On the fluid-metamorphic regime of deep fault zones (in connection with the article by G.G. Kocharyan and I.V. Shatunov “topical issues in hydrogeology of seismogenic fault zones”)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

To a large extent, the deep fluid regime plays a key role in seismicity, aseismic deformation of the lithosphere, and ore and oil genesis processes. An informative detailed analysis of the hydrogeology of shallow fault zones is presented in (Kocharyan and Shatunov, 2024), where it is noted that the nature of fluid dynamics of deep faults is poorly understood. In this article, the main attention is paid to the problems of describing deep fault zones, and a number of contradictions arising from this consideration are pointed out. It is shown that the challenges of such a description are largely eliminated by considering the processes of metamorphism and related anomalies in the physical properties of the Earth’s interior. A further refinement of the proposition that earthquakes occurring at different depths have different physical mechanisms is presented.

About the authors

M. V. Rodkin

Institute of Earthquake Prediction Theory and Mathematical Geophysics, Russian Academy of Sciences; Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: rodkin@mitp.ru
Russian Federation, Moscow, 119997; Moscow, 123242

References

  1. Будков А.М., Кочарян Г.Г. Формирование зоны нарушенного материала в окрестности динамического сдвига по разлому в кристаллическом массиве горных пород // Физическая мезомеханика. 2024. Т. 27. № 1. С. 102–116.
  2. Иванов С.Н. Непроницаемая зона на границе верхней и средней части земной коры // Физика Земли. 1999. № 9. С. 96–102.
  3. Калинин В.А., Родкин М.В. Физическая модель глубокофокусных землетрясений // Изв АН СССР. Сер. Физика Земли. 1982. № 8. С. 3–12.
  4. Калинин В.А., Родкин М.В., Томашевская И.С. Геодинамические эффекты физико-химических превращений в твердой среде. М.: Наука. 1989. 157 с.
  5. Касахара К. Механика землетрясений. М.: Мир. 1985. 264 с.
  6. Кочарян Г.Г., Беседина А.Н., Гридин Г.А., Морозова К.Г., Остапчук А.А. Трение как фактор, определяющий излучательную эффективность подвижек по разломам и возможность их инициирования. Состояние вопроса // Физика Земли. 2023. № 3. С. 3–32. https://doi.org/10.31857/S0002333723030067
  7. Кочарян Г.Г., Шатунов И.В. Актуальные вопросы гидрогеологии сейсмогенных разломных зон // Физика Земли. 2024. № 4. С. 182–211.
  8. Леонов М.Г., Колодяжный С.Ю., Кунина Н.М. Вертикальная аккреция земной коры: структурно-вещественный аспект. М.: ГЕОС. 2000. 202 с.
  9. Мейсон Р. Петрология метаморфических пород. М.: Мир. 1981. 264 с.
  10. Пуарье Ж.-П. Ползучесть кристаллов. Механизмы деформации металлов, керамики и минералов при высоких температурах. М.: Мир. 1988. 288 с.
  11. Родкин М.В. Роль глубинного флюидного режима в геодинамике и сейсмотектонике. М.: Нац. Геоф. Ком. 1993. 194 с.
  12. Родкин М.В., Никитин А.Н., Васин Р.Н. Сейсмотектонические эффекты твердофазных превращений в геоматериалах. М.: ГЕОС. 2009. 198 с.
  13. Родкин М.В., Рундквист Д.В. Геофлюидодинамика. Приложение к сейсмологии, тектонике, процессам рудо- и нефтегенеза. Долгопрудный: изд-во “Интеллект”. 2017. 288 с.
  14. Родкин М.В., Липеровская Е.В. О различии физических механизмов разноглубинных землетрясений и характера их ионосферного отклика // Физика Земли. 2023. № 3. С. 48–62.
  15. Травин В.В., Козлова Н.Е. Деформация как фактор метаморфизма. Фундаментальные проблемы геотектоники / Ю.В. Карякин (ред.). Т. 2. М.: ГЕОС. 2007. C. 285–288.
  16. Houston H. Deep earthquakes. In book: Treatise on Geophysics. 2015. P. 329–354. doi: 10.1016/B978-0-444-53802-4.00079-8
