The microstructures and rheology of fault gouges produced experimentally under wet and dry conditions at temperatures up to 400° C

Résumé En Fr

Creep and constant strain rate triaxial experiments on wet, pre-faulted Tennessee sandstone at 300° and 400° C are reported. The mechanical data augment those from previously reported stress relaxation tests on the same material. Detailed microstructural studies by high voltage transmission electron microscopy have been carried out on selected samples. The new experiments, to higher strains, confirm the dramatic weakening that this rock displays when strain rate is progressively lowered below ca.io-6 sec-1. This contrasts strongly with the insensitivity of the strength of the dry rock to large variations in strain rate. Electron microscopy reveals that high strain rate deformation is dominated by brittle fracture processes, whereas low strain rate deformation of the wet rock involves development of euhedral quartz grains, overgrowths of quartz and the formation of new phyllosilicate minerals. It is inferred that such features indicate that diffusive mass transfer processes are deformation rate controlling at low strain rates under experimental conditions. This interpretation is supported by the mechanical data, which indicate linear viscous behaviour.

On a réalisé des expériences de déformation triaxiales à vitesse de déformation constante, et de fluage à contrainte constante, à des températures de 300 et 400° C sur des grès de Tennessee humides et déjà faillés. Ces données s'ajoutent à celles déjà obtenues par des tests de relaxation de contrainte sur le même matériau. La microstructure fine d'échantillons sélectionnés a été étudiée par microscopie électronique à très haute tension. Les nouvelles expériences, à forte déformation, confirment la dramatique faiblesse qu'acquiert cette roche quand la vitesse de déformation est progressivement réduite jusqu'au dessous de 10-6s-1. Ceci est tout à fait en opposition avec la constance de la compétence de la roche sèche lors de fortes variations de la vitesse de déformation. La microscopie électronique révèle qu'à vitesse de déformation élevée, la déformation est dominée par un processus de rupture fragile, tandis que, soumise à une vitesse de déformation faible, la roche mouillée montre des fragments de quartz envahis par de nouvelles cristallisations de quartz et la néo-formation de phyllosilicates. Ces faits indiquent que, dans ces conditions expérimentales, le processus de transport de matière par diffusion contrôle la déformation à faible vitesse de déformation. Cette interprétation s'appuie sur les données mécaniques qui indiquent un comportement visqueux linéaire.