Table Of ContentMechanics, Structure
and Evolution of
Fault Zones
Edited by
Yehuda Ben-Zion
Charles Sammis
Birkhäuser
Basel · Boston · Berlin
Reprint from Pure and Applied Geophysics
(PAGEOPH), Volume 166 (2009) No. 10/11
Editors
Yehuda Ben-Zion
Charles Sammis
Department Earth Sciences
University of Southern California
College of Letters, Arts & Sciences
Los Angeles, CA 90089-0740
USA
Email: [email protected]
[email protected]
Library of Congress Control Number: 2009935412
Bibliographic information published by Die Deutsche Bibliothek:
Die Deutsche Bibliothek lists this publication in the Deutsche Nationalbibliografie; detailed
bibliographic data is available in the Internet at <http://dnb.ddb.de>
ISBN 978-3-0346-0137-5 Birkhäuser Verlag AG, Basel · Boston · Berlin
This work is subject to copyright. All rights are reserved, whether the whole or part of the
material is concerned, specifically the rights of translation, reprinting, re-use of illustra-
tions, recitation, broadcasting, reproduction on microfilms or in other ways, and storage in
data banks. For any kind of use, permission of the copyright owner must be obtained.
© 2010 Birkhäuser Verlag AG
Basel · Boston · Berlin
P.O. Box 133, CH-4010 Basel, Switzerland
Part of Springer Science+Business Media
Printed on acid-free paper produced from chlorine-free pulp. TCF ∞
Cover graphic: Based on a graphic from the article “Structural Properties and Deformation
Patterns of Evolving Strike-slip Faults: Numerical Simulations Incorporating Damage Rheo-
logy” by Y. Finzi, E. H. Hearn, Y. Ben-Zion, and V. Lyakhovsky
Printed in Germany
ISBN 978-3-0346-0137-5 e-ISBN 978-3-0346-0138-2
9 8 7 6 5 4 3 2 1 www.birkhauser.ch
(cid:3)(cid:49)(cid:47)(cid:58)(cid:31)(cid:47)(cid:58)(cid:55)
(cid:50)(cid:36)(cid:59)(cid:59) (cid:12)(cid:31)(cid:27)(cid:40)(cid:25)(cid:47)(cid:42)(cid:27)(cid:55)(cid:29)(cid:18)(cid:58)(cid:54)(cid:61)(cid:27)(cid:58)(cid:61)(cid:54)(cid:31)(cid:25)(cid:47)(cid:30)(cid:5)(cid:62)(cid:49)(cid:45)(cid:61)(cid:58)(cid:42)(cid:49)(cid:47)(cid:49)(cid:34)(cid:6)(cid:25)(cid:61)(cid:45)(cid:58)(cid:24)(cid:49)(cid:47)(cid:31)(cid:55)
(cid:22)(cid:40)(cid:2)(cid:29)(cid:38)(cid:33)(cid:23)(cid:34)(cid:39)(cid:38)(cid:27)(cid:3)(cid:40)(cid:18)(cid:24)(cid:37)(cid:37)(cid:34)(cid:42)
(cid:50)(cid:36)(cid:59)(cid:56) (cid:18)(cid:58)(cid:54)(cid:61)(cid:27)(cid:58)(cid:61)(cid:54)(cid:25)(cid:45) (cid:15)(cid:54)(cid:49)(cid:51)(cid:31)(cid:54)(cid:58)(cid:42)(cid:31)(cid:55) (cid:25)(cid:47)(cid:30) (cid:4)(cid:31)(cid:34)(cid:49)(cid:54)(cid:46)(cid:25)(cid:58)(cid:42)(cid:49)(cid:47) (cid:15)(cid:25)(cid:58)(cid:58)(cid:31)(cid:54)(cid:47)(cid:55) (cid:49)(cid:34) (cid:5)(cid:62)(cid:49)(cid:45)(cid:62)(cid:42)(cid:47)(cid:39) (cid:18)(cid:58)(cid:54)(cid:42)(cid:44)(cid:31)(cid:41)(cid:55)(cid:45)(cid:42)(cid:51)
(cid:6)(cid:25)(cid:61)(cid:45)(cid:58)(cid:55)(cid:28)(cid:13)(cid:61)(cid:46)(cid:31)(cid:54)(cid:42)(cid:27)(cid:25)(cid:45)(cid:18)(cid:42)(cid:46)(cid:61)(cid:45)(cid:25)(cid:58)(cid:42)(cid:49)(cid:47)(cid:55)(cid:9)(cid:47)(cid:27)(cid:49)(cid:54)(cid:51)(cid:49)(cid:54)(cid:25)(cid:58)(cid:42)(cid:47)(cid:39)(cid:4)(cid:25)(cid:46)(cid:25)(cid:39)(cid:31)(cid:17)(cid:40)(cid:31)(cid:49)(cid:45)(cid:49)(cid:39)(cid:65)
