热液形成的纤维状矿物结构:失败的作用强度和模式gydF4y2Ba
iziana VanoriogydF4y2Ba
1gydF4y2Ba*,gydF4y2Ba
Jaehong涌gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba她Siman-TovgydF4y2Ba2gydF4y2Ba和gydF4y2Ba阿莫斯·努尔gydF4y2Ba1gydF4y2Ba
- 1gydF4y2Ba斯坦福岩石和Geomaterials实验室,斯坦福大学,斯坦福大学,美国CAgydF4y2Ba
- 2gydF4y2Ba地质调查局以色列的耶路撒冷,以色列gydF4y2Ba
研究机制,控制岩石的流变学和geomaterials尽可能多的预测地质过程至关重要的构建。需要了解结构的安排在微观和纳米尺度控制宏观尺度的物理和机械性能。这是一个区域的岩石物理仍然处于起步阶段。在本文中,我们重点关注胶结阶段的形成由微-纳米纤维结构,和控制这些阶段安排的机械性能。我们使用水热合成、水热液的性质,促进纤维矿物的生长阶段有纳米大小的直径和长度为几微米,创建无序和缠绕垫的纤维束自然样本。我们从结构作出推论显微镜通知一个统计模型,建立了纤维结构的结构参数之间的相互依存和散装机械响应。结构参数包括数量和长度的纤维、空间定位,部分纤维线程轴承负载。机械性能包括强度和模式的失败。结果表明,随着纤维微观结构的发展从有序和无序排列和纠缠,纤维复合材料的力学响应转换从一个脆韧性行为。此外,无序和纠缠组织展览低强度在失败虽然强度随着纤维微观结构内的数量增加而增加。 Finally, the longer the entangled fiber, the larger the strain that the matrix can accommodate. The value of this study lies in further understanding fault healing through hydrothermal fluids and how the physical properties of fibrous microstructures resulting from it control brittle-ductile transitions, and possibly, slow slip events along subduction zones.
1介绍gydF4y2Ba
几十年来,地球物理学家一直是研究的焦点岩石可能如何应对压力弹性塑性变形,失败gydF4y2Ba。gydF4y2Ba这种类型的知识已经基本破译地区的地质结构与地质活动在板块边界,突然向前倾斜导致地震。但如何通过胶结岩石自我修复?和如何微,nano-structural安排胶结矩阵的影响强度和模式的失败?回答这些问题是重要的地质的难以捉摸。是否重点是成岩作用导致岩化,削弱和crack-healing和密封机制发生地震周期,在变质作用的传热机制,清除的稀有元素及其浓度范围,在所有这些情况下,恰当的问题被要求考虑地壳流体的性质及其传输特性。由于开创性的论文gydF4y2Ba拉姆塞(1980)gydF4y2Ba和局部卷在地壳流体(gydF4y2BaFyfe et al ., 1978gydF4y2Ba;gydF4y2Ba国家研究委员会,1990年gydF4y2Ba)文献crack-seal岩石变形机制有了显著的增长。到目前为止,有关工作的构造地质学和构造,无论是观察现场工作(gydF4y2BaUrai et al ., 1991gydF4y2Ba;gydF4y2Ba门泽尔et al ., 2022gydF4y2Ba)或建模(gydF4y2BaSpath et al ., 2022gydF4y2Ba;gydF4y2Ba处女座et al ., 2014gydF4y2Ba)解决血管的形成。然而,这些过程如何影响岩石物理性质,反过来,在岩石物理地球物理可见仍然是难以捉摸的。gydF4y2Ba
岩化的水泥是一种重要的元素。尽管其小体积分数、水泥提供了岩石凝聚力和支持框架一样铰链提供脚手架结构强度和稳定性。渗碳过程的观察和模型、裂缝增长和密封在文献中被广泛研究(gydF4y2BaLaubach et al ., 2019gydF4y2Ba和引用其中;gydF4y2Ba着陆器和Laubach, 2015gydF4y2Ba),但有一个脱节的过程和岩石物理性质。到目前为止,在描述岩石复合材料的宏观性质,岩石物理模型主要依赖的知识构成岩石体积分数的主要阶段,即固体颗粒和孔隙流体,以及这些阶段的属性(gydF4y2BaMavko et al ., 2009gydF4y2Ba)。一些颗粒模型的媒体有更多的专门解决变形颗粒之间的应力传递的影响通过可变形粒子间的水泥债券(gydF4y2BaDvorkin 1997gydF4y2Ba),包括数量和类型的水泥的作用在控制弹性和力学性能(gydF4y2Ba装和Overton, 1989gydF4y2Ba;gydF4y2BaDvorkin et al ., 1994gydF4y2Ba;gydF4y2Ba阴和Dvorkin, 1994年gydF4y2Ba)。然而,所有这些混合方案历来被忽视的矿物质形成微结构的安排(gydF4y2BaMavko et al ., 2009gydF4y2Ba)。很少或根本没有注意一直致力于岩石物理的结构属性的异质性如何胶结阶段,特别是安排在微观和纳米尺度控制gydF4y2Ba有效的gydF4y2Ba物理和机械性能的宏观——宗旨是材料科学的核心。颗粒间的水泥的作用对岩石物理和力学性质可能出现不显眼的乍一看,但胶结矩阵可能控制岩石的力学响应的一小部分胶控制任何复合材料的强度和韧性。最熟悉的例子gydF4y2Ba胶水gydF4y2Ba支持这种想法是胶原蛋白。胶原蛋白是一种长链(聚合物)生物分子在动物结缔组织提供凝聚力和支持,所以叫它能够产生一种胶,或κgydF4y2BaoλλαgydF4y2Ba在古代希腊和gydF4y2Ba阿胶gydF4y2Ba在意大利。虽然胶原蛋白只占身体的30%蛋白质,这个bio-glue由纳米纤维束(即。,n一个tural long-chain structures) interspersed within a gel-like substance, altogether strengthening the connective tissues from the micro to the macro scale. Making the same connection in rock physics across scales of observations is an area of research still in its infancy due to three main challenges. First, until one or 2 decades ago, there was simply not enough spatial and temporal resolution to image the structure of nano mineral phases or even characterize the chemistry and the growth of these phases (Hochella et al ., 2008gydF4y2Ba;gydF4y2Ba巴纳德和郭,2012gydF4y2Ba;gydF4y2BaCaraballo et al ., 2015gydF4y2Ba)。