ההיסטוריה קינמטית של צומת בפתחה-הפסקה חקרה באמצעות גישה משולבת של נתוני שדה דוגמנות Sandbox האנלוגי

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.

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.

1. איסוף של macroscale שדה נתונים

1. לפני ביצוע עבודת שדה, להשתמש תצלומי אוויר / מפות טופוגרפיות לזהות את המגמה הכללית של ההרים (שהוגדרו על ידי רכס הרכס של ימינו), אזורים רוחביים, תקלות lineations האחר בבית macroscale (האיור 2).
   1. השתמש מפות טופוגרפיות בקנה מידה דומה ותצלומי אוויר, כך דפוסים ניתן להשוות באופן ישיר. השתמש 1: 24,000 בקנה מידה מפות ותצלומים.
2. תווית להדגיש תכונות macroscale במפות (ואווירי / או טופוגרפי) לשמש בתחום. על תצלומי אוויר, להשתמש שינויים חדים העלווה לזהות תכונות macroscale, כי דפוסי העלווה לשקף את סלע הבסיס. במפות טופוגרפיות, השתמש שינויים חדים טופוגרפיה, כגון צוקים תלולים, עמקים צרים וארוכים ושינויים מהירים בדפוסי ניקוז לזהות תכונות macroscale.
3. לאשש דפוסי המפה אלה, עם תכונות macroscale נמצאותטבע, תוך בתחום. ודא כי מפות השדה מותאמות בהתאם.
4. לחלק את שטח השדה יחד אזורים הרוחביים macroscale.

2. אוסף של נתונים באופן mesoscale

1. לבצע ניתוח שדה בתוך כל אזור רוחבי אזור כבול.
2. לקבוע את קנה המידה של ההומוגניות של תקלות mesoscale ברחבי האזור בשטח. עושים זאת על ידי מדידת כל הפגמים גדול מ -3 ס"מ לרוחב, בניצב ובמקביל למבנה macroscale הכוללת. הנקודה שבה דפוסי תקלה חוזרת על עצמה לאורך חתך מגדיר את היקף הומוגניות.
   הערה: 3 ס"מ הוא נבחר חתוכים מינימום בגלל תקלות קטנות מ -3 ס"מ עשוי להיות קשה למדוד.
3. בחרו אתרי נציג ברחבי אזור השדה באמצעות הסולם המוגדר של הומוגניות.
   1. ודא כי כל אתר מכיל ~ 3 חשיפות רוק ניצבים הדדית בתוך הסקאלה של הומוגניות, על מנת לכמת את תלת מימדיגיאומטריה של עבודת אשמתו.
   2. ודא אתרים חדשים נבחרים שבו דפוסי התקלה משמעותיים לשנות (איור 2).
   3. בחר אתרים מרוחקים (~ יחידה אחת של הומוגניות) מאנשי קשר מצעים גדולים, על מנת למנוע כיווני קיצור ואת ההתארכות מקומיים שאולי overprinted תקלות המופקות לכיוון הקיצור הכולל.
4. השתמש ברשת כדי לעקוב אחר כל הליקויים במהלך איסוף נתונים ^4.
   1. ודא שגודל של הרשת הוא מקנה המידה של ההומוגניות של תקלות mesoscale. לדוגמה, אם הליקויים הם הומוגניים בקנה מידה מטר מעוקב, להשתמש ברשת מטר מרובע.
5. לבנות את הרשת כפי ריבוע עץ מתקפל - זה מאפשר לתחבורה קלה בתחום.
   1. השתמש 4 חלקים שווים של 1 בפסים רחבים של עץ. כל סוג של עץ קשה מומלץ כי זה עמיד ביותר עבור עבודת שטח.
   2. מקדחה 1/4 "חורים קרוב הקצוות (~ ½ & # 34; מקצות) של רצועות עץ. להרכיב עם ארבעה 2 1/4 "ארוכים, 3/16" גודל ברגים בכל פינה. השתמש אגוזי כנף פלדה עבור פְּרִיקוּת קלה.
   3. מחלק את הרשת לא פחות עם מחרוזת - זה עוזר כדי לעקוב אחר הליקויים השונים בכל אתר. לקדוח חורים, ברווחים שווים, לאורך ההיקף 'רשתות, חוטים לקשור מחרוזת דרך החורים. לדוגמה, עבור רשת מטר מרובע, לחלק את הרשת ל -10 ריבועים ס"מ עם מחרוזות מחובר קצוות מנוגדים של הרשת (איור 4).