(cid:22)(cid:40)(cid:6)(cid:34)(cid:38)(cid:48)(cid:34)(cid:27)(cid:5)(cid:40)(cid:8)(cid:40)(cid:8)(cid:29)(cid:24)(cid:41)(cid:38)(cid:27)(cid:22)(cid:40)(cid:2)(cid:29)(cid:38)(cid:33)(cid:23)(cid:34)(cid:39)(cid:38)(cid:27)(cid:20)(cid:40)(cid:12)(cid:47)(cid:24)(cid:35)(cid:32)(cid:39)(cid:45)(cid:42)(cid:35)(cid:47)
(cid:50)(cid:36)(cid:56)(cid:36) (cid:18)(cid:31)(cid:39)(cid:46)(cid:31)(cid:47)(cid:58)(cid:25)(cid:58)(cid:42)(cid:49)(cid:47)(cid:25)(cid:45)(cid:49)(cid:47)(cid:39)(cid:18)(cid:58)(cid:54)(cid:42)(cid:44)(cid:31)(cid:41)(cid:18)(cid:45)(cid:42)(cid:51)(cid:6)(cid:25)(cid:61)(cid:45)(cid:58)(cid:55)(cid:17)(cid:31)(cid:62)(cid:42)(cid:55)(cid:42)(cid:58)(cid:31)(cid:30)
(cid:7)(cid:40)(cid:28)(cid:29)(cid:10)(cid:39)(cid:44)(cid:42)(cid:42)(cid:34)(cid:38)(cid:29)(cid:24)(cid:44)(cid:27)(cid:1)(cid:40)(cid:1)(cid:47)(cid:28)(cid:34)(cid:38)
(cid:50)(cid:36)(cid:48)(cid:36) (cid:9)(cid:47)(cid:37)(cid:61)(cid:31)(cid:47)(cid:27)(cid:31) (cid:49)(cid:34) (cid:14)(cid:61)(cid:58)(cid:27)(cid:54)(cid:49)(cid:51) (cid:18)(cid:27)(cid:25)(cid:45)(cid:31) (cid:6)(cid:54)(cid:25)(cid:27)(cid:58)(cid:61)(cid:54)(cid:31)(cid:55) (cid:49)(cid:47) (cid:58)(cid:40)(cid:31) (cid:5)(cid:35)(cid:31)(cid:27)(cid:58)(cid:42)(cid:62)(cid:31) (cid:18)(cid:58)(cid:42)(cid:35)(cid:47)(cid:31)(cid:55)(cid:55) (cid:49)(cid:34) (cid:6)(cid:25)(cid:61)(cid:45)(cid:58)
(cid:4)(cid:25)(cid:46)(cid:25)(cid:39)(cid:31)(cid:24)(cid:49)(cid:47)(cid:31)(cid:17)(cid:49)(cid:27)(cid:44)(cid:55)
(cid:21)(cid:40)(cid:1)(cid:40)(cid:7)(cid:41)(cid:34)(cid:30)(cid:43)(cid:32)(cid:27)(cid:16)(cid:40)(cid:6)(cid:40)(cid:18)(cid:24)(cid:38)(cid:48)(cid:27)(cid:4)(cid:40)(cid:4)(cid:40)(cid:16)(cid:39)(cid:36)(cid:36)(cid:24)(cid:41)(cid:28)
(cid:50)(cid:57)(cid:60)(cid:48) (cid:5)(cid:35)(cid:31)(cid:27)(cid:58)(cid:55)(cid:49)(cid:34)(cid:14)(cid:35)(cid:41)(cid:34)(cid:25)(cid:61)(cid:45)(cid:58)(cid:4)(cid:25)(cid:46)(cid:25)(cid:39)(cid:31)(cid:49)(cid:47)(cid:5)(cid:25)(cid:54)(cid:58)(cid:40)(cid:53)(cid:61)(cid:25)(cid:44)(cid:31)(cid:17)(cid:61)(cid:51)(cid:58)(cid:61)(cid:54)(cid:31)(cid:15)(cid:54)(cid:49)(cid:51)(cid:25)(cid:39)(cid:25)(cid:58)(cid:42)(cid:49)(cid:47)(cid:28)
(cid:5)(cid:64)(cid:51)(cid:31)(cid:54)(cid:42)(cid:46)(cid:31)(cid:47)(cid:58)(cid:25)(cid:45)(cid:18)(cid:58)(cid:61)(cid:30)(cid:42)(cid:31)(cid:55)
(cid:3)(cid:40)(cid:7)(cid:40)(cid:18)(cid:24)(cid:37)(cid:37)(cid:34)(cid:42)(cid:27)(cid:1)(cid:40)(cid:10)(cid:40)(cid:17)(cid:39)(cid:42)(cid:24)(cid:35)(cid:34)(cid:42)(cid:27)(cid:8)(cid:40)(cid:18)(cid:40)(cid:2)(cid:32)(cid:24)(cid:43)
(cid:50)(cid:57)(cid:38)(cid:48) (cid:7)(cid:31)(cid:49)(cid:46)(cid:31)(cid:58)(cid:54)(cid:65)(cid:49)(cid:34)(cid:58)(cid:40)(cid:31)(cid:13)(cid:49)(cid:43)(cid:42)(cid:46)(cid:25)(cid:6)(cid:25)(cid:61)(cid:45)(cid:58)(cid:25)(cid:58)(cid:13)(cid:49)(cid:43)(cid:42)(cid:46)(cid:25)(cid:41)(cid:8)(cid:42)(cid:54)(cid:25)(cid:26)(cid:25)(cid:65)(cid:25)(cid:55)(cid:40)(cid:42)(cid:29)(cid:10)(cid:25)(cid:51)(cid:25)(cid:47)(cid:33)(cid:9)(cid:52)(cid:1)(cid:18)(cid:42)(cid:46)(cid:51)(cid:45)(cid:31)
