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方法文章

通过野外数据与类比砂箱模拟相结合的方法探究突出-凹进交界处的运动学历史

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DOI:

10.3791/54318

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2016年8月5日

 , 

* These authors contributed equally

本文内容

摘要

褶皱-逆冲带的运动学演化历史通常基于对突出部内高级变质岩的详细研究。我们通过研究突出部-凹入部交界区域,提出了一种理解褶皱-逆冲带的新方法。我们采用详细的断层分析与实验性砂箱模拟相结合的方法,对常被忽视的上地壳岩石进行分析。

摘要

在褶皱冲断带中,突出带与凹入带之间的交接区域可能保存着揭示整体运动学历史的关键线索。这些交接区域的变形历史在冲断层从突出带延伸至相邻凹入带的地区保存得最为完好。本研究以美国西部的塞维尔褶皱冲断带(Sevier fold-thrust belt)中犹他州北部的利明顿横向构造带(Leamington transverse zone)为例,考察这样一个交接区域。该区域的变形主要通过断层作用和碎裂流(cataclastic flow)实现。本文介绍了一种研究此类断层模式的实验方案,以更深入地理解该地区构造演化的运动学历史。断层数据辅以类比砂箱实验进行补充。研究表明,详细来看,上覆冲断层内的变形可能并不直接反映下伏基底构造的形态。我们证明,这种野外与实验相结合的研究方法简便易行、易于获取,相较于计算机模拟等成本更高的方法,能够提供更详细的地壳变形信息。此外,砂箱模型还有助于解释这些构造细节形成的原因和机制。该方法可广泛应用于上地壳岩石保存良好的各类褶皱冲断带,也可根据需要调整用于研究通过弹性-摩擦机制发生变形的上地壳其他区域。最后,这种综合方法有助于进一步揭示褶皱冲断带如何维持临界锥形(critical-taper)状态,并为自然资源勘探提供潜在目标区的依据。

引言

褶皱冲断带由突出段(或称段落)组成,相邻突出段中的冲断层在后缩区或横向带处发生解耦1,2,3。从突出段向后缩区的过渡可能极为复杂,涉及多种构造组合,可能为理解褶皱冲断带的演化提供关键线索。本文通过多尺度野外数据与砂箱模型相结合的方法,系统研究了一个突出段-后缩区交界部位,以深入理解褶皱冲断带内变形的调节机制。

犹他州中部段与利明顿横断带的交界处是一个理想的天然实验室,可用于研究突出部-凹陷部交界带,原因如下(图1)。首先,该段出露的岩石连续无间断地延伸进入横断带4,因此变形模式可以被连续追踪,并在交界处进行对比。其次,这些岩石基本上为单矿物组成,因此断层模式的变化并非由岩层内部非均质性所致,而是反映了研究区域整体的褶皱和逆冲作用4。第三,弹性-摩擦机制(如碎裂流)在整个野外区域促进了变形,使得中尺度断层模式可进行直接比较4。最后,整个段落和横断带范围内的总体运移方向保持连续,因此缩短方向的变化并未影响保存下来的变形模式4。上述所有因素共同减少了可能影响该段与横断带变形过程的变量数量。因此,我们推断,所观察到的构造主要是在基底几何形态变化的影响下形成的5。

美国-加拿大地质褶皱逆冲带地图,显示段落和突出部分;构造研究示意图。
图 1. 索引图示例。 美国西部塞维尔褶皱逆冲带,显示主要的突出部、段落、凹陷区及横向构造带。图 2 由方框区域所示(修改自 Ismat 和 Toeneboehn7)。请点击此处查看此图的放大版本。

犹他州中部段和利明顿横向带内的褶皱和逆冲作用发生在一定深度 < 15 km 即,在弹性-摩擦 regime 内,变形主要发生在露头尺度(< 1 m 断层与碎裂流4,6由于推覆体的运移和褶皱主要通过弹性-摩擦机制进行,我们预测,对断层进行详细分析可以进一步揭示利明顿横向区的运动学历史及其下伏基底的几何形态。为了验证这一假设,我们采集并分析了犹他州中部段北部区域以及整个利明顿横向区内岩石中保存的断层模式。图2).

