Name: 通过现场数据和模拟沙盒建模相结合的办法探索出了一条凸槽结的运动史 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-08-05T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 55 s
Description: 探索利用推块式沙箱模拟实验结合野外断层数据，研究褶皱冲断带中推覆体在斜向坡上的变形过程。该方法简单经济，可有效复现微观断层特征，为构造地质学中的推覆体演化研究提供新的实验分析手段。

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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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</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

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...

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。
<img alt="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。" src="/files/ftp_upload/54318/54318fig1.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 3"> 
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）。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54318/54318fig1large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
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 &lt; 15 km 即，在弹性-摩擦 regime 内，变形主要发生在露头尺度（&lt; 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).
<img alt="显示区域断层、共轭节理及按地区划分地形的地质图" src="/files/ftp_upload/54318/54318fig2.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图3"> 
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). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54318/54318fig2large.jpg" target="_blank">请点击此处以查看此图的放大版本。</a>
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。
<img alt="静力平衡示意图；用于分析表面受力的木块装置。" src="/files/ftp_upload/54318/54318fig3.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图3"> 
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）。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54318/54318fig3large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>

<table><tbody><tr><td>纤维板</td><td>任意</td><td>不适用</td><td></td></tr><tr><td>表面清漆</td><td>任意</td><td>不适用</td><td></td></tr><tr><td>环氧树脂</td><td>Epoxy technology</td><td>组分 A 和 B：301-2 2LB</td><td>最好预热至 80&amp;ordm; - 125&amp;ordm;。若无法预热，仍可固化，但需 1 周时间，而非 1 天。</td></tr><tr><td>松木斜坡板</td><td>任意</td><td>不适用</td><td></td></tr><tr><td>美纹纸胶带</td><td>任意</td><td>不适用</td><td></td></tr><tr><td>兔耳接头</td><td>任意</td><td>不适用</td><td></td></tr><tr><td>沉头紧固件</td><td>任意</td><td>不适用</td><td></td></tr><tr><td>砂纸</td><td>任意</td><td>不适用</td><td></td></tr><tr><td>儿童用沙</td><td>任意</td><td>不适用</td><td>最好使用粒径均一的沙，粒径约 0.5 mm</td></tr><tr><td>食用色素</td><td>任意</td><td>不适用</td><td>建议使用单一颜色，且为深色</td></tr><tr><td>塑料网/格栅</td><td>任意</td><td>不适用</td><td></td></tr><tr><td>方形截面钉</td><td>任意</td><td>不适用</td><td></td></tr><tr><td>曲柄螺钉</td><td>任意</td><td>不适用</td><td></td></tr><tr><td>曲柄手柄</td><td>任意</td><td>不适用</td><td></td></tr><tr><td>金属薄板</td><td>任意</td><td>不适用</td><td></td></tr><tr><td>分隔条</td><td>任意</td><td>不适用</td><td></td></tr></tbody></table>

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

Kinematic History of a Salient-recess Junction Explored through a Combined Approach of Field Data and Analog Sandbox Modeling

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。

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</s...

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。

在褶皱冲断带内，突出段与凹入段之间的交界区域可能蕴藏着揭示整体运动学演化历史的关键线索。变形历史……

本实验的总体目标是追踪逆冲岩片在斜坡上移动时的变形过程。该方法有助于解答构造地质学领域的一些关键问题，例如逆冲岩片在复杂构造环境中的演化过程。该技术的主要优点在于操作简单、成本低廉，并且可直接与野外数据进行对比。本视频展示了如何使用推块式沙箱来模拟野外发现的微尺度断层。野外微尺度断层的识别方法在文本方案中有详细说明，沙箱的总体构造亦如此。沙箱装填时应使用标准的儿童游戏沙，该沙相对均质，平均粒径为5毫米。通过染色处理一半的沙子来准备沙子。首先，将一个5加仑的桶装至四分之一满，然后加入足够的黑色食用色素，使沙子混合成均匀的深绿色，以便与沙子的原始颜色明显区分。按照文本方案中所述方法将沙子干燥后，用彩色沙子和无色沙子交替分层装入盒中，并确保每添加一层后均将其表面整平。沙层的最佳厚度需通过实验经验确定，以获得最清晰且最可重复的结果。本示例展示了一个3.5厘米厚的沙层，每6厘米交替一次颜色。接下来，轻轻将一块由半英寸见方小格组成的塑料网压在沙面上，形成网格压痕。然后，在沙面上每隔两英寸插入一个方形十字插销。接着，安装相机以拍摄整个沙箱区域。现在，通过曲柄驱动的推块推动沙子，以重现野外观察到的缩短构造。推块移动速度应足够缓慢，以便仔细记录沙层中的变化。移动速度不应影响实验结果。在推动沙子的过程中，通过观察方格形状的变化来追踪变形情况，并通过观察钉子的运动来记录搬运量和垂直旋转程度。重复此过程，直至形成的构造与自然界中保存的构造相似。一旦沙箱实验结果与自然界中保存的构造相似，即可采集样本数据。首先，从沙子中移除所有交叉销钉。然后，通过环氧树脂将变形后的沙子分割成若干样品。此过程需要预先切割好的金属薄板分隔器。分样器的底边必须与取样位置处斜坡的角度相匹配，并应完全延伸整个斜坡的长度。分样器的高度也必须超过砂堆的高度。使用分样器前，应先用 painter's tape 覆盖其表面，以便于后续清理。分隔板的一端需靠近以控制环氧树脂的流动，另一端则应保持开放，以尽量减少对砂层的干扰。接下来，使用1/4英寸×4英寸的螺丝和直径为3/8英寸的铝管片固定分隔板。本实验中使用两个分隔板。一个放置在斜坡上，另一个覆盖前部斜坡连接处。现在，将温热的环氧树脂倒入分隔区内的沙子上，直至沙子不再吸收树脂，确保沙子完全饱和且不会散开。干燥数天后，将分隔板从沙箱中滑出，然后将固化的环氧样品从周围沙子中取出。使用岩石切割机，沿坡道走向垂直和平行方向切割样品。然后使用永久性记号笔标出暴露切片中的层理、褶皱和断层。一项野外研究发现了四个相邻区域，每个区域均含有中尺度断层。断层保存了一种变形构造，该构造在中尺度上具有贯穿性和均一性。各区域内的断层组合模式也各具特征，这支持了大尺度上的推断，即第二和第三区域下方存在一条斜向逆冲断坡，并表明共轭-共轭断层分析结果是可靠的。通过砂箱模型实验，形成了一处破裂，其位置和方位与大尺度图件上第二和第三区域之间的边界相一致。这支持了上覆冲断层片的破裂可能是由向东移动的冲断层片在斜向斜坡上发生复杂相互作用而形成的假说。对环氧树脂固化的沙箱样品的分析也提供了支持证据：取自前缘斜坡区域的样品显示出向东的运移，而取自斜向斜坡区域的样品则显示出向东南方向的运移。观看本视频后，您应能充分理解如何构建、运行和修改砂箱模型，以模拟特定的野外区域。一旦掌握该技术，若操作得当，可在一周内完成。该技术发展之后，为构造地质学领域的研究人员探索断层数据的实用性及其如何借助模型进一步解释这些数据开辟了道路。感谢观看，祝您的模型研究顺利。

