Original paper

Bruch- und Kriechprozesse in kontinentaler Kruste

[Fracture and Creep in Continental Crusts]

Meissner, Rudolf

Kurzfassung

Aus experimentellen Daten des Bruch- und Kriechverhaltens von Gesteinen werden maximal mögliche Spannungen für verschiedene Geothermen, verschiedenen Wassergehalt und verschiedene Krustenmodelle berechnet. In der Oberkruste bauen sich Spannungen vorwiegend durch Bruch- und Kriechvorgänge längs Verwerfungen ab, und die berechneten Spannungsmaxima in 8-18 km Tiefe wasserhaltiger Kruste stimmen mit der Häufigkeits-Tiefen-Verteilung von Erdbeben gut überein. In einer wasserhaltigen Unterkruste herrscht allgemeines Kriechen, und Störungen müssen hier enden. Eine relativ trockene Unterkruste kann dagegen enge Mylonitzonen erzeugen, deren Eigenschaften mit den seismisch georteten oder aseismischen Störzonen größerer Krustentiefen identisch sind. Störzonen in Ober- und Unterkruste haben effektiv mittlere Viskositäten, die mindestens 3 Zehnerpotenzen kleiner sind als diejenigen in ihrer Umgebung. Sie übertragen im unteren Teil den Aufbau von Spannungen von unten nach oben. Dort werden sie episodisch und ruckweise entlastet, wobei der mittlere Spannungsabfall größenordnungsmäßig den maximal möglichen Spannungen in "weichen" montmorillonitartigen Gesteinen entspricht.

Abstract

From data of fracture and creep experiments of various rocks maximum Stresses for different geotherms, different pore pressure, and different crustal models are calculated. In the upper crust Stresses are released primarily by fracture and creep processes along fault zones. The observed stress peaks between 8 and 18 km depth of wet crusts are in agreement with the depth distribution of earthquakes. In a wet lower crust general creep behaviour dominates, and fault zones should end here. A dry lower crust, on the other hand, may generate narrow mylonite zones. Their properties are compatible with those of the seismically detected fault zones at great crustal depths. Fault zones in the lower and upper crust show viscosities at least 3 orders of magnitude lower than those in their neighborhood. In their lower parts they transfer stresses from the bottom to the upper part of the crust where they may be released by seismic or episodic, aseismic creep processes. The average stress release of quakes is of the same order of magnitude as is the maximum stress of "weak" rocks of the Montmorillonite type.

Keywords

Continental crustexperimentfracturecreepstressviscosityinfluencewatermathematical model