Acoustic Emissions Monitoring during Inelastic Deformation of Porous Sandstone: Comparison of Three Modes of Deformation

In some reservoirs, large deformations can occur during oil or gas production because of the effective stress change. For very porous rocks, these production operations can be sufficient to cause inelastic deformation and irreversible damage. Rock formations can undergo deformation by different mechanisms, including dilatancy or pore collapse. In the laboratory, it has been shown that the inelastic deformation and failure mode of porous rocks are pressure sensitive. Indeed, when subjected to an overall compressive loading, a porous rock may fail by shear localization, compaction localization, or by cataclastic compaction. Acoustic emission (AE) records provide important information to understand the failure mode of rocks: the spatial evolution of damage as well as the source mechanisms can be followed using this technique. In this paper, we present three different laboratory axisymmetric compression experiments, performed on Bleurswiller sandstone, which enable us to compare the acoustic emission signature of these three modes of deformation. Our data show that compaction localization and cataclastic compaction are characterized by similar acoustic signatures (in terms of AE sources characteristics and evolution of AE number), in comparison to the acoustic signature from shear localization. This implies similar micromechanisms involved during compaction bands formation and cataclastic compaction.     

Existence and stability of strong potential double layers

An elementary integral equation technique is used to construct strong and weak stationary shock solutions from the one-dimensional Vlasov equation. It is shown that the plasma is Penrose stable in all points in space under certain conditions.This work was supported in part by the Atomic Energy Commission Grant No. AT(11-1)-2059, and NSF Grant GA-31676.supported by a CSIR bursary.     

Beobachtungen in der libyschen Sahara

Zusammenfassung Vom Westrand der Großen Syrte zieht sich eine grabenartige tektonische Senke in SSO-Richtung bis zu den Djofra-Oasen, die in einer Ausweitung dieses Systems liegen. Begleitender Vulkanismus liefert neben Einzelvulkanen auf tektonischen Linien vom Eozän bis ins Alluvium ausgedehnte Deckenergüsse. Diese gehören genetisch zum Graben und liegen südlich der Senke der Djofra-Oasen. Noch weiter südlich verläuft die Störungszone parallel zum Graben des Roten Meeres bis zu dem vulkanbesetzten Tibestigebirge. Auf halbem Wege liegen alluviale Einzelvulkane. Die klimatische Entwicklung zeigt seit dem Tertiär mindestens fünf deutliche Pluvialzeiten, deren jüngste wahrscheinlich dem Capsien, die zweitjüngste vielleicht etwa dem Acheul entspricht. Die Grundwässer liegen in zwei Stockwerken und stammen teils aus dem Tibestigebirge, teils aus örtlichen Niederschlägen (des letzten Pluvials). Das heutige Grundwasser ist ein Rest.Die Beobachtungen stammen aus Wüstenfahrten in den Jahren 1941 und 1942. Da durch die Zeitumstände ein großer Teil der Bilder, Gesteine und Fossilien sowie viele Aufzeichnungen verloren gegangen sind, bleibt die Darstellung etwas skizzenhaft.     

Middle to Late Pleistocene lake‐level fluctuations of Lake El'gygytgyn,far‐east Russian Arctic

