ההיסטוריה קינמטית של צומת בפתחה-הפסקה חקרה באמצעות גישה משולבת של נתוני שדה דוגמנות Sandbox האנלוגי
Summary
Kinematic histories of fold-thrust belts are typically based on careful examinations of high-grade metamorphic rocks within a salient. We provide a novel method of understanding fold-thrust belts by examining salient-recess junctions. We analyze the oft-ignored upper crustal rocks using a combined approach of detailed fault analysis with experimental sandbox modeling.
Abstract
Within fold-thrust belts, the junctions between salients and recesses may hold critical clues to the overall kinematic history. The deformation history within these junctions is best preserved in areas where thrust sheets extend from a salient through an adjacent recess. We examine one such junction within the Sevier fold-thrust belt (western United States) along the Leamington transverse zone, northern Utah. Deformation within this junction took place by faulting and cataclastic flow. Here, we describe a protocol that examines these fault patterns to better understand the kinematic history of the field area. Fault data is supplemented by analog sandbox experiments. This study suggests that, in detail, deformation within the overlying thrust sheet may not directly reflect the underlying basement structure. We demonstrate that this combined field-experimental approach is easy, accessible, and may provide more details to the deformation preserved in the crust than other more expensive methods, such as computer modeling. In addition, the sandbox model may help to explain why and how these details formed. This method can be applied throughout fold-thrust belts, where upper-crustal rocks are well preserved. In addition, it can be modified to study any part of the upper crust that has been deformed via elastico-frictional mechanisms. Finally, this combined approach may provide more details as to how fold-thrust belts maintain critical-taper and serve as potential targets for natural resource exploration.
Introduction
מקפל-דחף חגורות מורכבות מובלעים (או מקטעים), שסדיניה דחפו ב מובלעות סמוכות הם צימוד ידי גומחות או אזורים רוחביים 1,2,3. המעבר בולט הפסקה עשוי להיות מורכב באופן ניכר, מעורב חבילה רבה פנים של מבנים, ועשוי להחזיק רמזים קריטיים לקפל דחף פיתוח חגורה. במאמר זה, אנו לבחון היטב צומת בולט-הפסקה, באמצעות שילוב של נתוני שדה multiscale ומודל ארגז חול, כדי להבין טוב יותר כיצד עיוות ניתן לאכלס בתוך חגורות מתקפלים דחף.
צומת של מגזר היוטה המרכזית ואת האזור הרוחבי Leamington הוא ומעבדה טבעית אידיאלית ללימוד צומת בולטת-הפסקה מכמה סיבות (איור 1). ראשית, הסלעים החשופים במיגזר להמשיך, ללא הפרעה, לאזור הרוחבי 4. אז, דפוסי עיוות ניתן לעקוב באופן רציף, ולעומת פני הצומת. S econd, הסלעים הם בעצם monomineralic, כך וריאציה בדפוסי אשם הם לא תוצאה של heterogeneities בתוך יחידות, אלא לשקף את הקיפול הכולל ולתקוע בתחום המחקר 4. מנגנונים שלישיים, חיכוך-elastico, כגון זרימת cataclastic, סייעו עיוות ברחבי אזור השדה, המאפשרים השוואה ישירה של דפוסי אשמתו mesoscale 4. לבסוף, בכיוון התחבורה הכולל נותר רציף לאורך למגזר האזור רוחבי; ולכן, וריאציות קיצור בכיוון לא השפיעו על דפוסי עיוות השתמרות 4. כל הגורמים הללו לצמצם את מספר משתנים שעשויים להשפיע על העיוות לאורך הקטע והאזור רוחבי. כתוצאה מכך, אנו משערים כי המבנים השתמרו נוצרו בעיקר בגלל שינוי הגיאומטריה במרתף הבסיסית 5.
pload / 54,318 / 54318fig1.jpg "/>
איור 1. דוגמא של מפת המדד. חגורת מתקפל דחף דבייר של מערב ארה"ב, מראה מובלעות גדולות, מגזרים, גומחות ואזורים רוחביים. איור 2 שמציין אזור התאגרף (השונה מן עיסמאת ו Toeneboehn 7). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
קיפול ולתקוע במיגזר יוטה מרכז אזור רוחבי Leamington, התקיים בעומקים <15 ק"מ, כלומר, בתוך המשטר elastico-חיכוך, שבו עיוות התרחש בעיקר על ידי בקנה מידה מחשוף (<1 מ ') תקלות cataclastic לזרום 4,6 . בגלל תחבורה וקיפול של הגיליון דחף באו לידי ביטוי בעיקר על ידי מנגנוני elastico-חיכוך, אנו צופים כי ניתוח תקלות מפורט יכול לספק תובנה נוספת לתוך ההיסטוריה קינמטיקה של אזור ה הרוחבי Leamington דואר שבבסיס גיאומטריה במרתף. על מנת לבחון השערה זו, יש לנו שנאספו ונותחו דפוסי אשמתו נשמרו הסלעים בתוך החלק הצפוני של הקטע המרכזי היוטה וברחבי האזור הרוחבי Leamington (איור 2).
