Introduction
Складчато-покровных ремни состоят из (или выступами сегментов), где упорные листы в соседних выступами развязаны выемками или поперечных зон 1,2,3. Переход от выступа к выемке, может быть заметно сложным и включает многогранное набор структур, и может содержать критические ключи к складчато-покровных развития ремня. В этой статье мы внимательно рассмотрим Характерная-выемкой соединение, используя комбинацию многомасштабных полевых данных и модели песочнице, для того, чтобы лучше понять, как деформация могут быть размещены в пределах складчато-покровных поясов.
Узел сегмента центральной части штата Юта и поперечной зоне Лемингтон является идеальным природно-лаборатория для изучения выступа-выемкой развязок по нескольким причинам (Рисунок 1). Во- первых, скалы , выступающие в сегменте по- прежнему, непрерывно, в поперечную зону 4. Таким образом, характер деформации можно отслеживать непрерывно, и по сравнению через переход. S econd, горные породы, по существу мономинеральной, поэтому изменение моделей разломов не является результатом неоднородностями внутри подразделений, но вместо того, чтобы отражать общую складывание и толкая в пределах района исследования 4. В- третьих, Elástico-фрикционного механизмы, такие как поток катакластического, помощь деформации по всей площади поля, что позволяет прямого сравнения мезомасштабных моделей неисправностей 4. И, наконец, общее направление транспортировки оставалось непрерывным по длине отрезка и поперечной зоны; Таким образом, изменения в сокращении направления не влияют на сохранившиеся образцы деформации 4. Все эти факторы свести к минимуму количество переменных, которые могли повлиять на деформацию вдоль сегмента и поперечной зоны. В результате, мы предполагаем , что сохранившиеся структуры , образованные в основном из - за изменений в базовой геометрии базальной 5.
pload / 54318 / 54318fig1.jpg "/>
Рисунок 1. Пример индекса карты. Севьер-cкладчатые пояс западной части США, показывая основные сегменты, выступами, углублениями и поперечные зоны. Рисунок 2 обозначены коробочной области ( с изменениями от Исматом и Toeneboehn 7). Пожалуйста , нажмите здесь для просмотра большая версия этой фигуры.
Складные и толкая в сегменте центральной части штата Юта и Лемингтон поперечной зоны, имели место на глубине <15 км, то есть в пределах Elástico-фрикционного режима, где деформация произошла в первую очередь обнажения масштаба (<1 м) разломами и катакластического потока 4,6 , Поскольку транспорт и складывание тяги листа имели место в первую очередь Elástico-фрикционного механизмов, мы прогнозируем, что подробный анализ неисправности может обеспечить дальнейшее понимание кинематической истории поперечной зоны и й Лемингтон е, лежащий в основе геометрии фундамента. Для того чтобы проверить эту гипотезу, мы собрали и проанализировали образцы неисправностей сохранившиеся в горных породах в пределах северной части сегмента центральной части штата Юта и по всей поперечной зоне Лемингтон (рисунок 2).
Рисунок 2. Пример макромасштабном топографической карты. Расщеплёнными рельеф топограммои коробочной области на рисунке 1. В 4 -х регионов отделены друг от друга сплошными белыми линиями. Постельные принадлежности контакты между Протерозойский Caddy Каньон кварцита (PCC), Протерозойский Взаимная кварцит (ИКМ) и кембрия Tintic кварцит (Ct) показаны. Пунктирные линии показывают тенденцию гор в пределах этой области. Места сайта показываются с пронумерованными черными квадратами. Первое аномалий порядка показаны с твердыми серыми линиями ( с изменениями от Исматом и Toeneboehn 7).ftp_upload / 54318 / 54318fig2large.jpg "целевых =" _blank "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Эксперименты Sandbox были проведены для сравнения, и дополнять, данные ошибки. Модель песочница нажимной блок, с фронтальным и косых пандусов, был использован для оказания помощи нашим анализа структур , сохранившихся в и вокруг, Лемингтон поперечной зоны (рисунок 3) 7. Цели такого подхода заключаются в четыре раза: 1) определить, является ли МЕЗОМАСШТАБНОМ модели разломов соответствуют, 2) определить, является ли модель песочницы поддерживает и объясняет данные поля, 3) определить, является ли модель изолированной программной среды обеспечивает более подробную информацию о структурах, которые не являются наблюдается в области, и 4) оценить, является ли этот комбинированный метод полевой экспериментальный полезным и легко повторить.
Рисунок 3. Пример нажимной блока мОдел. Фотография пустой модели песочнице. Южная фронтальная рампа (SFR), наклонная рампа (OR), северная рампа фронтальная (НФР), а также четырех регионов (1-4) помечены (модифицированный из Исматом и Toeneboehn 7). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы увидеть увеличенную версию эта фигура.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Сбор данных полей макромасштабное
- Перед проведением полевых работ, использовать аэрофотоснимки / топографические карты , чтобы определить общую тенденцию гор (определенных современного гребня хребта), поперечных зон, разломов и других аномалий на макроуровне (рисунок 2).
- Использование подобного масштаба топографических карт и аэрофотоснимки, так что шаблоны можно непосредственно сравнивать. Используйте 1: 24000 масштаба карты и фотографии.