由于分辨率的成像技术的提高,显然非结构化岩石矩阵出现现在的网络交织在一起的纤维,纠结的时候成像在微观和纳米级(gydF4y2BaShervais et al ., 2011gydF4y2Ba;gydF4y2BaVerbene et al ., 2013gydF4y2Ba;gydF4y2BaVerberne et al ., 2014gydF4y2Ba;gydF4y2BaVanorio Kanitpanyacharoen, 2015gydF4y2Ba;gydF4y2Ba罗西et al ., 2016gydF4y2Ba;gydF4y2BaViti et al ., 2018gydF4y2Ba)。Nanogeoscience观测为我们提供另一个视角视图岩石化学、物理和机械性能(gydF4y2BaHochella et al ., 2008gydF4y2Ba)。强调在最近的评论gydF4y2BaLaubach et al。(2019)gydF4y2Ba,一个主要的挑战是了解到什么程度,微观(grain-scale和亚晶粒纳米)断裂发展过程是与观察到的宏观尺度岩石的力学行为。其次,连接结构大部分属性代表一个重大挑战岩石物理学家自地球材料的结果gydF4y2Ba工程能力gydF4y2Ba地球的。这种能力不仅需要逆转,从流程设计,但也包含了一系列的条件,只是间接的已知和经常尚未确诊。这样的局限性导致第三个挑战。所需的知识理解胶结和其结构设计在本质上是跨学科的,包括化学和工程。值得一提的是,最有能力的方法用于化学和工程制造纳米和micro-phases高结晶度和定义良好的形态(gydF4y2Ba巴荷姆et al . 2019gydF4y2Ba;gydF4y2Ba阿尔塔夫et al ., 2020gydF4y2Ba)是水热合成,包括vapor-transport反应(gydF4y2BaBinnewies et al ., 2012gydF4y2Ba;gydF4y2BaBinnewies et al ., 2013gydF4y2Ba;gydF4y2Ba施密特et al ., 2013gydF4y2Ba)类似于那些由热液流体循环通过断层和火山系统(gydF4y2Ba本生et al ., 1852gydF4y2Ba)。在这方面,可以从工程的过程控制流体温度和成分,通常用在实验室用胶结阶段的性质,包括灵活性和刚度(gydF4y2Ba巴荷姆et al . 2019gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
从岩石物理的角度来看,了解矿物的胶结和精细结构阶段形成愈合过程的缺点是研究地震周期的基础,这一阶包括交替阶段interseismic应变积累和同震应变释放。隐藏在应变积累和释放的概念,有接触老化的基本概念作为一个关键机制涉及加强断层泥的摩擦抚慰概念沉积物在interseismic阶段。提出了几种机制和弱化过程可能操作在地震(gydF4y2BaTullis 2015gydF4y2Ba)。到目前为止,治愈老化和摩擦的研究主要集中在物理参数,都是外在和内在的形成岩石水泥及其属性,包括时间和剪切位移的影响(gydF4y2BaMarone, 1998gydF4y2Ba和gydF4y2BaMarone, 1998 bgydF4y2Ba),温度和热液流体深度条件(gydF4y2Ba圆锥形石垒et al ., 1997gydF4y2Ba;gydF4y2Ba奥尔森et al ., 1998gydF4y2Ba;gydF4y2BaNiemeijer et al ., 2002gydF4y2Ba;gydF4y2BaMuhuri et al ., 2003gydF4y2Ba;gydF4y2BaTenthorey et al ., 2003gydF4y2Ba),薄水电影粮食联系人(gydF4y2Ba施皮尔et al ., 2004gydF4y2Ba),剪切应力和微机械过程,如压实和包装密度(gydF4y2Ba瑞安et al ., 2018gydF4y2Ba)。在治疗是如何发生的仍有差距,具体来说,次表层水如何生产水泥在水热条件下的精细结构,以及如何构建块的空间排列形式的阶段和缺陷产生它的属性。值得强调的是,在地球科学“水热条件”一词通常涉及到或表示热水上升的作用在地壳岩浆冷却身体,形成矿物质。在化学和工程、热液或solvothermal指一种结晶物质的方法在高蒸汽压和温度范围100°C - 250°C (gydF4y2BaByrappa Yoshimura, 2001gydF4y2Ba;gydF4y2Ba奥黑尔,2001年gydF4y2Ba)。晶体生长和合成在一个执行器组成的钢压力容器称为高压釜中粉(即。营养溶质)提供水。该方法利用水的PT状态图。因此,发达在高压灭菌器工作压力gydF4y2Ba自gydF4y2Ba(即。,一个utonomously generated due to the thermal expansion of water within a confined volume), and very sensitive to both temperature and the amount of water present in the volume (i.e., degree of fill). At the hotter end of the vessel (the bottom) the nutrient solute dissolves because of the physicochemical properties of hydrothermal water (弗兰克(1978)gydF4y2Ba,而在冷端(顶部)溶解溶质由蒸汽运输,储存在籽晶上,生长所需的结晶相。理解这些基本方面矿产增长和经济增长的条件是很重要的,因为矿产阶段安排在微观和纳米级可能影响尽可能多的应力-应变响应的依赖摩擦滑动的“速度”和不断累积的疏漏,的速度界面的“状态”的进化变化而在唇率(gydF4y2Ba1979年,海因兹gydF4y2Ba)。当前摩擦法近似,利率是不受限的伤害和治疗(gydF4y2Ba理查森和Marone, 1999年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba摩根,2004gydF4y2Ba)gydF4y2Ba
这个问题我们的方法是分析工程设计实践的自然设计通过镜头。活动断裂在地壳中可以查看函数作为大规模窑建工机械粉碎铝矽酸盐岩石微米或更精细的规模,并在内部通道热质数的断层泥fluid-mediated化学反应,最终导致胶结。从地球物理观测数据表明,断层愈合,需要力量恢复从地壳的一再失败,是一个相对快速的过程(gydF4y2BaVidale和李,2003年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba李et al ., 2006gydF4y2Ba;gydF4y2Ba彭,Ben-Zion 2006gydF4y2Ba;gydF4y2BaSawazaki et al ., 2009gydF4y2Ba;gydF4y2Ba醒来时,Snieder 2011gydF4y2Ba;gydF4y2Ba裴et al ., 2019gydF4y2Ba),但是我们缺少断层愈合是如何工作的以及如何预测摩擦力从基本物理原则。最近,gydF4y2Ba刘和Szlufarska (2012)gydF4y2Ba发现分子机制会导致摩擦的基于对数增加界面化学。概括这些机制需要时间尺度的反应和成像跨尺度的观察矿物矩阵的安排,征求需要实验,在实验室复制胶结的增长阶段。gydF4y2Ba
