The rheology of banded iron formation: constraints from axial compression experiments

Abstract

Samples of Banded Iron Formation (BIF) with different quartz and hematite contents were deformed in axial compression experiments in a Griggs-type apparatus, at T = 900ºC, P =1.5 GPa and strain rates of 10-5 and 10-6 s-1. The aim is to investigate the mineral phase that controls the rheology of multi-phase rocks and to determine the processes that control the observed rock strength. BIF samples from Quadrilátero Ferrífero region-Brazil were cored perpendicular to the foliation, which is defined by parallel bands of quartz and iron oxide. Sample strength decreases with increasing hematite content and decreasing strain rate. At a strain rate of 10-5 s-1, samples with well-developed compositional banding showed higher strength. At the slower strain rate of 10-6 s-1 no difference between samples with or without compositional banding is observed. For comparison, at 10-6 s-1, the highest quartz content sample is as weak as the highest hematite content sample at 10-5 s-1. Strain is localized in hematite-rich layers. One intriguing observation is that quartz grains within the more deformed hematite-rich bands show more evidence for crystal-plastic deformation than grains in quartz-rich bands.Amostras de formações ferríferas bandadas (BIF), compostas por diferentes proporções de quartzo e hematita foram deformadas, em experimentos de compressão axial, usando-se a prensa triaxial de Griggs, sob T = 900ºC, P =1.5 GPa e taxas de deformação de 10-5 e 10-6 s-1. O principal objetivo é investigar qual fase mineral controla a reologia de rochas poliminerálicas e determinar os processos que controlam a resistência observada para tais rochas. Amostras de BIF, da região do Quadrilátero Ferrífero, foram cortadas perpendicularmente à foliação, que é definida por bandas paralelas de quartzo e óxidos de ferro. A resistência das amostras diminui com o aumento da porcentagem de hematita e com a diminuição da taxa de deformação. Sob taxa de deformação de 10-5 s-1, amostras com bandamento composicional bem desenvolvido mostraram a mais alta resistência. Sob taxa de deformação mais lenta, 10-6 s-1, significativa diferença entre amostras com ou sem bandamento composicional não é observada. Como comparação, a 10-6 s-1, a amostra com a mais alta porcentagem de quartzo é tão fraca quanto a amostra com a mais alta porcentagem de hematita a 10-5 s-1. A deformação é localizada nas bandas ricas em hematita e uma observação intrigante é que os grãos de quartzo, nessas bandas, mostram maior evidência de deformação cristal-plástica que os grãos presentes em bandas quartzosas.