Kinematic Geschichte einer Salient-Aussparung Junction Erforscht durch einen kombinierten Ansatz von Felddaten und Analog-Sandbox-Modellierung

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.

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.

Klappbare Schubriemen bestehen aus Ausbuchtungen (oder Segmente), wobei die Druckbögen in benachbarten Ausbuchtungen entkoppelt sind durch Ausnehmungen bzw. Querzonen ^1,2,3. Der Übergang von der ausgeprägten zu Vertiefung kann deutlich komplexer sein, eine vielfältige Reihe von Strukturen beteiligt und kritische Hinweise halten kann Gürtel Entwicklung zu falten-Schub. In dieser Arbeit untersuchen wir sorgfältig einen ausgeprägten Vertiefung Kreuzung, eine Kombination aus mehreren Maßstäben Felddaten und einer Sandbox-Modell, um besser zu verstehen, indem, wie Verformungen innerhalb Falten- und Überschiebungsbänder untergebracht werden können.

Die Verbindung des Zentral Utah Segment und dem Leamington Querzone ist eine ideale natürliche-Labor für die Untersuchung ausgeprägten Vertiefung Kreuzungen aus verschiedenen Gründen (Abbildung 1). Erstens bleiben die Steine ​​innerhalb des Segments ausgesetzt, ununterbrochene, in die Querzone ^4. So können Deformationsmuster kontinuierlich verfolgt werden, und über die Kreuzung verglichen. S econd, sind die Felsen im Wesentlichen monomineralic, so Variation Fehlermuster sind nicht das Ergebnis von Heterogenitäten in Einheiten, sondern die Gesamtfaltung reflektieren und ⁴ im Untersuchungsgebiet stoßen. Drittens elastico-Reibungsmechanismen, wie kataklastische Strömungs, Verformung im gesamten Feldbereich unterstützt wird , zum direkten Vergleich von Mesoscale - Fehlermuster ermöglicht ^4. Schließlich blieb die Gesamttransportrichtung entlang der Länge des Segments, kontinuierliche und Querzone; daher Variationen in Richtung Verkürzung nicht die erhaltenen Deformationsmuster ⁴ beeinflussen. Alle diese Faktoren, die die Anzahl von Variablen zu minimieren, dass die Verformung entlang des Segments und Querzone beeinflusst haben könnten. Als Ergebnis vermuten wir , dass die erhaltenen Strukturen aufgrund einer Änderung in ⁵ der darunterliegenden Kellergeometrie primär gebildeten.

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Abbildung 1. Beispiel Indexkarte. Der Sevier Falten- und Überschiebungsgürtel Westen der USA, wo wichtige Ausbuchtungen, Segmente, Vertiefungen und Querzonen. 2 durch eingerahmten Bereich (modifiziert nach Ismat und Toeneboehn ⁷⁾ angezeigt. Bitte hier klicken , um eine zu sehen größere Version der Figur.

Falt- und Stoßen im Mittel Utah Segment und Leamington Querzone, fand in einer Tiefe <15 km, dh innerhalb des elastico-Reibungszustand, in dem in erster Linie Verformung aufgetreten durch outcrop-Skala (<1 m) Störungen und kataklastische ^4,6 fließen . Da Transport und Faltung des Druckblatt erfolgte in erster Linie durch elastico-Reibungsmechanismen, sagen wir voraus, dass eine detaillierte Fehleranalyse einen weiteren Einblick in die kinematische Geschichte der Querzone Leamington zur Verfügung stellen kann und th e zugrunde liegenden Keller Geometrie. Um diese Hypothese zu testen, haben wir gesammelt und Fehlermuster in den Felsen im nördlichen Teil des Segments Zentral Utah erhalten analysiert und in der gesamten Leamington Querzone (Abbildung 2).

Abbildung 2. Beispiel für makroskaligen topographische Karte. Shaded-Relief topographische Karte von eingerahmten Bereich in Abbildung 1. Die vier Regionen sind durch feste , weiße Linien getrennt. Bettwäsche Kontakte zwischen dem Proterozoikum Caddy Canyon Quarzit (PCC), Proterozoikum Mutual Quarzit (PCM) und Cambrian Tintic Quarzit (Ct) gezeigt. Eine gestrichelte Linien zeigen den Trend der Berge in diesem Bereich. Standorte sind mit nummerierten schwarzen Quadrate gezeigt. Erster Ordnung Lineaturen sind mit massiven grauen Linien (modifiziert nach Ismat und Toeneboehn ⁷⁾ gezeigt.ftp_upload / 54318 / 54318fig2large.jpg "target =" _ blank "> Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Sandbox-Experimente wurden gegen zu vergleichen durchgeführt und ergänzen, um die Fehlerdaten. Ein Push-Block - Sandbox - Modell, mit frontalen und schrägen Rampen wurde verwendet , um unsere Analysen der Strukturen erhalten in zu unterstützen, und um die Leamington Querzone (Abbildung 3) ^7. Die Ziele dieses Ansatzes sind vierfach: 1) bestimmen, ob die mesoskaliger Fehlermuster konsistent sind, 2) festzustellen, ob die Sandbox-Modell unterstützt und erklärt, die Felddaten, 3) festzustellen, ob die Sandbox-Modell weitere Details zu den Strukturen bereitstellt, die es nicht sind in dem Feld beobachtet wird, und 4) zu bewerten, ob diese kombinierte Feld experimentelle Methode ist nützlich und einfach zu replizieren.

