Trishear Fault-propagation Folding (traduccion).docx

Plegado de propagación de fallas Trishear ABSTRACTO Los modelos previos de plegamiento de propagación de fallas utilizaban geometrías de bandas de dobleces para aproximar el plegado frente a los empujes de propagación. Sin embargo, la cinemática de bandas de dobleces no puede replicar las superficies curvas de los pliegues y los patrones de deformación complejos en pliegues de fallas naturales y experimentales de propagación de fallas, que también ocurren frente a fallas inversas y normales más pronunciadas. Las bisagras plegables de propagación de fallas se aprietan y convergen hacia abajo, formando una zona triangular de deformación penetrante enfocada en la punta de la falla de propagación. La convergencia hacia abajo de la deformación en los pliegues de propagación de fallas se puede modelar como zonas de cizallamiento triangular. "Trishear", definida aquí como cizalladura distribuida, compatible con la deformación en una zona de corte triangular (en perfil), proporciona un modelo cinemático alternativo para pliegues de propagación de fallas. Trishear es análogo al corte simple en una zona de cizallamiento tabular, excepto que el equilibrio de área en una zona de cizalla triangular requiere un desplazamiento curvo oblicuo a la dirección de deslizamiento de la falla. Los modelos computacionales incrementales de plegado trishear pueden reproducir muchas características geométricas de los pliegues de propagación de fallas, que incluyen bisagras plegables de curvatura variable, superficies plegadas hacia abajo, cepas heterogéneas y múltiples trayectorias de propagación de fallas. INTRODUCCIÓN El vínculo entre fallar y plegar proporciona la clave para modelos equilibrados de cinturones de doblez y empuje. Los datos sísmicos y de pozos muestran que muchos pliegues resultan de cambios en la caída de fallas subyacentes (pliegues de fallas plegadizas, Suppe, 1983) o la transferencia progresiva del deslizamiento de fallas al desplazamiento del pliegue (pliegues de desprendimiento y propagación de fallas; Suppe y Medwedeff, 1984 Jamison, 1987). La geometría del plegado de curva de fallas, descrita por primera vez por Rich (1934) y cuantificada por Suppe (1983), es la base de los métodos actuales de equilibrado utilizados para el modelado hacia adelante y hacia atrás de cinturones orogénicos. Suppe (1985) definió pliegues de propagación de fallas como pliegues que "representan la deformación que tiene lugar justo enfrente de la superficie de falla que se propaga". Según esta definición, la geometría de la Figura 1A, donde una rampa se propaga hacia arriba desde un punto de empuje, representa uno de muchos posibles pliegues de propagación de fallas. Otras geometrías de pliegue de propagación de fallas incluyen pliegues por encima de más empuje plano, inverso e incluso fallas normales. Friedman et al. (1980, Fig. 1C) y Withjack et al. (1990, Fig. 1D) describieron pliegues que se desarrollan sobre fallas inversas y normales como "pliegues forzados". Este término mezcla innecesariamente la terminología de tensión y tensión, considerando que estos pliegues se describen completamente como pliegues de propagación de fallas. Aquí, la definición de pliegues de propagación de fallas dada por Suppe (1985) se usará en su sentido más amplio para describir pliegues que se desarrollan frente a cualquier falla de propagación.

Suppe y Medwedeff (1984) adaptaron la cinemática de banda de torsión utilizada para pliegues de curvatura de fallas para modelar pliegues de propagación de fallas por encima de las rampas de empuje (figura 1A). Si el grosor del lecho permanece constante, el ángulo de la rampa determina de manera única el ángulo interno y, por lo tanto, la forma del anticlinal, que simplemente crece en tamaño con mayor desplazamiento (Suppe, 1985). Jamison (1987) demostró que el ángulo interno puede variarse para un ángulo de inclinación dado si el espesor del lecho en la rama inclinada no se mantiene constante. Mitra (1990) sugirió que el engrosamiento heterogéneo a granel de los lechos adyacentes puede explicar el ajuste progresivo de los ángulos internos en los pliegues de propagación de fallas naturales y experimentales.

