JoVE Journal > Environment
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
العربية

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Environment

دور النسيج في خصائص الاحتكاك من العيوب التكتونية الغنية Phyllosilicate

Published: November 06, 2021
doi:
10.3791/62821
, , , , , , ,
1Dipartimento di Scienze della Terra,Sapienza Università di Roma, 2Dipartimento di Geoscienze,Università di Padova, 3Department of Geoscience,The Pennsylvania State University, 4Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, 5Dipartimento di Scienze Fisiche, della Terra e dell’Ambiente,Università di Siena

Summary

الاحتكاك من العيوب الغنية phyllosilicates مقص في هندستها في الموقع هو أقل بكثير من الاحتكاك من ما يعادلها مسحوق.

Abstract

يتم إجراء العديد من تجارب تشوه الصخور المستخدمة لتوصيف الخصائص الاحتكاكية للتصدعات التكتونية على صخور الصدع المسحوقة أو على الأسطح الصخرية العارية. وكانت هذه التجارب أساسية لتوثيق الخصائص الاحتكاكية للمراحل المعدنية الحبيبية وتقديم أدلة على وجود أخطاء قشرية تتميز بالاحتكاك العالي. ومع ذلك ، فإنها لا يمكن التقاط تماما خصائص الاحتكاك من الأخطاء الغنية في phyllosilicates.

وقد وثقت العديد من الدراسات من العيوب الطبيعية رد فعل بمساعدة السوائل تليين تعزيز استبدال المعادن القوية مع phyllosilicates التي يتم توزيعها في التقشير المستمر. لدراسة كيفية تأثير هذه الأقمشة الفوليك على الخصائص الاحتكاكية للعيوب لدينا: 1) جمعت الصخور الغنية بالفولوسيليكات من العيوب الطبيعية؛ 1) جمع الصخور الغنية بالفولوسيليكات من العيوب الطبيعية؛ 1) الصخور الغنية بالفولات. 2) قطع عينات الصخور خطأ للحصول على رقائق الصلبة 0.8-1.2 سم سميكة و 5 سم × 5 سم في المنطقة مع تقشير موازية لوجه 5x5cm من رقاقة؛ 3) إجراء اختبارات الاحتكاك على كل من رقائق الصلبة مقص في الهندسة في الموقع والمساحيق، التي تم الحصول عليها عن طريق سحق وينخل وبالتالي تعطيل تقشير العينات نفسها؛ 4) استرداد عينات لدراسات البنية الدقيقة من عينات الصخور بعد التجربة؛ و 5) إجراء تحليلات البنية الدقيقة عن طريق المجهر البصري، والمسح الضوئي ونقل المجهر الإلكتروني.

وتظهر البيانات الميكانيكية أن العينات الصلبة مع تقشير متطورة تظهر الاحتكاك أقل بكثير بالمقارنة مع ما يعادلها مسحوق. تظهر الدراسات الهيكلية الدقيقة والنانوية أن الاحتكاك المنخفض ينتج عن الانزلاق على طول أسطح التقشير المكونة من الفيلوسيليكاتيات. عندما يتم مسحوق الصخور نفسها، قوة الاحتكاك عالية، لأن يتم استيعاب الانزلاق عن طريق التكسير، وتناوب الحبوب، والترجمة والتمدد المرتبطة بها. وتشير اختبارات الاحتكاك إلى أن صخور الصدع ذات ال الفوليك قد يكون لها احتكاك منخفض حتى عندما لا تشكل الفيلوسيليكات سوى نسبة مئوية صغيرة من إجمالي حجم الصخور، مما يعني أن عددا كبيرا من العيوب القشرية ضعيفة.

Introduction

الهدف العام لهذا الإجراء هو اختبار الخصائص الاحتكاكية للعيوب الغنية بالفيلوسيليكات السليمة المقصة في هندستها في الموقع وإظهار أن احتكاكها أقل بكثير من الاحتكاك الذي تم الحصول عليه من التجارب التي أجريت على مساحيق من نفس المادة.