- Этикетка и выделить макромасштабные особенности на картах (аэро- и / или топографические), которые будут использоваться в полевых условиях. На аэроснимках использовать резкие изменения в листве, чтобы идентифицировать макромасштабное особенности, потому что шаблоны листва отражают основную породу. На топографических картах, использовать резкие изменения в топографии, таких как крутые скалы, длинные узкие долины и быстрые изменения в дренажной системы для выявления макромасштабное особенностей.
- Подкреплять эти шаблоны карт, с нашли макромасштабные особенности вхарактер, в то время как в полевых условиях. Убедитесь в том, что карты полей соответствующим образом скорректированы.
- Разделить область поля вдоль макромасштабными поперечных зон.
2. Сбор мезомасштабного данных полей
- Провести анализ поля в пределах каждой зоны поперечной связанной области.
- Определить масштаб однородности мезомасштабными разломов по всей площади поля. Сделайте это путем измерения обо всех отказах больше, чем на 3 см вдоль трансекте перпендикулярно и параллельно общей структуре макромасштабном. Точка, в которой модели разломов повторяется по разрезу определяет масштаб однородности.
Примечание: 3 см выбрано в качестве минимального отсечкой из-за ошибки меньше, чем 3 см, может быть трудно измерить. - Выберите репрезентативные участки по всей площади поля, используя определенный масштаб однородности.
- Убедитесь в том, что каждый узел содержит ~ 3 взаимно перпендикулярных обнажений породы в пределах шкалы однородности, для того, чтобы количественно оценить трехмерноеГеометрия работы разлома.
- Убедитесь в том, что новые сайты выбираются где модели разломов заметно меняется (рисунок 2).
- Выберите сайты далеко (~ одна единица однородности) от основных постельных контактов, для того, чтобы избежать локальных укорочение и удлинение направления, которые могут быть сделаны надпечатки ошибки, произведенные из общего направления сокращения.
- Использование сетки , чтобы отслеживать все ошибки во время сбора данных 4.
- Убедитесь в том, что размер сетки в масштабе однородности мезомасштабными разломов. Например, если недостатки являются однородными в масштабе кубический метр, используйте квадратную сетку метр.
- Построить сетку в виде разборного деревянного квадрата - это облегчает транспортировку в полевых условиях.
- Используйте 4 равные части 1 в широких полосок древесины. Любой тип древесины твердых пород рекомендуется, поскольку он является наиболее прочным для полевых работ.
- Дрель 1/4 "отверстия близко к концам (~ ½ & # 34; от концов) из древесных полос. Собрать с четырьмя 2 1/4 "длиной, 3/16" винтов размера на каждом углу. Используйте стальные крыльчатые гайки для простой просадочности.
- Разделите сетку одинаково со строкой - это помогает отслеживать различные ошибки на каждом участке. Сверление, на одинаковом расстоянии, вдоль периметра, резьбы и галстуком строки сетках "через отверстия. Например, для квадратной сетки метр, разделить сетку на 10 см квадратов со строками , соединенных с противоположными концами сетки (рисунок 4).
Рисунок 4. Пример мезомасштабном обнажении. Постельные принадлежности выделяется с белыми пунктирными линиями. Конкретные наборы неисправностей, рассмотренные в статье, выделены с тонкими, твердыми белыми линиями. м 2 сетки показан (модифицированный из Исматом и Toeneboehn 7).d / 54318 / 54318fig4large.jpg "целевых =" _blank "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
- Сделайте подробные эскизы множеств разломов в пределах каждой сетки.
- На основе сетки эскизов и сквозными отношений разломов, определяют младших наборов неисправностей на каждом участке 4.
- Сделайте это путем определения смещения моделей разломов на каждом участке. Младшие ошибки надпечатка и устранялись старые ошибки.
- На каждом участке исследования, записать ориентацию, интервал, длина, толщина и морфологические характеристики (например, исцелял, вены заполнены, открытые, сморозил заполнены) для каждого из самых маленьких разломов в пределах каждой сетки.
- Разделите сайты среди литологических единиц (см рисунок 2).
3. Сбор данных Microscale
- Сбор ориентированных образцов горных пород на каждом участке для анализа шлифа.
- Убедитесь, что образец горной породы является достаточно большим, чтобыНарезать три взаимно перпендикулярных стандартный размер (26 мм х 46 мм) шлифа чипы (то есть, чуть больше , чем взрослый кулак).
- Вырезать шлифа чипы (с использованием стандартного рок-SAW), сравнимые с сетки ориентации с каждого сайта, так что микромасштабная и мезомасштабных моделей можно непосредственно сравнивать.
- Подготовьте стандартную толщину (0,03 мм) тонкие сечения 8.
- Анализ тонких сечений с использованием стандартного оптического микроскопа с прикрепленной камерой, для принятия микрофотографии.
- Для каждого шлифа, записывать морфологические характеристики, такие как количество железа-оксид, а также вариации и среднего размера зерна с использованием Стереологический методами, т.е. анализа Спектор Chord (таблица 1) 9.
