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

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

Kumaşın Fosilikat Bakımından Zengin Tektonik Fayların Sürtünme Özelliklerindeki Rolü

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

Yerinde geometrilerinde yamal eden fitosilikat bakımından zengin fayların sürtünmesi, toz eşdeğerlerinin sürtünmesine göre önemli ölçüde daha düşüktür.

Abstract

Tektonik fayların sürtünme özelliklerini karakterize etmek için kullanılan birçok kaya deformasyon deneyi toz fay kayaçlarında veya çıplak kaya yüzeylerinde gerçekleştirilir. Bu deneyler, granül mineral fazlarının sürtünme özelliklerini belge etmek ve yüksek sürtünme ile karakterize kabuklu faylar için kanıt sağlamak için temel olmuştur. Bununla birlikte, yufkasallar bakımından zengin hataların sürtünme özelliklerini tamamen yakalayamazlar.

Doğal faylarla ilgili çok sayıda çalışma, güçlü minerallerin sürekli yapraklara dağıtılan fosilikatlarla değiştirilmesini teşvik eden sıvı destekli reaksiyon yumuşatmayı belgelemıştır. Bu yeşilleştirilmiş kumaşların sahip olduğumuz fayların sürtünme özelliklerini nasıl etkilediğini incelemek için: 1) doğal faylardan elde edilen folyosilikat bakımından zengin kayaçlar toplanır; 2) gofret 5x5cm yüze paralel yaprakları ile alanda 0.8-1.2 cm kalınlığında ve 5 cm x 5 cm katı gofret elde etmek için fay kaya örneklerini kesmek; 3) hem yerinde geometrilerinde yamulmuş katı gofretler hem de tozlar üzerinde sürtünme testleri yaptı, ezilerek ve elenerek elde edildi ve bu nedenle aynı numunelerin yaprakları bozularak; 4) deney sonrası kaya örneklerinden mikroyapısal çalışmalar için örnekleri geri aldı; ve 5) optik mikroskopi, tarama ve iletim elektron mikroskopisi ile mikroyapısal analizler yaptı.

Mekanik veriler, iyi gelişmiş yapraklara sahip katı numunelerin toz eşdeğerlerine kıyasla önemli ölçüde daha düşük sürtünme gösterdiğini göstermektedir. Mikro ve nano-yapısal çalışmalar, düşük sürtünmenin folyosilikatlardan oluşan yeşillik yüzeyleri boyunca kaymadan kaynaklanan sonuçlardan kaynaklanır. Aynı kayalar toz haline geldiğinde sürtünme mukavemeti yüksektir, çünkü kayma kırılma, tahıl rotasyonu, çeviri ve ilişkili genişleme ile karşılanır. Sürtünme testleri, folyosilikatlar toplam kaya hacminin sadece küçük bir yüzdesini oluşturduğunda bile yapraklı fay kayalarının düşük sürtünmeye sahip olabileceğini ve önemli sayıda kabuklu fayın zayıf olduğunu gösterir.

Introduction

Bu prosedürün genel amacı, yerinde geometrilerinde yamüle edilmiş bozulmamış yufka bakımından zengin fayların sürtünme özelliklerini test etmek ve sürtünmelerinin aynı malzemenin tozları üzerinde yapılan deneylerden elde edilen sürtünmeden önemli ölçüde daha düşük olduğunu göstermektir.

Çok sayıda jeolojik çalışma, tektonik fayların uzun süreli evrimi sırasında sıvı destekli reaksiyon yumuşamasını belgelemıştır. Yumuşama, kuvars, feldispat, kalsit, dolomit, olivin, piroksin gibi güçlü minerallerin zayıf yufkalarla değiştirilmesiyle meydana gelir 1,2,3, 4,5,6,7,8,9,10. Bu zayıflama tahıl ölçeğinde ortaya çıkar ve esas olarak bir yağlama şekli üretmek için birlikte hareket eden yufkasilik foliyolar boyunca çok düşük sürtünmede kaymadan kaynaklanır. Tahıl ölçeğinden, fay zayıflaması, yufka bakımından zengin bölgelerin ara bağlantısı ile tüm fay zonuna iletilir11. Birbirine bağlı folyolar boyunca sürtünmeli kaymanın rolünü yakalamak için, kaya deformasyon deneyleri sırasında in situ geometrilerinde doğal fay-kaya örneklerinin sağlam katı gofretleri yamumlandı12,13,14. Deney sonunda, deformasyonun follosilicate foliae boyunca sürtünmesel kayma ile etkili bir şekilde barındırılıp barındırılmadığını kontrol etmek için test edilen numuneler üzerinde mikroyapısal çalışmalar yapıldı.