وقد وثقت العديد من الدراسات الجيولوجية رد فعل بمساعدة السوائل تليين خلال التطور على المدى الطويل من التصدعات التكتونية. تليين يحدث عن طريق استبدال المعادن القوية، مثل الكوارتز، فيلدسبار، الكالسيت، الدولوميت، أوليفين، بيروكسيني، مع ضعف phyllosilicates1،2،3،4،5،6،7،8،9،10. هذا الضعف ينشأ على نطاق الحبوب ويرجع ذلك أساسا إلى الانزلاق، في الاحتكاك منخفضة جدا، على طول فوليا فيلوسيليكات التي تعمل معا لإنتاج شكل من أشكال التشحيم. من نطاق الحبوب، يتم نقل ضعف الخطأ إلى منطقة الصدع بأكملها عن طريق الترابط بين المناطق الغنية بالفيلوسيليكات11. لالتقاط دور الاحتكاك انزلاق على طول مترابطة phyllosilicate foliae، وقد تم قص رقائق الصلبة سليمة من عينات الصدع الصخور الطبيعية في هندستها في الموقع خلال تجارب تشوه الصخور12،13،14. وفي نهاية التجربة، أجريت دراسات هيكلية دقيقة على العينات المختبرة للتحقق مما إذا كان التشوه قد تم استيعابه بشكل فعال عن طريق الانزلاق الاحتكاكي على طول حمض الفوليك الفيلوسيليكات.

بالمقارنة مع اختبارات الاحتكاك التقليدية التي أجريت على المواد المجففة التي تم الحصول عليها من سحق وخل صخرة الصدع ، يمكن للتجارب على رقائق سليمة التقاط الانزلاق الاحتكاكي على طول الطبقات الغنية بالفيزيليكات المترابطة التي شكلتها ردود الفعل بمساعدة السوائل تليين. في الواقع ، أثناء عملية إعداد المسحوق ، فإن سحق وخليل صخرة الصدع يعطل اتصال طبقات الفيلوسيليكات وعندما يتم قص المادة في المختبر ، فإن عدم وجود آفاق فيلوسيليكات مستمرة يفضل تشوها يتكون بشكل رئيسي من سحق الحبوب والتناوب والترجمة مما يؤدي إلى احتكاك عال.

التجارب على رقائق الصلبة تظهر الاحتكاك أقل بكثير بالمقارنة مع التجارب على مسحوق المواد التي تم الحصول عليها من نفس النوع الصخري، لا سيما عندما يكون في المئة من phyllosilicates < 40٪15. مع زيادة وفرة phyllosilicate ، تم توثيق انخفاض في الاحتكاك أيضا للاختبارات على المواد المجففة ، حيث أنه في هذه الحالة يكفي الحجم الكبير من الفيلوسيليكات لتعزيز الترابط بين المراحل المعدنية الضعيفة من خلال الخطأ التجريبي الكامل16،17،18،19،20،21،22. بدلا من ذلك، لمحاكاة الاحتكاك الانزلاق على طبقات ضعيفة مترابطة، وقد أجريت أنواع أخرى من اختبارات الاحتكاك على مساحيق تتألف من 100٪ مراحل معدنية ضعيفة23،24،25.

ضعف خطأ هندسية التي تروج لها النسيج الصخري في تجارب تشوه في درجة حرارة عالية، وبالتالي ممثل للغلاف الصخري الدكتايل، وقد عرفت جيدا لسنوات عديدة26. النتائج التي تم الحصول عليها من الإجراء المعروض هنا تشير إلى أن النسيج phyllosilicate يعزز ضعف خطأ أيضا لعدد كبير من الأخطاء الواردة داخل القشرة العليا seismogenic.

