background image

www.geologicacarpathica.com

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA

, APRIL 2014, 65, 2, 147—161                                                            doi: 10.2478/geoca-2014-0010

Introduction

The East Serbian part of the Carpatho-Balkanides comprises a
geodynamically  complex  zone  which  present-day  structural
pattern is a result of Late Cretaceous subduction of the Vardar
zone below the ‘European’ units, followed by Cenozoic post-
collisional  and  neotectonic  phases,  namely  extension  and
younger  transpression  (e.g.  Cvetković  et  al.  2004;  Karamata
2006; Bada et al. 2007; Schmid et al. 2008) (Fig. 1). Since the
Late Miocene, the most important factor controlling regional
tectonic processes in this area has been the counterclockwise
rotation  and  northward  motion  of  the  Adriatic  microplate  in
respect to the Dinaric orogen (e.g. Ustaszewski et al. 2008). In
the  Carpatho-Balkanides  this  motion  is  generally  manifested
through moderate to weak but constant seismicity with stron-
ger earthquakes recorded mostly along well-known fault sys-
tems that were active in the neotectonic period (since the Late
Miocene) (Marović et al. 2002b; Bada et al. 2007).

Recent fault kinematics in this part of the Carpatho-Balkan

orogenic  system  are  poorly  documented.  Several  regional
studies, mostly including the Pannonian Basin or the northern
junction between the Getic and Danubian units (easternmost
part of Dacia) in Romania (see Schmid et al. 2008 and refer-

The recent fault kinematics in the westernmost part of the

Getic nappe system (Eastern Serbia): Evidence from fault

slip and focal mechanism data

ANA MLADENOVIĆ

1

, BRANISLAV TRIVIĆ

1

, MILORAD ANTIĆ

2

, VLADICA CVETKOVIĆ

1

,

RADMILA PAVLOVIĆ

1

, SLAVICA RADOVANOVIĆ

3

 and BERNHARD FÜGENSCHUH

4

1

University of Belgrade, Faculty of Mining and Geology, Đušina 7, 11000 Belgrade, Serbia;  ana.mladenovic@rgf.bg.ac.rs

2

Geologisch-Paläontologisches Institut, Universität Basel, Bernoullistrasse 32, 4056 Basel, Switzerland;  m.antic@unibas.ch

3

Seismological Survey of Serbia, Tašmajdanski park bb, Poštanski fah 16, 11120 Belgrade, Serbia;  slavica.radovanovic@seismo.gov.rs

4

Geology and Paleontology, Innsbruck University, Innrain 52f, A-6020 Innsbruck, Austria;  bernhard.fuegenschuh@uibk.ac.at

(Manuscript received October 22, 2013; accepted in revised form March 11, 2014)

Abstract: In this study we performed a calculation of the tectonic stress tensor based on fault slip data and all available
focal mechanisms in order to determine the principal stress axes and the recent tectonic regime of the westernmost unit
of the Getic nappe system (Gornjak-Ravanica Zone, Eastern Serbia). The study is based on a combined dataset involv-
ing paleostress analyses, the inversion of focal mechanisms and remote sensing. The results show dominant strike-slip
kinematics with the maximal compression axis oriented NNE—SSW. This is compatible with a combined northward
motion and counterclockwise rotation of the Adria plate as the controlling factor. However, the local stress field is also
shown to be of great importance and is superimposed on the far-field stress. We managed to distinguish three areas with
distinct seismic activity. The northern part of the research area is characterized by transtensional tectonics, possibly
under the influence of the extension in the areas situated more to the northeast. The central and seismically most active
part is dominated by strike-slip tectonics whereas the southern area is slightly transpressional, possibly under the influ-
ence  of  the  rigid  Moesian  Platform  situated  to  the  east  of  the  research  area.  The  dominant  active  fault  systems  are
oriented N—S (to NE—SW) and NW—SE and they occur as structures of either regional or local significance. Regional
structures are active in the northern and central part of the study area, while the active fault systems in the southern part
are marked as locally important. This study suggests that seismicity of this area is controlled by the release of accumu-
lated stress at local accommodation zones which are favourably oriented in respect to the active regional stress field.

Key words: Fault-plane solutions, paleostress, recent stress field, Getic nappe, East Serbia.

ences  therein),  were  predominantly  focused  on  determining
the  general  geodynamic  evolution  of  the  Carpatho-Balkan-
Pannonian  region.  The  main  conclusions  considering  the
Late Cretaceous-Cenozoic geodynamic evolution of the Getic-
Supragetic  nappe  system,  as  a  major  part  of  the  Carpatho-
Balkanides  in  East  Serbia,  can  be  summarized  by  three
deformation phases (Matenco & Schmid 1999): (1) the Late
Cretaceous NNW-SSE contraction, (2) the Paleogene to Early
Miocene  SSE-NNW  extension,  and  (3)  the  Late  Miocene
tectonics related predominantly to strike slip movements.

The  youngest  deformation  phase  occurred  in  Late  Mio-

cene-Pliocene times and it is also related to the present day
stress  field  (Horvath  &  Cloetingh  1996;  Marović  et  al.
2002b;  Bada  et  al.  2007).  It  is  characterized  by  strike-slip
tectonics  mainly  caused  by  SW  compression  (Horvath  &
Cloetingh  1996;  Marović  et  al.  2002b;  Bada  et  al.  2007).
This  state  of  the  stress  field  is  evident  through  a  regional
phase  of  inversion  of  the  Pannonian  Basin  (e.g.  Bada  et  al.
2007).  The  major  tectonic  forces  responsible  for  this  stress
field are related to the counterclockwise rotation and north-
ward  motion  of  the  Adriatic  microplate  (‘Adria  push’),  and
this is also evident from earlier studies in the Pannonian Basin
and its immediate surroundings (Gerner et al. 1999; Marović

background image

148

MLADENOVIĆ, TRIVIĆ, ANTIĆ, CVETKOVIĆ, PAVLOVIĆ, RADOVANOVIĆ and FÜGENSCHUH

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 2, 147—161

et al. 2002b; Grenerczy & Bada 2005; Bada et al. 2007). The
contact  between  the  Serbo-Macedonian  Massif  and  Car-
patho-Balkanides was either omitted or only partly included
in  these  regional  studies,  therefore,  detailed  information
about  Miocene  to  recent  tectonics  of  this  tectonic  zone  is
missing.  Although  some  studies  do  exist  (Radovanović  &
Pavlović  1992;  Radovanović  &  Pavlović  1994;  Marović  et
al. 2002b), they focus on small areas and are not integrated
into the existing regional models (e.g. Horvath & Cloetingh
1996; Bada et al. 2007).

The main aim of this research is to better constrain the late

Miocene to recent stress field of the western part of the East

Serbian  Carpatho-Balkanides  by  combining  fault  slip  data
and focal mechanisms. The paleostress analysis of fault-slip
data (PSA) was performed on a number of fault planes with
different  slip  sense  and  containing  multiple  slip  indicators
(e.g. striations). In this study only the youngest fault planes
were used, whereas the whole paleostress analysis, covering
brittle tectonic events from the Upper Cretaceous till recent
times, will be published in a separate paper. The fault-slip data
are integrated with the results of a focal mechanism analysis
(FMA)  which  included  a  systematic  study  of  all  available
earthquakes  that  happened  in  this  part  of  the  Carpatho-Bal-
kanides since 1983. Our study suggests that there is a strong

Fig. 1. Schematic geotectonic position of the research area (after Schmid et al. 2008). The dashed line represents the boundary between the Serbo-
Macedonian Massif and the Getic unit in the territory of southwesternmost Romania, eastern and southeastern Serbia and western Bulgaria.

background image

149

RECENT KINEMATICS (FAULT SLIP AND FOCAL MECHANISM) IN GETIC NAPPE (E SERBIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 2, 147—161

correlation  between  paleostress  fault-slip  data  and  data  ob-
tained by inversion of focal mechanisms and that this correla-
tion can be generally used in elucidating the link between the
last tectonic phases and recent stress-field conditions.

