Introduction
-Voudige stuwkracht banden bestaan uit salients (of segmenten), waarbij de stuwkracht platen in aangrenzende salients ontkoppeld door uitsparingen of dwarszones 1,2,3. De overgang van saillante tot reces kan aanzienlijk complex zijn, waarbij een veelzijdige suite van structuren, en kunnen kritische aanwijzingen houden op te vouwen stuwkracht ontwikkeling riem. In deze paper, we zorgvuldig onderzoeken een saillante-uitsparing kruising, met een combinatie van multischaal veldgegevens en een zandbak model, om beter te begrijpen hoe de vervorming kan worden ondergebracht binnen de plooi stuwkracht riemen.
Het verbindingspunt van de Centrale Utah segment en de transversale Leamington zone een ideale natuurlijk laboratorium voor het bestuderen saillante-uitsparing verbindingen om verschillende redenen (figuur 1). Ten eerste, de rotsen blootgesteld binnen het segment blijven, ononderbroken, in de dwarse zone 4. Dus, kan vervorming patronen continu worden gevolgd en vergeleken over de kruising. S econd, de rotsen zijn in wezen monomineralic, dus variatie in de fout patronen zijn niet het gevolg van heterogeniteit binnen de eenheden, maar in plaats daarvan overeenkomen met de algehele vouwen en stak in het studiegebied 4. Ten derde, elastico wrijvingsarme mechanismen, zoals cataclastic stroom, bijgestaan vervorming hele gebied, zodat directe vergelijkingen van mesoschaal storingsbeelden 4. Tenslotte de totale transportrichting bleef continu over de lengte van het segment en dwarsrichting zone; derhalve variaties in verkorten richting geen invloed op de vervorming behouden patronen 4. Al deze factoren beperken het aantal variabelen die de vervorming langs het segment en transversale zone kan hebben beïnvloed. Daardoor veronderstellen we dat de geconserveerde structuren voornamelijk gevormd door een wijziging in de onderliggende kelder 5 geometrie.
Pbelasting / 54318 / 54318fig1.jpg "/>
Figuur 1. Voorbeeld van een index kaart. De Sevier fold-breuk gordel van westen van de VS, waaruit blijkt grote salients, segmenten, uitsparingen en transversale zones. Figuur 2 aangegeven door boxed gebied (gewijzigd ten opzichte van Ismat en Toeneboehn 7). Klik hier om te bekijken grotere versie van dit cijfer.
Vouwen en stak in de centrale Utah segment en Leamington dwarse zone, vond plaats op een diepte van <15 km, dat wil zeggen binnen de elastico-wrijvende regime, waar de vervorming plaatsvond in de eerste plaats door ontsluiting-schaal (<1 m) fouten en cataclastic vloeien 4,6 . Omdat transport en vouwen van de stuwkracht plaat vond plaats in de eerste plaats door elastico-wrijvende mechanismen, voorspellen we dat een gedetailleerde foutanalyse verder inzicht kunnen geven in de kinematische geschiedenis van de Leamington dwarse zone en th e onderliggende kelder geometrie. Om deze hypothese te testen, hebben we verzameld en geanalyseerd storingsbeelden bewaard in de rotsen in het noordelijke deel van de centrale Utah segment en in de dwarsrichting Leamington zone (figuur 2).
Figuur 2. Voorbeeld van macroschaal topografische kaart. Shaded-relief topografische kaart van boxed gebied in figuur 1. De 4 regio's worden gescheiden door stevige witte lijnen. Bedding contacten tussen de Proterozoic Caddy Canyon kwartsiet (PCC), Proterozoic Mutual kwartsiet (PCM) en Cambrium Tintic kwartsiet (Ct) getoond. Gestippelde lijnen geven de trend van de bergen in dit gebied. Site locaties worden weergegeven met genummerde zwarte vierkantjes. Eerste-orde lineatie worden getoond met stevige grijze lijnen (gewijzigd ten opzichte van Ismat en Toeneboehn 7).ftp_upload / 54318 / 54318fig2large.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Sandbox experimenten werden uitgevoerd om mee te vergelijken, en aan te vullen, de fout data. A push-blok zandbak model, met frontale en schuine hellingen, werd gebruikt om onze analyse van de structuur bewaard in staan, en rond de dwarse Leamington zone (Figuur 3) 7. De doelstellingen van deze aanpak zijn vier-voudig: 1) bepalen of de mesoschaal storingsbeelden consistent zijn, 2) bepalen of de zandbak model ondersteunt en verklaart de veldgegevens, 3) te bepalen of de zandbak model geeft meer details over de structuren die niet zijn waargenomen in het veld, en 4) nagaan of deze gecombineerde gebied-experimentele methode nuttig en gemakkelijk te reconstrueren.
