Introduction
Fold-stak bælter er sammensat af fremspring (eller segmenter), hvor hovedlinjerne ark i tilstødende fremspring er afkoblet af fordybninger eller tværgående zoner 1,2,3. Overgangen fra fremtrædende til fordybning kan være markant kompleks, der involverer en mangesidet suite af strukturer, og kan holde kritiske spor at folde-fremstød bælte udvikling. I dette papir, vi nøje undersøge en fremtrædende-fordybning vejkryds, ved hjælp af en kombination af multiscale feltdata og sandkasse model, for bedre at forstå, hvordan deformation kan rummes inden fold-stak bælter.
Krydset af centrale Utah segmentet og Leamington tværgående zone er en ideel naturlig-laboratorium til at studere fremtrædende-fordybning kryds af flere årsager (Figur 1). Først klipperne eksponeret inden for segmentet fortsætte, uafbrudt, i den tværgående zone 4. Så kan deformation mønstre spores kontinuerligt, og sammenlignes på tværs krydset. S econd, klipperne er væsentlige monomineralic, så variation i fejl mønstre er ikke et resultat af heterogeniteter inden enheder, men i stedet afspejler den overordnede foldning og frådede inden for undersøgelsesområdet 4. Tredje Elastico-friktions mekanismer, såsom cataclastic flow, bistået deformation i hele marken område, der giver mulighed for direkte sammenligninger af mesoscale fejl mønstre 4. Endelig er den samlede transport retning forblev kontinuert langs længden af segmentet og tværgående zone; Derfor har variationer i afkortning retning ikke påvirke de bevarede deformation mønstre 4. Alle disse faktorer minimere antallet af variabler, der kan have påvirket deformation langs segmentet og tværgående zone. Som et resultat, vi formode, at de bevarede strukturer dannet primært på grund af en ændring i den underliggende kælderen geometri 5.
pload / 54318 / 54318fig1.jpg "/>
Figur 1. Eksempel på indeks kort. Det Sevier fold-fremstød bælte af det vestlige USA, viser store fremspring, segmenter, fordybninger og tværgående zoner. Figur 2 er angivet med indrammede areal (modificeret fra Ismat og Toeneboehn 7). Klik her for et større version af denne figur.
Folding og stak i den centrale Utah segmentet og Leamington tværgående zone, fandt sted på dybder <15 km, dvs inden for Elastico-friktions regime, hvor deformation skete primært af outcrop-skala (<1 m) fejl og cataclastic flow 4,6 . Fordi transport og foldning af trykket ark foregik primært ved Elastico-friktions mekanismer, vi forudsige, at en detaljeret fejlanalyse kan give yderligere indblik i den kinematiske historie Leamington tværgående zone og th e underliggende kælder geometri. For at teste denne hypotese har vi samlet og analyseret fejl mønstre konserveret i klipperne i den nordlige del af det centrale Utah segmentet og hele Leamington tværgående zone (figur 2).
Figur 2. Eksempel på makroskala topografisk kort. Shaded-relief topografisk kort af indrammede areal i figur 1. De 4 Regionerne er adskilt af faste hvide linier. Sengetøj kontakter mellem proterozoiske Caddy Canyon kvartsit (PCC), er proterozoiske Mutual kvartsit (PCM) og kambriske Tintic kvartsit (Ct) vist. Stiplede linjer viser udviklingen i bjergene inden for dette område. Site placering er vist med nummererede sorte firkanter. Første ordens lineations vises med solide grå linjer (modificeret fra Ismat og Toeneboehn 7).ftp_upload / 54318 / 54318fig2large.jpg "target =" _ blank "> Klik her for at se en større version af dette tal.
Sandbox eksperimenter blev udført for at sammenligne med, og supplere de fejl data. Tryk-blok sandkasse model, med frontal og skrå ramper, blev anvendt til at hjælpe vores analyser af strukturer bevaret i og omkring, Leamington tværgående zone (figur 3) 7. Målene for denne tilgang er fire gange: 1) afgøre, om mesoscale fejl mønstre er konsekvente, 2) bestemme, om sandkassen model understøtter og forklarer feltdata, 3) bestemme, om sandkassen model giver flere detaljer om strukturer, der ikke er på den mark, og 4) at evaluere, om denne kombinerede felt-eksperimentel metode er nyttig og let at kopiere.