Geotectonic setting

The research area is located within the westernmost part of

the Getic nappe system along its contact with the Supragetic
and  the  Serbo-Macedonian  units  (Fig. 2).  Generally,  these
geotectonic  entities  are  derived  from  the  Dacia  Mega  unit
(Schmid et al. 2008) or Bucovinian-Getic microplate (Kräutner
&  Krstić  2003).  Here,  the  boundary  between  these  units  is
overlain by a very thick (up to 4 km) Cenozoic sedimentary
cover (Marinković et al. 1978).

The Serbo-Macedonian Massif is composed of Upper Pro-

terozoic  to  Lower  Paleozoic  volcano-sedimentary  rocks
metamorphosed under amphibolite facies conditions, and lo-
cally  cut  by  granitoid  intrusions  (Dimitrijević  1963,  1967,
1995). The Supragetic unit belongs to the east-vergent Getic-
Supragetic  nappe  system  (Marović  2001;  Schmid  et  al.
2008).  It  consists  of  medium  to  low  grade  metamorphic
rocks  intruded  by  early  Paleozoic  granitoids  (Veselinović
et  al.  1970;  Kalenić  et  al.  1980).  The  Supragetic  unit  was
thrust  eastward  (in  present-day  geographical  coordinates)
over the Getic nappe system during the late early Cretaceous
(Dimitrov 1931; Bonchev 1936; Zagorchev & Ruseva 1982;
Kounov et al. 2010). This contact can be observed on several
localities  near  Despotovac  (Fig. 2,  2  –  Morava  roof  thrust
of the Getic unit). The entire Getic-Supragetic nappe system
is  interpreted  as  having  been  formed  in  mid-Cretaceous
times (‘Austrian phase’) (Matenco & Schmid 1999; Schmid
et al. 2008). During the Late Cretaceous ‘Laramian’ episode
this nappe stack has been thrust onto the Danubian units af-
ter  the  closure  of  the  Ceahlau-Severin  Ocean  (Matenco  &
Schmid 1999).

The  immediate  research  area  is  situated  within  the  Getic

unit which represents a single tectonic entity since the Paleo-
gene. Here, the Getic unit is composed of several zones rep-
resenting  diverse  pre-Cenozoic  paleogeographic  domains:
Proterozoic-Paleozoic  basement,  Jurassic-Cretaceous  sedi-
mentary  cover,  Senonian  tectonic  trough  and  Gornjak-Ra-
vanica Zone (Dimitrijević 1995).

The basement consists of Proterozoic migmatites, gneisses,

and  micaschists  metamorphosed  under  amphibolite  facies
conditions  as  well  as  of  Paleozoic  low  grade  to  non-meta-
morphosed  rocks.  The  whole  sequence  is  intruded  by  Her-
cynian  I-type  granitoids  (Gornjane,  Brnjica,  Neresnica,
Kräutner & Krstić 2002). The Jurassic—Cretaceous sedimen-
tary cover transgressively overlies the basement rocks and is
in tectonic contact with the Gornjak-Ravanica Zone which is
made up of Permian to Jurassic strata. The Senonian trough
sediments were deposited within a post-tectonic continental
basin  postdating  the  Lower  to  Mid-Cretaceous  main  defor-
mation phase of the Getic-Supragetic nappe system (Kräutner
& Krstić 2002, 2003; Schmid et al. 2008). The basin is spa-
tially  and  temporally  associated  with  Turonian—Campanian
(92—78 Ma)  magmatic  activity  (“banatites”)  that  resulted

from  the  N-NE-dipping  subduction  of  the  Neotethys  Ocean
further  to  the  south  and  south-east  (Drew  2005;  Karamata
2006; Schmid et al. 2008).

The  Gornjak-Ravanica  Zone  (GRZ)  (Dimitrijević,  1995)

represents  the  Serbian  equivalent  of  the  widespread  Saska-
Gornjak and Resita units which can be followed from Roma-
nia in the north through Serbia up to western Bulgaria in the
southeast  (Kräutner  &  Krstić  2003).  The  GRZ  is  composed
of  a  thick  sequence  of  red  Permian  sandstones  covered  by
Triassic  and  Jurassic  limestones.  The  Mesozoic  sediments
are  intruded  by  banatites,  genetically  associated  with  the
Ridanj-Krepoljin  fault  (Fig. 2,  1  –  Ridanj-Krepoljin  dislo-
cation).  The  central  part  of  the  Gornjak-Ravanica  Zone  is
affected by the complex Ridanj-Krepoljin dislocation, which
also  marks  the  westernmost  margin  of  the  Apuseni—Banat—
Timok—Srednegorie  Magmatic  and  Metallogenetic  Belt  in
Serbia (e.g. Mitchell 1996; Karamata et al. 1997).

The major present day fault pattern along the East Serbian

Carpatho-Balkanides, as shown by Marović et al. (2002a,b),
was  formed  in  the  Early  Miocene  and  is  characterized  by
NNW—SSE to N—S (NNE—SSW) striking longitudinal faults.
The other two fault systems with regional importance have a
transversal and diagonal character with respect to the general
strike of the tectonic units. Regional importance is attributed
to fault systems with significant quantifiable slip at the given
scale. Thus, local faults are systems representing secondary
structures that accommodate slip exerted on the systems with
regional importance.

Methods

This work combines methodologically independent proce-

dures of stress inversion of fault slip data (paleostress analy-
sis) and focal mechanism stress inversion. These procedures
are aimed at obtaining the active fault pattern and establish-
ing  stress  tensors  acting  in  the  studied  area  from  the  late
Miocene (using paleostress analysis) to recent times (by in-
version  of  focal  mechanisms).  In  order  to  achieve  the  con-
nection  between  fault  slip  data  observed  in  the  field  on  the
mesoscale and data on focal mechanisms, which treat regional
faults and fault systems on the macro observation scale, a de-
tailed lineament trend analysis was also performed. The lin-
eaments confirmed by field observations and documented on
the 1 : 100,000  Geological  Map  (sheets:  Požarevac,  Lapovo,
Paraćin, Kučevo, Žagubica, Boljevac) are treated as regional
faults or fault zones.

Remote Sensing – Lineament trend analyses

The lineament trend analysis was done on satellite images

acquired  by  Landsat  7  ETM +   sensor.  Standard  procedures
for image preprocessing and processing were performed, in-
cluding spectral image enhancement (brightness and contrast
enhancement,  normalization  of  digital  number  values)  and
spatial  image  enhancement  (spatial  filtering,  morphological
filtering, and resolution enhancement). Final analysis and in-
terpretation were done on a mosaic of processed satellite im-
ages  with  combined  digital  elevation  model  (with  10 m

background image

150

MLADENOVIĆ, TRIVIĆ, ANTIĆ, CVETKOVIĆ, PAVLOVIĆ, RADOVANOVIĆ and FÜGENSCHUH

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 2, 147—161

Fig. 2. Simplified tectonic map of the research area, adapted from Basic Geological Map of SFRY 1 : 100,000, sheets: Požarevac (L34-127),
Lapovo (L34-139), Paraćin (K34-007), Kučevo (L34-128), Žagubica (L34-140), Boljevac (K34-008). 1 – Ridanj-Krepoljin dislocation;
2 – Morava roof thrust of SGU. East vergent regional structure, generally oriented from N to S, which represents the tectonic boundary be-
tween the SGU and Getic unit; – Red Permian sandstone floor thrust. A major thrust representing the tectonic boundary within two sub-
units of the Getic Unit; 4 – Rakova Bara Basin; 5 – Kučevo Basin; 6 – Žagubica Basin; 7 – Krivi Vir Basin; 8 – Sokobanja Basin;
9 – Morava Basin.

background image

151

RECENT KINEMATICS (FAULT SLIP AND FOCAL MECHANISM) IN GETIC NAPPE (E SERBIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 2, 147—161

Fig. 3. Map of epicenters and related focal mechanisms (double-line nodal planes on focal plane solutions are regarded as fault planes), and
results of the remote sensing lineament trend analysis. Dotted polygons represent areas with low seismic activity. Black lines on remote
sensing analysis represent confirmed neotectonic active faults, while grey lines were confirmed only in the field and on geological maps
and are not regarded as neotectonically active.

background image

152

MLADENOVIĆ, TRIVIĆ, ANTIĆ, CVETKOVIĆ, PAVLOVIĆ, RADOVANOVIĆ and FÜGENSCHUH

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 2, 147—161

resolution), acquired and processed through ASTER GDEM
Project (ASTER GDEM ver. 2).

Standard criteria for determining the position of tectonic lin-

eaments on satellite images were used. Lineament trends were
initially proposed on the basis of morphological indicators in
the relief. Long and linear river streams, short streams that re-
tain the same direction over watersheds and belong to differ-
ent  drainage  systems,  sharp  changes  of  direction  of  streams
with  the  angle  of  90  degrees,  and  abrupt  linear  and  distinct
changes in the terrain slope are morphological forms that were
used to distinguish possible fault structure from lineaments re-
sulting  from  lithological  differences.  Analysis  of  fault  data
observed on the field was done regarding their location and
orientation of the dominant fault system. Only those tectonic
lineaments which correspond to field observed data consider-
ing spatial and strike matching are taken into account. The fi-
nal  interpretation  was  done  by  incorporating  data  from  the
available geological maps (1 : 100,000 Geological Map, sheets:
Požarevac, Lapovo, Paraćin, Kučevo, Žagubica, Boljevac).

Analysis of satellite images, by its definition, cannot give

information about fault kinematics. However, it was, at least
to a certain extent, possible to clarify the neotectonic activity
of  determined  faults.  Their  clear  morphological  outline  in
Pliocene  and  Quaternary  sediments,  their  continuous  orien-
tation along geological units of different age, are certain in-
dicators that these faults were neotectonically active. Taking
all  these  criteria  into  account,  together  with  literature  data
(aforementioned  geological  maps  and  neotectonic  map  of
Marović et al. 2002a), we produced a map of remote sensing
lineament  trend  analysis  (Fig. 3).  The  faults  were  classified
as regional or local, according to their relative importance in
the  research  area.  Lineaments  that  are  featured  as  regional
faults  are  followed  by  strike  on  satellite  images.  They  are
clearly  visible  on  a  kilometric  scale,  well  documented  by
field  observation  and  literature  data,  and  they  were  signifi-
cant  for  the  brittle  tectonic  evolution  of  the  research  area.
The expression in relief of the faults was the criteria for their
classification as certain or uncertain (covered).

Paleostress analysis – fault slip stress inversion

Fault-slip  data  were  collected  during  several  field  cam-

paigns  in  2009  and  2010.  The  campaigns  were  carried  out

Main stress axes 

Datasets 

Name 

Method 

σ

1

 

σ

2

 

σ

3

 

used 

total 

Fluct.  

total 

Regime 

Quality 

K01 

NDA 

  27 

20 

245 

64 

122 

14 

11 

11 

100 

8.2 

0.91 

transtension 

M01 

INV 

352 

  7 

234 

74 

  83 

13 

13 

13 

100 

1.8 

0.12 

transpression 

M02 

NDA 

    4 

  4 

206 

85 

  94 

  1 

  4 

  4 

100 

1.3 

0.49 

strike-slip 

M03 

INV 

  18 

  2 

248 

85 

108 

  3 

  9 

  9 

100 

1.0 

0.79 

transtension 

G01 

INV 

342 

16 

196 

70 

  75 

10 

12 

13 

  92.31 

4.2 

0.36 

strike-slip 

G02 

NDA 

177 

25 

351 

63 

  86 

  2 

11 

11 

100 

7.2 

0.48 

strike-slip 

G03 

NDA 

  43 

  8 

293 

66 

136 

21 

24 

24 

100 

8.9 

0.46 

strike-slip 

G04 

NDA 

  16 

12 

181 

77 

286 

  3 

  8 

  8 

100 

3.9 

0.50 

strike-slip 

G05 

INV 

347 

11 

228 

66 

  81 

20 

32 

32 

100 

8.4 

0.56 

strike-slip 

R03 

NDA 

193 

16 

329 

67 

  99 

14 

  9 

  9 

100 

9.6 

0.47 

strike-slip 

R02 

NDA 

216 

  4 

106 

76 

307 

12 

21 

21 

100 

8.9 

0.52 

strike-slip 

R01 

NDA 

    2 

38 

172 

51 

268 

  4 

10 

10 

100 

4.9 

0.48 

strike-slip 

 

Table 1: Results of stress tensor inversion based on fault-slip data. The field “Fluct. total” represents the mean (per solution, i.e. tensor) an-
gular deviation of the calculated maximum shear stress in the fault plane from the measured slip indicators.

along four traverses (from north to south): Kučevo, Gornjak,
Manasija  and  Ravanica  (Fig. 2).  The  majority  of  faults  and
fault-slip  data  were  observed  in  Tithonian  reef  carbonates
(Ravanica Limestone; Dimitrijević 1995). In order to deter-
mine the sense of slip on striated fault planes a variety of slip
criteria  marked  as  Young  Geological  Data  in  the  World
Stress  Map  project  (Reinecker  et  al.  2005)  were  used.  The
most  common  linear  indicators  observed  on  outcrops  were
calcite  fibers,  cataclastic  lineation  (slickenlines),  gouging-
grain  grooves  and  “carrot-shaped”  markings  (Fig. 4).  Addi-
tionally,  slip  was  determined  by  observing  asymmetric
grains,  spall  marks  with  congruent  steps,  lunate  fractures,
knobby  elevations  and  plucking  markings  (e.g.  Petit  1987;
Doblas et al. 1997; Doblas 1998). Only those fault slip mea-
surements with a higher level of quality related to the type of
slip indicator were included in the calculations. This is docu-
mented in Table 1. Polyphase fault reactivations, which were
reflected by superimposed sets of slickensides, are observed
at  all  outcrops.  The  relative  chronology  of  brittle  structures
was  established  solely  by  the  cross-cutting  relationships  of
faults and/or slip indicators. In addition, stress inversion based
on  focal  mechanisms  served  as  a  reference  frame  for  the
youngest tectonic phase. Therefore, from the collection of pa-
leostress solutions integrated in a succession of tectonic events
with established relative age hierarchy, only those defining the
youngest stress field are treated in this paper.

Initial  separation  of  data  was  based  on  the  outcrop  loca-

tion.  Subsequent  separation  was  indeed  based  on  slip  ob-
served  on  the  given  fault  and  its  orientation.  Paleostress
calculations  of  data-sets  were  done  using  the  TectonicsFP
software (Ortner et al. 2002), with two approaches: direct in-
version method – INV (Angelier 1979) and Numerical Dy-
namic  Analysis  –  NDA  (Spang  1972;  Sperner  &
Ratschbacher  1994)  (see  Table 1).  Direct  inversion  method
was applied to fault data sets with confirmed reactivated slip
along  the  pre-existing  faults,  while  NDA  method  was  used
for  data  sets  where  slip  along  newly  formed  fault  systems
was supposed. The proof of reactivation is initially observed
during  fieldwork  by  crosscutting  relationships  between  slip
indicators  and/or  offsetting  of  older  faults  by  the  younger
ones. Similar displacements to the latter are distinguished in
remote sensing footage or geological maps of the area. The
final  control  of  reactivation  is  performed  after  attempted

background image

153

RECENT KINEMATICS (FAULT SLIP AND FOCAL MECHANISM) IN GETIC NAPPE (E SERBIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 2, 147—161

stress  analysis,  since  reactivated  faults  plot  away  from  the
failure envelope on the Mohr stress diagram. The aim of ev-
ery inversion is to minimize the deviations between observa-
tions  and  a  model.  In  the  case  of  paleostress  analysis
deviations  between  the  observed  slip  and  calculated  shear
stress directions for a given fault-slip dataset should be mini-
mized.  As  mentioned  by  Gephart  (1990),  direction  of  shear
stress is dependent on only four out of six (independent) ele-
ments of the stress tensor, thus those four parameters can be
obtained  using  any  kind  of  inversion  methods.  Three  para-
meters relate to the orientations of the three principal stress
axes 

σ

1

  (maximum), 

σ

2

  (intermediate)  and 

σ

3

  (minimum),

the  fourth  is  the  R  parameter  indicating  the  relative  magni-
tude  ratio  between  the  intermediate  principal  stress  and  the
two extreme ones ((

σ

2

σ

3

)/(

σ

1

σ

3

)).