Figuur 3. Voorbeeld van een push-block model. Foto van lege sandbox model. De zuidelijke frontale helling (SFR), schuine helling (OR), Noord-frontale helling (NFR), en de vier regio's (1-4) zijn gelabeld (gewijzigd ten opzichte van Ismat en Toeneboehn 7). Klik hier om een grotere versie te bekijken dit figuur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Verzameling van macroniveau veldgegevens
- Voor het uitvoeren van veldwerk, gebruiken luchtfoto's / topografische kaarten om de algemene trend van de bergen (gedefinieerd door de hedendaagse Ridge Crest), transversale zones, storingen en andere lineatie identificeren aan de macroschaal (figuur 2).
- Maken gebruik van soortgelijke grootschalige topografische kaarten en luchtfoto's, zodat patronen direct kunnen worden vergeleken. Gebruik 1: 24.000 schaal kaarten en foto's.
- Label en markeer macroschaal functies op de kaart (antenne en / of topografische) voor gebruik in het veld. Op luchtfoto's, scherpe veranderingen in gebladerte op macroschaal functies te identificeren, omdat het blad patronen weerspiegelen de onderliggende gesteente. Op topografische kaarten, scherpe veranderingen in de topografie, zoals de steile kliffen, lange, smalle valleien en snelle veranderingen in drainage patronen om macroschaal functies te identificeren.
- Bevestigen deze kaart patronen, met macroschaal functies vannatuur, terwijl in het veld. Zorg ervoor dat het veld kaarten dienovereenkomstig worden aangepast.
- Verdeel het veld gebied langs macroschaal transversale zones.
2. Verzameling van Mesoschaal veldgegevens
- Gedrag veldanalyse binnen elke dwars zone gebonden gebied.
- Bepaal de omvang van homogeniteit van de mesoschaal fouten gehele veld gebied. Dit gebeurt door het meten van alle fouten groter dan 3 cm langs een transect loodrecht en evenwijdig aan de algemene structuur macroschaal. Het punt waarop de schuld patronen zich herhalen langs de transect bepaalt de omvang van de homogeniteit.
Noot: 3 cm wordt gekozen minimaal cut-off omdat fouten kleiner dan 3 cm moeilijk te meten zijn. - Kies representatieve locaties in het veld gebied met behulp van de vastgestelde omvang van de homogeniteit.
- Zorgen dat elke site bevat ~ 3 onderling loodrechte rotsformaties binnen de omvang van homogeniteit, zodat de driedimensionale kwantificerengeometrie van de storing het werk.
- Zorg ervoor dat er nieuwe locaties worden gekozen, waar de fout patronen sterk veranderen (figuur 2).
- Kies locaties ver (~ een eenheid homogeniteit) van grote bedden contacten om lokale bakvet en rek richtingen die kunnen overdrukt fouten geproduceerd uit de totale verkorting richting voorkomen.
- Gebruik een raster bij te houden van alle fouten tijdens het verzamelen van gegevens 4 te houden.
- Zorg ervoor dat de grootte van het raster op de schaal van homogeniteit van de mesoschaal fouten. Bijvoorbeeld, als de fouten zijn homogeen is kubieke meter schaal gebruikt een meter vierkant rooster.
- Construct het net als een opvouwbare houten vierkant - dit zorgt voor eenvoudiger transport in het veld.
- Gebruik 4 gelijke stukken van 1 in brede stroken van hout. Elk type van hard hout is aan te bevelen omdat het de meest duurzame voor veldwerk.
- Boor 1/4 "gaten in de buurt van de uiteinden (~ ½ & # 34; van de uiteinden) van de houten lamellen. Monteer met vier 2 1/4 "lang, 16/3" grootte schroeven op elke hoek. Gebruik stalen vleugelmoeren voor de gemakkelijkste collapsibility.
- Verdeel het raster eveneens met koord - dit helpt om de verschillende fouten volgen op elke locatie. Boor de gaten, op gelijke afstand, langs de roosters 'perimeter, draad en strikband door de gaten. Bijvoorbeeld, voor een meter vierkant rooster, verdeel het raster in 10 cm vierkantjes met koorden verbonden met de tegenoverliggende einden van het rooster (figuur 4).
Figuur 4. Voorbeeld van een mesoschaal aardlaag. Bedding is gemarkeerd met witte stippellijnen. Specifieke fout sets besproken in document zijn gemarkeerd met dunne, stevige witte lijnen. m 2 raster wordt getoond (gewijzigd ten opzichte van Ismat en Toeneboehn 7).d / 54318 / 54318fig4large.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
- Maak gedetailleerde schetsen van de storing sets binnen elk rooster.
- Gebaseerd op de grid schetsen en horizontale relaties van de fouten, bepalen de jongste fout sets op elke locatie 4.