Protocol

1. جمع عينات الصخور في نتوء مكشوف جيدا من خطأ طبيعي غني بالفيلوسيليكات ، حدد التعرض الصحيح (صخرة الصدع المحفوظة جيدا على طول طائرة تحتوي على خط الصدع) حيث لجمع عينة صخرية تمثيلية للتجارب. الحرص على اختيار صخرة خطأ مع تباعد تقشر لا يزيد عن بضعة ملليمترات. ويتم ذلك لالتقاط آفاق phyllosilicate في رقائق مستطيلة تصل إلى 1.5 سم سميكة التي سيتم قصها أثناء تجارب الاحتكاك. استخدم مطرقة وإزميل للحصول على عينة من الصخور مع مساحة حوالي 10 سم × 10 سم وسمك أكثر من 3 سم. ضع علامة على إحساس القص على عينة الصخور ، استنادا إلى المؤشرات الحركية الملاحظة في الحقل (على سبيل المثال ، slickensides ، foliations ، طيات السحب ، وما إلى ذلك).ملاحظة: يمكن أن تكون مساحة العينة أصغر من 10 سم × 10 سم ، ولكن يجب أن تكون أكبر من 5 سم × 5 سم وهذا هو بعد الكتل الجبرية للجهاز التجريبي.تنبيه: عينات الصخور الفوليكة قابلة للتفتيت للغاية، وبالتالي بعد المجموعة قد يكون من المفيد لف العينة ببعض الشريط أو فيلم بلاستيكي. ومن الإلزامي أن العينات التي تم جمعها لا تتغير عن طريق التجوية، وبالتالي أن هذه الصخور تمثل صخرة الصدع في عمق الزلازل. 2. إعداد عينة لتجارب الاحتكاك في تكوين القص المباشر المزدوج قطع عينة الصخور للحصول على رقائق مستطيلة تناسب كتل إجبار جهاز تشوه الصخور. ويتحقق ذلك عادة في خطوتين: في الخطوة الأولى، استخدم منشار مختبر قياسي للحصول على عينة صخرية أكبر قليلا من كتل الجبر؛ وفي الخطوة الأولى، استخدم المنشار القياسي للحصول على عينة صخرية أكبر قليلا من كتل الجبر؛ وفي الخطوة الأولى، استخدم المنشار القياسي للحصول على عينة من الصخور أكبر قليلا من كتل الجبر؛ وفي الخطوة الأولى، استخدم المنشار المعياري للحصول على عينة من الصخور أكبر قليلا من كتل الجبر؛ وفي الخطوة الأولى، استخدم المنشار القياسي للحصول ثانيا استخدام شفرة دوارة عالية الدقة أو طاحونة اليد لتشكيل رقائق 5 سم × 5 سم في المنطقة و 0.8-1.2 سم سمك(الشكل 1، اليسار). لاختبار القص المزدوج المباشر القياسي ، سيطلب من رقاقتين من نفس الصخرة إجراء تجربة واحدة. أثناء إجراء القطع والتشكيل ، تأكد من الحفاظ على طائرات القص الطبيعية الغنية بالphyllosilicate الموجودة في العينة بالتوازي مع سطح كتل الجبر. وهذا يعني أن التقشير موازي للوجه 5 سم × 5 سم من الرقاقة. استخدام مطحنة القرص لسحق المواد المتبقية من قطع عينات سليمة ومنخل المواد للحصول على مساحيق مع حجم الحبوب <125 ميكرومتر (الشكل 1، والحق). جبل اثنين من رقائق متطابقة على الفولاذ المقاوم للصدأ مما اضطر كتل مع منطقة الاتصال الاحتكاكي الاسمية من 5 سم × 5 سم ومن ثم تجميعها مع كتلة إجبار المركزية ليؤلف تكوين القص المباشر المزدوج المتماثل.