SlideShare a Scribd company logo
1 of 11
Download to read offline
The San Gabriel Fault:  A Summary of its Structural History and Neotectonics 
Eldon Gath — Earth Consultants International, 1642 E. 4th St., Santa Ana, CA 92701 
Structural History 
The San Gabriel fault is a major right‐lateral strike slip fault that has played a long and 
complex role in the structural development of southern California.  It extends about 140 
km, arcing through the San Gabriel Mountains, terminating near the San Andreas fault 
in Tejon Pass and near the San Andreas fault in Cajon Pass (Figure 1).  The fault trends 
approximately east‐west along its eastern trace north of the San Gabriel Valley, bending 
to  more  northwesterly  through  the  Castaic  region.    From  the  north,  the  fault  trends 
generally  NW‐SE  to  Big  Tujunga  Canyon  where  it  bifurcates  into  the  SE‐trending 
Vasquez Creek fault and the more easterly‐trending San Gabriel fault, proper (Fig. 2).  
The Vasquez Creek fault appears to merge into the Sierra Madre frontal fault system 
(Fig. 2) while the San Gabriel strand appears to be terminated in the east by the San 
Antonio Canyon fault (Fig. 1). 
 
Figure 1: Index map to the central and western Transverse Ranges, showing the principal faults and
generalized geology. Abbreviations: C-SF—Clamshell-Sawpit fault; CH—Coyote Hills; RF—
Raymond fault; SACF—San Antonio Canyon fault; SAR—Santa Ana River; SFF—San Fernando
fault; SJF—San Jose fault; SJcF—San Jacinto fault; SMF—Santa Monica fault; VCF—Vasquez
Creek fault; WCF—Walnut Creek fault. Figure from Yeats (2004).
Estimation of the total right slip on the fault has evolved from 24‐40 km (Crowell, 1952) 
to 40‐60 km (Ehlig et al., 1975) to, most recently, 42 km (Powell, 1993).  All of these 
displacement estimates make major assumptions within the contacts being measured, 
and all rely on summing displacement across multiple faults that  may have played a 
Saint, P, M. Herzberg, and B. Zaprianoff (eds), 2010, Geology and Hydrology in the San
Gabriel Mountains; South Coast Geological Society Field Trip Guidebook, n. 36, p. 157-168.
role in the San Gabriel fault.  Powell (1993) completed a comprehensive review of the 
displacement history of the San Gabriel fault, and concluded that: a) there is agreement 
that the fault has 22 km of displacement on the segment east of the Vasquez Creek fault; 
b)  displacement  on  the  northwest  segment  of  the  San  Gabriel  fault  is  substantially 
greater  than  on  the  eastern  segment;  c)  no  studies  show  large  displacements  (5  km 
maximum) on the Vasquez Creek fault; and d) no good explanation exists to explain the 
20+ km difference in displacement between the two segments.  It is clear that younger 
structural or geomorphic features are displaced less than older features, and that the 
rate of slip along the fault must have decreased by the Pliocene. 
 
Figure 2: Simplified geologic map showing the area in Big Tujunga Canyon where the San Gabriel
fault bends to the east, and the Vasquez Creek fault bifurcates from the San Gabriel fault (circle) to
connect to the Sierra Madre fault at the range front. C-S—Clamshell-Sawpit fault; SG—San Gabriel
fault; SM—Sierra Madre fault; VC—Vasquez Creek fault. Figure modified from Beyer et al. (2009).
Powell (1993) proposes three explanations to accommodate this missing 20‐22 km of 
displacement on the eastern segment: a) late Miocene left‐oblique extension in the LA 
and/or Ventura basins; b) the missing slip was accommodated along an unknown and 
now  buried  fault  between  the  Santa  Monica  and  Verdugo  mountains;  c)  the  missing 
right‐slip  is  accommodated  on  coeval  left‐slip  faults  in  the  western  San  Gabriel 
Mountains and Soledad Basin.  All three of these explanations have evidence in support, 
and all three have difficulties.   
Palinspastic reconstruction of southern California is also evolving with respect to the 
San Gabriel fault.  Once commonly assumed to be a proto‐San Andreas fault, this model 
is  called  into  question  by  large  (100‐110  km)  displacements  on  the  Clemmens  Well‐
Fenner‐San  Francisquito  fault  up  until  about  11‐13  Ma  (Powell,  1993).    After 
abandonment of that fault system, the San Gabriel fault developed as the active strand 
of the San Andreas fault system, but some of the plate margin strain continued to step 
westward  to  the  continental  margin  (Powell,  1993).    From  about  5‐4  Ma,  the  San 
Gabriel fault was largely bypassed by development of the modern San Andreas fault, 
and became relatively inactive, with only 1‐2 km of displacement post 4 Ma (Powell, 
1993).  Weber (1982) maps 1.2 km of displacement within the base of the 5.0‐3.5 Ma 
Hungry  Valley  Formation  at  the  northwestern  terminus  of  the  fault,  but  the 
displacements apparently die out within the upper part of the unit. 
Based on Powell’s analysis (Powell, 1993), the long‐term average slip rate for the San 
Gabriel  fault,  assuming  42  km  of  displacement  between  13  and  5  Ma,  is  5.3  mm/yr.  
Using other displacements and shorter intervals he calculated the range at 4.3 mm/yr 
(13‐10 Ma), 5.5 mm/yr (10‐6 Ma), and 4 mm/yr (6‐4 Ma).  Using different relationships, 
Yeats proposed a 6.6‐9.2 mm/yr rate determined from offset Mio‐Pliocene units, and a 
2.5‐3.0  mm/yr  rate  from  offsets  on  the  Pleistocene  Saugus  Formation  (Yeats  et  al., 
1994).  In no case could the full plate margin rate be assigned to the San Gabriel fault, 
and  they  are  significantly  less  than  the  12  mm/yr  required  by  the  60  km  offsets 
between 10‐5 Ma of Ehlig et al. (1975).  
Evidence for Holocene Activity 
In  general,  the  San  Gabriel  fault  is  assumed  to  be  largely  inactive  in  the  Quaternary, 
other than a small segment to the northwest in the Santa Clarita – Newhall area.  This 
portion of the fault was confirmed to have multiple Holocene displacements when the 
fault was exposed in trenching excavations conducted initially as geotechnical studies, 
then enhanced under two NEHRP grants (Cotton et al., 1988).  Their work was the first 
to document Holocene displacements on the San Gabriel fault, constraining the most 
recent event (MRE) to between 1550 ybp and 3500 ybp.  Examination of their trench 
log (Figure 3) permits a second event after 3590 ybp, but well before 1550 ybp.  Based 
on the offset of a buried ridge and channel pair (Figure 3), they (Cotton et al., 1988) also 
determined a Holocene slip rate of about 0.6 mm/yr.  This rate that is less than 10% of 
the geologic rates, strongly suggesting a dramatic reduction in the San Gabriel fault slip 
rate after the development of the current San Andreas fault.  The active segment of the 
fault  through  Santa  Clarita  is  presumed  to  die  out  both  northwest  and  southeast.  
Crowell (2003) presents the San Gabriel fault dying out in the early depositional history 
of the Hungry Valley Formation in the northern Ridge Basin, and Weber (1982) ended 
his  mapping  at  the  Big  Tujunga  River.    Yeats  and  Stitt  (2003)  proposed  that  the 
Holocene activity on the San Gabriel fault within Santa Clarita may be accommodating 
the folding of the Ventura Basin to the west, or accepting strain from the Holzer fault, 
though both interpretations have weaknesses.  Additional geotechnical investigations 
(summarized by Yeats and Stitt, 2003) have confirmed Cotton’s findings, but have not 
added quantitatively to the San Gabriel fault’s seismic hazard understanding.   
 
