A geometric model of faulted detachment folding with pure shear and its application in the Tarim Basin, NW China

Abstract

We present an improved geometric model of faulted detachment folding with pure shear that is characterized by core thickening and a ramp-discordant backlimb. The model includes a two-stage evolution: 1) detachment folding involving pure shear with fixed hinges, and 2) faulted detachment folding, in which the core of anticline thrusts above a break-through fault in forelimb by limb rotation. The growth strata patterns of the model are also discussed with respect to factors such as limb rotation, tectonic uplift rate, and sedimentation rate. A thrust-related fold, called a TBE thrust fold, in the Tarim Basin in NW China, is analyzed as an example of the theoretical model. The result indicates that the TBE thrust fold has undergone a two-stage evolution with shortening of a few hundred meters. Both the theoretical model and the actual example indicate that the shortening in the detachment folding stage takes up a large proportion of the total shortening. The structural restoration of the TBE thrust fold also provides new evidence that the formation of a series of thin-skinned structures in the SE Tarim Basin initiated in the Late Ordovician. The model may be applicable to low-amplitude faulted detachment folds.

Keywords

faulted detachment folding / geometric model / pure shear / growth strata / Tarim Basin / shortening

References

[1] Atkinson P K, Wallace W K (2003). Competent unit thickness variation in detachment folds in the Northeastern Brooks Range, Alaska: geometric analysis and a conceptual model. Journal of Structural Geology, 25(10): 1751–1771

[2] Cai X Y, Li Y (2008). Ordovician lithofacies and stratigraphic lacunae in the southern part of the Central Tarim, Xinjiang. Journal of Stratigraphy, 32(4): 353–362 (in Chinese)

[3] Epard J L, Groshong R H Jr (1995). Kinematic model of detachment folding including limb rotation, fixed hinges and layer-parallel strain. Tectonophysics, 247(1‒4): 85–103

[4] Erslev E A, Mayborn K R (1997). Multiple geometries and modes of fault-propagation folding in the Canadian thrust belt. Journal of Structural Geology, 19(3‒4): 321–335

[5] Fischer M P, Woodward N B, Mitchell M M (1992). The kinematics of break-thrust folds. J Struct Geol, 14(4): 451–460

[6] Gonzalez-Mieres R, Suppe J (2006). Relief and shortening in detachment folds. Journal of Structural Geology, 28(10): 1785–1807

[7] Groshong R H, Epard J J (1994). The role of strain in area-constant detachment folding. Journal of Structural Geology, 16(5): 613–618

[8] Hardy S, Poblet J (1994). Geometric and numerical model of progressive limb rotation in detachment folds. Geology, 22(4): 371–374

[9] He B Z, Jiao C L, Xu Z Q, Cai Z Q, Liu S L, Zhang Y L (2011). Manifestation of the Middle-Late Caledonian tectonic movement along the Altun-West Kunlun orogenic belt in the Tangguzibas depression, Tarim Basin. Yanshi Xuebao, 27(11): 3435–3448 (in Chinese)

[10] Homza T X, Wallace W K (1995). Geometric and kinematic models for detachment folds with fixed and variable detachment depths. J Struct Geol, 17(4): 575–588

[11] Hubert-Ferrari A, Suppe J, Gonzalez-Mieres R, Wang X (2007). Mechanisms of active folding of the landscape (southern Tian Shan, China). Journal of Geophysical Research-Solid Earth, 112(B3): 485–493

[12] Jamison W R (1987). Geometric analysis of fold development in overthrust terranes. Journal of Structural Geology, 9(2): 207–219

[13] Li H W, Wu G H, Shi L L, Wang B, Gao L (2013). The structural features and evolution series of Madong thrust belt, west of Tarim Basin. Xingjiang Geology, 31(3): 180–185 (in Chinese)

[14] Lin C, Yang H, Liu J, Rui Z, Cai Z, Zhu Y (2012). Distribution and erosion of the Paleozoic tectonic unconformities in the Tarim Basin, Northwest China: significance for the evolution of paleo-uplifts and tectonic geography during deformation. J Asian Earth Sci, 46(2): 1–19