דוגמא איור 4. מחשוף mesoscale. מצעים מודגשים עם קווים מקווקווים לבנים. סטי תקלות ספציפיים שנדונים במאמר מודגש עם דקים, קווים לבנים מוצקים. רשת מ ² מוצגת (שונה מן עיסמאת ו Toeneboehn ^7).ד / 54,318 / 54318fig4large.jpg "target =" _ blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

6. הפוך ושרטוטים מפורטים של סטי התקלות בתוך כל רשת.
7. בהתבסס על סקיצות הרשת וקשרים ארוכי קיצוץ הרוחבי של התקלות, לקבוע את ערכות אשמתו הצעירות בכל אתר ^4.
   1. עושים זאת על ידי זיהוי דפוסי אשמתו לקזז בכל אתר. חותם תקלות צעירות לקזז את הפגמים המבוגרים.
8. לכל אתר מחקר, להקליט את הכיוון, ריווח, אורך העובי, ו מאפיינים מורפולוגיים (למשל, נרפא, וריד מלא, פתוח, breccia המלא) עבור כל הליקויים הצעירים בתוך כל רשת.
9. מחלק את האתרים ובין שלוחות lithologic (ראה איור 2).

אוסף 3. microscale נתונים

1. לאסוף דגימות רוק אוריינטציה בכל אתר לניתוח דק סעיף.
   1. ודא כי מדגם הרוק הוא גדול מספיק כדילחתוך שלושה בגודל סטנדרטי ניצבים הדדית (26 מ"מ x 46 מ"מ) שבביים דק סעיף (כלומר, קצת יותר גדול ביד מבוגרת).
2. חותכים שבבים בסעיף דק (באמצעות סלע נדנדה סטנדרטי) להשוות את אוריינטציות רשת מכל אתר, כך microscale ודפוסים mesoscale ניתנים להשוואה ישירה.
3. כן עובי סטנדרטי (0.03 מ"מ) דקים סעיפים ^8.
4. ניתוח הסעיפים הדקים באמצעות מיקרוסקופ אופטי סטנדרטי עם מצלמה מחוברת, על שהקדשת photomicrographs.
5. עבור כל סעיף דק, להקליט מאפיינים מורפולוגיים, כגון כמות של תחמוצת ברזל, וריאציה גודל גרגר הממוצע באמצעות שיטות stereological, כלומר, ניתוח אקורד ספקטור (טבלה 1) ^9.
   1. עושים זאת על ידי מדידת רוחב ו / או מספר מאפיינים מורפולוגיים נבחר יחד 4-6 חתכים בכיוון אקראי דרך כל סעיף רזה ^4,9. מכל החתכים, לחשבהממוצע (טבלה 1).

דוגמא טבלת 1. מורפולוגיה microscale. תיאור של נאמנות Proterozoic (PCM) ו Eocambrian Tintic (CT) יחידות קוורץ. X / זן Z פריי נמדד מקביל בסעיף אנך מטוס התובלה, בעוד X / Y זן פריי הוא ליasured ב קטע אנכי נצב על מטוס תובלה (שונה מן עיסמאת ו Toeneboehn ^7). נא ללחוץ כאן כדי לצפות / להוריד את הטבלה בפורמט של Microsoft Excel.

6. מדוד זן באמצעות ^10,11 ניתוח פריי מנורמלים. ודא מתח נמדד משלושה הדדית בניצב דק סעיפים על מנת לקבוע זן תלת ממדים בכל אתר.
   1. עושה זאת על ידי לקיחת photomicrograph של אחד מקטעים דקים. ודא כי photomicrographs להכיל לפחות 50 דגנים עם גבולות גרעין מוצקים, כלומר, גבולות תת-תבואה לא.
   2. הגדר את קווי המתאר של הגרגרים על מנת למדוד זן פריי. הגדר את קווי המתאר באופן ידני, על ידי מעקב אחר קווי המתאר של photomicrograph מודפס על גבי נייר העתקה, או באופן דיגיטלי, על ידי העלאת photomicrograph לתוך תוכנית תוכנת ניתוח התמונה (לדוגמה, Imפרו גיל פלוס) באופן אוטומטי מגדיר את גבולות 'דגנים.
   3. העלה את תמונת גבול תבואה לתכנית הזנים המנורמלת פריי ^12.

