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断層ガウジは断層岩の一種で、その粒度によって最もよく定義されます。断層ガウジは非凝集性の断層岩（現在の露頭では指やペンナイフでのみ構成粒子に砕ける岩石）として発見され、直径 2 mm を超える岩片は 30% 未満です。[1] 断層ガウジは脆性変形メカニズムを持つ地表近くの断層帯で形成されます。断層ガウジの強度に影響を与える特性はいくつかあり、組成、水分含有量、厚さ、温度、断層のひずみ速度条件などがあります。
形成
断層ガウジは、地表近くの脆い条件下において、断層帯内の歪みが局所化することで形成される。[2]断層の両側が互いに移動することで、粉砕と削りが起こり、粒度が小さくなり、断片化が生じる。まず、断層角礫岩が形成され、断片化が進むと、岩石はより少ない小さな断片を含む断層ガウジに変化し、流体と岩石の相互作用が強化されて、一部の鉱物が変化し、粘土が形成される。断層帯の滑り速度と滑り方、および利用可能な流体の両方が、異なる断層岩の形成を決定する可能性がある。[2]
間隙水の役割
断層の形成は、地殻の応力条件によって決まります。岩石内の間隙水圧は、有効法線応力を低下させることで、断層を誘発するために必要な応力を大幅に軽減することができます。[3]断層ガウジの形成は、粘土鉱物の生成を通じて岩石の浸透性を低下させ、局所的なゾーンで間隙水圧の上昇とガウジ内の滑りの局所化につながります。[3]
破骨変形
断層ガウジは低圧・低温度条件でのカタクラシスの一般的な産物であるため、カタクラシス変形は断層ガウジ形成の主なモードの1つです。[4]これは摩擦に依存しており、脆性変形メカニズムであると考えられています。[4]さらに説明すると、カタクラシスは脆性破壊と剛体回転の両方による粒子の粒状化を伴います。剛体回転とは、鉱物粒子が断層面のせん断方向と一致して回転することです。[4]対応するカタクラシスの強度は、平均粒径の減少として示されます。[4]また、断層ガウジの発達は、選別の劣化を伴うこともあります。[4]
分類
断層岩は組織に基づいて分類されるが、区分は段階的であることが多い。シブソンが提案した分類法では、断層ガウジは、ランダムな配向組織を持ち、岩石を構成する目に見える破片が 30% 未満の非凝集性断層と定義される。[2]破片が 30% 以上含まれる非凝集性断層岩は断層角礫岩であり、凝集性断層岩はカタクレーサイト系列 (非葉状) またはマイロナイト系列 (葉状) のいずれかである。[2]これは後に、葉状カタクレーサイトを含めるように修正された。[5]この分類法は、現場での分類を容易にするためにさらに簡略化された。断層ガウジは 2mm を超える破片が 30% 未満と定義され、現在の露頭では非凝集性断層岩として発見されている。[1]この分類法に基づいて、断層角礫岩は細分化される可能性がある (カオス角礫岩、モザイク角礫岩、クラックル角礫岩)。この区分では、断層角礫岩が葉状か非葉状か、凝集性か非凝集性かが判断され、また、細粒マトリックス、小さな岩片、さらには結晶質セメントがさまざまな割合で含まれていることも判明している。[1]
特性、摩擦、断層の強度
ガウジの断層強度は、その組成、水分含有量、厚さ、温度に依存し、有効法線応力と滑り速度の変化によって容易に影響を受けます。これらのパラメータはすべて摩擦係数に影響を与えます。
バイアリーの法則
バイアリーの法則は岩石の摩擦強度を説明するために使用される。[6]それは次のとおりである。ここで、
- =せん断応力
- = 摩擦係数
- = 通常のストレス
構成
組成は断層の滑り挙動に影響を与えます。摩擦強度が高いのは、石英や長石などの強い鉱物を多く含む組成と関連しています。[7] 粘土鉱物の組成と濃度は、脆性地殻の断層の挙動に影響を与えます。粘土鉱物（モンモリロナイト、イライト、緑泥石）が主成分のガウジは、一貫して弱いです。モンモリロナイトの濃度が高いガウジは、緑泥石やイライトの組成が高いガウジよりも著しく弱いです。[7]
透過性