All data for fault slip analysis were divided into 12 blocks

–  stations  along  profiles,  where  data  collecting  has  been

Fig. 4. The most common linear indicators of the youngest tectonic activity. Arrows with thicker lines indicate the youngest phase, while
arrows  with  thinner  lines,  indicating  one  of  the  older  phases,  were  put  there  to  illustrate  cross-cutting  relationships  of  the  lineations.
a – Kučevo traverse – kinematic indicators shown as cataclastic  lineation and gouging-grain grooves; b – Gornjak traverse – most
common indicators presented as calcite fibres; c – Manasija traverse – the youngest lineation shown as gouging/plucking markings (Doblas
1998); d – Ravanica traverse – carrot shaped features indicating the youngest tectonic event.

performed (shown on Fig. 5). The general approach involved
the analysis of local tensors for detecting potential differences
in their orientations. Since the data were generally consistent
for the whole area, stress tensors are presented and discussed
per field traverse.

The  quality  assessment  of  the  results  was  done  using  the

updated quality ranking system of the World Stress Map re-
lease  2008  (Heidbach  et  al.  2008).  It  involved  applying  the
lowest  quality  rank  criteria  among  the  following  ones:  the
total number of initial data-sets considered for calculations,
the  percentage  of  used  data-sets  in  the  final  calculation
against  the  total  number  of  data,  confidence  rank  based  on
field  observations,  fluctuation  angle  between  the  calculated
slip and the slip observed on the outcrop, and the confidence
rank  related  to  the  type  of  the  slip  indicator  used  to  deter-
mine the sense of shear in the field (see Table 1). The overall
quality of each result of stress tensor inversion was assigned

background image

154

MLADENOVIĆ, TRIVIĆ, ANTIĆ, CVETKOVIĆ, PAVLOVIĆ, RADOVANOVIĆ and FÜGENSCHUH

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 2, 147—161

Fig. 5. a – Results of the paleostress analysis for 4 traverses;
b – Statistical synoptic diagram of attitude of stress axes.

background image

155

RECENT KINEMATICS (FAULT SLIP AND FOCAL MECHANISM) IN GETIC NAPPE (E SERBIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 2, 147—161

according  to  the  World  Stress  Map  quality  ranking  scheme
and ranges from ‘a’ (best) to ‘e’ (worst) (Sperner & Zweigel
2010).

Focal mechanism stress inversion

Focal  mechanisms  were  calculated  using  the  polarity  of

first arrivals of P waves. Parameters of mechanisms were de-
fined by a double couple model with the velocity model de-
fined  by  Glavatović  (1988).  The  data  on  first  arrivals  were
acquired from all available stations in bulletins of the Inter-
national Seismological Centre (ISC, 2011). The earthquakes
used  in  this  study  range  in  magnitude  between  2.2  and  4.6
(Table 2). A weak seismicity in the research area as well as a
poor  seismological  network  in  the  region  prior  to  2000  has
limited the data base to only 25 focal mechanisms. As it can
be seen in Table 2, all focal mechanisms of earthquakes from
the 1980s and 1990s were calculated only for higher magni-
tude events (M > 3). This was done in order to ensure that the
same quality rank could be assigned to these solutions as for
the solutions of events after 2000.

Based  on  the  position  of  epicenters  of  the  studied  earth-

quakes three areas with higher seismic activity could be dis-
tinguished.  These  are:  the  northern  (corresponds  to  traverse
Kučevo), the central (Gornjak and Manasija) and the southern
(Ravanica) area (see Fig. 3 and Table 3).

Label 

Date 

Az NP1 

Dip NP1 

Az NP2 

Dip NP2 

Az P 

Dip P 

Az T 

Dip T 

KB101 

27.01.1983 

44.08 

21.63 

3.9 

10.0 

302 83 152  

 

118 

52 

306 

38 

KB102 

27.05.1988 

44.15 

21.53 

4.4 

13.4 

327 51 104 48 

306 

 

 

212 

67 

KB103 

28.05.1988 

44.05 

21.71 

3.6 

10.0 

    1 

48 

149 

47 

253 

73 

345 

  1 

KB104 

09.04.1989 

44.27 

21.71 

3.0 

10.0 

182 81 280 49 

148 

21 

 

 

42 

35 

KB105 

28.10.1991 

44.26 

21.50 

4.6 

16.0 

  10 

58 

248 

49 

  37 

  5 

135 

56 

KB106 

18.11.1991 

44.23 

21.50 

3.2 

10.0 

161 

63 

273 

53 

129 

  6 

  33 

48 

KB107 

16.03.1993 

44.10 

21.57 

2.8 

11.0 

344 81 246 48 

124 

36 

 

 

18 

21 

KB108 

22.04.2003 

44.25 

21.36 

2.9 

10.0 

128 

71 

  27 

63 

166 

  5 

260 

34 

KB109 

26.11.2005 

43.89 

21.69 

4.0 

16.3 

  22 

59 

269 

57 

  55 

  1 

146 

49 

KB110 

28.06.2006 

44.54 

21.73 

3.4 

12.9 

  14 

63 

258 

50 

  43 

  7 

143 

51 

KB111 

02.07.2006 

44.54 

21.76 

3.1 

10.9 

283 71 178 55 

317 

10 

 

 

56 

40 

KB112 

21.11.2006 

43.84 

21. 64 

4.6 

  3.6 

309 

86 

  40 

81 

265 

  3 

174 

  9 

KB113 

02.12.2006 

44.07 

21.4 

3.7 

12.3 

218 69 109 49 

249 

12 

352 

45 

KB114 

20.12.2006 

44.42 

21.74 

2.3 

16.7 

161 

83 

  50 

20 

320 

49 

177 

35 

KB115 

20.05.2007 

44.03 

21.74 

3.3 

  4.1 

  27 

88 

296 

59 

166 

23 

  67 

20 

KB116 

13.02.2008 

44.11 

21.58 

2.3 

  8.0 

181 

72 

  18 

18 

353 

62 

185 

27 

KB117 

13.02.2008 

44.18 

21.66 

2.1 

  2.3 

  89 

73 

302 

20 

253 

61 

  98 

27 

KB118 

22.06.2008 

44.5 

21.63 

2.8 

 

 

1.0 

100 79 346 26 

119 

30 

254 

51 

KB119 

11.01.2009 

43.81 

21.65 

2.2 

23.0 

346 55 157 35 

184 

79 

342 

10 

KB120 

01.02.2009 

44.52 

21.65 

2.4 

  3.5 

125 

89 

215 

  4 

309 

45 

121 

45 

KB121 

08.07.2009 

43.88 

21.5 

2.6 

  3.1 

323 

84 

  53 

83 

278 

  1 

188 

  9 

KB122 

21.11.2010 

44.52 

21.62 

2.1 

 

 

4.4 

304 77 150 14 

116 

57 

309 

32 

KB123 

05.02.2011 

44.16 

21.70 

2.4 

  3.5 

247 

80 

  16 

15 

237 

34 

  81 

53 

KB124 

20.10.2012 

44.5 

21.69 

3.2 

  5.0 

172 

63 

278 

62 

  44 

41 

135 

  1 

KB125 

20.11.2012 

43.76 

21.64 

3.2 

  5.0 

336 

64 

214 

43 

    0 

12 

109 

56 

 

Table 2: Focal mechanism solutions for studied earthquakes (azimuth and dip angle in form dip direction/dip).

According  to  Barth  et  al.  (2008),  the  main  deficiency  of

this  method  of  calculating  the  focal  plane  solutions  is  that
the orientation of the principal stress axes cannot be obtained
directly.  By  this  method,  one  can  obtain  two  nodal  planes
which separate quadrants with dilatational or compressional
first  P-waves  arrivals.  Inside  these  quadrants  axes  of  maxi-
mum shortening and maximum dilatation are located. These
are  P  and  T  axes,  respectively,  and  they  represent  principal
strain  axes,  which  (in  most  cases)  do  not  coincide  with  the
principal stress axes. Therefore, in order to obtain the orien-
tation of the stress axes, inversion of focal mechanism data
had to be done.

