GEOLOGICA CARPATHICA, 49, 2, BRATISLAVA, APRIL 1998

85–98

DYNAMICS AND KINEMATICS OF THE CIROCHA, TRANGOŠKA

AND ZÁZRIVÁ STRIKE-SLIP FAULTS, WESTERN CARPATHIANS

MICHAL 

ΝΕΜ

È

ΟΚ

 and JÁN NEMÈOK

†

Slovak Geological Survey, Mlynská dolina 1, 817 04 Bratislava, Slovak Republic

(Manuscript received January 9, 1997; accepted in revised form December 11, 1997)

Abstract: The Cirocha, Trangoška and Zázrivá fault zones have dominant structures developed during the transtensional

strike-slip stage of their movement histories. It is indicated by the negative flower structure on the cross-cutting reflec-

tion seismic profile and the calculated paleostress pattern from one of the three stress patterns in the case of the Zázrivá

fault zone. Rotated paleocurrent sets in undefined blocks indicate the existence of flats somewhere in depht accommo-

dating the separate block movements in the dextral strike-slip system. The most prominent structures of the Trangoška

fault zone, large shear planes with striation having a significant divergent dip-slip component, were also developed during

the transtensional strike-slip reactivation. It is indicated by the slickenside lineations. This sinistral reactivation did not

develope shallow flats, as shown by the lack of rotations. The Cirocha fault zone acted as a dextral transtensional strike-

slip during its activity. This is indicated by the calculated paleostress pattern which did not undergo significant changes.

Presence of the flat at about 2.5–3 km depth is constrained by the reconstruction of the 3 km wide and 10 km long Ve¾ká

Po¾ana flake. This flake dextrally rotated about 90

o

, as indicated by the rotation of Cretaceous, Eocene and Oligocene

paleocurrent patterns and paleostress patterns. This rotation was not accommodated by the formation of new faults in-

side the flake. These observations are compared with the shear stress/reactivation modelling. The presence of the very

low friction flake boundaries would explain the fact that no new faults were formed until the flake rotated about 90

o

. The

flat underneath the flake was developed along the flat of the pre-existing thrust fault.

Key words: Western Carpathians, strike-slip faults, fault dynamics.

Methods

All chosen parts of the strike-slip fault zones described be-

low (Fig. 2), except the area in Fig. 2c, have been mapped in

detail.  Cave  systems  formed  along  various  shear  planes  of

the Trangoška fault zone and a strike-parallel reflection seis-

mic profile (Kadleèík et al. 1988) through the Zázrivá fault

zone allowed direct 3D study. The 3rd dimension in the Ciro-

cha  fault  zone  study  is  constructed  from  surface  data.  All

available features including folds, faults, extensional veins,

Introduction

Three-dimensional strain compatibility in upper crustal lev-

els  requires  steep  strike-slip  faults  to  be  associated  with

shallow-dipping  faults  (Fig.  1),  allowing  various  levels  in

the system to move separately (Dewey 1982; Woodcock &

Fischer  1986).  Such  “flats”,  together  with  various  steeply

dipping faults in a strike-slip zone, can create fault-bounded

blocks,  which,  under  certain  circumstances,  could  undergo

uplift, subsidence and rotation. Such uplift, subsidence and

rotation have been demonstrated by high resolution seismic

data (Ben Avraham et al. 1979; Ben Avraham 1985), sedi-

mentological  data  (Segall  &  Pollard  1980;  Ballance  &

Reading  1980;  Biddle  &  Christie-Blick  1985),  earthquake

data  (Nabelek  et  al.  1987),  analogue  material  modelling

(Emmons 1969; Bartlett et al. 1981; Naylor et al. 1986), pa-

leomagnetic  studies  (e.g.  Luyendyk  et  al.  1980,  1985;  Bo-

gen  &  Seeber  1986;  Kamerling  &  Luyendyk  1979,  1985;

Terres  &  Luyendyk  1985;  Hornafius  et  al.  1986)  and  de-

scribed  by  various  models  (e.g.  Freund  1971,  1974;  Gar-

funkel 1974; Greenhause & Cox 1979; Lamb 1987, 1988).

Our paper aims to study the 3D strain compatibility mani-

festation  along  the  strike-slip  fault  zones,  related  vertical

movements and rotation, the internal deformation of rotated

blocks, the origin of flats and controlling stress pattern.

We  evaluate  the  Cirocha  strike-slip  fault  zone  involving

block rotation, localized in the Flysch Belt of the eastern part of

the Western Carpathians. The two other strike-slip fault zones,

the Zázrivá and Trangoška zone, are evaluated for comparison.

Fig. 1. Dextral strike-slip fault with a flat fault accommodating its

3D  deformation  at  Trwyn-y-Witch  in  the  Bristol  Channel  region,

UK. The ”flat“ is contoured in white, with reverse fault movement,

dextral strike-slip is contoured in black.

86                                                                                     NEMÈOK and NEMÈOK

bedding  planes  and  sediment  paleotransport  vectors  have

been measured where possible.

Folds  and  extensional  veins  provided  a  rough  estimate  of

the stress configuration which caused their origin. Fault pop-

ulations  outside  and  inside  strike-slip  zones  have  been  used

as input for the inversion stress routines. The methods used

include  the  Carey  &  Brunier  (1974)  routine,  Reches  (1987)

based method of Hardcastle (1989) and BRUTE3 software of

Hardcastle  &  Hills  (1991),  providing  the  orientations  of  all

three principal stresses and their ratio defined in related pa-

pers. Readers interested in details of these inversion methods

are  referred  to  Carey  &  Brunier  (1974),  Hardcastle  (1989)

and Hardcastle & Hills (1991).

In  order  to  understand  what  happened  inside  the  rotated

block  in  the  strike-slip  zone,  a  field  analysis  was  combined

with  fault  reactivation  calculations.  Reactivation  under  ap-

plied stress configuration was simulated, in order to test what

amount  of  rotation  of  the  fault  pattern  inside  the  rotating

block would result in new slip vectors the overprinting origi-

nal ones. A set of faults measured along part of the Cirocha

strike-slip fault zone was chosen arbitrarily as the test00 file.

The stress configuration which controlled their displacement

was computed by BRUTE3 (Hardcastle & Hills 1991). Then

the same fault population was rotated about a vertical axis in

30

o

 increments. The same stress configuration was applied to

these  artificially  made  fault  populations  (test30,  test60,

test90) to calculate related shear stress vectors and compare

them  with  measured  ones  using  available  approaches  (e.g.

Guiraud et al. 1989; Hardcastle & Hills 1991; Simon-Gomez

1986).

This  procedure  resulted  in  a  set  of  slip  vectors  calculated

for each of the three artificial populations formed by rotation

of the original ones. All three new sets of slip vectors were

matched against rotated original ones. Tests were done to find

out,  whether  such  a  rotation  of  the  original  faults  and  their

subsequent  reactivation  by  the  same  regional  stress  field

would be identifiable either in the field or by paleostress in-

version for polyphase fault/striae data sets.

Data

The Cirocha strike-slip fault zone

The  sediments  affected  by  the  Cirocha  strike-slip  fault

zone, studied in detail, belong to the Dukla Unit (Koráb &

Ïurkoviè 1978) of the Flysch Belt (Fig. 2a,d, 3). The Dukla

Unit in the surroundings of the Ve¾ká Po¾ana flake (Fig. 3),

consists of a turbiditic sequence of sandstone and clay shale

of Cretaceous to Early Oligocene age (Nemèok 1970, 1978;

Fig. 2).  This  sequence,  being  part  of  the  Outer  Carpathian

accretionary wedge, was deformed by folding and thrusting

(Fig. 4a–d) with no evidence for ductile deformation in the

outcrops.  The  strike-slip  faulting,  contemporaneous  with,

and post-dating the thrust shortening, also has a brittle char-

acter at outcrops. The Paleogene-Sarmatian age of faulting

(Nemèok 1993), our estimates of the amount of shortening

and far-field evaluations of erosion (Francù & Müller 1983)

suggest that the mapped faults formed at depths of 2–5 km

and host rock temperatures of 60–150 

o

C.

The Ve¾ká Po¾ana flake is 3 km wide and 10 km long. It

has been mapped in detail by Nemèok (1970; Fig. 3). The

Cirocha strike-slip fault zone extends at least 25 km to the

NE (Mahe¾ et al. 1973) and 45 km to the SW (Mahe¾ et al.

1984) of the flake. The fault zone contains Y shears trend-

ing  044–048

o

  in  the  Ve¾ká  Po¾ana  area.  The  dextral  dis-

placement of about 5–6 km has been described by Nemèok

(1970) and Koráb (1983). The strike-slip fault cuts through

the thrust and fold structures in a direction roughly perpen-

dicular  to  the  fold  axes  and  thrust  fault  strikes.  Adjacent

blocks show slightly different structures. The western block

has  fold  axial  surfaces  and  thrusts  dipping  SW  to  vertical,

while  the  eastern  block  has  NE  dipping  axial  surfaces  and

thrust planes (Fig. 5). Based on the slickensides formed on

the bedding planes, both sets of folds are formed by bending

with flexural slip. The flake itself has an irregular shape and

no  distinct  offsets  made  by  internal  cross  faults  have  been

observed. Uniform paleocurrent patterns measured in three

various  formations  inside  the  flake  also  rule  out  internal

cross faults. A cross section through the north-eastern half

of the Ve¾ká Po¾ana flake gives a roughly estimated thick-

ness for the rotated flake of about 2.5–3 km.

Collected mesoscale shear plane populations from several

dozen localities can be divided into two sets. One set is re-

lated to the thrust plane pattern, which formed prior to, and

contemporaneously  with  the  strike-slip  faulting  along  the

Cirocha strike-slip fault zone. On the basis of the inversion

stress  computations  from  the  thrust  plane  pattern  made  by

methods of Carey & Brunier (1974), Hardcastle (1989) and

Hardcastle & Hills (1991), the shortening had a NE–SW di-

rection during the Paleogene to Sarmatian (Nemèok 1993).

No significant stress rotations have been detected from the

thrust pattern localized around the Cirocha strike-slip fault

zone.  The  basic  characteristics  of  the  thrust  plane  pattern

from the Ve¾ká Po¾ana area are shown on Figs. 4a–d.

The  basic  characteristics  of  the  strike-slip  plane  pattern

along  the  Slovak  part  of  the  Cirocha  strike-slip  fault  zone

(Fig.  2d)  are  shown  on  Fig.  6b–e.  The  stress  tensors  com-

puted from the rocks of various ages deformed by the Ciro-

cha strike-slip fault zone are shown in Table 1. In addition

to  the  shear  plane  populations  connected  with  strike-slip

faulting,  measurements  of  the  calcite  tension  veins  have

been collected (Fig. 7).

A more complicated situation was observed in the rotated

Ve¾ká  Po¾ana  flake.  The  stress  tensors  computed  from  the

shear planes present at locations 2 and 5 comprise two gen-

erations. An earlier 

σ

1

, oriented NW–SE, is perpendicular to

the regional NE–SW oriented 

σ

1

. The NE–SW oriented 

σ

1

Fig.  2.  a  —  Major  regional  geological  elements  of  the  Western

Carpathians.  White  —  European  Platform;  rectangles:  Zázrivá

strike-slip  fault  zone,  Trangoška  strike-slip  fault  zone,  Cirocha

strike-slip  fault  zone. b  —  Trangoška  strike-slip  fault  zone.  c  —

Zázrivá strike-slip fault zone. d — Cirocha strike-slip fault zone.

e — Zázrivá strike-slip fault zone — northern continuation.

→

DYNAMICS AND KINEMATICS OF THE STRIKE-SLIP FAULTS                                                   87

88                                                                                     NEMÈOK and NEMÈOK

is present inside the flake as the younger event, re-

corded  by  cross-cutting  slickenside  striations  (Ta-

ble 1).  A  similar  sequence  is  indicated  by  the  ten-

sion veins measured by Nemèok & Nemèok (1990).

Independent evidence for block rotation has been

determined  by  comparing  paleocurrent  directions

from the Cretaceous, Eocene and Oligocene turbid-

itic  sediments  within  the  Ve¾ká  Po¾ana  flake  with

those outside (Fig. 3). Paleocurrent directions have

been  determined  by  using  a  variety  of  turbiditic

sole structures. Outside the flake the results show a

regionally  homogeneous  direction,  characteristic

for each of the three mapped formations. The pale-

ocurrents of each of these formations within the ro-

tated block are also locally homogeneous, but dex-

trally rotated 90

o

 (Fig. 3).

Fig. 3. Map of the Ve¾ká Po¾ana surroundings, localized in Fig. 2. horizontal hachure — Cretaceous sediments; white — Eocene sedi-

ments; diagonal hachure — Oligocene sediments; straight lines — profile locations; thick lines — faults without kinematic description;

thick lines with triangles — thrusts; arrows — paleocurrents; short lines crossed 3 times by shorter ones — paleocurrents without sense of

transport; numbers in circles — localities; short lines with perpendicular shorter ones plus number — strike and dip of bedding planes,

the normal stratigraphy of which is indicated by a little bend on the strike indicator towards the dip indicator, opposite bending indicates

overturned stratigraphy.

Site

Age

Rock

type

Stress

sigma 1

Tensor

sigma 2

sigma 3

Stress

ratio

Method

CZ-02 O

fl

302/27

205/14

090/59

-0.087

CB

CZ-05 Cr

fl

155/56

023/30

055/07

257/45

321/33

123/30

-4.478

  0.100

CB
HB

CZ-06 Cr

fl

237/23

061/67

328/01

-2.768

CB

CZ-07 O

fl

196/24

020/10

295/20

148/74

060/58

288/12

-0.829

-0.750

CB
HH

CZ-8 Eo

fl

060/50

060/50

240/40

263/38

330/00

164/11

  0.100

  0.250

HH
HH

CZ-11 Ec

fl

008/73

165/15

256/06

  0.147

Hard

CZ-12 Eo

fl

226/40

006/24

240/50

247/30

247/30

356/37

243/50

044/39

100/56

043/58

109/28

111/29

140/08

347/15

151/11

-3.468

 -0.733

  0.150

  0.100

  0.100

CB
CB
HB
HB
HB

CZ-13 Ti-Ne

li

000/30

096/10

202/58

  0.100

HH

CZ-15 LBa

tu

023/30

020/10

203/60

200/80

113/00

110/00

  0.700

  0.700

HH
HH

CZ-16 LBa

tu

094/71

284/19

193/03

  0.103

Hard

CZ-17 LBa

tu

002/03

270/33

096/56

  0.138

Hard

CZ-18 USa

an

010/25

130/47

263/33

  0.621

Hard

CZ-22 MSa

an

080/10

322/70

173/17

  0.250

HH

CZ-24 M-UTr

do

203/30

220/10

055/56

116/53

302/15

317/35

  0.850

  0.700

HH
HH

CZ-25 Ne-AL

li

004/17

102/23

241/61

 0.193

Hard

CZ-26 UTr

do

023/30

225/30

220/10

235/56

355/48

348/74

122/15

199/26

128/12

 0.200

 0.150

 0.250

HH
HH
HH

CZ-27 M-UEo

con

010/67

079/42

221/20

291/44

127/11

184/17

 0.223

 0.904

Hard

Hard

CZ-28 UBa

an

045/30

060/10

240/10

225/60

188/74

122/70

315/00

328/12

333/17

 0.600

 0.450

 0.200

HH
HH
HH

CZ-29 M-UTr

do

154/70

255/04

346/20

 0.100

HH

Table  1:  List  of  stress  tensors  computed  from  the  fault

populations  along  the  Cirocha  strike-slip  fault  zone.  M-

UTr indicate Middle to Upper Triassic, UTr — Upper Tri-

assic, Ti-Ne — Tithonian to Neocomian, Ne-Al — Neoco-

mian to Albian, Cr — Cretaceous, Eo — Eocene, M-UEo

— Middle to Upper Eocene, O — Oligocene, LBa — Low-

er Badenian, UBa — Upper Badenian, MSa — Middle Sar-

matian,  USa  —  Upper  Sarmatian.  Abreviation  fl  means

flysch rocks, con — conglomerate, li — limestone, do —

dolomite, tu — tuff and an — andesite. Hardcastle & Hills

(1991)  and  Carey  &  Brunier  (1974)  stress  inversion  rou-

tines have been used. Stress axes are indicated by azimuth

and dip.

←

Table 1

DYNAMICS AND KINEMATICS OF THE STRIKE-SLIP FAULTS                                                   89

The Zázrivá strike-slip fault zone

The Zázrivá strike-slip fault zone (Fig. 2a,c,e) was first de-

scribed  by  Andrusov  (1925),  who  called  it  the  Zázrivá  sig-

moidal structure which he interpreted as the dextral offset of

the Pieniny Klippen Belt in the northern part of the Western

Carpathians (Fig. 2c). The Flysch Belt to the north of the Pi-

eniny Klippen Belt in this area is deformed by SW-NE strik-

ing  thrusts  and  folds.  Most  of  the  NW-SE  shortening  in

this zone was accommodated by platform-vergent thrusting;

back thrusting was only subordinate (Roth et al. 1963). The

Zázrivá strike-slip fault zone was probably initiated as a lat-

eral ramp during variable transport associated with thrusting

of sediments of both the Flysch and Pieniny Klippen Belt.

The horizontal component of the displacement along the

Zázrivá strike-slip fault zone is about 10 km (Haško & Pot-

faj 1976). The dextral displacement is indicated by the off-

set  of  the  Pieniny  Klippen  Belt  (Fig.  2c),  and  also  by  the

dextral rotation of the paleocurrent system in the flysch sed-

iments of the Flysch Belt (Haško & Potfaj 1976). The dex-

tral displacement during the earlier stages of the activity of

this fault is also indicated by structural data (e.g. Kováè &

Hók 1993; Nemèok 1994). Rotations indicated by paleocur-

rents determined by Haško & Potfaj (1976) vary from place

Fig. 4. Thrust planes in surrounding of the Ve¾ká Po¾ana flake. a) Contoured diagram of the fault plane poles. Kamb contour method, counting

area — 0.158, expected No. —  7.58 point per area, sigma — 2.53, contour interval — 3 sigma, vertical hachure — 1–3, horizontal hachure —

4–6, cross-cutting hachure — 7–9, thick cross-cutting hachure — 10–12, number of points — 48. b) Contoured diagram of the striation vectors.

Kamb contour method, counting area — 0.158, expected No. —   7.58 point per area, sigma — 2.53, contour interval — 3 sigma, vertical ha-

chure — 1–3, horizontal hachure — 4–6, cross-cutting hachure — 7–9, thick cross-cutting hachure — 10–12, number of points — 48. c) Rose

diagrams: a) fault plane strikes, b) azimuths of striations, c) fault plane dips, d) striation plunges, number of thrusts — 48. d) Fault plane dip ver-

sus striation plunge diagram.  Vertical axis — striation plunge, horizontal axis — fault plane dip, number of thrusts — 48.

90                                                                                     NEMÈOK and NEMÈOK

to place and poor outcrops do not allow the definition of the

rotated blocks and their boundary faults.

The  north  continuation  of  the  Zázrivá  strike-slip  fault

zone can be studied in the reflection seismic profile 315/85

(Fig. 2e) made and interpreted by Kadleèík et al. (1988). It

indicates a negative flower structure suggesting a transten-

sional strike-slip regime (Fig. 8). Flat lying reflectors indi-

cate  strike  sections  through  bedding  planes  and  thrust

planes. Some of the shears forming elements of the flower

structure in the profile have been studied at outcrop, where

most of the related mesoscale faults indicate a strike-slip to

oblique-slip  movement  (see  Nemèok  1994).  Outcrop-scale

data  similar  to  those  of  the  Cirocha  fault  zone  have  been

collected  at  119  locations  (Fig. 2e;  Nemèok  1994)  from

more than 600 visited ones. Most of the fold axes are SW–

NE oriented, with shallow to moderate plunge, and are relat-

ed to thrusting. Smaller fold sets in the area have W-E and

NW-SE striking axes. In addition, there is a significant num-

ber of vertical fold axes connected with the strike-slip fault-

ing. Mesoscale fault populations have been used to compute

stress tensors (Nemèok 1994). Extension veins have provided

an  additional  rough  check  of  these  computations.  Finally,

stress  trajectory  maps  have  been  constructed  for  the  area

(Figs. 9, 10; Nemèok 1994). One of maps was made assum-

ing that the 

σ

1

 trajectories were perpendicular to the fold axes

related  to  the  fault  bend  folding  (Fig.  9).  The  other  map

shows the 

σ

1

 trajectories computed from the shear plane pop-

ulations.  Both  maps  (Figs. 9,  10)  demonstrate  that  this  area

was  affected  by  three  successive  tectonic  events.  Measured

paleocurrents corrected by tilt correction do not provide the

regionally homogeneous pattern characteristic for certain for-

mations. The most variable pattern is present in the Bystrica

Formation  of  the  Bystrica  Unit  (localized  in  Fig. 2e),  com-

prising  north-,  northeast-  and  southwest-vergent  paleocur-

rents.  It  indicates  a  rather  complex  fan  system  in  time  and

space.  A  high  mobility  of  the  system  is  also  indicated  by

cross-cutting relationships of flute casts on the same bedding

planes, reaching a maximum difference angle of nearly 90

o

.

This cancels the possibility of using paleocurrents as an indi-

cator of block rotations in this area.

The Trangoška strike-slip fault zone

The Trangoška strike-slip fault zone (Kubíny 1956) strikes

WSW-ENE, and deforms the Mesozoic rocks of the Central

Western Carpathians in middle Slovakia (Fig. 2a,b). Our sur-

face studies at 60 localities indicate that this fault has under-

gone polyphase reactivation. The last event, which caused a

sinistral strike-slip displacement, created the present distinct

features.  It  completely  overprinted  the  previous  kinematic

record at some outcrops. The 3D structure of the strike-slip

zone  was  studied  thanks  to  70  localities  on  4  levels  in  the

Trangoška cave system. Only 16 of them, allowed a measure-

ment of large fault planes. Fault dip and striation plunge dia-

grams indicate the distinct dip-slip component of the overall

movement (Fig. 11a,b), unlike the surface outcrops. The fault

and bedding plane pattern in a vertical section perpendicular

to the fault zone is shown in Fig. 11c and shows features sim-

ilar  to  the  flower  structure  of  Fig.  8.  A  study  of  the  fault

planes utilized by the cave system shows that the majority of

the faults in the deeper levels have steeper oblique-slip stria-

tions  while  those  in  the  upper  levels  have  lower  angle  ob-

lique-slip  or  even  strike-slip  striations.  A  similar  behaviour,

modelled under ideal conditions, was published by Naylor et

al. (1986), who have shown how the stress field controlling

strike-slip  faulting  rotates  as  a  function  of  depth  (Fig.  12).

This would cause  a progressively more pronounced dip-slip

component of the displacement on local fault planes.

Results of numerical tests

After a certain amount of rotation a fault pattern inside a ro-

tating  flake  should  be  reactivated  in  order  to  be  able  to  ac-

commodate  further  rotation  (Nur  et  al.  1986;  Scoti  et  al.

1991).

In  order  to  test  this  behaviour  in  the  Cirocha  fault  zone

case, one locality outside the fault zone cleaned from outli-

ers was selected as a test fault population called test00. Its

behaviour was investigated during simulated rotation in or-

der to compare computed results with observations of natu-

ral faults within the rotated Ve¾ká Po¾ana flake.

A  stress  tensor  has  been  computed  from  this  test00  file,

having 

σ

1

 = 195/15, 

σ

2

 = 295/33, 

σ

3

 = 84/53 and stress ratio

R  =  (

σ

2

  - 

σ

3

)/(

σ

1

  - 

σ

3

)  =  0.1.  This  stress  configuration  has

similar parameters to other stress states computed from local-

ities adjacent to the Cirocha strike-slip fault zone. This com-

puted  stress  tensor  was  used  to  calculate  a  vector  of  maxi-

mum shear stress acting on each of the planes of our chosen

Fig.  5.  Cross  sections  through  the  area  of  the  Ve¾ká  Po¾ana  sur-

roundings.  Horizontal  hachure  —  Cretaceous  sediments,  white  —

Eocene sediments, diagonal hachure — Oligocene sediments, thick

lines — thrusts. Localization of profiles is indicated in Fig. 3.

DYNAMICS AND KINEMATICS OF THE STRIKE-SLIP FAULTS                                                   91

Fig. 6. Strike-slip faults of the Cirocha strike-slip fault zone. a) Contoured diagram of the fault plane poles. Kamb contour method, counting

area — 0.055, expected No. — 8.51 point per area, sigma — 2.84, contour interval — 3 sigma, vertical hachure — 1–3, horizontal hachure

— 4–6, cross-cutting hachure — 7–9, thick cross-cutting hachure — 10–12, square pattern — 13–15, right-dipping diagonal hachure — 16–

18, left-dipping diagonal hachure — 19–21, number of points — 156. b) Contoured diagram of the striation vectors. Kamb contour method,

counting area — 0.055, expected No. —  8.51 point per area, sigma — 2.84, contour interval — 3 sigma, vertical hachure — 1–3, horizontal

hachure — 4–6, cross-cutting hachure — 7–9, thick cross-cutting hachure — 10–12, square pattern — 13–15, right-dipping diagonal ha-

chure — 16–18, left-dipping diagonal hachure — 19–21, number of points — 156. c) Rose diagrams: a) fault plane strikes, b) azimuths of

striation, c) fault plane dips, d) striation plunges, number of strike-slip faults — 156. d) Fault plane dip versus striation plunge diagram. Ver-

tical axis — striation plunge, horizontal axis — fault plane dip, number of faults — 156. e) Hoeppner’s (1955) projection of the faults. Num-

ber of faults — 156.