Abbildung 3. Beispiel für Push-Block model. Fotografie des leeren Sandbox - Modell. Die südliche frontalen Rampe (SFR), schräge Rampe (OR), Nord-frontalen Rampe (NFR), und die vier Regionen (1-4) markiert sind (modifiziert nach Ismat und Toeneboehn ^7). Bitte hier klicken um eine größere Version zu sehen diese Figur.

1. Sammlung von Großräumige Felddaten

1. Vor der Durchführung der Feldarbeit, verwenden Luftbilder / topographische Karten den allgemeinen Trend der Berge zu identifizieren (definiert durch die heutigen Grat), Querzonen, Störungen und andere Lineaturen am makroskaligen (Abbildung 2).
   1. Verwenden Sie ähnliche Skala topographischen Karten und Luftbilder, so dass Muster direkt verglichen werden können. Verwenden Sie 1: 24.000 Karten im Maßstab und Fotografien.
2. Etikett und markieren makroskaligen Features auf den Karten (Antenne und / oder topographische) in dem Gebiet verwendet werden. Auf Luftaufnahmen, verwenden Sie scharfe Änderungen im Laub makroskaligen Merkmale zu identifizieren, weil die Blätter Muster der zugrunde liegenden Grundgestein reflektieren. Auf topographische Karten, verwenden Sie scharfe Änderungen in der Topographie, wie steilen Klippen, langen engen Tälern und raschen Veränderungen in -Dränagemustern makroskaligen Merkmale zu identifizieren.
3. Mauern diese Karte Muster, mit makroskaligen gefunden Funktionen inNatur, während in dem Feld. Stellen Sie sicher, dass die Feldkarten entsprechend angepasst werden.
4. Subdivide die Feldfläche entlang makroskaligen Querzonen.

2. Sammlung von Mesoscale Felddaten

1. Führen Feldanalyse innerhalb jeder Querzone gebunden Bereich.
2. Bestimmen Sie den Umfang der Homogenität der mesoskaliger Störungen im gesamten Feldbereich. Tun Sie dies, indem Sie alle Fehler größer als 3 cm entlang einer transect senkrecht und parallel zur Gesamt makroskaligen Struktur zu messen. Der Punkt, an dem Fehlermuster sich entlang der transect wiederholen definiert das Ausmaß der Homogenität.
   Hinweis: 3 cm wird als Mindestabschaltung gewählt, weil Fehler kleiner als 3 cm schwierig sein kann, zu messen.
3. Wählen Sie repräsentativen Standorten im gesamten Feldbereich der definierten Skala von Homogenität verwendet wird.
   1. Stellen Sie sicher, dass jede Seite enthält ~ 3 zueinander senkrechten Fels Forderungen innerhalb der Skala der Homogenität, um die dreidimensionalen zu quantifizierenGeometrie des Fehlers arbeiten.
   2. Stellen Sie sicher , dass neue Standorte ausgewählt werden , in dem die Fehlermuster deutlich ändern (Abbildung 2).
   3. Wählen Sie Websites weit (~ eine Einheit der Homogenität) von den großen Betten Kontakte, um lokale Verkürzung und Verlängerung Richtungen zu vermeiden, die von der allgemeinen Verkürzung Richtung erzeugt Fehler overprinted haben.
4. Verwenden Sie ein Raster , um zu verfolgen alle die Fehler während der Datenerfassung ^4.
   1. Stellen Sie sicher, dass die Größe des Gitters auf der Skala der Homogenität der mesoskaliger Fehler ist. Zum Beispiel, wenn die Fehler homogen im Kubikmetermaßstab sind, verwenden Sie einen Meter quadratischen Raster.
5. Konstruieren Sie das Raster als einen zusammenklappbaren Holz Platz - das auf dem Gebiet für einen einfacheren Transport ermöglicht.
   1. Verwenden Sie 4 gleich große Stücke von 1 in breiten Streifen von Holz. Jede Art von Hartholz wird empfohlen, da es zu den langlebigsten für die Feldarbeit ist.
   2. Drill 1/4 "Löcher nahe an den Enden (~ ½ & # 34; von den Enden) der Holzleisten. Bauen Sie mit vier 2 1/4 "lang, 3/16" Größe Schrauben an jeder Ecke. Verwenden Stahlflügelmuttern für einfachste collapsibility.
   3. Teilen Sie das Gitter gleichmäßig mit String - dies hilft, die verschiedenen Störungen an jedem Standort zu verfolgen. Die Bohrlöcher, mit gleichem Abstand entlang des Umfangs 'Gitter, Faden und Kordel durch die Löcher. Zum Beispiel für einen Meter quadratischen Raster, teilen Sie das Gitter in 10 cm große Quadrate mit Schnüren an den entgegengesetzten Enden des Gitters verbunden (Abbildung 4).