There  are  several  methods  developed  for  calculating  the

stress  tensor  based  on  focal  mechanism  data  (Angelier
1979;  Gephart  &  Forsyth  1984;  Michael  1987;  Rivera  &
Cisternas 1990; Angelier 2002). In this paper we performed
a  formal  stress  inversion  of  focal  mechanisms,  following
the  technique  of  Gephart  and  Forsyth  (1984).  This  tech-
nique is linked to two main assumptions: (1) the chosen fo-
cal  mechanism  solution  lies  in  a  region  with  a  uniform
stress  field  that  is  invariant  in  space  and  time,  and  (2)  the
directions of earthquake slip and of maximum shear stress
are the same (Wallace—Bott hypothesis; Bott 1959). Result
of this inversion technique is a deviatoric stress tensor with
definite  orientations  of  the  three  principal  stress  axes  and
the ratio R.

Zone/Traverse(s) 

Earthquakes 

Northern/Kučevo 

KB110, KB111, KB114, KB118, KB120, KB122, KB124 

Central/Gornjak and Manasija 

KB101, KB102, KB103, KB104, KB106, KB107, KB108, KB113, KB115, KB116, KB117, KB123 

Southern/Ravanica 

KB109, KB112, KB119, KB121, KB125 

 

Table 3: Zones/traverses and corresponding earthquakes.

background image

156

MLADENOVIĆ, TRIVIĆ, ANTIĆ, CVETKOVIĆ, PAVLOVIĆ, RADOVANOVIĆ and FÜGENSCHUH

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 2, 147—161

The quality ranking of the results of the focal mechanism

stress  inversion  (Fig. 6)  was  carried  out  according  to  the
scheme applied for fault slip data inversion (Heidbach et al.
2008). It evaluates the azimuthal accuracy of S

Hmax

 obtained

by formal inversion of a number of well-constrained single-
event focal mechanisms that are located in close geographic
proximity (FMF category).

The dip data presented in this paper are displayed as dip di-

rection/dip angle, both for structural and focal mechanism data.

Fig. 6. a – Results of inversion of focal mechanisms data; b – Mohr’s diagrams obtained by the paleostress analysis.

Results

Fault slip analysis

General  characteristics  of  the  faults  activated  by  the

youngest stress field in the research area are low dip angle of
striation  and  predominant  strike-slip  movements  along  the
fault  planes.  The  results  of  fault  slip  analysis  are  shown  in
Fig. 5 and in Table 1.

background image

157

RECENT KINEMATICS (FAULT SLIP AND FOCAL MECHANISM) IN GETIC NAPPE (E SERBIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 2, 147—161

For  the  northern  part  of  the  study  area,  in  the  Kučevo

traverse,  a  single  statistical  diagram  is  presented  (K01  on
Fig. 5).  This  result  features  a  conjugate  system  of  strike-slip
faults  which  closely  resembles  dominant  lineaments  in  the
Kučevo area observed by satellite imagery (Fig. 3). Stress ten-
sor  exhibits  strike-slip  kinematics  with  NNE-SSW  oriented
subhorizontal 

σ

1

  axis  (K01  on  Fig. 5).  The  dominant  system

in this area is represented by NE-SW striking faults. Individ-
ual faults of this system exhibit sinistral strike-slip movements
along subvertical to vertical fault planes. A concomitant nor-
mal component is also recorded and it is most probably due to
somewhat  steeper  dipping  shear  direction.  Relatively  steep
normal-dextral slip is observed along the N—S striking faults,
representing  a  fault  system  conjugate  to  the  aforementioned
one striking NE—SW.

Along  the  Gornjak  traverse  five  tensors  were  distin-

guished  (Fig. 5  and  Table 1,  tensors  named  with  G-letter).
A  NNE—SSW  striking  fault  system  dominates  in  most  of
these  solutions,  but  locally,  NW—SE  striking  fault  systems
are also observed. The same trends are also observable on a
larger scale as regionally important dislocations (Fig. 3). The
stress field resulted in sinistral strike-slip movements along
the NNE-SSW-striking fault system (e.g. G01, G02 and G05
on Fig. 5). Data-set G03 exhibits a slight deviation from the
aforementioned  NNE—SSW  pattern,  exhibiting  dextral  slip
along similarly oriented faults. The remaining fault systems
trending  NNW—SSE,  NW—SE  and  NE—SW  are  of  local  im-
portance (e.g. G05). Along the NNW-SSE and NW—SE sys-
tems  dextral  strike-slip  was  recorded,  while  the  NE—SW
striking  faults  exhibit  sinistral  strike-slip.  Calculated  stress
tensors generated strike-slip kinematics with the compressional
axis  generally  directed  N—S,  locally  deviating  NNE—SSW
(Fig. 5, G03).

Along  the  Manasija  traverse  three  tensors  were  distin-

guished (Fig. 5). Solution M03 reveals the presence of a re-
gionally important ENE—WSW striking system with sinistral
slip.  There  is  also  a  NW—SE  system  of  local  importance,
which  has  much  steeper  reverse-dextral  slip.  Diagram  M01
(Fig. 5)  represents  a  NNE—SSW  striking  sinistral  strike-slip
fault system with regional importance. However, a NW—SE
system  with  dextral  strike-slip  is  more  frequent  on  the  out-
crop-scale. This system can also be observed on the solution
M02  (Fig. 5).  Calculated  stress  tensors  represent  strike-slip
kinematics with the NNE—SSW oriented 

σ

1

 axis.

Along the Ravanica traverse, the most important fault sys-

tems are generally striking NNW—SSE and NW—SE, as it is
shown  on  diagrams  R01  and  R02  (Fig. 5).  The  dominant
slips  along  this  system  are  dextral  and  locally  dextral  nor-
mal. In this area a significant number of NE—SW striking lo-
cal  faults  are  observed  in  the  field  and  also  detected  by
remote  sensing  lineament  analysis.  The  compressional  axis
is oriented NNE—SSW.

The  synoptic  diagram  of  principal  stress  axes  (Fig. 5b),

shows that the general directions of 

σ

and 

σ

are NNE—SSW

and ESE—WNW, respectively. Both axes are sub horizontal
with  a  mean  dip  of  18/08  and  99/06,  respectively.  The 

σ

2

axis  is  steeply  dipping  in  SW  quadrant  (mean  dip  211/81).
Any discrepancies of the orientation of main axes result from
local perturbations due to stress releases along the reactivated

ruptures (i.e. slight obliquity) or inherent inaccuracies during
data collection propagated during subsequent correction and
paleostress calculation.

Focal mechanisms

The  map  of  the  focal  plane  solutions  is  given  in  Fig. 3,

whereas detailed information about each solution is reported
in Table 2. Correlation between the position of epicenters of
earthquakes  and  the  field  traverses  is  given  in  Table 3.  The
(re)activation  of  the  faults  was  determined  according  to  the
location  of  aftershocks,  correlation  with  known  regional
fault systems and stress inversion.

The  focal  plane  solutions  of  earthquakes  in  the  northern

area (indicated in Table 3) reveal the presence of two general
groups  of  (re)activated  faults.  The  strike  of  these  faults  is
NNE—SSW  and  E—W.  Two  different  stress  tensors,  one
transpressional and another transtensional, with two focal so-
lutions  corresponding  to  an  almost  pure  normal  slip,  can  be
distinguished. Focal mechanisms labelled KB118 and KB111
show  a  sinistral  slip  with  an  apparent  reverse  component
along the NNE—SSW faults, while solution KB110 shows that
this type of slip is also present on the E—W faults. A normal
slip occurred along the NNE—SSW faults, which can be seen
on  the  focal  plane  solutions  KB120  and  KB122.  The  focal
plane solutions KB114 and KB124, however, indicate sinistral
slip with an apparent normal (KB124) and normal slip with a
dextral component (KB114) along the E—W faults.

The central area is characterized by the largest number of

earthquakes.  Focal  plane  solutions  allow  the  recognizing  of
three subgroups of fault planes. The first subgroup has a gen-
eral NNE—SSW strike, it is characterized by either transpres-
sional  (KB102,  KB106,  KB108,  KB104)  or  transtensional
tectonics  (KB117,  KB115,  KB101),  and  has  a  more  or  less
preferred strike slip component. Faults with this strike were
also observed in the field. The field measurements also indi-
cate both dextral and sinistral slips along these fault planes,
which is evident along the Gornjak traverse. The second sub-
group  has  a  NNW-SSE  strike,  and,  like  the  previous  sub-
group,  has  both  transpressional  (KB105,  KB113,  KB123)
and  transtensional  slip  (KB107).  This  subgroup  of  fault
planes is also found in the field, where indications of both re-
verse  and  normal  slip  are  observed  (field  points  M02  and
G04).  The  third  subgroup  of  E—W  fault  planes  with  almost
pure normal slip is found on the focal plane solutions KB103
and  KB116.  This  subgroup  is  recorded  on  the  field  points
M03 and G01, where sinistral normal slip is observed.