Figur 3. Eksempel på push-blok model. Fotografi af tomme sandkasse model. Den sydlige frontal rampe (SFR), skrå rampe (OR), det nordlige frontal rampe (NFR), og de fire regioner (1-4) er mærket (modificeret fra Ismat og Toeneboehn 7). Klik her for at se en større udgave af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Indsamling af Overordnet feltdata
- Før udførelse feltarbejde, bruge luftfotos / topografiske kort til at identificere den generelle tendens i bjergene (defineret af den moderne højderyg våbenskjold), tværgående zoner, fejl og andre lineations på Makroskalaplacering (figur 2).
- Brug lignende skala topografiske kort og luftfotos, så mønstre kan sammenlignes direkte. Brug 1: 24.000 skala kort og fotografier.
- Label og fremhæve makroskala funktioner på kortene (antenne og / eller topografiske), der skal anvendes inden for området. På luftfotos, bruge skarpe ændringer i blade for at identificere makroskala funktioner, fordi løv mønstre afspejler den underliggende grundfjeld. På topografiske kort, bruge skarpe ændringer i topografi, såsom stejle klipper, lange smalle dale og hurtige ændringer i dræning mønstre for at identificere makroskala funktioner.
- Bekræfte disse kort mønstre, med makroskala funktioner findes inatur, mens i marken. Sørg for, at markkort justeres i overensstemmelse hermed.
- Underinddel feltet området langs Overordnet tværgående zoner.
2. Indsamling af Mesoscale feltdata
- Gennemføre feltanalyse inden for hver tværgående zone bundet område.
- Bestem omfanget af ensartethed mesoscale fejl i hele feltet området. Gør dette ved at måle alle fejl større end 3 cm langs et transekt vinkelret og parallelt med den overordnede Makroskalaplacering struktur. Det punkt, hvor fejl mønstre gentage sig langs transekt definerer omfanget af homogenitet.
Bemærk: 3 cm vælges som minimum cut-off fordi fejl mindre end 3 cm, kan være vanskelig at måle. - Vælg repræsentative steder i hele området område ved hjælp af den definerede omfanget af homogenitet.
- Sørg for, at hvert site indeholder ~ 3 indbyrdes vinkelrette rock-eksponeringer inden for omfanget af homogenitet, for at kvantificere den tredimensionellegeometri af fejlen arbejde.
- Sørg for, at nye websteder er valgt, hvor fejlen mønstre markant ændre (figur 2).
- Vælg sites langt (~ én enhed af homogenitet) fra store strøelse kontakter, for at undgå lokale afkortning og forlængelse retninger, der kan have overtrykt fejl fremstillet fra samlet afkortning retning.
- Brug et gitter for at holde styr på alle de fejl under dataindsamlingen 4.
- Sørg for, at størrelsen af nettet er på omfanget af ensartethed mesoscale fejl. For eksempel, hvis fejlene er homogene ved kubikmeter skala, brug en meter firkantet gitter.
- Konstruer gitteret som en sammenklappelig træ firkantet - det giver mulighed for nemmere transport i marken.
- Brug 4 lige store stykker af 1 i brede strimler af træ. Enhver form for hårdt træ anbefales fordi det er den mest holdbare til markarbejde.
- Bor 1/4 "huller tæt på enderne (~ ½ & # 34; fra enderne) af træ strimler. Saml med fire 2 1/4 "lange, 3/16" størrelse skruer i hvert hjørne. Brug stål vingemøtrikker for nemmeste sammenklappelighed.
- Opdel nettet lige med snor - dette hjælper til at spore de forskellige fejl på hvert site. Bor huller, samme afstand, langs net "perimeter, tråd og bindebånd gennem hullerne. For eksempel til en meter kvadratnet, opdele nettet i 10 cm kvadrater med strenge forbundet til de modstående ender af nettet (figur 4).
Figur 4. Eksempel på mesoscale outcrop. Bedding er fremhævet med hvide stiplede linjer. Specifikke fejl sæt diskuteret i papir er fremhævet med tynde, faste hvide linjer. m 2 gitter vises (modificeret fra Ismat og Toeneboehn 7).d / 54318 / 54318fig4large.jpg "target =" _ blank "> Klik her for at se en større version af dette tal.
- Lav detaljerede skitser af fejlen sæt inden for hver grid.
- Baseret på nettet skitser og tværgående relationer fejlene, fastlægge de yngste fejl sæt på hvert sted fire.