- Сделайте это путем измерения ширины и / или количества выбранных морфологических характеристик по 4-6 случайным образом ориентированных разрезах через каждую шлифа 4,9. Из всех разрезах, вычислитьсредний (таблица 1).
| Ед. изм | Толщина Кровать (м) | Постельные принадлежности ткани | Размер зерна (м) | X / Z Фрай штамм (Средняя Rf) | X / Y Фрай штамм (Средняя Rf) | Сумма обрастания | Количество оксида железа | Количество примесей | Другие характеристики |
| Коннектикут | 1000 | Видный, толстые и тонкие Обязательные для заполнения поля | Ave: 1,59 х 10 -4 (Диапазон: 3,6 х 10 -6 до 3,31 · 10 -4) | 1,15 | 1.12 | умеренный, полу-связным на небольших участках | умеренные, полу соединенных небольшими участками | умеренный, полу-связное кальцит небольшими участками | Ридж бывший, от белого до серовато-розовый, загар выдерживает красновато-коричневого |
| ИКМ | 570-750 | Выдающийся, хорошо развитый сортовой и кросс-постельные принадлежности | Ave: 1,48 х 10 -4 (Диапазон: 1,15 х 10 -4 до 2 х 10 -4) | 1,22 | 1,19 | крупных и хорошо связан | умеренные и хорошо связаны | незначительные кальцит и слабо связаны | Массивные обнажения, пурпурно-красно-коричневый, фиолетовый-выдерживает черный |
Таблица 1. Пример микромасштабной морфологии. Описание Протерозойский Mutual (ИКМ) и эокембрий Tintic (Ct) кварцитов единиц. Штамм X / Z Фрай измеряется в вертикальном сечении, параллельном плоскости транспортировки, в то время как X / Y Фрай Штамм меняasured в вертикальном сечении , перпендикулярном к плоскости транспортировки (модифицированный из Исматом и Toeneboehn 7). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы просмотреть / загрузить эту таблицу в формате Microsoft Excel.
- Измерьте напряжение , используя нормализованное Fry анализа 10,11. Убедитесь, что деформация измеряется от трех взаимно перпендикулярных тонких сечений, чтобы определить трехмерную деформацию на каждом участке.
- Сделайте это, беря микрофотография каждого тонкого сечения. Убедитесь в том, что микрофотографии содержат , по меньшей мере , 50 зерен с твердыми границами зерен, т.е. не границ суб-зерна.
- Определить контуры зерен, чтобы измерить напряжение Фрай. Определить контуры либо вручную, путем отслеживания контуров из печатного микрофотографии на кальку или в цифровом виде , путем загрузки микрофотографии в программу программного обеспечения для анализа изображений (например, Imвозраст Pro Plus), которая автоматически определяет границы зерен.
- Загрузите изображение границ зерен в нормализованной Fry Штамм программы 12.
4. Plotting Мезомасштабная данных неисправностей
- Анализ данных о неисправностях на равных площадей сетей. Например, используйте Stereonet (бесплатный из RW Allmendinger).
- Участок полюсов множеств Fault "на равных площадей сетей , а затем контур эти полюса с использованием 1% площади контуров (рисунок 5).
- Определить наиболее распространенные наборы неисправностей из этих полюсов концентраций. Участок эти вина устанавливает как большие-круги (рисунок 5).
Рисунок 5. Примеры равных площадей участков равных площадей участков множеств разломов из двух участков -. Сайт 41 из области 2 и на сайте 5 из области 1. устанавливает неисправности , рlotted в Оконтуренная полюсов (1% площади контуров). Средние наборы неисправности определяются из полюсных концентраций и наносили на график в виде больших кругов. Максимальные направления сокращения, определяемые из сопряженных-сопряженных множеств разломов, изображены в виде черных точек. Fault-полюсный контуры окрашены в соответствии с процентным вкладом на каждом участке. Концентрации полюсов, которые вносят вклад в> 20% окрашены в красный цвет, между 15-19% окрашены в оранжевый цвет, 10-14% желтые, 5-9% зеленый и <5% окрашены в синий цвет. Красный критиканства полюса контуры обозначены как LPS (слой-параллельно укорочения), LE (расширение конечности) и HE (шарнир-расширение) ( с изменениями от Исматом и Toeneboehn 7). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
- Определение множества неисправностей сопряжены, т пар большого круга с двугранных углов , которые варьируются от 40º до 75º (рис 5) 13
- Определить острый биссектрису сопряженных-сопряженных множеств ошибки - это находит максимальное направление укорочение (рисунок 5) 4,14,15.