(cid:4)(cid:25)(cid:46)(cid:25)(cid:39)(cid:31)(cid:18)(cid:58)(cid:54)(cid:61)(cid:27)(cid:58)(cid:61)(cid:54)(cid:31)(cid:9)(cid:47)(cid:34)(cid:31)(cid:54)(cid:54)(cid:31)(cid:30)(cid:34)(cid:54)(cid:49)(cid:46)(cid:2)(cid:49)(cid:54)(cid:31)(cid:40)(cid:49)(cid:45)(cid:31)(cid:3)(cid:49)(cid:54)(cid:31)(cid:15)(cid:31)(cid:54)(cid:46)(cid:31)(cid:25)(cid:26)(cid:42)(cid:45)(cid:42)(cid:58)(cid:65)
(cid:4)(cid:40)(cid:1)(cid:40)(cid:12)(cid:39)(cid:26)(cid:35)(cid:38)(cid:29)(cid:41)(cid:27)(cid:8)(cid:40)(cid:19)(cid:24)(cid:38)(cid:24)(cid:35)(cid:24)(cid:27)(cid:8)(cid:40)(cid:9)(cid:43)(cid:39)(cid:27)(cid:17)(cid:40)(cid:9)(cid:35)(cid:29)(cid:28)(cid:24)(cid:27)(cid:11)(cid:40)(cid:15)(cid:37)(cid:44)(cid:41)(cid:24)(cid:27)(cid:8)(cid:40)(cid:14)(cid:24)(cid:35)(cid:24)
(cid:50)(cid:57)(cid:57)(cid:48) (cid:7)(cid:31)(cid:49)(cid:46)(cid:31)(cid:58)(cid:54)(cid:65)(cid:49)(cid:34)(cid:58)(cid:40)(cid:31)(cid:13)(cid:49)(cid:43)(cid:42)(cid:46)(cid:25)(cid:6)(cid:25)(cid:61)(cid:45)(cid:58)(cid:25)(cid:58)(cid:13)(cid:49)(cid:43)(cid:42)(cid:46)(cid:25)(cid:41)(cid:8)(cid:42)(cid:54)(cid:25)(cid:26)(cid:25)(cid:65)(cid:25)(cid:55)(cid:40)(cid:42)(cid:29)(cid:10)(cid:25)(cid:51)(cid:25)(cid:47)(cid:33)(cid:9)(cid:9)(cid:52)
(cid:12)(cid:42)(cid:27)(cid:54)(cid:49)(cid:55)(cid:58)(cid:54)(cid:61)(cid:27)(cid:58)(cid:61)(cid:54)(cid:31)(cid:55)(cid:25)(cid:47)(cid:30)(cid:58)(cid:40)(cid:31)(cid:42)(cid:54)(cid:9)(cid:46)(cid:51)(cid:45)(cid:42)(cid:27)(cid:25)(cid:58)(cid:42)(cid:49)(cid:47)(cid:55)(cid:34)(cid:49)(cid:54)(cid:15)(cid:31)(cid:54)(cid:46)(cid:31)(cid:25)(cid:26)(cid:42)(cid:45)(cid:42)(cid:58)(cid:65)(cid:25)(cid:47)(cid:30)(cid:18)(cid:58)(cid:54)(cid:31)(cid:47)(cid:39)(cid:58)(cid:40)
(cid:4)(cid:40)(cid:5)(cid:40)(cid:13)(cid:39)(cid:39)(cid:41)(cid:29)(cid:27)(cid:4)(cid:40)(cid:1)(cid:40)(cid:12)(cid:39)(cid:26)(cid:35)(cid:38)(cid:29)(cid:41)(cid:27)(cid:8)(cid:40)(cid:9)(cid:43)(cid:39)(cid:27)(cid:17)(cid:40)(cid:9)(cid:35)(cid:29)(cid:28)(cid:24)(cid:27)(cid:8)(cid:40)(cid:19)(cid:24)(cid:38)(cid:24)(cid:35)(cid:24)(cid:27)(cid:11)(cid:40)(cid:15)(cid:37)(cid:44)(cid:41)(cid:24)
(cid:50)(cid:57)(cid:48)(cid:59) (cid:19)(cid:40)(cid:31)(cid:5)(cid:47)(cid:31)(cid:54)(cid:39)(cid:31)(cid:58)(cid:42)(cid:27)(cid:55)(cid:49)(cid:34)(cid:3)(cid:25)(cid:58)(cid:25)(cid:27)(cid:45)(cid:25)(cid:55)(cid:42)(cid:55)(cid:2)(cid:25)(cid:55)(cid:31)(cid:30)(cid:49)(cid:47)(cid:2)(cid:54)(cid:31)(cid:25)(cid:44)(cid:25)(cid:39)(cid:31)(cid:12)(cid:31)(cid:27)(cid:40)(cid:25)(cid:47)(cid:42)(cid:27)(cid:55)
(cid:7)(cid:40)(cid:4)(cid:40)(cid:14)(cid:31)(cid:44)(cid:47)(cid:29)(cid:38)(cid:27)(cid:9)(cid:40)(cid:5)(cid:34)(cid:38)(cid:24)(cid:45)