Fay kayasının ezilme ve elenmesiyle elde edilen toz malzemeler üzerinde yapılan geleneksel sürtünme testlerine kıyasla, sağlam gofretler üzerinde yapılan deneyler, sıvı destekli reaksiyon yumuşatmanın oluşturduğu birbirine bağlı yufkagiller bakımından zengin katmanlar boyunca sürtünmesel kaymayı yakalayabilir. Aslında, toz hazırlama işlemi sırasında, fay kayasının ezilmesi ve elenmesi, yufka tabakalarının bağlantısını bozar ve malzeme laboratuvarda kırpıldığında, sürekli yufka ufkunun olmaması, esas olarak tahıl ezme, dönme ve çeviriden oluşan ve yüksek sürtünme ile sonuçlanan bir deformasyonu destekler.

Katı gofretler üzerinde yapılan deneyler, özellikle yufkaların yüzdesi% 4015′<olduğunda, aynı kaya türünden elde edilen toz malzeme üzerinde yapılan deneylere kıyasla önemli ölçüde daha düşük bir sürtünme göstermektedir. Artan yufka bolluğu ile, toz malzeme üzerinde yapılan testler için sürtünmede bir azalma da belgelenmiştir, çünkü bu durumda büyük miktarda yufkasilikat, zayıf mineral fazlarının tüm deneysel fay boyunca birbirine bağlanmasını teşvik etmek için yeterlidir16,17,18,19,20,21,22. Alternatif olarak, birbirine bağlı zayıf katmanlarda sürtünme kaymasını simüle etmek için, % 100 zayıf mineral fazları23 , 24,25’denoluşan tozlar üzerinde diğer sürtünme testleri gerçekleştirilmiştir.

Yüksek sıcaklıktaki deformasyon deneylerinde kaya kumaşı tarafından teşvik edilen geometrik fay zayıflaması ve bu nedenle sünek litosferin temsilcisi, uzun yıllardır iyi bilinmektedir26. Burada sunulan prosedürden elde edilen sonuçlar, yufkasilikat kumaşın sismojenik üst kabuğun içinde bulunan çok sayıda fay için de fay zayıflamasını teşvik ettiğini göstermektedir.