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通过现场数据和模拟沙盒建模相结合的办法探索出了一条凸槽结的运动史

将电生理学技术应用于可及的突触，可对突触活动进行量化测量，有助于分析突触突变体。本文描述了一种用于暴露秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans (C.

解剖并记录秀丽隐杆线虫神经肌肉接头

本视频展示了一种评估功能性神经肌肉接头的方法。通过使用包含肌肉组织和运动神经元的生物反应器，并结合荧光显微镜技术，对神经元中的光敏通道进行刺激，从而产生电信号，引发肌纤维收缩。...

通过同步光学刺激与视频记录评估功能性神经肌肉接头

介绍了一种用于表征实地行人行为及其引发的结构响应模拟的实验方案。现场测试表明，该方法能够有效捕捉行人动态荷载特征及结构振动响应。 原位...

基于实地行人行为特征的人为振动模拟

本文介绍了一种利用压力中心与全身质心之间距离来测量从坐到站再到行走过程中关键事件位置稳定性的新方案。该方法基于测力台和三维运动捕捉技术，具有良好的可靠性，可用于对神经系统功能受损个体的评估。...

从120%膝高处坐-站-走：一种独立于优势肢体评估动态姿势控制的新方法

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着地过程中，下肢骨骼会承受较大的机械载荷并发生变形。测量骨骼变形对于深入理解与冲击相关的骨应力性损伤机制至关重要。本研究采用一种新颖的方法，结合个体特异性肌肉骨骼建模与有限元分析，用于测量动态运动过程中胫骨的应变。...

用于研究动态运动中骨应变的特定受试者肌肉骨骼模型

为了前进，生长锥必须对外部环境施加牵引力。牵引力的产生依赖于肌动蛋白动态和离合器耦合。本研究描述了分析生长锥前进过程中肌动蛋白动态、离合器耦合以及牵引力的方法。...

生长锥前进过程中的肌动蛋白动力学、黏着耦合与牵引力分析

建立了一组新型的外科辅助快速腭扩张（SARPE）有限元模型，这些模型可通过不同角度的颊侧截骨实现临床所需的扩弓器激活量，以进一步分析上颌半骨块在三维方向上的扩张模式。...

用于评估外科辅助快速腭扩张扩张模式的有限元分析模型

动态钳电生理技术可用于建立神经元放电缺陷与离子通道功能障碍之间的因果关系。本文介绍了在小鼠小脑浦肯野神经元中应用动态钳的技术与实验方案，并指出了有用的资源和技术注意事项。在一个代表性研究中，我们向Tsc1-/-浦肯野神经元中引入模拟的钠电导，以恢复其重复放电能力。...

动态钳技术用于研究与自闭症相关的神经元兴奋性损伤

地表更新是一种微气象学方法，正被越来越多地用于测定能量通量，但其技术复杂性使其难以被广泛使用。本文描述了建立和校准地表更新野外观测站、采集和处理数据以及正确解释结果所需的各个步骤。...

表面更新：一种用于测量和处理田间尺度能量通量密度数据的先进微气象学方法

探索利用推块式沙箱模拟实验结合野外断层数据，研究褶皱冲断带中推覆体在斜向坡上的变形过程。该方法简单经济，可有效复现微观断层特征，为构造地质学中的推覆体演化研究提供新的实验分析手段。

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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