Introduction
Vika-dragkraft remmar består av salients (eller segment), där de dragkrafts arken i angränsande salients är frikopplade genom urtagningar eller transversella zoner 1,2,3. Övergången från framträdande till fördjupningen kan vara märkbart komplex, som omfattar en mångfacetterad svit av strukturer, och kan hålla kritiska ledtrådar för att vika dragkraft bälte utveckling. I detta papper, vi noggrant undersöka en framträdande-urtag korsning, med hjälp av en kombination av multiskalfältdata och en sandlåda modell, för att bättre förstå hur deformation kan rymmas inom utfällbar tryckbälten.
Korsningen av centrala Utah segmentet och Leamington tvär zonen är en idealisk naturlig laboratorier för att studera framträdande-urtag korsningar av flera skäl (Figur 1). Först, stenarna exponerade inom segmentet fortsätta, utan avbrott, in i den tvärgående zonen 4. Så kan deformation mönster spåras kontinuerligt och jämförs över korsningen. S econd, stenarna är i huvudsak monomineralic, så variationen i fel mönster är inte ett resultat av heterogeniteter inom enheter, men i stället återspegla den totala vikningen och stack inom studieområdet 4. Tredje, Elastico-friktions mekanismer, såsom cataclastic flöde, biträdd deformation hela åkerarealen, vilket möjliggör direkta jämförelser av mesoskaliga fel mönster 4. Slutligen var den övergripande transportriktningen kontinuerlig utmed längden av segmentet och tvärgående zon; Därför gjorde variationer i förkorta riktning inte påverka de bevarade deformation mönster 4. Alla dessa faktorer minimera antalet variabler som kan ha påverkat deformationen längs segmentet och tvärgående zon. Som ett resultat, vi förmoda att de bevarade strukturer bildade främst på grund av en förändring i den underliggande källaren geometri 5.
pload / 54318 / 54318fig1.jpg "/>
Figur 1. Exempel på indexkartan. Den Sevier fold dragkraft bälte i västra USA, som visar stora salients, segment, fördjupningar och tvärgående zoner. Figur 2 visas med inramade området (modifierad från Ismat och Toeneboehn 7). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Folding och stack i centrala Utah segmentet och Leamington tvär zon, ägde rum på djup <15 km, det vill säga inom elastico-friktions regim, där deformation skedde främst genom häll-skalan (<1 m) fel och cataclastic flöde 4,6 . Eftersom transport och vikning av tryckarket skedde främst genom Elastico-friktions mekanismer, förutspår vi att en detaljerad felanalys kan ge ytterligare insikt i den kinematiska historia Leamington tvär zonen och th e underliggande basal geometri. För att testa denna hypotes har vi samlat in och analyserat fel mönster bevarade i klipporna i den norra delen av den centrala Utah segmentet och hela Leamington tvär zonen (Figur 2).
Figur 2. Exempel på makroskala topografisk karta. Skuggad-relief topografisk karta över inramade området i figur 1. De 4 Regioner skiljs åt av fasta, vita linjer. Sängkläder kontakter mellan Proterozoic Caddy Canyon kvartsit (PCC), är proterozoiska Mutual kvartsit (PCM) och Cambrian Tintic kvartsit (Ct), som visas. Streckade linjerna visar utvecklingen av bergen inom detta område. Site platser visas med numrerade svarta rutor. Första ordningens lineations visas med solida grå linjer (modifierade från Ismat och Toeneboehn 7).ftp_upload / 54318 / 54318fig2large.jpg "target =" _ blank "> Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Sandlåda experiment utfördes för att jämföra mot, och komplettera de data fel. En push-blocket sandlåda modell, med frontal- och sneda ramper, användes för att hjälpa våra analyser av de strukturer som bevarade i, och runt, Leamington tvär zon (Figur 3) 7. Målen för denna strategi är fyrfaldigt: 1) avgöra om mesoskaliga fel mönster är konsekventa, 2) avgöra om sandlådan modell stöder och förklarar fältdata, 3) bestämma om sandlådan modellen ger mer information om strukturer som inte är observeras i fältet, och 4) utvärdera om denna kombinerade fält experimentell metod är användbar och lätt att replikera.