4. נתוני תקלת mesoscale שרטוט

1. לנתח את הנתונים האשמים על רשתות השוויון-אזור. לדוגמה, השתמש Stereonet (freeware מן RW Allmendinger).
   1. מגרש הקטבים 'הסטים האשמים על רשתות שוויון-שטח ולאחר מכן קונטור הקטבים האלה באמצעות קווי מתאר באזור 1% (איור 5).
   2. קבע את ערכות תקלות הנפוצות ביותר מריכוזי מוט אלה. מגרש תקלות אלה קבוצות כמו-עיגולים גדולים (איור 5).

איור 5. דוגמאות חלקות השווה-שטח מגרשי שוויון-שטח של סטי תקלות משני אתרים -. באתר 41 הוא מ- 2 האזור ואתר 5 נוצרת אזור 1. סטי תקלה הם plotted כמו עמודי קווי מתאר (1 קווי המתאר באזור%). סטי אשמתו ממוצעים נקבעים מקוטבים-ריכוז זממו כעיגולים גדולים. כיווני קיצור מרביים, נקבעו מקבוצות תקלות המצומד המצומד, הם זממו כמו נקודות שחורות. תקלה-מוט קווי מתאר נצבעים על פי תרומה אחוזה בכל אתר. קוטב ריכוזים שתורמים> 20% צבועים באדום, בין 15-19% הם בצבע כתום, 10-14% צהובים, 5-9% ירוקים <5% מקבלים בתמורה מסומנים בכחול. קווי מתאר תקלות מוט אדומים מתויגים LPS (שכבה-במקביל לקיצור), LE (סיומת איבר), והוא (ציר-רחבה) (שונה מ עיסמאת ו Toeneboehn ^7). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

2. זהה את ערכות אשמתו המצומד, כלומר, זוגות נהדר העיגול עם זוויות dihedral נעות בין 40º עד 75º (איור 5) ¹³ .
3. גדר חוצה החריפה של סטי תקלות המצומד המצומד - זו מאתרת לכיוון הקיצור המרבי (איור 5) ^4,14,15.
4. בהמשך לחלק את ריכוזי תקלות מוט נטו השווה-באזור, על פי תרומתו שיעורם עבור כל אתר. עושה זאת על ידי צבע קידוד ריכוזי המוט, ניתוח ויזואלי קל. לדוגמא, ריכוז מוט שיא שתורמים> 20% של הקטבים הכוללים שאדום האתר. צבע אלה שתורמים בין 15-19% כתומים, 10-14% צהובים, 5-9% ירוקים <5% כחולים (איור 5, טבלה 2).

. טבלה 2. דוגמא של נתוני אשמתו mesoscale תרשים, מראה רק 2 מ -24 האתרים, המתעד את הפעולות הבאות: beddinאוריינטציה גרם, קיצור בכיוון (ים), נטייה של ריכוז מוט תקלה הגבוהה ביותר (ים) ו סט פגם המקביל שלהם (ים) (שונה מ עיסמאת ו Toeneboehn ^7).

5. לייבל הריכוזים מוט לפי סוגי תקלות שונים (למשל, סיומת ציר) (איור 5).
6. לייבל סוגי התקלות השונים לגבי תמונות mesoscale, ניתוח ויזואלי קל (איור 4).
7. שרטט את סוגי התקלות השונים, ניתוח ויזואלי קל (איור 6). עושה זאת על ידי גרפי נתוני התקלות לאורך ולרוחב מבנה macroscale הכוללת.

גרף דוגמא איור 6. מראה חלוקת אוכלוסיות אשמתו. גרף המציג את האחוז והסוג של סטי אשמתו המרביים (מסומן באדום באיור 5) עבור כל אתר. רק אתרים בתוך קוורץ Ct מוצגים כאן (שונה מן עיסמאת ו Toeneboehn ^7). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