[15] Mercier E, Rafini S, Ahmadi R (2007). Folds kinematics in “Fold-and-Thrust Belts” the “hinge migration” question, a review. In: Lacombe O, LavéJ, Roure F, Vergés J, eds. Thrust Belts and Foreland Basins: From Fold Kinematics to Hydrocarbon Systems. Berlin: Springer, 135–147

[16] Mitra S (1990). Fault-propagation folds geometry, kinematic evolution, and hydrocarbon traps. AAPG Bull, 74(6): 921–945

[17] Mitra S (2002). Structural models of faulted detachment folds. AAPG Bull, 86(9): 1673–1694

[18] Mitra S (2003). A unified kinematic model for the evolution of detachment folds. Journal of Structural Geology, 25(10): 1659–1673

[19] Poblet J, McClay K, Storti F, Munoz J A (1997). Geometries of syntectonic sediments associated with single-layer detachment folds. J Struct Geol, 19(3‒4): 369–381 doi:10.1016/S0191-8141(96)00113-7

[20] Ramon G, Suppe J (2011). Shortening histories in active detachment folds based on area-of-relief methods. In: McClay K, Shaw J, Suppe J, eds. Thrust Fault-Related Folding, AAPG Memoir 94. Tulsa: AAPG, 39–67

[21] Ren J Y, Zhang J X, Yang H Z, Hu D S, Li M, Zhang Y P (2011). Analysis of fault systems in the Central uplift, Tarim Basin. Yanshi Xuebao, 27(1): 219–230 (in Chinese)

[22] Rowan M G (1997). Three-dimensional geometry and evolution of a segmented detachment fold, Mississippi Fan foldbelt, Gulf of Mexico. J Struct Geol, 19(3‒4): 463–480

[23] Salvini F, Storti F (2002). Three-dimensional architecture of growth strata associated to fault-bend, fault-propagation, and décollement anticlines in non-erosional environments. Sediment Geol, 146(1–2): 57–73

[24] Stewart S A (1996). Influence of detachment layer thickness on style of thin-skinned shortening. Journal of Structural Geology, 18(10): 1271–1274

[25] Storti F, Poblet J (1997). Growth stratal architectures associated to decollement folds and fault-propagation folds. Inferences on fold kinematics. Tectonophysics, 282(1–4): 353–373

[26] Suppe J (2011). Mass balance and thrusting in detachment folds. In: McClay K, Shaw J, Suppe J, eds. Thrust Fault-Related Folding, AAPG Memoir 94. Tulsa: AAPG, 21–37

[27] Suppe J, Connors C D, Zhang Y (2004). Shear fault-bend folding. In: McClay K R, ed. Thrust Tectonics and Hydrocarbon Systems, AAPG Memoir 82. Tulsa: AAPG, 303–323

[28] Suppe J, Medwedeff D A (1990). Geometry and kinematics of fault-propagation folding. Eclogae Geol Helv, 83(3): 409–454

[29] Suppe J, Sabat F, Munoz J A, Poblet J, Roca E, Verges J (1997). Bed-by-bed fold growth by kink-band migration: Sant Llorenc de Morunys, eastern Pyrenees. Journal of Structural Geology, 19(3‒4): 443–461

[30] Tavani S, Storti F, Salvini F (2006). Double-edge fault-propagation folding: geometry and kinematics. Journal of Structural Geology, 28(1): 19–35

[31] Xu Z Q, Li S T, Zhang J X, Yang J S, He B Z, Li H B, Lin C S, Cai Z H (2011). Paleo-Asian and Tethyan tectonic systems with docking the Tarim block. Yanshi Xuebao, 27(1): 1–22 (in Chinese)

Acknowledgments

We wish to thank Chenxi Jiang in the Zhejiang University for her helpful support. Three anonymous reviewers are thanked for their thorough reviews and constructive comments, which greatly improved the article.

RIGHTS & PERMISSIONS

2016 Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg