フィロケイ酸塩高層断層の摩擦特性における織物の役割

この手順の全体的な目的は、その場所の形状に断層を有するフィロシリケートの摩擦特性をテストし、この摩擦が同じ材料によって得られた粉末の摩擦よりも有意に低いことを示す。テクトニック断層の長期進化の間、多くの地質学的研究は、強く粒状の鉱物をフィロケイ酸塩に置き換えることを促進する流体支援反応軟化を文書化してきた。特に、断層に沿った破砕プロセスは透過性を高め、また、水性流体の断層帯への流入を促進します。

液体はきめ細かい岩石と反応し、石英、フェルトパー、方解石などの強い鉱物の溶解を促進します。彼らは毛状のフィロケイ酸塩となり、緑色でここに提示されたもののように、葉状の微細構造を形成します。マイクロスケールからフィロケイ酸塩に沿ってスリップは、フィロケイ酸塩が豊富なせん断ゾーンの相互接続性を介して全体の断層ゾーンに送信されます。

これは、100メートル以上の厚さの地殻スケール断層まで拡張することができる、露頭スケールでのフィロケイ酸塩剪断帯の連続性の例です。このようなフィロケイ酸塩が豊富な断層に沿って、トニックシアリングはフィロシリケートアライメントを生み出し、この断層岩石異方性を生み出しました。断層の摩擦特性における異方性の役割を考慮するためには、適切な岩石サンプルを収集する必要があります。

そのためには、代表的な岩石サンプルを収集する必要があり、露頭内で運動指標が最も保存されている部分を選択します。そして、私たちは、岩のサンプルを収集するためにノミとハンマーを使用しています。岩石サンプルが採取されたら、せん断感をマークし、岩石サンプルを実験のためにラボに持ち込みます。

この手順で、岩石のサンプルをカットして、岩石変形装置の強制ブロックに合うウエハーを得る。これは通常2段階で達成されます。最初のステップでは、標準的な実験室の鋸を使用して、強制ブロックよりわずかに大きい岩石サンプルを得る。

第二に、高精度の回転翼、またはハンドグラインダーを使用して、ウエハースを5×5センチメートル、厚さ約1センチメートルになるように形作ります。同じ岩石から、ディスクミルを使用して、通常125ミクロン以下の所望の粒径に達するためにふるいにかける粒状材料を得ます。2つの同一のウエハは5 x 5センチメートルの接触のわずかな摩擦面積を有するステンレス鋼の強制ブロックに取付けられ、対称的な二重直接構成を構成するために中央の強制ブロックと組み立てられる。

同様に、粉末は、厚さが約5ミリメートルで、接触面積が5×5センチメートルである2つの同一の層を構築するために使用されます。これらは、同様の二重直接せん断構成を構成するために使用されます。この時点で、二重軸装置内に二重直接せん断構成が配置され、摩擦実験を開始する準備が整いました。

サーボ制御油圧ピストンを使用して、岩石サンプルに一定の正常な応力を加え、維持します。そして、垂直ラムを進めることによって、我々は一定の滑走速度でせん断応力を適用します。それは通常毎秒10ミクロンです。ほとんどの実験は、初期歪み硬化によって特徴付け、弾性負荷中にせん断応力が急速に増加し、続いて定常状態でせん断応力が発生します。

通常応力比に対するせん断応力は摩擦係数を与えます。摩擦試験の最後に、実験断層を慎重に抽出し、岩石サンプルにエポキシ樹脂を含浸させ、せん断感に平行な方向にサンプルを切断し、微小構造研究用の切片から薄い切片を構築します。微細構造上のバルク欠陥を特徴付ける光学顕微鏡を使用します。

顕微鏡顕微鏡で微細構造を解析し、主な変形過程を調べます。透過型電子顕微鏡を用いて、ナノスケールまでの変形過程の詳細を取得します。通常の応力とせん断応力の図では、固体葉のウェーハと粉末サンプルの両方がラインに沿ってプロットされ、脆い破損エンベロープと一致します。

しかし、固体ウエハースは、粉末状のアナログよりも大幅に低い摩擦値を有する。特に、粉末は約0.6の摩擦を示し、葉の岩石は有意に低い値を有する。各正常応力では、葉の岩石の摩擦係数は、それらから作られた粉末よりも0.2〜0.3単位低くなります。

試験された岩石の微細構造研究は、固体ウエハーの低摩擦が、フィロシリケートで作られた既存の非常にきめ細かい葉に沿って滑ることに起因することを示している。TEM画像は、スリップが主にフィロシリケートに沿った破砕、移動、および回転によって収容され、頻繁に内層の剥離が起きていることが示されています。対照的に、粉末に対して行われた実験は、破砕および粒径の減少によって影響を受けたゾーンに沿って変形の多くが起こることを示している。

これにより、摩擦の値が高くなります。これは、異なるテクトニック環境からの天然の、フィロケイ酸塩が豊富なテクトニック断層の摩擦特性の要約です。データによると、摩擦は0.1~0.3の範囲にあり、この摩擦は、主に粒状鉱物相で作られた岩石タイプの大きな範囲から得られた従来のByerlee値よりも大幅に低くなっています。

要約すると、我々の摩擦実験は、葉状サンプルが粉末化された同等物と比較して非常に弱いということを示している。微小構造研究は、低い摩擦、つまり葉断層岩の断層の弱さは、既存の天然のフィロケイ酸塩が豊富な表面の再活性化によるものであることを示している。これらの表面は、サンプル調製工程がそれらを破壊するので、粉末状のサンプルには存在しない。

固体葉のサンプルに対する当社の摩擦試験は、弱い鉱物相が総断層岩のごく一部しか存在しないため、かなりの数の地殻断層が弱いことを示唆する場合に、低摩擦、したがって断層の弱さが発生する可能性があることを示しています。