Lake El'gygytgyn, located in central Chukotka, Russian Arctic, was the subject of an international drilling project that resulted in the recovery of the longest continuous palaeoclimatic and palaeoenvironmental record for the terrestrial Arctic covering the last 3.6 million years. Here, we present the reconstruction of the lake‐level fluctuations of Lake El'gygytgyn since Marine Isotope Stage (MIS) 7 based on lithological and palynological as well as chronological studies of shallow‐water sediment cores and subaerial lake terraces. Reconstructed lake levels show an abrupt rise during glacial–interglacial terminations (MIS 6/5 and MIS 2/1) and during the MIS 4/3 stadial–interstadial transition. The most prominent lowstands occurred during glacial periods associated with a permanent lake‐ice cover (namely MIS 6, MIS 4 and MIS 2). Major triggering mechanisms of the lake‐level fluctuations at Lake El'gygytgyn are predominantly changes in air temperature and precipitation. Regional summer temperatures control the volume of meltwater supply as well as the duration of the lake‐ice cover (permanent or seasonal). The duration of the lake‐ice cover, in turn, enables or hampers near‐shore sediment transport, thus leading to long‐term lake‐level oscillations on glacial–interglacial time scales by blocking or opening the lake outflow, respectively. During periods of seasonal ice cover the lake level was additionally influenced by changes in precipitation. The discovered mechanism of climatologically driven level fluctuations of Lake El'gygytgyn are probably valid for large hydrologically open lakes in the Arctic in general, thus helping to understand arctic palaeohydrology and providing missing information for climate modelling.     

Effect of observation method on the perception of community structure and water quality in a brackish water ecosystem

The EU Water Framework Directive is a Community legislative instrument in the field of environmental protection that establishes a common framework for keeping water quality at a favourable level. To implement the directive, classification systems need to be established that allow detection of human impacts at early stages and, thus, more effective management of coastal communities. Due to the spatial variability of communities, however, the results of any assessment are highly dependent on the selection of data. In this study we identified local spatial scales in which variability of macrophyte communities was maximised, quantified links between observed patterns of sediment types and communities and estimated how selection criteria impacted the outcome of the assessment of indicator class value in four different communities of the Northern Baltic Sea. The main findings of the study were that: (i) there were no clear local spatial scales in which the variability of benthic communities was maximised; (ii) hard-bottom communities were better predicted by the spatial arrangement of sediment characteristics than soft-bottom communities; (iii) the selection of method had no effect on the estimates of macrophyte cover and indicator class; but (iv) method impacted independently of habitat type on error estimates of macrophyte cover and indicator class. To conclude, in such homogeneous and low diversity macrophyte communities it is preferable to use methods that result in lower error estimates of algal coverage and, thus, result in lower uncertainties of estimates in the water quality class.     

Baugeschichte des prÄ-Bambui-Kristallins im Gebiet Caratacá-Bendegó, Distrikt Uauá, Nord-Bahia (Brasilien)

Zusammenfassung Ein 300 qkm gro\es Teilgebiet des Kristallins von Nord-Bahia, Brasilien, lÄ\t folgende Baugeschichte in der Zeit vor Ablagerung der jungprÄkambrischen Bambui-Canudos-Serie erkennen: als Älteste petrotektonische Einheit bilden Augengneise mit E-W streichenden s-FlÄchen und halbsteil S bis SW tauchenden B-Achsen tektonische Relikte in den flÄchenmÄ\ig vorherrschenden BÄnder-gneisen und Anatexiten der Caraiba-Serie, in welcher BÄndergefüge und Gro\-faltenachsen SSE-NNW streichen. Basische und ultrabasische Magmatite sind in die BÄndergneise eingedrungen, gemeinsam mit diesen verformt worden und in Amphibolitfazies rekristallisiert. Nach dieser Orogenese intrudierten Dolerite in SW-NE, SSE-NNW, N-S und WSW-ENE streichenden Gangspalten, die sich vermutlich infolge N-S gerichteter horizontaler Schubspannungen öffneten. Anschlie\end verschliffen in N-S bis NNW-SSE streichenden Zonen vorwiegend dextrale Horizontalverschiebungen die BÄndergneise zu Blastomyloniten und die Dolerite zu Metadoleriten bis Amphiboliten. Vermutlich gleichzeitig mit der Intrusion der Dolerite wurde auf dem Älteren Kristallin (Caraiba-Serie) eine Folge feinklastischer Sedimente mit Einschaltungen basischer Eruptiva abgelagert. Die anschlie\ende Orogenese schuf enge Falten um SSE-NNW-Achsen, und die Gesteine dieser Folge rekristallisierten posttektonisch unter den Bedingungen der zeolithischen bis Grünschiefer-Fazies. Zuletzt entstanden im Kristallin N-S bis NNE-SSW streichende schmale silifizierte Mylonit- und Störungs-Zonen unter Neubildung von Paragenesen der Grünschieferfazies in den Nachbargesteinen.