Figure 3: Set of figures from Cotton et al.
(1988) showing their paleoseismic
investigation of the San Gabriel fault in the
Castaic - Santa Clarita area [Above].
[Left] A 9 ka buried ridge and channel pair
were right-laterally displaced 21 meters
across the fault.
[Below left] Graphic log of
their north-facing trench wall
shows the most recent event
constrained between 3500
and 1550 ybp, but it is
permissible to interpret the
log as showing a second,
penultimate event having
occurred also between this
same time interval. This
event is constrained by the
right-most fault splay’s
termination by subsequently
faulted units. Mismatch of
stratigraphy across the faults
demonstrates that lateral slip
is dominant.
No studies of the eastern segment have shown similar evidence for Holocene activity, 
although no actual trenching studies are known.  For this paper, I did an aerial flyover 
of  the  fault  using  Google  Earth  imagery,  and  was  struck  by  the  strong  geomorphic 
expression  of  youthful  faulting  seen  on  those  images  east  of  the  Cogswell  Reservoir 
(Figures 4‐7).  The imagery shows the lineament trending almost due east for 17 km to 
the San Gabriel River where it begins to curl more northerly, following the bend in the 
river.  Farther east of the river, it is still possible to infer the presence of a major fault 
zone,  but  the  freshness  of  the  lineament  is  not  visible.    To  the  west  of  Cogswell 
Reservoir, the lineament is clearly visible for at least another 25 km, almost to the Big 
Tujunga River.  It is not as fresh as the 17 km segment east of Cogswell, but it is more 
visible than exists east of the San Gabriel River and is directly on trend, implying that 
there is no structural complexity separating them.   
The sense of slip appears to be right‐lateral based on the larger stream deflections, but 
with a south‐side up component resulting in upslope facing scarps.  It is possible that 
the lineament could simply be a fault‐line scarp created by differential rock hardness 
and resistance to erosion.  However, on the geologic map portion of Figure 8 there is a 
part  of  the  fault  that  is  separating  the  same  geologic  unit  (Trlh,  shown  in  red) 
immediately east of the eastern end of the Cogswell Reservoir.  This is the same area 
shown  on  Figure  5  (P‐1b)  and  Figure  6  (P‐2)  where  the  lineament  is  the  sharpest.  
Furthermore, the lineament cuts across both geology and topography with about equal 
visibility,  which  implies  to  me  that  it  is  a  youthful  tectonic  feature.    No  field 
reconnaissance has yet been performed, but that is the obvious next step.   
Assuming that this lineament does reflect a late Holocene surface rupture of at least this 
portion of the San Gabriel fault, the question is what may be driving this reactivation (or 
continued  activation)  of  the  fault.    One  possibility  is  that  this  small  fault  segment  is 
accommodating displacements from the active Clamshell‐Sawpit fault (Figure 4).  This 
model has potential because it can explain the termination of the lineament where the 
Clamshell‐Sawpit  fault  intersects  the  San  Gabriel.    It  also  makes  an  interesting 
segmentation  model  for  the  eastern  San  Gabriel  whereby  the  fault’s  activity  is 
controlled from, and segmented by, the Clamshell‐Sawpit, San Dimas Canyon, and San 
Antonio  Canyon  faults  (Figure  4).    These  northeast‐trending  faults  appear  to  be 
accommodating  some  of  the  clockwise  block  rotations  of  the  southern  San  Gabriel 
Mountains (Luyendyk, 1991) and the San Gabriel fault would be serving to constrain 
the northerly margins of these blocks.  In this case, the fault rupture would presumably 
be limited to the 15‐20 km long block margin formed between the cross‐cutting faults.   
Alternatively,  the  eastern  San  Gabriel  fault  may  be  serving  to  partition  slip  from  the 
Sierra Madre frontal fault because of a small obliquity to the LA Basin and Transverse 
Ranges  convergence.    In  this  case  the  cross‐fault  segmentation  is  more  of  a  shallow 
hanging wall structure, and multi‐segment ruptures could more easily cascade across 
them along the deeper San Gabriel fault. 
 