5. בניית דגם Sandbox Push-גוש

1. השתמש ¾ האינץ MDF (סיבי בינוני צפיפות) כדי להפחית heterogeneities משטח הפוטנציאלי הנובע בצבע עץ, משטחים מהוקצעים גס, או פגמים אחרים מעמוד העץ (איור 3).
2. למרוח לכה גמר בסיסי לאטום משטחי MDF הלוח ולמנוע אפוקסי (כמתואר להלן) מ מחלחל המשטחים של המודל (איור 3).
3. מאזניים לכוון את מודל ארגז החול לאזור השדה. לדוגמא, במחקר זה, מודל אורך התיבה כדי לייצג את קו מגמת EW, ומדגים את רוחב התיבה לייצג את קו מגמת NS. קנה המידה של המודל ארגז חול בו 4 ס"מ הוא סוסיםאל עד 1 ק"מ (איור 3).
4. לבנות את התיבה גדולה משטח מחקר השדה כדי להימנע תנאי גבול פוטנציאל ו / או השפעות קצה מהמודל.
   1. אין לבנות מעצור אחורי, על מנת לאפשר לחול לעבור בלי גבול מציאותי (איור 3).
5. לבנות שכיבות בלוק שווה לרוחב של ארגז החול. פעולה זו תמנע חול מלעבור דרך צידי שכיבות הבלוק.
   1. השתמש ¾ אינץ MDF עבור בלוק דחיפה.
6. צרף את שכיבות לחסום לבר מתכת מושחל מונע הארכובה (איור 7).
   1. השתמש כננת עגולה בקוטר 4-6 אינץ 'עם ידית - כננת עגולה מכניסה למתח פחות על פרק כף היד והידות של הדיילת.
   2. השתמש במוט הברגה מצופה אבץ (רצוי Acme הברגה) כי הוא לפחות ¾ אינץ 'קוטר. אם הסרגל דק מדי, זה לא יכול להיות מסוגל לעמוד במשקל של החול.
   3. ודא tהוא משך את בר הליכי מרחיב המתחיילת בארגז החול עד סוף הרמפות.

איור 7. דוגמה תרשים מודל ארגז חול. דיאגרמות עבור דגם ארגז החול, מאויר כמו תכנית ונוף חתך. כבש חזיתית הדרומי (SFR), כבש אלכסוני (OR) רמפה חזיתית בצפון (NFR) מסומנות. חיצים Thin משוכים על רמפות להמחיש בכיוון הפוטנציאל של תנועת החול. ראה איור 3 עבור תצלום של מודל ארגז חול ריק (שונה מן עיסמאת ו Toeneboehn ^7). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

7. מקדחת חור מוארך, עם ציר אנכי ארוך, במרכז של frontstop. צורה מאורכת זה יאפשר שכיבות בלוק (בtached לבר הליכים) כדי לנוע למעלה מעל הרמפות, במידת הצורך (איור 8).
   1. ודא כי אורך החור המוארך הוא שווה לגובה של הרמפה הגבוהה.
   2. אבטח את החור המוארך עם מסגרת מתכת. צרף את מסגרת המתכת אל frontstop עם ברגים ואומים (איור 8).
   3. השחל את המוט דרך אגוז התאמת מגרש בקוטר רכוב על frontstop (איור 8).

דוגמא איור 8. חיבור בר מושחל. תצוגת תקריב של בר הליכי אגוז התאמה רכוב על frontstop. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

8. לבנות רמפה אלכסונית, כבול על שני הצדדים על ידי רמפות חזיתיות.לבנות הרמפות מתוך אורן עם מפרקי rabbet מודבקים על המשטחים העליונים ומהדקים המשוקעים לאורך הבסיס.
   1. חותכים את רמפות אוריינטציות שווה למה הוא ניבא בתחום.
   2. להרחיב את המרחק בין הרמפות השונות, לעומת מה שנצפה בתחום, כך שהמבנים היוצרות בחול גלויים יותר.
9. חול משטחים עם חצץ דק מלטש נייר כדי להסיר heterogeneities משטח ולהחיל גימור פוליאוריטן להגן על עץ רך.
10. מכסה את הרמפות ובסיס בארגז החול עם ציירי קלטת כדי להגן על העץ מפני אפוקסי בין ניסויים. ודא כי הקלטת היא חלקה ללא רכסים או דשים.

6. הפעלת מודל Sandbox-בלוק Push

1. השתמש לשחק- חול טיפוסי. סוג של חול זה הוא יחסית הומוגנית, עם גודל גרגר ממוצע של 0.5 מ"מ.
2. דיי וחצי יבש של חול.
   1. ממלאים דלי 5 ליטר רבע f ull עם חול לשחק ולהוסיף צבע מאכל שחור תוך כדי ערבוב עד לקבלת צבע ירוק כהה אחיד מושג. השתמש כמו הרבה צבע כמו נדרש כדי להפוך את הצבע של חול הצבוע ייחודי בבירור מהחול לא הצבוע.
   2. אפשר חול לייבוש בטמפרטורת חדר, אשר עשוי להימשך מספר ימים, או בתנור (עד 500 מעלות צלזיוס), אשר עשוי להימשך כמה שעות בלבד. אל תניח חול חם בארגז החול. ודא כי החול מתקרר לטמפרטורת החדר לפני השימוש.
3. הנח את החול לסירוגין שכבות של חול צבעוני ולא צבוע (שיזוף). בחן את עוביים של sandpacks. בשנת ההקמה זה, התוצאות הברורות לשחזור ביותר הופקו עם sandpack 3.5 ס"מ עובי, עם לסירוגין שכבות בצבע שזוף 0.6 ס"מ עובי (איור 7).
4. בעדינות ללחוץ על רשת פלסטיק, מורכבת 0.5 ב ² (1.3 סנטימטר ²⁾ ריבועים על גבי חול undeformed לייצר זחת רשת (איור 9).