ملاحظة: من المهم أن يتزامن إحساس القص الذي تفرضه الآلة على العينة مع الإحساس الطبيعي بالقص المسجل على الرقاقة والمتميز عند النقطة 1.3. استخدام مساحيق لبناء طبقتين الصخور متطابقة مع سمك حوالي 5 ملم ومساحة 5 سم × 5 سم2. لهذه العينات الصخرية المجففة ، يتم تدمير التقشير الطبيعي بواسطة إجراء إعداد العينة باستخدام مطحنة قرص. استخدام رقصة التسوية دقيقة للحصول على طبقة صخرية موحدة وقابلة للاستنساخ تتألف من مسحوق المواد. إنشاء تجميع القص المباشر مزدوج متماثل. 3. تجارب الاحتكاك في جهاز ثنائي المحور27،28 استخدام المكبس الهيدروليكي الأفقي التي تسيطر عليها servo لتطبيق والحفاظ على الإجهاد الطبيعي المستمر لعينة الصخور. تطبيق الإجهاد القص بمعدل النزوح المستمر، وعادة 10 ميكرومتر / ثانية، عن طريق المكبس الهيدروليكي العمودي التي تسيطر عليها سيرفو.ملاحظة: يتم قياس الأحمال عبر اثنين من خلايا تحميل قياس الضغط (دقة 0.03 كيلو طن) المتمركزة بين ذاكرة الوصول العشوائي وتجميع العينة. يتم قياس الإزاحات الأفقية والعمودية بواسطة LVDT (محولات تفاضلية متغيرة خطية) ، بدقة 0.1 ميكرومتر ، يشار إليها في إطار الحمل والجانب العلوي من ذاكرة الوصول العشوائي27،28. تميز جميع التجارب عن طريق تصلب سلالة الأولية، حيث الإجهاد القص يزيد بسرعة أثناء التحميل المرن، قبل نقطة الغلة، تليها القص في قيمة ثابتة للدولة من الإجهاد الاحتكاكي. 4. جمع عينات ما بعد التجربة في نهاية اختبار الاحتكاك، استخراج بعناية الخطأ التجريبي. يمكن تطبيق الأربطة المطاطية أو الشريط اللاصق على العينة قبل إزالة الحمل للحفاظ على سلامة الصخور المشوهة. تلقيح مع راتنج الايبوكسي عينات الصخور. إذا كان ذلك ممكنا للتجارب مسحوق، وتجنب التشريب فراغ لمنع الأضرار التي لحقت microstructure الأصلي من التدفق القسري للراتنج في العينة. قطع هذه العينات الصخرية موازية لاتجاه القص التجريبية. هناك عدة طرق لتتبع اتجاه القص التجريبي. في تكوين القص المباشر المزدوج لدينا ، يتم تشكيل أسطح الكتل المنزلقة الفولاذية التي تتلامس مع طبقات gouge مع الأخادير ارتفاع 0.8 مم ومتباعدة 1 مم لتجنب الانزلاق في الواجهة بين الغوغ والصلب وضمان تشوه القص داخل الغوغ ، وبالتالي في تجاربنا يكون اتجاه القص عموديا على الأخادير. بناء أقسام رقيقة من التخفيضات لدراسات البنية التحتية الدقيقة. 5. تحليل البنية الدقيقة التحقيق مع المجهر البصري لتوصيف الهيكل المجهري منطقة خطأ السائبة. استخدم مجهر إلكتروني المسح الضوئي (SEM) للتحقيق في عمليات التشوه الرئيسية. استخدم مجهر إلكترون ناقل الحركة (TEM) للحصول على تفاصيل حول عمليات التشوه على مقياس النانو. تفاصيل عن كيفية إجراء تحليل الهيكلة الدقيقة يمكن العثور عليها في المنشورات السابقة4،5،6،7،8،9،10،29.