(cid:50)(cid:56)(cid:60)(cid:36) (cid:3)(cid:40)(cid:31)(cid:46)(cid:42)(cid:27)(cid:25)(cid:45) (cid:25)(cid:47)(cid:30) (cid:15)(cid:40)(cid:65)(cid:55)(cid:42)(cid:27)(cid:25)(cid:45) (cid:3)(cid:40)(cid:25)(cid:54)(cid:25)(cid:27)(cid:58)(cid:31)(cid:54)(cid:42)(cid:55)(cid:58)(cid:42)(cid:27)(cid:55) (cid:49)(cid:34) (cid:15)(cid:61)(cid:45)(cid:62)(cid:31)(cid:54)(cid:42)(cid:66)(cid:31)(cid:30) (cid:19)(cid:31)(cid:43)(cid:49)(cid:47) (cid:11)(cid:49)(cid:49)(cid:44)(cid:49)(cid:61)(cid:58) (cid:7)(cid:54)(cid:25)(cid:47)(cid:42)(cid:58)(cid:31)
(cid:1)(cid:30)(cid:43)(cid:25)(cid:27)(cid:31)(cid:47)(cid:58)(cid:58)(cid:49)(cid:58)(cid:40)(cid:31)(cid:18)(cid:25)(cid:47)(cid:1)(cid:47)(cid:30)(cid:54)(cid:31)(cid:25)(cid:55)(cid:25)(cid:47)(cid:30)(cid:7)(cid:25)(cid:54)(cid:45)(cid:49)(cid:27)(cid:44)(cid:6)(cid:25)(cid:61)(cid:45)(cid:58)(cid:55)(cid:28)(cid:9)(cid:46)(cid:51)(cid:45)(cid:42)(cid:27)(cid:25)(cid:58)(cid:42)(cid:49)(cid:47)(cid:55)(cid:34)(cid:49)(cid:54)
(cid:5)(cid:25)(cid:54)(cid:58)(cid:40)(cid:53)(cid:61)(cid:25)(cid:44)(cid:31)(cid:15)(cid:40)(cid:65)(cid:55)(cid:42)(cid:27)(cid:55)
(cid:19)(cid:40)(cid:17)(cid:39)(cid:26)(cid:35)(cid:46)(cid:29)(cid:36)(cid:36)(cid:27)(cid:13)(cid:40)(cid:18)(cid:34)(cid:42)(cid:35)(cid:27)(cid:7)(cid:40)(cid:7)(cid:34)(cid:41)(cid:43)(cid:47)(cid:27)(cid:15)(cid:40)(cid:4)(cid:39)(cid:41)(cid:27)(cid:14)(cid:40)(cid:21)(cid:29)(cid:26)(cid:32)(cid:42)(cid:36)(cid:29)(cid:41)(cid:27)(cid:22)(cid:40)(cid:2)(cid:29)(cid:38)(cid:33)(cid:23)(cid:34)(cid:39)(cid:38)
(cid:50)(cid:56)(cid:38)(cid:56) (cid:3)(cid:40)(cid:25)(cid:54)(cid:25)(cid:27)(cid:58)(cid:31)(cid:54)(cid:42)(cid:66)(cid:25)(cid:58)(cid:42)(cid:49)(cid:47) (cid:49)(cid:34) (cid:4)(cid:25)(cid:46)(cid:25)(cid:39)(cid:31) (cid:42)(cid:47) (cid:18)(cid:25)(cid:47)(cid:30)(cid:55)(cid:58)(cid:49)(cid:47)(cid:31)(cid:55) (cid:25)(cid:45)(cid:49)(cid:47)(cid:39) (cid:58)(cid:40)(cid:31) (cid:12)(cid:49)(cid:43)(cid:25)(cid:62)(cid:31) (cid:18)(cid:31)(cid:27)(cid:58)(cid:42)(cid:49)(cid:47) (cid:49)(cid:34) (cid:58)(cid:40)(cid:31)
(cid:18)(cid:25)(cid:47) (cid:1)(cid:47)(cid:30)(cid:54)(cid:31)(cid:25)(cid:55) (cid:6)(cid:25)(cid:61)(cid:45)(cid:58)(cid:28) (cid:9)(cid:46)(cid:51)(cid:45)(cid:42)(cid:27)(cid:25)(cid:58)(cid:42)(cid:49)(cid:47)(cid:55) (cid:34)(cid:49)(cid:54) (cid:58)(cid:40)(cid:31) (cid:18)(cid:40)(cid:25)(cid:45)(cid:45)(cid:49)(cid:63) (cid:5)(cid:64)(cid:58)(cid:31)(cid:47)(cid:58) (cid:49)(cid:34) (cid:4)(cid:25)(cid:46)(cid:25)(cid:39)(cid:31)
(cid:7)(cid:31)(cid:47)(cid:31)(cid:54)(cid:25)(cid:58)(cid:42)(cid:49)(cid:47)
(cid:15)(cid:40)(cid:4)(cid:39)(cid:41)(cid:27)(cid:10)(cid:40)(cid:18)(cid:40)(cid:3)(cid:32)(cid:29)(cid:42)(cid:43)(cid:29)(cid:41)(cid:27)(cid:22)(cid:40)(cid:2)(cid:29)(cid:38)(cid:33)(cid:23)(cid:34)(cid:39)(cid:38)(cid:27)(cid:10)(cid:40)(cid:14)(cid:40)(cid:2)(cid:41)(cid:44)(cid:38)(cid:29)(cid:27)(cid:19)(cid:40)(cid:11)(cid:40)(cid:17)(cid:39)(cid:26)(cid:35)(cid:46)(cid:29)(cid:36)(cid:36)