Figur 3. Exempel på tryckblocket mOdel. Fotografi av tom sandlåda modell. Den södra främre ramp (SFR), sned ramp (OR), norra frontal ramp (NFR), och de fyra regionerna (1-4) är märkta (modifierad från Ismat och Toeneboehn 7). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Insamling av Hur mätplatsen Field Data
- Innan de utför fältarbete, använder flygbilder / topografiska kartor för att identifiera den allmänna trenden av bergen (som definieras av dagens Ridge Crest), tvärgående zoner, fel och andra lineations på makroskala (Figur 2).
- Använd liknande skala topografiska kartor och flygfoton, så att mönster kan direkt jämföras. Använd 1: 24.000 skala kartor och fotografier.
- Etikett och markera makroskala funktioner på kartor (antenn och / eller topografiska) som skall användas på fältet. På flygfoton, vassa förändringar i bladverk för att identifiera makroskala funktioner, eftersom bladmönster speglar den underliggande berggrunden. På topografiska kartor, vassa förändringar i topografin, såsom branta klippor, långa smala dalgångar och snabba förändringar i mönstren dränerings att identifiera makroskala funktioner.
- Bekräfta dessa kartmönster med makroskala funktioner som finns inaturen, medan i fält. Säkerställa att fältkartor anpassas därefter.
- Dela upp fältet området längs makroskala transversella zoner.
2. Insamling av Mesoskalig fältdata
- Genomföra fältanalys inom varje tvärgående zon bundet område.
- Fastställa omfattningen av homogenitet av mesoskaliga fel hela åkerarealen. Gör detta genom att mäta alla fel större än 3 cm längs en transekt vinkelrätt och parallellt med den övergripande makroskala struktur. Den punkt vid vilken förkastningsmönster upprepar sig längs transekt definierar omfattningen av homogenitet.
Obs: 3 cm väljs som minst cut-off eftersom fel mindre än 3 cm kan vara svåra att mäta. - Välj representativa platser i hela området området med hjälp av definierade omfattningen av homogenitet.
- Se till att varje plats innehåller ~ 3 inbördes vinkelräta berg exponeringar inom omfattningen av homogenitet, för att kvantifiera den tredimensionellageometri av felet arbetet.
- Se till att nya platser väljs var felet mönster förändras markant (Figur 2).
- Välj platser långt (~ en enhet av homogenitet) från stora sängkläder kontakter, för att undvika lokala förkorta och förlängnings riktningar som kan ha övertryckta fel framställts av den totala förkortning riktning.
- Använd ett rutnät för att hålla koll på alla fel under datainsamlingen 4.
- Se till att storleken på nätet är på omfattningen av homogenitet av mesoskaliga fel. Till exempel, om felen är homogena på kubikmeter skala, använd en kvadratmeter rutnät.
- Konstruera nätet som en hopfällbar trä kvadrat - detta gör det möjligt för enklare transport i fält.
- Använd 4 lika stora bitar av en i breda remsor av trä. Alla typer av hårt trä rekommenderas eftersom det är den mest hållbara för fältarbete.
- Borra 1/4 "hål nära ändarna (~ ½ & # 34; från ändarna) av trälister. Montera med fyra 2 1/4 "långa 3/16" storlek skruvar i varje hörn. Använd stålvingmuttrar enklaste hopfällbarhet.
- Dela upp gallret lika med snöre - detta bidrar till att på varje plats spåra olika fel. Borra hål, jämnt fördelade längs gallren 'omkrets, tråd och knytband genom hålen. Till exempel, för en mätare rutnät, dela upp gallret i 10 cm kvadrater med strängar anslutna till de motsatta ändarna av gallret (fig 4).
Figur 4. Exempel på en mesoskalig häll. Sängkläder är markerad med vita streckade linjer. Specifika uppsättningar fel diskuteras i papper är markerade med tunna, fasta, vita linjer. m 2 rutnät visas (modifierad från Ismat och Toeneboehn 7).d / 54318 / 54318fig4large.jpg "target =" _ blank "> Klicka här för att se en större version av denna siffra.
- Gör detaljerade skisser av felet satser i varje galler.
- Baserat på galler skisser och övergripande relationer felen, bestämma de yngsta fel uppsättningar på varje plats fyra.