Representative Results

في رسم تخطيطي للإجهاد العادي مقابل إجهاد القص ، ترسم عينات صلبة ومسحوقة على طول خط يتفق مع مغلف فشل هش ، ولكن الرقائق الصلبة لها قيم احتكاك أقل بكثير من نظائرها المسحوقة30. على سبيل المثال ، في حالة محددة من تقشير الغنية التلك ، والصخور خطأ الفوليك في كل الإجهاد العادي لديها معامل الاحتكاك الذي هو 0.2-0.3 أقل من المساحيق المصنوعة منها(الشكل 2 و12). ويفسر انخفاض الاحتكاك من خلال الدراسات الهيكلية الدقيقة للصخور اختبار تبين أن الأسطح المنزلقة من رقائق الصلبة الفوليك تحدث على طول foliosilicate القائمة من قبل الغنية بالفولوسيليكات. تظهر صور TEM أن الانزلاق يتم استيعابه بشكل رئيسي من خلال (001) انزلاق سهل مرتبط بالدلاميشن بين الطبقات. وعلى النقيض من ذلك، تظهر الهياكل المجهرية التجريبية من المواد المسحوقة أن التشوه الكبير يتم استيعابه عن طريق تقليل حجم الحبوب وتوطينها. على الرغم من أن رقائق الفوليك من الصخور الصدع سليمة والمساحيق لها التراكيب المعدنية متطابقة، والعينات الفوليات تظهر الاحتكاك الذي هو أقل بكثير من نظائرها مسحوق. وتشير الدراسات الهيكلية الدقيقة إلى أن الاحتكاك الأدنى (أي ضعف الخطأ) في صخور الصدع المفلطح يرجع إلى إعادة تنشيط الأسطح الطبيعية الغنية بالفيلوسيليكات الموجودة من قبل والنائبة في العينات المسحوقة منذ أن تعطلها خطوات إعداد العينة (2.2-2.4). الشكل 1:صور تمثيلية للصخور الصدع المختبرة: مواد صلبة فوليات مقابل مسحوق. (يسار) عينات فوليات صلبة مقص بالتوازي مع التقشير الطبيعي الذي تميزه السهام. (يمين) مساحيق تم الحصول عليها عن طريق سحق وخل الصخور الصلبة المكفولة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. الشكل 2:اختبارات الاحتكاك على نفس المادة (التقشير الغني بالتالك) ولكن عينات فوليات صلبة مقابل مسحوق الصخور. كل مؤامرة مجموعة البيانات على طول خط يتفق مع مغلف فشل هش، ولكن تتميز الصخور الصلبة foliated من الاحتكاك أقل بكثير من التماثلية مسحوق، الاحتكاك، μ = 0.3 و μ = 0.57 على التوالي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. الشكل 3:إعادة تنشيط الزمل الطبيعي مقابل المختبرات. في الصورة اليسرى مثال على تقشير الطبيعية الغنية التلك مع الكلاستات sigmoidal المحيطة بها من الكالسيت31. تظهر الصورة الصحيحة نفس التقشير في نهاية اختبار الاحتكاك على الرقائق32. لاحظ أنه خلال اختبار الاحتكاك يحدث معظم الانزلاق عن طريق الانزلاق الاحتكاكي على طول طبقات الفيلوسيليكات وأن البنية المجهرية الأصلية محفوظة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Discussion

نقطة هامة جديرة بالذكر هو أنه مع هذا الإجراء نحن تميز قوة الاحتكاك خطأ الدولة ثابت، تقاس التجارب في سرعات انزلاق منخفضة (أي، 0.01 ميكرومتر / ثانية < ضد < 100 ميكرومتر / ثانية). القيم المنخفضة قياس الاحتكاك تظهر ضعف أخطاء phyllosilicate الغنية الناجمة عن رد فعل السائل على المدى الطويل بمساعدة تليين وتقشير التنمية1،4،5،6، 7،8،9،10،11،12،30. ويمكن استخدام هذه القوة الاحتكاكية المنخفضة كوكيل لتقييم قوة الصدع في حالة ثابتة أو خلال المراحل ما قبل الزلزالية من الدورة الزلزالية. ولذلك، فإن آليات الضعف الديناميكية الهامة التي تحدث بسرعات انزلاق عالية (أي > 10 سم/ثانية) والمحرضة على ارتفاع درجة الحرارة33 لا تؤخذ في الاعتبار في تحليلنا.

الخطوات الحاسمة في البروتوكول تتعلق بجمع العينات وإعدادها. منذ تتميز phyllosilicates بقوة الشد منخفضة جدا في الاتجاه عمودي على (001) الطائرات القاعدية (أي في الاتجاه عمودي على foliation)، أثناء العمل مع المطرقة وإزميل في الميدان أو مع طاحونة اليد في المختبر، في كثير من الأحيان عينات الصخور تنهار وعملية تشكيل يجب إعادة تشغيل. لذلك ، يوصى بشدة بجمع عينات أكثر من تلك المطلوبة بدقة لتشغيل التجارب وتسليح نفسك بالصبر.

قبل دمج البيانات الميكانيكية مع البنية الدقيقة ، من المهم التحقق من أن الانزلاق الاحتكاكي على طول الصحيفة الغنية بالفيلوسيليكات التي لوحظت على طول صخور الصدع الطبيعية يتم استنساخه في المختبر ، أو بعبارة أخرى أن البنية المجهرية الصخرية الطبيعية تشبه تلك التي تم الحصول عليها من قص الرقاقة(الشكل 3).

