Introduction
Fold-thrust belter er sammensatt av salients (eller segmenter), hvor thrust ark i tilstøtende salients er dekoblet av utsparinger eller tverrgående soner 1,2,3. Overgangen fra fremtredende til fordypning kan være markert kompleks, med en mangefasettert pakke med strukturer, og kan holde kritiske ledetråder for å brette-thrust belte utvikling. I denne artikkelen vi undersøke nøye en fremtredende-fordypningen krysset, ved hjelp av en kombinasjon av Multiscale feltdata og en sandkasse modell, for bedre å forstå hvordan deformasjon kan innpasses innenfor fold-thrust belter.
Krysset av den sentrale Utah segmentet og Leamington tverrgående sone er en ideell naturlig laboratorium for å studere fremtredende-fordypningen kryss av flere grunner (figur 1). Først steinene eksponert innenfor segmentet fortsette uavbrutt, inn i den tverrgående sone 4. Så kan deformasjon mønstre spores kontinuerlig, og sammenlignes på tvers i krysset. S econd, steinene er i hovedsak monomineralic, så variasjon i feilmønstre er ikke et resultat av heterogeniteter innenfor enhetene, men i stedet gjenspeiler den generelle folding og stakk innenfor studieområdet 4. Tredje, Elastico-friksjonsmekanismer, som kataklastiske flyt, assistert deformasjon hele feltet området, noe som åpner for direkte sammenligninger av mesoskala feilmønstre 4. Til slutt forble den generelle transportretning kontinuerlig langs lengden av segmentet og tverrgående sone; derfor variasjoner i forkorte retning påvirket ikke bevarte deformasjoner mønstre 4. Alle disse faktorene redusere antall variable som kan ha påvirket av deformasjonen langs segmentet og tverrgående sone. Som et resultat, anta at vi de bevarte strukturene som dannes først og fremst på grunn av en endring i den underliggende kjeller geometrien 5.
pload / 54318 / 54318fig1.jpg "/>
Figur 1. Eksempel på indeksen kartet. Den Sevier fold-fremstøt belte av vestlige USA, som viser store salients, segmenter, utsparinger og tverrgående soner. Figur 2 er indikert ved eske område (modifisert fra Ismat og Toeneboehn 7). Klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.
Folding og stakk innenfor det sentrale Utah segmentet og Leamington tverrgående sone, fant sted på dybder <15 km, dvs. innenfor Elastico-friksjons regime, hvor deformasjon skjedde primært ved frembrudd-skala (<1 m) feil og kataklastiske strømmer 4,6 . Fordi transport og folding av thrust arket fant sted hovedsakelig av Elastico-friksjonsmekanismer, spår vi at en detaljert feilanalyse kan gi ytterligere innsikt i den kinematiske historien om Leamington tverrgående sone og th e underliggende kjeller geometri. For å teste denne hypotesen, har vi samlet og analysert feilmønstre bevart i bergarter innenfor den nordlige delen av det sentrale Utah segmentet og hele Leamington tverrgående sone (figur 2).
Figur 2. Eksempel på makro topografisk kart. Skygge-lettelse topografisk kart av eske området i figur 1. De 4 Regions er atskilt med faste, hvite linjer. Sengetøy kontakter mellom proterozoikum Caddy Canyon kvartsitt (PCC), er proterozoic Mutual kvartsitt (PCM) og Cambrian Tintic kvartsitt (Ct) vist. Stiplede linjene viser utviklingen av fjellene innenfor dette området. På følgende steder vises med nummererte svarte firkanter. Førsteordenslineasjoner er vist med solide grå linjer (modifisert fra Ismat og Toeneboehn 7).ftp_upload / 54318 / 54318fig2large.jpg "target =" _ blank "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Sandbox eksperimenter ble utført for å sammenligne mot, og supplere, feil data. En trykkblokk sandbox modell, med frontal og skrå ramper, ble brukt til å hjelpe våre analyser av strukturer bevart i, og rundt, Leamington tverrgående sone (figur 3) 7. Formålet med denne tilnærmingen er fire-fold: 1) finne ut om mesoskala feil mønstre er konsekvent, 2) avgjøre om sandbox modellen støtter og forklarer feltdata, 3) avgjøre om sandbox modellen gir flere detaljer om strukturer som ikke er observert i felten, og 4) vurdere hvorvidt denne kombinerte felt eksperimentell metode er nyttig og lett å replikere.