92                                                                                     NEMÈOK and NEMÈOK

Fig. 7. Calcite tension veins in the Cirocha fault area — contoured

diagram  of  plane  poles.  Kamb  contour  method,  counting  area  —

0.164, expected No. —  7.53 point per area, sigma — 2.51, contour

interval — 3 sigma, vertical hachure — 1–3, horizontal hachure —

4–6,  cross-cutting  hachure  —  7–9,  thick  cross-cutting  hachure  —

10–12, square pattern — 13–15, right-dipping diagonal hachure —

16–18, number of points — 46.

Fig.  8.  Zázrivá  strike-slip  fault  zone-flower  structure  in  the  line

drawing  of  ENE–WSV  oriented  reflection  seismic  profile  315/85

(modified  after  Kadleèík  et  al.  1988).  Thick  lines  —  interpreted

faults. SW and NE indicate related intersections of the profile with

boundary of Fig. 2e. Profile is localized in Fig. 2e.

Fig. 9. 

σ

1

 stress trajectories derived from the fold pattern along the

Zázrivá strike-slip fault zone in the area of 1:25,000 map sheet M-

34-87-C-d Oravská Lesná (area of the Fig. 2e). Thin lines — oldest

stress  field,  lines  with  dots  —  younger  stress  field,  thick  lines  —

youngest stress field.

Fig. 10. 

σ

1

 stress trajectories derived from the fault pattern along the

Zázrivá strike-slip fault zone in the area of 1:25,000 map sheet M-

34-87-C-d Oravská Lesná (area of the Fig. 2e). Thin lines — oldest

stress field, medium thick lines — younger stress field, thick lines

— youngest stress field, c — stress ratio valid for older trajectory

(old) or for younger stress trajectory (y).

gular  deviations  of  original  maximum  shear  vectors  (stria-

tions)  from  computed  maximum  shear  stress  vectors  (Ta-

ble 3). Because the measured striations were used to compute

this stress tensor by an inversion technique BRUTE3 (Hard-

castle & Hills 1991), the average angular deviation listed in

Table 3 shows in fact the accuracy of this stress inversion.

Then we applied the same stress configuration to the fault

populations: test30, test60 and test90 to see what kind of re-

activation  slip  vector  pattern  is  obtained  in  the  case  when

grid (Tables 2, 3). The vector orientation of maximum shear

stress  was  indicated  by  its  pitch  value  (Table  2)  showing

that the kinematics of each fault is a function of its orienta-

tion in relation to the applied stress tensor.

Then we rotated the fault planes of the test00 file clock-

wise  in  30

o

  increments.  The  fault  positions  in  these  stages

were recorded as files: test30, test60 and test90.

The  faults  of  test00  file  were  also  tested  by  direct  stress

routine SELECT of Hardcastle & Hills (1991) to compute an-

DYNAMICS AND KINEMATICS OF THE STRIKE-SLIP FAULTS                                                   93

Fig. 11. Trangoška strike-slip fault zone.  a — Map view of 4 floors of the Trangoška cave

system with fault dip rose diagrams. 1 — 1st floor at 1640 m altitude, 3 — 3rd floor at

1570 m altitude, 4 — 4th floor at 1520 m altitude, 6 — 6th floor at 1420 m altitude. b —

Map view of 4 floors of the Trangoška cave system with striation plunge rose diagrams. c

— Flower structure interpreted from the fracture pattern in the cave system of the Tran-

goška strike-slip fault zone in a S-N oriented profile.  Thin lines — bedding, thick lines —

faults. Location of the cave is in Fig. 2b.

the stress tensor remains in the same orientation and the faults rotate. Tables 4,

5 and 6 show the angular deviations computed for the fault rotated about 30

o

,

60

o

 and 90

o

 increments. It is apparent that very large angular deviations are ob-

tained.

Similar  test  with  the  same  results  was  carried  out  using  the  Simon-Gomez

(1986) routine, which uses an opposite approach: analysing the relation of fixed

fault planes and continuously rotating stress tensor. If the regional stress config-

uration reactivated a rotating fault pattern inside a rotating flake it would be in-

dicated by a new striation cross-cutting the original one on each of the faults.

Thus  even  30

o

  rotation  of  the  Ve¾ká  Po¾ana  flake  in  the  Cirocha  fault  zone

should be recognized in the field by cross-cutting relationships of striae.

94                                                                                     NEMÈOK and NEMÈOK

Prior to the block rotation induced by strike-slip fault-

ing, a block which will be later rotated is deformed by a

pattern of mesoscale faults related to the activity of the

developing strike-slip fault zone. Thus, when tested by

stress  inversion  techniques,  a  pattern  of  mesoscale

faults from the rotated block provides the stress config-

uration  synchronous  with  that  determined  from  locali-

ties adjacent to the strike-slip fault zone, which did not

undergo a block rotation. Such a mesoscale fault pattern

rotates  together  with  a  rotated  block  controlled  by  the

regional  stress  field,  which  causes  the  displacement

along the strike-slip fault zone. Such an original mesos-

cale  fault  pattern  dextrally  rotated  about  90

o

  with  the

Ve¾ká  Po¾ana  flake.  This  is  the  reason  why  the  stress

configuration  computed  from  the  original  fault  pattern

indicates  a  stress  configuration  also  dextrally  rotated

about 90

o

 at locations 2 and 5.

When  a  consistent  regional  stress  field  controls  the

strike-slip fault zone kinematics and a randomly orient-

ed  fault  plane  pattern  rotated  inside  a  rotating  block,

each event of the internal fault reactivation should be re-

corded  by  specific  cross-cutting  striation  on  each  of

them. However, there is no evidence of the transmission

of  the  stress  to  the  rotating  Ve¾ká  Po¾ana  flake,  large

enough to reactivate internal faults, earlier than after 90

o

of dextral rotation.

Interpretation/discussion

We aim to discuss: 1) characteristic features of studied

natural cases of vertical block movements and block rota-

tion induced by strike-slip faulting, 2) the potential origin

of  flats  underneath  the  rotating  block,  3)  internal  defor-

mation of rotated blocks, 4) when new sets of Coulomb’s

faults accommodating rotation have to be created and 5)

what kind of stress pattern controlled the studied cases of

a block rotation.

In order to discuss the first question we need to divide

our  studied  strike-slip  fault  zones  into  distinct  groups;

those with and without rotated blocks.

The Trangoška strike-slip fault zone (Fig. 2b), unlike

the other two zones, does not provide any evidence for

block  rotations.  However,  the  Trangoška  strike-slip

fault  zone  had  a  lot  of  features  similar  to  the  other

zones.

Table 2: Stress tensor  (sigma 1 = 195/15, sigma 2 = 295/33, sigma 3 =

84/53, stress ratio 

(σ

1

–

σ

2 

/

σ

2

–

σ

3

) = 0.1). Pitch of maximum shear stress

vector reactivated on a grid of planes. –90 indicate pure reverse fault-

ing, 0 — pure sinistral strike-slip faulting, 90 — pure normal faulting

and 180 — pure dextral strike-slip faulting.