Figure 4: Index Map for P-1 to P-6 Google Earth Images
 
 
 
Figure 5 (previous page): P-1a an oblique view, looking east, along the trace of the San Gabriel
fault from above the Cogswell Reservoir. The fault is moderately well defined at this distance by a
series of upslope-facing scarps along all of the ridges. P-1b is a close-up of the fault immediately
east of the reservoir where a sharp lineament is clearly defined across the landscape.
Figure 6 (above): Vertical image of the fault east of Cogswell Reservoir. The striking lineation that is
affecting all of the ridges and drainages strongly suggests that a late-Holocene displacement has
occurred on this portion of the San Gabriel fault.
Cogswell
Reservoi r
P!"
 
Figure 7 (previous page): P-3 to P-6 are a series of images along the fault showing the continuity of
the youthful looking lineament trending east of the Cogswell Reservoir for 17 km to at least the San
Gabriel River.
 
 
Figure 8: The top image is a montage made from P-2 through P-6, extending from Cogswell
Reservoir on the west to the San Gabriel River on the east. The lower image is a section of the
geologic map (Morton and Miller, 2003) for the same approximate area as the Google Earth imagery.
The two map sections are approximately the same scale, though no actual scale is intended. The
purpose of this figure is to contrast the linear nature of the inferred fault across the landscape with the
complexly stepped nature of the fault as shown on the geologic map. There would appear to be at
least three alternatives: 1) the landscape lineament is not the San Gabriel fault; 2) the geologic map
is incorrect; or 3) the lineament reflects a late Holocene fault rupture that has cut across some of the
older structural complexities.
Summary 
The San Gabriel fault has had a long and complex role in the tectonic development of 
southern California.  The fault began about 13‐11 Ma as a major portion of the proto‐
San Andreas fault system, and at about 5 mm/yr, it accommodated 42 km of right slip 
before  the  modern  San  Andreas  formed  and  the  San  Gabriel  was  essentially  cut  off.  
Although  still  active  at  a  reduced  rate  through  the  Pliocene,  the  San  Gabriel  was 
assumed to be inactive until the 1980’s when geotechnical trenching in the Santa Clarita 
area showed displaced late Holocene deposits.  No similar trenching studies are known 
from the eastern half of the San Gabriel fault, and it is still considered as an inactive 
fault.    However,  the  presence  of  a  youthful‐appearing  lineament  on  Google  Earth 
imagery, trending 17 km east from the Cogswell Reservoir, appears to indicate that this 
portion  of  the  San  Gabriel  fault  has  also  had  a  late  Holocene  surface  rupture.    The 
reactivation of the eastern San Gabriel may be the result of strain partitioning from the 
Sierra Madre fault due to a slight oblique convergence.  However, a preferred model is 
proposed that segments the eastern San Gabriel along a series of  northeast trending 
hanging wall faults, and in which the San Gabriel accommodates the clockwise block 
rotations imposed by these faults. 
References 
Beyer, L.A., McCulloh, T.H., Denison, R.E., Morin, R.W., Enrico, R.J., Barron, J.A., and Fleck, R.J., 2009, Post‐
Miocene  right  separation  on  the  San  Gabriel  and  Vasquez  Creek  faults,  with  supporting 
chronostratigraphy,  western  Can  Gabriel  Mountains,  California;  US  Geological  Survey  Professional 
Paper 1759, 44 p. 
Cotton, W.R., Fowler, W.L., and Hay, E.A., 1988, Late Pleistocene and Holocene paleoseismicity of the San 
Gabriel  fault;  William  Cotton  and  Associates,  Final  Technical  Report  to  the  US  Geological  Survey, 
Contract No. 14‐08‐0001‐G1196, 21 p. 
Crowell, 1952, Probable large lateral displacement on San Gabriel fault, southern California; American 
Association of Petroleum Geologists Bulletin, v. 36, p. 2026‐2035. 
Crowell, J.C., 2003, Tectonics of Ridge Basin region, southern California, in Crowell, J.C., ed., Evolution of 
Ridge Basin, southern California: An interplay of sedimentation and tectonics: Geological Society of 
America Special Paper 367, p. 157–203. 
Ehlig, P.L., Ehlert, K.W., and Crowe, B.M., 1975, Offset of the upper Miocene Caliente and Mint Canyon 
formations along the San Gabriel and San Andreas faults; in Crowell, J.C., ed., San Andreas fault in 
southern California; California Division of Mines and Geology Special Report 118, p. 83‐92. 
Luyendyk, B.P., 1991, A model for Neogene crustal rotations, transtension, and transpression in southern 
California; Geological Society of America Bulletin, v. 103, p. 1528‐1536. 
Morton, D.M. and Miller, F.K., 2003, Preliminary geologic map of the San Bernardino 30’ x 60’ quadrangle, 
California,  Sheet  4  of  5,  Faults;  US  Geological  Survey  OFR  03‐293,  digital  v.  1.0, 
http://pubs.usgs.gov/of/2003/of03‐293/ 
Powell,  R.E.,  1993,  Balanced  palinspastic  reconstruction  of  pre‐late  Cenozoic  paleogeology,  southern 
California: Geologic and kinematic constraints on evolution of the San Andres fault system; in Powell, 
R.E., Weldon R.J., II, and Matti, J.C., eds., The San Andreas Fault System: Displacement, Palinspastic 
Reconstruction, and Geologic Evolution; Geological Society of America Memoir 178, p. 1‐106. 
Weber,  F.H.,  Jr.,  1982,  Geology  and  geomorphology  along  the  San  Gabriel  fault  zone,  Los  Angeles  and 
Ventura counties, California; California Division of Mines and Geology Open File Report 82‐2LA. 
Yeats, R.S., 2004, Tectonics of the San Gabriel Basin and surroundings, southern  California; Geological 
Society of America Bulletin, v. 116, p. 1158‐1182. 
Yeats,  R.S.,  and  Stitt,  L.T.,  2003,  Ridge  Basin  and  San  Gabriel  fault  in  the  Castaic  Lowland,  southern 
California,  in  Crowell,  J.C.,  ed.,  Evolution  of  Ridge  Basin,  southern  California:  An  interplay  of 
sedimentation and tectonics: Geological Society of America Special Paper 367, p. 137–156. 
Yeats, R.S., Huftile, G.J., and Stitt, L.T., 1994, Late Cenozoic tectonics of the east Ventura Basin, Transverse 
Ranges, California: American Association of Petroleum Geologists Bulletin, v. 78, p. 1040–1074. 
 