Figura 1. Modelos de pliegues de propagación de fallas. A: modelo geométrico de banda de dobleces (Suppe y Medwedeff, 1984). B, C, D: Modelos experimentales análogos de pliegues por encima del empuje (8; Chester et al., 1988), reversos (C; Friedman et al., 1980), y defectos normales (D; Withiack et al., 1990).

Estos modelos geométricos suponen que el plegamiento de propagación de fallas se puede modelar con precisión usando la cinemática basada en la migración de bandas de dobleces. Los estudios experimentales analógicos de plegamiento de propagación de fallas producen invariablemente superficies de pliegue complejas con bisagras curvas y angulares (Figuras 1, B, C y D), que se aprietan progresivamente con mayor deslizamiento. Los pliegues naturales de propagación de fallas también muestran combinaciones de bisagras curvas y angulares (Berg, 1976; Reches, 1978; Stone, 1985; Cook, 1988; Brown, 1988; Rogers, 1989). Mientras que los modelos de banda torcida predicen caídas uniformes del lecho y deformación homogénea en la rama abrupta, los lechos en la rama inclinada de los pliegues naturales y experimentales no son uniformes en la inmersión. Giren progresivamente hacia la orientación de la falla con profundidad y proximidad a la falla. deformación heterogénea

es característico de la extremidad empinada de pliegues a fallos de propagación, con alargamiento cama simultánea en camas fuertemente plegadas cerca de la falla y cama acortamiento en empujes de menor importancia y se pliega en recubre camas (RECHES, 1978; Brown, 1988; Rogers, 1989; Erslev , 1990). En laramídicas pliegues a fallos de propagación de las montañas centrales Rocosas, amplias zonas de plegado en los niveles estructurales más altas se contraen hacia abajo en las zonas de fallas estrechas que separan bloques de basamento con deformación con penetración mínima (Stone, 1985; Erslev, 1986, 1990; Cook, 1988; Erslev et al., 1988; Mitra et al., 1988; Rogers, 1989). Ambos ángulos, particularmente en las bisagras sincrinales, y las superficies plegadas curvas se aprietan hacia abajo hacia la falla. Los planos axiales de los pliegues convergen hacia abajo hacia la interfaz de la cubierta del sótano donde las zonas de fallas, comúnmente de menos de 50 m de ancho, cortan abruptamente la interfaz de la cubierta del sótano. La zona de plegado en estos pliegues de propagación de fallas es triangular en sección transversal, la cizalla concentrada en fallas se extiende hacia arriba en la cizalladura distribuida en pliegues superpuestos. La geometría triangular de la zona de deformación sugiere hat “trishear”, aquí definido como distribuido, cizalladura compatible-deformación en un triangular (en perfil) zona de cizallamiento, puede proporcionar un modelo cinemático alternativa para el plegado a fallos de propagación. Este artículo presenta esta nueva hipótesis cinemática para pliegues de propagación de fallas y explora las consecuencias de la cizalladura distribuida en zonas de cizallamiento triangular. MODELOS ANALÍTICOS DE PLEGADO TRIANGULAR DE ZAPATILLAS Los desplazamientos dentro de una zona de cizalla triangular se pueden aproximar mediante la definición de un conjunto de inicialmente líneas de unión normales a fallas entre los lados de una zona de cizalladura de deformación plana (Fig. 2). Un incremento de la deformación rotará estas líneas de unión; los que están más cerca de la falla giran más porque la zona de corte se estrecha hacia la falla. Las trayectorias de partículas individuales pueden calcularse requiriendo que cada partícula permanezca en su línea de unión para un incremento de deformación dado. Si la zona de corte se distribuye asimétricamente a la pared colgante (figura 2A) o al muro inferior (figura 2B), debe producirse un cambio en el volumen en la zona de corte triangular. Este documento se centrará en las zonas de cizalla triangular simétrica (Fig. 2C), con la misma participación de la pared colgante y la pared inferior, ya que las zonas de corte simétrico no requieren flujo de volumen. Para zonas de cizalla simétrica, se puede demostrar que cada polígono definido por líneas de unión adyacentes y los lados de conexión de la zona de cizalladura permanecen de igual volumen durante el desplazamiento comparando la geometría de polígonos iniciales y deformados o utilizando las fórmulas del triángulo de Gauss. Si se supone que todas las trayectorias de movimiento son paralelas al deslizamiento de falla, la cizalladura simple distribuida puede mover cada partícula desde una línea de unión inicial (figura 3A) a una línea de unión deformada (figura 3B). Desafortunadamente, esto produce un desequilibrio de volumen, ya que el corte simple expande la base de los

