Anatomy of a continental subduction zone: The main mantle thrust in Northern Pakistan

The Himalayas form an ideal natural laboratory to study the deformation processes of continental crust during collision orogeny. New information is presented concerning the structural evolution of the Main Mantle thrust zone in the Himalayas of N Pakistan, in the region around Nanga Parbat. The hanging-wall lies at relatively high levels within the Kohistan arc terrane which has been emplaced onto Indian continental rocks. This thrust probably originated as a breakback structure in the hanging-wall to the pre-collisional (oceanic) subduction zone. The present hanging-wall contains a shear zone of about 1 km width developed under amphibolite facies conditions. Simple shear dominant strains have developed new fabrics parallel to the main thrust zone. However, these structures are redeformed by discrete extensional and compressional shears within about 100 m of the thrust contact, again developed under amphibolite facies conditions. The footwall consists of an old basement complex (the Nanga Parbat gneisses) overlain by a distinct suite of metasediments now at amphibolite facies. This cover assemblage of psammites, pelites and marbles with local metabasites consistently lies directly against rocks derived from the Kohistan arc along the MMT. The absence of structures suggestive of consistent rheological contrasts within the cover assemblages suggests that the vast majority of the deformation features they contain were developed only once they experienced substantial tectonic overburdens. Prior to this the Indian cover rocks will have been »passively« subducted beneath the Kohistan arc until into amphibolite facies. We discuss these inferences in terms of evolving shear zone width with time and comment on the implications for predicting the character of mid-deep crustal shear zones, particularly from seismic reflection profiles.

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Zusammenfassung Der Himalaya bildet ein ideales, natrliches Laboratorium für Untersuchungen von Deformationsprozessen in kontinentalen Krustengesteinen während der Kollision bzw. Orogenese. Hier werden neue Daten vorgelegt, die sich mit der strukturellen Entwicklung der Hauptmantelüberschiebung im Himalaya von Nordpakistan im Gebiet um den Nanga Parbat befassen. Die Hangendeinheiten oberhalb der Störung liegen in einem relativ hohen Niveau innerhalb des »Kohistan arc terrane«, das auf die indischen Kontinentalgesteine überschoben wurde. Diese Überschiebung entstand wahrscheinlich als Rücküberschiebungsstruktur im Hangenden der Subduktionszone vor der Kollision. Im Hangenden befindet sich eine ca. 1 km breite Scherzone, die sich unter amphibolitfaziellen Bedingungen gebildet hat. Die durch »simple shear« erzeugten Deformationen sind mit ihren neuen Gefügen parallel zur Hauptüberschiebungszone ausgerichtet. Die Gefüge wurden nachfolgend von Extensionsund Kompressionsbewegungen im Bereich von ca. 100 m um den Überschiebungskontakt erneut unter amphibolitfaziellen Bedingungen erfaßt und deformiert. Das Liegende der Hauptüberschiebung besteht aus einem alten Basementkomplex (den Nanga Parbat Gneisen), die von deutlich abgesetzten, amphibolitfaziellen Metasedimenten überlagert werden. Diese Sedimenthülle bestehend aus Psammiten, Peliten und Marmoren mit lokalen Metabasiten stößt entlang der MMT direkt gegen die Gesteine des Kohistanbogens. Das Fehlen von Strukturen, die auf gleichbleibende rheologische Unterschiede hinweisen würde, läßt vermuten, daß der Großteil der in ihnen enthaltenen Deformationsgefüge auf einmal während beträchtlicher tektonischer Auflast entstanden ist. Vorher wurden die indischen Hüllgesteine »passiv« unter den Kohistanbogen bis in den Bereich der Amphibolitfazies subduziert. Die Folgerungen aus der sich über die Zeit entwickelnden Breite dieser Scherzone werden diskutiert und die Bedeutung für die Vorhersage der Charakteristik von mitteltiefen krustalen Scherzonen, insbesondere in Verbindung mit seismischen Reflektionsprofilen betont.