Dip

Strike

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

000

154 -022 -018 -012 -006  179

171

165

158  153

015

169 -009 -006 -003  178  171

162

148

122  076

030

176  177  179 -003 -018 -130 -162 -169 -173 -175

045

161  165 -001 -078 -129 -142 -150 -156 -162 -168

060

146  155 -033 -111 -124 -131 -138 -145 -153 -162

075

131  144 -068 -104 -113 -118 -123 -130 -140 -153

090

116

133 -071 -093 -098 -102 -106 -111 -118 -133

105

101

119 -061 -079 -083 -085 -086 -087 -087 -087

120

086  102 -045 -065 -069 -069 -068 -065 -059 -047

135

071  083 -019 -051 -055 -055 -053 -048 -042 -031

150

056  064  122 -035 -042 -043 -041 -038 -033 -025

165

041  045  054  172 -032 -035 -035 -032 -029 -023

180

026

028

028  026  012 -061 -042 -037 -032 -027

195

011  011  011  009  007  002 -176 -165 -145 -104

210

004 -175 -175 -176 -177 -178 -179

001  002  005

225

019 -160 -160 -162 -165 -169 -174 -180  006  012

240

034 -144 -145 -148 -152 -159 -167 -177  007  018

255

049 -128 -129 -131 -136 -144 -156 -171  010  027

270

064 -112 -112 -113 -117 -123 -135 -160  018  047

285

079 -097 -095 -094 -093 -093 -093  093

092  093

300

094 -081 -078 -074 -069 -061 -046 -016  157  133

315

109 -066 -061 -056 -048 -037 -022 -003  164  149

330

124 -051 -045 -039 -031 -021 -009  176  165  155

345

139 -036 -031 -024 -017 -008  180  171  163  157

360

154 -022 -018 -012 -006  179  171

165

158  153

Table  3:  Angular  deviations  of  the  measured  and  computed

shear stress vectors of the file test00.flt. Upper table — princi-

pal stress axes positions and stress ratio of a tensor applied onto

a fault pattern of test00.flt file. Lower table — each of the mea-

sured faults is characterized by its strike and dip of fault plane,

azimuth  and  plunge  of  shear  stress  vector  and  displacement

sense. RL indicates right lateral, R —reverse, RLR — right lat-

eral with reverse component, RLN — right lateral with normal

component. Each fault has indicated computed values of shear

stress  vector,  displacement  sense,  acting  normal  and  shear

stress magnitudes and angle of deviation betwen measured and

computed shear stress vector in the same line.

←

Faults are from file test00.flt

Sigma 1 Sigma 2 Sigma 3

Magnitudes

Ratio

Az

/Plunge

Az

/Plunge

Az

/Plunge

Sigma 1

Sigma 2 Sigma 3 Sig2-Sig3

/Sig1-Sig3

195/15

295/33

084/53

5.50

1.00

0.50

0.100

Fault

data:

Comp.

values:

Fault

Str/Dip

Slicks

Az/Plg

Fault

class

Displ.

sense

Slicks

Az/Plg

Fault

class

Ang.

dev.

Normal

stress

Shear

stress

354/86

174/09 RL

1

172/22 RL

14

1.44

1.60

004/76

173/39 RLN

1

178/20 RL

19

1.19

1.09

340/82

157/24 RL

1

157/17 RL

06

2.43

2.22

168/78

177/39 RLR

1

174/28 RL

11

1.35

1.69

188/75

203/42 RLR

1

251/60 R

20

0.71

0.33

179/78

180/08 RL

1

186/31 RLR

24

0.91

1.00

180/71

187/22 RL

1

193/34 RLR

13

0.76

0.76

170/74

182/36 RLR

1

179/29 RLR

07

1.15

1.49

152/67

168/34 RLR

1

169/34 RLR

01

1.81

2.17

183/67

199/33 RLR

1

205/41 RLR

10

0.66

0.46

171/41

205/25 RLR

1

196/20 RLR

10

0.52

0.31

168/51

186/25 RLR

1

191/26 RLR

05

0.67

0.88

154/32

190/18 RLR

1

183/17 RLR

06

0.58

0.58

145/42

187/32 RLR

1

183/29 RLR

04

0.97

1.44

170/46

189/21 RL

1

195/23 RLR

06

0.57

0.57

175/77

182/29 RL

1

182/29 RLR

01

1.02

1.25

156/58

183/41 RLR

1

178/31 RLR

10

1.23

1.75

176/62

182/11 RL

1

194/30 RLR

23

0.70

0.78

166/48

185/21 RL

1

190/25 RLR

07

0.66

0.86

178/49

202/28 RLR

1

213/33 RLR

11

0.53

0.24

172/58

199/33 RLR

1

192/28 RLR

07

0.71

0.90

175/61

211/36 RLR

1

193/30 RLR

08

0.70

0.81

157/49

202/25 RLR

1

184/28 RLR

16

0.89

1.34

 N = 23                                                          Average angular deviation = 10

Table 3

DYNAMICS AND KINEMATICS OF THE STRIKE-SLIP FAULTS                                                   95

strike-slip fault zone as the tear fault, which accommodat-

ed inhomogeneous shortening and caused the dextral drag

in the Ve¾ká Po¾ana area. Thus the rotation happened only

after a large amount of shortening. That explains the pres-

ence of folds inside the rotated Ve¾ká Po¾ana block. Thus,

they do not indicate the deformation of rotated block dur-

ing  the  rotation.  As a matter of fact, they underwent the

same  rotation  as  both  the  paleocurrent  indicators  and  the

original paleostress record. On the other hand, generations

of  extension  veins  and  normal  faults  indicate  that  they

formed either prior to or after the block rotation. The angle

between the fault strike and 

σ

1

 in certain cases (Table 1)

also  indicates  transtensional  dynamics  of  this  strike-slip

fault zone. However, these computations have been done

most probably from various stages of the long lasting activi-

ty of the Cirocha strike-slip fault zone. That is why the local

stress perturbations could change along the strike of the Cir-

ocha strike-slip fault zone due to the local geometry chang-

es  through  the  time,  once  being  transtensional,  or  pure

strike-slip, or even transpressional, while the Cirocha strike-

slip  fault  remained  dextral  from  Paleogene  to  Sarmatian.

We would not like to rule out slight changes of local dy-

namics along this fault zone.

The  question  of  characteristic  features  is  closely  con-

nected with the stress pattern controlling rotation. Know-

ing  that  the  dynamics  of  the  strike-slip  fault  zones  was

transtensional,  we  need  to  evaluate  whether  the  stress

fields  controlling  the  displacements  were  regionally  ho-

Table 4: Angular deviations of the measured and computed shear stress

vectors of the file test30.flt.  Upper table — principal stress axes posi-

tions and stress ratio of a tensor applied onto a fault pattern of test30.flt

file. Lower table — each of the measured faults is characterized by its

strike and dip of fault plane, azimuth and plunge of shear stress vector

and displacement sense. RL indicates right lateral, R — reverse, RLR —

right lateral with reverse component, RLN — right lateral with normal

component.  Each  fault  has  indicated  computed  values  of  shear  stress

vector,  displacement  sense,  acting  normal  and  shear  stress  magnitudes

and  angle  of  deviation  between  measured  and  computed  shear  stress

vector in the same line. Test30.flt file is the test00.flt file rotated about

30

0 

around a vertical axis. Stress tensor is the same as in Table 5.

Faults are from test30.flt

Sigma 1 Sigma 2 Sigma 3

Magnitudes

Ratio

Az

/Plunge

Az

/Plunge

Az

/Plunge

Sigma 1 Sigma 2 Sigma 3

Sig2-Sig3

/Sig1-Sig3

195/15

295/33

084/53

5.50

1.00

0.50

0.100

Fault

data:

Comp. values:

Fault

Str/Dip

Slicks

Az/Plg

Fault

class

Displ.

sense

Slicks

Az/Plg

Fault

class

Ang.

dev.

Normal

stress

Shear

stress

024/86 204/09 RL

1

024/03 LL

168

0.97

0.64

034/76 203/39 RLN

1

210/12 LL

153

1.23

1.07

010/82 187/24 RL

1

184/34 RLN

011

0.96

0.58

198/78 207/39 RLR

1

015/12 LL

127

0.80

0.55

218/75 233/42 RLR

1

218/02 LL

139

1.64

1.86

209/78 210/08 RL

1

209/01 LL

174

1.15

1.30

210/71 217/22 RL

1

210/00 LL

158

1.20

1.47

200/74 212/36 RLR

1

018/05 LL

137

0.83

0.76

182/67 198/34 RLR

1

202/38 RLR

006

0.67

0.53

213/67 229/33 RLR

1

213/00 LL

144

1.36

1.69

201/41 235/25 RLR

1

202/01 LL

141

0.85

1.26

198/51 216/25 RLR

1

199/01 LL

151

0.75

0.99

184/32 220/18 RLR

1

200/10 LL

160

0.58

0.60

175/42 217/32 RLR

1

206/25 RLR

011

0.51

0.15

200/46 219/21 RL

1

201/01 LL

154

0.81

1.16

205/77 212/29 RL

1

024/00 LL

150

0.99

1.05

186/58 213/41 RLR

1

324/46 LLR

074

0.57

0.18

202/62 212/11 RL

1

025/00 LL

167

1.02

1.34

196/48 215/21 RL

1

198/02 LL

155

0.70

0.91

208/49 232/28 RLR

1

026/01 LL

142

1.09

1.56

202/58 229/33 RLR

1

021/00 LL

138

0.87

1.14

205/61 231/36 RLR

1

024/00 LL

136

0.98

1.29

187/49 232/25 RLR

1

005/02 LL

127

0.55

0.36

 N = 23                                                    Average angular deviation = 127

mogeneous. That is not the case of the Trangoška strike-

slip  fault  zone,  which  was  found  to  be  reactivated  by  a

few tectonic events. That is not the case with the Zázrivá

strike-slip  fault  zone  either  inspite  of  the  fact  that  this

strike-slip fault zone was selected to be localized in the

accretionary wedge to avoid the multiple reactivation so

typical for the strike-slip faults inside orogenic belts (e.g.

