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地球:引張クラックの相互作用による3次元脆性せん断破壊

Nature 439, 7072 doi: 10.1038/nature04346

脆い岩石の中の断層は、多くの微小引張クラックの相互作用と融合を通して形成されたせん断破壊である。これら微小クラックとそのまわりの弾性的応力場の形状が、最終的な剪断破壊面の方向を決定している。古典的なクーロン・モール破壊規準は、最大圧縮応力軸に対して鋭い角度で傾いた、2つの共役(二峰性)せん断面の発達を予測している。しかしながら、この規準では岩石中に広く観察される3次元的な複数のせん断面をもつ断層パターンを説明することができない。本論文では、微小引張クラックのまわりの3次元的な弾性応力が互いの相互作用を促進し、離れた主応力に対して傾いた方向の脆性せん断面を生成すること、また、これにより観測される複数のせん断面をもつ断層パターンを説明できることを示す。この微小クラック相互作用モデルは、これまでの2次元的近似を用いていたモデルとは異なり、エシェルビーの3次元解に基づいている。このモデルから、相互作用するモード I クラックの融合によって形成されたせん断破壊は、離れた最大および中間圧縮軸に対して最大26°傾いていると予測される。3次元での脆性せん断破壊の解明が進んだことは、震源地震学と岩石体の安定性だけでなく、破砕した岩石中の流体移動に対しても重要な意味を持つ。

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