本研究提出知识自然胶结过程通过研究微型和纳米结构的形成的胶结阶段gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba水热合成的机械性能可能的这些阶段安排。我们把焦点放在如何导致水热合成纤维安排矿产的形成阶段。然后,我们从结构作出推论显微镜微观和纳米结构纤维的阶段中创建自然和实验室通知一个统计模型,建立了结构力学结构参数之间的相互依存的纤维结构和大部分机械响应。结构参数包括数量和长度的纤维、空间定位,部分纤维线程轴承负载。机械性能包括强度、失效模式,过渡的载荷变形关系脆韧性机制。gydF4y2Ba
2材料和方法gydF4y2Ba
2.1样本特征和水热合成gydF4y2Ba
对大多数人来说,纤维阶段自然形成的成岩产物的热液蚀变玄武岩等高活性沉积物玻璃,火山灰或碳酸盐。铝硅酸盐矿物纤维由长链结构形成复杂的硅氧四面体框架(T)和aluminum-oxygen正八面体(O)托管阳离子结构(内gydF4y2BaBergaya et al ., 2013gydF4y2Ba;gydF4y2BaBrigattia et al ., 2013gydF4y2Ba;gydF4y2Ba王先生和王出版社,2019年gydF4y2Ba,)。在结构层面上,这些单位是硅酸地质只要四面体中描述表的氧结合丝带Al-Mg-Fe正八面体,并拉长一优先方向,结合碱性阳离子和水分子。在实验室里,high-crystallinity阶段的nano——micro-fibers通常合成gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba热液过程,包括vapor-transport反应(gydF4y2Ba施密特et al ., 2013gydF4y2Ba;gydF4y2Ba巴荷姆et al . 2019gydF4y2Ba;gydF4y2Ba阿尔塔夫et al ., 2020gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
结构的观察gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba扫描电子显微镜(SEM)成像垫纤维的微观和纳米结构的阶段构成的基础建模结构参数之间的相互依存的纤维结构和大部分机械响应。我们都依赖于岩石样本暴露于断层作用和热液循环,以及样品在实验室通过水热合成。自然样本来自一个保存完好,碳酸盐岩断层镜子拿撒勒正断层系统的一部分,以色列北部。这个断层是蘸70°、140°,穿过白云石单位晚白垩世。gydF4y2Ba
关于在实验室创建的纤维结构,我们使用两种类型的水热反应堆的差异主要是由使用的样本类型(松散、合并)和边界条件应用实验。第一个反应堆是Teflon-lined、不锈钢实验室高压蒸汽船(4760)由帕尔仪器制造公司(gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba左上角)。高压灭菌器是一个封闭的容器内部聚四氟乙烯制成的杯子和盖子。船舶负责试剂,即水和松散的岩石底部沉积物放置(溶解区)和关闭。沉积物也放置在一个沙漏状试样夹部分淹没在水里,它的特点是滤膜允许通过水蒸气通过沉积物。外部加热下,高压灭菌器是专门为严厉的化学环境(即。,一个lk一个l在e) while exposing the sediment slurry to hydrothermal temperatures (150–250°C) and vapor pressures. The second reactor is an in-house built HPHT reactor (图1gydF4y2Ba右上角),允许reactive-fluid流过多孔岩石样本。这种设计允许样本经受围压实验,对氩气,孔隙流体压力,注入水通过泵系统提供。在实验过程中,样品夹套成core-holder组成的薄壁,退火铜管围压和孔隙分开的媒体。铜管是爆发和密封的不锈钢弹簧盒盖上连接到下游和上游孔隙压力线。一组四个热电偶安排这样一个控制温度顶部附近,一个在底部,和两个中间的样品。然后包装core-holder加热器,由一个iron-chrome-aluminum钢丝螺旋绕组和巩固了成槽陶瓷耐火材料夹。高温高压的反应堆容器是额定最高温度为510°C,最大PgydF4y2BacgydF4y2Ba= 34.5 MPa,最大PgydF4y2BafgydF4y2Ba= 13.8 MPa。示意图的反应堆的内部核心持有人所示gydF4y2Ba图1 bgydF4y2Ba,进一步详细的设备中可以找到gydF4y2Ba头et al。(2018)gydF4y2Ba,gydF4y2BaSuwannasri et al。(2018)gydF4y2Ba,gydF4y2Ba艾伦et al . (2016)gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
图1gydF4y2Ba。实验室高压蒸汽船的图表(gydF4y2Ba左上角gydF4y2Ba)和内部采用HPHT建造反应堆(gydF4y2Ba右上方gydF4y2Ba)gydF4y2Ba。gydF4y2Ba高压蒸汽船的底部的沉积物被放置在水中的船代表解散区以及一个沙漏状样品架部分淹没在水里。采用HPHT反应堆,样品夹套成core-holder组成的薄壁,退火铜加热器管包装,将孔隙和围压媒体。(gydF4y2Ba底gydF4y2Ba)水的PT图显示了填充系数(填充度)的高压蒸汽作为参数。自动生成压力取决于温度和非常敏感的水量在体积(即。填充度)。gydF4y2Ba
不管使用的反应堆容器,PT水(图gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba底部)是极其重要的,实验的过程中利用水热合成的变化属性的水随着温度的增加。在水热条件下,水热提供了自生的压力和vapor-transport反应(gydF4y2Ba巴荷姆et al . 2019gydF4y2Ba)。工作条件下的压力主要是由填满的容器,即。通过反应容器的体积,原本充满了水溶剂(gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba,底部)。这些条件促进vapor-transport反应(gydF4y2BaBinnewies et al ., 2012gydF4y2Ba;gydF4y2BaBinnewies et al ., 2013gydF4y2Ba)关键的形成结晶固体晶体生长过程gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba气相。Vapor-transport反应由浓缩阶段,通常一个固相的压力不足自己的挥发,可挥发性的气体反应物作为运输代理,然后沉积在晶体的形式。反应是由热液水属性深刻变化以来由于氢键的断裂网络(gydF4y2BaUnterlass 2017gydF4y2Ba)。随着温度的增加,水的密度和粘度降低而质量扩散系数和热扩散系数增加。因此,分子和离子的热液流体的流动在正常条件下比水高得多。此外,到达热液温度(即。,200°C),水转换成强大的溶剂。其离子产品(千瓦)显示最多150°C和250°C之间,其介电常数(直流),这实质上控制流体极性(gydF4y2BaHladky et al ., 1966gydF4y2Ba),达到值模拟常见的有机溶剂,如丙酮、己烷、甲醇、乙醇(gydF4y2BaUnterlass 2017gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