显示区域断层、共轭节理及按地区划分地形的地质图
图2. 宏观尺度地形图示例。 框内区域的晕渲地貌图 图14个区域由实心白线分隔。图中显示了元古宙卡迪峡谷石英岩(PCc)、元古宙互助石英岩(PCm)与寒武纪廷蒂克石英岩(Ct)之间的地层接触关系。虚线表示该区域内山脉的走向。采样点位置以带编号的黑色方块标示。一级线理以实心灰色线条表示(修改自Ismat和Toeneboehn)7). 请点击此处以查看此图的放大版本。

通过开展砂箱实验,与断层数据进行对比并加以补充。采用具有前缘和斜向坡道的推块式砂箱模型,辅助我们分析利明顿横向构造带内部及其周边保存的构造特征(图3)7。该方法的目标包括以下四个方面:1)判断中尺度断层模式是否具有一致性;2)判断砂箱模型是否能够支持并解释野外观测数据;3)判断砂箱模型是否能够提供野外未观察到的构造细节;4)评估这种结合野外与实验的研究方法是否有效且易于重复。

静力平衡示意图;用于分析表面受力的木块装置。
图3. 推块模型示例。 空沙箱模型的照片。图中标注了南部前缘逆冲断层(SFR)、斜向断层(OR)、北部前缘逆冲断层(NFR)以及四个区域(1-4)(修改自 Ismat 和 Toeneboehn7)。请点击此处查看该图的放大版本。

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方案

1. 大尺度野外数据的采集

  1. 在开展野外工作之前,利用航拍照片/地形图识别山脉的整体走向(以现代山脊线为界)、横向带、断层及其他宏观尺度的线性构造(图2)。
    1. 使用相同比例尺的地形图和航拍照片,以便直接对比各种构造模式。建议采用1:24,000比例尺的地图和照片。
  2. 在用于野外工作的地图(航拍照片和/或地形图)上标注并突出显示宏观尺度的地质特征。在航拍照片上,利用植被分布的明显变化来识别宏观特征,因为植被格局反映了下伏基岩的构造。在地形图上,利用地形的显著变化,例如陡峭悬崖、狭长山谷以及水系格局的快速变化,来识别宏观尺度的地质特征。
  3. 在野外工作中,将地图上的这些构造模式与自然界中观察到的宏观特征进行相互验证,并确保相应地修正野外地图。
  4. 沿宏观尺度的横向带对野外工作区域进行划分。

2. 中尺度野外数据的采集

  1. 在每个横向区域边界范围内进行野外分析。
  2. 确定整个研究区中尺度断层的均质性尺度。方法是沿垂直和平行于整体大尺度构造的方向测量所有长度大于 3 cm 的断层。当沿测线断层模式开始重复出现时,该位置即定义为均质性尺度。
    注意:选择 3 cm 作为最小截断值,是因为小于 3 cm 的断层可能难以准确测量。
  3. 根据已确定的均质性尺度,在整个研究区内选择具有代表性的采样点。
    1. 确保每个采样点在均质性尺度范围内包含约 3 个相互垂直的岩石露头面,以便量化断层体系的三维几何特征。
    2. 当断层模式发生显著变化时,应选择新的采样点(图 2)。
    3. 选择距离主要层理接触面较远(约一个均质性单位)的位置,以避免局部缩短和伸展方向对整体缩短方向所形成断层的叠加影响。
  4. 使用网格系统在数据采集过程中追踪所有断层4。
    1. 确保网格尺寸与中尺度断层的均质性尺度一致。例如,若断层在立方米尺度上呈现均质性,则应使用边长为 1 米的正方形网格。
  5. 将网格制作为可折叠的木质正方形结构——便于野外携带。
    1. 使用 4 根宽度为 1 英寸的等长木条。建议使用任何类型的硬木,因其最耐用,适合野外工作。
    2. 在每根木条两端附近(距端部约 ½ 英寸)钻 1/4 英寸的孔。在每个角用四颗长 2 1/4 英寸、直径 3/16 英寸的螺钉连接,并使用钢制翼形螺母以实现最便捷的折叠。
    3. 用绳索将网格等分——有助于在每个采样点追踪不同断层。沿网格周缘等间距钻孔,穿入绳索并打结固定。例如,对于边长为 1 米的网格,可用绳索将其划分为 10 cm × 10 cm 的小方格,绳索连接网格对边(图 4)。