Abbildung 4. Beispiel einer mesoskaliger outcrop. Bettwäsche ist mit weißen gestrichelten Linien markiert. Spezifische Fehlersätze in Papier diskutiert werden mit dünnen, festen weißen Linien markiert. m ² Raster dargestellt (modifiziert nach Ismat und Toeneboehn ^7).d / 54318 / 54318fig4large.jpg "target =" _ blank "> Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

6. Machen Sie detaillierte Skizzen der Fehlersätze innerhalb jedes Raster.
7. Basierend auf den Gitter Skizzen und Querschnittsverhältnisse der Fehler, bestimmen die jüngste Fehlersätze an jedem Standort ^4.
   1. Tun Sie dies, indem an jedem Standort Offsetfehlermuster zu identifizieren. Der jüngste Fehler Aufdruck und Ausgleich für die älteren Störungen.
8. An jedem Prüfzentrum, notieren Sie die Ausrichtung, Abstand, Länge, Dicke und morphologischen Eigenschaften (zB geheilt, Vene gefüllt, offen, gefüllt Brekzie) für jeden der jüngste Fehler innerhalb jedes Gitters.
9. Teilen Sie die Websites unter den lithologischen Einheiten (siehe Abbildung 2).

3. Sammlung von Kleinräumige Daten

1. Sammeln Sie orientierten Gesteinsproben an jedem Standort für Dünnschnitt-Analyse.
   1. Stellen Sie sicher, dass die Gesteinsprobe groß genug ist, umschneiden drei zueinander senkrechten Standardgröße (26 mm x 46 mm) Dünnschicht-Chips (dh etwas größer als ein Erwachsener Faust).
2. Cut Dünnschicht-Chips vergleichbar mit den Gitterorientierungen von jedem Standort (ein Standard-Rock-Säge), so dass die mikro- und mesoskaligen Muster können direkt verglichen werden.
3. Bereiten Standarddicke (0,03 mm) Dünnschnitte ^8.
4. Analysieren Sie die Dünnschnitte ein Standard-Lichtmikroskop mit einer angeschlossenen Kamera, für mikroskopische Aufnahmen nehmen.
5. Für jede Dünnschnitt aufzuzeichnen morphologischen Eigenschaften, wie beispielsweise die Menge an Eisen-Oxid und Variation und durchschnittliche Korngröße von stereologischen Methoden, dh Spektor Chord - Analyse (Tabelle 1) , ^9.
   1. Tun Sie dies , indem Sie die Breite zu messen und / oder die Anzahl der gewählten morphologischen Eigenschaften entlang 4-6 zufällig orientierten transects durch jedes Dünnschnitt ^4,9. Von all den transects berechnender Mittelwert (Tabelle 1).

Tabelle 1. Beispiel von mikroskaligen Morphologie. Beschreibung der Proterozoikum Mutual (PCM) und Eocambrian Tintic (Ct) Quarzit Einheiten. X / Z Fry Stamm wird in einem Vertikalschnitt parallel zur Transportebene gemessen, während X / Y Fry Stamm mich istasured in einem vertikalen Schnitt senkrecht zur Transportebene (modifiziert nach Ismat und Toeneboehn ^7). Bitte klicken Sie auf diese Tabelle in Microsoft Excel - Format hier , um / herunterladen.

6. Messen Sie Stamm normalisierte Fry Analyse ^10,11 verwenden. Sicherzustellen, dass der Stamm von drei zueinander senkrechten Dünnschnitten gemessen wird, um an jeder Stelle dreidimensionalen Stamm zu bestimmen.
   1. Tun Sie dies durch eine mikroskopische Aufnahme jedes Dünnschnitt nehmen. Stellen Sie sicher , dass die Mikrophotographien , mindestens 50 Körner mit festen Korngrenzen enthalten, also nicht Unterkorngrenzen.
   2. Definieren Sie die Umrisse der Körner, um Fry Belastung zu messen. Definieren Sie die Konturen entweder manuell, indem Sie die Konturen von einer gedruckten Mikrophotographie auf Pauspapier Tracing oder digital, durch die Mikrofotografie in eine Bildanalyse - Software - Programm hochladen (zB ImAlter Pro Plus), die automatisch die Grenzen 'Körner definiert.
   3. Laden Sie die Korngrenzen Bild in das normalisierte Fry Dehnungsprogramm ^12.

4. Plotten Mesoskalige Fehlerdaten

1. Analysieren Sie die Fehlerdaten auf Equal-Bereich Netze. Verwenden Sie zum Beispiel Stereonet (Freeware von RW Allmendinger).
   1. Plot , der die Fehlersätze 'Pole auf Equal-Bereich Netze und dann die Kontur diese Pole mit 1% Flächenkonturen (Abbildung 5).
   2. Bestimmen Sie die häufigsten Fehlersätze aus diesen Pol-Konzentrationen. Plot diese Fehler setzt als Großkreise (Abbildung 5).

Abbildung 5. Beispiele für Equal-Bereich Plots Equal-Bereich Plots von Fehlersätzen aus zwei Standorten -. Seite 41 ist von Region 2 und Seite 5 aus der Region 1. Fehlersätze sind plotted als konturiert Pole (1% Flächenkonturen). Durchschnittliche Fehlersätze werden von der Pole-Konzentrationen bestimmt und aufgetragen als große Kreise. Maximale Verkürzung Richtungen, bestimmt von Konjugat-Konjugat Fehlersätze werden als schwarze Punkte dargestellt. Fehler Pol Konturen werden farbig nach prozentualen Anteil an den einzelnen Standorten. Pole-Konzentrationen, die zu> 20% beitragen, sind rot gefärbt, zwischen 15-19% Orange gefärbt sind, 10-14% sind gelb, 5-9% sind grün und <5% sind blau gefärbt. Rote Störungs-polige Konturen werden als LPS (Schicht-parallel Verkürzung), LE (limb Erweiterung) bezeichnet und HE (Scharnier-Erweiterung) (modifiziert nach Ismat und Toeneboehn ^7). Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

