MARC

 008260126s2024        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798290947037
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32260699
■035    ▼a(MiAaPQ)0187rice5342Williams
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a551
■1001  ▼aWilliams,  Stewart  A.
■24510▼aConstraining  Stress  and  Structural  Development  Within  Subduction  Zones  Using  Rock  Deformation  Experiments
■260    ▼a[Sl]▼bRice  University▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a102  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-02,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  French,  Melodie  E.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Rice  University,  2024.
■520    ▼aSome  of  the  deadliest  and  most  destructive  natural  hazards  occur  as  a  result  of  active  subduction  zones.  The  stresses  at  and  around  the  subduction  interface  can  directly  control  the  natural  hazard  potential,  controlling  the  magnitude  of  ground  motion  translated  up  to  the  surface.  Stress  calculations  of  in-situ  conditions  often  only  provide  rough  estimates  and  are  limited  in  their  applications  and  fidelity.  Alternatively,  we  can  study  the  exhumed  rock  record  as  analog  systems;  however,  this  results  in  generalizations  across  subduction  zones.  Many  important  factors  that  can  vary  between  system  to  system  can  get  lost  in  these  generalizations,  such  as  the  presence  of  frictionally  weak  materials,  elevated  pore  fluid  pressures,  or  thermal  structures,  many  of  which  can  drastically  alter  the  expected  strength  and  slip  behaviors.  We  conduct  rock  deformation  experiments  to  bridge  our  remote  observations  and  structural  evidence  between  active  and  exhumed  subduction  zones,  correlating  the  microstructures  and  attributed  mechanisms  of  deformations  to  the  stress  states  that  caused  them  to  develop.In  the  first  chapter,  we  study  the  process  of  dilatant  hardening,  one  proposed  mechanism  that  causes  slow  earthquakes  along  faults.  Previous  experiments  and  models  show  that  dilatant  hardening  can  stabilize  fault  rupture  and  slip  in  several  lithologies.  However,  few  studies  have  systematically  measured  the  mechanical  behavior  across  the  transition  from  dynamic  to  slow  rupture  or  considered  how  the  associated  damage  varies.  To  constrain  the  processes  and  scales  of  dilatant  hardening,  we  conducted  triaxial  compression  experiments  on  cores  of  Crab  Orchard  sandstone  and  structural  analyses  using  micro-computed  tomography  imaging  and  petrographic  analysis.  Experiments  were  conducted  at  an  effective  confining  pressure  of  ~10  MPa,  while  varying  confining  pressure  (10-130  MPa)  and  pore  fluid  pressure  (1-120  MPa).  Above  15  MPa  pore  fluid  pressure,  dilatant  hardening  slows  the  rate  of  fault  rupture  and  slip  and  deformation  becomes  more  distributed  amongst  multiple  faults  as  microfracturing  increases.  The  resulting  increase  in  fracture  energy  has  the  potential  to  control  fault  slip  behavior.In  the  second  chapter,  we  turn  to  the  natural  rock  record  of  the  The  Sestola-Vidiciatico  Unit  (SVU)  in  the  Northern  Apennines,  an  exhumed  subduction  zone.  This  unit  experienced  a  relatively  limited  deformation  history  and  serves  as  a  rare  analog  to  the  shallowest  portions  of  active  subduction  megathrusts.  We  use  calcite  twinning  from  shear  veins  along  mineralized  faults  surrounding  the  exhumed  subduction  interface  to  reconstruct  paleostress  orientations  through  calcite  twin  stress  inversion.  Combining  orientation  data  with  calcite  twin  paleopiezometry  and  geothermometry,  we  are  able  to  reconstruct  the  stress  state  of  the  SVU  during  peak  subduction  and  subsequent  exhumation.  We  note  similarities  in  the  orientation  of  principal  stresses  to  those  estimated  for  active  subduction  zones,  and  gauge  the  applicability  and  accuracy  of  calcite  twin  analytical  methods.In  the  third  chapter,  we  conduct  deformation  experiments  on  calcite  to  better  understand  the  role  of  different  deformational  parameters  on  the  behaviors  and  morphology  of  calcite  twinning.  Many  calcite  twin-based  analytical  methods  are  developed  over  a  broad  range  of  deformation  conditions,  such  as  confining  pressures,  temperatures,  strains,  strain  rates,  etc.;  however,  there  is  a  critical  transition  between  different  deformation  mechanisms  that  is  largely  disregarded.  As  a  result,  there  are  large  discrepancies  between  different  analytical  methods,  not  only  with  each  other,  but  with  observations  in  natural  samples.  For  this  study,  we  document  differences  in  how  calcite  twinning  accommodates  strain  at  three  different  temperatures  -  150,  175,  and  200°C  -  spanning  the  semi-brittle  range  where  different  deformation  mechanisms  become  more  or  less  prevalent.  In  addition  to  the  deformation  experiments,  we  compile  and  compare  our  results  with  previous  calcite  twin  studies  to  conduct  statistical  modeling  to  determine  the  contributing  deformation  parameters  on  calcite  twin  densities  between  brittle  to  semi-brittle  to  ductile  deformation.
■590    ▼aSchool  code:  0187.
■650  4▼aGeology
■650  4▼aSedimentary  geology
■650  4▼aGeophysics
■650  4▼aPlate  tectonics
■653    ▼aEarth  science
■653    ▼aStructural  geology
■653    ▼aRock  deformation
■653    ▼aSubduction  zones
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■690    ▼a0594
■690    ▼a0592
■690    ▼a0373
■71020▼aRice  University▼bEarth  Science.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-02B.
■790    ▼a0187
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17359730▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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