2.2建模gydF4y2Ba
我们用一个统计模型开发的微/ nanofibrous材料生物科学(gydF4y2BaRizvi et al ., 2012gydF4y2Ba)建立结构力学结构参数之间的相互依存关系安排纤维矿物质和大量的机械反应。具体地说,该模型允许我们解释纤维的拉伸响应矩阵几何参数的函数描述纤维微观和纳米结构的组合从观察做画的见解gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba显微镜成像。gydF4y2Ba
我们分析了纤维的应力-应变响应的显微结构的安排,从连续有序无序的纠缠。概念模型(gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba)所得的近似矩阵最初的单纤维弯曲,直到机械加载。自矿物纤维通常表现为有限的挠曲强度,每个单纤维具有的承载力小,直到它拉直并开始抵制纵向伸长。纤维复合材料的微观结构是根据输入参数,描述中描述的属性单一纤维和矩阵内的安排。这些参数描述的纤维排列矩阵和包括长度(gydF4y2BalgydF4y2Ba)纤维的直径(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba),宽度(gydF4y2BawgydF4y2Ba)。宽度是端到端横向纤维的分离。直径(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)是近似恒定的长度纤维。在矩阵中,纤维的分布根据这些参数被指定一个概率密度函数(PDF)。情商。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba描述的概率之间的纤维长度gydF4y2BalgydF4y2Ba和gydF4y2BalgydF4y2Ba+gydF4y2Ba戴斯。莱纳姆:gydF4y2Ba之间,直径gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba和gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba+gydF4y2Ba达gydF4y2Ba和端到端的宽度之间的分离gydF4y2BawgydF4y2Ba和gydF4y2BawgydF4y2Ba+gydF4y2BadwgydF4y2Ba,gydF4y2Ba
图2gydF4y2Ba。示意图显示拉伸载荷应用于纤维材料gydF4y2Ba(一)gydF4y2Ba,此单纤维的特征gydF4y2Ba(B)gydF4y2Ba。(左面板)纤维矩阵显示的纵向拉伸纤维弯曲,和材料展览没有机械阻力(B,阶段1)。加载后(一个,中央面板),连续纤维(红色实线)成为并开始抵抗变形,从而提供机械强度矩阵(B,阶段2)。随着纤维矩阵是拉伸长度+ΔLgydF4y2BafgydF4y2Ba,纤维断裂(红色虚线),压力下降(B,第三阶段),但一个新的纤维(蓝线)拉直开始抵抗变形。gydF4y2Ba
在纤维矩阵,最短的承载纤维会直接和并行的纵向维度(gydF4y2BalgydF4y2Ba)的纤维样品,满足的条件gydF4y2BalgydF4y2Ba最小值gydF4y2Ba≥L和wgydF4y2Ba最小值gydF4y2Ba≥0。同样,长度和端到端的宽度必须满足的条件,分离样品的纤维沿纵向方向的长度必须大于或等于样本的长度(L),也就是说,gydF4y2BalgydF4y2Ba2gydF4y2Ba- wgydF4y2Ba2gydF4y2Ba≥LgydF4y2Ba2gydF4y2Ba。在这样一个设计,参数gydF4y2BalgydF4y2Ba/gydF4y2BalgydF4y2Ba表示纤维的曲率gydF4y2BawgydF4y2Ba/gydF4y2BalgydF4y2Ba描述中的纤维矩阵的一致性。因此,纤维的长度和曲率有关,与高度弯曲的长纤维。这组参数(l, w)以及PDF p (l, w)是用来描述结构纤维胶结的矩阵的性质。gydF4y2Ba
模型假定每个纤维有助于纤维矩阵的整体抵抗压力。在纵向加载的每个单纤维组合经历三个变形阶段(gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba),它是几何参数的函数描述的纤维。在第一阶段(gydF4y2Ba图2一个gydF4y2Ba左面板)纤维在未变形的状态下,弯曲和纠缠之前加载。因此,他们不提供任何机械阻力,轴承压力(可以忽略不计gydF4y2Ba图2一个gydF4y2Ba)。第二阶段开始的纤维(lgydF4y2Ba1gydF4y2Ba矩阵(内)gydF4y2Ba图2 bgydF4y2Ba中央面板,红色)改过自新。在这个阶段,功能纤维的纤维累积应变的弹性常数,和压力增加而抵抗变形(gydF4y2Ba图2一个gydF4y2Ba)。到达第三阶段,纤维达到变形等于它的破坏应变(gydF4y2Ba
因为意味着岩石的非均质性,在这项研究中,我们利用伽马分布函数除了一个高斯分布来描述纤维矿物质的安排组织内胶结矩阵。两个分布场景使捕获的异构特性描述自然复合材料,如岩石的微观结构安排。特别是伽马分布作为统计函数,用身体传达一个安排的偏态分布,矿物纤维的长度和宽度。在实践中这意味着,当使用这个分布模型中,我们对矿物纤维的比例控制负载。γ和方程式给出了正态分布。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba3gydF4y2Ba分别gydF4y2Ba
C是一个常数,执行标准化条件(1),μgydF4y2BalgydF4y2Ba和μgydF4y2BawgydF4y2Ba平均长度和端到端的宽度分离,σgydF4y2BalgydF4y2Ba和σgydF4y2BawgydF4y2Ba代表标准偏差的长度和端到端的宽度分离,Γ(k)是伽马函数,和k是扭曲的形状系数函数分布。在这项研究中,一个值的1.3 k被认为没有分布。gydF4y2Ba
提供的总电阻纤维矩阵结果变形ΔL表达的(4)。它是由单一组件的抵抗力量的总和所有承载纤维沿拉伸方向:gydF4y2Ba