Protocol

1. Kaya örneği koleksiyonu Doğal bir yufkasilikat bakımından zengin fayın iyi maruz kalan bir çıkıntısında, deneyler için temsili bir kaya örneğinin toplandığı doğru pozlamayı (fay çizgisi içeren bir düzlem boyunca iyi korunmuş fay kayası) seçin. Birkaç milimetreden büyük olmayan bir yeşillik aralığına sahip bir fay kayası seçmeye özen edin. Bu, sürtünme deneyleri sırasında yamgulanabilecek 1,5 cm kalınlıktaki dikdörtgen gofretlerde yufka ufkunu yakalamak için yapılır. Yaklaşık 10 cm x 10 cm alan ve 3 cm’den fazla kalınlıkte bir fay kaya örneği elde etmek için bir çekiç ve keski kullanın. Alanda gözlenen kinematik göstergelere (örneğin, dilimlenmiş kenarlar, yapraklar, sürükleme kıvrımları vb.) dayanarak kaya örneğindeki kesme hissini işaretleyin.NOT: Numunenin alanı 10 cm x 10 cm’den küçük olabilir, ancak deneysel aparatın zorlama bloklarının boyutu olan 5 cm x 5 cm’den büyük olmalıdır.DİkKAT: Yapraklı kaya örnekleri çok kırılgandır ve bu nedenle koleksiyondan sonra numuneyi bir miktar bant veya plastik bir filmle sarmak yararlı olabilir. Toplanan örneklerin yıprdanma ile değiştirilmemesi ve bu nedenle bu kayaların sismojenik derinlikte fay kayasını temsil ettiği zorunludur. 2. Çift doğrudan kesme konfigürasyonunda sürtünme deneyleri için numune hazırlığı Kaya deformasyon aparatı zorlama bloklarına uyan dikdörtgen gofretler elde etmek için kaya örneğini kesin. Bu genellikle iki adımda elde edilir: ilk adımda, zorlama bloklarından biraz daha büyük bir kaya örneği elde etmek için standart bir laboratuvar testeresi kullanın; ikinci olarak, waferleri 5 cm x 5 cm alan ve 0,8-1,2 cm kalınlığında şekillendirmek için yüksek hassasiyetli bir döner bıçak veya el değirmeni kullanın (Şekil 1, sol). Standart bir çift doğrudan kesme testi için, tek bir deney yapmak için aynı kayanın iki gofreti gerekecektir. Kesme ve şekillendirme işlemi sırasında, numunede bulunan doğal yufka bakımından zengin kesme düzlemlerinin zorlama bloklarının yüzeyine paralel olarak muhafaza edildiğinden emin olun. Bu, yaprakların gofret 5 cm x 5 cm’lik yüzüne paralel olduğu anlamına gelir. Kalan malzemeyi sağlam numunelerin kesilmesinden ezmek için bir disk frezesi kullanın ve tahıl boyutunda <125 μm(Şekil 1, sağ)toz elde etmek için malzemeyi elekten geçirdi. 5 cm × 5 cm nominal sürtünme temas alanına sahip paslanmaz çelik zorlama bloklarına iki özdeş gofret takın ve ardından simetrik çift doğrudan kesme konfigürasyonunun oluşturmak için merkezi zorlama bloğu ile monte edin.NOT: Makinenin numuneye dayattığı kesme duyusunun, gofrete kaydedilen ve 1,3 noktasında işaretlenen doğal kesme duyusu ile çakışması önemlidir. Tozları kullanarak yaklaşık 5 mm kalınlığında ve 5 cm x 5 cm2alanlı iki özdeş kaya tabakası oluşturun. Bu toz kaya örnekleri için, doğal yaprak bir disk-değirmen ile numune hazırlama prosedürü ile yok edilir. Toz malzemeden oluşan düzgün ve tekrarlanabilir bir kaya tabakası elde etmek için hassas bir tesviye jig kullanın. Simetrik çift doğrudan kesme tertibatını oluşturun. 3. Sürtünme deneyleri Biaksiyel bir aparat27,28 kaya örneğine sabit bir normal stres uygulamak ve korumak için yatay servo kontrollü hidrolik piston kullanın. Dikey servo kontrollü hidrolik piston aracılığıyla genellikle 10 μm/s sabit deplasman hızında kesme stresi uygulayın.NOT: Yükler, ram ve numune montajı arasına yerleştirilmiş iki gerinim ölçer yük hücresi (doğruluk 0,03 kN) ile ölçülür. Yatay ve dikey deplasmanlar LVDT (doğrusal değişken diferansiyel dönüştürücüler) ile ölçülür, yük çerçevesinde ve ram 27,28’in üst tarafında referans alınan0,1μmdoğruluktadır. Tüm deneyleri, kesme geriliminin elastik yükleme sırasında, bir verim noktasından önce hızla arttığı ve ardından sürtünme stresinin sabit bir durumda olduğu kesme ile karakterize edin. 4. Deney sonrası örnek toplama Sürtünme testinin sonunda deneysel arızayı dikkatlice çıkarın. Deforme olmuş kayaçların bütünlüğünü korumak için yük çıkarmadan önce numuneye kauçuk bantlar veya yapışkan bant uygulanabilir. Epoksi ile emprenye kaya örneklerini reçine. Toz deneyleri için mümkünse, reçinenin numuneye zorla akmasıyla orijinal mikro yapının zarar görmesini önlemek için vakum emprenyeinden kaçının. Bu kaya örneklerini deneysel kesme yönüne paralel olarak kesin. Deneysel kesme yönünü izlemenin birkaç yolu vardır. Çift doğrudan kesme konfigürasyonumuzda, oluk katmanlarıyla temas eden çelik kayar blokların yüzeyleri, oluklar ve çelik arasındaki arayüzde kaymayı önlemek ve oluklar içindeki kesme deformasyonunu sağlamak için 0,8 mm yüksekliğinde ve aralıklı 1 mm oluklarla işlenmiştir, bu nedenle deneylerimizde kesme yönü oluklara diktir. Mikroyapısal çalışmalar için kesimlerden ince bölümler oluşturun. 5. Mikroyapısal analiz Dökme fay zonu mikro yapısını karakterize etmek için optik mikroskopla araştırın. Ana deformasyon süreçlerini araştırmak için bir tarama elektron mikroskobu (SEM) kullanın. Nano ölçekteki deformasyon süreçleri hakkında ayrıntılı bilgi edinmek için bir iletim elektron mikroskobu (TEM) kullanın. Mikroyapısal analizin nasıl yapıldığına ilişkin ayrıntılar önceki yayınlardabulunabilir 4,5,6,7,8,9,10,29.