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A small area of 300 sq. km in the crystalline basement of northern Bahia state, Brazil, reveals the following petrotectonic evolution before sedimentation of the Bambui-Canudos series (Upper Precambrian): facoidal gneisses with foliation striking E-W — the oldest direction observed in the area — and fold axes plunging S to SW occur as tectonic remainders in the predominant banded gneisses and anatexites of the Caraiba Series, which trend SSE-NNW. Basic and ultrabasic intrusives have been deformed simultaneously with the banded gneisses and are recrystallized in amphibolitic facies. After this orogenesis dolerites filled fissures running SW-NE, SSE-NNW, N-S and WSW-ENE which probably opened due to horizontal stress in N-S direction. Subsequently mainly dextral strike-slip movements took place in blastomylonite zones running N-S to SSE-NNW and transformed the dolerites into metadolerites and amphibolites. Contemporaneously with the intrusion of the dolerites a sequence of fine clastic sediments with intercalations of basic effusives was deposited upon the Caraiba Series und later was folded with fold axes trending SSE-NNW. The posttectonic recrystallization of these rocks took place under the conditions of the zeolitic to greenschist facies. As latest act of deformation in the crystalline basement silicified mylonite zones striking N-S to SSW-NNE were formed.

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Resumo Uma área de 300 km² no embasamento cristalino do norte do estado da Bahia, Brasil, exibe a seguinte sucessÃo de eventos petrotectÔnicos na era precambriana anterior à sedimentaÇÃo do grupo Canudos-Bambui (Precambriano superior): gnaisses facoidais com foliaÇÃo E-O e eixos de dobramento plungeando para S e SO apparecem sob forma de restantes tectÔnicos nos gneisses bandeados e nos anatexitos do Grupo Caraiba que exibe direcÇÃo regional SSE-NNO. Intrusivas básicas e ultrabásicas foram deformadas juntamente com os gnaisses bandeados e recristallizaram em facies anfibolítica. Após desta orogenese doleritos preencheram fracturas rumando SO-NE, SSE-NNO, N-S e OSO-ENE que provavelmente abriram-se devido à tensÕes horizontais em zonas N-S. Em seguida movimentos horizontais dextrais occorreram em zonas blastomiloníticas com direcÇÃo N-S à SSE-NNO, nas quais os doleritos foram transformados em anfibolitos. Contemporâneamente com a intrusÃo dos doleritos ou pouco mais tarde, uma sequencia de sedimentos clásticos finos com intercalaÇÕes de efusivas básicas foi sedimentada em cima das rochas do grupo Caraiba, em seguida foi dobrada com os eixos rumando SSE-NNO e metamorfoseada sob as condiÇÕes da facies zeolítica e da facies dos xistos verdes. O ultimo acontecimento tectÔnico no embasamento anterior à sedimentaÇo do grupo Bambui-Canudos foi a formaÇÃo de zonas miloníticas rumando N-S, acompanhadas de silicificaÇÃo e de transformaÇÃo das rochas vizinhas em milonitos com parageneses mineralógicas da facies dos xistos verdes.

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- Bambui-Canudos Bahia, , 300 ². - S — , E-W, -, S SW Caraiba, , SSENNW. , . , , N-S SW-NE, SSE-NNW, N-S WSW-ENE, . N-S NNW-SSE , . , Caraiba . SSE-NNW, — . .