Figur 3. Eksempel på trykk-blokk mOdel. Foto av tomt sandbox modell. Den sørlige frontal rampe (SFR), skrå rampe (OR), nordlige frontal rampe (NFR), og de fire regioner (1-4) er merket (modifisert fra Ismat og Toeneboehn 7). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Innsamling av makrofeltdata
- Før drive feltarbeid, bruke flyfoto / topografiske kart for å identifisere den generelle trenden av fjellene (definert av dagens Ridge Crest), tverrgående soner, feil og andre lineasjoner på macroscale (figur 2).
- Bruk samme skala topografiske kart og flyfoto, slik at mønstre kan sammenlignes direkte. Bruk 1: 24000 skala kart og fotografier.
- Merk og markere mesoklimatisk funksjoner på kartene (antenne og / eller topografiske) som skal brukes i felten. På flyfoto, bruk skarpe endringer i løvverk å identifisere mesoklimatisk funksjoner, fordi løvverk mønstre reflektere den underliggende berggrunnen. På topografiske kart, bruk skarpe endringer i topografi, for eksempel bratte klipper, lange trange daler og raske endringer i dreneringsmønstre for å identifisere mesoklimatisk funksjoner.
- Underbygge disse kart mønstre, med mesoklimatisk funksjoner som finnes inatur, mens i felten. Sørg for at felt kart er justert tilsvarende.
- Del opp innen området langs mesoklimatisk tverrgående soner.
2. Innsamling av mesoskala feltdata
- Gjennomføre felt analyse innenfor hver tverrgående sone bundet området.
- Bestemme omfanget av homogeniteten av de mesoskala feil i hele feltområdet. Gjør dette ved å måle alle feil større enn 3 cm langs en transekt vinkelrett og parallelt med den generelle makrostrukturen. Punktet der feilmønstre gjenta seg langs transektet definerer omfanget av homogenitet.
Merk: 3 cm er valgt som et minimum cut-off fordi feil som er mindre enn 3 cm kan være vanskelig å måle. - Velg representative steder over hele feltet området ved hjelp av definerte omfanget av homogenitet.
- Sørg for at hver side inneholder ~ 3 innbyrdes vinkelrette berg eksponeringer innenfor omfanget av homogenitet, for å kvantifisere den tredimensjonaleGeometrien av feilen arbeid.
- Sikre at nye områder blir valgt hvor feilmønstre markert skifte (figur 2).
- Velg områder langt (~ en enhet av homogenitet) fra store sengetøy kontakter, for å unngå lokale forkorting og forlengelse retninger som kan ha overtrykkes feil produsert fra den generelle forkorting retning.
- Bruk et rutenett for å holde oversikt over alle feil under datainnsamling 4.
- Sikre at størrelsen på gitteret er ved omfanget av homogeniteten av de mesoskala feil. For eksempel, hvis feilene er homogene i kubikkmeter skala, bruk en kvadratmeter rutenett.
- Konstruer rutenettet som en sammenleggbar tre kvadrat - dette gir enklere transport i feltet.
- Bruke 4 like store stykker av en i brede strimler av tre. Enhver type hardt tre anbefales fordi det er den mest holdbare for feltarbeid.
- Bor 1/4 "hull nær endene (~ ½ & # 34; fra endene) til de tre strimler. Monter med fire 2 1/4 "lang, 3/16" størrelse skruer i hvert hjørne. Bruk stålvingemuttere for enklest sammenleggbarhet.
- Del rutenettet likt med string - dette bidrar til å spore de ulike feilene på hvert sted. Bor hull, jevnt fordelt, langs nett 'omkrets, tråd og knytebånd gjennom hullene. For eksempel, for en måler kvadratisk gitter, dele risten i 10 cm kvadrater med strenger som er koblet til de motsatte ender av gitteret (figur 4).
Figur 4. Eksempel på et mesoskala frembrudd. Sengetøy er markert med hvite stiplede linjer. Spesifikke feil sett diskutert i papir er markert med tynne, solide hvite linjer. m 2 rutenett vises (modifisert fra Ismat og Toeneboehn 7).d / 54318 / 54318fig4large.jpg "target =" _ blank "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
- Lag detaljerte skisser av feil sett innenfor hver grid.