5. הכנס סיכות צלב מרובע 2 אינץ '(~ 5 ס"מ) בנפרד לאורך כל חול undeformed (איור 9).
6. דחוף את החול עם בלוק-דחיפה מונע הארכובה. בשנת ההקמה זה, הסט את החול 60 ס"מ, כלומר, 60 ס"מ של קיצור (איור 10).
   1. הזז את שכיבות בלוק איטי מספיק כך ששינויים בחול ניתן בזהירות לתעדed. המהירות שבה את הבלוק לדחוף מועברת (כלומר, שיעור זן) אינה משפיעה על התוצאות.
   2. עקוב אחר את העיוות על ידי התבוננות שינויים בצורת ריבועים (איור 10).
   3. ניתן לעקוב אחרי כמות התחבורה והסיבוב אנכי על ידי התבוננות התנועה של הסיכות (איור 10).
   4. מסמך כל השינויים האלה עם מצלמה רכוב ליד ארגז החול, כך בארגז החול כולו בתוך השדה בתמונה. ודא לקחת תמונות סטילס מסגרת כמו גם קטעי וידאו.

איור 10. דוגמא של שכבות חול מעוות. תכנית-לאור את העיוות סוף התוצאה ממודל ארגז החול. בחר סיכות צלב שכותרתו עם נקודות כחולות נראו לקזז dextral. חוצה סיכות מקופלות מסומנות עם פסים צהובים. תקלות דחף מודגשות עם דק, בלהקווי ck. ארבעת האזורים (1-4) מסומנים (שונה מן עיסמאת ו Toeneboehn ^7). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

7. ניסוי עם כמויות משתנות של חול וקיצור כולל.
   1. חזור על פעולה עד מרוצה, כלומר, עד המבנים יצרו בארגז החול לחקות את אלה נשמרו בטבע, תחת כמויות קיצור דומות.

7. איסוף דגימות מן Sandbox

1. הסר את כל הסיכות שהוגבהו בחול פעם תוצאות sandbox לחקות את אלה נשמרו בטבע.
2. לאסוף דגימות מן הארגז החול על ידי פרדת epoxying חלקים של החול המעווה (איור 11).
   1. עושים זאת על ידי בניית שני חוצצים מראש לחתוך פח לבודד חלקים של חול מעוות (איור 9).
   2. ודא את הקצה התחתוןשל הקו המפריד הוא לחתוך כדי להתאים את הזווית של הרמפה.
   3. כדי להגן על החוצצים מ אפוקסי בין ניסויים, לכסות את החוצצים עם קלטת ציירים (איור 11).
   4. ודא כי החוצצים משתרעים על פני ומעבר הרמפות. במחקר זה, להשתמש חוצצים מלבני שמדדו ארוך 45 ס"מ ו -9 ס"מ (איור 11).
   5. ודא כי החוצצים הם גבוהים יותר מהחלק העבה ביותר של sandpack המעווה (איור 11).
   6. ודא קצה אחד של המחיצה סגורה, כדי לשלוט על זרימת אפוקסי. אל תסגור את הקצה השני של המחיצה, על מנת למזער כל הפרעה פוטנציאלית sandpack (איור 11).

איור 11. דוגמא של חוצצי מתכת. Plan-נוף, מראה 2 חוצצי מתכת, אחד באמצעות רמפה חזיתית ועלדואר דרך הרמפה האלכסונית, בחול המעווה. מחלק המתכת לאורך הרמפה האלכסונית מתמלא אפוקסי. הערת סרט מידה עבור סולם (השתנה מ עיסמאת ו Toeneboehn ^7). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