- Gör detta genom att identifiera offset fel mönster på varje plats. Den yngsta fel övertryck och kompensera de äldre fel.
- Vid varje studieplatsen, spela orientering, avstånd, längd, tjocklek, och morfologiska egenskaper (t.ex. läkt, ven fyllda, öppna, breccia fyllda) för var och en av de yngsta fel inom varje galler.
- Dela platserna bland de lithologic enheter (se figur 2).
3. Insamling av Microdata
- Samla orienterade bergartsprover på varje plats för tunnanalysdelen.
- Se till att bergprovet är tillräckligt stor för attklippa tre inbördes vinkelräta standardstorlek (26 mm x 46 mm) tunna avsnitt chips (dvs något större än en vuxen knytnäve).
- Skär tunna avsnitt chips (med en vanlig rock-SAW) jämförbara med galler riktlinjer från varje plats, så att mikro och mesoskaliga mönster kan direkt jämföras.
- Förbered standardtjocklek (0,03 mm) tunn avsnitt 8.
- Analysera de tunna sektionerna med en vanlig optiskt mikroskop med en bifogad kamera, för att ta mikrofotografier.
- För varje tunn sektion, spela in morfologiska egenskaper, såsom mängden järn-oxid, och variation och medelkornstorleken genom att använda stereologisk metoder, det vill säga, Spektor Chord-analys (tabell 1) 9.
- Gör detta genom att mäta bredden och / eller antal utvalda morfologiska egenskaper längs 4-6 slumpmässigt orienterade banor genom varje tunn avsnitt 4,9. Från alla de banor, beräknamedelvärdet (tabell 1).
| Enhet | Säng tjocklek (m) | sängkläder tyg | Kornstorlek (m) | X / Z Fry stam (Genomsnittlig Rf) | X / Y Fry stam (Average Rf) | Mängden överväxt | Mängd järnoxid | Mängden föroreningar | andra egenskaper |
| Ct | 1000 | Framträdande, tjocka och tunna bedded | Ave: 1,59 x 10 -4 (Omfång: 3,6 x 10 -6 till 3,31 x 10 -4) | 1,15 | 1,12 | måttlig, semi-anslutna i små fläckar | måttlig, halvslutna i små fläckar | måttlig, halv anslutna kalcit i små fläckar | Åsen tidigare, vit till gråaktigt-rosa, weathers tan till rödbrun |
| PCM | 570-750 | Framträdande, väl utvecklade graderas och korssängkläder | Ave: 1,48 x 10 -4 (Omfång: 1,15 x 10 -4 till 2 x 10 -4) | 1,22 | 1,19 | stora och bra förbindelser | måttlig och bra förbindelser | mindre kalcit och dåligt anslutna | Massiva hällar, lila röd-brun, vittrar lila-svart |
Tabell 1. Exempel på mikroskala morfologi. Beskrivning av Proterozoic Mutual (PCM) och Eocambrian Tintic (Ct) kvartsit enheter. X / Z Fry-stam mäts i ett vertikalt snitt parallellt med transportplanet, medan X / Y Fry stam är migasured i ett vertikalt snitt vinkelrätt mot transportplanet (modifierad från Ismat och Toeneboehn 7). Klicka här för att se / ladda ner tabell i Microsoft Excel-format.
- Mät stam med hjälp av normaliserade Fry analys 10,11. Säkerställa att stammen mäts från tre ömsesidigt vinkelräta tunna sektioner för att bestämma tredimensionella töjning vid varje plats.
- Gör detta genom att ta ett mikrofotografi av varje tunn sektion. Säkerställa att mikrofotografierna innehåller minst 50 korn med fasta korngränser, dvs, inte sub-korngränser.
- Definiera konturerna av kornen för att mäta Fry stam. Definiera konturerna antingen manuellt, genom att följa konturerna från en tryckt mikrofotografi på kalkerpapper eller digitalt genom att överföra mikrofotografiet i en bildanalysprogram (t.ex. Imålder Pro Plus) som automatiskt definierar riskorn gränser.
- Ladda korngräns bilden i normaliserade Fry Strain program 12.
4. Rita Mesoskalig feldata
- Analysera data fel om Equal-området nät. Använd till exempel Stereonet (gratisprogram från RW Allmendinger).