Christie-Blick & Biddle 1985; Gronlie & Roberts 1989),

because of the following reasons. This part of the West-

ern  Carpathians  was  affected  by  changes  of  the  stress

field due to the changes in the trajectories of the orogen

advance towards the European Platform (Nemèok 1993).

The  only  strike-slip  fault  zone  without  the  stress  field

On the basis of Naylor et al.’s (1986) analogue modelling

of flower structures, the one from Fig. 11c is indicative of

transtension, forming just two simple branches towards the

surface. This fact is also supported by the presence of a dis-

tinct amount of extensional veins and lack of the stylolites,

reverse  fault  and  fold  pattern.  The  pure  strike-slip  move-

ments combined with divergence are also indicated by a dis-

tinct dip-slip component of the displacement (Fig. 11a,b).

The Zázrivá strike-slip fault zone (Fig. 2c,e) also has also

a  transtensional  character  as  supported  by  the  negative

flower structure in the reflection seismic profile (Fig. 7) and

mesoscale fault data.

The situation in the Cirocha strike-slip fault zone (Fig. 2d)

is rather complicated, because of mesoscale folds which are

present in the rotated Ve¾ká Po¾ana block, which were misin-

terpreted  by  Nemèok  &  Nemèok  (1990)  as  indicative  of

transpression. However, this block started to rotate when NE

shortening  of  the  flysch  sediments  originated  the  Cirocha

changes is the Cirocha strike-slip fault zone. The stress con-

trolling  both  the  thrust  shortening  and  the  strike-slip  fault

zone acting as a tear fault was the same. Stress configura-

tions computed from different stratigraphic horizons from an

interval Paleogene–Sarmatian listed in Table 1 do not indi-

cate any significant changes of orientation through time.

In order to discuss the origin of flats we will discuss a lit-

tle bit more the study of the Trangoška strike-slip fault zone.

There is a rough trend present, indicating the transition from

the strike-slip striations to fairly steeply dipping striations as

a function of depth. This situation was modelled by Naylor

et al. (1986) using the sheared sand box. Authors showed a

three  dimensional  picture  of  the  stress  field  rotation  which

can explain the possibility of the reactivation of the pre-ex-

isting flats, increased with depth. Caused by the shear stress-

es  (“drag”)  induced  in  the  overburden  by  the  strike-slip

movement, 

σ

1

 rotates towards being parallel with the strike

of the principal displacement zone and towards the steeper

96                                                                                     NEMÈOK and NEMÈOK

dip angle in relation to the surface (Fig. 12). Thus, it can

reactivate pre-existing flats, e.g. flats of the thrust planes

present in the case of both the Zázrivá and Cirocha strike-

slip fault zone, at a certain depth. The problem of the in-

ternal deformation of the rotated block is difficult, espe-

cially when there is no good outcrop control as occurs in

the case of the Zázrivá strike-slip fault zone. The majori-

ty of studied outcrops are situated to the north of the Pi-

eniny Klippen Belt offset, in the area without evidence of

block rotations. However, this zone is not suitable for this

study, because of the regional stress changes interpreted

here (Figs. 9, 10). A similar outcrop situation exists in the

case of the Cirocha strike-slip fault zone. There is no way

to determine the exact positions of the internal faults de-

forming the rotated block. However, a sufficient number

of  outcrops  provides  the  paleocurrent  readings  for  three

time  levels:  Cretaceous,  Eocene  and  Oligocene.  On  the

basis  of  the  data  shown  in  Fig.  3  and  data  collected  by

Nemèok (1970), one can see that there is a homogeneous

pattern  of  three  paleocurrent  systems  which  excludes  a

possibility of more distinct deformations connected with

the  activity  of  various  shears  inside  the  rotated  block.

Otherwise, the internal deformation of the rotated block

would be indicated by locally rotated measured paleocur-

rent  vectors.  That  is  why  we  suggest  a  relatively  rigid

block rotation here.

For the same reason we do not suggest that a new set

of  cross  faults  has  to  be  created  to  accommodate  rota-

tion obeying Coulomb’s law. A three dimensional block

rotation  model  with  irrotational  stress  directions

 Faults are from file test60.flt

Sigma 1 Sigma 2 Sigma 3

Magnitudes

Ratio

Az

/Plunge

Az

/Plunge

Az

/Plunge

Sigma 1 Sigma 2 Sigma 3

Sig2-Sig3

/Sig 1-Sig3

195/15

295/33

84/53

5.50

1.00

0.50

0.100

Fault

data:

Comp. values:

Fault

Str/Dip

Slicks

Az/Plg

Fault

class

Displ.

sense

Slicks

Az/Plg

Fault

class

Ang.

dev.

Normal

stress

Shear

stress

054/86

234/09 RL

1

232/18

LL

170

2:53

2.17

064/76

233/39 RLN

1

234/32

LLR

174

2.87

2.22

040/82

217/24 RL

1

217/14

LL

170

1.56

1.57

228/78

237/39 RLR

1

229/04

LL

145

2.32

2.21

248/75

263/42 RLR

1

248/01

LL

137

3.90

2.23

239/78

240/08 RL

1

240/05

LL

177

3:18

2.34

240/71

247/22 RL

1

059/02

LL

155

3.28

2.38

230/74

242/36 RL

1

230/01

LL

144

2:49

2.29

212/67

228/34 RLR

1

212/00

LL

143

1.30

1.64

243/67

259/33 RLR

1

060/06

LL

136

3:48

2.38

231/41

265/25 RLR

1

036/12

LL

119

2.11

2.33

228/51

246/25 RLR

1

040/09

LL

137

2.17

2.33

214/32

250/18 RLR

1

027/04

LL

133

1.25

1.78

205/42

247/32 RLR

1

024/00

LL

129

0.98

1.45

230/46

249/21 RL

1

038/11

LL

136

2.19

2.35

235/77

242/29 RL

1

235/04

LL

154

2.87

2.34

216/58

243/41 RLR

1

034/02

LL

129

1.51

1.91

236/62

242/11 RL

1

051/08

LL

158

2.89

2.43

226/48

245/21 RL

1

037/09

LL

140

2.00

2.27

238/49

262/28 RLR

1

044/15

LL

123

2.74

2.74

232/58

259/33 RLR

1

046/08

LL

128

2.54

2.40

235/61

261/36 RLR

1

050/08

LL

127

2.80

2.43

217/49

262/25 RLR

1

032/04

LL

124

1.51

1.97

 N= 23                                                          Average angular deviation =143

Table  6:  Angular  deviations  of  the  measured  and  computed

shears stress vectors of the file test90.flt. Upper table — princi-

pal stress axes positions and stress ratio of a tensor applied onto

a fault pattern of test 90.flt file. Lower table — each of the mea-

sured faults is characterized by its strike and dip of fault plane,

azimuth  and  plunge  of  shear  stress  vector  and  displacement

sense.  RL  indicates  right  lateral,  R  —    reverse,  RLR  —  right

lateral with reverse component, RLN — right lateral with nor-

mal  component.  Each  fault  has  indicated  computed  values  of

shear stress vector, displacement sense, acting normal and shear

stress magnitudes and angle of deviation between measured and

computed shear stress vector in the same line. File test90.flt is

the test00.flt file rotated about the angle of 90

0 

 around a verti-

cal axis. Stress tensor is the same as in Table 5.

 Faults are from file test 90.flt

Sigma 1 Sigma 2 Sigma 3

Magnitudes

Ratio

Az

/Plunge

Az

/Plunge

Az

/Plunge

Sigma 1 Sigma 2 Sigma 3 Sig2-Sig3

/Sig 1-Sig3

195/15

295/33

84/53

5.50

1.00

0.50

0.100

Fault

data:

Comp. values:

Fault

Str/Dip

Slicks

Az/Plg

Fault

class

Displ.

sense

Slicks

Az/Plg

Fault

class

Ang.

dev.