显示岩层和断层线的地质填图示意图,含标注,比例尺为1米。
图4. 中尺度露头示例。 层理以白色虚线标出。文中讨论的特定断层组以细实白线标出。图中显示了m2网格(修改自Ismat和Toeneboehn7)。请点击此处查看此图的放大版本。

  1. 在每个网格内绘制断层组的详细素描图。
  2. 根据网格素描图及断层之间的切割关系,确定每个地点最年轻的断层组4。
    1. 通过识别各地点的错断断层模式来完成此项工作。最年轻的断层会覆盖并错断较老的断层。
  3. 在每个研究地点,记录每个网格内各最年轻断层的产状、间距、长度、厚度以及形态学特征(例如,愈合的、脉体充填的、张开的、角砾岩充填的)。
  4. 按岩性单元划分各研究地点(见图2)。

3. 微观尺度数据的采集

  1. 在每个采样点采集定向岩石样品,用于薄片分析。
    1. 确保岩石样品足够大,能够切割出三个相互垂直的标准尺寸(26 mm × 46 mm)薄片样片(即,略大于成人拳头)。
  2. 使用标准岩石切割锯,根据各采样点的网格方向切割薄片样片,以便直接比较微尺度和中尺度的结构模式。
  3. 制备标准厚度(0.03 mm)的薄片8。
  4. 使用配备相机的标准光学显微镜对薄片进行分析,拍摄显微照片。
  5. 对每块薄片,采用体视学方法(即,Spektor弦长分析法(Table 1)9)记录形态学特征,如氧化铁含量、颗粒大小的变化及平均粒径。
    1. 通过在每块薄片上沿4–6条随机取向的样线测量所选形态学特征的宽度和/或数量来完成分析4,9。根据所有样线的数据计算平均值(Table 1)。
单元床厚 (m)层理构造粒径 (m)X/Z Fry 应变 (平均 Rf)X/Y Fry 应变 (平均 Rf)重结晶程度氧化铁含量杂质含量其他特征
Ct1,000明显,厚层与薄层交替发育Ave: 1.59 x 10-4
(范围: 3.6 x 10-6 至 3.31 x 10-4)
1.151.12中等,小范围半连通中等,小范围半连通中等,小范围半连通方解石形成山脊,白色至灰粉色,风化后呈黄褐色至红褐色
PCm570–750明显,发育良好的粒序层理和交错层理Ave: 1.48 x 10-4
(范围: 1.15 x 10-4 至 2 x 10-4)
1.221.19大量且连通性良好中等且连通性良好少量方解石,连通性差块状露头,紫红褐色,风化后呈紫黑色

表1. 微观尺度形态学示例。 元古代互层带(PCm)和早寒武纪廷蒂克(Ct)石英岩单元的描述。X/Z Fry应变在平行于运移面的垂直剖面中测量,而X/Y Fry应变则在垂直于运移面的垂直剖面中测量(修改自Ismat和Toeneboehn7)。请点击此处以Microsoft Excel格式查看/下载此表格。

  1. 使用归一化 Fry 分析法测量应变10,11确保从三个相互垂直的薄片中测量应变,以确定每个位点的三维应变。
    1. 通过拍摄每张薄片的显微照片来完成此步骤。确保显微照片中包含至少50个具有清晰晶粒边界的晶粒。 即, 非亚晶界
    2. 为了测量弗赖应变(Fry strain),需确定颗粒的轮廓。可通过以下方式定义轮廓:手动方式为在打印出的显微照片上用描图纸描出颗粒轮廓;数字方式为将显微照片上传至图像分析软件程序中进行处理。例如, Image Pro Plus)可自动定义晶粒边界。
    3. 将晶界图像上传至归一化Fry应变程序12.