- Gør dette ved at identificere offset fejl mønstre på hvert site. Den yngste fejl overprint og opveje de ældre fejl.
- Ved hver undersøgelse websted, registrerer retningen, afstand, længde, tykkelse og morfologiske karakteristika (f.eks helbredt, vene fyldt, åben, breccia fyldt) for hver af de yngste fejl inden for hver grid.
- Opdele sites blandt de litologiske enheder (se figur 2).
3. Indsamling af Individuel data
- Saml orienteret stenprøver på hvert site for tynd-sektion analyse.
- Sikre, at klippen prøven er stor nok tilsender tre indbyrdes vinkelrette standardstørrelse (26 mm x 46 mm) tynd-sektion chips (dvs., lidt større end en voksen fist).
- Skær tynde sektion chips (ved hjælp af en standard klippe-saw) sammenlignes med gitter orienteringer fra hvert sted, så mikroskala og mesoscale mønstre kan sammenlignes direkte.
- Forbered standard tykkelse (0,03 mm) tynde sektioner 8.
- Analyser de tynde sektioner under anvendelse af en standard optisk mikroskop med en vedhæftet kamera, til at tage mikrofotografier.
- For hver tynd sektion, optage morfologiske egenskaber, såsom mængden af jern-oxid og variation og gennemsnitlig kornstørrelse ved hjælp stereologiske metoder, dvs. Spektor Chord analyse (tabel 1) 9.
- Gør dette ved at måle bredden og / eller antallet af udvalgte morfologiske karakteristika langs 4-6 tilfældigt orienterede transekter gennem hver tynd-sektion 4,9. Fra alle de transekter, beregnegennemsnittet (tabel 1).
| Enhed | Bed tykkelse (m) | Bedding stof | Kornstørrelse (m) | X / Z Fry stamme (Gennemsnitlig Rf) | X / Y Fry stamme (Gennemsnitlig Rf) | Mængden af tilgroning | Mængde jernoxid | Mængde urenheder | Andre karakteristika |
| ct | 1.000 | Fremtrædende, tykt og tyndt sengs | 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, semi-forbundet i små lapper | moderat, semi-tilsluttede Kalk i små lapper | Ridge tidligere, hvide til grålig-lyserød, slags vejr tan til rødlig brun |
| PCM | 570-750 | Fremtrædende, veludviklet sorteres og cross-strøelse | Ave: 1,48 x 10 -4 (Område: 1,15 x 10 -4 til 2 x 10 -4) | 1.22 | 1.19 | store og gode forbindelser | moderat og godt forbundet | mindre calcit og dårligt forbundet | Massive outcrops, lilla rød-brun, slags vejr lilla-sort |
Tabel 1. Eksempel på mikroskala morfologi. Beskrivelse af proterozoiske Mutual (PCM) og Eocambrian Tintic (Ct) kvartsit enheder. X / Z Fry stammen måles i et lodret snit parallelt med transportplanet, mens X / Y Fry stamme er migasured i et lodret snit vinkelret på transport plan (modificeret fra Ismat og Toeneboehn 7). Klik her for at se / downloade denne tabel i Microsoft Excel-format.
- Mål stamme under anvendelse normaliseret Fry analyse 10,11. Sikre, at stamme måles fra tre indbyrdes vinkelrette tynde sektioner for at bestemme tredimensionelle stamme ved hvert sted.
- Gør dette ved at tage en mikrofotografi af hver tynd-sektion. Sørg for, at mikrofotografier indeholder mindst 50 kerner med solide korngrænser, dvs. ikke sub-korngrænser.
- Definerer konturerne af kornene for at måle Fry stamme. Definer konturerne enten manuelt, ved at spore omridset fra en trykt mikrofotografi på kalkerpapir, eller digitalt, ved at uploade mikrofotografiet til et billede analyse software program (f.eks, Imalder Pro Plus), som automatisk definerer korn 'grænser.
- Upload korngrænsen billedet i den normaliserede Fry Strain program 12.
4. Plotting Mesoscale Fejl data
- Analyser fejlen data om Equal-området net. Brug f.eks Stereonet (freeware fra RW Allmendinger).
- Plot fejlen sæt 'poler om lige-området net og derefter kontur disse poler hjælp 1% områdets konturer (Figur 5).
- Bestem de mest almindelige fejl sæt fra disse pole koncentrationer. Plot disse fejl sætter som store-cirkler (figur 5).