- Далее подразделить равновеликая чистых концентраций вина полюсные, в зависимости от их процентного вклада для каждого сайта. Сделайте это цветовое кодирование полюсные концентрации, для более удобного визуального анализа. Например, концентрация изюминкой полюса, которые способствуют> 20% от общих полюсов для этого сайта красного. Цвет те , которые способствуют между 15-19% оранжевый, желтый 10-14%, 5-9% и зеленый <5% синий (рисунок 5, таблица 2).
| сайт | Постельные принадлежности | укорачивание | Самая высокая вина-полюсный | Наборы неисправностей (ы) |
| (погружение, направление погружения) | направления (ы) | концентрация (ы) | (погружение, направление погружения) | |
| (лягушатник, тенденция) | (лягушатник, тенденция) | |||
| 41 | 83, 268 | 79, 115 | 22, 064 | 68, 244 |
| 60, 345 | 30, 265 | |||
| 73, 276 | 17, 096 | |||
| 5 | 63, 265 | 67, 130 | 08, 343 | 82, 263 |
| 36, 247 | 54, 067 |
. Таблица 2. Пример мезомасштабных данных ошибки График, показывающий только 2 из 24 сайтов, документирование следующее: beddinг ориентации, укорачивая направление (s), ориентация наибольшей концентрации полюсов вина (ов) и их соответствующий набор (ы) неисправности (модифицированный из Исматом и Toeneboehn 7).
- Этикетка полюса концентрации в соответствии с различными типами неисправностей (например, расширения шарнирная) (рисунок 5).
- Добавьте различные типы неисправностей на мезомасштабных фотографий, для более удобного визуального анализа (рисунок 4).
- Graph различные типы неисправностей, для более удобного визуального анализа (рисунок 6). Сделайте это путем построения графика данные ошибки вдоль и поперек общей структуре макромасштабном.
Рисунок 6. Пример график , показывающий распределение популяций разломов. График , показывающий процент и тип максимальных наборов неисправностей (выделено красным цветом на рисунке 5) Для каждого сайта. Просто сайты в кварцита Ct показаны здесь (модифицированный из Исматом и Toeneboehn 7). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
5. Строительство Push-блок песочнице модели
- Используйте ¾ дюйма МДФ (средней плотности ДВП) , чтобы уменьшить потенциальные гетерогенность поверхности , возникающие из древесных волокон, крупно строганых поверхностей или других дефектов из древесины (рисунок 3).
- Нанесите основной лак отделочный для уплотнения поверхностей доски MDF и предотвращения эпоксидной смолы ( как описано ниже) от пронизывающей поверхностей от модели (рисунок 3).
- Масштаб и сориентировать модель песочнице площади поля. Например, в данном исследовании, модель длина коробки, чтобы представить ЭВ линию тренда, и смоделировать ширину блока, чтобы представлять линию тренда NS. Масштаб модели песочнице, где 4 см является фасаль до 1 км (рис 3).
- Построить коробку больше, чем площадь исследуемого поля для того, чтобы избежать возможных граничных условий и / или краевые эффекты от модели.
- Не построить обратного хода, с тем чтобы песок пройти без нереальных границы (рисунок 3).
- Построить кнопочный блок, эквивалентный ширине песочнице. Это предотвратит песок от прохождения через стороны нажимной блока.
- Используйте ¾ дюйма MDF для толкающего блока.
- Прикрепите кнопочный блок к кривошипным приводом с резьбой металлического стержня (рис 7).
- Используйте 4-6 дюймов диаметром круглую рукоятку с ручкой - круговой кривошипно создает меньшую нагрузку на запястья и кисти рук Дежурный в.
- Используйте оцинкованный резьбовой стержень (предпочтительно Acme резьбовую), который является, по меньшей мере ¾ дюйма в диаметре. Если полоса слишком тонкая, она не может быть в состоянии выдержать вес песка.
- Убедитесь в том, что тон длина резьбовую штангу простирается от начала песочнице до конца рампы.
Рисунок 7. Пример песочница диаграмма модели. Диаграммы для модели песочнице, проиллюстрированные в плане и вид в поперечном сечении. Южная фронтальная рампа (SFR), наклонная рампа (OR) и северная фронтальная рамп (NFR) помечено. Тонкие стрелки нарисованные над пандусами иллюстрируют потенциальное направление движения песка. Смотрите рисунок 3 для фотографии пустой модели песочнице (модифицированный из Исматом и Toeneboehn 7). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
- Дрель удлиненное отверстие, с вертикальной длинной оси, в центре frontstop. Эта удлиненная форма позволит кнопочный блок (влями , укрепленными резьбовой бар) для перемещения вверх и над пандусами, в случае необходимости (рисунок 8).
- Убедитесь, что длина продольного паза равна высоте самой высокой пандуса.
- Закрепите удлиненное отверстие с металлическим каркасом. Прикрепите металлический корпус к frontstop с гайками и болтами (Рисунок 8).
- Пропустите стержень через шаг согласования и диаметра гайки , установленной на frontstop (рисунок 8).
Рисунок 8. Пример резьбового соединения бар. Крупным планом вид резьбового бара и соответствующие гайки крепится к frontstop. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
- Построить наклонную рампу, связанный с обеих сторон фронтальными пандусов.Построить пандусы из сосны с клееного шпунта суставов на верхних поверхностях и потайных застежек вдоль основания.
- Нарезать пандусы при сравнимых ориентации к тому, что прогнозируется в этой области.
- Расширить расстояние между различными пандусов, по сравнению с тем, что наблюдается в области, так что структуры, которые формируются в песке более заметны.
- Песок поверхности с мелкой зернистости наждачной бумагой для удаления поверхностных гетерогенность и применить полиуретановое покрытие для защиты мягкой древесины.
