Кинематическая История Характерная-выемкой Junction разведанные через комбинированный подход полевой данных и аналоговых Sandbox моделирования
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
Складчато-покровных ремни состоят из (или выступами сегментов), где упорные листы в соседних выступами развязаны выемками или поперечных зон 1,2,3. Переход от выступа к выемке, может быть заметно сложным и включает многогранное набор структур, и может содержать критические ключи к складчато-покровных развития ремня. В этой статье мы внимательно рассмотрим Характерная-выемкой соединение, используя комбинацию многомасштабных полевых данных и модели песочнице, для того, чтобы лучше понять, как деформация могут быть размещены в пределах складчато-покровных поясов.
Узел сегмента центральной части штата Юта и поперечной зоне Лемингтон является идеальным природно-лаборатория для изучения выступа-выемкой развязок по нескольким причинам (Рисунок 1). Во- первых, скалы , выступающие в сегменте по- прежнему, непрерывно, в поперечную зону 4. Таким образом, характер деформации можно отслеживать непрерывно, и по сравнению через переход. S econd, горные породы, по существу мономинеральной, поэтому изменение моделей разломов не является результатом неоднородностями внутри подразделений, но вместо того, чтобы отражать общую складывание и толкая в пределах района исследования 4. В- третьих, Elástico-фрикционного механизмы, такие как поток катакластического, помощь деформации по всей площади поля, что позволяет прямого сравнения мезомасштабных моделей неисправностей 4. И, наконец, общее направление транспортировки оставалось непрерывным по длине отрезка и поперечной зоны; Таким образом, изменения в сокращении направления не влияют на сохранившиеся образцы деформации 4. Все эти факторы свести к минимуму количество переменных, которые могли повлиять на деформацию вдоль сегмента и поперечной зоны. В результате, мы предполагаем , что сохранившиеся структуры , образованные в основном из – за изменений в базовой геометрии базальной 5.
pload / 54318 / 54318fig1.jpg "/>
Рисунок 1. Пример индекса карты. Севьер-cкладчатые пояс западной части США, показывая основные сегменты, выступами, углублениями и поперечные зоны. Рисунок 2 обозначены коробочной области ( с изменениями от Исматом и Toeneboehn 7). Пожалуйста , нажмите здесь для просмотра большая версия этой фигуры.
Складные и толкая в сегменте центральной части штата Юта и Лемингтон поперечной зоны, имели место на глубине <15 км, то есть в пределах Elástico-фрикционного режима, где деформация произошла в первую очередь обнажения масштаба (<1 м) разломами и катакластического потока 4,6 , Поскольку транспорт и складывание тяги листа имели место в первую очередь Elástico-фрикционного механизмов, мы прогнозируем, что подробный анализ неисправности может обеспечить дальнейшее понимание кинематической истории поперечной зоны и й Лемингтон е, лежащий в основе геометрии фундамента. Для того чтобы проверить эту гипотезу, мы собрали и проанализировали образцы неисправностей сохранившиеся в горных породах в пределах северной части сегмента центральной части штата Юта и по всей поперечной зоне Лемингтон (рисунок 2).
Рисунок 2. Пример макромасштабном топографической карты. Расщеплёнными рельеф топограммои коробочной области на рисунке 1. В 4 -х регионов отделены друг от друга сплошными белыми линиями. Постельные принадлежности контакты между Протерозойский Caddy Каньон кварцита (PCC), Протерозойский Взаимная кварцит (ИКМ) и кембрия Tintic кварцит (Ct) показаны. Пунктирные линии показывают тенденцию гор в пределах этой области. Места сайта показываются с пронумерованными черными квадратами. Первое аномалий порядка показаны с твердыми серыми линиями ( с изменениями от Исматом и Toeneboehn 7).ftp_upload / 54318 / 54318fig2large.jpg "целевых =" _blank "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Эксперименты Sandbox были проведены для сравнения, и дополнять, данные ошибки. Модель песочница нажимной блок, с фронтальным и косых пандусов, был использован для оказания помощи нашим анализа структур , сохранившихся в и вокруг, Лемингтон поперечной зоны (рисунок 3) 7. Цели такого подхода заключаются в четыре раза: 1) определить, является ли МЕЗОМАСШТАБНОМ модели разломов соответствуют, 2) определить, является ли модель песочницы поддерживает и объясняет данные поля, 3) определить, является ли модель изолированной программной среды обеспечивает более подробную информацию о структурах, которые не являются наблюдается в области, и 4) оценить, является ли этот комбинированный метод полевой экспериментальный полезным и легко повторить.
Рисунок 3. Пример нажимной блока мОдел. Фотография пустой модели песочнице. Южная фронтальная рампа (SFR), наклонная рампа (OR), северная рампа фронтальная (НФР), а также четырех регионов (1-4) помечены (модифицированный из Исматом и Toeneboehn 7). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы увидеть увеличенную версию эта фигура.
Protocol
Representative Results
Discussion
Сегмент центральной части штата Юта в Sevier-складчатых пояса, и его северная граница, поперечная зона Лемингтон служит идеальной природной лабораторией для изучения выступа-выемкой развязок (рисунок 1). Вдоль этого перехода, направление транспортировки остается постоянным , а у…
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).