4. 绘制中尺度断层数据

  1. 在等面积网上分析断层数据。例如,使用 Stereonet 软件(R.W. Allmendinger 开发的免费软件)。
    1. 在等面积网上绘制断层组的极点,然后使用 1% 面积等值线对这些极点进行等值线勾绘(图 5)。
    2. 根据这些极点的集中区域确定最常见的断层组,并将这些断层组以大圆形式绘制(图 5)。

显示区域分布与聚类可视化的球形数据分析图,附有标注区域。
图5. 等面积图示例。 两个地点的断层组等面积图——41号地点来自2区,5号地点来自1区。断层组以极点等值线图形式绘制(1%面积等值线)。平均断层组由极点集中区确定,并以大圆形式绘制。由共轭-共轭断层组确定的最大缩短方向以黑点表示。断层极点等值线根据各点位的百分比贡献着色。对极点集中区有贡献的 >20% 为红色,15-19% 为橙色,10-14% 为黄色,5-9% 为绿色, <5% 为蓝色。红色故障极点等值线标注为 LPS(层平行缩短)、LE(翼部伸展)和 HE(枢纽伸展)(改编自 Ismat 和 Toeneboehn)7). 请点击此处以查看此图的放大版本。

  1. 识别共轭断层组, 即,二面角在40º至75º之间的大圆对(图5)13.
  2. 定义共轭-共轭断层组的急性平分线——这可确定最大缩短方向(图5) 4,14,15.
  3. 根据每个站点的百分比贡献,进一步细分等面积网图中断层极点的浓度分布。通过为极点浓度进行颜色编码,以便于视觉分析。例如,突出显示那些贡献度较高的极点浓度 >该位点20%的总极数为红色。将贡献率为15-19%的设为橙色,10-14%的设为黄色,5-9%的设为绿色 <5% 蓝色图5, 表 2).
地点岩层产状缩短方向最高断层极点断层组
(倾角,倾向)方向集中位置(倾角,倾向)
(倾伏角,倾伏向)(倾伏角,倾伏向)
4183, 26879, 11522, 06468, 244
60, 34530, 265
73, 27617, 096
563, 26567, 13008, 34382, 263
36, 24754, 067

表2. 中尺度断层数据示例。 图表仅显示24个站点中的2个,记录了以下信息:地层产状、缩短方向、最高断层极点集中区的方位及其相应的断层组(修改自 Ismat 和 Toeneboehn7)。

  1. 根据不同的断层类型(例如,枢纽伸展)标注极点浓度(图 5)。
  2. 在中尺度照片上标注不同的断层类型,以便于视觉分析(图 4)。
  3. 绘制不同类型的断层图件,以便于视觉分析(图 6)。可通过沿整体大尺度构造及其横向分布绘制断层数据来完成。

四个地区最大断层种群分布的柱状图,显示各站点百分比。

图6. 断层群分布示例图。 该图显示了每个采样点中最大断层组(在图5中以红色标出)的百分比和类型。此处仅显示位于Ct石英岩内的采样点(修改自Ismat和Toeneboehn7)。请点击此处查看此图的放大版本。