Figur 5. Eksempler på Equal-området plots Equal-området plots af fejl sæt fra to steder -. Websted 41 er fra Region 2 og sted 5 er fra Region 1. Fejl sæt er plotted som kurvede poler (1% områdets konturer). Gennemsnitlige fejl sæt bestemmes ud fra pole-koncentrationer og plottet som store cirkler. Maksimum afkortning retninger, bestemt ud fra konjugat-konjugat fejl sæt, er plottet som sorte prikker. Fejl-polet konturer er farvet i henhold til procentvise bidrag på hvert site. Pole-koncentrationer, der bidrager til> 20% er farvet rød, mellem 15-19% er farvet orange, 10-14% er gule, 5-9% er grønne og <5% er farvet blåt. Rød fejl-polet konturer er mærket som LPS (lag-parallel afkortning), LE (lemmer forlængelse), og HE (hængsel-forlængelse) (modificeret fra Ismat og Toeneboehn 7). Klik her for at se en større version af dette tal.
- Identificer de konjugerede fejl sæt, dvs, de store-cirkel par med to-plans vinkler, der spænder fra 40 til 75º (figur 5) 13
- Definer den akutte bisector af konjugatet-konjugat fejl sæt - dette lokaliserer den maksimale afkortning retning (figur 5) 4,14,15.
- Yderligere opdele lige-området netto fejl-polede koncentrationer, i henhold til deres procentvise bidrag for hvert websted. Gør dette ved farvekodning pol koncentrationer, for nemmere visuel analyse. For eksempel fremhæve pole koncentrationer, der bidrager til> 20% af de samlede poler for dette websted rødt. Farve dem, der bidrager mellem 15-19% orange, 10-14% gul, 5-9% grøn og <5% blå (figur 5, tabel 2).
| Webstedet | Sengetøj | afkortning | Højeste fejl-polet | Fejl sæt (r) |
| (dip, dip retning) | retninger (r) | koncentration (er) | (dip, dip retning) | |
| (springet, trend) | (springet, 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. Eksempel på mesoscale fejl data Figur, viser kun 2 af de 24 lokaliteter, der dokumenterer følgende: bedding orientering, afkortning retning (s), orientering af højeste fejl pol koncentration (er) og deres tilsvarende defektmængde (er) (modificeret fra Ismat og Toeneboehn 7).
- Mærke de pole koncentrationer efter forskellige fejltyper (f.eks hængsel extension) (figur 5).
- Mærk de forskellige fejltyper på de mesoscale fotos, for nemmere visuel analyse (figur 4).
- Tegn de forskellige fejltyper, for nemmere visuel analyse (figur 6). Gør dette ved at plotte de fejl data langs og på tværs af overordnede Makroskalaplacering struktur.
Figur 6. Eksempel graf, der viser fordelingen af fejl befolkninger. Graf viser procentdelen og typen af de maksimale fejl sæt (fremhævet med rødt i figur 5) For hvert websted. Bare steder i Ct kvartsit Her vises (modificeret fra Ismat og Toeneboehn 7). Klik her for at se en større version af dette tal.
5. Konstruktion af Push-blokken Sandbox Model
- Brug ¾ tommer MDF (medium-density fiberboard) for at reducere potentielle overflade heterogene skyldes træ korn, groft høvlet overflader, eller andre fejl, tømmer (figur 3).
- Anvende en grundlæggende efterbehandling lak at forsegle overflader af MDF og forhindre epoxy (beskrevet nedenfor) i at trænge modellens overflader (figur 3).
- Skala og orientere sandkassen model til feltet området. For eksempel, i denne undersøgelse, model længden af boksen for at repræsentere EW trend line, og modellere bredden af boksen for at repræsentere NS trend linje. Skaler sandkassen model, hvor 4 cm er udsal til 1 km (figur 3).
- Konstruer boksen større end feltstudiet området for at undgå potentielle randbetingelser og / eller kant effekter fra modellen.
- Må ikke konstruere en tilbageløbsspærre, for at tillade sand at passere uden en urealistisk grænse (figur 3).
- Byg en push-blok svarende til bredden af sandkassen. Dette vil forhindre sand i at passere gennem siderne af push-blokken.
- Brug ¾ tommer MDF for push blok.
- Fastgør push-blok til en krumtap drevet gevindforsynet metalstang (figur 7).