- Basert på rutenett skisser og tverrgående forhold til feil, fastslår de yngste feil sett på hvert sted fire.
- Gjør dette ved å identifisere offset feil mønstre på hvert sted. Den yngste feil overtrykk og utlignet de eldre feil.
- På hvert studiested, registrere orientering, avstand, lengde, tykkelse og morfologiske egenskaper (for eksempel helbredet, vene fylt, åpen, breksje fylt) for hver av de yngste feil innenfor hver grid.
- Del nettstedene blant litologiske enheter (se figur 2).
3. Innsamling av mikrodata
- Samle orienterte bergartsprøver på hvert sted for tynne delen analyse.
- Sørg for at steinprøven er stor nok til åkutte tre gjensidig vinkel standard størrelse (26 mm x 46 mm) tynn-delen chips (dvs. litt større enn en voksen knyttneve).
- Skjær tynne delen chips (ved hjelp av en standard bunn sag) sammenlign til rutenett orienteringer fra hver side, slik at mikro og mesoskala mønstre kan sammenlignes direkte.
- Forbered standard tykkelse (0,03 mm) tynn §§ 8.
- Analyser tynn seksjoner ved hjelp av en standard optisk mikroskop med et vedlagt kamera, for å ta mikrofotografier.
- For hver tynn-seksjon, opp morfologiske egenskaper, slik som mengden av jern-oksid, og variasjon og midlere kornstørrelse ved hjelp av stereological metoder, dvs. Spektor akkord analyse (tabell 1) 9.
- Gjør dette ved å måle bredden og / eller antall valgte morfologiske egenskaper langs 4-6 tilfeldig orienterte transekter gjennom hver tynne delen 4,9. Fra alle transektene, beregneden gjennomsnittlige (tabell 1).
| Enhet | Tykkelse (m) | Bedding stoff | Kornstørrelse (m) | X / Z Fry stamme (Gjennomsnittlig Rf) | X / Y Fry stamme (Gjennomsnittlig Rf) | Mengde gjengroing | Mengden av jernoksyd | Mengden av forurensninger | andre kjennetegn |
| Ct | 1000 | Fremtredende, tykk og tynn seng | Ave: 1,59 x 10 -4 (Range: 3,6 x 10 -6 til 3,31 x 10 -4) | 1.15 | 1.12 | moderat, semi-connected i små lapper | moderat, delvis koblet i små flekker | moderat, semi-tilkoblede kalsitt i små lapper | Ridge tidligere, hvit til grå-rosa, forvitrer tan til rødbrunt |
| PCM | 570-750 | Fremtredende, velutviklet gradert og kryss-sengetøy | Ave: 1.48 x 10 -4 (Range: 1.15 x 10 -4 til 2 x 10 -4) | 1,22 | 1,19 | store og gode forbindelser | moderat og gode forbindelser | mindre kalsitt og dårlig tilkoblet | Massive knauser, lilla rød-brun, forvitrer lilla-svart |
Tabell 1. Eksempel på mikro morfologi. Beskrivelse av proterozoikum Mutual (PCM) og Eocambrian Tintic (CT) kvart enheter. X / Z Fry belastning blir målt i et vertikalsnitt parallelt med transportplanet, mens X / Y-Fry belastning er megasured i et vertikalt snitt vinkelrett på transportflyet (modifisert fra Ismat og Toeneboehn 7). Klikk her for å se / laste ned denne tabellen i Microsoft Excel-format.
- Mål belastning bruker normalisert Fry analyse 10,11. Sikre at stammen er målt fra tre innbyrdes vinkelrette tynne profiler for å bestemme tredimensjonale belastning på hvert sted.
- Gjør dette ved å ta en mikrofotografi av hver tynne delen. Sørg for at mikrofotografiene inneholder minst 50 grains med solide korngrensene, dvs. ikke underkorngrenser.
- Definerer konturene av kornene for å måle Fry belastning. Definer skisserer enten manuelt, ved å spore konturene fra en trykt mikrofotografi på tracing papir eller digitalt, ved å laste opp mikrofotografiet til et digitalt bildeanalyseprogram (f.eks Imalder Pro Plus) som automatisk definerer korn 'grenser.
- Last korn grensen bildet inn i normalisert Fry Strain program 12.
4. Plotting mesoskala feil data
- Analysere feil data på Equal-området garn. For eksempel bruke stereo (freeware fra RW Allmendinger).