- Doe dit door het identificeren van offset fout patronen op elke site. De jongste fouten opdruk en offset de oudere fouten.
- Bij elke onderzoekslocatie, registreren de richting, afstand, lengte, dikte en morfologische eigenschappen (bv genezen ader gevulde, open, breccie ingevuld) voor elk van de jongste gebreken binnen elk raster.
- Verdeel de sites onder de lithologic eenheden (zie figuur 2).
3. Inning van Microscale Gegevens
- Verzamel georiënteerde rots monsters op elke locatie voor dunne-sectie analyse.
- Zorg ervoor dat de rots steekproef groot genoeg is omcut drie onderling loodrechte standaard formaat (26 mm x 46 mm) dunne-sectie chips (dat wil zeggen, iets groter dan een volwassen vuist).
- Snijd dunne-sectie chips (met behulp van een standaard rock-saw) die vergelijkbaar is met het rooster oriëntaties van elke site, zodat de microschaal en mesoscale patronen direct kunnen worden vergeleken.
- Bereid standaard dikte (0,03 mm) dunne-secties 8.
- Analyseer de dunne-secties met een standaard optische microscoop met een aangesloten camera, voor het nemen van microfoto.
- Voor elke dunne profiel, opnemen morfologische kenmerken, zoals de hoeveelheid ijzeroxide en variatie en gemiddelde korrelgrootte met stereologische werkwijzen, dwz Spektor Snaar analyse (tabel 1) 9.
- Doe dit door het meten van de breedte en / of het aantal gekozen morfologische kenmerken langs 4-6 willekeurig georiënteerde transects door elke dunne-sectie 4,9. Van alle van de transecten, berekenende gemiddelde (tabel 1).
| Eenheid | Beddikte (m) | Bedding stof | Korrelgrootte (m) | X / Z Fry stam (gemiddelde Rf) | X / Y Fry stam (gemiddelde Rf) | Bedrag van de begroeiing | Bedrag van ijzeroxide | Hoeveelheid verontreinigingen | andere kenmerken |
| Ct | 1000 | Prominente, dik en dun bedden | Ave: 1,59 x 10 -4 (Bereik: 3,6 x 10 -6 tot 3,31 x 10 -4) | 1.15 | 1.12 | gematigde, semi-Connected in kleine stukjes | gematigd, semi-aangesloten in kleine stukjes | gematigd, semi-aangesloten calciet in kleine stukjes | Ridge voormalige, wit tot grijs-roze, doorstaat bruin tot roodbruin |
| PCm | 570-750 | Prominent, goed ontwikkelde gesorteerd en cross-bedding | Ave: 1,48 x 10 -4 (Bereik: 1,15 x 10 -4 tot 2 x 10 -4) | 1.22 | 1.19 | grote en goed bereikbare | matige en goed bereikbare | minor calciet en slecht aangesloten | Massive ontsluitingen, paars rood-bruin, doorstaat paars-zwart |
Tabel 1. Voorbeeld van microschaal morfologie. Beschrijving van de Proterozoic Mutual (PCM) en Eocambrian Tintic (Ct) kwartsiet eenheden. X / Z Fry rek wordt gemeten in een verticale doorsnede evenwijdig aan het transportvlak, terwijl X / Y Fry stam measured in een verticale doorsnede loodrecht op het transportvlak (gewijzigd ten opzichte van Ismat en Toeneboehn 7). Klik hier om te bekijken / downloaden van deze tabel in Microsoft Excel-formaat.
- Meet stam met behulp van genormaliseerde Fry analyse 10,11. Controleer of stam wordt gemeten vanaf drie onderling loodrechte dunne secties om driedimensionale stam te bepalen bij elke plaats.
- Doe dit door het nemen van een microfoto van elke dunne-sectie. Zorg ervoor dat de microfoto bevatten minstens 50 korrels met een stevige korrel grenzen, dat wil zeggen, niet sub-korrelgrenzen.
- Definieer de contouren van de korrels om Fry spanning te meten. De contouren Definieer de hand, door het traceren van de contouren van een gedrukte photomicrograph op tracing papier of digitaal, door het uploaden van de microfoto in een beeldanalyse software (bijv Imleeftijd Pro Plus) die automatisch bepaalt de grenzen van de korrels ".
- Imago van de korrelgrens uploaden naar de genormaliseerde Fry Strain programma 12.
4. plotten Mesoschaal Fault Gegevens
- Analyseer de storing data voor gelijke-area netten. Gebruik bijvoorbeeld Stereonet (freeware van RW Allmendinger).
- Plot de polen van de schuld sets 'voor gelijke-area netten en vervolgens contour deze polen met behulp van 1% oppervlakte contouren (figuur 5).
- Bepaal de meest voorkomende fout sets uit deze pole concentraties. Plot deze storing stelt als grote cirkels (Figuur 5).