5. 推块砂箱模型的构建

  1. 使用¾英寸中密度纤维板(MDF),以减少因木材纹理、粗刨表面或木材其他缺陷引起的潜在表面不均(图3)。
  2. 在MDF板表面涂覆基础清漆,以密封板面,防止后续使用的环氧树脂(见下文)渗透模型表面(图3)。
  3. 根据实地研究区域对沙箱模型进行比例缩放和方向定位。例如,在本研究中,将盒子的长度方向模拟为东西(EW)走向,宽度方向模拟为南北(NS)走向。沙箱模型的比例设定为4 cm代表1 km(图3)。
  4. 将盒子建造得比实际研究区域更大,以避免模型产生潜在的边界条件或边缘效应。
    1. 不要设置后挡板,以便砂粒能够自由通过,避免产生不真实的边界(图3)。
  5. 制作一个与沙箱宽度相等的推块,以防止砂粒从推块两侧溢出。
    1. 推块应使用¾英寸中密度纤维板(MDF)制成。
  6. 将推块连接至由手摇曲柄驱动的螺纹金属杆上(图7)。
    1. 使用直径为4–6英寸并带有手柄的圆形曲柄——圆形曲柄可减少操作人员手腕和手部的受力。
    2. 使用直径至少为¾英寸的镀锌螺纹杆(建议采用梯形螺纹,即Acme螺纹)。若螺杆过细,可能无法承受砂体的重量。
    3. 确保螺纹杆的长度从沙箱起始端延伸至斜坡末端。

静态平衡砂箱模型示意图,展示用于地质研究的平面图和剖面图。
图7. 砂箱模型示意图。砂箱模型的平面图与剖面图示意图。 图中标注了南部前缘逆冲断层(SFR)、斜向逆冲断层(OR)和北部前缘逆冲断层(NFR)。断层上方的细箭头表示砂粒可能的运移方向。空砂箱模型的照片见图3(修改自 Ismat 和 Toeneboehn7)。请点击此处查看该图的放大版本。

  1. 在前挡块中心钻一个长圆孔,其长轴方向为垂直方向。这种长圆形的孔将允许推块(连接在螺纹杆上)在需要时向上并越过斜坡(图8)。
    1. 确保长圆孔的长度等于最高斜坡的高度。
    2. 用金属框架固定长圆孔。使用螺母和螺栓将金属框架固定到前挡块上(图8)。
    3. 将螺杆穿过安装在前挡块上的、螺距和直径相匹配的螺母(图8)。

机械工程示意图中带金属螺钉和安装板的直线轴承机构。
图8. 螺纹杆连接示例。 安装在前挡块上的螺纹杆及其匹配螺母的特写视图。 请点击此处查看该图的放大版本。

  1. 构建一个斜向坡道,两侧由前缘坡道限定。坡道采用松木制作,顶面使用带胶的凹槽接头,底座沿边采用沉头紧固件固定。
    1. 将坡道切割成与野外预测相似的取向。
    2. 相较于野外观察到的情况,适当增加各坡道之间的间距,以便使砂层中形成的构造更加清晰可见。
  2. 使用细粒砂纸打磨坡道表面,以消除表面不均匀性,并涂覆聚氨酯涂层以保护软木。
  3. 在每次实验前,用美工胶带覆盖坡道及沙箱底部,以防止环氧树脂渗入木材。确保胶带贴合平整,无皱褶或翘边。

6. 运行推块沙箱模型

  1. 使用普通的玩沙。这种沙相对均一,平均粒径为 0.5 mm。
  2. 将一半的沙染色并干燥。
    1. 取一个5加仑的桶,装入约四分之一体积的玩沙,在搅拌的同时加入黑色食用色素,直至沙呈现均匀的深绿色。染料用量应确保染色后的沙与未染色沙在颜色上有明显区别。
    2. 将染色后的沙在室温下自然干燥(可能需要数天),或在烤箱中干燥(最高温度可达 500 ºC,仅需数小时)。切勿将热沙直接倒入沙箱中,使用前必须确保沙已冷却至室温。
  3. 将沙铺设成彩色沙与未染色(浅褐色)沙交替的层次。可测试不同厚度的沙层组合。在本实验设置中,最清晰且可重复性最佳的结果来自总厚度为 3.5 cm 的沙层,其中彩色层与浅褐色层交替,每层厚 0.6 cm(图7)。
  4. 将一片由 0.5 in2(1.3 cm2)方格组成的塑料网轻轻按压在未变形的沙表面,形成网格压痕(图9)。