2. Identifizieren Sie die Konjugat Fehlersätze, das heißt, die großen Kreispaare mit Diederwinkel , die von 40º bis 75º reichen (Abbildung 5) ¹³ .
3. Definieren Sie den akuten bisector der konjugierten-Konjugat Fehlersätze - diese sucht die maximale Verkürzung Richtung (Abbildung 5) ^4,14,15.
4. Weitere Unterteilung für jede Website, die gleich-Bereich Netz fehler Pol Konzentrationen entsprechend ihrer prozentualen Beitrag. Tun Sie dies durch Farbcodierung der Pol-Konzentrationen, für eine einfachere visuelle Analyse. Zum Beispiel Konzentrationen Highlight Pol, die dazu beitragen, für die Site rot zu> 20% der Gesamtpole. Farbe diejenigen , die zwischen 15-19% Orange beitragen, 10-14% gelb, 5-9% grün und <5% blau (Abbildung 5, Tabelle 2).

. Tabelle 2. Beispiel mesoskaliger Fehlerdaten Diagramm, nur 2 der 24 Standorte zeigt, dokumentieren die folgenden: bedding Orientierung, Verkürzung Richtung (en), die Ausrichtung der höchsten Fehler Pol Konzentration (en) und deren entsprechenden Fehler (e) (modifiziert nach Ismat und Toeneboehn ^7).

5. Beschriften Sie die Pol - Konzentrationen nach verschiedenen Fehlerarten (zB Gelenkverlängerung) (Abbildung 5).
6. Beschriften Sie die verschiedenen Fehlertypen auf den mesoskaliger Fotos, für eine einfachere visuelle Analyse (Abbildung 4).
7. Diagramm , welches die verschiedenen Fehlerarten, für eine einfachere visuelle Analyse (Abbildung 6). Tun Sie dies durch die grafische Darstellung der Fehlerdaten entlang und über die gesamte makroskaligen Struktur.

Abbildung 6. Beispiel graphische Darstellung , Verteilung von Fehlerpopulationen. Diagramm den prozentualen Anteil und Art der maximale Fehlersätze zeigt (rot markiert in Abbildung 5) Für jeden Standort. Gerade Stellen innerhalb des Ct Quarzit werden hier gezeigt (modifiziert nach Ismat und Toeneboehn ^7). Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

5. Konstruktion des Push-Block Sandbox Modell

1. Verwenden ¾ Zoll MDF (Mitteldichte Faserplatten) Potentialfläche Heterogenitäten aus Holzmaserung, grob gehobelten Oberflächen oder andere Defekte aus Holz (Abbildung 3) , die sich zu verringern.
2. Übernehmen Lack eine Grundfertig die Oberflächen der MDF - Platte zu versiegeln und zu verhindern , Epoxy (wie unten beschrieben) von den Oberflächen des Modells durchdringt (Abbildung 3).
3. Maßstab und Orientierung des Sandbox-Modell auf den Feldbereich. Zum Beispiel in dieser Studie Modell die Länge der Box die EW Trendlinie, zu vertreten und die Breite der Box-Modell der NS Trendlinie zu vertreten. Skalieren Sie die Sandbox-Modell, bei dem 4 cm equal zu 1 km (Abbildung 3).
4. Konstruieren Sie die Box größer als die Felduntersuchungsgebiet, um mögliche Randbedingungen und / oder Randeffekte aus dem Modell zu vermeiden.
   1. Verwenden Sie keine Rücklaufsperre, um zu konstruieren Sand zu ermöglichen , ohne eine unrealistische Grenze (Abbildung 3) zu übergeben.
5. Erstellen Sie einen Push-Block gleich der Breite der Sandbox. Dies verhindert, dass Sand aus, die durch die Seiten des Push-Block.
   1. Verwenden Sie ¾ Zoll MDF für den Push-Block.
6. Bringen Sie den Push-Block mit einer Kurbel angetrieben Gewindemetallstange (Abbildung 7).
   1. Verwenden Sie einen 4-6 Zoll Durchmesser Kreis Kurbel mit einem Handgriff - eine kreisförmige Kurbel weniger belastend auf das Handgelenk des Attendant und Hände.
   2. Verwenden Sie einen verzinkten Gewindestange (vorzugsweise Trapezgewinde), die mindestens ¾ Zoll im Durchmesser ist. Wenn der Balken zu dünn ist, kann es nicht in der Lage sein, das Gewicht des Sandes zu widerstehen.
   3. Stellen Sie sicher, dass ter Länge der Gewindestange erstreckt sich vom Beginn der Sandbox bis zum Ende der Rampen.

Abbildung 7. Beispiel Sandbox - Modelldiagramm. Diagramme für die Sandbox - Modell, wie Plan dargestellt und Querschnittsansichten. Die südliche frontalen Rampe (SFR), schräge Rampe (OR) und Nord-frontalen Rampe (NFR) sind markiert. Dünne Pfeile über die Rampen gezogen illustrieren mögliche Richtung der Sandbewegung. Siehe Abbildung 3 für ein Foto eines leeren Sandbox - Modell (modifiziert nach Ismat und Toeneboehn ^7). Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

7. Bohren Sie ein Langloch, mit einer vertikalen Längsachse, in der Mitte des frontstop. Diese längliche Form wird die Push-Block ermöglichen (beibracht an der Gewindestange) nach oben und über die Rampen, wenn nötig (Abbildung 8).
   1. Stellen Sie sicher, dass die Länge des Langlochs auf die Höhe der höchsten Rampe gleich ist.
   2. Befestigen Sie das Langloch mit einem Metallrahmen. Bringen Sie den Metallrahmen an den frontstop mit Schrauben und Muttern (Abbildung 8).
   3. Führen Sie die Stange durch eine passende Steigung und Durchmesser Mutter montiert an den frontstop (Abbildung 8).

