Shape fabric development during progressive deformation

Zusammenfassung:Das Ziel dieser Arbeit ist ein besseres Verständnis von der Art und Weise wie sich Formregelungsgefüge entwicklen. Auf dieser Basis wird der Nutzen von Formregelungsgefügen für die Geologie evaluiert. Untersuchungsmethoden sind Geländearbeit und -auswertung, numerische Simulationen und Analogexperimente. Untersuchungen an Formregelungsgefügen in Gesteinen zeigen, daß ein Formregelungsgefüge nur zu einem begrenzten Grad als Anzeiger für die Stärke der Verformung benutzt werden kann. Der angenommene Grund hierfür ist der Einfluß des Verhältnisses von ursprünglicher zu rekristallisierter Korngröße auf die Gefügeentwicklung und von der Art und Weise wie dynamische Rekristallisation ein Gefüge verändert. Um diese Beobachtung zu evaluieren, wurden verschiedene numerische Simulationen von dynamischer Rekristallisation durchgeführt. Ein neuer Deformationsapparat, mit dem generelle Fließregime modelliert werden können, wurde entwickelt. Die rheologischen Eigenschaften von Materialien, die für solche Experimente benutzt werden, wurden untersucht und diskutiert. Ergebnisse von Analogexperimenten zeigen, daß die Intensität eines Formregelungsgefüges positiv mit der Abnahme der 'kinematic vorticity number' und einem nicht-Newtonianischen, 'power law' Verhalten des Materixmaterials korreliert ist. Experimente, in denen die Formveränderung von viskosen Einschlüssen während der progressiven Verformung modelliert werden, zeigen, daß verschiedene Viskositätskontraste zwischen Matrix- und Einschlußmaterial in charakteristische Formgefüge resultieren.

Abstract:The aim of this work was to gain a better understanding of how shape fabrics evolve and on this basis assess the use of shape fabrics in geology. Used methods are field observations, numerical simulations and analogue modelling. Shape fabrics analyses in rock samples show that shape fabrics can only to a limited extent be used as direct indicators for strain magnitude. This is because shape fabric intensity is influenced by the initial to recrystallized grain size ratio and the mode at which dynamic recrystallization modifies a fabric. In order to evaluate this observation, numerical simulations of dynamic recrystallization were performed. A new deformation apparatus to model general flow regimes was developed. Possible materials deformed are polymers and related materials and their rheological characteristics is investigated and discussed. Results of analogue modelling of the development of the shape preferred orientation of rigid objects show that the shape fabric intensity is positively related to a decrease in kinematic vorticity number and non-Newtonian, power law behaviour of the matrix material. Experiments modelling shape development of viscous inclusions deformed in a high strain shear zone show that different viscosity matrix and inclusion contrasts result in characteristic shape development types.