組成もガウジの透水性に影響を及ぼします。これは断層の力学と摩擦安定性を制御する重要なパラメータです。水が存在すると、フィロケイ酸塩鉱物の粒子間の摩擦抵抗が減少します[8] また、剪断前の透水性は通常、変形後よりも高くなります。ただし、剪断の影響は組成によって異なります。[7]たとえば、モンモリロナイトやイライトの場合、剪断後の透水性が急激に低下します。ただし、緑泥石などの鉱物では、剪断後も高い透水性が維持されます[7]緑泥石の結晶は高圧および高温で形成されるため、モンモリロナイトやイライトの粒子の小ささに比べて剪断帯でより大きな凝集体として残る可能性が高く、これが透水性への影響が少ない理由です。[7]緑泥石と石英を多く含む断層ガウジは、かなりの深さまで高い透水性を維持します。[7] 一方、粘土鉱物を多く含む断層ガウジなどの透水性の低い断層ガウジは、流体の流れが拡散できないため、高い間隙水圧を生じやすくなります。
ガウジの厚さ
断層ガウジの厚さは、断層に沿った滑りイベントの蓄積とともに時間の経過とともに増加します。断層ガウジの厚さが厚くなると、間隙水圧が高くなります。[3]
温度
前述のように、ガウジの摩擦抵抗は温度によって変化する可能性があります。ただし、その影響は鉱物の組成によって異なります。たとえば、石英ガウジの場合、温度が上昇すると摩擦係数が低下する可能性が高く、温度が低下すると摩擦係数が増加します。[9]
例
ボニータ断層:ニューメキシコ州トゥクムカリ近郊で発見されたこの正断層も石英ガウジの一例である。そのガウジはメサ・リカ砂岩中にあり、断層接触部から40m以内にある。この断層は、断層帯(幅60m)内に多くの副断層と剪断破壊も示す[4]
ハリケーン断層：この断層はユタ州ピントゥラにあり、その断層ガウジはココニノ砂岩で発見されています。これは石英ガウジのもう一つの例です。 [4]
野島断層ガウジ：この断層は深さ3kmで花崗岩から擬似タキライトの薄い振動葉理と微細断層ガウジを形成した。 [10]
サンアンドレアス断層ガウジ:南西変形帯と中央変形帯の2つの活発な剪断帯から構成されています。サンアンドレアス断層深部観測所 (SAFOD) では、マグネシウムを豊富に含む粘土マトリックス内の蛇紋 岩斑岩と堆積岩。サポナイト、コレサイト、石英、長石が南西変形帯を構成しています。サポナイト、石英、方解石が中央変形帯を構成しています。 [10]
マディ・マウンテン・スラスト：この断層は米国ネバダ州南東部に位置し、地表付近または地表状態で数十キロメートルの移動を示しています。[11]断層ガウジには、粒状から葉状の質感を持つ黄色に染まった集合体マトリックス内に、上盤ドロマイトと下盤砂岩の破片が30％未満含まれています。[11] [12]
参照
参考文献
- ^ abc Woodcock, NH; Mort, K (2008). 「断層角礫岩および関連断層岩の分類」. Geological Magazine . 145 (3): 435-440. doi :10.1017/S0016756808004883. S2CID 55133319.
- ^ abcdシブソン、リチャード。(1977) 「断層岩と断層メカニズム」。地質学協会ロンドン。133 (3): 191–213。doi :10.1144/ gsjgs.133.3.0191。S2CID 131446805 。
- ^ abc Faulkner, DR; Sanchez-Roa, C.; Boulton, C.; den Hartog, SAM (2017 年 12 月 28 日). 「理論、実験、自然における断層ガウジの圧縮における間隙水圧の発達」。Journal of Geophysical Research: Solid Earth。123 ( 1): 226–241。doi : 10.1002 / 2017JB015130。hdl : 10261 / 361503。S2CID 133793135。
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