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Résumé L'Himalaya constitue un laboratoire naturel idéal pour l'étude des processus de déformation de la croûte continentale au cours d'une orogenèse de collision. Les auteurs présentent des informations nouvelles relatives à l'évolution structurale de la zone du Main Mantle Thrust dans la région du Nanga Parbat au nord du Pakistan. Le toit de cet accident occupe un niveau assez élevé dans le «Kohistan arc Terrane» qui a été charrié sur les roches du continent indien. Le charriage doit probablement son origine à une structure en retour apparue au-dessus de la zone de subduction pré-collisionnelle (océanique). Le toit actuel de l'accident contient une zone de glissement (shear zone) épaisse d'environ 1 km et formée dans les conditions du facies des amphibolites. Les déformations engendrées par glissement simple (simple shear) ont développé de nouvelles fabriques parallèles à la surface de charriage. Cependant, dans une tranche d'une centaine de mètres à partir du contact du charriage, ces structures ont été reprises par des cisaillements extensionnels ou compressionnels, toujours dans les conditions du facies des amphibolites.Le mur de l'accident est formé d'un complexe ancien (le gneiss du Nanga Parbat) surmonté d'une série de métasédiments distincts qui présentent aujourd'hui le facies des amphibolites. Cette couverture de psammites, de pélites, de marbres et de métabasites locales est directement en contact le long du MMT avec l'arc du Kohistan. L'absence, dans cette couverture, de structures témoignant de contrastes rhéologiques marqués, suggère que la grande majorité des structures déformatives n'y ont été développées qu'après un enfouissement tectonique important. Avant cela, les roches de la couverture indienne ont dû être subductées passivement sous l'arc du Kohistan, jusqu'au facies des amphibolites. Les auteurs discutent ces conclusions en termes d'évolution temporelle d'une shear zone et en commentant les implications dans le domaine de la prédiction du caractère des shear zones de profondeur crustale moyenne, en particulier à partir des profils de sismique réflexion.

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Characterization of the Structure of River-Bed Gravels Using Two-Dimensional Fractal Analysis

This paper is concerned with the application of fractal analysis to understand the structure of water-worked gravel-bed river surfaces. High resolution digital elevation models, acquired using digital photogrammetric methods, allowed the application of two-dimensional fractal methods. Previous gravel-bed river studies have been based upon sampled profiles and hence one-dimensional fractal characterisation. After basic testing that bed elevation increments are Gaussian, the paper uses two-dimensional variogram surfaces to derive directionally dependent estimates of fractal dimension. The results identify mixed fractal behavior with two characteristic fractal bands, one associated with the subgrain scale and one associated with the grain scale. The subgrain scale characteristics were isotropic and sensitive to decisions made during the data collection process. Thus, it was difficult to differentiate whether these characteristics were real facets of the surfaces studied. The second band was anisotropic and not sensitive to data collection issues. Fractal dimensions were greater in the downstream direction than in other directions suggesting that the effects of water working are to alter the level of surface organisation, by increasing surface irregularity and hence roughness. This is an important observation as it means that water-worked surfaces may have a distinct anisotropic signal, revealed when using a fractal type analysis.     

TRIFFID Photometry of Globular Cluster Cores — I. Photometric Techniques and Variable Stars in M15

The Galway/DIAS Image Sharpening Camera, TRIFFID, has been used to make observations in two colours of the centre of the post-core-collapse globular cluster M15. We present here our analysis of the photometry in B over two seasons. We have combined the complementary qualities of the HST 's high astrometric precision and TRIFFID's extended coverage and photometric precision, to perform crowded-field photometry in the innermost region of M15. Our technique virtually eliminates the problem of extreme crowding which has hitherto hampered studies of the variable star populations in globular cluster cores, and thereby provides an extension of the HST 's capability. Candidate variables detected with the HST have been confirmed and monitored over longer periods. We show that most of these are RR Lyrae stars, and that one is a short-period Type II Cepheid (the third to be discovered in M15). Our photometric study also produced evidence of a similar number of new variables. These also appear to be RR Lyrae stars, except for a possible eclipsing system. Further data from an upgraded version of TRIFFID have recently been obtained to help to refine the light curves of all these objects.