Figuur 5. Voorbeelden van Equal-area plots Equal-gebied percelen van schuld sets van twee sites -. Plaats 41 komt uit regio 2 en plaats 5 is vanaf Regio 1. Fault sets zijn ptoebedeeld als contouren palen (1% gebied contouren). Gemiddeld fout sets worden bepaald uit pole-concentraties en uitgezet als grote cirkels. Maximum verkorting richtingen, bepaald op basis van conjugaat-conjugaat fout sets, worden uitgezet als zwarte stippen. Fault-polige contouren zijn gekleurd volgens de procentuele bijdrage op elke locatie. Pole concentraties die tot> 20% bij te dragen zijn rood gekleurd, tussen 15-19% zijn oranje gekleurd, 10-14% zijn geel, 5-9% zijn groen en <5% zijn blauw gekleurd. Red fout-polige contouren worden aangeduid als LPS (layer-parallel verkorting), LE (ledematen extensie) en HE (scharnier-extensie) (gewijzigd ten opzichte van Ismat en Toeneboehn 7). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
- Identificeer het conjugaat fout reeksen, dat wil zeggen de grote cirkel paren met standhoeken die variëren van 40 ° tot 75 ° (figuur 5) 13
- Definieer de acute bissectrice van de conjugaat-conjugaat fout sets - Dit lokaliseert de maximale verkorting richting (figuur 5) 4,14,15.
- Verder verdelen de gelijke-area netto schuld-pole-concentraties, op basis van hun procentuele bijdrage voor elke site. Doe dit door kleurcodering de paal concentraties voor eenvoudiger visuele analyse. Bijvoorbeeld hoogtepunt pole concentraties die bijdragen tot> 20% van de totale palen voor die site rood. Kleur die bijdragen tussen 15-19% oranje, geel 10-14%, 5-9% groene en <5% blauw (figuur 5, tabel 2).
| plaats | beddegoed | Verkorting | Hoogste fault-pole | Storing sets (s) |
| (dip, dip richting) | richtingen (s) | concentratie (s) | (dip, dip richting) | |
| (duik, trend) | (duik, trend) | |||
| 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 |
. Tabel 2. Voorbeeld van mesoschaal fout gegevens Grafiek, toont slechts 2 van de 24 sites, het documenteren van de volgende: Bedding oriëntatie, het verkorten van de richting (s), de oriëntatie van de hoogste schuld pole concentratie (s) en de bijbehorende schuld set (s) (gewijzigd ten opzichte van Ismat en Toeneboehn 7).
- Label de paal concentraties volgens verschillende typen fouten (bijvoorbeeld scharnier extensie) (Figuur 5).
- Label de verschillende fouttypes op mesoschaal's, gemakkelijker visuele analyse (Figuur 4).
- Grafiek de verschillende fouten, gemakkelijker visuele analyse (Figuur 6). Doe dit door de grafiek van de storing data langs en over de algehele macroschaal structuur.
Figuur 6. Voorbeeld grafiek die de verdeling van storing populaties. Grafiek waarin het percentage en typen van de maximale fout sets (rood gemarkeerd in figuur 5) Voor elke site. Net sites binnen de Ct kwartsiet worden hier getoond (gewijzigd ten opzichte van Ismat en Toeneboehn 7). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
5. De bouw van de Push-block Sandbox Model
- Gebruik ¾ inch MDF (medium-density fiberboard) naar oppervlaktepotentiaal heterogeniteiten gevolg van houtnerf, grof geschaafde oppervlakken of andere problemen timmerhout verminderen (figuur 3).
- Breng een basis lak afwerking aan de oppervlakken van de MDF plaat dichten en te voorkomen epoxy (hieronder beschreven) doordringen oppervlakken van het model (Figuur 3).
- Schaal en oriënteren de zandbak model om het veld gebied. Bijvoorbeeld, in deze studie, model de lengte van het vak aan de EW trendlijn vertegenwoordigen, en het model van de breedte van het vak aan de NS trendlijn te vertegenwoordigen. Schaal de zandbak model waarbij 4 cm is apal op 1 km (figuur 3).
- Teken de box groter is dan het onderzoeksgebied om mogelijke randvoorwaarden en / of randeffecten van het model te voorkomen.
- Heb terugloopblokkering construeren, zodat zand te passen zonder onrealistische begrenzing (Figuur 3).
- Bouw een push-blok gelijk aan de breedte van de zandbak. Dit voorkomt zand passeert door de zijkanten van de push-blok.
- Gebruik ¾ inch MDF voor de push-blok.
- Bevestig de push-blok naar een kruk gedreven schroefdraad metalen staaf (figuur 7).
- Gebruik een 6/4 inch diameter ronde crank met een handvat - een circulaire slinger legt minder druk op de pols en de handen van de begeleider.