Abbildung 8. Beispiel Gewindestange Verbindung. Nahaufnahme der Gewindestange und passende Mutter an der frontstop montiert. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

8. Konstruieren Sie eine schräge Rampe, gebunden an beiden Seiten durch frontale Rampen.Konstruieren Sie die Rampen aus Kiefer mit geklebten rabbet Gelenke auf den Oberseiten und versenkten Befestigungselemente entlang der Basis.
   1. Schneiden Sie die Rampen bei vergleichbaren Orientierungen zu dem, was auf dem Gebiet vorhergesagt wird.
   2. Erweitern des Abstandes zwischen den verschiedenen Rampen, im Vergleich zu dem, was in dem Feld beobachtet wird, so daß die Strukturen, die in den Sand bilden mehr sichtbar sind.
9. Sand die Oberflächen mit einem feinen Schleifpapier Schleiffläche Heterogenitäten zu entfernen und eine Polyurethan-Finish gelten das weiche Holz zu schützen.
10. Decken Sie die Rampen und die Basis der Sandkasten mit Maler das Holz aus Epoxy zwischen Versuchen zu schützen Klebeband. Stellen Sie sicher, dass das Band ist glatt und frei von Graten oder Klappen.

6. Ausführen des Push Block Sandbox Modell

1. Verwenden Sie typische Play-Sand. Diese Art von Sand ist relativ homogen, mit einer durchschnittlichen Korngröße von 0,5 mm.
2. Dye und trocken Hälfte des Sandes.
   1. Füllen Sie einen 5-Gallonen-Eimer ein Viertel f ull mit Play-Sand und Schwarz Lebensmittelfarbe hinzufügen, während, bis eine einheitliche dunkelgrüne Farbmischung erreicht wird. Verwenden Sie so viel Farbstoff nach Bedarf wird die Farbe des gefärbten Sand zu machen, aus dem ungefärbten Sand deutlich ausgeprägt.
   2. Lassen Sie Sand bei Raumtemperatur trocknen, die mehrere Tage in Anspruch nehmen kann, oder in einem Ofen (bis zu 500 ° C), die nur ein paar Stunden dauern. Keine heißen Sand im Sandkasten platzieren. Stellen Sie sicher, dass der Sand auf Raumtemperatur vor der Verwendung abgekühlt hat.
3. Legen Sie den Sand in abwechselnden Schichten von farbigen und ungefärbt (tan) Sand. Testen verschiedener Dicken von Sandpackungen. In diesem Set-up, die klarste und reproduzierbare Ergebnisse wurden mit einer Sandpackung 3,5 cm dick, hergestellt mit wechselnden farbigen und tan Schichten 0,6 cm dick (Bild 7).
4. Drücken Sie vorsichtig ein Kunststoffnetz, bestehend aus 0,5 in ² (1,3 cm ²⁾ Quadrate auf die Oberseite des unverformten Sand ein Gitter Vertiefung (9) zu erzeugen.

5. Legen quadratischem Querstifte 2 inches (ca. 5 cm) voneinander entfernt in der gesamten unverformten Sand (Abbildung 9).
6. Schieben Sie den Sand mit der Kurbel angetrieben Push-Block. In diesem Set-up, bewegen Sie den Sand 60 cm, also 60 cm zu verkürzen (Abbildung 10).
   1. Bewegen Sie den Push-Block langsam genug, so dass Änderungen in den Sand kann man vorsichtig sein dokumentierened. Die Geschwindigkeit , mit der der Druckblock bewegt wird (dh Rate Stamm) nicht auf die Ergebnisse auswirken.
   2. Verfolgen Sie die Verformung durch die Beobachtung der Formänderungen der Quadrate (Abbildung 10).
   3. Verfolgen der Menge an Verkehr und vertikale Drehung durch die Bewegung der Stifte beobachtet (Abbildung 10).
   4. Dokument alle diese Änderungen mit einer Kamera in der Nähe der Sandkasten montiert ist, so dass die gesamte Sandkasten innerhalb des Bildfeldes ist. Stellen Sie sicher, Standbild Fotos sowie Videos zu nehmen.

Figur 10. Beispiel deformierter Sandschichten. Plan-Ansicht der End-Ergebnis Verformung aus der Sandbox - Modell. Wählen Sie Cross-Pins markiert mit blauen Punkten dextral Offset zeigt. Gefaltete Cross-Pins markiert mit gelben Linien. Schiebungen sind mit dünnen, bla hervorgehobenck Linien. Die vier Regionen (1-4) markiert sind (modifiziert nach Ismat und Toeneboehn ^7). Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

7. Experimentieren Sie mit Mengen von Sand und insgesamt Verkürzung variiert.
   1. Wiederholen , bis zufrieden, das heißt, bis die in der Sandbox gebildeten Strukturen die in der Natur erhalten nachahmen, unter vergleichbaren Verkürzung beträgt.