(cid:50)(cid:56)(cid:56)(cid:36) (cid:3)(cid:49)(cid:47)(cid:55)(cid:58)(cid:54)(cid:61)(cid:27)(cid:58)(cid:42)(cid:47)(cid:39)(cid:3)(cid:49)(cid:47)(cid:55)(cid:58)(cid:42)(cid:58)(cid:61)(cid:58)(cid:42)(cid:62)(cid:31)(cid:17)(cid:31)(cid:45)(cid:25)(cid:58)(cid:42)(cid:49)(cid:47)(cid:55)(cid:40)(cid:42)(cid:51)(cid:55)(cid:34)(cid:49)(cid:54)(cid:18)(cid:31)(cid:42)(cid:55)(cid:46)(cid:42)(cid:27)(cid:25)(cid:47)(cid:30)(cid:1)(cid:55)(cid:31)(cid:42)(cid:55)(cid:46)(cid:42)(cid:27)(cid:6)(cid:25)(cid:61)(cid:45)(cid:58)(cid:18)(cid:45)(cid:42)(cid:51)
(cid:14)(cid:40)(cid:13)(cid:40)(cid:2)(cid:29)(cid:29)(cid:36)(cid:29)(cid:41)
(cid:50)(cid:56)(cid:48)(cid:48) (cid:13)(cid:49)(cid:47)(cid:51)(cid:45)(cid:25)(cid:47)(cid:25)(cid:54)(cid:6)(cid:25)(cid:61)(cid:45)(cid:58)(cid:55)(cid:28)(cid:12)(cid:31)(cid:27)(cid:40)(cid:25)(cid:47)(cid:42)(cid:27)(cid:55)(cid:49)(cid:34)(cid:18)(cid:45)(cid:42)(cid:51)(cid:25)(cid:47)(cid:30)(cid:14)(cid:35)(cid:41)(cid:34)(cid:25)(cid:61)(cid:45)(cid:58)(cid:4)(cid:25)(cid:46)(cid:25)(cid:39)(cid:31)
(cid:10)(cid:40)(cid:8)(cid:40)(cid:4)(cid:34)(cid:29)(cid:43)(cid:29)(cid:41)(cid:34)(cid:26)(cid:32)(cid:27)(cid:4)(cid:40)(cid:5)(cid:40)(cid:18)(cid:37)(cid:34)(cid:43)(cid:32)
(cid:50)(cid:32)(cid:50)(cid:56) (cid:3)(cid:40)(cid:25)(cid:54)(cid:25)(cid:27)(cid:58)(cid:31)(cid:54)(cid:42)(cid:66)(cid:25)(cid:58)(cid:42)(cid:49)(cid:47) (cid:49)(cid:34) (cid:6)(cid:25)(cid:61)(cid:45)(cid:58) (cid:17)(cid:49)(cid:61)(cid:39)(cid:40)(cid:47)(cid:31)(cid:55)(cid:55) (cid:25)(cid:58) (cid:21)(cid:25)(cid:54)(cid:42)(cid:49)(cid:61)(cid:55) (cid:18)(cid:27)(cid:25)(cid:45)(cid:31)(cid:55)(cid:28) (cid:9)(cid:46)(cid:51)(cid:45)(cid:42)(cid:27)(cid:25)(cid:58)(cid:42)(cid:49)(cid:47)(cid:55) (cid:49)(cid:34)
(cid:19)(cid:40)(cid:54)(cid:31)(cid:31)(cid:41)(cid:4)(cid:42)(cid:46)(cid:31)(cid:47)(cid:55)(cid:42)(cid:49)(cid:47)(cid:25)(cid:45)(cid:8)(cid:42)(cid:39)(cid:40)(cid:17)(cid:31)(cid:55)(cid:49)(cid:45)(cid:61)(cid:58)(cid:42)(cid:49)(cid:47)(cid:19)(cid:49)(cid:51)(cid:49)(cid:39)(cid:54)(cid:25)(cid:51)(cid:40)(cid:65)(cid:12)(cid:31)(cid:25)(cid:55)(cid:61)(cid:54)(cid:31)(cid:46)(cid:31)(cid:47)(cid:58)(cid:55)
(cid:19)(cid:40) (cid:3)(cid:24)(cid:38)(cid:28)(cid:29)(cid:36)(cid:24)(cid:27) (cid:6)(cid:40) (cid:17)(cid:29)(cid:38)(cid:24)(cid:41)(cid:28)(cid:27) (cid:13)(cid:40) (cid:2)(cid:39)(cid:44)(cid:26)(cid:32)(cid:39)(cid:38)(cid:27) (cid:1)(cid:40) (cid:2)(cid:41)(cid:39)(cid:44)(cid:42)(cid:43)(cid:29)(cid:27) (cid:4)(cid:40) (cid:13)(cid:24)(cid:41)(cid:42)(cid:24)(cid:38)(cid:27) (cid:10)(cid:40) (cid:18)(cid:26)(cid:32)(cid:37)(cid:34)(cid:43)(cid:43)(cid:25)(cid:44)(cid:32)(cid:36)(cid:27)
(cid:3)(cid:40)(cid:20)(cid:39)(cid:34)(cid:42)(cid:34)(cid:38)
(cid:50)(cid:32)(cid:36)(cid:59) (cid:18)(cid:51)(cid:25)(cid:58)(cid:42)(cid:49)(cid:41)(cid:58)(cid:31)(cid:46)(cid:51)(cid:49)(cid:54)(cid:25)(cid:45) (cid:18)(cid:45)(cid:42)(cid:51)(cid:29) (cid:25)(cid:47)(cid:30) (cid:18)(cid:58)(cid:54)(cid:31)(cid:55)(cid:55) (cid:11)(cid:31)(cid:62)(cid:31)(cid:45) (cid:49)(cid:47) (cid:58)(cid:40)(cid:31) (cid:6)(cid:25)(cid:61)(cid:45)(cid:58)(cid:55) (cid:63)(cid:42)(cid:58)(cid:40)(cid:42)(cid:47) (cid:58)(cid:40)(cid:31) (cid:22)(cid:31)(cid:55)(cid:58)(cid:31)(cid:54)(cid:47)