The focal plane solutions for the southern part of the study

area reveal two different fault plane subgroups. The first sub-
group  (KB109,  KB112,  KB121  and  KB125)  has  a  NW-SE
strike.  Focal  mechanisms  for  KB121  indicate  almost  pure
sinistral slip, while two others indicate reverse slip both with
sinistral  and  dextral  components.  The  reverse  slip  was  ob-
served  in  the  field  on  fault  planes  having  the  same  strike
(R01  and  R02).  However,  none  of  the  fault  solutions  along
the  Ravanica  profile  shows  a  sinistral  slip.  The  third  sub-
group  of  fault  planes  has  an  ENE—WSW  strike  and  almost
pure normal slip, and it is observed on the focal plane solu-
tion KB119. This is also confirmed by the diagram R02.

background image

158

MLADENOVIĆ, TRIVIĆ, ANTIĆ, CVETKOVIĆ, PAVLOVIĆ, RADOVANOVIĆ and FÜGENSCHUH

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 2, 147—161

Tensor  inversion  of  focal  mechanisms  tensor  inversion

shows that the direction of maximum and minimum stress is
NNE—SSW and ESE—WNW, respectively (Fig. 6a), and that
in the central and southern area both stress axes are subhori-
zontal. The 

σ

axis is subvertical in these two areas and in all

areas  dipping  towards  the  W.  The  values  of  the  R  ratio  de-
crease when going from the northern to the southern parts of
the research area.

Discussion

As can be seen in Figures 3, 4 and 5, there is a good corre-

lation of the results among tensor inversion of fault slip data,
inversion of focal mechanisms and lineament pattern analy-
sis.  This  correlation  indicates  that  in  the  research  area  the
Late  Miocene  strike-slip  tectonic  regime  (Matenco  &
Schmid  1999)  continued  to  be  active  in  recent  times.  This
observation coincides with the existing neotectonic interpreta-
tions in the Pannonian Basin (Bada et al. 2007), Serbia (south

of  the  Danube  and  Sava  rivers;  Marović  et  al.  2002a)  and
northern part of the Getic Nappe in the Southern Carpathians
in  of  Romania  (Matenco  &  Schmid  1999;  Fügenschuh  &
Schmid 2005).

Tensor  inversion  of  fault  slip  and  focal  mechanism  data

suggest that the studied area is characterized by subhorizon-
tal  compressional  and  tensional  axes  as  well  by  subvertical
σ

axes.  This  clearly  implies  a  strike  slip  tectonic  regime

with a general NNE—SSE orientation of maximum compres-
sion.  The  data  also  suggest  that  the  compressional  axis
slightly  deviates  in  the  northern  and  southern  part  with  re-
spect to the central part of the research area (generally N—S
oriented  maximal  axis  in  both  regions).  Higher  R  values
( ~ 0.7) in the northern part (Fig. 6), obtained by both methods,
indicate  a  dominant  transtensional  regime  in  this  area.  The
shape  of  the  stress  ellipsoid  tends  to  have  an  oblate  form
(

σ

1

≥σ

2

>

σ

3

) (Fig. 7). This shows differences with respect to

the  tectonic  regime  determined  for  the  whole  GRZ  by  this
study.  The  explanation  can  be  twofold:  local  differences  in
stress field or the influence of strike-slip tectonics which also

Fig. 7. Diagram of orientation of stress ellipsoid and related tectonic regimes, adapted from Bada et al. (2007). Numbers 1—4 indicate the
regions shown on Fig. 8

background image

159

RECENT KINEMATICS (FAULT SLIP AND FOCAL MECHANISM) IN GETIC NAPPE (E SERBIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 2, 147—161

activated  normal  faults  in  the  southern  Carpathian  arc
(Schmid  et  al.  1998;  Fügenschuh  &  Schmid  2005).  In  the
central part of the research area the average R value obtained
by both methods (Fig. 6), together with the position of stress
field axes (the medium stress axis is subvertical, and the other
two subhorizontal), implies a dominating strike-slip regime.
R  values  and  the  position  of  principal  axes  in  the  southern
part of the research area imply a tendency towards a prolate
stress ellipsoid. Such a stress regime indicates the affinity to
transpressional kinematics (Fig. 7).

Epicenter  positions  indicate  that  most  earthquakes  oc-

curred in the central part of the research area, more precisely,
in  the  area  between  Despotovac  and  Petrovac  (Fig. 3).  This
does not necessarily imply that this area has higher seismicity
(more frequent earthquakes), since the focal plane solutions
are  calculated  only  for  earthquakes  with  magnitude  higher
than 2. On the other hand, this fact cannot be ignored either,
especially because it certainly indicates some kind of differ-
ent seismic activity in this zone with respect to the northern
(no stronger earthquakes) and southern part (low concentra-
tion of stronger earthquakes) of the study area. There are also
some differences regarding fault (re)activation patterns in the
northern and the central part on the one hand, and the south-
ern part of the research area on the other. Earthquakes from
the northern and the central part of the research area occurred
along  generally  N—S  striking  regional  faults.  By  contrast,

Fig. 8. Schematic map of the recent tectonic stress regimes on the Balkan Peninsula and Pannonian Basin, adapted from Marović et al. (2002a),
Radovanović (2003), Fügenschuh & Schmid (2005), Bada et al. (2007), Kastelic et al. (2013). Numbers 1—4 indicates the regions studied by
Bada et al. (2007); tensors 5 and 6 are based on research of Marović et al. (2002a); tensor 7 indicate region studied by Fügenschuh & Schmid
(2005). The relative size of the presented arrows indicate the relative magnitude of the stress axes, i.e. their mutual ratio. Tensors presented
without a circle indicating the vertical axis are solutions where none of the axes were vertical, i.e. transtensional or transpressional.

earthquakes from the southern part occurred along faults that
are marked as local on the lineament trend interpretation.

Our results support the model of the “Adria push” mecha-

nism, according to which the maximum compressional stress
has a NE—SW orientation, generated in this way in the south-
ern  Dalmatia  region  (Croatian  coast,  Dubrovnik  –  Split  re-
gion)  (Figs. 7  and  8)  (Rebai  et  al.  1992;  Gerner  et  al.  1999).
As shown by Bada et al. (2007), the azimuth of the 

σ

1

 axis is

N055° in the Timisoara seismogenic zone. Although situated
south of this seismogenic zone, the GRZ shows the same pat-
tern with the maximum compression axis oriented in a similar
direction  (030/10).  Similar 

σ

orientations  are  found  in  the

Kraishte area in Bulgaria (tensor 3 of the phase D4 in Kounov
et al. 2011). According to Bada et al. (2007), dominant act-
ive  fault  systems  in  the  Timisoara  Zone  display  N—S  and
ENE—WSW  strikes,  and  the  same  applies  to  the  GRZ  where
both  regional  (N—S  and  NE—SW)  and  local  (NE—SW  and
NW—SE) faults show evidence of recent activity. In analogy to
the Timisoara Zone, this fact indicates that the distribution of
the epicenters, as well as of the fault mechanisms, can be ex-
plained  by  the  release  of  accumulated  stress  at  local  accom-
modation  zones  that  are  favourably  oriented  with  respect  to
the active regional stress field. This explains why the maximum
horizontal  stress  axis  slightly  deviates  from  the  maximum
compressional axis generated by the ‘Adria push’ mechanism
(related to the region of southern Dalmatia in Croatia).

background image

160

MLADENOVIĆ, TRIVIĆ, ANTIĆ, CVETKOVIĆ, PAVLOVIĆ, RADOVANOVIĆ and FÜGENSCHUH

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 2, 147—161

Observations  in  the  northern  and  southern  parts  of  the

GRZ indicate that the local stress field is of high importance
in controlling recent tectonics in this area. The southern part
shows  the  affinity  to  transpressional  tectonics  likely  influ-
enced by the rigid Moesian Promontory, situated east of our
study  area  (Fig. 8).  The  northern  part  is  characterized  by  a
transtensional tectonic regime which could mark the onset of
the  influence  of  the  Pannonian  Basin  extension  (Matenco  &
Schmid 1999; Fügenschuh & Schmid 2005) (see also Fig. 8).

