Kinematische Geschiedenis van een Salient-uitsparing Junction onderzocht door middel van een gecombineerde aanpak van veldgegevens en analoge Sandbox Modeling
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
-Voudige stuwkracht banden bestaan uit salients (of segmenten), waarbij de stuwkracht platen in aangrenzende salients ontkoppeld door uitsparingen of dwarszones 1,2,3. De overgang van saillante tot reces kan aanzienlijk complex zijn, waarbij een veelzijdige suite van structuren, en kunnen kritische aanwijzingen houden op te vouwen stuwkracht ontwikkeling riem. In deze paper, we zorgvuldig onderzoeken een saillante-uitsparing kruising, met een combinatie van multischaal veldgegevens en een zandbak model, om beter te begrijpen hoe de vervorming kan worden ondergebracht binnen de plooi stuwkracht riemen.
Het verbindingspunt van de Centrale Utah segment en de transversale Leamington zone een ideale natuurlijk laboratorium voor het bestuderen saillante-uitsparing verbindingen om verschillende redenen (figuur 1). Ten eerste, de rotsen blootgesteld binnen het segment blijven, ononderbroken, in de dwarse zone 4. Dus, kan vervorming patronen continu worden gevolgd en vergeleken over de kruising. S econd, de rotsen zijn in wezen monomineralic, dus variatie in de fout patronen zijn niet het gevolg van heterogeniteit binnen de eenheden, maar in plaats daarvan overeenkomen met de algehele vouwen en stak in het studiegebied 4. Ten derde, elastico wrijvingsarme mechanismen, zoals cataclastic stroom, bijgestaan vervorming hele gebied, zodat directe vergelijkingen van mesoschaal storingsbeelden 4. Tenslotte de totale transportrichting bleef continu over de lengte van het segment en dwarsrichting zone; derhalve variaties in verkorten richting geen invloed op de vervorming behouden patronen 4. Al deze factoren beperken het aantal variabelen die de vervorming langs het segment en transversale zone kan hebben beïnvloed. Daardoor veronderstellen we dat de geconserveerde structuren voornamelijk gevormd door een wijziging in de onderliggende kelder 5 geometrie.
Pbelasting / 54318 / 54318fig1.jpg "/>
Figuur 1. Voorbeeld van een index kaart. De Sevier fold-breuk gordel van westen van de VS, waaruit blijkt grote salients, segmenten, uitsparingen en transversale zones. Figuur 2 aangegeven door boxed gebied (gewijzigd ten opzichte van Ismat en Toeneboehn 7). Klik hier om te bekijken grotere versie van dit cijfer.
Vouwen en stak in de centrale Utah segment en Leamington dwarse zone, vond plaats op een diepte van <15 km, dat wil zeggen binnen de elastico-wrijvende regime, waar de vervorming plaatsvond in de eerste plaats door ontsluiting-schaal (<1 m) fouten en cataclastic vloeien 4,6 . Omdat transport en vouwen van de stuwkracht plaat vond plaats in de eerste plaats door elastico-wrijvende mechanismen, voorspellen we dat een gedetailleerde foutanalyse verder inzicht kunnen geven in de kinematische geschiedenis van de Leamington dwarse zone en th e onderliggende kelder geometrie. Om deze hypothese te testen, hebben we verzameld en geanalyseerd storingsbeelden bewaard in de rotsen in het noordelijke deel van de centrale Utah segment en in de dwarsrichting Leamington zone (figuur 2).
Figuur 2. Voorbeeld van macroschaal topografische kaart. Shaded-relief topografische kaart van boxed gebied in figuur 1. De 4 regio's worden gescheiden door stevige witte lijnen. Bedding contacten tussen de Proterozoic Caddy Canyon kwartsiet (PCC), Proterozoic Mutual kwartsiet (PCM) en Cambrium Tintic kwartsiet (Ct) getoond. Gestippelde lijnen geven de trend van de bergen in dit gebied. Site locaties worden weergegeven met genummerde zwarte vierkantjes. Eerste-orde lineatie worden getoond met stevige grijze lijnen (gewijzigd ten opzichte van Ismat en Toeneboehn 7).ftp_upload / 54318 / 54318fig2large.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Sandbox experimenten werden uitgevoerd om mee te vergelijken, en aan te vullen, de fout data. A push-blok zandbak model, met frontale en schuine hellingen, werd gebruikt om onze analyse van de structuur bewaard in staan, en rond de dwarse Leamington zone (Figuur 3) 7. De doelstellingen van deze aanpak zijn vier-voudig: 1) bepalen of de mesoschaal storingsbeelden consistent zijn, 2) bepalen of de zandbak model ondersteunt en verklaart de veldgegevens, 3) te bepalen of de zandbak model geeft meer details over de structuren die niet zijn waargenomen in het veld, en 4) nagaan of deze gecombineerde gebied-experimentele methode nuttig en gemakkelijk te reconstrueren.
Figuur 3. Voorbeeld van een push-block model. Foto van lege sandbox model. De zuidelijke frontale helling (SFR), schuine helling (OR), Noord-frontale helling (NFR), en de vier regio's (1-4) zijn gelabeld (gewijzigd ten opzichte van Ismat en Toeneboehn 7). Klik hier om een grotere versie te bekijken dit figuur.
Protocol
Representative Results
Discussion
De Centrale Utah segment van de Sevier vouw-breuk gordel, en de noordelijke grens, de Leamington dwarse zone fungeert als een ideale natuurlijk laboratorium voor het bestuderen van saillante-uitsparing knooppunten (figuur 1). Langs deze kruising, het vervoer richting constant blijft en de stuwkracht lakens zijn ononderbroken over de kruising, dus de enige variabele is de onderliggende kelder geometrie 5.
Hier presenteren we een methode om dergelijke opvallende uit…
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).