(cid:6)(cid:49)(cid:49)(cid:58)(cid:40)(cid:42)(cid:45)(cid:45)(cid:55)(cid:49)(cid:34)(cid:19)(cid:25)(cid:42)(cid:63)(cid:25)(cid:47)(cid:28)(cid:9)(cid:46)(cid:51)(cid:45)(cid:42)(cid:27)(cid:25)(cid:58)(cid:42)(cid:49)(cid:47)(cid:55)(cid:34)(cid:49)(cid:54)(cid:6)(cid:25)(cid:61)(cid:45)(cid:58)(cid:6)(cid:54)(cid:42)(cid:27)(cid:58)(cid:42)(cid:49)(cid:47)(cid:25)(cid:45)(cid:15)(cid:54)(cid:49)(cid:51)(cid:31)(cid:54)(cid:58)(cid:42)(cid:31)(cid:55)
(cid:22)(cid:40)(cid:33)(cid:10)(cid:40)(cid:8)(cid:42)(cid:44)(cid:27)(cid:10)(cid:40)(cid:33)(cid:16)(cid:40)(cid:1)(cid:45)(cid:39)(cid:44)(cid:24)(cid:26)(cid:27)(cid:18)(cid:40)(cid:33)(cid:2)(cid:40)(cid:22)(cid:44)(cid:27)(cid:3)(cid:40)(cid:33)(cid:8)(cid:40)(cid:3)(cid:32)(cid:24)(cid:38)(cid:31)(cid:27)(cid:22)(cid:40)(cid:33)(cid:13)(cid:40)(cid:21)(cid:44)(cid:27)(cid:10)(cid:40)(cid:21)(cid:39)(cid:29)(cid:42)(cid:42)(cid:38)(cid:29)(cid:41)
(cid:50)(cid:32)(cid:32)(cid:36) (cid:11)(cid:25)(cid:47)(cid:30)(cid:55)(cid:45)(cid:42)(cid:30)(cid:31)(cid:55)(cid:29) (cid:9)(cid:27)(cid:31) (cid:16)(cid:61)(cid:25)(cid:44)(cid:31)(cid:55)(cid:29) (cid:5)(cid:25)(cid:54)(cid:58)(cid:40)(cid:53)(cid:61)(cid:25)(cid:44)(cid:31)(cid:55)(cid:28) (cid:1) (cid:19)(cid:40)(cid:31)(cid:54)(cid:46)(cid:49)(cid:30)(cid:65)(cid:47)(cid:25)(cid:46)(cid:42)(cid:27) (cid:1)(cid:51)(cid:51)(cid:54)(cid:49)(cid:25)(cid:27)(cid:40) (cid:58)(cid:49)
(cid:18)(cid:61)(cid:54)(cid:34)(cid:25)(cid:27)(cid:31)(cid:9)(cid:47)(cid:55)(cid:58)(cid:25)(cid:26)(cid:42)(cid:45)(cid:42)(cid:58)(cid:42)(cid:31)(cid:55)
(cid:11)(cid:40)(cid:17)(cid:29)(cid:31)(cid:29)(cid:38)(cid:24)(cid:44)(cid:29)(cid:41)(cid:33)(cid:12)(cid:34)(cid:29)(cid:25)(cid:27)(cid:4)(cid:40)(cid:1)(cid:40)(cid:22)(cid:44)(cid:29)(cid:38)(cid:27)(cid:6)(cid:40)(cid:6)(cid:44)(cid:42)(cid:42)(cid:29)(cid:34)(cid:42)
Pureappl.geophys.166(2009)1533–1536 (cid:2)Birkha¨userVerlag,Basel,2009
0033–4553/09/101533–4 Pure and Applied Geophysics
DOI10.1007/s00024-009-0509-y
Mechanics, Structure and Evolution of Fault Zones
YEHUDA BEN-ZION and CHARLES SAMMIS
1. Introduction
The brittle portion of the Earth’s lithosphere contains a distribution of joints, faults
and cataclastic zones that exist on a wide range of scale-lengths and usually have
complex geometries including bends, jogs, and intersections. The material around these
complexities is subjected to large stress concentrations, which lead during continuing
deformation to the generation of new fracture and granular damage with an associated
evolutionoftheelasticity,permeabilityandgeometryofthe actively deformingregions.
The evolving material and geometrical properties within and around the fault zone can
lead, in turn, to evolution of various aspects of earthquake and fault mechanics.
The geometrical complexity, material heterogeneities and wide range of effective
space-time scales make the quantification of properties and processes associated with
fault zones extremely challenging. Many fundamental questions concerning the