Conclusions

The  correlation  and  joint  inversion  of  calculated  focal

mechanism and collected fault slip data led us to the following
conclusions related to the Late Miocene to present day tecton-
ics in the Eastern Serbian part of the Carpatho-Balkanides:

1. In most cases, there is a good agreement between (1) the

paleostress inversion, (2) the inversion of focal mechanisms
and (3) the remote sensing lineament analysis. This fact indi-
cates  that  the  present  day  stress  field  is  the  same  as  the  one
that was active in the Late Miocene, meaning that the tectonic
stress field has remained relatively uniform since that time.

2.  The  dominant  tectonic  stress  regime  in  this  area  is  de-

fined  by  the  NNE—SSW  horizontal 

σ

1

,  sub-vertical 

σ

2

  and

WNW—ESE horizontal 

σ

3

 resulting in strike-slip kinematics

along active faults. This is in very good agreement with neo-
tectonic  reconstructions  in  the  Pannonian  Basin  indicating
that the basin itself and its southern envelope underwent the
same neotectonic evolution.

3. There are differences in tectonic regime in the northern

and  southern  parts  of  the  studied  area.  The  transtensional
tectonic  regime  in  the  northern  part  probably  resulted  from
extension that acted more to the north-east of the study area.
In  the  southern  part  a  transpressional  tectonic  regime  was
dominant most likely because of the close vicinity of the rigid
Moesian Platform. The available data, however, cannot pro-
vide a more accurate explanation of these subtle differences
in tectonic conditions.

4. The  maximum  horizontal  stress  axis  has  a  general

NNE—SSW orientation. This implies that the main source of
compression in the Balkan Peninsula is ‘Adria push’ which
also  represents  the  major  cause  of  seismicity  in  the  studied
area. The seismicity is most likely controlled by the release of
accumulated  tectonic  stress  along  local  weakened  zones  that
are favourably oriented in respect to the active stress field.

Acknowledgments:    We  thank  Alexandre  Kounov  and  an
anonymous reviewer for their constructive reviews that sig-
nificantly  improved  the  paper,  and  to  Dušan  Plašienka  for
his thorough editorial handling. This study was supported by
the Serbian Ministry of Education, Science and Technological
Development, Projects No. 176016 and No. TR 36009. Ana
Mladenović  wants  to  thank  the  CEEPUS  network  “Earth-
Science  Studies  in  Central  and  South-Eastern  Europe”  for
support.  Vladica  Cvetković  thanks  the  Serbian  Academy  of
Sciences and Arts (Project Geodynamics). The authors would
like to thank Aleksandar Džunić for stimulating discussions
about the seismicity of this area and suggestions on an earlier

version of the manuscript. Milan Radovanović is kindly ac-
knowledged for language proofreading.

References

Angelier J. 1979: Determination of the mean principal directions of

stresses  for  a  given  fault  population.  Tectonophysics  56,  3—4,
T17—T26.

Angelier J. 2002: Inversion of earthquake focal mechanisms to ob-

tain  the  seismotectonic  stress IV  –  a  new  method  free  of
choice among the nodal planes. Geophys. J. Int. 150, 588—609.

ASTER  GDEM  Project:  http://www.jspacesystems.or.jp/ersdac/

GDEM/E/index.html

Bada  G.,  Horvath  F.,  Dovenyi  P.,  Szafian  P.,  Windhoffer  G.  &

Cloetingh S. 2007: Present-day stress field and tectonic inver-
sion in the Pannonian Basin. Global and Planetary Change 58,
165—180.

Barth A., Reinecker J. & Heidbach O. 2008: Stress derivation from

earthquake focal mechanisms. World Stress Map project, 1—36.

Bonchev  E.  1936:  Versuch  einer  tektonischen  Synthese  West-

bulgariens. Geol. Balcanica 2, 3, 5—48.

Bott  M.H.P.  1959:  The  mechanics  of  oblique  slip  faulting.  Geol.

Mag. 96, 109—117.

Cvetković V., Prelević D., Downes H., Jovanović M., Vaselli O. &

Pécskay Z. 2004: Origin and geodynamic significance of Ter-
tiary postcollisional basaltic magmatism in Serbia (central Bal-
kan Peninsula). Lithos 73, 3—4, 161—186.

Dimitrijević M.D. 1963: Sur l’âge du métamorphisme et des plisse-

ments dans la masse Serbo-macédonienne. Bull. du VIe congr.
De l’ass. Géol. Carpatho-balkanique, Vol. I. Stratigraphie, 
3,
Warszawa and Kraków; Wyd. Geol., Warszawa, 339—347.

Dimitrijević  M.D.  1967:  Some  problems  of  crystalline  schists  in

the  Serbo-Macedonian  Massif.  Reports  of  VIII  Congress  of
CBGA, Petrology and Metamorphism, September 1967
, Belgrade,
59—67.

Dimitrijević M.D. 1995: Geology of Yugoslavia. Gemini, Beograd,

1—187 (in Serbian).

Dimitrov  C.  1931:  Contribution  to  the  geology  and  petrography  of

Konyavo Mountain. Rev. Bulg. Geol. Soc. 3, 3—52 (in Bulgarian).

Doblas M. 1998: Slickenside kinematic indicators. Tectonophysics

295, 187—197.

Doblas M., Mahecha V., Hoyos M. & López-Ruiz J. 1997: Slicken-

side  and  fault  surface  kinematic  indicators  on  active  normal
faults  of  the  Alpine  Betic  Cordilleras,  Granada,  southern
Spain. J. Struct. Geol. 19, 2, 159—170.

Drew L. 2005: A tectonic model for the spatial occurrence of por-

phyry copper and polymetallic vein deposits – Applications to
the central Europe. U.S. Geol. Surv. Sci. Report 2005—5272, 36 p.
ISBN 1-411-30960-X

Fügenschuh B. & Schmid S.M. 2005: Age and significance of core

complex  formation  in  a  very  curved  orogen:  Evidence  from
fission track studies in the South Carpathians (Romania). Tec-
tonophysics 
404, 33—53.

Gephart J.W. 1990: Stress and the direction of slip on fault planes.

Tectonics 9, 4, 845—858.

Gephart J.W. & Forsyth D.W. 1984: An improved method for de-

termining  the  regional  stress  tensor  using  earthquake  focal
mechanism  data:  application  to  the  San  Fernando  earthquake
sequence. J. Geophys. Res. 89, 9305—9320.

Gerner P., Dovenyi P., Horvath F. & Muller B. 1995: State of recent

stress  and  seismotectonics  in  the  Pannonian  Basin  and  sur-
rounding area. Terra Abstr. 7, 1—123.

Gerner P., Bada G., Dovenyi P., Muller B., Onescu M.C., Cloetingh

S. & Horvath F. 1999: Recent tectonic stress and crustal defor-

background image

161

RECENT KINEMATICS (FAULT SLIP AND FOCAL MECHANISM) IN GETIC NAPPE (E SERBIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 2, 147—161

mation  in  and  around  the  Pannonian  Basin:  data  and  models.
In: Durand B., Jolivet L., Horvath F. & Serrane M. (Eds.): The
Mediterranean  Basins:  Tertiary  extension  within  the  Alpine
orogen. Geol. Soc. London, Spec. Publ. 156, 269—294.

Glavatović  B.  1988:  Study  of  seismicity  in  the  southern  Adriatic

Sea by simultaneous processing of earthquakes. [Proučavanje
seizmičnosti  južnog  Jadrana  simultanom  obradom  grupe  24
zemljotresa.] PhD ThesisUniversity of Belgrade, Factulty of
Mining and Geology, 
Belgrade, 1—213 (in Serbian).

Grenerczy  G.  &  Bada  G.  2005:  GPS  baseline  length  changes  and

their tectonic interpretation in the Pannonian Basin. Geophys.
Res. Abstr
., 7(04808).