     

Silicon isotopes in meteorites and planetary core formation

The silicon (Si) isotope compositions of 42 meteorite and terrestrial samples have been determined using MC-ICPMS with the aim of resolving the current debate over their compositions and the implications for core formation. No systematic δ³⁰Si differences are resolved between chondrites (δ³⁰Si = −0.49 ± 0.15‰, 2σ_SD) and achondrites (δ³⁰Si = −0.47 ± 0.11‰, 2σ_SD), although enstatite chondrites are consistently lighter (δ³⁰Si = −0.63 ± 0.07‰, 2σ_SD) in comparison to other meteorite groups. The data reported here for meteorites and terrestrial samples display an average difference Δ³⁰Si_{BSE−meteorite∗} = 0.15 ± 0.10‰, which is consistent within uncertainty with previous studies. No effect from sample heterogeneity, preparation, chemistry or mass spectrometry can be identified as responsible for the reported differences between current datasets. The heavier composition of the bulk silicate Earth is consistent with previous conclusions that Si partitioned into the metal phase during metal-silicate equilibration at the time of core formation. Fixing the temperature of core formation to the peridotite liquidus and using an appropriate metal silicate fractionation factor (ε ∼0.89), the Δ³⁰Si_{BSE−meteorite∗} value from this study indicates that the Earth core contains at least 2.5 and possibly up to 16.8 wt% Si.     

Lateglacial to Holocene rapid crater infilling of a MIS 2 maar volcano (West‐Eifel Volcanic Field,Germany): environmental history and geomorphological feedback mechanisms

We document the Lateglacial to Holocene sedimentation and vegetation history of a small, infilled crater landform in the West‐Eifel Volcanic Field (WEVF; western Germany). We analysed geomorphological landform change, sedimentological and geochronological data, pollen, and plant macrofossils of a 16‐m‐long sediment core from the Eichholz Maar (EHM). The EHM erupted between ～20 and 15 ka ago (MIS 2). Lacustrine siliclastic infilling was completed about 7500 years ago. Lateglacial rates of sedimentation are generally 2 to 5 times higher than in other maar lakes of the WEVF. Local factors, therefore, overprint the relative efficacy of the climate‐controlled variance of sedimentation rates at the Lateglacial/Holocene transition. The predominance of local factors relates to inherent geomorphological process–response mechanisms that were triggered by the EHM eruption. Rapid crater infilling and its completion by the mid‐Holocene are attributed to a combination of small storage capacity and geomorphological activity. A late Boreal interval of significant lake‐level fall can, however, be attributed to a period of continental‐scale climate change as recorded in other European lacustrine settings. Our findings highlight the importance of utilizing geomorphological information to reveal the relative significance of local controls as opposed to climate control when investigating small‐sized lake settings with active sediment supply systems.     

Über Stromgeschwindigkeiten und Strommengen in der atlantischen tiefsee

Zusammenfassung Aus den Meteor-Querprofilen (1925/27) hat der Verfasser (1955, 1957) mittels dynamischer Verfahren (nachBjerknes, Defant u. a.) die meridionalen Stromgeschwindigkeiten und Strommengen in der Atlantischen Tiefsee berechnet und ist in brauchbaren Approximationen zu quantitativen Teillösungen des Zirkulationsproblems, besonders zwischen 5° S und 35° S, gelangt. Die meridionale Verfrachtung der Wassermassen ist gewaltig (20–40 Millionen m³/sec im Nordatlantischen Tiefenstrom) und weist in der Tiefsee — unterhalb einer praktisch bewegungslosen Schicht (der sog. Bezugsfläche in durchschnittlich 1400 m) - auf der Westseite des Brasilianischen und des Argentinischen Beckens eine erhebliche Verstärkung auf, welche der Schichtung in der ganzen Ozeanbreite den Stempel aufdrückt. Für die Meeresgeologie bemerkenswert sind die unerwartet hohen Stromgeschwindigkeiten, die sich in den Stromstrichen des Bodenstroms und des Tiefenstroms dicht oberhalb des Tiefseebodens nahe dem Südamerikanischen Kontinentalabfall ergeben haben: in etwa 4500 m Tiefe innerhalb des Antarktischen Bodenstroms mittlere Stromgeschwindigkeiten von 7 cm/sec und maximale von 13 cm/sec (nach N), in etwa 3000 m Tiefe innerhalb des Nordatlantischen Tiefenstroms 9 bzw. 17 cm/sec (nach S). Solche Spitzenwerte, die infolge der Gezeitenströmungen periodisch auf etwa 20–25 cm/sec anwachsen können, bedeuten, daß in den Stromstrichen Sedimente transportiert und Erosionen ausgelöst werden können und daß auch die vertikalen Vermischungsvorgänge um eine Zehnerpotenz größer sind als bisher angenommen. Selbst in den Tiefseebecken, wo — wie in der Ostatlantischen Längsmulde — die berechneten Stromgeschwindigkeiten kleiner als 3 cm/sek. sind, kann daher nicht von einer Stagnation der Wassermassen gesprochen werden.     