在情商。gydF4y2Ba4gydF4y2BaN是总数时能承受拉伸载荷的纤维拉伸,是纤维的横截面积(=½gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba2gydF4y2Baπ)和σgydF4y2Ba单gydF4y2Ba是个体对压力纤维的贡献。计算总压力(σgydF4y2Ba总gydF4y2Ba)为一个特定的纵向拉伸ΔL和pdf模拟不同的纤维安排在矩阵,情商。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba是集成数值使用梯形法则(gydF4y2BaChapra Canale, 2007gydF4y2Ba)。当前模型忽略了纤维之间的界面摩擦自法向应力拉伸应力(相比是微不足道的gydF4y2BaRizvi et al ., 2012gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
3的结果gydF4y2Ba
3.1扫描电镜成像纤维矩阵gydF4y2Ba
图3gydF4y2BaSEM照片显示胶结矩阵形成的断层沟和在实验室通过水热合成。跨尺度的观察扫描电镜成像显示了胶结矩阵纤维,纤维纹理特征的纤维束的存在阶段。纤维分布矩阵和内部形成一粒衬水泥,外套碳酸盐颗粒。单独考虑,纤维阶段是由纳米线纳米大小的直径和长度的几微米,完全创建无序和缠绕垫。原纤维结构的无序和纠缠性质是观察在自然样品(gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba在实验室,顶部)和样品制作(gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba左面板底部)。在实验室允许我们执行的水热合成图像的产品vapor-transport反应延时的方式,获取纤维结构的分布在各个阶段的矿产增长。这些观察在纳米和微尺度构成的基础图推理结构参数的纤维束和通知统计模型。gydF4y2Ba
图3gydF4y2Ba。纤维的扫描电子显微镜图像矩阵的天然碳酸盐岩断层反映样本(上)和纤维垫形成通过水热过程(底部,gydF4y2Ba头et al ., 2018gydF4y2Ba和本研究)。纤维状矿物有纳米大小的直径和长度为几微米,完全创建无序和纠缠态结构;(底部中央)矿物纤维的生长通过vapor-transport反应诱导gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba热液过程。gydF4y2Ba
3.2模拟纤维的应力-应变响应矩阵gydF4y2Ba
我们建模的作用纤维矩阵的结构参数在控制力量,失败的模式,和脆弱的载荷变形关系过渡到韧性机制。特别是,我们的角色建模的数量和长度纤维矿物质,他们的空间取向和排列,纤维线程的一部分轴承负荷。在这些建模实现中,我们使用纤维矿物的性质通常形成人造水泥胶结矩阵(gydF4y2BaSpeziale et al ., 2008gydF4y2Ba)和断层沟(gydF4y2BaSanchez-Roa et al ., 2017gydF4y2Ba)。杨氏模量、直径和单纤维的断裂应变分别用于建模,25 GPa, 1.12 nm, 04。计算荷载位移数据,我们使用一个高斯和伽马pdf,分别由方程式。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba3gydF4y2Ba。不同的纤维安排和相应的pdf文件计算纤维长度的函数gydF4y2BalgydF4y2Ba和端到端分离gydF4y2BawgydF4y2Ba,同时保持纤维直径不变。gydF4y2Ba
在gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba我们建模的反应三个结构安排的矿物纤维,从无序和纠缠(蓝色曲线),适度无序(绿色曲线)、命令和对齐(红色曲线)。仅在建模的作用纤维排列,纤维体积单位的数量和单纤维的性质保持不变。的情节gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba显示了混合面向随机的应力-应变关系曲线纤维有一个PDF沿着两个较广泛的传播gydF4y2BalgydF4y2Ba和gydF4y2BawgydF4y2Ba。结果表明,当无序和缠绕纤维的微观结构是由失败的模式似乎是韧性(蓝色曲线)。相反,红色的曲线gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba描述了应力-应变响应的连续纤维微观结构组成的纤维长样品的垂直方向对齐,这是加载方向。这种安排这样一个特殊PDF围绕gydF4y2BalgydF4y2Ba= L和gydF4y2BawgydF4y2Ba= 0。应力-应变响应表明,强度随组织内的纤维排列对齐的增加(从蓝色到红色曲线),但排列纤维的微观结构显示更脆性破坏(红色曲线)。这种行为的根源有纤维的排列,共同抵抗变形而加载,然后达到同时失败。最大(拉伸)压力是持续沿着纤维方向伸长。gydF4y2Ba
图4gydF4y2Ba。纤维的微观结构安排的角色修改纤维微观结构的应力-应变行为,由纤维状矿物的特点是杨氏模量,直径,并在断裂应变等于25 GPa 1.12 nm,分别和04。应力-应变响应转换从脆性(红色曲线)韧性(蓝色曲线)中纤维的排列有序和无序排列的微观结构的演变和纠缠。延性反应(蓝色曲线)展品锯齿模式(放大插入),结果的贡献大部分响应此单一纤维中描述的特征gydF4y2Ba图2 bgydF4y2Ba。gydF4y2Ba
图5gydF4y2Ba描述了影响纤维的应力-应变响应的数量,同时保持纤维矩阵的显微结构的安排不变。只是作为一个例子的图指的是一个模型的微观结构特征是适度无序排列的纤维。这个建模实现地址的问题如何保持应变的大小(用于修饰或说明一个具体安排),同时增加强度在失败。应力-应变响应的gydF4y2Ba图5gydF4y2Ba表明,纤维的数量不会影响应变大小而是矩阵的力量。纤维的数量越大,承受的压力越高。gydF4y2Ba
图5gydF4y2Ba。纤维的数量修改的作用纤维微观结构的应力-应变行为。更大的组织内纤维矿物质的数量,是失败的压力就越高。建模的实现是指一个组织以适度的无序排列的纤维。纤维状矿物的属性用于建模的作用纤维数量的用于建模gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
图6gydF4y2Ba显示了纤维的长度的作用在控制应力-应变响应。在这些建模实现类型的微观结构安排和纤维的数量保持不变。模型表明,纤维越长,越抵抗压力和更大的容许应变。因此,更大的是复合的韧性。最后,我们还利用伽马分布的矿物纤维探索异质性的影响组织内的纤维矿物质的安排。具体来说,我们探索没有分布,这就涉及到的部分矿物纤维,负载的特点是短的长度gydF4y2BalgydF4y2Ba和更大的端到端横向分离gydF4y2BawgydF4y2Ba。的情节gydF4y2Ba图7gydF4y2Ba连续线显示,纤维的应力-应变响应矩阵的物理描述符(gydF4y2BalgydF4y2Ba和gydF4y2BawgydF4y2Ba遵循一个高斯分布;相反,虚线对应的应力-应变响应纤维物理描述符遵循伽马分布。应力-应变响应计算的三个安排,从无序排列,同时保持矩阵内的纤维数量不变。结果表明,矩阵的特点是纤维状矿物的物理描述符遵循一个没有伽马方面表现出更大的失败以及早期压力比正态分布。右偏态分布,特点是长的长度gydF4y2BalgydF4y2Ba和较小的端到端横向分离gydF4y2BawgydF4y2Ba相反,会给一个(高光)的行为。gydF4y2Ba
