ���� ������ ����� �� -����� ��

������ *���� �� ����� ��� ���� ������ ����� ��> ����

���������� #$$ )8 �� ������� ����� ����� +��

�* � ��� � �� � ���������� ��������� �� �� )��.

� � �������� �� )��� � ������� �� �� B�����

������ �� ����� "� ����� �� ������ F,� ��� ���� �

�� "� ������� ��� ���� �� ��< ������ < �� �����"�� �

�������� ����� � ��� �� �� ��1�% ��*����� �� ���.

�������� �����"�� ��� �� �� ���� �� ����� ����

� ���� ������

<� ������ � �� ������� �"������ ���������

�� ���� �� ���������� �� � ������"�� "��� ������

��������� �� �� ������������� �������� �� ������.

��� ���� ���� ��� F������������ ��������� �"����

�� ��� ����� *��� ������� ����� ������ ��� �� ���� .

��� �� �� ��� �� ��� ������ � ������ �� ���������� ����

��� �� � �� � ������ �� �������� �� *��� "� ������� ���

����

+��� �� � �� �� ����� "� ���� � ���� ���� �� �����.

���� ���� � �"�� ��� ����� ���� � �������

<�������� �� �� �� �� �� �� � ����� �� �����

�������� ��� �� "� �"���� "� ������� �� � ���

�� ���G����������"���� �� �� "� ������� ��0CC

����������"���� ��C�� ��C��C��'�����

��!��� � �������

+�� ���� *� �� ���� � ��� �� ��� �� �� +�������

-������� ,������ 8���� 6�������� ��� ���� ��������

� ���� �� ����� ���� �� �� ���� E � 8���� 9��� 6��

�� )��� ���*��� �� ����� ��� ��������� �� �

���� ������� �� �� �� ������ 7�� )��� �� ����� ���

��� ���� �� �����* �� ������� � � ��������� +��� *���

*� � ������ "� � 2-/�F ������� B�� � �� � ����

"���������

8���� E�,�� '44:� /��������� ��������� �� �������� ���� ���� ���

E��,� ������ 6���� 6��������� B������� 6������� ''$� #$&�

8���� E�,�� 6��� 9���� '44(� �� ��� � � ������������ ����� ��

������� �� � ���� ���� 1����� +������������ #?(� ' ?@'( �

8���� E�,�� 9������� )�7�� '444� )����.���� 1���� �� ������������

�������� ��������������� 9� ��� �� -� � �� B������ #'� :#:@

:: �

8���� E�,�� 9������� )�7�� E�������� F�7�� '44:� +�� ������ �� �������.

���� ��������� �� ���� ���� ��� 9� ��� �� -� � �� B������ '?�

$:@ ''�

8 ��� 9�E�� 7������ F�9���� )������� 9�F�� '45(� ,����� ���������1���

�� �"��� ���������� � ���� �� ������ ���� ��������� �� ����

9� ��� �� -� � �� B������ 5� 5?&@5&$�

� ���� ��� '44&� � ���� ��.��������� ����� �����1�� ��� ��� ��

���������� ����������� F��� ��� �� B���������� #:� #$:@#$5�

� ���� ��� B��������� 9�-�� #$$'� K �1 �.��� �������� ����������

���� �� ����� �����1�� ����������� 9� ��� �� -� � �� B������

#:� 54?@4$#�

B��������� 9�-�� � ���� ��� '445� /��� ������� �� ���������� �����

���� �� ����� �����1�� ���� F��� ��� �� B���������� # � & ?@

&?'�

����"������� ��E�� E ��� F�� '44:� <������ ���� �� ��������

������ �� > �1 �.��� "� ���� �� ���� ����������� 9� ��� ��

-� � �� B������ '?� :(4@:5#�

����"������� ��� ���*���� )�� '44&� +��� �������� � ���� ����������

�����> � � ��� ��1� �� ������ ���������� �� �"����� 9� ��� ��

-� � �� B������ '4� 5('@5(?�

���*���� )�� ����� )���� '44(� +�� ���� ��� �� ����.����� �� ����.

���� ������"����0 �������� ���� ������ ������� �� > �1 ���� �

3���������;� 9� ��� �� -� � �� B������ '5� (54@&'$�

���*���� )�� ����� )���� '445� +�� ������ �� ���� ��������� �����.

���� �� �������0 ���������� ���� ��"���& ���������� �� ���������.

���� ���������� 9� ��� �� -� � �� B������ #$� (5'@(4 �

���*���� )�� ����� )���� ����"������� ��� '44&� +����� ��. ��

����.��.�������� ������"��� ���� ��� �� ������������ ����.

���0 �������� ���� �� �� ��������� �� ���������� +������������

#5$� 5:@'$(�

9������� )�7�� '45(� B��� "� ���� ������� �� �"��� ���������� ��

������������ �������� ��������������� 9� ��� �� -� � ��

B������ 5� ?#&@? #�

)���� 7�,�� '45$� ���� ����� �� ������.������� �"����0 ��*

���������� ������� 9� ��� �� -� � �� B������ #� '4&@#$#�

)���� 7�,�� '45'� +�� ������ �� ����.�� �������� +������������

&5� '&4@'44�

)���� 7�,�� '454� -��������� ���������� �� ������� �����������

9� ��� �� -� � �� B������ ''� '(:@'& �

E��� L�� '44(� -��������� ����������� ������ ���� 2<� �����

<�0 ,�E��� ,�B� 3/��;� -� � �� B������ �� E������ F��� ����

��� '#:@': � F��� �� )����� �� �� B����������� '?�

-�J������ 8�� , ����� 9�� '444� ,������� � � ���� ���*� �� �������.

����� ���� > �1 I ���������� ��� ���� "� ���� �� � ��� ����

"� ���� ��"����� ������������� ��������� ��������� �� �����

������� 9� ��� !� -� � �� B������ #'� ' &&@' 4$�

6��� 9���� � �������� ��9�� '45'� +�� ���������� �� ���� 1���� �� ����.

��������� ������� +������������ &5� (&&@(5?�

6��� 9���� � �������� ��9�� 8 ���*�� -�/�� '45$� <�.�� � ���� �� ��

��������� �� ������ ���������1��� �� ����"������ �������

9� ��� �� )����� -������ '?� '#:'@'# $�

7������ F�9���� '45'� /��������� ������� �� �"��� ���������� ��

� �������� ���� +������������ &5� ':4@'?4�

%� %&���� �� �#� ' (&���# ��&��&��# )�#*� �+ ,�--�. �+�/�+0 # ?