7. Sammeln von Proben aus der Sandbox

1. Entfernen Sie alle Cross-Pins aus dem Sand, wenn die Sandbox-Ergebnisse denen in der Natur erhalten zu imitieren.
2. Die Proben werden aus der Sandbox durch Abtrennen und epoxying Teile des verformten Sand (Abbildung 11).
   1. Tun Sie dies durch den Bau von zwei vorgeschnittenen Blechteiler Teile des deformierten Sand zu isolieren (Bild 9).
   2. Stellen Sie sicher, dass der untere Randdes Teilers geschnitten wird, den Winkel der Rampe zu entsprechen.
   3. Um die Trennwände aus Epoxy zwischen Versuchen schützen, decken Sie die Trennwände mit Malerband (Abbildung 11).
   4. Stellen Sie sicher, dass die Trennwände verlaufen, über die Rampen. In dieser Studie verwenden rechteckigen Trennwänden , die 45 cm lang und 9 cm breit (11) gemessen.
   5. Stellen Sie sicher , dass die Teiler sind größer als der dickste Teil des deformierten Sandpackung (Abbildung 11).
   6. Sicherzustellen, dass ein Ende des Teilers geschlossen ist, um die Strömung des Epoxids zu steuern. Nicht das andere Ende des Teilers zu schließen, um eine mögliche Störung der Sandpackung (11) zu minimieren.

Abbildung 11. Beispiel für Metallteiler. Plan-Ansicht zeigt zwei Metallteiler, ein durch eine frontale Rampe und aufe durch die schräge Rampe, in dem deformierten Sand. Die Metalltrennwand entlang der schrägen Rampe ist mit Epoxid gefüllt. Hinweis Maßband für Skala (Modified von Ismat und Toeneboehn ^7). Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

3. Stabilisieren die Teiler mit Metallstangen (Abbildung 11).
   1. Tun Sie dies durch die Befestigung der Trennwände mit ¼ Zoll x 4 Zoll Maschinenschrauben durch vorgebohrte Löcher in Richtung der Spitze der Teiler. Die Hülle die Schrauben mit 3/8 Zoll Durchmesser Aluminiumrohr zwischen den Seiten des Teilers. In dieser Studie verwenden , um zwei Metallstangen für jeden Teiler (Abbildung 11).
4. Setzen Sie einen Teiler auf die schräge Rampe, und die zweite auf der frontalen schräge Rampe Übergang (Abbildung 11).
5. Gießen wärmten Epoxid über die Oberseite der Sandabschnitte durch den Metallteiler getrennt (Abbildung 11).
   1. Weiterhin epoxy zu gießen, bis sie nicht mehr durch den Sand absorbiert. Dies gewährleistet, daß der Sand vollständig gesättigt.
6. Ziehen Sie die epoxidierten Bereiche aus der Metallteiler, sobald das Epoxid trocken ist. Tun Sie dies, indem Sie die Trenn heraus mit den Metallstangen ziehen.
7. Mit einem Felsen Säge, schneiden Sie die epoxidierten Flächen senkrecht und parallel zum Streichen der Rampen.
8. Markieren Sie die Betten, Falten und Störungen mit einem Permanent - Marker auf den epoxidierten Proben (Abbildung 12).

Abbildung 12. Beispiele epoxidierten Proben aus Sandbox - Modell. Epoxidierten Proben aus dem (a) Nord frontalen Rampe und (b) schräge Rampe innerhalb der Sandbox - Modell. Gezeigt Proben werden senkrecht auf den Trend der Rampen schneiden. Die Schichten sind mit dünnen, weißen Linie markierts. Feste weiße Linien markieren Überkippungen, gestrichelte weiße Linien Streichrutsch - Verwerfungen markieren (modifiziert nach Ismat und Toeneboehn ^7). Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

9. Vergleichen Sie die Sandbox-Samples auf die Felddaten.
   1. Vergleichen Proben mit Querschnitten aus der Gegend. Seien Sie sicher, dass die Proben und Querschnitte haben ähnliche Orientierungen.

Luftbilder wurden verwendet , um die Feldfläche in vier Regionen unterteilt werden (1-4), basierend auf dem Trend der modernen Bergrücken Kamm (Abbildung 2). Mehrskalige Fehlerdaten zwischen diesen vier Regionen verglichen. Unter der Annahme, dass diese Tendenz Veränderungen der zugrunde liegenden Keller Geometrie reflektieren, wird die schräge Rampe positioniert in den Regionen 2 und 3, wo die schräge Berge Trend zum Sevier Falten- und Überschiebungsgürtel. Im Laufe der vier Regionen, fanden wir , dass die mesoskaliger Fehler ein Deformations Gewebe erhalten , die auf der Mesoskala (dh Kubikmeter Gestein) penetrant und homogen ist und sind repräsentativ für Flächen größer als die Kubikmeter Stellen (Abbildung 4) ^4,16. Zusätzlich mikroskaligen Variationen in Tabelle 1 gezeigt, sind nicht in den kollektiven Charakter der Fehlermuster reflektiert. So können die mesoskaliger Fehlersätze direkt in allen vier Regionen verglichen werden ( Abbildung 5). Kurz gesagt, haben wir festgestellt, dass die mesoskaliger Fehler Sätze können als Konjugat-Konjugat-Sets und drehen sich mit Bettwäsche definiert werden, die zur Folge haben, dass die Verkürzung Richtungen auch tun. Dieses Muster legt nahe, dass die mesoskaliger Fehler frühzeitig gebildet und verschiedene Kombinationen von Fehlersätzen verwendet werden, um die Falte Form zu unterstützen. Genauer gesagt , haben wir festgestellt , daß der Fehlermuster in jeder der vier Regionen eindeutig sind - Regionen 2 und 3 und den Regionen 1 und 4 sind ähnlich zueinander (Figur 6). Dieses Muster unterstützt die makroskopischen Annahme, daß die schräge Rampe Bereiche 2 und 3 zu Grunde liegt, und legt nahe, dass unsere Konjugat-Konjugat Fehleranalyse zuverlässig ist. Darüber hinaus ist diese Methode der Analyse ist jedoch nicht mehr beleuchtet. Aus diesem Grund haben wir analysiert , ferner die Fehlerdaten durch die Equal-Bereich Netzfehler Pol Konzentrationen untersuchen (Abbildung 5). Dieser Ansatz verwendet wird, die der jüngsten Sätze zu verfolgen waren die meisten dominant während deformatIon. Diese Muster legen nahe, auch eine schräge Rampe zugrunde liegenden Regionen 2 und 3, und im Gegensatz zu dem Konjugat-Konjugat Fehleranalyse zeigen einen scharfen Bruch zwischen diesen beiden Regionen. Daher interpretieren wir, daß dieser Pol-Konzentrationsanalyse zuverlässig ist und verdeutlicht potentiell subtile Strukturen, die nicht aus dem Konjugat-Konjugat Fehlerverfahren klar sein kann.