mechanics, structure and evolution of fault zones remain unanswered despite consider-
ableresearchspanningover100 years.Thefourteenpapersinthisvolumeproviderecent
theoretical and observational perspectives on fault zones. Topics include damage and
breakage rheologies, development of instabilities, fracture and friction, dynamic rupture
experiments,analysisofgeodeticdata,andgeologicalandlaboratorycharacterizationsof
fault traces, fault surfaces, fracture zones, and particles in rock samples from fault zone
environments.
FINZI et al. present computer simulations of the evolution of geometrical and elastic
propertiesoflargestrike-slipfaultzonesandassociateddeformationfields,usingamodel
with a seismogenic upper crust governed by a continuum damage rheology. The fault
zonesforminitiallyascomplexsegmentedstructuresandevolveoverallwithcontinuing
deformation toward contiguous simpler structures. The simulations generally produce
flower-type structures, consisting of a broad damage zone in the top few kilometers and
highly localized damage deeper. However, at persisting geometrical complexities
significant damage extends throughout the seismogenic zone. DE JOUSSINEAU and AYDIN
discussobservedgeometricalpropertiesofsurfacetracesofstrikeslipfaultsintheValley
DepartmentofEarthSciences,UniversityofSouthernCalifornia,LosAngeles,CA90089-0740,USA.
1534 Y.Ben-ZionandC.Sammis Pureappl.geophys.,
of Fire State Park, Nevada, and elsewhere. Analyzing the evolution of trace complexity
with cumulative slip, they find that the number of fault steps can be described as a
negative power law of the total slip. They also show that the mean segment length and
mean step dimensions can be described as positive power laws of the fault offset. In
agreement with previous studies, the results indicate an overall coalescence and
smoothing with progressive fault growth.
GRIFFITHetal.analyzetheeffectsoffracturedamageontheeffectiveresponseoffault
zonerocksusingfinite-elementcalculationscorrespondingtouniaxialcompressiontests.
The examined model configurations incorporate digitized fracture maps from the Bear
Creek fault zones in the Sierra Nevada batholith, and include fracture-induced material
contrast between damaged tabular zones and stiffer host rocks. The damage zone is
shown to be strongly anisotropic and associated with strain-weakening behavior. The
contrast of elastic moduli between the damage zone and host rock can be larger than
contrastsassociated withjuxtaposition ofdifferent rock lithologies. SAMMISet al.review
recent laboratory results on dynamic rupture between transparent brittle polymers with
andwithoutpre-existingdamageintheformofarrayofoff-faultcracks.Multiplemodes
and speeds of rupture are generated depending on the contrast of elastic stiffness and
damageacrossthefault.Asymmetricdissipationonthenetworkofpre-existingcracksin
tension and compression can overcome other dynamic effects and arrest the rupture
propagation in one direction. The scaling of laboratory results to natural earthquakes is
discussed using theoretical models for dynamic rupture and damage generation.