More Related Content

What's hot

RESERVOIR-CHARATERIZATION_Assignment-45
RESERVOIR-CHARATERIZATION_Assignment-45RESERVOIR-CHARATERIZATION_Assignment-45
RESERVOIR-CHARATERIZATION_Assignment-45Gil Anibal
 
ÖNCEL AKADEMİ: SOLID EARTH GEOPHYSICS
ÖNCEL AKADEMİ: SOLID EARTH GEOPHYSICSÖNCEL AKADEMİ: SOLID EARTH GEOPHYSICS
ÖNCEL AKADEMİ: SOLID EARTH GEOPHYSICSAli Osman Öncel
 
Earthquakes
EarthquakesEarthquakes
Earthquakesjboyl73
 
Nurek rockfill dam (300 m). Problem of seismic safety of dam (4 p.)
Nurek rockfill dam (300 m). Problem of seismic safety of dam (4 p.)Nurek rockfill dam (300 m). Problem of seismic safety of dam (4 p.)
Nurek rockfill dam (300 m). Problem of seismic safety of dam (4 p.)Yury Lyapichev
 
Circulation of the North Atlantic Ocean During the 1990's as Determine by Lag...
Circulation of the North Atlantic Ocean During the 1990's as Determine by Lag...Circulation of the North Atlantic Ocean During the 1990's as Determine by Lag...
Circulation of the North Atlantic Ocean During the 1990's as Determine by Lag...David Fratantoni
 
What are earthquakes with animation
What are earthquakes  with animation What are earthquakes  with animation
What are earthquakes with animation Basirat Amir
 
plots_JBRevision
plots_JBRevisionplots_JBRevision
plots_JBRevisionJames Brown
 
Abstract - Earthquakes, elevations and continental plateaux
Abstract - Earthquakes, elevations and continental plateauxAbstract - Earthquakes, elevations and continental plateaux
Abstract - Earthquakes, elevations and continental plateauxCatherine Goddard
 
Report by aresta daniel
Report by aresta danielReport by aresta daniel
Report by aresta danielsman 2 mataram
 

What's hot (20)

RESERVOIR-CHARATERIZATION_Assignment-45
RESERVOIR-CHARATERIZATION_Assignment-45RESERVOIR-CHARATERIZATION_Assignment-45
RESERVOIR-CHARATERIZATION_Assignment-45
 
Vesta shape morfology
Vesta shape morfologyVesta shape morfology
Vesta shape morfology
 
3. geom proses struktural
3. geom proses struktural3. geom proses struktural
3. geom proses struktural
 
3.a. geom proses struktural
3.a. geom proses struktural3.a. geom proses struktural
3.a. geom proses struktural
 
Earthquake engineering
Earthquake engineeringEarthquake engineering
Earthquake engineering
 
ÖNCEL AKADEMİ: SOLID EARTH GEOPHYSICS
ÖNCEL AKADEMİ: SOLID EARTH GEOPHYSICSÖNCEL AKADEMİ: SOLID EARTH GEOPHYSICS
ÖNCEL AKADEMİ: SOLID EARTH GEOPHYSICS
 
LundSnee_Miller_of2015-2_text
LundSnee_Miller_of2015-2_textLundSnee_Miller_of2015-2_text
LundSnee_Miller_of2015-2_text
 
Earthquakes
EarthquakesEarthquakes
Earthquakes
 
Geological Section maps
Geological Section mapsGeological Section maps
Geological Section maps
 
Nurek rockfill dam (300 m). Problem of seismic safety of dam (4 p.)
Nurek rockfill dam (300 m). Problem of seismic safety of dam (4 p.)Nurek rockfill dam (300 m). Problem of seismic safety of dam (4 p.)
Nurek rockfill dam (300 m). Problem of seismic safety of dam (4 p.)
 
Circulation of the North Atlantic Ocean During the 1990's as Determine by Lag...
Circulation of the North Atlantic Ocean During the 1990's as Determine by Lag...Circulation of the North Atlantic Ocean During the 1990's as Determine by Lag...
Circulation of the North Atlantic Ocean During the 1990's as Determine by Lag...
 
What are earthquakes with animation
What are earthquakes  with animation What are earthquakes  with animation
What are earthquakes with animation
 
plots_JBRevision
plots_JBRevisionplots_JBRevision
plots_JBRevision
 
Abstract - Earthquakes, elevations and continental plateaux
Abstract - Earthquakes, elevations and continental plateauxAbstract - Earthquakes, elevations and continental plateaux
Abstract - Earthquakes, elevations and continental plateaux
 
Gravimetri : Ders 04
Gravimetri : Ders 04Gravimetri : Ders 04
Gravimetri : Ders 04
 
Earthquakes
EarthquakesEarthquakes
Earthquakes
 
Report by aresta daniel
Report by aresta danielReport by aresta daniel
Report by aresta daniel
 
Earthquakes
EarthquakesEarthquakes
Earthquakes
 
earthquakes
earthquakesearthquakes
earthquakes
 
San andreas Fault
San andreas FaultSan andreas Fault
San andreas Fault
 

Similar to The San Gabriel Fault

San andreas Fault: Tectonic Style
San andreas Fault: Tectonic StyleSan andreas Fault: Tectonic Style
San andreas Fault: Tectonic StyleAli Osman Öncel
 
Master's Thesis Abstract
Master's Thesis AbstractMaster's Thesis Abstract
Master's Thesis AbstractJacob Weigel
 
Master's Thesis Abstract
Master's Thesis AbstractMaster's Thesis Abstract
Master's Thesis AbstractJacob Weigel
 
Hughes-Ktona_CapeRomain_DraftPoster-DocEdits
Hughes-Ktona_CapeRomain_DraftPoster-DocEditsHughes-Ktona_CapeRomain_DraftPoster-DocEdits
Hughes-Ktona_CapeRomain_DraftPoster-DocEditsKristin Hughes
 