איור 2. דוגמה של מפה טופוגרפית macroscale. מפה טופוגרפית מוצלל-הקלה של אזור התאגרף באיור 1. 4 אזורים מופרדים על ידי קווים לבנים מוצק. מגעים מצעים בין קוורץ קניון Caddy Proterozoic (PCC), קוורץ נאמנות Proterozoic (PCM) קוורץ הקמבריון Tintic (CT) מוצגים. קווים מקווקווים להראות את המגמה של ההרים באזור זה. במקומות האתר מוצגים עם ריבועים שחורים ממוספרים. Lineations מסדר ראשון מוצגים עם קווים אפורים מוצק (שונה מן עיסמאת ו Toeneboehn 7)."Target =" ftp_upload / 54,318 / 54318fig2large.jpg _ blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
ניסויי Sandbox בוצעו להשוות נגד, ומשלימים, נתוני אשמתו. מודל sandbox שכיבות בלוק, עם רמפות חזיתיות ונימוס, שמש כדי לסייע הניתוחים שלנו של המבנים שנשתמרו, ומסביב, האזור הרוחבי Leamington (איור 3) 7. המטרות של גישה זו הן פי ארבעה: 1) לקבוע אם דפוסי אשמתו mesoscale עולים בקנה אחד, 2) לקבוע אם מודל sandbox תומך ומסביר את נתוני השדה, 3) לקבוע אם מודל sandbox מספק פרטים נוספים על מבנים שאינם שנצפו בשטח, ו -4) להעריך אם השיטה שדה-ניסוי בשילוב הזה הוא שימושי וקל לשכפל.
דוגמה באיור 3. של שכיבות בלוק מאודל. תצלום של דגם ארגז חול ריק. הכבש החזיתי הדרומי (SFR), הכבש אלכסוני (OR), כבש חזיתית בצפון (NFR), וארבעה האזורים (1-4) מסומנים (שונה מן עיסמאת ו Toeneboehn 7). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של נתון זה.
Protocol
Representative Results
Discussion
מגזר היוטה מרכזי החגורה מתקפל דחף דבייר, ואת הגבול הצפוני, האזור הרוחבי Leamington משמש מעבדה טבעית אידיאלית ללימוד צומת בולטת-הפסקה (איור 1). יחד לצומת זו, בכיוון תחבורה נשאר קבוע ואת הסדינים דחף הם הפרעות ברחבי לצומת, כך המשתנה היחיד הוא הגיאומטריה במרתף הבסיסית …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We thank Erin Bradley and Liz Cole for their assistance in the field. Field work, thin-section preparation and material for the sandbox model was supported by Franklin & Marshall College’s Committee on Grants.
Materials
| 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, ~0.5mm |
| 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., KR, M. c. C. l. a. y. Generation of curved fold-thrust belts: Insights from simple physical and analytical. modelsThrust Tectonics. , 83-92 (1992).
- Mitra, G., S, S. e. n. g. u. p. t. a. 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. , 59-90 (1997).
- Weil, A., Sussman, A., A, S. u. s. s. m. a. n., A, W. e. i. l. Classifying curved orogens based on timing relationships between structural development and vertical axis rotations. Orogenic curvature Geol. Soc. of Am. Special Paper. 383, 205-223 (2004).
- Ismat, Z., Mitra, G. Folding by cataclastic flow at shallow crustal levels in the Canyon Range, Sevier orogenic belt, west-Central Utah. J. of Struct. Geol. 23 (2-3), 355-378 (2001).
- Tull, J., Holm, C. Structural evolution of a major Appalachian salient-recess junction: Consequences of oblique collisional convergence across a continental margin transform fault. Geol. Soc. of Am. Bull. 117 (3), 482-499 (2005).
- Ismat, Z. Block supported cataclastic flow within the upper crust. J. of Struct. Geol. 56, 118-128 (2013).
- Ismat, Z., Toeneboehn, K. Deformation along a salient-transverse zone junction: An example from the Leamington transverse zone,Utah, Sevier fold-thrust belt (USA). J. of Struct. Geol. 75, 60-79 (2015).
- Reed, F. S., Mergner, J. L. Preparation of Rock Thin Sections. Amer. Mineral. 38, 1184-1203 (1953).
- Underwood, E. E. . Quantitative Stereology. , (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., Koyi, H. A., Mancktelow, N. 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. 193, 21-27 (2001).
- Kwon, S., Mitra, G., Sussman, A., Weil, A. 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. 383, 205-223 (2004).
- Elliott, D. The motion of thrust sheets. J. of Geophys. Res. 81, 949-963 (1976).