- Plotte feildiesel polene på Equal-området garn og deretter trimme disse polene bruker en% konturer området (figur 5).
- Bestem de vanligste feilsett fra disse pole konsentrasjoner. Plot disse feil setter like stor-sirkler (figur 5).
Figur 5. Eksempler på Lik-området tomter Equal-området plott av feil sett fra to steder -. Side 41 er fra Region 2, og stedet fem er fra Region 1. Feil sett er ptildelte som avrundede stolper (1% område konturer). Gjennomsnittlig feil sett er bestemt fra pol-konsentrasjoner og plottet som storsirkler. Maksimum forkorting retninger, bestemt fra konjugerte-konjugat feil sett, er plottet som svarte prikker. Feil-polet konturer er farget i henhold til prosentvis bidrag på hvert sted. Pole konsentrasjoner som bidrar til> 20% er farget rød, mellom 15-19% er farget oransje, 10-14% er gule, 5-9% er grønne og <5% er farget blå. Røde feil pol konturer er merket som LPS (lag-parallell forkorting), LE (lem forlengelse), og HE (hengsel-extension) (modifisert fra Ismat og Toeneboehn 7). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
- Identifiser konjugerte feil sett, det vil si, de rime sirkel par med dihedral vinkel som spenner fra 40º til 75º (figur 5) 13
- Definere den akutte halverer de konjugerte-konjugat feilsett - dette finner den maksimale forkorting retningen (figur 5) 4,14,15.
- Videre dele de like-området netto feil polet konsentrasjoner, i henhold til deres andel bidrag for hvert område. Gjør dette ved å farge koding av pol konsentrasjoner, for enklere visuell analyse. For eksempel høydepunkt pole konsentrasjoner som bidrar til> 20% av de samlede staver for at nettstedet rødt. Farge de som bidrar mellom 15-19% oransje, gul 10-14%, 5-9% grønn og <5% blått (figur 5, tabell 2).
| Side | Bedding | Avkortning | Høyeste feil pol | Feil sett (s) |
| (dip, dip retning) | retninger (s) | konsentrasjon (r) | (dip, dip retning) | |
| (stupe, trend) | (stupe, 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 |
. Tabell 2. Eksempel på mesoskala feil data figur, viser bare to av de 24 nettstedene, dokumentere følgende: bedding orientering, forkorte retning (s), orientering av den høyeste konsentrasjon feil stang (e) og deres korresponderende feil sett (e) (modifisert fra Ismat og Toeneboehn 7).
- Label pole konsentrasjoner i henhold til ulike typer feil (f.eks hengsel forlengelse) (figur 5).
- Merk de ulike feiltypene på mesoskala bildene, for enklere visuell analyse (figur 4).
- Fremstille de forskjellige feiltyper, for enklere visuell analyse (figur 6). Gjør dette ved å tegne grafer feil data langs og på tvers av den generelle makrostrukturen.
Figur 6. Eksempel Grafen viser fordelingen av feil populasjoner. Graf som viser prosentandelen og type maksimal feil settene (markert med rødt i figur 5) For hvert område. Bare områder innenfor Ct kvart Her vises (modifisert fra Ismat og Toeneboehn 7). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
5. Bygging av Push-blokken Sandbox Model
- Bruk ¾ tommers MDF (medium-density fiberboard) for å redusere mulige overflate hetrogeniteter oppstår fra tre korn, grovt høvlet overflater, eller andre defekter fra tømmer (figur 3).
- Anvende en enkel etterbehandling lakk for å forsegle overflaten av MDF-plate og forhindre epoksy (beskrevet nedenfor) i å trenge modellens flater (figur 3).
- Skala og orientere sandkasse modellen til feltet området. For eksempel, i denne studien, modell lengden av esken for å representere den EW trendlinjen, og å modellere bredden av esken for å representere den NS trendlinjen. Skalere sandbox modell der 4 cm er utstal til 1 km (figur 3).
- Konstruer boksen større enn innen studieområdet for å unngå potensielle grensebetingelser og / eller kanteffekter fra modellen.
- Ikke konstruere en backstop, for å tillate sand å passere uten en urealistisk grense (figur 3).
- Bygg en push-blokk tilsvarer bredden av sandkassen. Dette vil hindre sand fra å passere gjennom sidene av skyveblokken.
- Bruk ¾ tommers MDF for push blokken.