San Andreas Fault
San Andreas FaultSan Andreas Fault
San Andreas FaultTerri Amers
 
Comprehensive Seismic Hazard Review
Comprehensive Seismic Hazard ReviewComprehensive Seismic Hazard Review
Comprehensive Seismic Hazard ReviewJohanna Vaughan
 
Unruh Humphrey Barron 2003 Geology
Unruh Humphrey Barron 2003 GeologyUnruh Humphrey Barron 2003 Geology
Unruh Humphrey Barron 2003 GeologyJames Humphrey
 
Final Buttston Tech Report 8-31-2014
Final Buttston Tech Report 8-31-2014Final Buttston Tech Report 8-31-2014
Final Buttston Tech Report 8-31-2014Robert Singleton
 
Final Buttston Tech Report 8-31-2014
Final Buttston Tech Report 8-31-2014Final Buttston Tech Report 8-31-2014
Final Buttston Tech Report 8-31-2014Robert Singleton
 
Final Buttston Tech Report 8-31-2014
Final Buttston Tech Report 8-31-2014Final Buttston Tech Report 8-31-2014
Final Buttston Tech Report 8-31-2014Robert Singleton
 
Qualitative Comparison of Offset Surfaces Between the Central and Eastern Gar...
Qualitative Comparison of Offset Surfaces Between the Central and Eastern Gar...Qualitative Comparison of Offset Surfaces Between the Central and Eastern Gar...
Qualitative Comparison of Offset Surfaces Between the Central and Eastern Gar...Tom Crane
 
Student Name Bud BennemanGeology 105 Spring 2020Paper Outline.docx
Student Name Bud BennemanGeology 105 Spring 2020Paper Outline.docxStudent Name Bud BennemanGeology 105 Spring 2020Paper Outline.docx
Student Name Bud BennemanGeology 105 Spring 2020Paper Outline.docxdeanmtaylor1545
 
Student Name Bud BennemanGeology 105 Spring 2020Paper Outline.docx
Student Name Bud BennemanGeology 105 Spring 2020Paper Outline.docxStudent Name Bud BennemanGeology 105 Spring 2020Paper Outline.docx
Student Name Bud BennemanGeology 105 Spring 2020Paper Outline.docxcpatriciarpatricia
 
san andres fault line
san andres fault linesan andres fault line
san andres fault lineJohn Hoopman
 
Conservative (Passive) Plate Boundaries
Conservative (Passive) Plate BoundariesConservative (Passive) Plate Boundaries
Conservative (Passive) Plate Boundariescheergalsal
 

Similar to The San Gabriel Fault (20)

San andreas Fault: Tectonic Style
San andreas Fault: Tectonic StyleSan andreas Fault: Tectonic Style
San andreas Fault: Tectonic Style
 
Master's Thesis Abstract
Master's Thesis AbstractMaster's Thesis Abstract
Master's Thesis Abstract
 
Master's Thesis Abstract
Master's Thesis AbstractMaster's Thesis Abstract
Master's Thesis Abstract
 
Hughes-Ktona_CapeRomain_DraftPoster-DocEdits
Hughes-Ktona_CapeRomain_DraftPoster-DocEditsHughes-Ktona_CapeRomain_DraftPoster-DocEdits
Hughes-Ktona_CapeRomain_DraftPoster-DocEdits
 
San Andreas Fault
San Andreas FaultSan Andreas Fault
San Andreas Fault
 
Comprehensive Seismic Hazard Review
Comprehensive Seismic Hazard ReviewComprehensive Seismic Hazard Review
Comprehensive Seismic Hazard Review
 
SCCFinal
SCCFinalSCCFinal
SCCFinal
 
WFZ Abstract
WFZ AbstractWFZ Abstract
WFZ Abstract
 
Unruh Humphrey Barron 2003 Geology
Unruh Humphrey Barron 2003 GeologyUnruh Humphrey Barron 2003 Geology
Unruh Humphrey Barron 2003 Geology
 
Final Buttston Tech Report 8-31-2014
Final Buttston Tech Report 8-31-2014Final Buttston Tech Report 8-31-2014
Final Buttston Tech Report 8-31-2014
 
Final Buttston Tech Report 8-31-2014
Final Buttston Tech Report 8-31-2014Final Buttston Tech Report 8-31-2014
Final Buttston Tech Report 8-31-2014
 
Final Buttston Tech Report 8-31-2014
Final Buttston Tech Report 8-31-2014Final Buttston Tech Report 8-31-2014
Final Buttston Tech Report 8-31-2014
 
Qualitative Comparison of Offset Surfaces Between the Central and Eastern Gar...
Qualitative Comparison of Offset Surfaces Between the Central and Eastern Gar...Qualitative Comparison of Offset Surfaces Between the Central and Eastern Gar...
Qualitative Comparison of Offset Surfaces Between the Central and Eastern Gar...
 
Student Name Bud BennemanGeology 105 Spring 2020Paper Outline.docx
Student Name Bud BennemanGeology 105 Spring 2020Paper Outline.docxStudent Name Bud BennemanGeology 105 Spring 2020Paper Outline.docx
Student Name Bud BennemanGeology 105 Spring 2020Paper Outline.docx
 
Student Name Bud BennemanGeology 105 Spring 2020Paper Outline.docx
Student Name Bud BennemanGeology 105 Spring 2020Paper Outline.docxStudent Name Bud BennemanGeology 105 Spring 2020Paper Outline.docx
Student Name Bud BennemanGeology 105 Spring 2020Paper Outline.docx
 
Morley alvey 2015 final
Morley alvey 2015 finalMorley alvey 2015 final
Morley alvey 2015 final
 
san andres fault line
san andres fault linesan andres fault line
san andres fault line
 
SAN ANDREAS FAULT
SAN ANDREAS FAULTSAN ANDREAS FAULT
SAN ANDREAS FAULT
 
Conservative (Passive) Plate Boundaries
Conservative (Passive) Plate BoundariesConservative (Passive) Plate Boundaries
Conservative (Passive) Plate Boundaries
 