3. לייצב את החוצצים עם מוטות מתכת (איור 11).
   1. עושים זאת על ידי קשירה של חוצצים עם ¼ אינץ 'x 4 ברגים במכונה אינץ דרך חורים שנקדחו מראש לכיוון החלק העליון של חוצצים. נדן את הברגים עם צינורות אלומיניום 3/8 אינץ 'קוטר בין הצדדים של המחלק. במחקר זה, משתמש בשתי מוטות מתכת עבור כל מחיצה (איור 11).
4. מניח מחלק אחד על הרמפה האלכסונית, והשני על צומת הרמפה חזיתית-אלכסוני (איור 11).
5. יוצקי אפוקסי חמם לרוחב החלק העליון של חלקי החול המבודדים על ידי חוצצי המתכת (איור 11).
   1. המשך לשפוך אפוקסי עד שהוא כבר לא נקלט על ידי החול. הדבר מבטיח כי בחול רווי לחלוטין.
6. משוך את אזורי epoxied מתוך חוצצי המתכת, פעם אפוקסי יבש. עושים זאת על ידי משיכת חוצצים החוצה עם מוטות מתכת.
7. בעזרת מסור רוק, לחתוך את תחומי epoxied בניצב ובמקביל השביתה של רמפות.
8. סמן את המצעים, מקפל וליקויים עם בטוש שלא יורד על דגימות epoxied (איור 12).

איור 12. דוגמאות epoxied דגימות ממודל ארגז חול. דגימות epoxied מן (א) הכבש חזיתית בצפון ואת (ב) הכבש האלכסוני בתוך מודל ארגז החול. דגימות הראו נחתכות בניצב המגמה של הרמפות. שכבות מודגשות עם דק, קו לבןים. קווים לבנים מוצקים לסמן תקלות הפוכות, קווים לבנים מקווקוים לסמן תקלות תלושות שביתה (שונות מן עיסמאת ו Toeneboehn ^7). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

9. השוואת דגימות sandbox לנתונים בשטח.
   1. השוואת דגימות עם חתכים מהאזור. הקפד הדגימות ויש בחתכים אורינטציות דומות.

תצלומי אוויר שמשו לחלק את שטח השדה לארבעה אזורים (1-4), מבוסס על המגמה של רכס רכס ההרים המודרני (איור 2). נתוני אשמתו רב היקף מושווה בין ארבעת אזורים אלה. בהנחה ששינויי המגמה אלה משקפים את הגיאומטריה במרתף הבסיסית, הרמפה האלכסונית ממוצבת בתוך אזורים 2 ו -3, שבו אלכסוני מגמת הרים אל החגורה מתקפל דחף דבייר. לאורך ארבעה אזורים, מצאנו כי הליקויים mesoscale לשמר מרקם עיוות כי היא חדירה והומוגני בבית mesoscale (כלומר, מטר מעוקב של רוק) מייצגים אזורים גדולים מאשר באתרי מטר מעוקב (איור 4) ^4,16. בנוסף, וריאציות microscale, בלוח 1, אינן באות לידי ביטוי האופי הקולקטיבי של דפוסי אשמתו. אז, קובע אשמתו mesoscale ניתן להשוות באופן ישיר לאורך כל ארבעת האזורים ( איור 5). בקיצור, מצאנו כי סטי תקלות mesoscale יכולים להיות מוגדרים כ סטים-המצומד המצומד ולסובב עם מצעים, אשר כרוכים כי כיווני הקיצור לעשות, מדי. דפוס זה מרמז כי כשליו mesoscale נוצרו בראשית, ושילובים שונים של סטים אשמים משמשים כדי לסייע בצורת הקיפול. ביתר פירוט, מצאנו כי דפוסי האשם הם ייחודיים בתוך כל אחד מארבעת האזורים - אזורי 2 ו -3, ואזורי 1 ו -4, הם דומים זה לזה (איור 6). דפוס זה תומך בהנחה macroscale כי הרמפה אלכסונית בבסיס אזורים 2 ו -3, ומציע ניתוח תקלות המצומד-המצומד שלנו הוא אמין. מעבר לכך, עם זאת, שיטה זו של ניתוח הוא לא יותר מאיר. בגלל זה, אנחנו עוד נתחנו את נתוני תקלות על ידי בחינה הריכוזית-מוט תקלת נטו השווה-שטח (איור 5). גישה זו משמשת כדי לבדוק אילו של סטים הצעירים ביותר היו הגורם המכריע במהלך deformatיוֹן. דפוסים אלה מראים גם כבש אלכסוני שבבסיס האזורים 2 ו -3, ובניגוד ניתוח תקלות המצומד המצומד, לחשוף הפסקה חדה בין שני אזורים אלה. לכן, אנו מפרשים כי ניתוח מוט-ריכוז זה הוא אמין ואפשרות מבהיר מבנים עדינים כי לא יכול להיות ברור משיטת תקלות המצומד המצומד.