في التجارب على رقائق الصلبة التي تتميز شبكات رقيقة من phyllosilicates، يمكن استهلاك طبقات مستمرة من المراحل المعدنية الضعيفة خلال القص كبيرة (النزوح > 12 ملم). في هذه المرحلة يتم استيعاب التشوه من خلال مزيج من التنفيس من المراحل المعدنية القوية والانزلاق على طول الفيلوسيليكاتيات. هذا يتزامن مع مرحلة من تصلب سلالة مع زيادة في الاحتكاك من حوالي 0.1 أو أكثر13.

يتم تنفيذ معظم تجارب تشوه الصخور ، التي تهدف إلى توصيف الخصائص الاحتكاكية للتصدعات التكتونية ، على طبقات صخرية ميليمترية تتكون من مساحيق تم الحصول عليها عن طريق سحق وخل صخور الصدعالطبيعية 24،27 أو على صخور الصدع التي تم قطعها مسبقا34. هذه الأنواع من التجارب أساسية لتوصيف الخصائص الاحتكاكية للعيوب حيث يحدث التشوه على أخطاء35 أو على طول الطائرات الانزلاق الحاد من تشوه موضعي36. بالنسبة للأخطاء الغنية بالفيزيليكات ، يرتبط انخفاض الاحتكاك وبالتالي ضعف الخطأ بالترابط بين الشبكات الغنية بالفيلوسيليكات ، والتي تتجلى في الحقل من خلال مناطق انزلاق رئيسية متعددة. وهذا يشير إلى أنه حتى كمية صغيرة من phyllosilicates يمكن أن تحفز ضعف خطأ كبير إذا الترابط بينهما مرتفع جدا37،38. لذلك، فإن الهدف النهائي لتجاربنا المختبرية على الرقائق الصلبة هو الحفاظ على الاستمرارية الطبيعية للطبقات الغنية بالفيلوسيليكات أثناء اختبارات الاحتكاك.

وقد وثقت التجارب المختبرية الأخرى على مخاليط مسحوق من مراحل معدنية قوية وضعيفة ضعف خطأ مع إضافة مراحل ضعيفة18،19،20،21،22. وقد لوحظ أن كميات من 40-50٪ من الفيلوسيليكاتيات تؤدي إلى انخفاض كبير في الاحتكاك لأنها تصبح مترابطة أثناء القص. وهذا يشير إلى أنه بالنسبة لنسب كبيرة من الفيلوسيليكاتيات (أي > 40٪) ، فإن التجارب على الرقائق أو المساحيق متشابهة25.

مجموعة من اختبارات الاحتكاك التي أجريت على عدد كبير من الصخور خطأ الطبيعية الغنية في phyllosilicates، رقائق أو مسحوق المواد مع النسب المئوية phyllosilicates > 40٪، في ظل مجموعة واسعة من الظروف التجريبية تبين أن الاحتكاك هو في حدود 0.1-0.330. وهذا يعني أن عددا كبيرا من العيوب القشرية ضعيفة.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

ونحن نعترف بلطف ماركو ألبانو لتوفير الفيديو التعامل مع المجهر البصري و SEM ودومينيكو مانيتا لإجراء قطع الصخور. وقد تم دعم هذا البحث من قبل ERC غرانت GLASS n° 259256 وتكتونية ن ° 835012. وقد تحسنت هذه المساهمة بشكل كبير من خلال تعليقات ثلاثة مراجعين مجهولي الهوية واقتراحات الإنتاج التحريري على الفيديو.

