Original paper

Comparative tectonofractography: fracturing in 19 jointing provinces, experimental results, fracture mechanics considerations and province classification

Bahat, Dov; Bankwitz, Peter; Bankwitz, Elfriede; Bialik, Or; Weinberger, Ram

Abstract

This study presents a comprehensive synthesis of tensile fracturing phenomena from 19 provinces that display jointing in four continents, incorporating experimental results and fracture mechanic considerations. Three data assemblages are set in three tables (Tables 2-4) and provide the basis for the analysis. A series of new associations of various joint attributes emerges. They connect the joint type (single layer versus multilayer fracturing), the joint class (tectonic formation conditions) and joint relationship (joint orthogonality, the ladder pattern versus the grid pattern and joint rotation). These are further linked to lithology, fractography, joint propagation velocities and horizontal versus vertical propagation constraints. While arrest marks conspicuously occur on certain sandstones, plumes exclusively decorate particular igneous rocks. Tensile failure in glasses, ceramics, blasted rocks and in naturally fractured granitoids, as well as rarely in limestone, display two common features: smooth mirror planes that practically lack arrest marks and only rarely plumes imprinted on them, while their fringes are decorated by hackles. These are fractographic features that indicate unstable fracturing. Finally, a classification of jointing provinces is contemplated (Table 5).

Kurzfassung

Die Studie repräsentiert eine vergleichende Synthese von Zugbruch-Phänomenen aus 19 Provinzen, welche Klüftung in vier Kontinenten widerspiegeln. Drei Datensätze, aufgelistet in drei Tabellen (Tab. 2-4) bieten die Grundlage für die Analyse. Eine Serie neuer Assoziationen von verschiedenartigen Klufteigenschaften wird deutlich. Sie verknüpfen Klufttyp (Bruch von Einzellagen im Verhältnis zum Bruch durch mehrere Schichten), Bruchklassen (tektonische Bildungsbedingungen) und Kluftbeziehungen (orthogonale Klüfte, Leiterstrukturen im Verhältnis zu Netzstrukturen und Kluftrotation). Sie zeigen auch Verbindung zu Lithologie, Fraktografie, Kluftausbreitungsgeschwindigkeit und zu horizontalen im Verhältnis zu vertikalen Ausbreitungszwängen. Während Arrestmarken in bestimmten Sandsteinen auffallen, dekorieren Federstrukturen (,,plumes“) besonders magmatische Gesteine. Zugbrüche in Glas, Keramik, gesprengten Gesteinen und in natürlich geklüfteten Granitoiden, so wie auch selten in Kalkgestein, weisen zwei verbreitete Merkmale auf: (1) glatte Spiegelflächen (,,mirror planes“), auf denen Arrestmarken praktisch fehlen und selten Federstrukturen (,,plumes“) ausgebildet sind, während (2) ihre Randzonen (,,fringes“) von Randklüften (,,hackles“) besetzt sind. Diese fraktografischen Merkmale zeigen eine instabile Bruchbildung an. Letztendlich wurde eine Klassifizierung von Kluftprovinzen angestrebt (Tab. 5).

Keywords

jointingfractographyexperimentalfracture mechanicspropagation velocities