- Накройте пандусы и основание песочнице с художниками ленты, чтобы защитить древесину от эпоксидной смолы между испытаниями. Убедитесь в том, что лента является гладкой и свободной от гребней или закрылков.
6. Запуск Push-блок Песочница модель
- Используйте типичный плей-песок. Этот тип песка является относительно однородным, со средним размером зерна 0,5 мм.
- Краситель и сухой половина песка.
- Заполните 5 галлонов ведро четверть п Улла с плей-песком и добавить черную окраску пищи при перемешивании до получения однородной темно-зеленого цвета не достигается. Используйте столько краски, сколько необходимо, чтобы сделать цвет окрашенного песка отчетливо отличительные от неокрашенного песка.
- Разрешить песок высохнуть при комнатной температуре, которая может занять несколько дней, или в духовке (до 500 ° С), что может занять всего несколько часов. Не ставьте горячий песок в песочнице. Убедитесь, что песок охладилась до комнатной температуры перед использованием.
- Положите песок в чередующихся слоев цветного и неокрашенного (TAN) песок. Проверьте различные толщины уплотненного песка. В этой установки, чистейшие и наиболее воспроизводимые результаты были получены с толщиной 3,5 упаковку песка см, с чередующимися цветными и рыжевато - коричневые слои толщиной 0,6 см (рисунок 7).
- Аккуратно нажмите пластиковую сетку, состоящую из 0,5 в 2 -х (1,3 см 2) квадратов на верхней части недеформированной песка для производства сетки отступы (рисунок 9).
Рисунок 9. Пример недеформированной песка в песочнице модели. Частичный план-вид недеформированной песка в песочнице модели. Примечание сетки отступы и квадратного сечения штырей. Южная фронтальная рампа (SFR), наклонная рампа (OR), северная рампа фронтальная (НФР), а также четырех регионов (1-4) помечены (модифицированный из Исматом и Toeneboehn 7). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы увидеть увеличенную версию эта фигура.
- Вставьте штифты квадратного сечения 2 дюйма (~ 5 см) друг от друга по всему недеформированной песка (рисунок 9).
- Нажмите на песок с кривошипно приводом кнопочного блока. В этом настройки, переместите песок 60 см, т.е. 60 см сокращения (рисунок 10).
- Переместить кнопочный блок достаточно медленно, так что изменения в песке можно тщательно документироватьредактор Скорость , при которой нажимной блок перемещается (то есть, скорость деформации) не влияет на результаты.
- Отслеживание деформации путем наблюдения изменения формы квадратов (рисунок 10).
- Отслеживание количества транспорта и вертикального вращения, наблюдая движение штифтов (рисунок 10).
- Документ все эти изменения с камеры, установленной вблизи песочницу, так что вся песочница находится в пределах области изображения. Убедитесь в том, чтобы взять еще фотографии кадров, а также видео.
Рисунок 10. Пример деформированных слоев песка. План-вид конечного результата деформации от модели песочнице. Выберите поперечные штыри, меченные синими точками показывая правосторонним смещением. Сложенные поперечные штифты выделены с желтыми линиями. надвигов выделены с тонким, бласк линии. Четыре области (1-4) помечено (модифицированный из Исматом и Toeneboehn 7). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
- Эксперимент с различным количеством песка и общего укорочения.
- Повторяйте , пока удовлетворены, то есть, пока структуры , образованные в песочнице не имитировать сохранившимся в природе, в сопоставимых количествах укорочение.
7. Сбор образцов из песочницы
- Удалить все поперечные штифты из песка, как только результаты песочница имитировать сохранившимся в природе.
- Сбор образцов из песочницы путем разделения и epoxying частей деформированной песка (рисунок 11).
- Сделайте это путем строительства двух предварительно вырезанные из листового металла разделители для изоляции частей деформированной песка (рисунок 9).
- Убедитесь в том, что нижний крайделителя разрезают, чтобы она соответствовала углу пандуса.
- Для защиты от делителей эпоксидной смолы между испытаниями, накройте разделители с художниками ленты (рисунок 11).
- Убедитесь, что разделители распространяются на и вне рампы. В данном исследовании используются прямоугольные делители , которые измеренные длиной 45 см и шириной 9 см (рисунок 11).
- Убедитесь в том, что делители выше самой толстой части деформированной упаковку песка (рисунок 11).
- Убедитесь, что один конец делителя замкнут, для того, чтобы контролировать поток эпоксидной смолы. Не закрывайте другой конец делителя, чтобы свести к минимуму возможные помехи для упаковку песка (рисунок 11).
Рисунок 11. Пример металлических разделителей. План-вид, показывающий 2 металлические разделители, один через лобовую рампе и нае через наклонного пандуса, в деформированном песке. Металлический разделитель вдоль наклонной рампы заполнен эпоксидной смолой. Обратите внимание , рулетка для шкалы (измененная от Исматом и Toeneboehn 7). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
- Steady разделители с металлическими решетками (рисунок 11).
