Роль химии в развитии закономерностей трещинообразования и возможности для совершенствования интерпретаций геологических материалов

Развитие закономерностей трещинообразования является сложной областью исследований в науках о Земле более 100 лет. Многое было выяснено о пространственной и временной сложности, присущей этим системам, однако остаются серьёзные проблемы. Для будущих достижений потребуются новые подходы. Химические процессы играют более значительную роль в развитии раскрывающихся трещин, чем это до сих пор признавалось. В этом обзоре рассматриваются взаимосвязи между механическими и геохимическими процессами, влияющими на закономерности трещинообразования, зафиксированные в природных условиях. Для трещин, образовавшихся в диагенетических условиях (~50–200 °C), мы рассматриваем доказательства химических реакций в трещинах и показываем, как химическая перспектива помогает решать задачи анализа трещинообразования. Мы также описываем препятствия для измерения и интерпретации закономерностей в подсреде, оцениваем последствия открытий в реконструкции истории трещин для процессно-ориентированных моделей, рассматриваем модели цементации трещин и химически обусловленного роста трещин и обсуждаем перспективные направления дальнейшей работы. Для точного прогнозирования механических свойств и свойств потокопроводности систем трещин необходим процессно-ориентированный подход. Прогресс возможен при использовании наблюдательных, экспериментальных и модельных подходов, рассматривающих закономерности и свойства трещин как результат связанных механических и химических процессов. Критически важной областью является реконструкция закономерностей во времени; такие наборы данных необходимы для разработки и проверки предсказательных моделей. Другие темы, требующие доработки, включают модели скоростей роста и растворения кристаллов в геологических условиях, механические эффекты цемента и субкритическое распространение трещин. Достижения в области машинного обучения и 3D‑визуализации открывают возможности для механистического понимания образования и развития трещин, позволяя прогнозировать пространственную и временную сложность в геологических масштабах времени. Геофизические исследования с учётом химической перспективы необходимы для правильного выявления и интерпретации трещин по геофизическим измерениям при характеристике участков и мониторинге подповерхностных инженерных работ.