- Fest push-blokk til en sveiv drevet gjenget metallstang (figur 7).
- Bruk en 4-6 tommers diameter rund sveiv med et håndtak - en sirkulær sveiv legger mindre belastning på sentralbordet håndledd og hender.
- Bruk en galvanisert gjengestang (helst acme gjenget) som er minst ¾ tommer i diameter. Hvis linjen er for tynn, kan den ikke være i stand til å tåle vekten av sand.
- Sørg for at than lengde av gjengestangen strekker seg fra begynnelsen av sandkassen til enden av rampene.
Figur 7. Eksempel sandbox modell diagram. Diagrammer for sandkassen modellen, illustrert som plan og tverrsnitt. Den sørlige frontal rampe (SFR), skrå rampe (OR) og nordlige frontal rampe (NFR) er merket. Tynne piler som trekkes over rampene illustrere potensialet retning av sand bevegelse. Se Figur 3 for et fotografi av en tom sandkasse-modell (modifisert fra Ismat og Toeneboehn 7). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
- Bore et langstrakt hull, med en vertikal lengdeakse, i midten av frontstop. Denne langstrakte form gjør at trykk-blokken (ilegges ved den gjengede bar) til å bevege seg opp og over rampene, om nødvendig (figur 8).
- Sikre at lengden av den langstrakte hull er lik høyden av det høyeste rampen.
- Fest avlange hullet med en metallramme. Fest metallrammen til frontstop med muttere og bolter (figur 8).
- Træ stangen gjennom en samsvarende tonehøyde og diameter mutter montert på frontstop (figur 8).
Figur 8. Eksempel gjenget bar tilkobling. Nærbilde av den gjengede bar og matchende mutter montert på frontstop. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
- Konstruer en skrå rampe, er bundet på begge sider av frontpartiet ramper.Konstruer ramper ut av furu med limte rabbet leddene på de beste overflater og senke festene langs bunnen.
- Kutt ramper ved sammenlignbare orienteringer til det som er forutsagt i felten.
- Utvide avstanden mellom de ulike ramper, i forhold til hva som er observert i felten, slik at strukturene som dannes i sanden er mer synlig.
- Sand overflatene med en finkornet slipepapir for å fjerne overflate heterogeniteter og bruke en polyuretan finish til beskytte mykt tre.
- Dekk til ramper og bunnen av sandkassen med malere tape for å beskytte treverket mot epoksy mellom studier. Sørg for at tapen er glatt og uten rygger eller klaffer.
6. Kjøre Push-blokken Sandbox Model
- Bruk typisk play-sand. Denne type sand er forholdsvis homogent, med en gjennomsnittlig kornstørrelse på 0,5 mm.
- Fargestoff og tørr halvparten av sand.
- Fyll en 5-gallon bøtte en fjerdedel f ull med play-sand og legge svart konditorfarge under blanding inntil en jevn mørk grønn farge er oppnådd. Bruk så mye fargestoff som er nødvendig for å gjøre fargen på farget sand klart forskjellig fra den undyed sand.
- Tillate sand å tørke ved romtemperatur, noe som kan ta flere dager, eller i en ovn (opp til 500 ° C), noe som kan ta bare noen få timer. Ikke plasser varm sand i sandkassen. Sørg for at sanden er avkjølt til romtemperatur før bruk.
- Legge sand i vekslende lag av farget og ufarget (tan) sand. Test ulike tykkelser av sandpakninger. I dette oppsettet, ble de klareste og mest reproduserbare resultater produsert med en sandpakke 3,5 cm tykk, med vekslende farger og tan lag 0,6 cm tykke (figur 7).
- Trykk forsiktig en plastnett, bestående av 0,5 i 2 (1,3 cm 2) kvadrater på toppen av den udeformerte sand for å frembringe et rutenett fordypning (figur 9).
Figur 9. Eksempel på deformerte sand i sandkassen modell. Delvis plan-visning av deformerte sand i sandkassen modell. Merk grid innrykk og firkantede kryssnålene. Den sørlige frontal rampe (SFR), skrå rampe (OR), nordlige frontal rampe (NFR), og de fire regioner (1-4) er merket (modifisert fra Ismat og Toeneboehn 7). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
- Sett firkant kryss pinne 2 inches (~ 5 cm) fra hverandre hele deformerte sand (figur 9).