- Rita felet uppsättningar "stolpar på lika området nät och sedan kontur dessa poler med hjälp av ett% området konturer (Figur 5).
- Bestäm vanligaste felet apparater från dessa poler koncentrationer. Plot dessa fel sätter så stor cirklar (Figur 5).
Figur 5. Exempel på Equal-området tomter Lika området tomter på fel uppsättningar från två platser -. Site 41 är från region 2 och plats fem är från region 1. Fel set är plotted som profilerade stolpar (1% området konturer). Genomsnittliga fel uppsättningar bestäms från pole-koncentrationer och ritas som storcirklar. Maximala förkortning riktningar, bestämda från konjugerade-konjugat fel uppsättningar, plottas som svarta prickar. Fel-polig konturer är färgade enligt procentuella andel på varje plats. Pole koncentrationer som bidrar till> 20% färgas röd, mellan 15-19% är färgade orange, 10-14% är gula, 5-9% är gröna och <5% färgas blå. Röd fel-polig konturer är märkta LPS (skikt parallell förkortning), LE (lem förlängning), och han (gångjärn-förlängning) (modifierad från Ismat och Toeneboehn 7). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
- Identifiera konjugerade fel uppsättningar, det vill säga, de stora-cirkel par med torsionsvinkel som sträcker sig från 40º till 75º (Figur 5) 13
- Definiera den akuta bisector av konjugat-konjugat fel set - detta lokaliserar maximal förkortning riktning (Figur 5) 4,14,15.
- Ytterligare dela upp lika områdets netto fel-poliga koncentrationer, enligt deras procentuella andel för varje webbplats. Gör detta genom färgkodning pole koncentrationer, för att underlätta visuell analys. Till exempel att markera polsk koncentrationer bidra till> 20% av de totala poler för den webbplatsen rött. Färga dem som bidrar mellan 15-19% apelsin, 10-14% gul, 5-9% grönt och <5% blå (Figur 5, tabell 2).
| Plats | Strö | Förkortning | Högsta fel-polig | Förkastnings uppsättningar (er) |
| (dip, dip riktning) | riktningar (s) | koncentration (er) | (dip, dip riktning) | |
| (steget, trend) | (steget, 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. Exempel på mesoskaliga feldata diagram, som visar bara två av de 24 platserna, dokumentera följande: bedding orientering, förkorta riktningen (s), orientering av den högsta fel pol koncentration (er) och deras motsvarande fel uppsättning (ar) (modifierad från Ismat och Toeneboehn 7).
- Märk pole koncentrationer enligt olika feltyper (t.ex. gångjärns förlängning) (Figur 5).
- Märk olika feltyper på mesoskaliga foton för enklare visuell analys (Figur 4).
- Plotta olika feltyper, för enklare visuell analys (Figur 6). Gör detta genom att plotta data fel längs och tvärs den övergripande makroskala struktur.
Figur 6. Exempel diagram som visar fördelningen av fel populationer. Diagram som visar den procentuella andelen och typen av högsta uppsättningarna fel (markerade med rött i figur 5) För varje plats. Bara platser inom Ct kvartsit Här visas (modifierad från Ismat och Toeneboehn 7). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
5. Konstruktion av Push-blocket Sandbox Modell
- Använd ¾ tums MDF (medium density fiberboard) för att minska potentiella ytan heterogeniteter i samband med träfibrerna, grovt hyvlade ytor eller andra defekter virke (Figur 3).
- Applicera en grundläggande efterbehandling lack för att täta ytorna på MDF och förhindra epoxi (beskrivs nedan) från att tränga igenom modellens ytor (Figur 3).
- Skala och orientera sandlådan modellen fältet område. Till exempel, i denna studie, modell längden av lådan för att representera EW trendlinjen, och modellera bredden av lådan för att representera den NS trendlinjen. Skala sandlådan modell där 4 cm är utrustnal till 1 km (Figur 3).
- Konstruera lådan större än fältstudien området för att undvika eventuella randvillkor och / eller kanteffekter från modellen.
- Behöver inte konstruera en backspärr, för att tillåta sanden att passera utan en orealistisk begränsning (Figur 3).