דומה לדגמים קודמים, המבוסס על מודלי אלמנטים סופיים (פאם) הנחנו כי הרמפה האלכסונית היא ¹⁷ רציפה. הפריצה חדה דפוסי מצעי אשמתו מעבר הגבול בין האזורים 2 ו -3 יכולה להיות מוסברת על ידי תנועת הפרש מעל רמפה רציפה אלכסונית. לחלופין, הרציפות בדפוסי מצעים ותקלה פני אזורים 2 ו -3 עשויה לשקף הפסקה במרתף הבסיסי. כאן, אנו משווים את נתוני השדה שלנו לתוצאות מודל ארגז חול שלנו כדי לבדוק שתי השערות אלו. מצאנו כי הפסקה שמעליה דחף שיt יצרה אף לא היה שום שבר במרתף (איור 10). מעניין לציין, כי המיקום והכיוון של ההפסקה ניתן להשוות את המיקום והכיוון של הגבול בין אזורי 2 ו -3 על מפות macroscale. לכן, ההפסקה ציינה בגיליון דחף שמעליה נוצרה פשוט באמצעות אינטראקציה מורכבת של גיליון דחף מזרחה נע על רמפה אלכסונית. במילים אחרות, עיוות נשמר בסדינים דחף לא ישירות לשקף את הגיאומטריה במרתף הבסיסית. אז, ניסוי ארגז חול זה משכפל בהצלחה, ואפשרות מסביר, דפוסי אשמתו נשמרו בתחום.

דגימות sandbox epoxied נותחו ממודל ארגז החול כדי לבחון את המבנה הפנימי של החול המעווה, ולהשוות את המבנים האלה נגד תצפיות שדה. שני מדגמים מייצגים נותחו - דגימה מן הרמפות פרונטלי אלכסוניות (איור 12). באופן כללי, את הפגמים ההפוכים וקפלים נשמרו בדגימות epoxied מן הרמפה חזיתית להכיל תחבורה למזרח, ואלה מן הרמפה האלכסונית להכיל תחבורה לכיוון הדרום-המזרח. ליקויי שביתה החלקים בכל הדגימות להכיל תנועת dextral. שיא קינמטיקה זה לאורך הרמפות פרונטלי אלכסוניות תומך ^17-19 דגמים קודמים, כמו גם את נתוני תקלות mesoscale. דגימות יד אלה הן בדרך חדשה לנתח מבנים פנימיים כי לא יכול להיות נגיש בתחום.

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 ^5.

כאן, אנו מציגים שיטה לנתח סוג זה של צומת בולטת-הפסקה על ידי שילוב נתוני אשמתו רב היקף שנאספו בשטח עם מודל sandbox שכיבות בלוק, אשר משכפל את הגיאומטריה בקנה המידה הגדולה של שטח השדה. ניסוי מודל sandbox מייצג פרק זמן ארוך יותר של עיוות מאשר סטי אשמתו mesoscale - אנו מניחים כי סטי אשמתו הצעירים לאכלס את הגיאומטריה פי נצפה. אז, מודל ארגז החול, בשיתוף עם סטי התקלות, שניתן להשתמש בם כדי לעקוב אחר עיוות גיליון דחף Deteפרטים rmine של הגיאומטריה במרתף שמתחת לפני השטח.

על מנת הגישה המשולבת הזו כדי להצליח, את השלבים הקריטיים הבאים צריכים להילקח בניסוי השדה וארגז חול. עבור חלק השדה, הוא קריטי כדי לקבוע את קנה המידה של הומוגניות אשמתו - ערכות אשמות כי לא נשמרו בקני מידה שווות לא ניתן להשוות באופן ישיר. בנוסף, אוכלוסייה גדולה של תקלות (≥ 30 סטי אשמתו) צריכה להימדד על מנת להבטיח ערכות נתונים אמינות סטטיסטי ^9. יתר על כן, יש למדוד תקלות הרחק heterogeneities, כגון אנשי קשר מצעים, על מנת למנוע וריאציות זן מקומיות. גם וריאציות microscale, כגון זיהומים, מגוון בגודל גרגר ואת הכמות גדולה של זן (פריי> 1.8) עלולות להשפיע על התפתחות שבר mesoscale ידי יצירת מטוסי foliation ו heterogeneities האחר. עבור חלק ניסיוני, מודל ארגז החול חייב לחקות את גיאומטרית השדה ככל האפשר. זה recommenטוליפ אין שהתיבה להיבנות בהיקף גדול מהשטח בתחום, על מנת למנוע סיבוכי קצה-השפעה. את אזורי macroscale גם הוגדלו, מאותה סיבה. חשוב כי גודל גרגר של חול מחקה קולון התנהגות ²⁰ - גודל גרגר הממוצע של ~ 0.5 מ"מ מומלץ ^21. לבסוף, לאחר שהניסוי מתנהל, זה קריטי, כי הליקויים בקנה המידה הגדולים מקפלים טופס באותה אורינטציות וסדר (למשל, שביר קדימה, שביר אחורה, וכו ') כפי שנצפה בתחום. אחרת, המבנים יצרו במודל לא ניתן להשוות את הנתונים בשטח, גם אם הם נראים דומים.