polígonos al contraer la parte superior de los polígonos. Para mantener el equilibrio de volumen en toda la zona de cizalla triangular, un componente de movimiento oblicuo a la falla debe llevar el material desde el lado de la pared colgante hasta el lado de la pared de apoyo de la zona de cizalladura (Fig. 3C). Esta variante de corte simple es la trishear definida anteriormente. La hipótesis trishear se probó implementando la geometría Trishear en un programa de computadora. El programa TRISHEAR genera una estratigrafía en capas de píxeles y luego rota las capas para que la falla sea horizontal y termine en el origen, que también es el vértice de la zona de corte triangular. El programa deforma gradualmente los píxeles de acuerdo con su posición relativa a la zona de corte triangular. Las trayectorias de partículas Trishear se pueden aproximar de cerca para cada incremento de movimiento calculando el volumen de un polígono debajo de un punto inicial (Figura 3A) y calculando la geometría del polígono deformado (Figura 3C) con el mismo volumen. Debido a que cada incremento de Trishear es el área equilibrada en la sección transversal, cualquier combinación de incrementos trishear también es equilibrada en el área. TRISHEAR minimiza el ancho del polígono para precisión y usa múltiples incrementos (> 20) de deslizamiento para aproximar la deformación continua. El algoritmo trishear proporciona una cizalladura simple en las zonas de cizalla tabulares con un ángulo de ápice cero, lo que demuestra que el cizallamiento simple es en realidad un subconjunto de Trishear.

Figura 2. Extremos geométricos del plegado triangular de la zona de corte

Figura 3. Aproximaciones simples de cizallamiento y trishear de cizalla homogénea en zonas de cizallamiento triangular.

Un incremento de trishear homogéneo gira uniformemente cada línea de unión que abarca una zona de cizalla (figuras 2 y 3), formando una sola línea de unión inclinada. El aumento de la deformación en el centro de la zona de cortadura se puede aproximar mediante trishear heterogéneo, que es análogo al corte simple heterogéneo, donde la tensión de corte aumenta hacia el centro de la zona de corte (Ramsay y Graham, 1970). En trishear heterogéneo, los segmentos de línea de unión en el centro de la zona de cortante giran más que aquellos en los márgenes de la zona de cortante. Esto se puede modelar subdividiendo cada incremento de trishear en una serie de etapas trishear con ángulos de ápice progresivamente estrechos. El centro de la zona de corte se deforma por todas las etapas de deformación, mientras que el borde de la zona de corte se deforma solo por la primera etapa de cada incremento de deformación. Los modelos plegables de la Figura 4 ubican el vértice de la zona de cizalladura triangular en el contacto entre rocas macizas con falla (por ejemplo, rocas de basamento resistentes de levantamientos Laramide o rocas carbonatadas masivas de cinturones de empuje) y estratos estratificados superpuestos. En estos modelos, el triángulo se abre hacia arriba, aunque los modelos se pueden ver al revés para dar un triángulo de apertura hacia abajo. Los ángulos de ápice de la zona de cizallamiento constante se usan aquí con el reconocimiento de que las zonas de cizallamiento triangular pueden adelgazar con el tiempo a medida que las rocas resistentes chocan con la zona de cizalla. La posición del ápice de la zona de corte triangular se puede fijar con respecto a la pared del pie o la pared colgante. Si la zona de cizalla triangular se fija con la pared inferior, la