Bruchtektonik und Schollenbau im Hohen Atlas südlich von Marrakech (Marokko)

Zusammenfassung Die Kartierung und tektonische Bearbeitung eines Ausschnittes des Westlichen Hohen Atlas südlich von Marrakech ergab detaillierte Vorstellungen über den herrschenden Schollenbau. Ein z. T. spätvariszisch angelegtes Störungsmuster von N 60° E, N 20° E und N 110° E streichenden Verwerfungen kontrollierte sowohl die Subsidenz in der Trias als auch die Heraushebung im Zuge der jungen Atlasgebirgsbildung im östlichen Teil der Axialzone des Gebirges. Die Vertikaltektonik erzeugte ein über den Raum des Arbeitsgebietes hinaus nachweisbares Kippschollenmuster. Das jüngere Deckgebirge wurde z. T. auf salinarem Untergrund abgeschert oder reagierte passiv auf die Bruchtektonik des Sockels. Damit verbundene Seitenverschiebungen werden diskutiert.

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Mapping and tectonic analysis of a part of the Western High Atlas near Marrakech reveals a predominating pattern of distinct fault bounded blocks. The consistent frame of N 60° E, N 20° E and N 110° E striking faults is partly herited from late hercynian or even older lineaments. The former controlled sedimentation processes during the Triassic as well as during Tertiary and Quaternary uplift of the central zone (massif ancien). Vertical motions of the rigid basement caused forced folding of the Mesozoic-Tertiary sedimentary layers. Implication of left lateral oblique-slip displacement is being discussed.

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Résumé L'étude structurale présentée ici se rapporte à une portion du Haut Atlas marocain située au sud de Marrakech. Elle est fondée sur un levé cartographique et sur l'analyse tectonique de la région qui s'étend entre l'Oued n'Fis et l'Oued Ourika (massif ancien). Cette étude a montré qu'il ne s'y est pas développé une déformation de style homogène mais que la région se compose de blocs isolés, séparés par des failles. Les blocs sont de dimensions diverses et diffèrent aussi bien par leur style de déformation que par les matériaux qui les constituent. Ce cadre structural est défini par des failles inverses de directions caractéristiques N 60 °E, N 20 °E et N 110 °E. Cette distribution se retrouve dans d'autres régions du Haut Atlas. Des changements brusques d'épaisseur aux environs des failles majeures montrent qu'elles ont contrôlé la subsidence pendant le Permo-Trias et en partie déjà pendant le Viséen. L'apparition d'une deformation cassante ou de plis isopaques dépend des matériaux concernés et non du »Stockwerk«. Une schistosité de fracture apparaît sporadiquement. L'intensité de l'orogenèse hercynienne paraît faible comparée à celle de la région située plus à l'Ouest. Des mouvements de décrochement senestres sont rattachés à la dernière activité des failles majeures. Leur signification dans le cadre structural est discutée.Des discordances cartographiques témoignent de la déformation atlasique et du soulèvement de la chaîne du Haut Atlas.Cette inversion est dominée par des mouvements surtout verticaux le long de failles inverses très inclinées ou de type »oblique-slip«.

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. , , N 60° , N 20° N 100° , , , . . , . .