Heidbach  O.,  Tingay  M.,  Barth  A.,  Reinecker  J.,  Kurfeß  D.  &

Müller B. 2008: The World Stress Map database release 2008.
Doi: 10.1594/GFZ.WSM.Rel2008

Horvath  F.  &  Cloetingh  S.  1996:  Stress  –  induced  late  –  stage

subsidence anomalies in the Pannonian Basin. Tectonophysics
266, 287—300.

International Seismological Centre 2011: On-line Bulletin. Internat.

Seis. Cent., Thatcham, United Kingdom.

        http://www.isc.ac.uk
Kalenić  M.,  Hadži-Vuković  M.,  Dolić  D.,  Lončarević  Č.  &  Rakić

O.  1980:  Geological  map  and  Guide  book  for  sheet  Kučevo
(L34-128),  Basic  Geological  Map  of  SFRY.  Federal  Geol.
Surv
., Belgrade, 85 (in Serbian with English abstract).

Karamata  S.  2006:  The  geodynamical  framework  of  the  Balkan

Peninsula:  its  origin  due  to  the  approach,  collision  and  com-
pression  of  Gondwanian  and  Eurasian  units.  In:  Robertson
A.H.F. & Mountrakis D. (Eds.): Tectonic development of the
Eastern Mediterranean Region. Geol. Soc. London, Spec. Publ.
260, 155—178.

Karamata S., Knežević V., Péckay Z. & Đor ević P. 1997: Magma-

tism  and  metallogeny  of  the  Ridanj—Krepoljin  belt  (Eastern
Serbia)  and  their  correlation  with  northern  and  eastern  ana-
logues. Mineralium Depos. 32, 452—458.

Kastelic V., Vannoli P., Burrato P., Fracassi U., Tiberti M. & Valen-

sise G. 2013: Seismogenic sources in the Adriatic Domain. Mar.
Petrol. Geol.
 42, 191—213.

Kräutner  H.  &  Krstić  B.  2002:  Alpine  and  Pre-Alpine  structural

units  within  the  southern  Carpathians  and  the  eastern  Bal-
kanides. Proceedings of XVII Congress of Carpathian-Balkan
Geological Association Bratislava.
 ISSN 1335-0552

Kräutner  H.  &  Krstić  B.  2003:  Geological  Map  of  the  Carpatho-

Balkanides  between  Mehadia,  Oravita,  Niš  and  Sofia.  Geol.
Inst. Serbia
, Belgrade.

Kounov A., Seward D., Burg J.-P., Bernoulli D., Ivanov Z. & Han-

dler  R.  2010:  Geochronological  and  structural  constraints  on
the Cretaceous thermotectonic evolution of the Kraishte zone,
western Bulgaria. Tectonics 29, TC2002.

Kounov A., Burg J.-P., Bernoulli D., Seward D., Ivanov Z., Dimov

D.  &  Gerdjikov  I.  2011:  Paleostress  analysis  of  Cenozoic
faulting in the Kraishte area, SW Bulgaria. J. Struct. Geol. 33,
859—874.

Marinković Đ., Nikolić D., Maksimčev S., Bundaleski M. & Vdovi-

jak B. 1978: Map of Tertiary base depths (southern of Sava and
Danube). NTC NIS, Novi Sad (in Serbian).

Marović M. 2001: Geology of Yugoslavia. University of Belgrade,

Faculty of Mining and Geology, Belgrade, 1—230 (in Serbian).

Marović  M.,  Đoković  I.  &  Toljić  M.  2002a:  Neotectonic  map  of

Serbia. Republic of Serbia, Ministry for the protection of natu-
ral resources and environment
, Belgrade.

Marović  M.,  Đoković  I.,  Pešić  L.,  Radovanović  S.,  Toljić  M.  &

Gerzina N. 2002b: Neotectonics and seismicity of the southern

margin of the Pannonian Basin in Serbia. EGU Stephan Mueller
Spec. Publ. Ser
. 3, 277—295.

Matenco L. & Schmid S. 1999: Exhumation of the Danubian nappes

system  (South  Carpathians)  during  the  Early  Tertiary:  infer-
ences  from  kinematic  and  paleostress  analysis  at  the  Getic/
Danubian nappes contact. Tectonophysics 314, 401—422.

Michael A.J. 1987: Use of focal mechanisms to determine stress: a

control study. J. Geophys. Res. 92, 357—368.

Mitchell  A.H.G.  1996:  Distribution  and  genesis  of  some  epizonal

Zn-Pb  and  Au  provinces  in  the  Carpathian-Balkan  region.
Transactions of the Institution of Mining and Metallurgy, Sect.
B
 105, 127—138.

Ortner H., Reiter F. & Acs P. 2002: Easy handling of tectonic data:

the  programs  TectonicVB  for  Mac  and  TectonicsFP  for
Windows(TM). Computers & Geosciences 28, 1193—1200.

Petit J.P. 1987: Criteria for the sense of movement on fault surfaces

in brittle rocks. J. Struct. Geol. 9, 5—6, 597—608.

Radovanović S. 2003: Seismic hazard maps and spectra, results of

catalogue  preparation,  seismotectonic  modeling  and  site  class
definitions.  Proc.  of  First  International  Conference,  Science
and technology for safe development of lifeline systems natural
risks: Developments, tools and techniques in the CEI Area, 4—5
November 2003
, Sofia, Bulgaria.

Radovanović  S.  &  Pavlović  R.  1992:  Some  aspects  of  earthquake

generation in the area of Svilajnac—Žagubica. Ann. Géol. Penins.
Balk.
 56, 2, 43—60 (in Serbian).

Radovanović S. & Pavlović R. 1994: Earthquake mechanisms on the

Mlava fault. Ann. Géol. Penins. Balk. 58, 1, 73—85 (in Serbian).

Rebai S., Philip H. & Taboada A. 1992: Modern tectonic stress field

in  the  Mediterranean  region:  evidence  for  variation  stress  di-
rections at different scales. Geophys. J. Int. 110, 106—140.

Reinecker  J.,  Heidbach  O.,  Tingay  M.,  Sperner  B.  &  Müller  B.

2005: The release 2005 of the World Stress Map.

       (available online at www.world-stress-map.org).
Rivera L. & Cisternas A. 1990: Stress tensor and fault plane solu-

tions for a population of earthquakes. Bull. Seism. Soc. Amer.
80, 600—614.

Schmid S., Berza T., Diaconescu V., Froitzheim N. & Fügenschuh

B. 1998: Orogen – parallel extension in the South Carpathians
during the Paleogene. Tectonophysics 297, 1—4, 209—228.

Schmid  S.,  Bernoulli  D.,  Fügenschuh  B.,  Matenco  L.,  Schefer  S.,

Schuster R., Tischler M. & Ustaszewski K. 2008: The Alpine-
Carpathian-Dinaride  orogenic  system:  correlation  and  evolu-
tion of tectonic units. Swiss J. Geosci. 101, 139—183.

Spang J.H. 1972: Numerical method for dynamic analysis of calcite

twin lamellae. Geol. Soc. Amer. Bull. 183, 467—472.

Sperner B. & Ratschbacher L. 1994: A Turbo Pascal program pack-

age for graphical presentation and stress analysis of calcite de-
formation. Z. Dtsch. Geol. Gesell. 145, 414—423.

Sperner B. & Zweigel P. 2010: A plea for more caution in fault-slip

analysis. Tectonophysics 482, 29—41.

Ustaszewski  K.,  Schmid  S.,  Fügenschuh  B.,  Tischler  M.,  Kissling

E. & Spakman W. 2008: A map – view restoration of the Al-
pine-Carpathian-Dinaridic  system  for  the  Early  Miocene.
Swiss. J. Geosci., 101, Suppl. 1, S273—S294.

Veselinović M., Antonijević I., Milošaković R., Mićić I., Krstić B.,

Čićulič  M.,  Divljan  M.  &  Maslarević  Lj.  1970:  Geological
map  and  Guide  book  for  sheet  Boljevac  (K34-8),  Basic  Geo-
logical Map of SFRY. Federal Geol. Surv. Belgrade, 1—60 (in
Serbian with English abstract).

Zagorchev  I.  &  Ruseva  M.  1982:  Nappe  structure  of  the  southern

parts of the Osogovo Mts. and the Pijanec region (SW Bulgaria).
Geol. Balcanica 12, 3, 35—37 (in Russian, with English abstract).