图6gydF4y2Ba。纤维的长度在修改纤维微观结构的应力-应变行为。纤维越长,更大的组织的能力,以适应应变(红色曲线)对微观结构的特点是短纤维(蓝色曲线)。gydF4y2Ba
图7gydF4y2Ba。异质性的影响组织内的纤维矿物的安排。情节展示了一个高斯分布对比排列的纤维微观结构内的矿物胶结矩阵和伽马分布。后者是指没有分布,这就涉及到熊的一部分矿物纤维负载的特点是短的长度gydF4y2BalgydF4y2Ba和更大的端到端横向分离gydF4y2Baw。gydF4y2Ba矩阵的特点是纤维矿物质gydF4y2BalgydF4y2Ba和gydF4y2BawgydF4y2Ba遵循一个没有伽马方面表现出更大的压力以及早期失败相比,矩阵排列的纤维遵循正态(高斯)分布。gydF4y2Ba
4讨论gydF4y2Ba
的生理化学胶结岩石物理的关键是一个概念。其研究基础上预测水泥性能的影响岩石的有效弹性性能研究的工作interseismic断层healing-an地震周期的重要过程。传统上,地球物理学家的关注主要集中在岩石如何应对压力研究机制,控制变形。然而,岩石变形和破坏的物理离不开理解地球上使用的流程和设计形成岩石水泥提供谷物和之间的凝聚力,因此,支持整个岩石框架。这样的理解涉及到研究胶结的自生增长阶段和他们如何安排在微观和宏观尺度纳米尺度控制体积应力-应变响应。gydF4y2Ba
在过去的十年里,高分辨率显微镜已经取得了伟大的进步揭示岩石胶结矩阵的纹理,通常表现为纤维的网状组织一致,打结,或者纠缠时成像在微米和纳米级(gydF4y2BaVerberne et al ., 2013gydF4y2Ba;gydF4y2BaVerberne et al ., 2014gydF4y2Ba;gydF4y2BaVanorio Kanitpanyacharoen, 2015gydF4y2Ba;gydF4y2Ba罗西et al ., 2016gydF4y2Ba;gydF4y2BaViti et al ., 2018gydF4y2Ba)。从蛇纹石纤维状矿物集团为例,在文献中报道,形成多种微观结构(gydF4y2BaKhilyas et al ., 2019gydF4y2Ba;gydF4y2BaViti et al ., 2018gydF4y2Ba),从互联网络的带状或网状材质与择优取向强烈一致的长纤维。即使在很小的百分比,短和直纤维已经知道在工程减少裂纹扩展,因此thave显著影响材料的强度和断裂力学。这涉及到负载的方式转移矩阵的成纤维,纤维增强材料(已奠定了基础gydF4y2BaBanthia盛,1996年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba马修斯和罗林斯,1999年gydF4y2Ba)。SEM图像在本研究报告表明,从故障反映岩石的矩阵可能形成交织的纤维垫palygorskyte等钙镁铝层状硅酸盐涂料菱形的白云石谷物(gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba上面板)。纤维矿物质可以看作是长链聚合物被高度结晶点阵的特点。Palygorskyte 2:1型层状硅酸盐(gydF4y2Ba琼斯和加兰,1988年gydF4y2Ba)结构来源于talc-like T-O-T丝带扩大沿纤维轴。垫这些纤维矿物形成的成岩碱性主机岩石的热液蚀变的产物,从玄武玻璃碳酸盐,增长部分溶解的颗粒的外表面或内形成的中空空间解散粮食核心(gydF4y2Ba穆雷et al ., 2011gydF4y2Ba)。这些矿物阶段通常断层的沟中发现,火山地区,和俯冲的热液循环系统,具有碱性和hyper-alkaline化学液体。碱土金属和碱金属(钠gydF4y2Ba+gydF4y2BaKgydF4y2Ba+gydF4y2Ba,李gydF4y2Ba+gydF4y2Ba、钙gydF4y2Ba+ +gydF4y2Ba,英航gydF4y2Ba+ +gydF4y2Ba,NH4gydF4y2Ba+gydF4y2Ba,水蒸汽gydF4y2Ba+gydF4y2Ba)很小,正离子,平衡的负电荷gydF4y2Ba3 + +gydF4y2BaIV-fold协调作为交联剂形成的长链分子在晶格(gydF4y2Ba王先生和王出版社,2019年gydF4y2Ba)。在化学和工程学,硅酸铝通常称为的长链gydF4y2Ba地质聚合物gydF4y2Ba因为他们的聚合物结构以及相似之处与形成岩石的层状硅酸盐矿物地质起源gydF4y2BaDavidovits 1991gydF4y2Ba)。最近增加的空间和时间分辨率的成像是允许我们研究nanomineral阶段和描述他们的化学结构(gydF4y2BaHochella et al ., 2008gydF4y2Ba;gydF4y2BaCaraballo et al ., 2015gydF4y2Ba)。Nanograins报告gydF4y2BaSiman-Tov et al。(2013)gydF4y2Ba通过批量延性变形,和假设的关键控制的摩擦行为的缺点。最近,实验室摩擦实验从velocity-step测试(gydF4y2BaSanchez-Roa et al ., 2017gydF4y2Ba)表明,硅酸盐纤维的摩擦系数,如palygorskyte和海泡石,大于他们的平面,或薄片状等价物,即滑石和皂石(gydF4y2Ba摩尔和Lockner, 2011年gydF4y2Ba;gydF4y2BaSanchez-Roa et al ., 2017gydF4y2Ba)。没有解释为什么产生纤维矿物质表现出较高的摩擦系数。同样,nanograins的形成机制知之甚少,有时被归因于反应引发的摩擦加热(gydF4y2Ba汉et al ., 2007gydF4y2Ba;gydF4y2Ba汉et al ., 2010gydF4y2Ba;gydF4y2BaDe Paola et al ., 2011gydF4y2Ba)或冲击波(gydF4y2Ba三美Ben-Zion, 2008gydF4y2Ba)造成的快速滑动断层在地震中。gydF4y2Ba
地壳中流体(gydF4y2Ba国家研究委员会,1990年gydF4y2Ba)传统上被认为引发反应在地下和作为天然胶结剂。热液水(HTW),也就是在100°C < T < 250°C,拥有有趣的属性(gydF4y2BaUematsu和弗兰克,1980年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba马歇尔和弗兰克,1981年gydF4y2Ba;gydF4y2BaSengers和华生,1986年gydF4y2Ba;gydF4y2BaCengel起和树干,2002年gydF4y2Ba),尤其是当操作高温液体和蒸气的混合物。达到这些条件在PT水热环境的操作完全液汽共存区域。共存确保HgydF4y2Ba2gydF4y2BaO (l)不断蒸发,和HgydF4y2Ba2gydF4y2BaO (g)不断凝结,使孔隙流体压力的一个封闭的多孔自生成系统。gydF4y2Ba