- Skyv sand med sveiv drevet trykkblokk. I dette oppsettet, flytte sand 60 cm, dvs. 60 cm av forkorte (figur 10).
- Bevege skyveblokken langsom nok til at endringer i sanden kan være nøye dokumentereed. Hastigheten ved hvilken trykk-blokken blir beveget (dvs. tøyning) påvirker ikke resultatet.
- Spor deformasjonen ved å observere formen endringer av kvadratene (figur 10).
- Spor mengden av transport og vertikal rotasjon ved å observere bevegelsen av pinnene (figur 10).
- Dokument alle disse endringene med et kamera montert i nærheten av sandkassen, slik at hele sandkassen er inni bildet feltet. Sørg for å ta stillramme bilder samt videoer.
Figur 10. Eksempel på deformerte sandlag. Plan-visning av sluttresultatet deformasjoner fra sandkassen modell. Velg kryss pins merket med blå prikker som viser dextral utlignet. Enkle kryss pins uthevet med gule linjer. Skyvedekke er markert med tynn, black linjer. De fire regioner (1-4) er merket (modifisert fra Ismat og Toeneboehn 7). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
- Eksperimenter med varierende mengder av sand og total fett.
- Gjenta til oppfylt, dvs. inntil strukturer dannet i sandkassen etterligne de som er bevart i naturen, under sammenlignbare forkortelse mengder.
7. Samle Prøver fra Sandbox
- Fjern alle kryss-pins fra sanden når sandkasse resultatene etterligne de bevart i naturen.
- Samle inn prøver fra sandkassen ved å separere og epoxying partier av den deformerte sand (figur 11).
- Gjør dette ved å bygge to pre-cut stål skillevegger for å isolere deler av den deformerte sand (figur 9).
- Sørg for at den nederste kantenav deleren er kuttet for å passe vinkelen til rampen.
- For å beskytte skillevegger fra epoksy mellom studier dekke skillevegger med malere tape (figur 11).
- Pass på at skillelinjene strekker seg over og utover ramper. I denne studien bruker rektangulære skillevegger som målte 45 cm lang og 9 cm bred (figur 11).
- Pass på at skillelinjene er høyere enn den tykkeste delen av deformert sandpakningen (Figur 11).
- Sikre at en ende av deleren er lukket, for å styre strømningen av epoxy. Ikke lukker den andre enden av deleren, for å minimalisere eventuelle forstyrrelser i sandpakningen (figur 11).
Figur 11. Eksempel på metall skillevegger. Plan-visning, viser 2 metalldelere, en gjennom en frontal rampe og påe gjennom den skrå rampen, i den deformerte sanden. Metallet skillelinje langs den skrå rampe er fylt med epoksy. Merk målebånd for skala (Modifisert fra Ismat og Toeneboehn 7). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
- Stødig skillevegger med metallstenger (figur 11).
- Gjør dette ved å feste skillevegger med ¼ tommer x 4 tommers maskin skruer gjennom forborede hullene mot toppen av skillevegger. Kappe skruene med 3/8 tommers aluminiums diameter rør mellom delesidene. I denne studien bruke to metallstenger for hver skillevegg (figur 11).
- Plasser en delelinje på skrå rampe, og den andre på frontal-skrå rampe krysset (Figur 11).
- Hell varmet epoxy over toppen av sandpartier isolert ved metall skillevegger (Figur 11).
- Fortsett å helle epoxy inntil det ikke lenger absorberes av sand. Dette sikrer at sanden er helt mettet.
- Trekk epoksylimes områdene ut av metall skillevegger, når epoksy er tørr. Gjør dette ved å trekke skille ut med metallstenger.
- Ved hjelp av en stein sag, kutt epoksylimt områder vinkelrett og parallelt med streik av rampene.
- Marker sengetøy, folder og feil med en permanent markør (figur 12) på epoksylimt prøvene.
Figur 12. Eksempler epoksylimt prøver fra sandbox modell. Epoksylimes prøver fra (a) nord frontal rampe og (b) skrå rampe innenfor sandbox modell. Viste prøvene er skåret vinkelrett på utviklingen av ramper. Lagene er uthevet med tynne, hvite strekens. Solid hvite linjene markerer reverse feil, stiplede hvite linjer markere streik slip feil (modifisert fra Ismat og Toeneboehn 7). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
- Sammenlign sandkasse prøvene til feltdata.
