《Tectonophysics》：Fault-pair geometry controlled exhumation patterns along the strike-slip Denali fault system of the eastern Alaska Range
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碎屑锆石裂变径迹定年揭示阿拉斯加Denali断层两侧区块因次级断层规模和倾角差异导致抬升速率不同，西部的BEHIND区块因高角度次级断层（85°）抬升更快（晚 Miocene 以来），而东部的GRAND区块因低角度浅层位次级断层（<45°）抬升较慢，证实断层几何学对区域抬升的主导控制作用。
Jacob L. Rosenthal|Jeff Benowitz|Paul G. Fitzgerald|Nicolas Perez-Consuegra|Paul O'Sullivan
美国纽约州雪城大学地球与环境科学系，邮编13244
摘要
研究表明，与由地壳尺度低角度（<45°）断层界定的地块相比，次级岩石圈尺度的高角度（倾角>80°）断层可能导致更高的剥露速率。我们通过比较阿拉斯加东部山脉中两个相邻地块在约6百万年前太平洋板块运动变化时的剥露响应来验证这一假设。这两个地块具有不同的结构几何特征。每个地块的南部边界是近乎垂直的、向北倾斜（约85°）的Denali岩石圈断层，北部边界则是不同尺度的辅助断层（岩石圈断层与浅地壳断层）和不同倾角（陡倾与缓倾）。从18个现代流域样本中获得的碎屑磷灰石裂变径迹热年代学（DAFT）数据揭示了这两个地块之间的两种不同年龄分布模式。在较窄的（约20公里宽）西部地块（位于近乎垂直的Denali断层和Hines Creek断层之间，称为BEHIND地块）中，主要记录了晚中新世及更年轻的DAFT年龄分布；而在较宽的东部区域（约45公里宽，位于近乎垂直的Denali断层和低角度的Granite Mountain断层之间，称为GRAND地块）中，主要记录了三峰状的古新世和中新世DAFT年龄分布。这表明从晚中新世至今，BEHIND地块的剥露速率高于GRAND地块。这两个地块具有相似的气候条件、地热梯度、断层法向汇聚速率、岩石类型和流变参数。我们认为，北部辅助断层的尺度和倾角决定了沿Denali断层的剥露模式。这证实了陡倾的岩石圈尺度辅助断层可以主要控制沿走滑断层的集中剥露现象。
引言
在汇聚或斜向汇聚环境中，走滑断层通常沿主断层具有垂直运动分量（例如，Alpine断层，Little等人，2005年；Fairweather断层；Lease等人，2021年；Liqui?e-Ofqui断层，Roquer等人，2023年；San Andreas断层，Moulin和Cowgill，2023年）。走滑断层上的垂直运动通常发生在限制性弯曲处、断层台阶处或沿汇聚板块运动方向倾斜的段上（例如，Sylvester，1988年）。当记录到断层段之间的倾斜度与垂直构造速率的差异时，这通常可以用近场边界条件（距离断层主段约50公里范围内）来解释（例如，Buscher和Spotila，2007年；Spotila等人，2007a；Spotila等人，2007b）。走滑断层的边界条件，如岩石类型多样性（例如，Spotila等人，2020年）、流变差异（例如，Niemi等人，2013年）、局部结构薄弱（例如，Spotila等人，2001年）、气候变化（Thiede等人，2004年；Jiao等人，2017年）、主断层倾角的波动（Little等人，2005年；Fattaruso等人，2014年；Lozos，2021年）、变化的地热梯度（Simon-Labric等人，2013年）或辅助断层的存在（例如，Garvue等人，2024年）等都可能对垂直构造速率产生控制作用。要测试这些边界条件对走滑断层垂直构造速率的单独影响，需要具有相似构造环境的地理位置，除了一个地质或气候参数外。
在阿拉斯加东部山脉（EAR）南部的右旋Denali断层段，沿走向的多个近场边界条件相对均匀。气候参数（例如温度）和降雨阴影的位置在其长度上是一致的，并且至少从更新世以来一直如此，可能在整个新近纪期间也是如此（例如，Kaufman等人，2011年；Daly等人，2018年；Otiniano等人，2020年）。DENali断层段南部的倾角也为北向（约85°）（例如，Allam等人，2017年；Newell等人，2023年），并且具有可比的区域地热梯度（Fisher等人，2004年；Batir等人，2016年）。DENali断层北部的EAR高峰区域的岩石类型组合沿走向也大致相似（例如，Nokleberg和Richter，2007年）。此外，由于阿拉斯加南部板块向西北方向的运动（图1），该区域的岩石圈流变特性沿走向也相对稳定（Pollitz，2005年）。尽管DENali断层段有弯曲，但由于这种运动，该段沿走向的断层法向汇聚速率是相当的（例如，Bemis等人，2015年；Haeussler等人，2017年）。
在DENali断层段的东部相邻区域，有两个具有不同结构几何特征的地块（图1，图2）。每个地块的南部边界是近乎垂直的岩石圈尺度Denali断层，北部边界则是不同尺度的辅助断层（即岩石圈断层与浅地壳断层）和不同倾角（即陡倾与缓倾）的断层。在西部地块（BEHIND地块：位于Hines Creek断层和Denali断层之间），北部的边界断层是陡倾的岩石圈尺度Hines Creek断层（Benowitz等人，2022a；Newell等人，2023年）。在东部地块（GRAND地块），北部的边界断层是浅倾的地壳尺度Granite Mountain断层系统（Brocher等人，2004年；Bemis等人，2015年）。