Representative Results

Normal stres ve kesme stresi diyagramında, hem katı yapraklı hem de toz numuneler kırılgan bir arıza zarfı ile tutarlı bir çizgi boyunca çizilir, ancak katı gofretler toz analoglarından önemli ölçüde daha düşük sürtünme değerlerine sahiptir30. Örneğin, talk bakımından zengin bir yeşillik söz konusu olduğunda, her normal stresteki yapraklı fay kayaçları, onlardan yapılan tozlardan 0,2-0,3 daha düşük bir sürtünme katsayısına sahiptir(Şekil 2 ve12). Alt sürtünme, test edilen kayaçların mikroyapısal çalışmaları ile açıklanmaktadır ve yapraklı katı gofretlerin kayan yüzeylerinin önceden var olan fosilikat bakımından zengin yapraklanma boyunca meydana geldiğini gösterir. TEM görüntüleri, kaymanın esas olarak (001) ara katman delaminasyonu ile ilişkili kolay kayma ile karşıladığını göstermektedir. Buna karşılık, toz malzemeden deneysel mikro yapılar, önemli deformasyonun tahıl boyutu azaltma ve lokalizasyon ile karşıladığını göstermektedir. Sağlam fay kayaçlarının yapraklı gofretleri ve tozları aynı mineralojik bileşime sahip olsa da, yapraklı numuneler toz analoglarından önemli ölçüde daha düşük sürtünme gösterir. Mikroyapısal çalışmalar, yapraklı fay kayaçlarının daha düşük sürtünmesinin (yani fay zayıflığının), numune hazırlama adımları (2.2 – 2.4) onları bozduğundan toz numunelerde bulunmayan önceden var olan doğal yufka kayırıcı bakımından zengin yüzeylerin yeniden akterasyonundan kaynaklandığını göstermektedir. Şekil 1: Test edilen fay kayalarının temsili görüntüleri: katı yapraklı ve toz malzeme. (solda) Oklarla işaretlenmiş doğal yapraklara paralel olarak kesilmiş katı yapraklı numuneler. (sağda) Katı yapraklı kayanın ezilerek ve elenerek elde edilen tozlar. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. Şekil 2: Aynı malzeme üzerinde sürtünme testleri (talk bakımından zengin tayt) ancak katı yapraklı numuneler toz kayaya karşı. Her veri kümesi kırılgan bir arıza zarfı ile tutarlı bir çizgi boyunca çizer, ancak katı yapraklı kayalar, sırasıyla toz analoglarından, sürtünmelerinden, μ = 0.3 ve μ = 0.57’den önemli ölçüde daha düşük sürtünme ile karakterize edilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. Şekil 3: Doğal ve laboratuvar yeniden aktifleştirilmiş yapraklanma. Sol resimde, çevredeki sigmoidal kalsit tokaları ile doğal talk bakımından zengin bir yeşillik örneği31. Doğru resim, gofretler32’dekisürtünme testinin sonunda aynı yaprakları gösterir. Sürtünme testi sırasında kaymanın çoğunun yufka tabakaları boyunca sürtünme kayması ile meydana geldiğini ve orijinal mikro yapının korunduğunu unutmayın. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Discussion

Bahsetmeye değer önemli bir nokta, bu prosedürle, düşük kayar hızlarda (yani, 0,01 μm / s < v < 100 μm / s) deneylerle ölçülen sabit durum arıza sürtünme mukavemetini karakterize ediyoruz. Ölçülen düşük sürtünme değerleri, uzun süreli sıvı destekli reaksiyon yumuşatma ve yeşillik gelişimi 1 , 4,5, 6 , 7,8,9,10,11,12,30‘dan kaynaklanan fosilikat bakımından zengin fayların zayıflığını göstermektedir. Bu düşük sürtünme mukavemeti, fay mukavemetini sabit durumda veya sismik döngünün sismik öncesi aşamalarında değerlendirmek için bir proxy olarak kullanılabilir. Bu nedenle, yüksek kayma hızlarında (yani 10 cm/sn >) meydana gelen ve sıcaklık artışı33’ün neden olduğu önemli dinamik zayıflama mekanizmaları analizimizde dikkate alınmamaktadır.