התוצאות ממחקר זה הם דומים, ותמיכה, עבודה קודמים שנערכו בתחום זה מבוסס על FEM ^17,22, ומספק פרטים נוספים על ההיסטוריה קינמטיקה. הדבר מצביע על כך נתוני אשמתו מפורטים, נמדדו באזורים אשר מעוותים על ידי מנגנוני elastico-חיכוך, יכולים בדואר לשמש לפיתוח מודלים קינמטיקה מפורט יותר בחלק מדגמי המחשבים. למרות נתוני אשמתו אוסף ומנתח מייגע זמן רב, שיטה זו עשויה להיות נגישה יותר מאשר מודלים ממוחשבים ואנלוגיים, והוא פחות יקר. שברים ופגמים הם לעתים קרובות התעלמו ²³ - גיאולוגים רבים רואים עיוות קרום עליונה כפי קטין וחסר דפוסים. עם זאת, חלק גדול של הקרום - הק"מ העליון ~ 15 - ומעווה ידי בהעתקים גיאולוגיים ומנגנוני elastico-חיכוך אחרים. עבודה זו עולה כי כמות משמעותית של ההיסטוריה הגיאולוגית מאוחסנת בקרום העליון זמינה לניתוח.

אנו מראים כי גם במקרים הפשוטים, כגון נבחן כאן, המבנים השתמרו בקרום העליון לא בהכרח לחקות את הגיאומטריה במרתף שמתחת לפני השטח. ניתוחי תקלות מפורטים יכולים לחשוף דקויות שעשויות לא תתגלינה עם דפוסי מפה, מחקרי אשמתו המצומד סטנדרטיים ו / או מ 'מחשבodels, כגון פאם. באמצעות מודל ארגז חול יכול לעזור להסביר מדוע חלק דפוסים אלה עדינים קיימים. שיטה זו המוצגת כאן היא פשוטה, אמינה וקלה לשכפל. זה יכול באופן פוטנציאלי לשנות כמה גיאולוגים תופסים את התפקיד של תקלות ותזרים cataclastic, ומה הם יכולים לספר לנו. שיטה זו יכולה לשמש כדי לבחון מחדש, ולחשוף פרטים נוספים קינמטיקה, תחומי שדה underexplored, והוא יכול בקלות להיות שונה כדי להתאים הגדרות גיאולוגיות למעט חגורות לקפל דחף. גישה זו מרחיקה לכת השלכות מבחינת מעקב זרימת נוזל נשלט שבר בקרום העליון וכן כיצד לקפל דחף חגורות לשמור להתחדד קריטיים בצומת בולטים-הפסקה.

החולשה העיקרית של גישה זו היא כי מודלי ארגז חול לא יוכלו לשכפל היסטוריות גיאולוגיות מורכבות. לדוגמה, במקרים בהם ישנם כיוונים קיצור משתנה, התזמון והכיוון של אירועים צריך להיות במעקב בזהירות בתחום ולאחר מכן לשכפלעם-אבני לדחוף שונה במודל ארגז החול. עם זאת, בחול סביר להניח שלא לשמר כיוונים שונים אלה של קיצור בגלל החול יזרום ושכבות מצעים לא תישמרנה. בעיה זו ניתן לפתור על ידי הוספת שמן או וזלין אל החול, על מנת להפוך את החול מלוכד יותר. אבל, אז בחול לא מתנהג כחומר קולון ובכך, אולי לא מודל עיוות בקרום העליון. עבודה נוספת נדרשת כדי לפענח מערכות טבעיות מורכבות יותר, כגון במצבים שבהם הגיאומטריה במרתף לא המשתנה היחיד.

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.