- Sammenligne prøver med tverrsnitt fra området. Pass på prøvene og tverrsnitt har lignende orientering.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Flyfoto ble brukt til å dele opp feltet området i fire regioner (1-4), basert på utviklingen av den moderne fjellryggen crest (figur 2). Multi-skala feil data er sammenlignet mellom disse fire regioner. Forutsatt at disse trend endringene reflekterer de underliggende kjeller geometri, er den skrå rampe posisjonert inne Regioner 2 og 3, hvor fjellet tendens skrå til den Sevier fold-thrust belte. Gjennom de fire regionene, fant vi at mesoskala feil bevare en deformasjon stoff som er gjennomtrengende og homogen på mesoskala (dvs. kubikkmeter stein) og er representative områder større enn kubikkmeter områder (figur 4) 4,16. I tillegg har mikroskala variasjoner, som er vist i tabell 1, ikke er reflektert i den kollektive karakteren av feilmønstre. Så kan de mesoskala feil sett sammenlignes direkte gjennom alle fire regioner (
I likhet med tidligere modeller, basert på element modellering (FEM) har vi antatt at skrå rampe er kontinuerlig 17. Den kraftige pause i sengetøy og feilmønstre på tvers av grensen mellom Regioner 2 og 3 kan forklares av differensial bevegelse over en sammenhengende skrå rampe. Alternativt kan diskontinuitet i sengetøy og feilmønstre på tvers av regioner 2 og 3 reflekterer en pause i den underliggende kjelleren. Her sammenligner vi våre feltdata til våre sandkasse modellresultater for å teste disse to hypoteser. Vi fant ut at en pause i den overliggende kastet sheet dannet selv om det var ingen pause i kjelleren (Figur 10). Interessant, plassering og orientering av pausen kan sammenlignes med den posisjonen og retningen på grensen mellom Regioner 2 og 3 på de mesoklimatisk kart. Derfor kan pausen observert i den overliggende trykkarket har ganske enkelt dannet via et komplekst samspill av en østover bevegelige trykkarket i løpet av en skrå rampe. Med andre ord, kan deformasjon bevart i thrust ark ikke direkte gjenspeile den underliggende kjelleren geometri. Så, hell gjenskaper denne sandkasse eksperiment, og potensielt forklarer, feilmønstre bevart i feltet.
De epoksylimes sandkasse Prøvene ble analysert fra sandkassen modell for å observere den indre strukturen av det deformerte sand, og sammenligne disse strukturene mot feltobservasjoner. To representative prøver ble analysert - en prøve fra frontpartiet og skrå ramper (figur 12). Generelt, reverse feil og folder bevart i epoksylimes prøver fra frontal rampen imøtekomme transport til øst, og de fra skrå rampe imøtekomme transport mot sørøst. De strike-slip feil i alle prøvene imøtekomme dextral bevegelse. Dette kinematisk rekord langs frontpartiet og skrå ramper støtter tidligere modeller 17-19, samt mesoskala feil data. Disse hånd prøvene er ny måte å analysere interne strukturer som kanskje ikke er tilgjengelig i feltet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Den sentrale Utah segment av Sevier fold-thrust belte, og sin nordlige grense, serverer Leamington tverrsonen som en ideell naturlig laboratorium for å studere fremtredende-fordypningen veikryss (figur 1). Langs dette krysset, forblir transport retning konstant og skyve arkene er uavbrutt over krysset, så den eneste variabelen er den underliggende kjelleren geometri 5.
Her presenterer vi en metode for å analysere denne typen fremtredende-fordypningen krysset ved å kombinere multi-skala feil data samlet inn i feltet med en push-blokk sandbox-modellen, som replikerer den storstilte geometri av feltet området. Sandkassen modellforsøk representerer en lengre tidsperiode for deformasjon enn mesoskala feilsett - vi antar at de yngste feil sett innkvartert observerte fold geometri. Så, sandkasse-modell, i forbindelse med feil sett, kan brukes til å spore thrust ark deformasjon og Determine detaljer om den underliggende kjelleren geometri.