Protokoldeki kritik adımlar örnek toplama ve hazırlama ile ilgilidir. Yufkalar, (001) bazal düzlemlere (yani yapraklara dik yönde) dik yönde çok düşük çekme mukavemeti ile karakterize edildiğinden, alandaki çekiç ve keski ile veya laboratuvardaki el öğütücü ile yapılan çalışmalar sırasında, genellikle kaya örnekleri parçalanır ve şekillendirme işlemi yeniden başlamak zorundadır. Bu nedenle, deneyleri çalıştırmak ve kendinizi sabırla donatmak için kesinlikle gerekli olanlardan daha fazla örnek toplamanız şiddetle tavsiye edilir.

Mekanik ile mikroyapısal veriler entegre etmeden önce, doğal fay kayaları boyunca gözlenen yufka bakımından zengin folyo boyunca sürtünmesel kaymanın laboratuvarda çoğaltılıp çoğaltılmadığını veya başka bir deyişle doğal fay kaya mikro yapısının gofretin yamayının yamalından elde edilene benzer olup olmadığını kontrol etmek önemlidir (Şekil 3).

İnce fitosilikat ağları ile karakterize katı gofretler üzerinde yapılan deneylerde, zayıf mineral fazlarının sürekli katmanları önemli kesme sırasında tüketilebilir (yer değiştirme > 12 mm). Bu aşamada deformasyon, güçlü mineral fazlarının kataktazisinin ve yufkasilikatlar boyunca kaymanın bir kombinasyonu ile karşılanır. Bu, yaklaşık 0.1 veya daha fazla sürtünme artışı ile gerinim sertleştirme aşaması ileçakışır.

Tektonik fayların sürtünme özelliklerinin karakterizasyonuna yönelik kaya deformasyon deneylerinin büyük çoğunluğu,24 , 27 doğal fay kayaçlarının ezilmesi ve elenmesiyle elde edilen tozlar tarafından oluşturulan milimetrik kaya katmanları veya önceden kesilmiş fay kayaçları üzerindegerçekleştirilir 34. Bu tür deneyler, deformasyonun35 fay oluklarında veya lokalize deformasyonun keskin kayma düzlemleri boyunca meydana geldiği hataların sürtünme özelliklerini karakterize etmek için temeldir36. Yufkaları bakımından zengin faylar için, düşük sürtünme ve dolayısıyla fay zayıflığı, sahada birden fazla anastomozan ana kayma bölgesi ile kendini gösteren, yufka bakımından zengin ağların birbirine bağlanmasıyla ilgilidir. Bu, az miktarda yufkasilikatların bile, ara bağlantıları çok yüksekse önemli miktarda fay zayıflamasına neden olabileceğini gösterir37,38. Bu nedenle, katı gofretler üzerindeki laboratuvar deneylerimizin nihai amacı, sürtünme testleri sırasında yufka bakımından zengin katmanların doğal sürekliliğini korumaktır.

Güçlü ve zayıf mineral fazlarının toz karışımları üzerinde yapılan diğer laboratuvar deneyleri, zayıf fazların eklenmesiyle zayıf fazların eklenmesiyle fay zayıflamasını belgelemiştir18,19,20,21,22. Yufkaların %40-50’sinin sürtünmede önemli bir azalmaya neden olduğu görülmüştür, çünkü kesme sırasında birbirine bağlanırlar. Bu, büyük oranda yufkasilikatlar için (yani% 40′>), gofretler veya tozlar üzerindeki deneylerin benzer olduğunu göstermektedir25.

Çok çeşitli deneysel koşullar altında, %40′> yufkaları yüzdeleri ile yufka, gofret veya toz malzeme bakımından zengin çok sayıda doğal fay kayaçları üzerinde yapılan sürtünme testlerinin bir derlemesi, sürtünmenin 0.1-0.330aralığında olduğunu göstermektedir. Bu, önemli sayıda kabuklu fayın zayıf olduğu anlamına gelir.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Marco Albano’yu optik mikroskop ve SEM ve Domenico Mannetta ile ilgili videoyu kaya kesme prosedürü için sağladığı için naziğimiz. Bu araştırma ERC Grant GLASS n° 259256 ve TECTONIC n° 835012 tarafından desteklenmiştir. Bu katkı, üç anonim yorumcunun yorumları ve videodaki editoryal prodüksiyon önerileriyle büyük ölçüde geliştirildi.

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