KNAW

Research

Structure and properties of fluid-filled grain boundaries under stress in...

Pagina-navigatie:


Update Research data


Title Structure and properties of fluid-filled grain boundaries under stress in geological materials
Period 04 / 2004 - 06 / 2008
Status Completed
Dissertation Yes
Research number OND1308787
Data Supplier Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO)

Abstract

The rheological behaviour of crustal and upper mantle rock plays a key role in controlling virtually all geodynamic phenomena occurring in the outer Earth. In much of the crust, time dependent deformation (creep) of rock is dominated by stress-induced diffusive mass transfer through water-bearing mineral grain boundaries (pressure solution). However, the kinetics of the underlying inter-granular reaction and diffusion processes remain poorly understood and poorly quantified. The present project aims to determine the dissolution behaviour and diffusive properties of silicate grain contacts undergoing active pressure solution, by means of a new technique. This involves measuring the electrical impedance of pressure-dissolving bi-crystal contacts, using in-situ impedance spectroscopy carried out in a purpose-built, high pressure-temperature cell recently constructed at Utrecht. Grain contacts studied will include quartz-quartz, quartz-mica, quartz-feldspar and feldspar-feldspar boundaries. Dilute electrolyte solutions will be used as the aqueous fluid phase, enabling grain boundary diffusivities to be calculated from impedance data using the Nernst-Einstein relation. The results will help solve long-standing controversy regarding the diffusive properties and dissolution behaviour of wetted grain boundaries in silicate rocks, and will provide much-needed data for modelling fluid-assisted deformation phenomena in the Earth. Phenomena of special interest include the creep and healing behaviour of fault zones, the seismic cycle and porosity reduction in sedimentary basins. The implications of our results for these and other geodynamic processes will be assessed using constitutive models derived from our data plus selected tectonophysical modelling experiments.

Abstract (NL)

Drukoplossing is een belangrijk proces voor deformatieprocessen in de bovenste 20 km van de aardkorst, zoals de compactie van sedimentaire gesteentes (mogelijke oliereservoirs), en beweging langs en genezing van breuken. Reinier van Noort onderzocht naar de structuur van met vloeistof gevulde korrelcontacten tijdens drukoplossing in geologische materialen. Hij deed dit met verscheidene experimentele technieken, zoals metingen van de elektrische weerstand van zulke natte contacten onder hoge druk en temperatuur en elektronenmicroscopie. De resultaten van Van Noort laten zien dat natte korrelcontacten tijdens drukoplossing een ruwe structuur ontwikkelen met laterale dimensies van enkele micrometers en een submicrometer schaaldiepte. Deze structuur kan sterk worden beïnvloed door kristallografie. In kwarts zijn fijne breukjes belangrijk voor het ontstaan en behouden van de dynamische, ruwe contactstructuur. Eén gevolg van de ruwe korrelcontactstructuur is het bestaan van relatief open vloeistofpaden, waardoor snelle diffusie door de korrelcontacten kan plaatsvinden. Dit betekent dat oplossnelheden belangrijker zijn voor het bepalen van de snelheid van drukoplossing dan diffusiesnelheden. Gezien het belang van drukoplossing voor deformatie in de aardkorst, zijn de bevindingen van Van Noort interessant voor bijvoorbeeld het voorspellen van de sterkte van de korst, het berekenen van porositeitverlies in zandstenen (oliereservoirs), en voor het modelleren van breukgedrag, en dus het voorspellen van aardbevingen.

Related organisations

Related people

Co-supervisor Dr. C.J. Peach
Project leader Prof.dr. C.J. Spiers
Doctoral/PhD student Dr. R. van Noort

Classification

A31300 Scientific equipment
D15100 Geochemistry, geophysics
D15300 Geophysics

Go to page top
Go back to contents
Go back to site navigation