- Сделайте это путем закрепления разделителей с ¼ дюйма х 4 дюйма машины винты через предварительно просверленные отверстия по направлению к верхней части разделителей. Оболочка винты с 3/8 дюймовой алюминиевой трубки диаметром между сторонами делителя в. В данном исследовании используют две металлические решетки для каждого делителя (рисунок 11).
- Поместите один делитель на наклонной рампы, а второй на лобно-косой рампы перехода (рисунок 11).
- Налейте подогретой эпоксидную смолу в верхней части участков песка, выделенных металлическими перегородками (Рисунок 11).
- Продолжайте наливать эпоксидную смолу до тех пор, пока больше не поглощаются песком. Это гарантирует, что песок полностью насыщен.
- Протяните эпоксидной смолой областей из металлических перегородок, после того, как эпоксидная смола высохнет. Сделайте это, потянув разделители из с металлическими решетками.
- Используя рок пилы, вырезать эпоксидной смолой участки перпендикулярно и параллельно простиранию пандусов.
- Выделите постельное белье, складки и разломы с постоянным маркером на образцах эпоксидной смолой (рисунок 12).
Рисунок 12. Примеры эпоксидной смолой образцов из песочницы модели. Эпоксидной смолой образцов из (а) северной фронтальной рампы и (б) косой рампы в рамках модели песочнице. Показанные образцы разрезают перпендикулярно к тенденции пандусы. Слои выделяются тонкой белой линией,s. Сплошные белые линии обозначают взбросы, пунктирные белые линии отмечают недостатки сдвиговые (модифицированный из Исматом и Toeneboehn 7). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
- Сравните образцы песочнице полевых данных.
- Сравнение образцов с поперечным сечением от области. Убедитесь, что образцы и поперечные сечения имеют сходные ориентации.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Аэрофотоснимки были использованы подразделить площадь поля на четыре области (1-4), основанные на тенденции современного горного гребня хребта (рисунок 2). Многомасштабном данных об отказах сравнивается между этими четырьмя регионами. Если предположить, что эти изменения тенденции отражают основную геометрию подвал, наклонный пандус расположен внутри регионов 2 и 3, где горы тенденция наклонная к Sevier-складчатых пояса. На протяжении четырех регионов, мы обнаружили , что МЕЗОМАСШТАБНОМ дефекты сохраняют деформацию ткани, которая пробивной и однородна на мезомасштабе (т.е. кубический метр породы) и являются репрезентативными областей размером более кубических метров участков (рисунок 4) 4,16. Кроме того, микромасштабные вариации, представленные в таблице 1, не отражены в коллективном характере моделей разломов. Так, МЕЗОМАСШТАБНОМ наборы неисправности можно сравнивать непосредственно во всех четырех регионах (
Как и предыдущие модели, на основе моделирования методом конечных элементов (МКЭ) мы предположили , что наклонная рампа непрерывно 17. Резкий разрыв в постельных и разломов моделей по всей границе между областями 2 и 3 можно объяснить дифференциальным движением по непрерывной наклонной рампы. С другой стороны, разрыв в постельных и разломов моделей по регионам 2 и 3 могут отражать перерыв в основной подвале. Здесь мы сравним наши полевые данные результатов песочнице модели, чтобы проверить эти две гипотезы. Мы обнаружили, что перерыв в вышележащие тяги шит образуется даже при том, что не было никакого перерыва в подвале (рисунок 10). Интересно отметить, что расположение и ориентация разрыва сравнима с положением и ориентацией границе между областями 2 и 3 на макроуровне картах. Таким образом, разрыв наблюдается в упорную листе вышележащих может быть просто сформирован с помощью сложного взаимодействия на восток движущейся тяги листа над наклонной рампы. Другими словами, деформация сохранились в упорных листов не может непосредственно отражать основную геометрию фундамента. Таким образом, этот песочница эксперимент успешно размножается, и, возможно, объясняет, шаблоны неисправностей сохранились в полевых условиях.
В образцах эпоксидной смолой песочница анализировали из модели песочнице наблюдать внутреннюю структуру деформированной песка, и сравнить эти структуры против полевых наблюдений. Были проанализированы два репрезентативные выборки - выборка из фронтальных и наклонных пандусов (Рисунок 12). В общем, взбросы и складками сохранились в образцах эпоксидной смолой с фронтальной рампы размещения транспорта на восток, и те из наклонного пандуса размещения транспорта на юго-восток. В разломам во всех образцах размещения правостороннего движения. Эта кинематическая запись вдоль фронтальной и наклонных пандусов поддерживает предыдущие модели 17-19, а также МЕЗОМАСШТАБНОМ данные о неисправностях. Эти образцы для рук новый способ проанализировать внутренние структуры, которые не могут быть доступны в этой области.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Сегмент центральной части штата Юта в Sevier-складчатых пояса, и его северная граница, поперечная зона Лемингтон служит идеальной природной лабораторией для изучения выступа-выемкой развязок (рисунок 1). Вдоль этого перехода, направление транспортировки остается постоянным , а упорные листы бесперебойно через переход, так что единственной переменной является основной геометрии фундамента 5.