Wilson200722222222222
Wilson200722222222222Wilson200722222222222
Wilson200722222222222
 

The San Gabriel Fault

  • 1. The San Gabriel Fault:  A Summary of its Structural History and Neotectonics  Eldon Gath — Earth Consultants International, 1642 E. 4th St., Santa Ana, CA 92701  Structural History  The San Gabriel fault is a major right‐lateral strike slip fault that has played a long and  complex role in the structural development of southern California.  It extends about 140  km, arcing through the San Gabriel Mountains, terminating near the San Andreas fault  in Tejon Pass and near the San Andreas fault in Cajon Pass (Figure 1).  The fault trends  approximately east‐west along its eastern trace north of the San Gabriel Valley, bending  to  more  northwesterly  through  the  Castaic  region.    From  the  north,  the  fault  trends  generally  NW‐SE  to  Big  Tujunga  Canyon  where  it  bifurcates  into  the  SE‐trending  Vasquez Creek fault and the more easterly‐trending San Gabriel fault, proper (Fig. 2).   The Vasquez Creek fault appears to merge into the Sierra Madre frontal fault system  (Fig. 2) while the San Gabriel strand appears to be terminated in the east by the San  Antonio Canyon fault (Fig. 1).    Figure 1: Index map to the central and western Transverse Ranges, showing the principal faults and generalized geology. Abbreviations: C-SF—Clamshell-Sawpit fault; CH—Coyote Hills; RF— Raymond fault; SACF—San Antonio Canyon fault; SAR—Santa Ana River; SFF—San Fernando fault; SJF—San Jose fault; SJcF—San Jacinto fault; SMF—Santa Monica fault; VCF—Vasquez Creek fault; WCF—Walnut Creek fault. Figure from Yeats (2004). Estimation of the total right slip on the fault has evolved from 24‐40 km (Crowell, 1952)  to 40‐60 km (Ehlig et al., 1975) to, most recently, 42 km (Powell, 1993).  All of these  displacement estimates make major assumptions within the contacts being measured,  and all rely on summing displacement across multiple faults that  may have played a  Saint, P, M. Herzberg, and B. Zaprianoff (eds), 2010, Geology and Hydrology in the San Gabriel Mountains; South Coast Geological Society Field Trip Guidebook, n. 36, p. 157-168.
  • 2. role in the San Gabriel fault.  Powell (1993) completed a comprehensive review of the  displacement history of the San Gabriel fault, and concluded that: a) there is agreement  that the fault has 22 km of displacement on the segment east of the Vasquez Creek fault;  b)  displacement  on  the  northwest  segment  of  the  San  Gabriel  fault  is  substantially  greater  than  on  the  eastern  segment;  c)  no  studies  show  large  displacements  (5  km  maximum) on the Vasquez Creek fault; and d) no good explanation exists to explain the  20+ km difference in displacement between the two segments.  It is clear that younger  structural or geomorphic features are displaced less than older features, and that the  rate of slip along the fault must have decreased by the Pliocene.    Figure 2: Simplified geologic map showing the area in Big Tujunga Canyon where the San Gabriel fault bends to the east, and the Vasquez Creek fault bifurcates from the San Gabriel fault (circle) to connect to the Sierra Madre fault at the range front. C-S—Clamshell-Sawpit fault; SG—San Gabriel fault; SM—Sierra Madre fault; VC—Vasquez Creek fault. Figure modified from Beyer et al. (2009). Powell (1993) proposes three explanations to accommodate this missing 20‐22 km of  displacement on the eastern segment: a) late Miocene left‐oblique extension in the LA  and/or Ventura basins; b) the missing slip was accommodated along an unknown and  now  buried  fault  between  the  Santa  Monica  and  Verdugo  mountains;  c)  the  missing  right‐slip  is  accommodated  on  coeval  left‐slip  faults  in  the  western  San  Gabriel  Mountains and Soledad Basin.  All three of these explanations have evidence in support,  and all three have difficulties.   
  • 3. Palinspastic reconstruction of southern California is also evolving with respect to the  San Gabriel fault.  Once commonly assumed to be a proto‐San Andreas fault, this model  is  called  into  question  by  large  (100‐110  km)  displacements  on  the  Clemmens  Well‐ Fenner‐San  Francisquito  fault  up  until  about  11‐13  Ma  (Powell,  1993).    After  abandonment of that fault system, the San Gabriel fault developed as the active strand  of the San Andreas fault system, but some of the plate margin strain continued to step  westward  to  the  continental  margin  (Powell,  1993).    From  about  5‐4  Ma,  the  San  Gabriel fault was largely bypassed by development of the modern San Andreas fault,  and became relatively inactive, with only 1‐2 km of displacement post 4 Ma (Powell,  1993).  Weber (1982) maps 1.2 km of displacement within the base of the 5.0‐3.5 Ma  Hungry  Valley  Formation  at  the  northwestern  terminus  of  the  fault,  but  the  displacements apparently die out within the upper part of the unit.  Based on Powell’s analysis (Powell, 1993), the long‐term average slip rate for the San  Gabriel  fault,  assuming  42  km  of  displacement  between  13  and  5  Ma,  is  5.3  mm/yr.   Using other displacements and shorter intervals he calculated the range at 4.3 mm/yr  (13‐10 Ma), 5.5 mm/yr (10‐6 Ma), and 4 mm/yr (6‐4 Ma).  Using different relationships,  Yeats proposed a 6.6‐9.2 mm/yr rate determined from offset Mio‐Pliocene units, and a  2.5‐3.0  mm/yr  rate  from  offsets  on  the  Pleistocene  Saugus  Formation  (Yeats  et  al.,  1994).  In no case could the full plate margin rate be assigned to the San Gabriel fault,  and  they  are  significantly  less  than  the  12  mm/yr  required  by  the  60  km  offsets  between 10‐5 Ma of Ehlig et al. (1975).   Evidence for Holocene Activity  In  general,  the  San  Gabriel  fault  is  assumed  to  be  largely  inactive  in  the  Quaternary,  other than a small segment to the northwest in the Santa Clarita – Newhall area.  