显示流线、SFR、NFR 和 OR 标注及流动方向的流体流动可视化示意图。
图9. 砂箱模型中未变形砂层的示例。 砂箱模型中未变形砂层的部分平面视图。注意网格压痕和方形横销。图中标注了南部前缘逆冲断层(SFR)、斜向断层(OR)、北部前缘逆冲断层(NFR)以及四个区域(1-4)(修改自 Ismat 和 Toeneboehn7)。请点击此处查看此图的放大版本。

  1. 在整个未变形的沙层中,每隔约2英寸(约5厘米)插入方形横销图9).
  2. 用曲柄驱动的推块推动沙子。在此装置中,将沙子移动60 cm。 即,60 厘米的起酥油(shortening)图10).
    1. 移动推块的速度应足够缓慢,以便仔细记录沙子的变化。推块移动的速度(即,应变率)不会影响实验结果。
    2. 通过观察方格的形状变化来追踪形变图10).
    3. 通过观察销钉的运动来追踪运输量和垂直旋转程度图10).
    4. 使用安装在沙箱附近的相机记录所有这些变化,确保整个沙箱均处于画面范围内。需同时拍摄静态照片和视频。

断层模拟示意图;构造运动、斜向坡道、凹形压痕、右旋运动。

图10. 变形砂层示例。 从砂箱模型得到的最终变形的平面视图。标有蓝色圆点的选择性横销显示右旋位移。用黄色线条突出显示的弯曲横销。逆冲断层用细的黑色线条标出。四个区域(1-4)已标注(修改自Ismat和Toeneboehn7)。请点击此处查看此图的放大版本。

  1. 尝试改变沙子的用量和总缩短量。
    1. 重复操作直至满意, 即,直到沙箱中形成的构造在相近的缩短量下与自然界中保存的构造相似。

7. 从沙箱中采集样本

  1. 当沙箱实验结果与自然界中保存的特征相似时,移除沙体中的所有横销。
  2. 通过分离并用环氧树脂固定变形沙体的部分区域,从沙箱中采集样品(图11)。
    1. 使用两个预先切割好的金属薄板分隔器来隔离变形沙体的特定部分(图9)。
    2. 确保分隔器的底边切割成与断坡角度相匹配的形状。
    3. 为防止在多次实验中环氧树脂粘附分隔器,应用美纹纸胶带覆盖分隔器表面(图11)。
    4. 确保分隔器延伸并超出断坡范围。本研究中使用的矩形分隔器尺寸为长45 cm、宽9 cm(图11)。
    5. 确保分隔器的高度超过变形沙体最厚部分的高度(图11)。
    6. 确保分隔器的一端封闭,以控制环氧树脂的流动;另一端保持开放,以尽量减少对沙体结构的潜在扰动(图11)。

环氧砂与金属分隔板的双通道水槽实验;流动动力学研究示意图。
图11. 金属分隔板示例。俯视图,显示两个金属分隔板,其中一个穿过前部斜坡,另一个穿过斜向斜坡,位于变形的砂层中。沿斜向斜坡的金属分隔板内填充有环氧树脂。注意图中的卷尺以提供比例尺(修改自 Ismat 和 Toeneboehn7)。请点击此处查看该图的放大版本。

  1. 用金属条固定分隔板(图11)。
    1. 通过在分隔板顶部预先钻好的孔中使用¼英寸×4英寸的机用螺钉将分隔板固定。在分隔板两侧之间用直径3/8英寸的铝管套住螺钉。本研究中,每个分隔板使用两条金属条(图11)。
  2. 将一个分隔板放置在斜坡段上,第二个放置在正向斜坡与斜坡交界处(图11)。
  3. 将预热的环氧树脂浇注在金属分隔板隔离出的沙层顶部(图11)。
    1. 持续浇注环氧树脂,直至沙层不再吸收树脂,以确保沙层完全饱和。
  4. 待环氧树脂干燥后,将固化区域从金属分隔板中抽出。操作时通过金属条将分隔板拉出。
  5. 使用岩石切割机,沿斜坡走向的垂直和平行方向切割环氧树脂固定的区域。
  6. 使用永久性记号笔在环氧树脂样品上标出层理、褶皱和断层(图12)。