Materials

disk mill Plenty of companies none Standard disk mills to pulverize rocks
fault rock Natural outcrops none All the outcrops rich in phyllosilicates worldwide
hammer and chisel Plenty of companies none Standard hammer and chisel used by geologists
optical microscope Plenty of companies none Standard microscope used for mineralogy
rock deformation apparatus we use prototypes like BRAVA & BRAVA2.0 none Eock deformation apparatusses (Marone et al., 1998; Collettini et al., 2014)
saw to cut rocks Plenty of companies none Standard saws to cat fault rocks
SEM, scanninc electron microscope Plenty of companies none Microscope to investigate microstructures at the micron scale
TEM, transmission electron microscope Plenty of companies none Microscope to investigate microstructures at the nano scale
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Janecke, S. U., Evans, J. P. Feldspar-influenced rock rheologies. Geology. 16, 1064-1067 (1988).
  2. Handy, M. R. The solid-state flow of polymineralic rocks. Journal of Geophysical Research. 95, 8647-8661 (1990).
  3. Bruhn, R., Parry, W. T. P., Yonkee, W. A., Thompson, T. Fracturing and hydrothermal alteration in normal fault zones. Pure and Applied Geophysics. 142, 609-644 (1994).
  4. Evans, J. P., Chester, F. M. Fluid-rock interaction in faults of the San Andreas system: inferences from San Gabriel fault rock geochemistry and microstruc- tures. Journal of Geophysical Research. 100, 13007-13020 (1995).
  5. Wintsch, R. P., Christoffersen, R., Kronenberg, A. K. Fluid-rock reaction weakening of fault zones. Journal of Geophysical Research. 100, 13021-13032 (1995).
  6. Manatschal, G. Fluid- and reaction-assisted low-angle normal faulting: ev- idence from rift-related brittle fault rocks in the Alps (Err nappe, eastern Switzerland). Journal of Structural Geology. 21, 777-793 (1999).
  7. Imber, J., Holdsworth, R. E., Butler, C. A., Lloyd, G. E. Fault-zone weakening pro- cesses along the reactivated Outer Hebrides Fault Zone, Scotland. Journal of the Geological Society. 154, 105-109 (1997).
  8. Wibberley, C. A. J. Are feldspar-to-mica reactions necessarily reaction-softening processes in fault zones. Journal of Structural Geology. 21, 1219-1227 (1999).
  9. Collettini, C., Holdsworth, R. E. Fault zone weakening processes along low- angle normal faults: insights from the Zuccale Fault, Isle of Elba, Italy. Journal of the Geological Society. 161, 1039-1051 (2004).
  10. Schleicher, A. M., vander Pluijm, B., Warr, L. N. Nanocoatings of clay and creep of the San Andreas fault at Parkfield, California. Geology. 38, 667-670 (2010).
  11. Holdsworth, R. E. Weak faults-rotten cores. Science. 303, 181-182 (2004).
  12. Collettini, C., Niemeijer, A., Viti, C., Marone, C. J. Fault zone fabric and fault weakness. Nature. 462, 907-910 (2009).
  13. Tesei, T., Collettini, C., Barchi, M. R., Carpenter, B. M., Di Stefano, G. Heterogeneous strength and fault zone complexity of carbonate-bearing thrusts with possible implications for seismicity. Earth and Planetary Science Letters. 408, 307-318 (2014).
  14. Tesei, T., Lacroix, B., Collettini, C. Fault strength in thin-skinned tectonic wedges across the smectite-illite transition: constraints from friction experiments and critical tapers. Geology. , (2015).
  15. Tesei, T., Collettini, C., Carpenter, B. M., Viti, C., Marone, C. Frictional strength and healing behavior of phyllosilicate-rich faults. JGR Solid Earth. 117, 09402 (2012).
  16. Logan, J. M., Rauenzahn, K. A. Frictional dependence of gouge mixtures of quartz and montmorillonite on velocity, composition and fabric. Tectonophysics. 144, 87-108 (1987).
  17. Saffer, D. M., Marone, C. Comparison of smectite- and illite-rich gouge fric- tional properties: application to the updip limit of the seismogenic zone along subduction megathrusts. Earth and Planetary Science Letters. 215, 219-235 (2003).
  18. Moore, D. E., Lockner, D. A. Crystallographic control of the frictional behavior of dry and water-saturated sheet structure minerals. Journal of Geophysical Research. 109, (2004).