- Bygga en push-blocket motsvarar bredden av sandlåda. Detta kommer att förhindra sand från att passera genom sidorna av tryckblocket.
- Använd ¾ tums MDF för tryckblocket.
- Fäst tryckblocket till en vev driven gängad metallstång (Figur 7).
- Använd en 4-6 tums diameter cirkulär vev med ett handtag - en cirkulär vev sätter mindre belastning på skötaren handled och händer.
- Använd en förzinkad gängad stång (företrädesvis Acme gäng) som är åtminstone ¾ tum i diameter. Om stapeln är alltför tunt kan det inte att kunna motstå vikten av sanden.
- Se till att than längden av den gängade stången sträcker sig från början av sandlådan till slutet av ramperna.
Figur 7. Exempel sandlåda modell diagram. Diagram för sandlådan modellen, illustrerade som planen och tvärsnittsvyer. Den södra främre ramp (SFR), sned ramp (OR) och norra frontramp (NFR) är märkta. Tunna pilar dragna över ramperna illustrerar potentiell riktning sand rörelse. Se figur 3 för ett fotografi av en tom sandlåda modell (modifierad från Ismat och Toeneboehn 7). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
- Borra ett långsträckt hål, med en vertikal längdaxel, i centrum av den frontstop. Denna långsträckta form gör det möjligt för tryckblocket (vidlägger vid den gängade stången) för att flytta upp och över ramperna vid behov (Figur 8).
- Säkerställa att längden av det långsträckta hålet är lika med höjden av den högsta ramp.
- Säkra avlånga hålet med en metallram. Fäst metallramen till frontstop med skruvar och muttrar (Figur 8).
- Trä stången genom en matchande stigning och diameter mutter monterad på frontstop (Figur 8).
Figur 8. Exempel gäng bar anslutning. Närbild vy av den gängade stången och matchande mutter monterad på frontstop. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
- Konstruera en sned ramp, bunden på båda sidor av front ramper.Konstruera ramperna av tall med limmade fals lederna på de övre ytorna och försänkta fästelement längs basen.
- Skär ramperna vid jämförbara riktlinjer vad som förutsågs i området.
- Expandera avståndet mellan de olika ramper, jämfört med vad som observeras i fält, så att de strukturer som bildas i sanden är mer synliga.
- Sand ytorna med fint korn slippapper för att ta bort ytan heterogeniteterna och tillämpa en polyuretantäckfärg för att skydda mjukt trä.
- Täck ramper och basen av sandlådan med målare tejp för att skydda träet från epoxi mellan försöken. Säkerställa att tejpen är jämna och fria från åsar eller klaffar.
6. Köra Push-blocket Sandbox Modell
- Använd typiska play-sand. Denna typ av sand är relativt homogen, med en medelkornstorlek av 0,5 mm.
- Färgämne och torr halv av sanden.
- Fyll en 5-liters hink fjärdedel f Ull med play-sand och lägga svart karamellfärg under blandning tills en homogen mörkt grön färg uppnås. Använd så mycket färg som behövs för att göra färgen på det färgade sand klart distinkt från ofärgade sand.
- Låt sand torka vid rumstemperatur, vilket kan ta flera dagar, eller i en ugn (upp till 500 ° C), som endast kan ta några timmar. Placera inte varm sand i sandlådan. Säkerställa att sanden har svalnat till rumstemperatur före användning.
- Lägga sand i alternerande skikt av färgat och ofärgat (tan) sand. Testa olika tjocklekar av sandpacks. I denna uppsättning, var de tydligaste och mest reproducerbara resultat produceras med en sandpaket 3,5 cm tjock, med omväxlande färgade och tan skikten 0,6 cm tjock (Figur 7).
- Tryck försiktigt ett plastnät, som består av 0,5 i 2 (1,3 cm 2) kvadrater på toppen av den odeformerade sanden för att producera ett rutnät inbuktning (Figur 9).
Figur 9. Exempel på odeformerade sand i sandlådan modell. Delplanvy-view av odeformerade sand i sandlådan modell. Obs rutnät indrag och fyrkantiga tvär stift. Den södra främre ramp (SFR), sned ramp (OR), norra frontal ramp (NFR), och de fyra regionerna (1-4) är märkta (modifierad från Ismat och Toeneboehn 7). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
- Sätt kvadratiska tvär stift 2 inches (~ 5 cm) från varandra under den odeformerade sand (Figur 9).