Ähnlich wie bei den Vorgängermodellen, basierend auf Finite - Elemente - Modellierung (FEM) haben wir angenommen , dass die schräge Rampe ¹⁷ kontinuierlich ist. Die scharfen Bruch in Betten und Fehlermuster über die Grenze zwischen den Regionen 2 und 3 kann durch Differentialbewegung über einen kontinuierlichen schrägen Rampe erläutert. Alternativ kann die Diskontinuität in Betten und Fehlermuster in den Regionen 2 und 3 eine Pause in der darunterliegenden Keller reflektieren. Hier vergleichen wir unsere Felddaten zu unserem Sandbox Modellergebnisse, um diese beiden Hypothesen zu testen. Wir fanden heraus, dass ein Bruch in der darüber liegenden Schub sheet gebildet , obwohl es keine Pause im Keller (Abbildung 10) war. Interessanterweise ist die Lage und Orientierung der Bruch vergleichbar mit der Position und Orientierung der Grenze zwischen den Bereichen 2 und 3 auf der makroskopischen Karten. Daher kann einfach über eine komplexe Wechselwirkung eines nach Osten bewegen Schiebungsdecke über eine schräge Rampe gebildet haben, die Pause in der darüber liegenden Druckbogen beobachtet. Mit anderen Worten, in Schubbleche erhalten Verformung nicht direkt kann die zugrunde liegende Geometrie Geschoss spiegeln. Also, das Sandbox-Experiment repliziert erfolgreich und möglicherweise erklärt, Fehlermuster auf dem Gebiet erhalten.

Die epoxidierten Sandbox-Proben wurden aus dem Sandbox-Modell analysiert, um die innere Struktur des verformten Sand, zu beobachten und diese Strukturen gegen Feldbeobachtungen vergleichen. Zwei repräsentative Proben wurden analysiert - eine Probe aus dem frontalen und schräge Rampen (12). Im allgemeinen sind die Überkippungen und in den epoxidierten Proben aus dem frontalen Rampe aufzunehmen Transport nach Osten erhaltenen Falten, und die von der schrägen Rampe Transport nach Südosten zubringen. Die Streik-Rutsch-Fehler in allen Proben aufnehmen dextral Bewegung. Diese kinematische Aufzeichnung entlang der frontalen und schrägen Rampen unterstützt frühere Modelle ^17-19, sowie die mesoskaliger Fehlerdaten. Diese Handproben sind auf neuartige Weise die internen Strukturen zu analysieren, die nicht auf dem Gebiet zugänglich sind.

Das Central Utah Segment des Sevier Falten- und Überschiebungsgürtel und seine nördliche Grenze der Leamington Querzone dient als ideales natürliches Labor für die Untersuchung ausgeprägten Vertiefung Gänge (Abbildung 1). Entlang dieser Kreuzung bleibt die Transportrichtung konstant und die Druckplatten sind ohne Unterbrechung über die Kreuzung, so dass die einzige Variable ist die zugrunde liegende Keller Geometrie ^5.

Hier präsentieren wir eine Methode, um diese Art von ausgeprägten Vertiefung Kreuzung zur Analyse von Multiskalenfehlerdaten kombiniert im Feld gesammelt mit einem Push-Block Sandbox-Modell, das die groß angelegte Geometrie des Feldbereich repliziert. Die Sandbox-Modellversuch stellt eine längere Zeitdauer der Verformung als die mesoskaliger Fehlersätze - wir gehen davon aus, dass die jüngste Fehlersätze die beobachtete Faltengeometrie untergebracht. Also, die Sandbox-Modell, in Verbindung mit den Fehlern Sets, kann verwendet werden, Schubblechverformung und Dete zu verfolgenrmine Details der zugrunde liegenden Keller Geometrie.