大约6百万年前，太平洋板块和Yakutat微板块相对于北美的运动方向从N30°W变为N15°W（图1）（Engebretson，1985年；Doubrovine和Tarduno，2008年；Benowitz等人，2024年），导致整个DENali断层段的汇聚速率增加，从而增加了相关区域的剥露速率（例如，Rosenthal等人，2024年）。因此，这个具有两个相邻断层界定的DENali断层段为评估不同断层对走滑断层在构造强迫突然变化时的剥露响应的影响提供了合适的环境。在这项研究中，我们分析了来自15个现代流域的18个碎屑磷灰石裂变径迹热年代学（DAFT）样本，包括15个新的采样点以及Waldien等人（2022年）之前发表的3个样本。我们用来自EAR的5个新的基岩DAFT年龄数据和这两个结构地块的已发表基岩DAFT（样本和单颗粒）年龄数据集来补充这些DAFT数据，以帮助评估它们的剥露模式。BEHIND地块几乎每个流域都产生了双峰状的晚中新世及更年轻的年龄峰值，表明这一时期开始快速剥露。GRAND地块主要产生了古新世至中新世的年龄峰值，个别流域显示出多峰分布，反映了从晚中新世至今整体较慢的剥露速率。根据这些DAFT结果，我们确认对于西部BEHIND地块而言，两个岩石圈尺度高角度结构的配对是导致该地区高剥露速率的重要边界条件（例如，Benowitz等人，2022a）。我们认为，与DENali断层配对的辅助断层的尺度（岩石圈或浅地壳）和倾角（高倾或低倾）在一阶上控制了这两个地块对约6百万年前太平洋板块方向变化的剥露响应差异。此外，我们的研究证实了次级岩石圈尺度近乎垂直断层在走滑断层的高垂直构造速率中的重要作用（例如，Moulin和Cowgill，2023年；Li等人，2024年）。
节选内容
阿拉斯加东部山脉的Denali断层系统
右旋Denali断层（图1）是一条白垩纪地壳边界，在其大部分范围内都表现出莫霍面偏移（例如，Allam等人，2017年；Gama等人，2022年），并作为EAR的南部结构边界。自晚白垩世以来，DENali断层一直有滑动活动，直到全新世（例如，Miller等人，2002年；Haeussler等人，2017年），其中在约25百万年和约6百万年前发生了重大的新生代快速冷却和剥露事件
方法
在冰川覆盖的山脉中，传统的基岩热年代学采样机会受到冰川覆盖和陡峭悬崖上难以到达的基岩露头的限制。碎屑热年代学提供了一种方法，使河流和冰川能够采样整个山脉（例如，Enkelmann和Falkowski，2021年）。然而，碎屑热年代学结果可能会受到目标矿物（肥沃度）的岩石类型差异的影响（例如，
碎屑磷灰石裂变径迹
我们使用来自现代河流（N = 6个样本）和冰川冲积物（N = 8个样本）的DAFT热年代学数据来约束区域岩石冷却模式（图5、图6、图7、图8和表1、表2）。我们将1458个新的单颗粒DAFT年龄数据与来自两个样本的169个先前发表的单颗粒DAFT年龄数据结合起来（Waldien等人，2022年）。我们评估了不同样本的单颗粒年龄解卷积结果（Vermeesch，2012年），以了解剥露过程的差异
讨论
我们提供了来自DENali断层以北的16个现代流域的全面DAFT数据集，特别关注两个断层界定地块——BEHIND地块和GRAND地块之间的年龄差异。在本节中，我们首先将新的DAFT冷却年龄与当地火成基岩的现有地质年代学和热年代学数据进行比较，以确定记录的冷却是否是由侵蚀剥露引起的，而不是与热事件后的冷却有关
结论
我们对15个现代河流沉积物样本应用了DAFT热年代学方法，并结合了之前发表的来自BEHIND地块和GRAND地块的三个DAFT数据集（Waldien等人，2022年），以探讨这两个地块北部边界断层的不同几何特征（近乎垂直与低角度，岩石圈尺度与浅地壳尺度）是否是控制剥露模式的主要因素。我们验证了16个现代河流近端DAFT单颗粒年龄结果（n
CRediT作者贡献声明
Jacob L. Rosenthal：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，资源管理，方法论，调查，正式分析，数据管理，概念化。Jeff Benowitz：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，项目管理，方法论，调查，正式分析，数据管理，概念化。Paul G. Fitzgerald：撰写 – 审稿与编辑，监督，方法论，数据
未引用的参考文献
Brink等人，2018年
Chiaraluce等人，2017年
Koehler等人，2012年
Tibaldi等人，2020年
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所述的工作。
致谢
我们感谢NSF资助（项目编号EAR#1550034（授予Paul Fitzgerald）和EAR#1550123（授予Jeff Benowitz），以及雪城大学的Prucha基金和Nelson基金对Jacob Rosenthal的支持。我们还要感谢Alaska DGGS收集的基岩样本（4个），我们对其进行了DAFT分析。我们感谢两位匿名审稿人和编辑Samuel Angiboust博士的建设性反馈，这些反馈有助于改进手稿的科学性和可读性。