- Tryck sanden med vev drivna tryckblocket. I denna uppsättning, flyttar sanden 60 cm, dvs 60 cm kortare (Figur 10).
- Flytta tryckblocket tillräckligt långsam så att förändringar i sanden kan noggrant dokumenteraed. Den hastighet med vilken den tryckblocket flyttas (dvs., töjningshastighet) påverkar inte resultaten.
- Spåra deformationen genom att observera de formförändringar av kvadrat (figur 10).
- Spåra mängden förflyttning och vertikal rotation genom att observera rörelsen av tapparna (figur 10).
- Dokument alla dessa förändringar med en kamera monterad nära sandlådan, så att hela sandlådan ligger inom bildfältet. Se till att ta stillbild fotografier och videoklipp.
Figur 10. Exempel på deformerade sandlager. Plan-vy av slutresultatet deformation från sandlådan modellen. Välj tvär stift märkta med blå prickar visar dextral offset. Vikta tvär stift markerade med gula linjer. Veckningsförkastningar markeras med tunt, black linjer. De fyra regioner (1-4) är märkta (modifierad från Ismat och Toeneboehn 7). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
- Experimentera med varierande mängder av sand och total förkortning.
- Upprepa tills nöjd, det vill säga, tills de strukturer som bildas i sandlådan härma inte konserverade i naturen, under jämförbara förkortning mängder.
7. provtagning från sandlådan
- Ta bort alla kors pins från sanden när sandlåda resultat härma inte konserverade i naturen.
- Samla prover från sandlådan genom att separera och epoxying partier av den deformerade sand (Figur 11).
- Gör detta genom att konstruera två förskurna plåt avdelare för att isolera delar av den deformerade sand (Figur 9).
- Säkerställa att den nedre kantenfrån delaren skärs för att matcha vinkeln på rampen.
- För att skydda avdelare från epoxi mellan försöken, täcka avdelare med målarna band (Figur 11).
- Se till att delarna sträcker sig över och bortom ramperna. I denna studie använder rektangulära avdelare som mätte 45 cm lång och 9 cm bred (Figur 11).
- Säkerställa att de avdelare är högre än den tjockaste delen av den deformerade sandpaket (fig 11).
- Se till att den ena änden av avdelaren är stängd, i syfte att styra flödet av epoxin. Stäng inte den andra änden av avdelaren, för att minimera eventuella störningar på sandpaket (Figur 11).
Figur 11. Exempel på metallavdelare. Plan-view, visar 2 metallavdelare, en genom en frontal ramp och påe genom den sneda rampen, i det deformerade sanden. Metallen delaren längs den sneda rampen är fylld med epoxi. Obs måttband för skala (Ändrad från Ismat och Toeneboehn 7). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
- Stadig avdelare med metallstänger (Figur 11).
- Gör detta genom att fästa delarna med ¼ tum x 4 tum skruvar genom förborrade hålen mot toppen av avdelare. Mantel skruvarna med 3/8 tums diameter aluminiumrör mellan avdelaren sidor. I denna studie använder två metallstänger för varje delare (Figur 11).
- Placera en avdelare på den sneda rampen, och den andra på den främre-sned ramp korsning (Figur 11).
- Häll uppvärmda epoxi längst upp i sanden delar isolerade av metalldelarna (Figur 11).
- Fortsätt att hälla epoxi tills det inte längre absorberas av sand. Detta säkerställer att sanden är helt mättad.
- Dra epoxied områden av metalldelarna, när epoxi är torr. Gör detta genom att dra delarna ut med metallstänger.
- Med hjälp av en sten och såga ut epoxied områden vinkelrätt och parallellt med strejk ramperna.
- Markera sängkläder, veck och fel med en permanent markör på epoxied proverna (Figur 12).
Figur 12. Exempel epoxied prover från sandlåda modell. Epoxied prover från (a) norra frontal ramp och (b) sned ramp inom sandlådan modell. Visade prov skärs vinkelrätt mot utvecklingen av ramperna. Skikt är markerade med tunna, vita linjers. Fasta, vita linjer markerar omvänd fel, streckade vita linjer markerar strejk slip fel (modifierade från Ismat och Toeneboehn 7). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
- Jämför sandbox prover fältdata.