elevación sinclinal es fija y la deformación progresiva lleva el "sótano" de pared colgante a través de la bisagra anticlinal hacia la zona de cizalladura, lo que provoca el plegamiento del "sótano". Si la zona de corte triangular se fija con la pared colgante, la bisagra anticlinal se fija y el "sótano" de la pared colgante no entrará en la zona de corte triangular y, por lo tanto, no se deformará con penetración. Las secciones transversales de las superficies plegables de propagación de fallas generadas por TRISHEAR (figura 4) incluyen geometrías angulares a curvadas suaves, con una curvatura de la cama resultante de tres efectos. En primer lugar, en trishear homogéneo siempre forma superficies de pliegue curvadas. En segundo lugar, una línea que atraviesa una zona de trishear homogénea en un ángulo oblicuo deforma heterogéneamente, con mayores rotaciones en segmentos de línea más cerca de la cúspide de cizallamiento-zona. La única línea inicial en una zona trishear que permanece lineal es una línea normal a la falla. Esta línea permanece lineal solo para el primer incremento de deformación, después de lo cual ya no es normal a la falla. En tercer lugar, los incrementos progresivos de movimiento causan gradientes de deformación moviendo secciones no deformadas de la pared colgante hacia la zona cortante (para trishear fijo) o moviendo las secciones deformadas del tabique fuera de la zona cortante (para trishear fijo suspendido). Las cepas de cama predichas por TRISHEAR son muy complejas. Las camas adyacentes a la bisagra anticlinal comúnmente se adelgazan y se alargan, particularmente para fallas de ángulo más alto, debido al flujo de material en la pared del pie. Las camas cerca de la bisagra sinclinal están engrosadas y acortadas, particularmente durante el empuje de ángulo bajo, que también puede acortar los estratos en la bisagra anticlinal. Las bisagras de doblez fijas son más angulares e intensamente tensas que las que migran a través de la estructura. Varios de los modelos trishear en la Figura 4 proporcionan mejores aproximaciones de ejemplos experimentales (Figuras 1, B, C y D) y naturales de plegamiento de propagación de fallas que los modelos anteriores de banda de dobleces. Específicamente, los pliegues resultantes del trishear fijado en la pared del piso delante de las fallas de empuje son estrechamente análogos a la geometría de empuje de la Figura 1B. Los pliegues resultantes de una trishear fija, heterogénea y fija en la pared colgante delante de las fallas inversas y normales son muy similares a las geometrías de la Figura 1 (C y D). La transición de la trishear fija en el piso a los modelos de empuje a la trishear fijada en la pared colgante en los modelos de fallas de mayor ángulo puede controlarse mediante la fuerza de la cuña de falla. Las cuñas de empuje estrechas son más débiles y es más probable que se deformen internamente, lo que permite que la zona de corte triangular permanezca fija con respecto a la pared del pie. En cuñas de sótano de ángulo más alto en Rattlesnake Mountain (Erslev, 1990; 83 ° que bordea la falla normal, no se puede doblar el sótano) y Forellen Peak (Rogers, 1989; 64 ° límite de falla inversa, 1 1 ° de plegamiento del sótano) en Wyoming, colgando El trishear fijo en la pared predomina porque las cuñas de falla son demasiado fuertes para permitir una mayor deformación penetrante. La resistencia a la cuña defectuosa puede controlar la gradación continua entre los pliegues trishear fijados a la pared del pie frente a los empujes de ángulo bajo y los pliegues trishear fijados a la pared colgante sobre las fallas casi verticales. Las estructuras con intensidades moderadas de cuña de falla pueden combinar trishear fijo en la pared del piso y fijado en la pared colgante para formar geometrías de pliegue intermedias.