Damit diese kombinierte Ansatz müssen auf dem Feld und Sandbox-Experiment genommen werden, um erfolgreich die folgenden kritischen Schritte zu sein. Für den Feldabschnitt ist es entscheidend, um das Ausmaß der Störung der Homogenität zu bestimmen - Fehlersätze, die bei gleichwertigen Skalen nicht erhalten sind nicht direkt miteinander verglichen werden können. Darüber hinaus müssen eine große Population von Fehlern (≥ 30 Fehler Sets) , um zu messen gewährleisten statistisch zuverlässige Datensätze ^9. Darüber hinaus sollten Fehler gemessen werden weg von Heterogenitäten, wie Bettwäsche Kontakte, um lokale Dehnungsänderungen zu vermeiden. Auch mikroskaligen Variationen, wie Verunreinigungen, einem Bereich, in Korngröße und eine große Menge an Stamm (Fry> 1.8) mesoskaliger Fraktur Entwicklung durch die Schaffung von Schieferung Flugzeuge und andere Heterogenitäten beeinflussen können. Für den experimentellen Teil, muss der Sandkasten-Modell der Feldgeometrie möglichst genau nachzubilden. Es ist Empded, dass die Box in einem größeren Umfang als der Feldbereich ausgebildet sein, um Kanteneffekt Komplikationen zu vermeiden. Die makroskopischen Regionen wurden ebenfalls, aus demselben Grund vergrßert. Es ist wichtig , daß die Korngröße des Sandes nachahmt Coulomb Verhalten ²⁰ - eine mittlere Korngröße von ca. 0,5 mm wird ²¹ empfohlen. Schließlich, nachdem das Experiment ausgeführt wird, ist es entscheidend , dass die großen Maßstab Fehler und Falten Form in den gleichen Orientierungen und Ordnung (zB vorwärts brechen, rückwärts Brechen, etc.) , wie auf dem Gebiet beobachtet. Ansonsten sind die in dem Modell gebildeten Strukturen nicht auf die Felddaten verglichen werden, auch wenn sie ähnlich aussehen.

Die Ergebnisse dieser Studie sind vergleichbar mit und die Unterstützung, frühere Arbeiten in diesem Bereich auf FEM ^17,22 Basis durchgeführt und weitere Details der kinematischen Geschichte liefert. Dies deutet darauf hin, dass eine detaillierte Fehlerdaten in Bereichen gemessen, die durch elastico-Reibungsmechanismen deformiert haben, kann be verwendet detailliertere kinematischen Modelle als einige Computermodelle zu entwickeln. Obwohl Fehlerdatenerhebung und Analyse ist mühsam und zeitaufwendig, diese Methode mehr zugänglich sein kann als Computer und analoge Modellierung, und ist weniger teuer. Brüche und Störungen sind oft ²³ übersehen - viele Geologen sehen oberen Krusten Verformung als kleinere und nichtig von Mustern. Jedoch ist ein großer Teil der Kruste - die obere ~ 15 km - verformt sich durch Verwerfungen und andere elastico-Reibungsmechanismen. Diese Arbeit legt nahe, dass eine erhebliche Menge an geologischen Geschichte wird in der oberen Kruste gespeichert und ist für die Analyse zur Verfügung stehen.

Wir zeigen, dass selbst in den einfachsten Fällen, wie hier untersucht, die in der oberen Kruste erhaltenen Strukturen nicht unbedingt imitieren die zugrunde liegenden Keller Geometrie. Detaillierte Fehleranalysen können Feinheiten offenbaren, die mit Kartenmuster kann nicht Standard-Konjugat Fehler aufgedeckt werden Studien und / oder Computer modelle, wie FEM. kann eine Sandbox-Modell erklären, warum gibt es einige dieser subtile Muster. Dieses hier vorgestellte Verfahren ist einfach, zuverlässig und einfach zu replizieren. Es kann möglicherweise ändern, wie viele Geologen wahrnehmen die Rolle von Störungen und kataklastische fließen, und dem, was sie uns sagen können. Diese Methode kann verwendet werden, um erneut zu prüfen, und kinematischen Einzelheiten aufzudecken, von underexplored Feldbereiche und leicht geologischen Einstellungen geändert werden können andere als zerlegbare Schiebungsgürteln aufzunehmen. weit reichende Auswirkungen in Bezug auf die auch in der oberen Kruste Bruch kontrolliert Flüssigkeitsströmung Tracking als wie klappbare Schiebungsgürteln halten kritische Verjüngung an Schenkelpolmaschinen Aussparung Junctions Dieser Ansatz hat.

Die Hauptschwäche dieses Ansatzes ist, dass Sandbox-Modellierung nicht in der Lage sein können komplexe geologische Geschichte zu wiederholen. Zum Beispiel in Fällen, in denen es variable Verkürzungsrichtungen, das Timing und die Richtung der Ereignisse sorgfältig im Bereich verfolgt werden sollte und dann repliziertmit verschiedenen Push-Blöcke in der Sandbox-Modell. Allerdings wird der Sand wahrscheinlich nicht diese verschiedenen Richtungen der Verkürzung bewahren, weil der Sand fließt und Bettwäsche Schichten nicht aufrecht erhalten werden. Dieses Problem kann durch Zugabe von Öl oder Vaseline auf dem Sand gelöst werden, der Sand mehr Zusammenhalt zu machen. Aber dann wird der Sand nicht als Coulomb Material verhalten und somit kann nicht Verformung in der oberen Kruste modellieren. Weitere Arbeiten sind erforderlich, um mehr komplexe natürliche Systeme, wie zum Beispiel Situationen, in denen die Keller Geometrie nicht die einzige Variable zu entwirren.

The authors have nothing to disclose.

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.