Stress evolution during caldera collapse
Holohan E.P., Schöpfer M.P.J., and Walsh J.J., (2015)
As magma is withdrawn and erupted from a magma chamber, the overlying rocks can become unstable and collapse into it. This produces a large surface depression termed a caldera. The nature of the fracture systems facilitating this collapse and of the stress conditions that generate them are subject of long-running debate. We characterised the evolution of stress around a depleting magma chamber as its roof collapses with a novel two-dimensional Distinct Element Method modelling approach. These models illustrate how principal stress directions rotate during progressive deformation so that roof fracturing transitions from initial reverse faulting to later normal faulting. They also reveal four end-member stress paths to fracture, each corresponding to a particular location within the roof. Analysis of these paths indicates that fractures associated with ultimate roof failure initiate in compression (i.e. as shear fractures). We also report on how failure of the roof affects pressure conditions in the underlying magma chamber. Many of these findings should be transferable to other gravity-driven collapse processes, such as sinkhole formation, mine collapse and subsidence above hydrocarbon reservoirs.
Earth. Planet. Sci. Lett. 421:139-151. | DOI:10.1016/j.epsl.2015.03.003 |
A review of mechanical models of dike propagation: Schools of thought, results and future directions.
Rivaita, E., Taisne, B., Bunger, A. P., Katz, R. F. (2015)
Dikeausbreitung, also das Formen von vertikalen oder horizontalen magma-gefuellten Rissen,spielt eine wichtige Rolle beim Transport von Magma durch die Erdkruste und für tektonische Prozesse wiedie kontinentale Grabenbildung und die Bildung ozeanischer Kruste an mittelozeanischen Rücken. Die Physikdes Diking ist sehr komplex und bestehende Modellen sind noch relativ rudimentär:Sie sind hauptsächlich zweidimensional und enthalten grundsätzlich nur einen Teilsatz der Einflussfaktoren. Hier werden die jüngsten numerischen Modelle der Dikeausbreitung beschrieben und kritisch verglichen. Zwei Hauptphilosophien werden präsentiert, eine, in der die Rolle der Magmenfluiddynamik die Hauptrolle spielt, und die zweite, die sich auf Rissausbreitung konzentriert. Außerdem werden viel versprechende Forschungsrichtungenfür weitere Untersuchungen vorgestellt, inklusiv neue Ansätze zur numerischen Modellierung und Erkenntnisse ausdem Hydraulic Fracturing (Hydraulischem Brechen) in der Erdöl/Erdgas-Industrie als analogem Vorgang. Das Papier enthält auch eine Beschreibung der in den letzten 15-20 Jahren entwickelten wichtigsten Ergebnissen, die mit Hilfe von mechanischen Modellierung von Dikes erreicht wurden.
Tectonophysics, 638, p. 1-42. | doi: 10.1016/j.tecto.2014.10.003| pdf |
Discrimination between induced, triggered, and natural earthquakes close to hydrocarbon reservoirs: A probabilistic approach based on the modeling of depletion-induced stress changes and seismological source parameters.
Dahm, T., Cesca, S.f Hainzl, S., Braun, T., Krüger, F. (2015):
Wir haben eine neue, probabilistische Diskreminierungsmethode entwickelt, mit deren Hilfe anthropogen induzierte Erdbeben von Erdbeben, deren Auftreten von menschlicher Aktivität nur beschleunigt wurde, oder völlig natürlicher Aktvität unterschieden werden kann. Wir zeigen das Potenzial dieser Methode, die auf Berechungen von Coulomb Spannungsänderungen und aus Laborexperimenten bekannten Reibungsgesetzmäßigkeiten beruht, jeweils für ein Erdbeben aus Deutschland, der Nordsee und Italien.
Journal of Geophysical Research, 120, 4, p. 2491-2509.| doi.org/10.1002/2014JB011778 |