APLICACIONES DEL PLEGADO DEL TRIGO El programa TRISHEAR supone una reología dúctil dentro de la zona triangular de cizalla que es más análoga a las condiciones en rocas metamórficas dúctiles. El trishear fijo en la pared hará que la bisagra anticlinal retroceda, similar al plegado de migración de bisagra propuesto por Beutner y Diegel (1985) sobre la base de fibras giradas en sombras de presión de pliegues asimétricos de la pizarra de Martinsburg. Investigaciones recientes en los nappes helvéticos de Suiza han determinado que las extremidades yacentes de nappes son triangulares, convergiendo hacia zonas de raíces intensamente deformadas (Ramsay et al., 1983; Siddans, 1983). Dietrich y Casey (1989) utilizaron un modelo de deformación compleja que combina la cizalla simple heterogénea y la extrusión de cizalla pura asimétrica para explicar la forma y los gradientes de deformación en las nappes. La trishear fijada en el pie delante de una falla de empuje (figura 4A) puede reproducir las principales características de las naplas helvéticas individuales en una etapa de deformación. El plegado Trishear puede aproximar la deformación en pliegues de propagación de fallas menos dúctiles y no metamórficos. El deslizamiento por flexión puede modificar las geometrías y deformaciones pronosticadas del lecho al permitir que las capas de acortamiento en la línea sincronizada se deslicen hacia el anticlinal, anulando las áreas de extensión del lecho en el anticlinal. Aun así, las geometrías heterogéneas de trishear están muy cerca de reproducir la geometría de los pliegues de propagación de fallas de Laramide (Berg, 1976; Reches, 1978; Stone, 1985; Brown, 1988; Rogers, 1989). Los modelos Trishear sugieren varias posibles trayectorias de propagación de fallas. Las zonas de máxima cizalladura y adelgazamiento de la cama se extienden desde las puntas de falla y pueden guiar las trayectorias de propagación de fallas. Para trishear heterogéneo, la zona de máxima cizalladura es paralela a la traza de falla, dividiendo en dos la rama abrupta. Para trishear homogéneo frente a empuje y fallas inversas, la zona de extensión máxima se eleva hacia arriba en los estratos dúctiles (Fig. 5A), dando una característica de geometría isométrica de muchos empujes y fallas inversas. Trishear en frente de las fallas de empuje causa una extensión relativamente menor en el anticlinal en relación con el marcado engrosamiento en el sinclinal. El engrosamiento de unidades dúctiles en sincronizaciones se observa en muchos cinturones de empuje y en experimentos. Trishear de rocas menos dúctiles, sin embargo, puede dar como resultado un exceso de material en el syncline. Este material extra se puede dispersar empujando hacia atrás la parte más inclinada del pliegue o empujando sobre planos que se colocan paralelos al lecho de la base (Fig. SB). Una combinación de estos modos de propagación de fallas puede dar como resultado las zonas triangulares y las geometrías de rampa plana de muchas correas de empuje. Trishear proporciona un mecanismo compatible con la deformación para vincular la cizalladura simple concentrada de las zonas de fallas estrechas con la deformación distribuida de los pliegues de propagación de fallas. Los modelos trishear iniciales de plegamiento de propagación de fallas por encima de las fallas de empuje, reversa y normal se aproximan mucho a las superficies complejas de pliegue y las deformaciones asociadas de los pliegues de propagación de fallas naturales y experimentales. Sin embargo, se necesitan análisis más detallados de pliegues de propagación de fallas naturales para probar la hipótesis trishear. Con más pruebas y

refinamientos, trishear puede proporcionar una herramienta analítica importante para la predicción y el modelado de pliegues de propagación de fallas