- Gebruik een verzinkte draadstang (bij voorkeur Acme schroefdraad) die ten minste ¾ inch in diameter. Als de balk te dun is, kan het niet in staat zijn om het gewicht van het zand weerstaan.
- Zorg ervoor dat tHij lengte van de draadstang zich vanaf het begin van de zandbak tot het einde van de hellingen.
Figuur 7. Voorbeeld zandbak model diagram. Diagrammen voor de zandbak model, geïllustreerd als plan en dwarsdoorsneden. De zuidelijke frontale helling (SFR), schuine helling (OR) en het noorden van frontale helling (NFR) worden geëtiketteerd. Dunne pijlen getrokken over de hellingen te illustreren mogelijke richting van zand beweging. Zie figuur 3 voor een foto van een lege sandbox model (gewijzigd ten opzichte van Ismat en Toeneboehn 7). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
- Boor een langwerpig gat met een verticale lange as, in het midden van de frontstop. Deze langgerekte vorm wordt het push-blok staan (bijtached de draadstang) te bewegen en via hellingen indien nodig (Figuur 8).
- Waarborgen dat de lengte van het langwerpige gat is gelijk aan de hoogte van de hoogste helling.
- Zet de langwerpige gat met een metalen frame. Bevestig het metalen frame aan de frontstop met bouten en moeren (figuur 8).
- Rijg de stang door middel van een bijpassende spoed en diameter moer gemonteerd aan de frontstop (Figuur 8).
Figuur 8. Voorbeeld schroefdraad bar verbinding. Close-up van de draadstang en bijpassende moer gemonteerd aan de frontstop. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
- Construct een schuine helling, gebonden aan beide zijden door frontale hellingen.Construct de hellingen van den met gelijmde sponning gewrichten op de bovenste oppervlakken en verzonken bevestigingsmiddelen langs de basis.
- Snijd de hellingen in vergelijkbare oriëntaties met wat wordt voorspeld in het veld.
- Vergroot de afstand tussen de verschillende hellingen, in vergelijking met wat wordt waargenomen in het gebied, zodat de structuren die zich in het zand meer toegankelijk.
- Schuur de oppervlakken met een fijne korrel schuurpapier om het oppervlak heterogeniteiten te verwijderen en toe te passen een polyurethaan afwerking van de zacht hout te beschermen.
- Bedek de hellingen en de basis van de zandbak met schilders tape om het hout te beschermen tegen epoxy tussen de trials. Zorg ervoor dat de tape is glad en vrij van richels of kleppen.
6. Het uitvoeren van de Push-block Sandbox Model
- Gebruik typische play-zand. Dit type zand relatief homogeen, met een gemiddelde korrelgrootte van 0,5 mm.
- Dye en droog de helft van het zand.
- Vul een 5-liter emmer een kwart f ull met play-zand en voeg zwarte kleurstof tijdens het mixen tot er een uniforme donkergroene kleur is bereikt. Gebruik zoveel kleurstof als nodig is om de kleur van het geverfde zand duidelijk onderscheidend van de ongeverfde zand maken.
- Laat zand drogen bij kamertemperatuur, die enkele dagen kan duren, of in een oven (tot 500 ºC), die alleen kan duren een paar uur. Plaats geen hete zand in de zandbak. Zorgen dat het zand tot kamertemperatuur is afgekoeld voor gebruik.
- Leg het zand in afwisselende lagen van gekleurd en ongekleurd (tan) zand. Test verschillende diktes sandpacks. In deze set-up werden de helderste en meest reproduceerbare resultaten geproduceerd met een zandpakking 3,5 cm dik, met afwisselend gekleurd en tan lagen 0,6 cm dik (Figuur 7).
- Voorzichtig op een plastic mesh, bestaande uit 0,5 2 in (1,3 cm 2) vierkanten op de bovenkant van het onvervormde raster zand een inkeping (Figuur 9) te produceren.
Figuur 9. Voorbeeld van onvervormde zand in de zandbak model. Gedeeltelijke bovenaanzicht van onvervormde zand in de zandbak model. Opmerking raster inspringen en vierkante cross-pins. De zuidelijke frontale helling (SFR), schuine helling (OR), Noord-frontale helling (NFR), en de vier regio's (1-4) zijn gelabeld (gewijzigd ten opzichte van Ismat en Toeneboehn 7). Klik hier om een grotere versie te bekijken dit figuur.
- Plaats vierkante dwarsspelden 2 inch (-5 cm) van elkaar gehele onvervormde zand (Figuur 9).
- Duw het zand met de kruk aangedreven push-block. In deze set-up, zet het zand van 60 cm, dat wil zeggen, 60 cm van de verkorting (Figuur 10).
