الحركية التاريخ من مفرق البارزة-عطلة استكشافها من خلال نهج موحد للبيانات الميدانية والنظير رمل النمذجة
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
وتتكون أضعاف التوجه أحزمة من اصبعي (أو شرائح)، حيث تنفصل أوراق الدفع في اصبعي المجاورة التي كتبها استراحة أو مناطق عرضية 1،2،3. الانتقال من البارزة لعطلة قد تكون معقدة بشكل ملحوظ، التي تنطوي على مجموعة متعددة الجوانب من الهياكل، وربما يحمل أدلة حاسمة لأضعاف قوة الدفع تنمية الحزام. في هذه الورقة، وندرس بعناية تقاطع البارزة، العطلة، وذلك باستخدام مزيج من البيانات الميدانية المتعددة النطاقات ونموذجا رمل، من أجل فهم أفضل لكيفية تشوه يمكن استيعابها ضمن أحزمة أضعاف قوة الدفع.
تقاطع الجزء يوتا الوسطى ومنطقة عرضية يمينجتون هو وسيلة مختبرا طبيعيا مثاليا لدراسة تقاطعات البارزة-عطلة لعدة أسباب (الشكل 1). أولا، الصخور المكشوفة ضمن قطاع تستمر، دون انقطاع، في منطقة عرضية 4. لذلك، يمكن تتبع أنماط تشوه باستمرار، ومقارنة عبر تقاطع. S econd، الصخور هي أساسا monomineralic، لذلك الاختلاف في أنماط خطأ ليست نتيجة لالتغاير داخل الوحدات، ولكن بدلا من ذلك تعكس قابلة للطي الكلي ودفع داخل منطقة الدراسة (4). ، آليات elastico الاحتكاك الثالثة، مثل تدفق cataclastic، ساعد تشوه في جميع أنحاء منطقة الميدان، مما يسمح للمقارنات مباشرة لأنماط خطأ متوسطة النطاق 4. وأخيرا، لا يزال الاتجاه النقل العام والمتواصل على طول قطاع ومنطقة عرضية. وبالتالي، لم الاختلافات في تقصير الاتجاه لا تؤثر على أنماط تشوه الحفاظ 4. كل هذه العوامل تقليل عدد المتغيرات التي قد تؤثر على تشوه على طول الجزء ومنطقة عرضية. ونتيجة لذلك، فإننا نخلص إلى أن الهياكل الحفاظ شكلت أساسا بسبب تغيير في الطابق السفلي الأساسية الهندسة 5.
pload / 54318 / 54318fig1.jpg "/>
الشكل 1. مثال على خريطة المؤشر. الحزام سفير] أضعاف فحوى غرب الولايات المتحدة الأمريكية، والتي تبين اصبعي الرئيسية، قطاعات والتعطيل ومناطق عرضية الشكل 2 يتضح من منطقة محاصر (معدلة من عصمت وToeneboehn 7). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
للطي والجة ضمن قطاع يوتا الوسطى ومنطقة عرضية يمينجتون، وقعت في أعماق <15 كم، أي داخل النظام، elastico الاحتكاك، حيث حدث تشوه في المقام الأول على نطاق ونتوء (<1 م) أخطاء وcataclastic تدفق 4،6 . لأن استغرق النقل وقابلة للطي ورقة التوجه في المقام الأول عن طريق آليات elastico الاحتكاك، نتوقع أن التحليل خطأ مفصل يمكن أن توفر مزيد من التبصر في التاريخ الحركية للمنطقة والعشرين عرضية يمينجتون البريد الكامنة الهندسة الطابق السفلي. من أجل اختبار هذه الفرضية، قمنا بجمع وتحليل أنماط خطأ في الحفاظ على الصخور في الجزء الشمالي من قطاع يوتا الوسطى وفي جميع أنحاء منطقة عرضية يمينجتون (الشكل 2).
الشكل 2. مثال على خريطة طبوغرافية macroscale. المظللة للإغاثة خريطة طبوغرافية المنطقة محاصر في الشكل 1. يتم فصل المناطق عن طريق 4 خطوط بيضاء صلبة. ، وتظهر البروتيروزوي الكوارتز المتبادل (PCM) والكمبري Tintic الكوارتز (ط) الاتصالات الفراش بين الكوارتز البروتيروزوي العلبة كانيون (PCC). وتشير الخطوط المتقطعة اتجاه الجبال في هذه المنطقة. وتظهر فروع مع المربعات السوداء مرقمة. وتظهر lineations الأول النظام مع خطوط رمادية صلبة (معدلة من عصمت وToeneboehn 7).ftp_upload / 54318 / 54318fig2large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
أجريت تجارب رمل لمقارنة ضد، وتكملة، البيانات خطأ. نموذج رمل دفع كتلة، مع أمامي ومنحرف سلالم، وكان يستخدم لمساعدة تحليلاتنا للهياكل المحفوظة في وحولها، ومنطقة عرضية يمينجتون (الشكل 3) 7. أهداف هذا النهج هي أربعة أضعاف: 1) تحديد ما إذا كانت أنماط خطأ متوسطة النطاق متناسقة، 2) تحديد ما إذا كان يدعم نموذج رمل، ويفسر البيانات الميدانية، 3) تحديد ما إذا كان نموذج رمل يوفر المزيد من التفاصيل حول الهياكل التي ليست لوحظ في هذا المجال، و4) تقييم ما إذا كان هذا المنهج التجريبي الميداني المشترك هو مفيد وسهلة لتكرار.
الشكل 3. مثال على دفع كتلة ممركز Odel. صورة من نموذج رمل فارغة. وصفت المنحدر الجنوبي أمامي (SFR)، المنحدر المائل (أو)، شمال منحدر مدرج طولي أمامي (NFR)، والأقاليم الأربعة (1-4) (معدلة من عصمت وToeneboehn 7). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Protocol
Representative Results
Discussion
الجزء يوتا المركزية للسفير] حزام أضعاف قوة الدفع، والحدود الشمالية، وتخدم منطقة عرضية يمينجتون باعتبارها مختبرا طبيعيا مثاليا لدراسة تقاطعات البارزة-عطلة (الشكل 1). على طول هذا التقاطع، لا يزال الاتجاه النقل المستمر وأوراق الدفع ودون انقطاع عبر تقاطع، وبال…
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).