Здесь мы представляем метод для анализа этого типа выступа-выемкой перехода путем объединения данных о неисправностях многомасштабных, собранные в поле с моделью песочнице нажимной блок, который повторяет крупномасштабную геометрию площади поля. Песочница модельный эксперимент представляет собой более длительный период времени, чем деформации мезомасштабных множеств разломов - мы предполагаем, что младшие наборы неисправностей размещены наблюдаемую геометрию сгиба. Таким образом, модель песочница, в сочетании с наборами неисправностей, могут быть использованы для отслеживания деформации тяги листа и детеrmine детали, лежащей в основе геометрии фундамента.
Для того, чтобы этот комбинированный подход, чтобы быть успешным, следующие важные шаги необходимо предпринять в эксперименте поля и песочницы. Для части поля, очень важно, чтобы определить масштаб однородности неисправностей - наборов неисправностей, которые не сохраняются в эквивалентных масштабах нельзя непосредственно сравнивать. Кроме того, значительная часть населения неисправностей (≥ 30 комплектов неисправностей) должны быть измерены, чтобы обеспечить статистически достоверные наборы данных 9. Кроме того, дефекты должны быть измерены от неоднородностями, таких как постельные принадлежности контактов, для того, чтобы избежать локальных вариаций деформации. Даже микромасштабные вариации, такие как примеси, диапазон размера зерна и большого количества штамма (Fry> 1,8) может влиять на развитие мезомасштабную трещины путем создания плоскостей слоение и других гетерогенность. Для экспериментальной части, модель песочница должна имитировать геометрию поля настолько близко, насколько это возможно. Это рекоменDed, что коробка будет построен в большем объеме, чем площадь поля, чтобы избежать края эффекта осложнений. Макромасштабном Регионы также были увеличены, по той же причине. Важно , чтобы размер зерен песка мимике кулоновское поведение 20 - средний размер зерен ~ 0,5 мм рекомендуется 21. Наконец, после того , как эксперимент был запущен, очень важно , что крупномасштабные разломы и складки формы в одних и тех же направлений и порядка (например, вперед поломка, назад поломка и т.д.), наблюдаемых в полевых условиях . В противном случае, структуры, образованные в модели не могут быть сопоставлены с данными полевых, даже если они выглядят одинаково.
Результаты этого исследования сопоставимы, а также поддержка, предыдущая работа , проводимая в этой области на основе метода конечных элементов 17,22, и обеспечивает больше деталей к кинематической истории. Это говорит о том, что подробные данные о неисправностях, измеренные в тех областях, которые деформированы Elástico-фрикционного механизмов, можно бе используется для разработки более детальных кинематических моделей, чем некоторые модели компьютеров. Несмотря на то, сбора данных об отказах и анализ является трудоемким и занимает много времени, этот метод может быть более доступным, чем компьютерной и аналогового моделирования, и является менее дорогостоящим. Переломы и разломы часто забывают 23 - многие геологи просмотра верхней деформации земной коры , как незначительные и пустоты узоров. Тем не менее, большая часть земной коры - верхняя ~ 15 км - деформирует разломами и другие механизмы Elástico-фрикционного. Эта работа показывает, что значительное количество геологической истории хранится в верхней коре и легко доступны для анализа.
Показано, что даже в самых простых случаях, например, рассматриваемых здесь, структуры, сохранившиеся в верхней части земной коры, не обязательно имитировать лежащую в основе геометрии фундамента. Подробный анализ неисправностей может выявить тонкости, которые не могут быть выявлены с картой шаблонов, стандартных исследований сопряженная неисправностей и / или компьютера мodels, такие как FEM. Использование модели изолированной программной среды может помочь объяснить, почему некоторые из этих тонких узоров существуют. Этот метод, представленный здесь проста, надежна и легко повторить. Это потенциально может изменить то, как многие геологи воспринимают роль разломов и катакластического потока, и что они могут сказать нам. Этот метод может быть использован повторно изучить и раскрыть больше деталей кинематических, из недоразведанные областей на местах, и могут быть легко изменены, чтобы приспособить другие, чем-складчатых поясов геологических параметров. Такой подход имеет далеко идущие последствия с точки зрения отслеживания разрушения под контролем потока жидкости в верхней части земной коры, а также как-cкладчатые ремни сохраняют критическое сужение на выступ-углубленных контактов.