- Verplaats de push-blok langzaam genoeg zodat veranderingen in het zand zorgvuldig te documenterened. De snelheid waarmee de push-blok wordt bewogen (dat wil zeggen, reksnelheid) heeft geen invloed op de resultaten.
- Volg de vervorming door het observeren van de vormveranderingen van de vierkanten (figuur 10).
- Houd de hoeveelheid transport en verticale rotatie door het observeren van de beweging van de pennen (figuur 10).
- Document al deze veranderingen met een camera gemonteerd nabij de zandbak, zodat de gehele zandbak is binnen het beeld. Zorg ervoor dat u nog wel frame van foto's en video's.
Figuur 10. Voorbeeld van een misvormde zandlagen. Plan-weergave van het eindresultaat vervorming van de zandbak model. Selecteer cross-pins gelabeld met blauwe stippen het tonen dextrale compenseren. Gevouwen cross-pins gemarkeerd met gele lijnen. Overschuiving zijn gemarkeerd met dunne, black lijnen. De vier regio's (1-4) zijn gelabeld (gewijzigd ten opzichte van Ismat en Toeneboehn 7). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
- Experimenteren met verschillende hoeveelheden zand en totale verkorting.
- Herhaal dit tot tevreden, dat wil zeggen, totdat de structuren gevormd in de zandbak na te bootsen die bewaard in de natuur, onder vergelijkbare verkorting bedragen.
7. Het verzamelen van monsters uit de Sandbox
- Verwijder alle cross-pinnen uit het zand na de zandbak resultaten na te bootsen die bewaard in de natuur.
- Verzamelen monsters uit de zandbak door het scheiden en epoxying gedeelten van de vervormde zand (figuur 11).
- Doe dit door de aanleg van twee pre-cut sheet-metalen verdelers om delen van de vervormde zand (Figuur 9) te isoleren.
- Zorg ervoor dat de onderrandvan de verdeler wordt gesneden om de hoek van de helling passen.
- Om de verdelers te beschermen tegen epoxy tussen de proeven, hebben betrekking op de verdelers met schilders tape (Figuur 11).
- Zorg ervoor dat de verdelers uitstrekken over en voorbij de hellingen. In dit onderzoek gebruikt rechthoekig verdelers die 45 cm lang en 9 cm breed gemeten (Figuur 11).
- Zorgen dat de verdelers zijn groter dan het dikste deel van de vervormde zandpakking (figuur 11).
- Zorgen dat één uiteinde van de verdeler is gesloten, zodat de stroom van de epoxy regelen. Sluiten niet het andere uiteinde van de verdeler, zodat eventuele verstoringen van het zandpakking (figuur 11) te minimaliseren.
Figuur 11. Voorbeeld van metalen verdelers. Plan-mening, het tonen 2 metalen verdelers, één via een frontale helling en ope door de schuine helling, in gedeformeerde zand. De metalen scheidingsplaat langs de schuine helling is gevuld met epoxy. Opmerking meetlint voor schaal (Modified van Ismat en Toeneboehn 7). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
- Steady de verdelers met metalen staven (figuur 11).
- Doe dit door het vastmaken van de verdelers met ¼ inch x 4 inch machine schroeven door voorgeboorde gaten in de richting van de bovenkant van de verdelers. Schede de schroeven met 3/8 inch diameter aluminium buizen tussen de zijkanten van de deler is. In deze studie gebruikt twee metalen staven voor elke deler (figuur 11).
- Plaats een verdeler op de schuine helling, en de tweede aan de frontale schuine helling junctie (figuur 11).
- Pour verwarmde epoxy over de bovenkant van het zand gedeelten geïsoleerd door de metalen verdelers (Figuur 11).
- Blijf epoxy gieten tot het niet meer wordt opgenomen door het zand. Dit zorgt ervoor dat het zand volledig verzadigd.
- Trek de geëpoxeerd gebieden uit de metalen verdelers, zodra de epoxy is droog. Doe dit door te trekken van de verdelers met de metalen staven.
- Met behulp van een rots zaag, snijd de geëpoxeerd gebieden loodrecht en parallel aan de staking van de hellingen.
- Het beddengoed te markeren, plooien en fouten met een permanent marker op de epoxy monsters (figuur 12).
Figuur 12. Voorbeelden geëpoxeerd monsters van sandbox model. Geëpoxeerd monsters uit de (a) noordelijke frontale helling en de (b) schuine helling in de zandbak model. Getoonde monsters gesneden loodrecht op de trend van de hellingen. Lagen worden gemarkeerd met een dunne, witte lijns. Solid witte lijnen markeren omgekeerde fouten, onderbroken witte lijnen markeren strike slip fouten (gewijzigd ten opzichte van Ismat en Toeneboehn 7). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
- Vergelijk de zandbak monsters naar de veldgegevens.