This  portion of the fault was confirmed to have multiple Holocene displacements when the  fault was exposed in trenching excavations conducted initially as geotechnical studies,  then enhanced under two NEHRP grants (Cotton et al., 1988).  Their work was the first  to document Holocene displacements on the San Gabriel fault, constraining the most  recent event (MRE) to between 1550 ybp and 3500 ybp.  Examination of their trench  log (Figure 3) permits a second event after 3590 ybp, but well before 1550 ybp.  Based  on the offset of a buried ridge and channel pair (Figure 3), they (Cotton et al., 1988) also  determined a Holocene slip rate of about 0.6 mm/yr.  This rate that is less than 10% of  the geologic rates, strongly suggesting a dramatic reduction in the San Gabriel fault slip  rate after the development of the current San Andreas fault.  The active segment of the  fault  through  Santa  Clarita  is  presumed  to  die  out  both  northwest  and  southeast.   Crowell (2003) presents the San Gabriel fault dying out in the early depositional history  of the Hungry Valley Formation in the northern Ridge Basin, and Weber (1982) ended  his  mapping  at  the  Big  Tujunga  River.    Yeats  and  Stitt  (2003)  proposed  that  the  Holocene activity on the San Gabriel fault within Santa Clarita may be accommodating  the folding of the Ventura Basin to the west, or accepting strain from the Holzer fault,  though both interpretations have weaknesses.  Additional geotechnical investigations  (summarized by Yeats and Stitt, 2003) have confirmed Cotton’s findings, but have not  added quantitatively to the San Gabriel fault’s seismic hazard understanding.   
  • 4.   Figure 3: Set of figures from Cotton et al. (1988) showing their paleoseismic investigation of the San Gabriel fault in the Castaic - Santa Clarita area [Above]. [Left] A 9 ka buried ridge and channel pair were right-laterally displaced 21 meters across the fault. [Below left] Graphic log of their north-facing trench wall shows the most recent event constrained between 3500 and 1550 ybp, but it is permissible to interpret the log as showing a second, penultimate event having occurred also between this same time interval. This event is constrained by the right-most fault splay’s termination by subsequently faulted units. Mismatch of stratigraphy across the faults demonstrates that lateral slip is dominant.
  • 5. No studies of the eastern segment have shown similar evidence for Holocene activity,  although no actual trenching studies are known.  For this paper, I did an aerial flyover  of  the  fault  using  Google  Earth  imagery,  and  was  struck  by  the  strong  geomorphic  expression  of  youthful  faulting  seen  on  those  images  east  of  the  Cogswell  Reservoir  (Figures 4‐7).  The imagery shows the lineament trending almost due east for 17 km to  the San Gabriel River where it begins to curl more northerly, following the bend in the  river.  Farther east of the river, it is still possible to infer the presence of a major fault  zone,  but  the  freshness  of  the  lineament  is  not  visible.    To  the  west  of  Cogswell  Reservoir, the lineament is clearly visible for at least another 25 km, almost to the Big  Tujunga River.  It is not as fresh as the 17 km segment east of Cogswell, but it is more  visible than exists east of the San Gabriel River and is directly on trend, implying that  there is no structural complexity separating them.    The sense of slip appears to be right‐lateral based on the larger stream deflections, but  with a south‐side up component resulting in upslope facing scarps.  It is possible that  the lineament could simply be a fault‐line scarp created by differential rock hardness  and resistance to erosion.  However, on the geologic map portion of Figure 8 there is a  part  of  the  fault  that  is  separating  the  same  geologic  unit  (Trlh,  shown  in  red)  immediately east of the eastern end of the Cogswell Reservoir.  This is the same area  shown  on  Figure  5  (P‐1b)  and  Figure  6  (P‐2)  where  the  lineament  is  the  sharpest.   Furthermore, the lineament cuts across both geology and topography with about equal  visibility,  which  implies  to  me  that  it  is  a  youthful  tectonic  feature.    No  field  reconnaissance has yet been performed, but that is the obvious next step.    Assuming that this lineament does reflect a late Holocene surface rupture of at least this  portion of the San Gabriel fault, the question is what may be driving this reactivation (or  continued  activation)  of  the  fault.    One  possibility  is  that  this  small  fault  segment  is  accommodating displacements from the active Clamshell‐Sawpit fault (Figure 4).  This  model has potential because it can explain the termination of the lineament where the  Clamshell‐Sawpit  fault  intersects  the  San  Gabriel.    It  also  makes  an  interesting  segmentation  model  for  the  eastern  San  Gabriel  whereby  the  fault’s  activity  is  controlled from, and segmented by, the Clamshell‐Sawpit, San Dimas Canyon, and San  Antonio  Canyon  faults  (Figure  4).    These  northeast‐trending  faults  appear  to  be  accommodating  some  of  the  clockwise  block  rotations  of  the  southern  San  Gabriel  Mountains (Luyendyk, 1991) and the San Gabriel fault would be serving to constrain  the northerly margins of these blocks.  In this case, the fault rupture would presumably  be limited to the 15‐20 km long block margin formed between the cross‐cutting faults.    Alternatively,  the  eastern  San  Gabriel  fault  may  be  serving  to  partition  slip  from  the  Sierra Madre frontal fault because of a small obliquity to the LA Basin and Transverse  Ranges  convergence.    In  this  case  the  cross‐fault  segmentation  is  more  of  a  shallow  hanging wall structure, and multi‐segment ruptures could more easily cascade across  them along the deeper San Gabriel fault. 
  • 6.   Figure 4: Index Map for P-1 to P-6 Google Earth Images
  • 7.  