Normal

stress

Shear

stress

184/86 264/09 RL

1

260/43 LLR

145

4.50

1.88

094/76 263/39 RLN

1

236/67 R

148

4.27

2.06

070/82 247/24 RL

1

244/32 LLR

171

3.51

2.24

258/78 267/39 RL

1

259/06 LL

147

4.58

1.85

278/75 293/42 RLR

1

097/01 LL

134

5.44

0.55

269/78 270/08 RL

1

271/09 LL

178

5.16

1.21

270/71 277/22 RL

1

084/15 LL

141

5.18

1.20

260/74 272/36 RLR

1

079/02 LL

140

4.71

1.76

242/67 258/34 RLR

1

059/06 LL

136

3.40

2.39

273/67 289/33 RLR

1

077/31 LLR

109

5.22

1.15

261/41 295/25 RLR

1

038/30 LLR

088

3.50

2.44

258/51 276/25 RLR

1

051/28 LLR

111

3.96

2.31

244/32 280/18 RLR

1

032/18 LLR

105

2.34

2.41

235/42 277/32 RLR

1

038/14 LL

107

2.35

2.41

260/46 279/21 RL

1

044/30 LLR

106

3.78

2.38

265/77 272/29 RL

1

266/05 LL

156

4.98

1.46

246/58 273/41 RL

1

055/16 LL

113

3.52

2.42

266/62 272/11 RL

1

068/29 LLR

133

4.81

1.72

256/48 275/21 RL

1

047/27 LLR

113

3.71

2.40

268/49 292/28 RLR

1

045/37 LLR

089

4.26

2.16

262/58 289/33 RLR

1

061/29 LLR

103

4.48

2.01

265/61 291/36 RLR

1

066/29 LLR

102

4.73

1.80

247/49 292/25 RLR

1

047/20 LL

102

3.27

2.48

 N = 23                                                        Average angular deviation =125

Table  5:  Angular  deviations  of  the  measured  and  computed

shears stress vectors of the file test60. flt. Upper table — prin-

cipal  stress  axes  positions  and  stress  ratio  of  a  tensor  applied

onto a fault pattern of test60.flt file. Lower table — each of the

measured  faults  is  characterized  by  its  strike  and  dip  of  fault

plane, azimuth and plunge of shear stress vector and displace-

ment  sense.  RL  indicates  right  lateral,  R  —  reverse,  RLR  —

right lateral with reverse component, RLN — right lateral with

normal  component.  Each  fault  has  indicated  computed  values

of  shear  stress  vector,  displacement  sense,  acting  normal  and

shear  stress  magnitudes  and  angle  of  deviation  between  mea-

sured  and  computed  shear  stress  vector  in  the  same  line.  File

test60.flt  is  the  test00.flt  file  rotated  about  the  angle  of  60

0

around a vertical axis. Stress tensor is the same as in Table 5.

  ←

  ←

Table 5

Table 6

DYNAMICS AND KINEMATICS OF THE STRIKE-SLIP FAULTS                                                   97

through time (Scoti et al. 1991) explaining the possible rota-

tions up to 75

o

 can be one of the possible explanations. This

requires  rotation  about  a  generally  oriented  rotation  axis.

However, this model is still unable to explain the rotations

greater than 75

o

, which were pointed out by Mandl (1987)

and indicated by our data from the Ve¾ká Po¾ana flake. As

noted by Mandl (1987) it seems likely in nature that, during

the  rotation  of  the  first  set  of  fractures,  marginal  zones  of

the shear band experience a reduction in shear strength —

e.g. cataclasis — and, hence, will allow easier slip along the

band  (flake)  margin.  The  90

o

  block  rotation  of  the  Ve¾ká

Po¾ana  flake  along  the  Cirocha  strike-slip  fault  zone  indi-

cates a similar explanation. It could be demonstrated by the

Lamb’s (1987) floating block model assuming a rigid inclu-

sion rotating in a highly viscous fluid. The case of the Ve¾ká

Po¾ana block rotation, in accordance with this model, is not

characterized  by  the  presence  of  the  cross  faults  pinned  to

the strike-slip zone boundary faults. This case can be char-

acterized  rather  by  presence  of  a  wider  highly  deformed

zone bounding the rotated block which apparently allowed

“unconstrained  rotation”  (more  than  the  amount  suggested

by Nur et al. (1986) and Scoti et al. (1991)). Apart from the

paleocurrent measurements, further evidence is provided by

locations  2  and  5  inside  the  rotated  block  with  computed

initial stress configurations passively rotated roughly 90

o

 in

respect to the new stress configurations recorded as young-

er. This presence of new stress tensors recorded in the rotat-

ed  Ve¾ká  Po¾ana  flake  implies  that  the  friction  along  the

boundaries  of  the  rotated  block  increased  up  to  the  level

which  allowed  the  transmission  of  a  large  enough  stress

from  the  surrounding  rocks  to  the  rotating  block,  that  is

large enough to cause this calculated “new” stress tensor to

be recorded. The “new” stress record has the same orienta-

tion as the regional stress in the adjacent blocks juxtaposed

along the Cirocha strike-slip fault zone in various time peri-

ods. On the basis of the results of the fault reactivation mod-

elling,  each  new  fault  motion  inside  the  rotating  Ve¾ká

Po¾ana flake would be recorded by newly developed cross-

cutting striation of specific orientation on each of the fault

planes if the large enough stress for reactivation was trans-

mitted. The fact that such an event happened only after 90

o

rotation suggests that the Ve¾ká Po¾ana flake rotated freely

without  internal  faults  reaching  the  Coulomb-Mohr  condi-

tions for reactivation. It lasted until 90

o

 clockwise rotation,

when the internal faults of the rotated block were reactivat-

ed  by  the  regional  stress  controlling  the  overall  displace-

ment of the Cirocha strike-slip fault zone.

Summary

The transtensional character of the three cases of the strike-

slip fault zones has been found during their displacement

history.

Flats underneath the rotated block appear to be pre-existing

anisotropies reactivated by a suitable rotated stress configura-

tion as a function of depth.

An internal deformation of the rotated block may not occur

in specific cases. Thus, a new set of cross faults needs not be

created  after  45

o

  or  75

o

  rotation  to  accommodate  a  rotation.

This accommodation can be inhibited by an easier slip along

the  flake  boundary.  It  can  last  until  the  boundary  friction  in-

creases enough to allow a transmission of enough stress for the

origin of new cross faults or reactivation of the older ones. The

Ve¾ká Po¾ana flake inside the Cirocha strike-slip fault zone in-

dicates a case of a 90

o

 rotation prior to such a reactivation.

Acknowledgements:  MN  wishes  to  thank  JN  who  cannot

see the final result, Rod Gayer whose help improved the pa-

per  considerably  and  Gabriela  Polákova  who  helped  with

drafting.  The  final  version  of  the  paper  was  greatly  im-

proved by constructive criticism from Dušan Plašienka and

a second anonymous referee.

References

Andrusov D., 1925: About  sigmoidal flexion of the Klippen Belt

between Orava and  Kysuca. Vìstn. St. Geol. Úst. 2, 4–6 (in

Slovak).

Ballance P. F. & Reading  H.  G.  (Ed.) 1980: Sedimentation in ob-

lique-slip mobile zones. Int. Ass. Sed. Spec. Pub., 4, 591–601.

Bartlett W. L., Friedman, M. & Logan J. M., 1981: Experimental fold-

ing  and  faulting  of  rocks  under  confining  pressure,  Part  IX.

Wrench faults in limestone layers. Tectonophysics, 79, 255–277.

Ben-Avraham Z., 1985: Structural framework of the Gulf of Elat

(Aqaba), northern Red Sea. J. Geophys. Res., 90, 703–726.

Ben-Avraham  Z.,  Almagor  G.  &  Garfunkel  Z.,  1979:  Sediments

and structure of the Gulf of Elat (Aqaba) — northern Red Sea.

Sed. Geol., 23, 239–267.

Biddle K. T. & Christie-Blick N., 1985: Glossary-strike-slip deformation,

basin  formation,  and  sedimentation.  In:  Biddle  K.T.  &  Christie-

Fig. 12. 3D picture of the stress in strike-slip fault zone (Naylor et

al. 1986).

98                                                                                     NEMÈOK and NEMÈOK

Blick N. (Eds.): Strike-slip deformation, basin formation, and sed-

imentation. Soc. Econ. Pal. Min. Spec. Publ., 37, 375–385.

Bogen  N.  L.  &  Seeber  L.,  1986:  Neotectonics  of  rotating  blocks

within  the  San  Jacinto  fault  zone,  southern  California  (abs).

EOS, 67, 1–200.

Carey E. & Brunier B., 1974: Analyse thé orique et numérique d’un

mode’le mécanique élémentaire appliqué a’ l’étude d’une pop-

ulation de failles. C. R. Acad. Sci. Paris, sér. D, 279, 891–894.