- Vergelijk monsters met een doorsnede van het gebied. Zorg ervoor dat de monsters en dwarsdoorsneden hebben soortgelijke oriëntaties.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Luchtfoto's werden gebruikt om het veld onderverdelen in vier regio's (1-4), gebaseerd op de ontwikkeling van de moderne bergrug kam (figuur 2). Multi-schaal schuld gegevens worden vergeleken tussen deze vier regio's. Ervan uitgaande dat deze trend veranderingen weerspiegelen de onderliggende kelder geometrie, wordt de schuine helling gepositioneerd binnen Regio 2 en 3, waar de bergen trend schuin op de Sevier fold-breuk gordel. Gedurende de vier regio's, vonden we dat de mesoschaal fouten behoud van een vervorming stof die penetrerende en homogeen de mesoschaal (dwz kubieke meter rock) en zijn representatief voor gebieden die groter zijn dan de kubieke meter sites (figuur 4) 4,16. Bovendien microschaal variaties getoond in tabel 1, zijn niet in het collectieve karakter storingsbeelden. Ja, kan de mesoschaal fout sets direct worden vergeleken in alle vier regio's (
Vergelijkbaar met eerdere modellen, gebaseerd op eindige elementen methode (FEM) is aangenomen dat de schuine helling continu 17. De scherpe breuk in beddengoed en storingen patronen over de grens tussen de regio's 2 en 3 kan worden verklaard door differentiële beweging over een doorlopende schuine helling. Als alternatief kan de discontinuïteit in beddengoed en storingen patronen in regio's 2 en 3 een breuk in de onderliggende kelder weerspiegelen. Hier hebben we onze veldgegevens om onze zandbak model resultaten te vergelijken met het oog op deze twee hypothesen te toetsen. We vonden dat een breuk in de bovenliggende stuwkracht Sheet vormde ook al was er geen breuk in de kelder (Figuur 10). Interessant is dat de plaats en oriëntatie van het breukvlak vergelijkbaar met de positie en oriëntatie van de grens tussen de regio's 2 en 3 op de macroschaal kaarten. Daarom kan de breuk waargenomen in de bovenliggende plaat stuwkracht simpelweg gevormd door een complexe interactie van een oostelijke bewegen stuwkracht laken over een schuine helling. Met andere woorden, kan vervorming bewaard in stuwkracht lakens niet direct spiegel van de onderliggende kelder geometrie. Dus, deze zandbak experiment succesvol repliceert, en mogelijk verklaart storingsbeelden bewaard in het veld.
De epoxy zandbak monsters werden geanalyseerd uit de zandbak model om de interne structuur van de vervormde zand waarneemt en deze structuren te vergelijken met terreinobservaties. Twee representatieve monsters werden geanalyseerd - een monster van de frontale en schuine hellingen (Figuur 12). In het algemeen is het omgekeerde fouten en plooien bewaard in de geëpoxeerd monsters uit de frontale helling geschikt vervoer naar het oosten, en die van de schuine helling tegemoet vervoer naar het zuidoosten. De strike-slip fouten in alle monsters tegemoet dextrale beweging. Deze kinematische plaat langs de frontale en schuine hellingen ondersteunt eerdere modellen 17-19, en mesoschaal foutgegevens. Deze kant monsters zijn nieuwe manier om de interne structuren die niet toegankelijk in het veld kan worden geanalyseerd.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De Centrale Utah segment van de Sevier vouw-breuk gordel, en de noordelijke grens, de Leamington dwarse zone fungeert als een ideale natuurlijk laboratorium voor het bestuderen van saillante-uitsparing knooppunten (figuur 1). Langs deze kruising, het vervoer richting constant blijft en de stuwkracht lakens zijn ononderbroken over de kruising, dus de enige variabele is de onderliggende kelder geometrie 5.
Hier presenteren we een methode om dergelijke opvallende uitsparing junction analyse combineert meerschalige storing data verzameld in het veld met een push-blok zandbak model, dat de grootschalige geometrie van het veldgebied repliceert. De sandbox model experiment staat voor een langere periode van deformatie dan de mesoschaal fout sets - we aannemen dat de jongste fout sets ondergebracht de waargenomen vouw geometrie. Dus, de zandbak model, in samenhang met de fouten sets kunnen worden gebruikt om stuwkracht plaat vervorming en dete bijhoudenrmine de details van de onderliggende kelder geometrie.