- Jämför prover med tvärsnitt från området. Var noga med proverna och tvärsnitt har liknande inriktningar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Flygbilder användes för att dela upp fältområdet i fyra regioner (1-4), baserat på utvecklingen av den moderna bergsryggen krön (Figur 2). Multi-skala fel data jämförs mellan dessa fyra regioner. Förutsatt att dessa trend förändringar återspeglar den underliggande källaren geometri är den sneda rampen placerad inom Region 2 och 3, där bergen trend sned till Sevier fold dragkraft bälte. Alltigenom de fyra regionerna, fann vi att de mesoskaliga fel bevara en deformation tyg som är penetrerande och homogen vid mesoskaliga (dvs kubikmeter sten) och är representativa för områden större än kubikmeter platser (Figur 4) 4,16. Dessutom, mikroskala variationer, som visas i tabell 1, inte återspeglas i det kollektiva karaktär fel mönster. Så kan mesoskaliga fel uppsättningar direkt jämföras i alla fyra regioner (
I likhet med tidigare modeller, baserad på finita elementmodellering (FEM) har vi antagit att den sneda rampen är kontinuerlig 17. Den kraftiga avbrott i sängkläder och fel mönster över gränsen mellan regionerna 2 och 3 kan förklaras genom differentiell rörelse över en kontinuerlig sned ramp. Alternativt kan diskontinuiteten i sängkläder och fel mönster mellan regioner 2 och 3 återspeglar en paus i den underliggande källaren. Här jämför vi våra fältdata för våra sandlåda modellresultat för att testa dessa två hypoteser. Vi fann att en paus i den överliggande tryck sheet bildas även om det fanns ingen paus i källaren (Figur 10). Intressant nog är läget och orienteringen av öppningen som är jämförbar med läget och orienteringen av gränsen mellan Regioner 2 och 3 på de makroskala kartor. Därför kan avbrott observeras i den överliggande tryckarket har helt enkelt bildas genom en komplex interaktion av en österut rörliga dragkraft blad över en sned ramp. Med andra ord, kan deformation bevaras i tryck blad inte direkt spegla den underliggande källaren geometri. Så här sandlådan experiment framgångsrikt replikerar och potentiellt förklarar, fel mönster bevarade i området.
De epoxied sandlåda prover analyserades från sandlådan modellen för att observera den inre strukturen hos den deformerade sand, och jämför dessa strukturer mot fältobservationer. Två representativa prover analyserades - ett prov från de främre och sneda ramperna (Figur 12). I allmänhet är de omvända fel och veck bevarade i epoxied prover från den främre rampen rymma transport till öst, och de från den sneda rampen rymma transport till sydost. Strejken-slip fel i samtliga prover rymma dextral rörelse. Denna kinematiska rekord längs de främre och sneda ramper stödjer tidigare modeller 17-19, samt de mesoskaliga feldata. Dessa hand prover är nya sätt att analysera interna strukturer som kanske inte är tillgängliga i området.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Central Utah segment av Sevier fold dragkraft bälte, och dess norra gräns, tjänar Leamington tvär zonen som en idealisk naturlig laboratorium för att studera framträdande-urtag korsningar (Figur 1). Längs denna korsning, transportriktningen förblir konstant och tryck bladen är oavbruten över korsningen, så den enda variabeln är den underliggande källaren geometri 5.
Här presenterar vi en metod för att analysera denna typ av salient-urtag korsning genom att kombinera flera skala fel uppgifter som samlats in i området med en push-blocket sandlåda modell, som replikerar storskalig geometri fältet område. Sandlådan modellexperiment representerar en längre tidsperiod av deformation än mesoskaliga fel set - vi antar att de yngsta fel uppsättningar hyses observerade vecket geometrin. Så, sandlådan modell, i samband med fel uppsättningar kan användas för att spåra tryckarket deformation och determine detaljer av underliggande basal geometri.