Основной недостаток этого подхода заключается в том, что моделирование песочница может быть не в состоянии воспроизвести сложную геологическую историю. Например, в тех случаях, когда существуют различные направления укорочение, сроки и направление событий должны быть тщательно отслеживаются в поле, а затем реплицируютсяс различными кнопочных блоков в модели песочнице. Тем не менее, песок, вероятно, не сохраняют эти различные направления сокращения, потому что песок будет течь и постельные принадлежности слои не будут поддерживаться. Эта проблема может быть решена путем добавления масла или вазелина на песок, чтобы сделать песок более сплоченной. Но, тогда песок не будет вести себя как материал Кулона и, таким образом, не может моделировать деформации в верхней части земной коры. Необходима дальнейшая работа по распутать более сложные природные системы, такие как ситуации, когда геометрия фундамента не единственная переменная.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| fiberboard | Any | NA | |
| finishing lacquer | Any | NA | |
| epoxy | Epoxy technology | Parts A and B: 301-2 2LB | Best if warmed to 80º - 125º. If warming is not possible, it will cure fine, it will just take 1 week, rather than 1 day. |
| ramp wood-pine | Any | NA | |
| painters tape | Any | NA | |
| rabbit joints | Any | NA | |
| countersunk fasteners | Any | NA | |
| sand paper | Any | NA | |
| play sand | Any | NA | best if homogenous grain size, ~0.5 mm |
| food coloring | Any | NA | best to use one color and a dark color |
| plastic mesh/grid | Any | NA | |
| square cross oins | Any | NA | |
| crank screw | Any | NA | |
| crank handle | Any | NA | |
| sheet metal | Any | NA | |
| dividers bars | Any | NA |
References
- Marshak, S., Wilkerson, M. S., Hsui, H. T. Generation of curved fold-thrust belts: Insights from simple physical and analytical. modelsThrust Tectonics. KR, M. cC. lay , Chapman and Hall. 83-92 (1992).
- Mitra, G. Evolution of salients in a fold-and-thrust belt: the effects of sedimentary basin geometry, strain distribution and critical taper. Evolution of Geological Structures in Micro- to Macro-scales. S, S. engupta , Chapman and Hall. 59-90 (1997).
- Weil, A., Sussman, A. Classifying curved orogens based on timing relationships between structural development and vertical axis rotations. Orogenic curvature Geol. Soc. of Am. Special Paper. A, S. ussman, A, W. eil 383, 205-223 (2004).
- Ismat, Z., Mitra, G. Folding by cataclastic flow at shallow crustal levels in the Canyon Range, Sevier orogenic belt, west-Central Utah. J. of Struct. Geol. 23 (2-3), 355-378 (2001).
- Tull, J., Holm, C. Structural evolution of a major Appalachian salient-recess junction: Consequences of oblique collisional convergence across a continental margin transform fault. Geol. Soc. of Am. Bull. 117 (3), 482-499 (2005).
- Ismat, Z. Block supported cataclastic flow within the upper crust. J. of Struct. Geol. 56, 118-128 (2013).
- Ismat, Z., Toeneboehn, K. Deformation along a salient-transverse zone junction: An example from the Leamington transverse zone,Utah, Sevier fold-thrust belt (USA). J. of Struct. Geol. 75, 60-79 (2015).
- Reed, F. S., Mergner, J. L.
- Underwood, E. E. Quantitative Stereology. , Addison-Wesley Publishing Company. (1970).
- Fry, N. Random point distribution and strain measurement in rock. Tectonophys. 60 (1), 89-105 (1979).
- McNaught, M. A. Estimating uncertainty in normalized Fry plots using a bootstrap approach. J. of Struct. Geol. 24 (2), 311-322 (2002).
- De Paor, D. G. An Interactive Program for Doing Fry Strain Analysis on the Macintosh Microcomputer. J. of Geol. Ed. 37 (3), 171-180 (1989).
- Ismat, Z. Folding kinematics expressed in fracture patterns: An example from the Anti-Atlas fold-belt, Morocco. J. of Struct. Geol. 30 (11), 1396-1404 (2008).
- Reches, Z. Faulting of rocks in three-dimensional strain fields: II. Theoretical analysis. Tectonophys. 95 (1-2), 133-156 (1983).
- Reches, Z., Dieterich, J. H. Faulting of rocks in three dimensional strain fields: 1. Failure of rocks in polyaxial, servo-control experiments. Tectonophys. 95 (1-2), 111-132 (1983).
- Ismat, Z. Evolution of fracture porosity and permeability during folding by cataclastic flow: Implications for syntectonic fluid flow. Rocky Mount. Geol. 47 (2), 133-155 (2012).
- Kwon, S., Mitra, G. Three-dimensional kinematic history at an oblique ramp, Leamington zone, Sevier belt, Utah. J. of Struct. Geol. 28 (3), 474-493 (2006).
- Casas, A. M., Simon, J. L., Seron, F. J. Stress deflection in a tectonic compressional field: A model for the northeastern Iberian chain, Spain. J. of Geophys. Res. 97, 7183-7192 (1992).
- Apotria, T. G. Thrust sheet rotation and out-of-plane strains associated with oblique ramps: An example. J. of Struct. Geol. 17 (5), 647-662 (1995).
- Hubbert, M. K. Theory of Scale Models as Applied to the Study of Geological Structures. Geol. Soc. of Am. Bull. 48 (10), 1459-1520 (1937).
- Schöpfen, M. P. J., Steyrer, H. P. Experimental modeling of strike-slip faults and the self-similar behavior. Tectonic Modeling: A volume in honor of Hans Ramberg Geol. Soc. of Am. Mem. Koyi, H. A., Mancktelow, N. 193, 21-27 (2001).
- Kwon, S., Mitra, G. Strain distribution, strain history and kinematic evolution associated with the formation of arcuate salients in fold-thrust belts: the example of the Provo salient, Sevier orogeny, Utah. Orogenic curvature Geol. Soc. of Am. Special Paper. Sussman, A., Weil, A. 383, 205-223 (2004).
- Elliott, D.
