Det övergripande målet med detta förfarande är att testa friktionsegenskaperna hos fyllosilikater, med fel som skärs i in situ-geometrin, och att visa att denna friktion är betydligt lägre än friktionen hos pulver som erhålls av samma material. Under den långsiktiga utvecklingen av tektoniska fel har många geologiska studier dokumenterat vätskeassisterad reaktionsmjukning, som främjar utbyte av starka och granulära mineraler med fyllosilikater. I synnerhet ökar spräckningsprocesser längs fel permeabilitet och underlättar tillströmningen av hydrousvätskor till felzonen.
Vätskor reagerar med finkornig sten, vilket främjar upplösning av starka mineraler som kvarts, fältspat och kalcit. De blir flätade phyllosilicates och bildar bladade mikrostrukturer, som den som presenteras här i grönt. Glid längs phyllosilicates från mikroskalan överförs till hela felzonen via sammanlänkningen av de fyllosilikatrika savområdena.
Detta är ett exempel på kontinuiteten i phyllosilicate shear-zonen vid utropsskalan, som kan utökas upp till crustal-scale fel med tjocklekar på mer än 100 meter. Längs phyllosilicate-rika fel som denna, tonic klippning har producerat phyllosilicate justering, producerar detta fel sten anisotropy. För att ta hänsyn till anisotropys roll i friktionsegenskaperna hos felet måste vi samla in rätt bergprover.
För att göra det måste vi samla in ett representativt bergprov, och inom utropet väljer vi en del där de kinematiska indikatorerna bäst bevaras. Och sen använder vi en mejsel och en hammare för att samla in stenprovet. När stenprovet har samlats in markerar vi känslan av sax, och sedan tar vi stenprovet till labbet för experimentet.
Med denna procedur skär vi stenproverna för att få plattor som passar de tvingande blocken i bergformationsapparaten. Detta uppnås vanligtvis i 2 steg. I det första steget använder vi en standard laboratoriesåg för att få stenprover som är något större än de tvingande blocken.
För det andra använder vi ett roterande blad med hög precision, eller en handkvarn, för att forma plattor så att de är 5 med 5 centimeter i yta och ca 1 centimeter i tjocklek. Från samma stenbit använder vi ett diskverk för att få ett granulärt material som siktas för att nå önskad kornstorlek, vanligtvis under 125 mikron. De 2 identiska plattorna är monterade på rostfria tvingande block med ett nominellt friktionsområde på kontakt på 5 med 5 centimeter och monteras sedan med ett centralt tvingande block för att komponera den symmetriska, dubbel direkta konfigurationen.
På samma sätt används pulveren för att konstruera 2 identiska lager vars tjocklek är ca 5 millimeter och vars kontaktområde är 5 med 5 centimeter. Dessa används sedan för att komponera en liknande dubbel-direkt savslutningskonfiguration. Vid denna tidpunkt är den dubbelriktade saxkonfigurationen placerad i vår biaxialapparat, och vi är redo att starta friktionsexperimentet.
Vi använder en servostyrd hydraulkolv för att applicera och upprätthålla en konstant normal påfrestning på bergprovet. Sedan genom att flytta fram den vertikala baggen applicerar vi savspänning vid konstant glidhastighet;det är vanligtvis 10 mikron per sekund. De flesta av experimenten kännetecknas av en initial stamhärdning, där savspänningen ökar snabbt under elastisk belastning, följt av savspänning i stabilt tillstånd.
Saxspänningen till normalt stressförhållande ger oss friktionskoefficienten. I slutet av friktionstestet extraherar vi noggrant det experimentella felet, vi impregnerar bergprovet med epoxiharts, vi skär provet i en riktning som är parallell med känslan av sax, och vi bygger tunna sektioner från snitten för mikrostructurala studier. Vi använder ett optiskt mikroskop för att karakterisera bulkfelen på mikrostrukturen.
Vi analyserar mikrostrukturer med scanningelektronmikroskop för att undersöka de viktigaste deformationsprocesserna. Vi använder ett transmissionselektronmikroskop för att få information om deformationsprocesser ner till nanoskalan. I ett diagram över normal stress kontra saxspänning, både de fasta bladade wafers och pulverproverna plot längs linjen, överensstämmer med en spröd misslyckande kuvert.
Men de fasta wafersna har ett friktionsvärde som är betydligt lägre än de pulveriserade analogerna. I synnerhet visar pulveren friktion på ca 0,6, medan de bladade stenarna har betydligt lägre värden. Vid varje normal stress har de bladade stenarna en friktionskoefficient som är 0,2 till 0,3 enheter lägre än pulveren gjorda av dem.
Mikrostructurala studier av de testade stenarna visar att den låga friktionen hos de fasta plattor beror på att glida längs de befintliga, mycket finkorniga bladen av phyllosilicates. TEM-bilder visar att slip huvudsakligen tillgodoses genom spräckning, översättning och rotation längs fyllosilikaterna, med frekvent inre lager delamination. Däremot tyder experiment som utförts på pulver på att mycket av deformationen sker längs zoner som påverkas av spräckning och minskning av kornstorleken.
Detta resulterar i högre friktionsvärden. Detta är en sammanfattning av friktionsegenskaperna hos naturliga, fyllosilikatrika tektoniska fel från olika tektoniska miljöer. Data visar att friktionen ligger i intervallet 0,1 till 0,3, och denna friktion är betydligt lägre än det traditionella Byerlee-värdet av friktion som erhålls från ett stort omfång av bergtyper, som huvudsakligen är gjorda av granulära mineralfaser.
Sammanfattningsvis visar våra friktionsexperiment att bladprover är extremt svaga jämfört med deras pulveriserade motsvarigheter. Mikrostructurala studier indikerar att den lägre friktionen, eller med andra ord felsvaghet hos de bladade felstenarna beror på återaktiveringen av de befintliga naturliga fyllosilikatrika ytorna. Dessa ytor saknas i de pulveriserade proverna eftersom provberedningssteget förstör dem.
Våra friktionstester på fasta bladprover visar att låg friktion, och därmed felsvaghet, kan uppstå i fall där svaga mineralfaser endast utgör en liten andel av den totala felstenen, vilket innebär att ett betydande antal skorpfel är svaga.