- Brug en 4-6 tommer diameter cirkulær krank med et håndtag - en cirkulær krumtap lægger mindre belastning af ledsager håndled og hænder.
- Brug en galvaniseret gevindstang (fortrinsvis acme gevind), der er mindst ¾ tommer i diameter. Hvis stangen er for tyndt, kan det ikke være i stand til at modstå vægten af sandet.
- Sørg for, at than længde gevindstangen strækker sig fra begyndelsen af sandkassen til enden af ramperne.
Figur 7. Eksempel sandkasse model diagram. Diagrammer for sandkassen model, illustreret som planen og tværsnit. Den sydlige frontal rampe (SFR), skrå rampe (OR) og det nordlige frontal rampe (NFR) er mærket. Tynde pile trækkes over ramperne illustrerer potentiel retning af sand bevægelse. Se figur 3 for et fotografi af en tom sandkasse model (modificeret fra Ismat og Toeneboehn 7). Klik her for at se en større version af dette tal.
- Bor et aflangt hul, med en lodret længdeakse, i midten af frontstop. Denne aflange vil tillade push-blok (vedvedhæftede til gevindstangen) for at bevæge sig op og over ramperne, hvis det er nødvendigt (figur 8).
- Sikre, at længden af det aflange hul er lig med højden af det højeste rampen.
- Fastgør aflange hul med en metalramme. Sæt metalrammen til frontstop med møtrikker og bolte (Figur 8).
- Tråd stangen gennem et matchende pitch og diameter møtrik monteret på frontstop (figur 8).
Figur 8. Eksempel gevind bar forbindelse. Nærbillede af gevindstangen og matchende møtrik monteret på frontstop. Klik her for at se en større version af dette tal.
- Konstruer en skrå rampe, bundet på begge sider af frontal ramper.Konstruér ramperne ud af fyrretræ med limede rabbet samlinger på de øverste overflader og forsænkede skruer langs bunden.
- Skær ramper til sammenlignelige orienteringer til hvad er forudsagt i marken.
- Udvide afstanden mellem de forskellige ramper, sammenlignet med hvad der er på den mark, så at de strukturer, der dannes i sandet er mere synlige.
- Sand overfladerne med en fin sandkorn sandpapir til at fjerne overflade heterogene og anvende en polyurethan finish, for at beskytte det bløde træ.
- Dæk ramper og bunden af sandkassen med malere tape til at beskytte træet fra epoxy mellem forsøg. Sørg for, at båndet er glat og fri for kamme eller klapper.
6. Kørsel af Push-blokken Sandbox Model
- Brug typisk play-sand. Denne type af sand er forholdsvis ensartede, med en gennemsnitlig kornstørrelse på 0,5 mm.
- Dye og tør halvdelen af sandet.
- Fyld en 5-gallon spand kvart f rå kobber med play-sand og tilføje sort frugtfarve under blanding, indtil en ensartet mørk grøn farve er opnået. Brug så meget farvestof, som er nødvendig for at gøre farven af det farvede sand tydeligt karakteristisk fra ufarvede sand.
- Lad sand til at tørre ved stuetemperatur, hvilket kan tage flere dage, eller i en ovn (op til 500 ºC), som kun kan tage et par timer. Placer ikke varmt sand i sandkassen. Sikre, at sandet er afkølet til stuetemperatur inden brug.
- Læg sand i skiftende lag af farvet og ufarvet (tan) sand. Afprøve forskellige tykkelser af sandpacks. I denne opsætning, blev de klareste og mest reproducerbare resultater produceret med en 3,5 cm tyk sandpakken, med skiftevis farvede og tan lag 0,6 cm tykke (Figur 7).
- Tryk forsigtigt et plastnet, der består af 0,5 i 2 (1,3 cm2) kvadrater på toppen af den udeformerede sand til frembringelse af et gitter fordybning (figur 9).
Figur 9. Eksempel på deformerede sand i sandkassen model. Delvis plan-billede af deformerede sand i sandkassen model. Bemærk grid indrykning og firkantede cross-ben. Den sydlige frontal rampe (SFR), skrå rampe (OR), det nordlige frontal rampe (NFR), og de fire regioner (1-4) er mærket (modificeret fra Ismat og Toeneboehn 7). Klik her for at se en større udgave af dette tal.
- Indsæt square cross ben 2 inches (~ 5 cm) fra hinanden i hele den udeformerede sand (figur 9).