För att detta kombinerat tillvägagångssätt för att lyckas, följande kritiska åtgärder måste vidtas på området och sandlåda experiment. För fältdelen, är det viktigt att fastställa omfattningen av felet homogenitet - fel uppsättningar som inte bevaras vid ekvivalenta skalor kan inte jämföras direkt. Dessutom har en stor population av fel (≥ 30 fel uppsättningar) måste mätas för att säkerställa statistiskt säkerställda dataset 9. Dessutom bör fel mätas bort från heterogeniteter, såsom sängkläder kontakter, för att undvika lokala stamvariationer. Även mikroskala variationer, såsom föroreningar, ett område i kornstorlek och stor mängd stam (Fry> 1,8) kan påverka mesoskalig fraktur utveckling genom att skapa foliation flygplan och andra heterogeniteter. För den experimentella delen, måste sandlådan modellen härma fältet geometri så nära som möjligt. Det är rekomded att lådan byggas på en större omfattning än fältet området, i syfte att undvika kanteffekt komplikationer. De makroskala regionerna också förstoras, av samma skäl. Det är viktigt att kornstorleken hos sanden härmar Coulomb beteende 20 - en genomsnittlig kornstorlek av ~ 0,5 mm rekommenderas 21. Slutligen, när experimentet körs, är det viktigt att de storskaliga fel och veck form i samma riktlinjer och ordning (t.ex. framåt bryta, bakåtbrytning, etc.) som observerats i området. Annars kan de strukturer bildas i modellen inte jämföras med fältdata, även om de ser likadana ut.
Resultaten från denna studie är jämförbara med, och stöd, tidigare arbete som utförts på detta område baserat på FEM 17,22, och ger mer information till den kinematiska historia. Detta tyder på att detaljerade feldata, mätt i områden som har deformerade av Elastico-friktions mekanismer, kan be användas för att utveckla mer detaljerade kinematiska modeller än vissa datormodeller. Även insamlingen feldata och analyser är arbetskrävande och tidskrävande, kan denna metod vara mer tillgänglig än dator och analoga modellering, och är billigare. Frakturer och fel är ofta förbises 23 - många geologer visa övre jordskorpans deformation som mindre och tomrum mönster. Men en stor del av jordskorpan - den övre ~ 15 km - deformeras genom förkastningar och andra Elastico-friktions mekanismer. Detta arbete antyder att en betydande mängd av geologiska historia lagras i den övre skorpa och är lätt tillgänglig för analys.
Vi visar att även i de enklaste fallen, såsom undersökt här, de strukturer som bevarats i den övre jordskorpan inte nödvändigtvis efterlikna den underliggande källaren geometri. Detaljerade fel analyser kan avslöja nyanser som inte kan avslöjas med karta mönster, standard konjugat fel studier och / eller dator models, såsom FEM. Med hjälp av en sandlåda modell kan hjälpa till att förklara varför vissa av dessa subtila mönster existerar. Denna metod som presenteras här är enkel, pålitlig och lätt att replikera. Det kan eventuellt ändra hur många geologer uppfattar roll fel och cataclastic flöde, och vad de kan berätta för oss. Denna metod kan användas för att ompröva och avslöja mer kinematiska detaljer, av underexplored åkerområden, och kan lätt modifieras för att rymma andra än fold-tryckbälten geologiska inställningar. Detta tillvägagångssätt har långtgående konsekvenser när det gäller att spåra brott kontrollerat vätskeflöde i den övre jordskorpan samt hur fold-tryckbälten upprätthålla kritisk avsmalning vid salient-urtag korsningar.
Den största svagheten med denna metod är att sandlådan modellering inte kan replikera komplexa geologiska historia. Till exempel, i de fall där det finns varierande förkortning riktningar, tidpunkten och riktning av händelser bör noga spåras i fältet och sedan replikemed olika tryck block i sandlådan modellen. Emellertid kommer sanden sannolikt inte bevara dessa olika riktningar av förkorta eftersom sanden kommer att flöda och sängkläder skikt kommer inte att upprätthållas. Detta problem kan lösas genom att tillsätta olja eller vaselin på sanden, för att göra sanden mer sammanhängande. Men, då sanden inte kommer att fungera som en Coulomb material och således kan inte modellera deformation i den övre jordskorpan. Ytterligare arbete krävs för att riva upp mer komplexa naturliga system, t.ex. situationer där källaren geometri inte den enda variabeln.
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.
