《Journal of Structural Geology》：Early evolution of faults in crystalline basement by organized fracturing and damage zonation
编辑推荐：
脆性变形多尺度分析揭示结晶基底走滑断层早期演化特征，采用遥感测绘与电测深成像发现陡倾断裂集群与高应变带的空间耦合关系。
Folarin Kolawole|Ze’ev Reches|Brett M. Carpenter
哥伦比亚大学地球与环境科学系，美国纽约州纽约市
摘要
基底断层从多尺度分布的损伤逐渐演变为局部剪切，但目前对于控制其内部结构并导致剪切局部化的关键因素仍了解有限。我们研究了位于俄克拉荷马州南部纹理均匀的花岗岩基底中的非公路断层带（ORFZ），该断层带宽约260米。我们利用多尺度遥感和野外测绘技术来描述断层带中的多个断层-裂缝系统，并通过二维电阻率成像技术研究其向下倾斜的结构。研究发现，ORFZ中存在陡倾（NW方向）且走向NE方向的裂缝簇，这些裂缝主要表现为拉伸型破裂特征，具有阶梯状分段、水平擦痕面、赤铁矿和绿帘石脉以及分布的碎屑透镜体。扫描线裂缝测绘显示了系统的裂缝强度分区：a. 强度大于10 m-1的裂缝属于核心裂缝簇（CC）；b. 强度在1 – 9.99 m-1和0.1 – 0.99 m-1之间的裂缝属于损伤带的内层和外层；c. 强度小于0.1 m-1的裂缝属于背景岩石。CCs遍布整个断层带，但在东南边缘最为密集。此外，碎屑透镜体和擦痕面主要分布在CCs中，表明随着裂缝饱和度的增加，剪切变形也在增强。电阻率层析成像显示，主要滑动带是一个狭窄的、倾角约为70°NW方向的导电体，位于东南边缘，该区域拥有最宽的CCs和最厚的碎屑透镜体。变形场的分布特征表现为上盘方向的损伤不对称性以及最高应变区的边缘限制，这体现了结晶地壳中走滑断层早期发育过程中倾角的控制作用。
部分摘录
引言
脆性结晶基底的变形表现为多尺度的节理和断层活动，通常形成阶梯状、共轭的、Riedel型、平行的以及分散的裂缝簇（例如，Anderson, 1942; Fossen, 2016; Davis et al., 2011; Nur, 1982; Segall and Pollard, 1983a）。作为基底岩石变形的基本产物，裂缝模式的空间组织因其在理解上地壳断层中的作用而受到科学界的关注。
卫星尺度裂缝测绘
我们利用Google Earth?卫星图像对花岗岩露头中的裂缝系统进行测绘（图2a背景图像）。这些卫星图像由Landsat和Copernicus卫星图像以及航拍照片组成，数据来自Maxar Technologies和Map Data公司，空间分辨率为约50厘米。我们手动数字化了可观察到的穿透性裂缝痕迹（即与剥落无关的痕迹），并对其中一些裂缝痕迹进行了实地验证。
测绘裂缝的一般特征
我们从卫星图像中测绘出了384条裂缝痕迹（图3a），共包含411个裂缝段；从无人机图像中测绘出了2,048条裂缝痕迹，共包含5,881个裂缝段（图3a）。无人机拍摄的裂缝中主要存在三组走向：一组为主走向NE-SW（245°±0.5），一组为NW-SE（318°±1.7），还有一组为N-S方向（189°±1.5）（图3b）。区域裂缝密度（图3c-d）显示，最高密度（>7 m-2）出现在ORFZ区域，尤其是在
总结：非公路断层带（ORFZ）的内部结构
ORFZ的脆性变形主要由平行于NE方向的裂缝簇主导，伴随有次要的变形和剪切特征，这些特征代表了走滑断层的早期发育阶段。地表观察显示，ORFZ中的裂缝主要呈陡倾（约88°）朝向NW（例如，图6b, S4c）；然而，地球物理图像显示断层带的倾角约为70°NW，表明滑动面的倾角随深度略有减小。水平擦痕线和碎屑特征
结晶基底中断层带的早期演化
ORFZ的观察结构反映了脆性结晶基底中走滑断层初始发育的“快照”（图10a）。断层带由一个走向NE、倾角NW的“裂缝走廊”定义，其中分布着高强度裂缝簇，主要应变区位于断层带的东南边缘，特征为密集且厚度最大的碎屑透镜体（图8a, 9a, 10a）。以这个主要滑动带为例
结论
我们测绘并分析了俄克拉荷马州南部非公路断层带（ORFZ）中的脆性变形分布情况，该断层带暴露在纹理均匀的前寒武纪花岗岩基底中。我们将地表测绘结果与断层带地下结构的地球物理成像数据相结合。研究结果表明，断层带的特点是分布着陡倾的NW方向裂缝簇，这些裂缝簇含有少量的碎屑透镜体和走滑擦痕面。
CRediT作者贡献声明
Brett M. Carpenter：撰写 – 审稿与编辑、验证、监督、资源管理、方法论设计、研究实施、资金筹措、概念构思。Ze’ev Reches：撰写 – 审稿与编辑、验证、监督、方法论设计、研究实施、概念构思。Folarin Kolawole：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、软件应用、资源管理、方法论设计、研究实施、资金筹措、数据分析、数据整理、概念构思
未引用的参考文献
Alt and Zoback, 2017; Barbour et al., 2017; Cappa et al., 2019; Ehlen, 2000; Eyre et al., 2019; Ferrill et al., 1999; Frank and Brodsky, 2019; Haffener et al., 2018; Jones and Garcia, 2006; Keranen et al., 2013; Kolawole et al., 2017; Kolawole and Evenick, 2023; Liao et al., 2020; Marrett, 1996; McGarr, 2014; Morris et al., 1996; Qin et al., 2018; Schoenball and Ellsworth, 2017; Scales et al., 2017; Segall and Pollard, 1983b; Storti et al., 2003; Walsh and Zoback, 2016; Wennberg et al., 2006;利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本项目得到了美国地质学会（GSA）研究生研究基金#11968-18的支持，该基金授予了Folarin Kolawole。感谢俄克拉荷马大学国家气象中心的自主感知与采样中心（CASS）在获取和处理本研究分析用的无人机数据集方面提供的帮助。同时感谢Roberto Clairmont在野外数据收集方面的协助，以及Connor Mears、Max Firkins、Will Kibikas、Matt Hamilton和Brittany Stroud的支持。