- Skub sandet med håndsvinget drevne push-blokken. I denne opsætning, skal du flytte sand 60 cm, dvs. 60 cm afkortning (figur 10).
- Flyt push-blokken langsom nok til, at ændringer i sandet kan forsigtigt dokumentereed. Den hastighed, hvormed push-blokken bevæges (dvs. tøjningshastighed) ikke påvirke resultaterne.
- Spor deformationen ved at iagttage formændringer af kvadraterne (figur 10).
- Spor mængden af transport og vertikal drejning ved at observere bevægelse af stifterne (figur 10).
- Dokument alle disse ændringer med et kamera monteret nær sandkassen, således at hele sandkassen er inden for billedfeltet. Sørg for at tage stadig ramme fotografier samt videoer.
Figur 10. Eksempel på deforme sandlag. Plan-billede af slutresultatet deformation fra sandkassen model. Vælg cross-pins mærket med blå prikker der viser den dextral offset. Foldet cross-pins fremhævet med gule linjer. Stak fejl er fremhævet med tynde, black linjer. De fire regioner (1-4) er mærket (modificeret fra Ismat og Toeneboehn 7). Klik her for at se en større version af dette tal.
- Eksperimentere med forskellige mængder af sand og total afkortning.
- Gentag indtil tilfreds, dvs. indtil de dannede i sandkassen strukturer efterligner dem bevaret i naturen under sammenlignelige afkortning beløb.
7. Indsamling Prøver fra Sandbox
- Fjern alle cross-pins fra sandet, når sandkassen resultater efterligne dem bevaret i naturen.
- Indsamle prøver fra sandkassen ved at adskille og epoxying dele af den deformerede sand (figur 11).
- Gør dette ved at konstruere to forskårne ark-metal dividers at isolere dele af den deformerede sand (figur 9).
- Sørg for, at den nederste kantaf deleren skæres til at matche den vinkel af rampen.
- For at beskytte dividers fra epoxy mellem forsøg dække dividers med malere tape (figur 11).
- Sørg for, at skillevægge strække sig over og ud over ramperne. I denne undersøgelse anvender rektangulære dividers der målte 45 cm lang og 9 cm bred (figur 11).
- Sikre, at deleorganerne er højere end den tykkeste del af det deformerede sandpakken (figur 11).
- Sikre, at den ene ende af deleren er lukket, for at styre strømmen af epoxy. Luk ikke den anden ende af deleren, for at minimere enhver potentiel forstyrrelse sandpakken (figur 11).
Figur 11. Eksempel på metal dividers. Plan-view, der viser 2 metal dividers, en gennem en frontal rampe og påe gennem den skrå rampe, i den deformerede sand. Metallet divider langs den skrå rampe er fyldt med epoxy. Bemærk målebånd for skala (Modificeret fra Ismat og Toeneboehn 7). Klik her for at se en større version af dette tal.
- Stabilisere deleorganerne med metalstænger (figur 11).
- Gør dette ved at fastgøre de skillevægge med ¼ tommer x 4 tommer maskine skruer gennem forborede huller mod toppen af skillevægge. Kappe skruerne med 3/8 tommer aluminium diameter slange mellem divider s sider. I denne undersøgelse bruge to metalstænger for hver skillevæg (figur 11).
- Placer en divider på skrå rampe, og den anden på den frontale-skrå rampe krydset (figur 11).
- Hæld varm epoxy hen over toppen af sandet dele isoleret af metal dividers (Figur 11).
- Fortsæt med at hælde epoxy, indtil den ikke længere absorberes af sandet. Dette sikrer, at sandet er helt mættet.
- Træk epoxied områder af metal dividers, når epoxyen er tør. Gør dette ved at trække i skillevægge ud med metalstænger.
- Ved hjælp af en rock sav, skar epoxied områder vinkelret og parallelt med strejke ramperne.
- Fremhæv strøelse, folder og fejl med en permanent markør på epoxied prøver (figur 12).
Figur 12. Eksempler epoxied prøver fra sandkassen model. Epoxied prøver fra (a) nordlig frontal rampen og (b) skrå rampe inden sandkassen model. Vist prøver skæres vinkelret på udviklingen i de ramper. Lag er fremhævet med tynde, hvide linjes. Solid hvide linjer markerer reverse fejl, stiplede hvide linjer markerer sideværts forkastninger (modificeret fra Ismat og Toeneboehn 7). Klik her for at se en større version af dette tal.