LOCKER et al. measure the strength and matrix permeability of core samples from
drillholes that cross the Nojima fault that ruptured during the 1995 M = 7.2 Kobe
earthquake in Japan. They find a simple fault zone structure comprised of a relatively
weak fine-grained core with low permeability that impedes flow normal to the fault,
surroundedbyadamagezoneoffracturedrockthatprovidesahigh-permeabilityconduit
for vertical and horizontal flow inthe fault plane. MOORE et al. examine in a companion
paper the microstructures and alteration features that correspond to the changes of
strength and permeability in these same core samples. The strength decreases regularly
with increased fracturing and fragmentation. The permeability increases with increasing
fracturing until the rock looses cohesion, at which point the permeability decreases by
1–2 orders of magnitude. Alteration in the fragmented rock further decreases the
permeability. NGUYEN and EINAV use a breakage mechanics model to discuss the
evolution of stress-strain curves, grain size distribution and related properties during
confinedcomminutionofrocks.Theresultsshedlightonthepermeabilityevolutionand
energy dissipation associated with cataclasite zones. The theoretical results fit well
observational results of laboratory fracturing experiments with several types of
sandstones. The energy considerations highlight the role of changes to the stored strain
energywithchangesoftheinternalconfigurationsofparticlesinthecataclasticmaterial.
ROCKWELLetal.presentlaboratorycharacterizationsofthechemistryandparticle-size
distributions of pulverized granite at different distances from the San Andreas and
Garlock faults. The results show little weathering other than in the less than 1 micron
Vol.166,2009 Mechanics,StructureandEvolutionofFaultZones 1535
fraction. The particle-size statistics generally follow a pseudo-power law with a
continuously changing exponent. The San Andreas samples have finer grains than those
collected from the Garlock, and the distributions from both faults tend to become finer
with increasing proximity to the fault core. The rock pulverization appears to be
associated with dynamic shattering under locally tensile stress, with a fracturing process
thataccountsforaverysmallfractionoftheearthquakeenergybudget.DORetal.analyze
microstructure properties of damaged rocks in young sedimentary formations near the
San Andreas fault in the Mojave. The rock samples indicate pervasive fracturing over a
zone that is about 100–200 m from the fault. The fracture fabric is characterized by
preferred orientations thatvarywithdistancefromthefault.Theresultsimplyashallow
damage generation process consistent overall with deformation under compression and
perhaps also local dynamic tension very close to the fault.
Beeler discusses theoretically constitutive relations for seismic and aseismic slip on
a fault governed by rate- and state-dependent friction. The study attempts to connect
physical processes with the state of the sliding surface, and to account for strong
weakening at high-slip rates as well as the strength near the brittle-ductile transition
zone. DIETERICH and SMITH simulate stress evolution and seismicity on a rough fault
governed by rate-state friction, which they compare with recent observations of the
spatial distribution of near-fault seismicity. CANDELA et al. provide observational results
on fault roughness with a vertical resolution from 0.5 mm to 20 mm, using LIDAR in
the field and a laser profilimeter in the laboratary for less than 1 micron. They evaluate
different signal processing techniques and use the most reliable to measure the Hurst
scaling parameter of the fault surfaces parallel and perpendicular to the sliding
direction.
HSUetal.useGPSdatarecordedaroundthe timeofthe 1999Chi-Chi earthquakein
Taiwantoderivespatio-temporalvariationsofslipontheChelungpufault.Inagreement
with expectations based on rate-state friction, the results indicate coseismic slip on a
shallow patch that was locked before the earthquake and temperature-induced transition
to localized stable sliding at depth. Azimuthal differences between the pre- and post-
seismic GPS velocities are assumed to reflect very low shear stress on the creeping
de´collement beneath central Taiwan. REGENAUER-LIEB et al. discuss a general thermo-
dynamic framework in which brittle and ductile deformation processes may give rise to
positive feedback resulting in shear instability. In this context, instabilities thought to
produce landslides and icequakes might also be relevant to earthquake nucleation at the
brittle-ductile transition in the crust.
As illustrated by the detailed and diverse results in this volume, fault zones have
complex structure and mechanics that reflect and affect a variety of physiochemical
processes. Many unanswered questions remain about the properties and processes
associated with fault zones, especially concerning the interaction and feedback between
different components of the fault zone structure and dynamics. Additional multi-
disciplinary studies of the type exemplified by the papers in this volume are required to
clarify further the mechanics, structure and evolution of fault zones.
1536 Y.Ben-ZionandC.Sammis Pureappl.geophys.,
Acknowledgements
We thank the authors of the papers for their contributions and the referees for critical
reviews that improved the scientific quality of the volume. The latter include Jean-Paul
Ampuero, Jean-Philippe Avouac, Nick Beeler, Harsha Bhat, Ronald Biegel, Emily
Brodsky,JimDieterich,GiulioDiToro,OryDor,JimEvans,NickHayman,BorisKaus,
YannKlinger,NadiaLapusta,DaveLockner,TomMitchell,MikeOskin,Ruey-JuinRau,
Francois Renard, Tom Rockwell, Jim Savage, Ram Weinberger and Teng-fong Wong.