  • 8.     Figure 5 (previous page): P-1a an oblique view, looking east, along the trace of the San Gabriel fault from above the Cogswell Reservoir. The fault is moderately well defined at this distance by a series of upslope-facing scarps along all of the ridges. P-1b is a close-up of the fault immediately east of the reservoir where a sharp lineament is clearly defined across the landscape. Figure 6 (above): Vertical image of the fault east of Cogswell Reservoir. The striking lineation that is affecting all of the ridges and drainages strongly suggests that a late-Holocene displacement has occurred on this portion of the San Gabriel fault. Cogswell Reservoi r P!"
  • 9.  
  • 10. Figure 7 (previous page): P-3 to P-6 are a series of images along the fault showing the continuity of the youthful looking lineament trending east of the Cogswell Reservoir for 17 km to at least the San Gabriel River.     Figure 8: The top image is a montage made from P-2 through P-6, extending from Cogswell Reservoir on the west to the San Gabriel River on the east. The lower image is a section of the geologic map (Morton and Miller, 2003) for the same approximate area as the Google Earth imagery. The two map sections are approximately the same scale, though no actual scale is intended. The purpose of this figure is to contrast the linear nature of the inferred fault across the landscape with the complexly stepped nature of the fault as shown on the geologic map. There would appear to be at least three alternatives: 1) the landscape lineament is not the San Gabriel fault; 2) the geologic map is incorrect; or 3) the lineament reflects a late Holocene fault rupture that has cut across some of the older structural complexities. Summary  The San Gabriel fault has had a long and complex role in the tectonic development of  southern California.  The fault began about 13‐11 Ma as a major portion of the proto‐ San Andreas fault system, and at about 5 mm/yr, it accommodated 42 km of right slip  before  the  modern  San  Andreas  formed  and  the  San  Gabriel  was  essentially  cut  off.   Although  still  active  at  a  reduced  rate  through  the  Pliocene,  the  San  Gabriel  was  assumed to be inactive until the 1980’s when geotechnical trenching in the Santa Clarita  area showed displaced late Holocene deposits.  No similar trenching studies are known  from the eastern half of the San Gabriel fault, and it is still considered as an inactive  fault.    However,  the  presence  of  a  youthful‐appearing  lineament  on  Google  Earth  imagery, trending 17 km east from the Cogswell Reservoir, appears to indicate that this  portion  of  the  San  Gabriel  fault  has  also  had  a  late  Holocene  surface  rupture.    The  reactivation of the eastern San Gabriel may be the result of strain partitioning from the  Sierra Madre fault due to a slight oblique convergence.  However, a preferred model is 
  • 11. proposed that segments the eastern San Gabriel along a series of  northeast trending  hanging wall faults, and in which the San Gabriel accommodates the clockwise block  rotations imposed by these faults.  References  Beyer, L.A., McCulloh, T.H., Denison, R.E., Morin, R.W., Enrico, R.J., Barron, J.A., and Fleck, R.J., 2009, Post‐ Miocene  right  separation  on  the  San  Gabriel  and  Vasquez  Creek  faults,  with  supporting  chronostratigraphy,  western  Can  Gabriel  Mountains,  California;  US  Geological  Survey  Professional  Paper 1759, 44 p.  Cotton, W.R., Fowler, W.L., and Hay, E.A., 1988, Late Pleistocene and Holocene paleoseismicity of the San  Gabriel  fault;  William  Cotton  and  Associates,  Final  Technical  Report  to  the  US  Geological  Survey,  Contract No. 14‐08‐0001‐G1196, 21 p.  Crowell, 1952, Probable large lateral displacement on San Gabriel fault, southern California; American  Association of Petroleum Geologists Bulletin, v. 36, p. 2026‐2035.  Crowell, J.C., 2003, Tectonics of Ridge Basin region, southern California, in Crowell, J.C., ed., Evolution of  Ridge Basin, southern California: An interplay of sedimentation and tectonics: Geological Society of  America Special Paper 367, p. 157–203.  Ehlig, P.L., Ehlert, K.W., and Crowe, B.M., 1975, Offset of the upper Miocene Caliente and Mint Canyon  formations along the San Gabriel and San Andreas faults; in Crowell, J.C., ed., San Andreas fault in  southern California; California Division of Mines and Geology Special Report 118, p. 83‐92.  Luyendyk, B.P., 1991, A model for Neogene crustal rotations, transtension, and transpression in southern  California; Geological Society of America Bulletin, v. 103, p. 1528‐1536.  Morton, D.M. and Miller, F.K., 2003, Preliminary geologic map of the San Bernardino 30’ x 60’ quadrangle,  California,  Sheet  4  of  5,  Faults;  US  Geological  Survey  OFR  03‐293,  digital  v.  1.0,  http://pubs.usgs.gov/of/2003/of03‐293/  Powell,  R.E.,  1993,  Balanced  palinspastic  reconstruction  of  pre‐late  Cenozoic  paleogeology,  southern  California: Geologic and kinematic constraints on evolution of the San Andres fault system; in Powell,  R.E., Weldon R.J., II, and Matti, J.C., eds., The San Andreas Fault System: Displacement, Palinspastic  Reconstruction, and Geologic Evolution; Geological Society of America Memoir 178, p. 1‐106.  Weber,  F.H.,  Jr.,  1982,  Geology  and  geomorphology  along  the  San  Gabriel  fault  zone,  Los  Angeles  and  Ventura counties, California; California Division of Mines and Geology Open File Report 82‐2LA.  Yeats, R.S., 2004, Tectonics of the San Gabriel Basin and surroundings, southern  California; Geological  Society of America Bulletin, v. 116, p. 1158‐1182.  Yeats,  R.S.,  and  Stitt,  L.T.,  2003,  Ridge  Basin  and  San  Gabriel  fault  in  the  Castaic  Lowland,  southern  California,  in  Crowell,  J.C.,  ed.,  Evolution  of  Ridge  Basin,  southern  California:  An  interplay  of  sedimentation and tectonics: Geological Society of America Special Paper 367, p. 137–156.  Yeats, R.S., Huftile, G.J., and Stitt, L.T., 1994, Late Cenozoic tectonics of the east Ventura Basin, Transverse  Ranges, California: American Association of Petroleum Geologists Bulletin, v. 78, p. 1040–1074.