For at denne kombinerte tilnærmingen skal være vellykket, følgende kritiske trinn må tas i felt og sandkasse eksperiment. For feltparti, er det avgjørende å bestemme omfanget av feilen homogenitet - feilsett som ikke er bevart ved ekvivalente vekter kan ikke sammenlignes direkte. I tillegg er en stor bestand av feil (≥ 30 feil sett) må måles for å sikre statistisk pålitelige datasett 9. Videre bør feil måles bort fra heterogeniteter slik som sengetøy kontakter, for å unngå lokale belastningsvariasjoner. Selv mikroskala variasjoner, for eksempel urenheter, et område i kornstørrelse og mye belastning (Fry> 1,8) kan påvirke mesoskala brudd utvikling ved å skape foliasjon fly og andre hetrogeniteter. For den eksperimentelle delen, må sandbox modell ligne feltet geometri så tett som mulig. Det er anbefalingended at boksen være konstruert på et større omfang enn den feltområdet, for å unngå kant-effekt komplikasjoner. De mesoklimatisk Regioner ble også utvidet, av samme grunn. Det er viktig at kornstørrelsen av sandetterligner Coulomb adferds 20 - en gjennomsnittlig kornstørrelse på ~ 0,5 mm anbefales 21. Til slutt, når forsøket blir kjørt, er det avgjørende at de store forkastninger og folder form i de samme orientering og orden (f.eks frem breaking, bakover breaking, etc.) som er observert i området. Ellers kan de strukturer som dannes i modellen ikke bli sammenlignet med feltdata, selv om de ser like ut.
Resultatene fra denne studien er sammenlignbare, og støtte, tidligere arbeid utført på dette området basert på FEM 17,22, og gir flere detaljer i kinematisk historie. Dette tyder på at detaljerte feil data, målt i områder som har deformert av Elastico-friksjonsmekanismer, kan be brukes til å utvikle mer detaljerte kinematiske modeller enn enkelte modeller. Selv om feil datainnsamling og analyse er arbeidskrevende og tidkrevende, kan denne fremgangsmåte være mer tilgjengelig enn datamaskin og analoge modellering, og er mindre kostbart. Brudd og feil er ofte oversett 23 - mange geologer vise øvre skorpe deformasjon som mindre og blottet for mønstre. Men en stor del av jordskorpen - den øvre ~ 15 km - deformeres av forkastninger og andre Elastico-friksjonsmekanismer. Dette arbeidet viser at en betydelig mengde av geologisk historie er lagret i den øvre skorpe og er lett tilgjengelig for analyse.
Vi viser at selv i de enkleste tilfeller, for eksempel undersøkt her, strukturene bevart i den øvre skorpe ikke nødvendigvis etterligne den underliggende kjeller geometri. Detaljerte feil analyser kan avsløre finesser som ikke kan avdekkes med kart mønstre, standard konjugat feil studier og / eller datamaskinen models, som for eksempel FEM. Ved hjelp av en sandkasse modellen kan bidra til å forklare hvorfor noen av disse subtile mønstre finnes. Denne metoden presenteres her er enkel, pålitelig og lett å gjenskape. Det kan potensielt endre hvor mange geologer oppfatter rollen feil og kataklastiske flyt, og hva de kan fortelle oss. Denne metoden kan brukes til å revurdere, og avdekke flere kinematiske detaljer, av underexplored feltområder, og kan enkelt endres for å imøtekomme geologiske innstillinger andre enn folde-skyvebelter. Denne tilnærmingen har vidtrekkende konsekvenser i form av sporing brudd kontrollert væskestrømmen i øvre skorpe samt hvordan fold-thrust belter opprettholde kritisk taper på fremtredende-fordypningen veikryss.
Den største svakheten med denne tilnærmingen er at sandkasse modellering ikke kan være i stand til å gjenskape komplekse geologiske historie. For eksempel i tilfeller der det er variable forkorting retninger, timing og retning av hendelser bør være nøye spores i feltet, og deretter kopiertmed ulike push-blokker i sandkassen modell. Imidlertid vil sanden sannsynlig ikke bevare disse ulike retninger av forkorte fordi sanden vil strømme og sengetøy lag vil ikke bli opprettholdt. Dette problemet kan løses ved å tilsette olje eller vaselin på sand, for å gjøre den mer kohesive sand. Men, da sanden vil ikke oppføre seg som en Coulomb materiale, og derfor kan ikke modell deformasjon i den øvre skorpe. Videre arbeid er nødvendig for å løse mer komplekse naturlige systemer, såsom situasjoner hvor kjelleren geometrien ikke den eneste variable.
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.