  19. Takahashi, M., Mizoguchi, K., Kitamura, K., Masuda, K. Effects of clay con- tent on the frictional strength and fluid transport property of faults. Journal of Geophysical Research. 112, 08206 (2007).
  20. Crawford, B. R., Faulkner, D. R., Rutter, E. H. Strength, porosity, and permeability development during hydrostatic and shear loading of synthetic quartz-clay fault gouge. Journal of Geophysical Research. 113, 03207 (2008).
  21. Giorgetti, C., Carpenter, B. M., Collettini, C. Frictional behavior of talc- calcite mixtures. Journal of Geophysical Research., Solid Earth. 120, (2015).
  22. Ruggeri, R., et al. The role of shale content and pore-water saturation on frictional properties of simulated carbonate faults. Tectonophysics. 807, (2021).
  23. Byerlee, J. Friction of rocks. Pure and Applied Geophysics. 116, 615-626 (1978).
  24. Lockner, D. A., Morrow, C., Moore, D., Hickman, S. Low strength of deep San Andreas fault gouge from SAFOD core. Nature. 472, 82-86 (2011).
  25. Tesei, T., Harbord, C. W. A., De Paola, N., Collettini, C., Viti, C. Friction of min- eralogically controlled serpentinites and implications for fault weakness. JGR Solid Earth. 123, (2018).
  26. Shea, W. T. J., Kronenberg, A. K. Strength and anisotropy of foliated rocks with varied mica contents. Journal of Structural Geology. 15, 1097-1121 (1993).
  27. Marone, C. The effect of loading rate on static friction and the rate of fault healing during the earthquake cycle. Nature. 391, 69-72 (1998).
  28. Collettini, C., et al. BRAVA: a novel Brittle Rock deformAtion Versatile Apparatus. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 66, 114-123 (2014).
  29. Scuderi, M. M., Collettini, C., Viti, C., Tinti, E., Marone, C. Evolution of Shear Fabric in Granular Fault Gouge From Stable Sliding to Stick-Slip and Implications for Fault Slip Mode. Geology. , (2017).
  30. Collettini, C., Tesei, T., Scuderi, M. M., Carpenter, B. M., Viti, C. Beyond Byerlee friction, weak faults and implications for slip behavior. Earth and Planetary Science Letters. 519, 245-263 (2019).
  31. Viti, C., Collettini, C. Growth and deformation mechanisms of talc along a natural fault: a micro/nanostructural investigation. Contributions to Mineralogy and Petrology. 158, 529-542 (2009).
  32. Collettini, C., Niemeijer, A., Viti, C., Smith, S. A. F., Marone, C. J. Fault structure, frictional properties and mixed-mode fault slip behavior. EPSL. 311, 316-327 (2011).
  33. Di Toro, G., et al. Fault lubrication during earthquakes. Nature. 471 (7339), 494-498 (2011).
  34. Dieterich, J. H. Modeling of rock friction 1. Experimental results and constitutive equations. JGR Solid Earth. 84, 2161-2168 (1979).
  35. Sibson, R. Fault rocks and fault mechanisms. Journal of the Geological Society. 133, 191-213 (1977).
  36. Brodsky, E. E., Gilchrist, J. J., Sagy, A., Collettini, C. Faults smooth gradually as a function of slip. Earth and Planetary Science Letters. 302, 185-193 (2011).
  37. Niemeijer, A. R., Marone, C., Elsworth, D. Fabric induced weakness of tectonic faults. Geophysical Research Letters. 37, (2010).
  38. Lu, Z., He, C. Friction of foliated fault gouge with a biotite interlayer at hydrothermal conditions. Tectonophysics. , 72-92 (2018).

Tags

FabricFrictional PropertiesPhyllosilicate-richTectonic FaultsFluid-assisted Reaction SofteningPhyllosilicatesFracturingPermeabilityHydrous FluidsQuartzFeldsparCalciteFoliated MicrostructuresPhyllosilicate Shear ZonesAnisotropyKinematic IndicatorsRock Deformation ApparatusWafersGranular Material

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Collettini, C., Tesei, T., Trippetta, F., Scuderi, M. M., Richardson, E., Marone, C., Pozzi, G., Viti, C. The Role of Fabric in Frictional Properties of Phyllosilicate-Rich Tectonic Faults. J. Vis. Exp. (177), e62821, doi:10.3791/62821 (2021).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image