Investigation of the Cape Fear arch and East Coast fault system in the Coastal Plain of North Carolina and northeastern South Carolina, USA, using LiDAR data

Abstract

LiDAR data collected in the Coastal Plain of the Carolinas revealed numerous, mostly NW-SE-oriented lineaments that cross the Cape Fear arch, the longest of which are the 50- to 115-km-long, NW-SE-oriented Faison, Jarmantown, Livingston Creek, and White Marsh lineaments and the ~50-km-long, ENE-WSW-oriented Tomahawk lineament in southeastern North Carolina. Their interpretation is based mainly on locally incised channels, abrupt stream bends, topographic scarps, and linear areas of uplifted Coastal Plain sediments. The Precambrian to Paleozoic Graingers basin or synform in the pre-Cretaceous basement terminates to the southwest along the ~28-km-long, 3- to 7-km-wide Jarmantown high. The ~115-km-long Jarmantown lineament may be the surface expression of the previously reported Neuse fault, the location of which has been controversial. The Jarmantown and other lineaments crossing the Cape Fear arch suggest that the arch is structurally complex. Further investigation of the East Coast fault system (ECFS) along the west side of the Cape Fear arch in North Carolina revealed that it is located farther to the northwest than previously reported, thereby making it continuous with the ECFS in northeastern South Carolina where it forms a ~15° restraining bend. We postulate that the interpreted faults crossing the Cape Fear arch in southeastern North Carolina formed to compensate for the increased compression and change in volume from dextral motion along the fault bend. Holocene paleoliquefaction deposits near the coast, a vertically offset Pleistocene(?) beach ridge along the interpreted Faison fault, and Tertiary surface faults along the ECFS northeast of Smithfield, North Carolina, suggest that large Quaternary earthquakes may have occurred along the ECFS, the Faison and Neuse faults, and other interpreted faults that cross the Cape Fear arch.

Résumé

Des données LiDAR prélevées dans la plaine côtière des Carolines ont mis au jour de nombreux linéaments, principalement orientés du nord-ouest au sud-est, qui traversent l’arc de Cape Fear, parmi lesquels les plus longs sont les linéaments de 50 à 115 kilomètres de longueur orientés du nord-ouest au sud-est de Faison, de Jarmantown, de Livingston Creek et de White Marsh ainsi que le linéament d’une cinquantaine de kilomètres de longueur orienté de l’est-nord-est à l’ouest-sud-ouest de Tomahawk dans le sud-est de la Caroline du Nord. Leur interprétation est essentiellement basée sur des chenaux localement encaissés, des courbes abruptes de cours d’eau, des escarpements topographiques et des secteurs linéaires de sédiments de la plaine côtière soulevés. Le bassin ou pli synforme paléozoïque de Graingers dans le socle précrétacé prend fin au sud-ouest le long de la crête d’environ 28 kilomètres de longueur sur trois à sept kilomètres de largeur de Jarmantown. Le linéament d’environ 115 kilomètres de longueur de Jarmantown pourrait constituer le modelé de la faille précédemment signalée de Neuse, dont l’emplacement a fait l’objet d’une controverse. Le linéament de Jarmantown et les autres linéaments traversant l’arc de Cape Fear laissent supposer que l’arc est d’une forte complexité structurale. Une étude plus poussée du système de failles de la côte est (SFCE) le long du versant occidental de l’arc de Cape Fear en Caroline du Nord a révélé qu’il se trouve beaucoup plus au nord-ouest que précédemment signalé, ce qui en fait un membre continu du SFCE dans le nord-est de la Caroline du Sud, où il crée une inflexion de retenue d’environ 15 degrés. Nous postulons que les failles interprétées traversant l’arc de Cape Fear dans le sud-est de la Caroline du Nord se sont formées pour compenser la compression accrue et la variation du volume découlant du mouvement dextre le long de l’inflexion de la faille. Les dépôts de paléoliquéfaction de l’Holocène près de la côte, une crête de plage verticalement décalée du Pléistocène (?) le long de la faille interprétée de Faison et les failles superficielles du Tertiaire le long du SFCE au nord-est de Smithfield, en Caroline du Nord, permettent de supposer que des séismes importants pourraient être survenus au cours du Quaternaire le long du SFCE, des failles de Faison et de Neuse, ainsi que d’autres failles interprétées traversant l’arc de Cape Fear.