- Sammenlign sandkasse prøver til de feltdata.
- Sammenligne prøver med tværsnit fra området. Sørg prøverne og tværsnit har lignende orienteringer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Luftfotos blev brugt til at opdele feltet området i fire regioner (1-4), baseret på udviklingen af den moderne bjergryggen våbenskjold (Figur 2). Multi-skala fejl data sammenlignes mellem disse fire regioner. Antages det, at disse tendens ændringer afspejler den underliggende kælder geometri, er den skrå rampe placeret inden Regioner 2 og 3, hvor bjergene tendens skrå i forhold til Sevier fold-tryk bælte. Igennem de fire regioner, fandt vi, at de mesoscale fejl bevare en deformation stof, der er penetrerende og homogen ved mesoscale (dvs. kubikmeter rock) og er repræsentative for arealer over de kubiske meter sites (figur 4) 4,16. Desuden mikroskala variationer, der er vist i tabel 1, er ikke afspejlet i den kollektive karakter af fejl mønstre. Så kan de mesoscale fejl sæt direkte sammenlignes i alle fire regioner (
Svarende til tidligere modeller, baseret på finite element modellering (FEM) vi har antaget, at den skrå rampe er kontinuerlig 17. Den skarpe pause i sengetøj og fejlmeldinger mønstre på tværs af grænsen mellem Regionsudvalget 2 og 3 kan forklares ved forskellen bevægelse over en kontinuerlig skrå rampe. Alternativt kan den diskontinuitet i sengetøj og fejlmeldinger mønstre på tværs af regioner 2 og 3 afspejler en pause i den underliggende kælder. Her sammenligner vi vores feltdata til vores sandkasse modelresultater for at teste disse to hypoteser. Vi fandt, at en pause i den overliggende stak sheet dannet selvom der var ingen pause i kælderen (figur 10). Interessant, placeringen og orienteringen af pausen er sammenlignelig med positionen og orienteringen af grænsen mellem regioner 2 og 3 på Makroskalaplacering kort. Derfor kan pausen observeret i overliggende stak ark har simpelthen dannes via et komplekst samspil mellem en mod øst bevæger stak ark over en skrå rampe. Med andre ord kan deformering konserveret i trykniveauer ark ikke direkte afspejle den underliggende kælder geometri. Så denne sandkasse eksperiment med succes replikerer, og potentielt forklarer, fejl mønstre bevaret i marken.
De epoxied sandkasse prøver blev analyseret fra sandkassen model til at observere den interne struktur i den deformerede sand, og sammenligne disse strukturer mod feltobservationer. To repræsentative prøver blev analyseret - en prøve fra frontal og skrå ramper (figur 12). Generelt er de omvendte fejl og folder bevaret i de epoxied prøver fra det frontale rampe rumme transport til øst, og dem fra den skrå rampe rumme transport til sydøst. De strike-slip fejl i alle prøverne rumme dextral bevægelse. Denne kinematiske record langs de frontale og skrå ramper understøtter tidligere modeller 17-19 samt mesoscale fejl data. Disse hånd prøver er nye måde at analysere interne strukturer, som måske ikke er tilgængelige på området.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Den centrale Utah segment af Sevier fold-fremstød bælte, og dens nordlige grænse, er Leamington tværgående zone fungerer som en ideel naturligt laboratorium til at studere fremtrædende-fordybning vejkryds (figur 1). Langs dette kryds, transportretningen forbliver konstant og anlægsmidlerne arkene er uafbrudt tværs krydset, så den eneste variabel er den underliggende kælder geometri 5.
Her præsenteres en metode til at analysere denne type iøjnefaldende-fordybning krydset ved at kombinere flere skala fejl data indsamlet i marken med en push-blok sandkasse model, som replikerer storstilet geometri feltet området. Sandkassen model eksperiment repræsenterer en længere periode af deformation end de mesoscale fejl sæt - vi antager, at de yngste fejl sæt indkvarteret den observerede fold geometri. Så sandkassen model, sammenholdt med de fejl sæt, kan bruges til at spore stak ark deformation og determine detaljer af underliggende kælder geometri.