地质断层;示意图显示前缘逆冲断坡和斜向断坡,包含走滑断层和逆断层。
图12. 砂箱模型中环氧树脂固化的样品示例。 来自砂箱模型中(a)北部前缘断坡和(b)斜向断坡的环氧树脂固化样品。所示样品沿断坡走向的垂直方向切割。地层以细白线标示。实心白线表示逆断层,虚线白线表示走滑断层(修改自 Ismat 和 Toeneboehn7)。请点击此处查看该图的放大版本。

  1. 将沙盘样本与野外数据进行比较。
    1. 将样本与该区域的剖面进行对比。确保样本和剖面具有相似的方位。

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结果

根据现代山脊走向,利用航拍照片将野外区域划分为四个区域(1-4)(图2)。在这四个区域之间对比了多尺度断层数据。假设这些走向变化反映了下伏基底的几何形态,则斜向斜坡位于区域2和区域3内,这两个区域的山脉走向相对于塞维尔褶皱冲断带呈斜交关系。在全部四个区域中,我们发现中尺度断层保存了一种贯穿性且中尺度上均一的变形组构(即,立方米级岩石尺度),并能代表大于该立方米尺度样点范围的区域特征(图4)4,16。此外,表1所示的微尺度变化并未反映在断层格局的整体特征中。因此,可在所有四个区域之间直接对比中尺度断层组(图5)。简而言之,我们发现中尺度断层组可定义为共轭-共轭断层组,并随岩层产状发生旋转,这意味着缩短方向也随之旋转。这一模式表明中尺度断层形成较早,且不同组合的断层组有助于调节褶皱形态。更详细地,我们发现每个区域内的断层格局具有独特性——区域2与区域3相似,区域1与区域4相似(图6

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讨论

Sevier 逆冲断层带的美国犹他州中部段及其北部边界——Leamington 横向构造带,是研究突出-后缩构造交界区的理想天然实验室(图1)。沿该交界区,物质运移方向保持恒定,逆冲岩片在交界处连续无间断,因此唯一变量为下伏基底的几何形态5。

本文介绍了一种通过结合野外采集的多尺度断层数据与推挤块体砂箱模型来分析此类显著-隐伏接触带的方法,该砂箱模型可复现研究区的大尺度几何形态。砂箱模型实验所代表的变形时间周期长于中尺度断层组——我们假设最年轻的断层组 accommodated(适应)了所观察到的褶皱几何形态。因此,将砂箱模型与断层组数据结合,可用于追踪逆冲岩片的变形过程,并确定下伏基底几何形态的细节。

为使该综合方法取得成功,需在野外和沙箱实验中采取以下关键步骤。对于野外部分,关键在于确定断层均质性的尺度——在不同尺度上保存的断层组无法直接对比。此外,需测量大量断层样本(≥30组断层),以确保获得具有统计可靠性的数据集9此外,应远离层理面等非均质性...

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披露

作者无任何利益冲突需要披露。

致谢

感谢Erin Bradley和Liz Cole在野外工作中的协助。野外工作、薄片制备以及沙箱模型的材料由富兰克林与马歇尔学院资助委员会提供支持。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
纤维板任意不适用
表面清漆任意不适用
环氧树脂Epoxy technology组分 A 和 B:301-2 2LB最好预热至 80º - 125º。若无法预热,仍可固化,但需 1 周时间,而非 1 天。
松木斜坡板任意不适用
美纹纸胶带任意不适用
兔耳接头任意不适用
沉头紧固件任意不适用
砂纸任意不适用
儿童用沙任意不适用最好使用粒径均一的沙,粒径约 0.5 mm
食用色素任意不适用建议使用单一颜色,且为深色
塑料网/格栅任意不适用
方形截面钉任意不适用
曲柄螺钉任意不适用
曲柄手柄任意不适用
金属薄板任意不适用
分隔条任意不适用

参考文献

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