Christie-Blick  N.  &  Biddle  K.  T.,  1985:  Deformation  and  basin

formation  along  strike-slip  faults.  The  Society  of  Economic

Paleontologists  and  Mineralogists  Lamont-Doherty  Geologi-

cal Observatory Contribution No 3910.

Dewey J. F., 1982: Plate tectonics and the evolution of the British

Isles. J. Geol. Soc. Lond., 139, 371–412.

Emmons  R.C.,  1969:  Strike-slip  rupture  patterns  in  sand  models.

Tectonophysics, 7, 71–87.

Francù J. & Mûller P, 1983: Organic matter maturity in Perri-Klip-

pen  Flysch  of  the  Inner  Carpathian  Mts.  (East  Slovakia).

Geol. Carpathica, 36, 483–494.

Freund  R.,  1971:  The  Hope  fault,  a  strike-slip  fault  in  New

Zealand. N. Z. Geol. Surv. Bull., 86, 1–49.

Freund R., 1974: Kinematics of transform and transcurrent faults.

Tectonophysics, 21, 93–134.

Garfunkel  Z.,  1974:  Model  for  the  late  Cenozoic  history  of  the

Mojave Desert, California and for its relation to adjacent re-

gions. Geol. Soc. Am. Bull., 85, 1 931–1 944.

Greenhause M.R. & Cox A., 1979: Paleomagnetism of Morro Rocky -

Islay Hill complex as evidence for crustal block rotation in cen-

tral coastal California. J. Geophys. Res., 85, 2 393–2 400.

Gronlie A. & Roberts D., 1989: Resurgent strike-slip duplex devel-

opment  along  the  Hitra-Snasa  and  Verran  faults,  More-Tron-

delag fault zone, Central Norway. J. Struct.Geol., 11, 295–305.

Guiraud  M.,  Laborde  O.  &  Philip  H.,  1989:  Characterization  of

various  types  of  deformation  and  their  corresponding  devia-

toric stress tensors using microfault analysis. Tectonophysics,

170, 289–316.

Hardcastle K.C., 1989: Possible paleostress configurations derived

from  fault-slip  data  in  Eastern  Vermont  and  Western  New

Hampshire. Tectonics, 8, 265–284.

Hardcastle K.C. & Hills L.S., 1991: BRUTE3 and SELECT: Quick-

basic 4 programs for determination of stress tensor configura-

tions and separation of heterogeneous populations of fault-slip

data. Comput. Geosci., 17, 23–43.

Haško J. & Potfaj M., 1976: Explanations to the basic geological

map of  CSSR 1:25,000 M–34–99-A-b, Zázrivá. MNS, GÚDŠ,

Bratislava, 1–52 (in Slovak).

Hoeppner R., 1955: Tektonik im Schiefergebirge. Geol. Rdsch., 44, 26–58.

Hornafius  J.S.,  Luyendyk  B.P.,  Terres  R.R.  &  Kamerling  M.J.,

1986: Timing and extent of Neogene tectonic rotation in the

western Transverse Ranges, California.  Geol  Soc.  Am.  Bull.,

97, 1 476–1 487.

Kadleèík et al., 1988: Report on reflection shooting of the Flysch

Belt  and  Inner  Carpathian  units  1984-88.  MNS,  Geofyzika,

Brno, 1–59 (in Slovak).

Kamerling M.J. & Luyendyk B.P., 1979: Tectonic rotations of the

Santa Monica Mountains region, western Transverse Ranges,

California,  suggested  by  paleomagnetic  vectors.  Geol.  Soc.

Am. Bull., 90, 331–337.

Kamerling M.J. & Luyend B.P., 1985: Paleomagnetism and Neo-

gene tectonics of the northern Channel Islands, California. J.

Geophys. Res., 90, 12 485–12 502.

Koráb T., 1983: Geological map of Nízke Beskydy — Východná

cast 1:50,000. GÚDŠ, Bratislava (in Slovak).

Koráb  T.  &  Ïurkoviè  T.,  1978:  Geology  of  Dukla  Unit  (Eastern

Slovak flysch). GÚDŠ, Bratislava, 1–194 (in Slovak).

Kováè P. & Hók J., 1993: The Central Slovak Fault System — field

evidence of a strike-slip: Geol. Carpathica, 44, 155–159.

Kubíny D., 1956: Report on the investigation of the central part of

the Dumbier Massif. Geol. Práce, Spr., 9, 110–120 (in Slovak).

Lamb S.H., 1987: A model for tectonic rotations about a vertical

axis. Earth Planet. Sci. Lett., 84, 75–86.

Lamb S.H., 1988: Tectonic rotations about vertical exes during the

last 4 Ma in part of the New Zealand plate boundary zone. J.

Struct. Geol., 10, 875–893.

Luyendyk  B.P.,  Kamerling  M.J.  &  Terres  R.R.,  1980:  Geometric

model  for  Neogene  crustal  rotations  in  southern  California.

Geol. Soc. Am. Bull., 91, 211–217.

Luyendyk  B.P.,  Kamerling  M.J.,  Terres  R.R.  &  Hornafius  J.S.,

1985:  Simple  shear  of  southern  California  during  Neogene

time  suggested  by  paleomagnetic  declinations.  J.  Geophys.

Res., 90, 12454–12466.

Mahe¾  M.  et  al.,  1973:  Tectonic  map  of  the  Carpathian-Balkan

mountain  system  and  adjacent  areas.  Scale  1:1,000,000.

GÚDŠ, Bratislava/UNESCO, Paris.

Mahe¾  M.,  Kodym  O.  &  Malkovský  M.,  1984:  Tectonic  Map  of

Czechoslovakia. Scale 1:500,000. GÚDŠ, Bratislava.

Mandl G., 1987: Tectonic deformation by rotating parallel faults,

the “bookshelf” mechanism. Tectonophysics, 141, 277–316.

Nabelek J., Chen W.P. & Ye H., 1987: The Tangshan earthquake

sequence  and  its  implications  for  the  evolution  of  the  North

China Basin. J. Geophys. Res., 92, 12 615–12 628.

Naylor M. A., Mandl G. & Sijpesteijn C.H.K., 1986: Fault geome-

tries in basement-induced wrench faulting under different ini-

tial stress states. J. Struct. Geol., 8, 737–752.

Nemèok J., 1970: Contribution to information about some tectonic

alternations in East Slovakian flysh in relation to paleocurrent

systems. Geol. Práce, Spr., 53, 101–113.

Nemèok J., 1978: Deformations of flysch sediments as a reflection

of dynamics of the basement. Západ. Karpaty, Sér. Geol., 3,

35–38 (in Slovak).

Nemèok J. & Nemèok M., 1990: Significance of movement vectors

in the Vihorlat-Cirocha fault system. In: Sýkora M., Jablonský

J. & Samuel O. (Eds.): Sedimentological problems of Western

Carpathians. Bratislava, 89–106 (in Slovak).

Nemèok  M.,  1993:  Transition  from  convergence  to  escape:  field  evi-

dence from the West Carpathians. Tectonophysics, 217, 117–142.

Nemèok  M.,  1994:  Deformation  Sequence  in  the  Oravska  Lesna

Area, Flysch Belt of the Western Carpathians. Geol. Carpath-

ica, 45, 185–191.

Nur A., Ron H. & Scotti O., 1986: Fault mechanics and the kine-

matics of block rotations. Geology, 14, 746–749.

Reches Z., 1987: Determination of the tectonic stress tensor from

slip along faults that obey Coulomb yield condition. Tecton-

ics, 6, 849–861.

Roth Z. et al., 1963: Explanations to the well-arranged geological

map 1:200,000, sheet Trstená. Geofond, Bratislava (in Slovak).

Scoti O., Nur A. & Estevez R., 1991: Distributed deformation and block

rotation in three dimensions. J. Geophys. Res., 96, 12225–12243.

Segall P. & Pollard D.D., 1980: Mechanics of discontinuous faults.

J. Geophys. Res., 85, 4337–4350.

Simon-Gomez  J.L.,  1986:  Analysis  of  a  gradual  change  in  stress

regime  (example  from  the  eastern  Iberian  Chain).  Tectono-

physics, 124, 37–53.

Terres R.R. & Luyendyk B.P., 1985: Neogene tectonic rotation of

the  San  Gabriel  region,  California,  suggested  by  paleomag-

netic vectors. J. Geophys. Res., 90, 12 467–12 484.

Woodcock N.H. & Fischer M., 1986: Strike-slip duplexes. J. Struct.

Geol., 8, 725–735.