物理化学性质而言,水的液汽共处在地下让HTW非常有趣的反应介质,利用水和水蒸气的属性。的性质与温度、液态水发生重要变化的一个直接后果分解水的氢键网络(gydF4y2Ba图8gydF4y2Ba)。离子产品,KgydF4y2BawgydF4y2Ba,增加展示其最大150°C到250°C, H +的最大浓度和氢氧根离子在水里。在相同的温度范围,介电常数ε,达到价值观的典型有机溶剂(gydF4y2Ba弗兰克,1978gydF4y2Ba;gydF4y2BaUnterlass 2017gydF4y2Ba)。因此,热液水函数作为一个独特的溶剂能够打破化学键的硅酸盐链通过水解(解散阶段)——过程,如果发生在一个断裂的岩石可能导致削弱和应力腐蚀(gydF4y2Ba阿特金森,1980gydF4y2Ba)。同时,系统中的co-presence的汽相触发vapor-transport反应。本生是第一个观察和描述的过程(gydF4y2Ba本生et al ., 1852gydF4y2Ba),注意到水晶的自然形成铁gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3gydF4y2Ba存在的火山气体含有水蒸气和气态氯化氢。加压气相函数作为运输代理,携带的产品同时促进水解反应,反复unit-base分子结合,形成连锁的新硅酸盐矿物(缩聚阶段)。缩聚反应因此将遵循第一阶段硅酸盐水解的运输,然后存款,溶质在结晶阶段的形式(gydF4y2BaUnterlass 2017gydF4y2Ba)。毫不奇怪,水热合成纳米材料制造是最广泛使用的固液技术具有高结晶度和定义良好的形态从水溶液中或高于水的沸点(gydF4y2BaByrappa Yoshimura, 2001gydF4y2Ba;gydF4y2Ba布鲁纳,2014gydF4y2Ba),提出了晶体生长机制(gydF4y2Ba哈特曼,1973gydF4y2Ba;gydF4y2BaLaudise 1973gydF4y2Ba162 - 165页)。反过来,晶体生长需要一个衬底(即。,crystal seeds) for nucleation, which is influenced by the crystallographic orientation of the substrate grain with respect to the fracture wall (着陆器和Laubach, 2015gydF4y2Ba;gydF4y2Ba费舍尔和他,1992年gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
图8gydF4y2Ba。水的物理化学性质的变化曲线(黑色)和水蒸气(红色曲线)作为温度的函数。液态水的密度和粘度随温度降低,每个水分子的氢键数从3.9降低25°C到2.2在300°C。离子产品,KgydF4y2BawgydF4y2Ba,达到它的最大150°C到250°C(光红色区域)介电常数时,ε,达到典型的有机溶剂的值,即甲醇和乙醇(从gydF4y2BaUnterlass 2017gydF4y2Ba修改gydF4y2Ba)。数据来自gydF4y2BaSengers和华生(1986)gydF4y2Ba和gydF4y2BaUematsu和弗兰克(1980)gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
在这方面,有趣的是,正如生产的胶原纤维束治愈挠皮肤通过活动一个传输养分的血管系统,氧气,二氧化碳和血细胞,因此纤维胶结微观结构可以自动由热液流体的活动愈合硅酸铝机械粉碎的活动断裂。gydF4y2Ba
本研究的实验室实验,用热液水促进纤维矿物的生长阶段。这些阶段的特点是纳米大小的直径和长度为几微米,完全创建无序和缠绕垫的纤维束自然样本。目前还不清楚在这个阶段的研究是否过热流的湍流内孔隙尺度负责杂乱结构的生长,最终形成无序和纠缠态结构。同样,纤维束之间的非晶材料(胶状)(gydF4y2BaCaraballo et al ., 2015gydF4y2Ba;gydF4y2BaSanchez-Roa et al ., 2017gydF4y2Ba)需要结构和化学特征。我们只是初nanogeoscience特征,并在这一领域还需要进一步的研究。到目前为止,高分辨率成像的这些矿物的微观,nano-geometries阶段允许我们建立一个结构力学结构参数之间的相互依存的纤维结构和大部分的机械反应。随着纤维微观结构的发展从命令和对齐(gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba无序和纠缠(红色曲线),gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba蓝色曲线),纤维复合材料的力学响应经历从脆性过渡到韧性行为。这一结果表明,纤维的微观结构安排强烈控制整个的力学行为。命令和对齐排列相比,无序和纠缠态显微组织也展品低强度失效(gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba)。然而,强度增加幅度内纤维微观结构的数量增加(gydF4y2Ba图5gydF4y2Ba)。相反,越长纤维矩阵可以容纳更大的应变(gydF4y2Ba图6gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
总的来说,这些结果表明,纤维的力学响应矩阵不仅取决于个人的弹性模量矿物纤维及其分数作为传统文学描述的数量(gydF4y2BaMavko et al ., 2009gydF4y2Ba),但也在矩阵排列的纤维。具体来说,纠缠排列纤维的变形涉及三个阶段(gydF4y2Ba图2 a, BgydF4y2Ba)。第一阶段的特点是纤维休息在一个未变形的状态;他们被加载前弯曲和交织在一起。因此,他们不提供任何机械阻力(阶段1)。当一个负载应用,每个单纤维拉直之前开始承担负载(gydF4y2Ba图2一个gydF4y2Ba,中央面板中,红色纤维)。在这个阶段(阶段2,gydF4y2Ba图2 bgydF4y2Ba),纤维开始抵抗变形,εgydF4y2Ba0gydF4y2Ba< <εεgydF4y2BafgydF4y2Ba,导致个别纤维上的压力增加。到达故障点(gydF4y2Ba图2 bgydF4y2Ba),ε>εgydF4y2BafgydF4y2Ba纤维断裂,导致压力下降(阶段3)。只有当失败,一个新的纤维或纤维束改过自新,因此轴承负载。这种应力-应变行为表明,总的来说,缠绕纤维进行加载行为参与团队接力竞赛,每个纤维(或纤维束)熊压力直到达到失败,当它然后将接力棒传递到另一个组的纤维接手继续抵抗变形。在这种情况下,链的缠绕纤维矩阵的三个变形阶段逐渐和顺序(gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba),它还包括离散和连续潮流的小压力抗性和压力下降(gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba,放大插入)。这些单的信封resistance-stress下降提供了一种韧性行为可以容纳更大的压力。相反,安排有序排列的纤维结构同时承受载荷。纤维股抵抗变形同时,因此失败。导致更高的强度但脆性变形。只是作为一个例子,木材是一种正交的材料表现出这种类型的行为。gydF4y2Ba