  17. Kirby S.H., Durham W.B., Stern L.A. Mantle phase changes and deep earthquake faulting in subducting lithosphere // Science. 1991. № 152. P. 216–225.
  18. Lund M.G., Austrheim H. High-pressure metamorphism and deep-crustal seismicity: evidence from contemporaneous formation of pseudotachylytes and eclogite facies coronas // Tectonophysics 2003. V. 372(1–2). P. 59–83.
  19. Marone C., Liu M. Transformation shear instability and the seismogenic zone for deep earthquakes // Geophys. Res. Lett. 1997. V. 24. P. 1887–1890.
  20. Muñoz-Montecinos J., Behr W.M. Transient permeability of a deep-seated subduction interface shear zone // Geophysical Research Letters. 2023. V. 50. e2023GL104244. https://doi.org/10.1029/2023GL104244
  21. Novotná N., Jeřábek P., Pitra P., Lexa O., Racek M. Repeated slip along a major decoupling horizon between crustal-scale nappes of the Central Western Carpathians documented in the Ochtiná tectonic mélange // Tectonophysics. 2015. V. 645. P. 50–64.
  22. Okudaira T., Shigematsu N. Estimates of stress and strain rate in mylonites based on the boundary between the fields of grain-size sensitive and insensitive creep // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. B03210. doi: 10.1029/2011JB008799
  23. Rodkin M.V. Crustal Earthquakes Induced by Solid-State Transformations: A model and Characteristic Precursors // J. of Earthquake Prediction Research. 1995. V. 4. № 2. P. 215–223.
  24. Rodkin M.V. The Variability of Earthquake Parameters with the Depth: Evidences of Difference of Mechanisms of Generation of the Shallow, Intermediate-Depth, and the Deep Earthquakes // Pure Appl. Geophys. 2022. https://doi.org/10.1007/s00024-021-02927-4
  25. Roedder E. Fluid inclusions // Reviews in mineralogy. 1984. V. 12. P. 338–358.
  26. Role of water in earthquake generation. Special Issue // Bull. Earth. Res. Inst. 2001. V. 76. P. 3–4.
  27. Sornette D. Mechanochemistry: A Hypothesis for Shallow Earthquakes. Earthquake Thermodynamics and Phase Transformations in the Earth’s Interior / R. Teisseyre, E. Majewski (eds.). 2001. ACADEMIC PRESS. P. 329–366.
  28. Teng-fong Wong, Patrick Baud The brittle-ductile transition in porous rock: A review // Journal of Structural Geology. 2012. V. 44. P. 25–53. https://doi.org/10.1016/j.jsg.2012.07.010
  29. Officer T., Secco R.A. Detection of high PT transformational faulting in Fe2SiO4 via in-situ acoustic emission: Relevance to deep-focus earthquakes // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 2020. V. 300. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2020.106429
  30. Violay M., Heap M.J., Acosta M. et al. Porosity evolution at the brittle-ductile transition in the сontinental crust: Implications for deep hydro-geothermal circulation // Sci. Rep. 2017. V. 7. P. 7705. https://doi.org/10.1038/s41598-017-08108-5

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Shallow and intermediate earthquakes according to the GCMT catalog, 1976-2022; blue dots – intracontinental events, green – subduction zones, red – zones of mid-oceanic ridges.

Download (440KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The change in the average difference in earthquake depths (dH) according to the solution of the seismic moment and hypocenter; the black dots are subduction regions, the red curve is the intracontinental regions.

Download (240KB)
Indexing metadata
4. Рис. 3. Изменение средней разницы магнитуд (Mw–Mb); черные точки – зоны субдукции, красные – внутриконтинентальные области.

Download (195KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies