Original paper

Texture characterisation of carbonate rocks and some implications for the modeling of physical anisotropies, derived from idealized texture types

Leiss, Bernd; Ullemeyer, Klaus

Kurzfassung

Diffraktionsexperimente mit Röntgen-,Neutronen- oder Elektronenstrahlung sind eine geeignete Datenquelle für die quantitative Texturanalyse und die Modellierung von Materialeigenschaften aus der Textur. Während die leicht zugängliche Röntgentexturgoniometrie vor allem die Untersuchung feinkörniger Proben erlaubt, können mit Hilfe der aufwendigeren Neutronenstreuung auch grobkörnige und mehrphasige Proben untersucht werden. Elektronenstreumethoden liefern die vollständige Orientierung des Einkristalls, durch automatisierte Meßprozeduren kann mittlerweile eine ausreichende Anzahl von Orientierungen in kurzer Zeit gemessen werden. Die grundlegenden natürlichen Texturtypen von Calcit und Dolomit können vereinfacht als um die c- bzw. a-Achse rotierende Einkristalle (c-Achsen- und a-Achsenfasertyp) oder als Überlagerung dieser beiden Typen beschrieben werden. Die Modellierung der Richtungsabhängigkeit des thermischen Ausdehnungskoeffizienten a und der Kompressionswellengeschwindigkeit V von Marmoren auf der Basis der vier am weitesten verbreiteten Texturtypen weist darauf hin, daß die Kristallgitterregelung zu wesentlichen Teilen die Anisotropie des Gesamtgesteins bestimmt. Die Ergebnisse verdeutlichen die Bedeutung der Textur für eine quantitative Beurteilung der Verwendungsmöglichkeiten von Karbonatgesteinen als Bausteine sowie für deren Schadensanalyse und Restaurierung.

Abstract

Diffraction experiments with X-rays, neutrons or electrons are a well-suited data source for the quantitative texture analyses in order to model rock physical anisotropies. While the easy accessible X-ray texture goniometry is restricted to fine-grained rocks, the more expensive neutron scattering method has big advantages for the texture analysis of coarse-grained and polyphase rocks. Electron diffraction is designed for single grain orientation analysis. By means of largely automated measuring procedures meanwhile a sufficiently large number of grains can be measured quickly. The fundamental texture-types of calcite and dolomite which are found in nature can be simply described by a rotating single crystal with the c-axis or one of the a-axes as the rotation axis (c-axis and a-axis fibre type), or an overlapping of these two texture types. The modeling of the directional dependence of the thermal expansion coefficient a and the compressional wave velocity V of marbles from the four most representative texture types confirms, that the lattice preferred orientation largely determines the physical anisotropy of the bulk rock. The results demonstrate the significance of textures for a quantitative evaluation of the use of carbonate rocks as building stones as well as their assessment of damage and their restauration.

Keywords

building stonesmarblecalcitedolomiterock fabricstexturesfabric analysisphysical propertiesrock physical anisotropy.