这项研究的结果都基本和应用价值。这项研究是第一次尝试定量描述颗粒涂层纤维的microstructure-property关系阶段岩石力学的纤维组织。这是传统上被忽视的一个方面,大多数的混合方案用于计算岩石的弹性和力学性能。因为存在纤维状矿物岩石的矩阵构造和火山的利润(gydF4y2BaLouderback 1942gydF4y2Ba;gydF4y2Ba施莱歇尔,et al ., 2006gydF4y2Ba;gydF4y2BaVerberne et al ., 2014gydF4y2Ba;gydF4y2BaVanorio Kanitpanyacharoen, 2015gydF4y2Ba;gydF4y2BaViti et al ., 2018gydF4y2Ba;gydF4y2Ba哈里斯,2017gydF4y2Ba;gydF4y2Ba摩尔et al ., 2018gydF4y2Ba),描述的结构参数在微观和纳米级也基本治好了盖层的阻力或的理解应该挖出,包括依赖摩擦滑动的“速度”和不断累积的疏漏,“国家”的发展步伐接口的变化而在滑移率(gydF4y2Ba1979年,海因兹gydF4y2Ba)。Rate-and-state摩擦(RSF) (gydF4y2Ba1979年,海因兹gydF4y2Ba)通常用于提供一个经验关系测量摩擦系数(μ),变形的速度(V)和状态(θ)。特点是两个比例常量的参数的关系gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba和gydF4y2BabgydF4y2Ba分别代表瞬时的大小和时间演化的影响。虽然这些系数被认为代表了材料属性,其本质是隐藏的。RSF框架实际上是公认的实验室结果的外推提供小物理依据自然断层系统的规模和条件。虽然承认摩擦滑动体之间的接触表面之间的比率取决于应用正常(FgydF4y2BangydF4y2Ba)和切向剪切(FgydF4y2Ba年代gydF4y2Ba)部队,粘附理论(Amontons, 1699)描绘,摩擦取决于实际接触面积,被形容为人口的微触或表面微凸体(gydF4y2Ba鲍登和他泊,1950gydF4y2Ba)。因此,microphysics-based模型已经被提议作为替代经典RSF解释实验室和野外观察gydF4y2Ba范et al ., 2018gydF4y2Ba),它需要知识的微观,nanogeometry structural-rock样本来计算一个接口的抗滑动。本研究的应用价值在于可能进一步了解的物理性质脆从大地震发生的突然滑动事件表达了灾难性的(脆弱的)未能滑动或集群的许多小地震特征区域的地壳,善意的蠕变长时间(gydF4y2BaObara K。,2002年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba罗杰斯和Dragert, 2003年gydF4y2Ba;gydF4y2BaBrenguier, et al ., 2008gydF4y2Ba;gydF4y2Ba陈和博格曼,2017年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba哈里斯,2017gydF4y2Ba)。全世界有事实上的活跃的利润率,卡斯卡底古陆俯冲带,圣安德烈亚斯走滑系统,传统上与纤维矿物阶段(gydF4y2BaLouderback 1942gydF4y2Ba;gydF4y2Ba施莱歇尔,et al ., 2006gydF4y2Ba;gydF4y2BaKirby et al ., 2014gydF4y2Ba;哈里斯,2017;gydF4y2Ba摩尔et al ., 2018gydF4y2Ba),所以本研究发展新知识理解纤维微观结构的作用在控制brittle-to-ductile流变行为,并可能,缓慢滑动事件(gydF4y2Ba沃斯et al ., 2018gydF4y2Ba;gydF4y2BaNuyen和施密特,2021gydF4y2Ba)。为此,我们目前正在使用内部建立声学排放设置执行控制纤维的变形实验安排在微观和纳米尺度研究其宏观变形行为和如何失败这样的微观结构转化为滑动模式。等综合知识的功能来增强我们对材料的力学响应的理解吸收应变能,这是基本研究岩石俯冲带和设计耐用geomaterials工程目的。gydF4y2Ba
数据可用性声明gydF4y2Ba
原始数据支持了本文的结论将由作者提供,没有过度的预订。gydF4y2Ba
作者的贡献gydF4y2Ba
电视的构思和监督研究项目。JC材料建模应用程序执行地球。电视和SS-T获得的微观图像。电视写了手稿,JC SS-T,导致讨论和修订。gydF4y2Ba
资金gydF4y2Ba
这项工作得到了斯坦福岩石物理子公司项目;地球学院、能源和环境科学,国家科学基金会NSF奖# 2149529。gydF4y2Ba
确认gydF4y2Ba
执行工作的一部分在斯坦福斯坦福纳米矿物和微量化学分析设备共享设施的支持下由美国国家科学基金会奖eccs - 1542152吗。我们感谢戴尔·h·伯恩斯他宝贵的援助在图像的采集通过扫描电子显微镜和化学特征和通过能量色散光谱元素分析的样品。我们还要感谢中心在耶路撒冷的希伯来大学纳米科学和纳米技术,电子显微镜慷慨援助。gydF4y2Ba
的利益冲突gydF4y2Ba
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。gydF4y2Ba
出版商的注意gydF4y2Ba
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。gydF4y2Ba
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关键词:gydF4y2Ba胶结密封,纤维矿物质、热液流体应力-应变响应,脆塑转变,摩擦愈合gydF4y2Ba
引用:gydF4y2BaVanorio T,钟J, Siman-Tov年代和努尔(2023)热液形成的纤维状矿物结构:失败的作用强度和模式。gydF4y2Ba前面。地球科学。gydF4y2Ba10:1052447。doi: 10.3389 / feart.2022.1052447gydF4y2Ba
收到:gydF4y2Ba2022年9月23日;gydF4y2Ba接受:gydF4y2Ba2022年12月13日;gydF4y2Ba
发表:gydF4y2Ba2023年1月6日。gydF4y2Ba
编辑:gydF4y2Ba
克里斯汀·麦卡锡gydF4y2Ba美国哥伦比亚大学gydF4y2Ba审核:gydF4y2Ba
Janos UraigydF4y2Ba、Geostructures、荷兰gydF4y2BaStephen LaubachgydF4y2Ba德克萨斯大学奥斯汀分校,美国gydF4y2Ba
版权gydF4y2Ba©2023 Vanorio涌、Siman-Tov和努尔。这是一个开放分布式根据文章gydF4y2Ba知识共享归属许可(CC)。gydF4y2Ba使用、分发或复制在其他论坛是允许的,提供了原始作者(年代)和著作权人(s)认为,最初发表在这个期刊引用,按照公认的学术实践。没有使用、分发或复制是不符合这些条件的允许。gydF4y2Ba
*通信:gydF4y2Baiziana Vanorio,gydF4y2Batvanorio@stanford.edugydF4y2Ba