Om deze gecombineerde aanpak om succesvol te zijn, moet de volgende kritische stappen die moeten worden genomen in het veld en zandbak experiment. Voor het veld gedeelte, is het essentieel om de omvang van de storing homogeniteit bepalen - schuld sets die niet bij equivalente schalen worden bewaard kunnen niet direct worden vergeleken. Daarnaast is er een grote populatie van fouten (≥ 30 storing sets) moeten worden gemeten om ervoor te zorgen statistisch betrouwbare data sets 9. Bovendien moet storingen weg van heterogeniteiten, zoals beddengoed contacten worden gemeten, teneinde de plaatselijke belasting variaties voorkomen. Zelfs microschaal variaties, zoals verontreinigingen, een bereik in korrelgrootte en een grote hoeveelheid van de stam (Fry> 1.8) kan mesoscale breuk ontwikkeling beïnvloeden door het creëren van foliation vliegtuigen en andere heterogeniteiten. Voor het experimentele gedeelte, dient de zandbak model het veld geometrie zo goed nabootsen mogelijk. Het is recommenDED dat de doos worden gebouwd op grotere omvang is dan het gebied, om edge-effect complicaties. De macroschaal regio werden ook vergroot, om dezelfde reden. Het is belangrijk dat de korrelgrootte van het zand bootst Coulomb gedrag 20 - een gemiddelde korrelgrootte van ~ 0,5 mm aanbevolen 21. Tenslotte, zodra het experiment wordt uitgevoerd, is het essentieel dat de grootschalige storingen en plooien vormen in dezelfde orde oriëntaties (bijvoorbeeld voorwaarts breken, achteruit breken, etc.) zoals waargenomen in het veld. Anders kan het gevormde structuren in het model niet te vergelijken met het gegevensveld, zelfs als ze lijken.
De resultaten van deze studie zijn vergelijkbaar met en ondersteuning eerder werk Binnen dit gebied op basis van FEM 17,22 en geeft meer details de kinematische geschiedenis. Dit suggereert dat gedetailleerde fout gegevens, gemeten in gebieden die zijn vervormd door elastico-wrijvingskracht mechanismen, kan be gebruikt om meer gedetailleerde kinematische modellen dan sommige computermodellen te ontwikkelen. Hoewel fout verzamelen van gegevens en analyse bewerkelijk en tijdrovend kan deze werkwijze toegankelijker dan computer en analoge modellering en goedkoper. Breuken en fouten zijn vaak over het hoofd 23 - veel geologen bekijken bovenste aardkorst vervorming als kleine en leegte van patronen. Een groot gedeelte van de korst - de bovenste ~ 15 km - vervormt door vastgelopen en andere elastico wrijvingsarme mechanismen. Dit werk suggereert dat een aanzienlijke hoeveelheid geologische geschiedenis is opgeslagen in de bovenlaag en is direct beschikbaar voor analyse.
We laten zien dat zelfs in de meest eenvoudige gevallen, zoals hier onderzochte structuren bewaard in de gratin niet noodzakelijkerwijs bootsen de onderliggende kelder geometrie. Gedetailleerde fout analyses kan subtiliteiten die niet mogen worden onthuld met kaart patronen, standaard conjugaat fout studies en / of computer m onthullenodellen, zoals FEM. Met behulp van een sandbox model kan helpen verklaren waarom sommige van deze subtiele patronen bestaan. Het hier gepresenteerde methode is eenvoudig, betrouwbaar en gemakkelijk te reconstrueren. Het kan mogelijk veranderen hoeveel geologen zien de rol van fouten en cataclastic flow, en wat zij ons kunnen vertellen. Deze methode kan worden gebruikt om opnieuw te onderzoeken, en ontdek meer kinematische gegevens van onderbelichte veld gebieden, en kan eenvoudig worden aangepast om andere dan fold-stuwkracht riemen geologische instellingen tegemoet te komen. Deze aanpak heeft verstrekkende gevolgen in termen van het bijhouden van fractuur gecontroleerde vloeistofstroom in de gratin en hoe vouw stuwkracht banden onderhouden kritische versmalling bij saillante-reces kruispunten.
Het zwakke punt van deze benadering is dat zandbak modellen niet in staat om complexe geologische geschiedenis repliceren. Bijvoorbeeld, wanneer er variabele verkorting richtingen, de timing en de richting van gebeurtenissen moeten zorgvuldig worden bijgehouden in het veld en vervolgens gerepliceerdmet verschillende push-blokken in de zandbak model. Echter, het zand zal waarschijnlijk niet de verschillende richtingen verkorten omdat het zand zal stromen en aanwezige lagen niet gehandhaafd behouden. Dit probleem kan worden opgelost door het toevoegen van olie of vaseline om het zand, om het zand meer samenhangend te maken. Maar dan het zand niet gedragen als Coulomb materiaal en daardoor kan geen model vervorming in de bovenlaag. Verdere werkzaamheden zijn nodig om meer complexe natuurlijke systemen, zoals situaties te ontrafelen waar de kelder geometrie niet de enige variabele.
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. Preparation of Rock Thin Sections. Amer. Mineral. 38, 1184-1203 (1953).
- 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. The motion of thrust sheets. J. of Geophys. Res. 81, 949-963 (1976).