For denne kombinerede tilgang skal lykkes, skal tages i marken og sandkasse eksperiment følgende kritiske trin. For marken del, er det vigtigt at bestemme omfanget af fejl homogenitet - fejlmeldinger sæt, der ikke er bevaret på tilsvarende skalaer kan ikke direkte sammenlignes. Desuden er en stor population af fejl (≥ 30 FEJL sæt) skal måles for sikre statistisk pålidelige datasæt 9. Desuden bør fejl måles væk fra heterogeniteter, såsom sengetøj kontakter, for at undgå lokale strain variationer. Selv mikroskala variationer, såsom urenheder, en vifte i kornstørrelse og stor mængde stamme (Fry> 1.8) kan påvirke mesoscale fraktur udvikling ved at skabe løvspring fly og andre heterogene. I den eksperimentelle del, skal sandkassen model efterligne feltet geometri så tæt som muligt. Det er henstilded, at kassen skal bygges på et større omfang end det markareal, for at undgå kant-effekt komplikationer. Makroskalaplacering Regioner blev også udvidet, af samme grund. Det er vigtigt, at kornstørrelsen af sandet efterligner Coulomb behavior 20 - en gennemsnitlig kornstørrelse på ~ 0,5 mm anbefales 21. Endelig, når eksperimentet køres, er det afgørende, at de store skala fejl og folder form i samme retningslinjer og orden (fx frem bryde, baglæns bryde, etc.) som observeret i området. Ellers kan de dannede i modellen strukturer ikke sammenlignes med feltdata, selv om de ser ens ud.
Resultaterne fra dette studie er sammenlignelige med og støtte, tidligere arbejde udført på dette område baseret på FEM 17,22, og giver flere detaljer til den kinematiske historie. Dette antyder, at detaljerede fejl data, målt i områder, der har deformeret ved Elastico-friktions mekanismer, kan be anvendt til at udvikle mere detaljerede kinematiske modeller end visse computermodeller. Selvom indsamlingen fejl data og analyser er besværlig og tidskrævende, kan denne metode være mere tilgængelig end computer og analog modellering, og er billigere. Brud og fejl er ofte overset 23 - mange geologer se øverste crustal deformation som mindre og blottet for mønstre. Men en stor del af skorpen - den øvre ~ 15 km - deformerer ved forkastning og andre Elastico-friktionsmæssig mekanismer. Dette arbejde viser, at en signifikant mængde af geologisk historie er lagret i den øvre skorpe og er let tilgængelige for analyse.
Vi viser, at selv i de simpleste tilfælde, såsom undersøgt her, de strukturer bevaret i den øvre skorpe ikke nødvendigvis efterligne den underliggende kælder geometri. Detaljerede fejl analyser kan afsløre finesser, der ikke kan afsløres med kort mønstre, standard konjugat fejl undersøgelser og / eller computer models, såsom FEM. Ved hjælp af en sandkasse model kan hjælpe med at forklare, hvorfor nogle af disse subtile mønstre eksisterer. Denne metode præsenteres her er enkel, pålidelig og let at replikere. Det kan potentielt ændre, hvor mange geologer opfatter rolle fejl og cataclastic flow, og hvad de kan fortælle os. Denne metode kan bruges til at revurdere, og afdække flere kinematiske detaljer, af underexplored felt områder, og kan let ændres til at rumme andre end fold-stak bælter geologiske indstillinger. Denne tilgang har vidtrækkende konsekvenser i form af sporing fraktur styret væskestrøm i den øverste skorpe samt hvordan fold-stak bælter opretholde kritisk tilspidsning på iøjnefaldende-fordybning vejkryds.
Den største svaghed ved denne fremgangsmåde er, at sandkasse modellering ikke kan være i stand til at replikere komplekse geologiske historier. For eksempel i tilfælde, hvor der er variable afkortning retninger, timing og retning af begivenheder bør nøje spores i marken og derefter replikeredemed forskellige push-blokke i sandkassen model. Dog vil sandet sandsynligvis ikke bevare disse forskellige retninger af afkortning fordi sandet vil flyde og sengetøj lag vil ikke blive opretholdt. Dette problem kan løses ved at tilsætte olie eller vaseline til sand, for at gøre sandet mere sammenhængende. Men så sandet vil ikke opføre sig som et Coulomb materiale og kan således ikke modellere deformation i den øvre skorpe. Yderligere arbejde er påkrævet for at optrævle mere komplekse naturlige systemer, såsom situationer, hvor kælderen geometri ikke den eneste variabel.
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.
