Основные моменты
Понимание того, как горные породы разрушаются в хрупкой верхней коре, имеет решающее значение для прогнозирования землетрясений, управления резервуарами и моделирования механики подземных пород. В журнале Journal of Geophysical Research: Solid Earth опубликованы две новые статьи, в которых используются передовые методы дифракции рентгеновских лучей на синхротроне, чтобы показать, как меняется напряжение на уровне зёрен внутри образцов песчаника под нагрузкой.
Методы исследования
Исследователи под руководством Джейкоба и Хёрли применили осевое сжатие к небольшим кернам песчаника, сканируя их с помощью высокоэнергетического рентгеновского излучения на установке синхротронного излучения.
Джейкоб и соавторы (2025) использовали метод сканирующей трёхмерной дифракции рентгеновских лучей для получения карт высокого разрешения внутризернового напряжения в песчанике. Комбинируя картирование напряжения с пошаговым сжатием, команда наблюдала увеличение неоднородности напряжения, сопровождающееся динамической переориентацией локальных напряжений.
Хёрли и соавторы (2025) объединили рентгеновскую томографию с трёхмерной дифракцией рентгеновских лучей и ближнепольную высокоэнергетическую дифракционную микроскопию для визуализации эволюции напряжения и текстуры в трёх измерениях. Исследователи обнаружили, что более крупные зёрна демонстрируют большую внутреннюю разориентацию, возможно, из-за присутствия поверхностных цементов.
Результаты
Вместе эти исследования показывают, что горные породы под нагрузкой ведут себя скорее как совокупность взаимодействующих зёрен, чем как однородные твёрдые блоки, демонстрируя сходство с передачей сил между частицами в гранулированных материалах. Они также подчёркивают возможности современных инструментов синхротронного излучения для фиксации этих процессов во время экспериментов по деформации горных пород, обеспечивая более глубокое понимание того, как инициируется хрупкое разрушение в земной коре.
Цитирования:
1. Jacob, J.-B., Cordonnier, B., Zhu, W., Vishnu, A. R., Wright, J., & Renard, F. (2025). Tracking intragranular stress evolution in deforming sandstone using X-rays. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 130, e2025JB031614. https://doi.org/10.1029/2025JB031614
2. Hurley, R. C., Tian, Y., Thakur, M. M., Park, J.-S., Kenesei, P., Sharma, H., et al. (2025). Crystallographic texture, structure, and stress transmission in Nugget sandstone examined with X-ray tomography and diffraction microscopy. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 130, e2025JB031690. https://doi.org/10.1029/2025JB031690
— Ив Бернабе, редактор Journal of Geophysical Research: Solid Earth