Neotectonic evolution of the Caucasus: recent vertical movements and mechanism of crustal deformation
- Authors: Tatarinov V.N.1,2, Kaftan V.I.1, Manevich A.I.1,3, Dzeboev B.A.1,4, Dzeranov B.V.1,4, Avdonina A.M.1, Losev I.V.1,3, Korol’kovaa A.A.1
-
Affiliations:
- Geophysical Center, Russian Academy of Sciences
- Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Science
- National University of Science and Technology “MISIS”
- Geophysical Institute, Vladikavkaz Scientific Center, Russian Academy of Sciences
- Issue: No 4 (2024)
- Pages: 76-99
- Section: Articles
- URL: https://journal-vniispk.ru/0002-3337/article/view/261874
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0002333724040068
- EDN: https://elibrary.ru/FWTYBY
- ID: 261874
Cite item
Abstract
It is generally recognized that the formation of the fold-and-thrust tectonic structures of mobile belts on continents is associated with crushing and narrowing of the Earth’s crust as a result of collision of lithospheric plates. The deformation of the Caucasian lithosphere in the neotectonic time is generally consistent with these ideas. However, the block differentiation of the Caucasian lithosphere introduces specific features in the directivity of modern vertical and horizontal movements. In this paper, we analyze vertical movements of the Caucasus estimated by means of high-precision leveling over more than a century and consider their spatial correlation with tectonics, seismicity, stress-strain state, and geophysical fields. A clear relationship indicating the deep tectonic nature of the long-term uplifting of the Caucasus crust is revealed.
Due to the differentiation of the Arabian plate movement, the territory of the Caucasus is divided into provinces that differ from each other in the pattern of modern movements, in the orientation of faults, and in the stress-strain state. The seismic regime in these provinces also has differences in the number of seismic events and focal mechanisms of the earthquakes. We propose a model of the deformation mechanism of the Greater Caucasus, which takes into account the long-term trend of the Caucasus uplifting in the conditions of general shortening of the Earth’s crust. The results of the analysis are used as a basis for discussion of a probable mechanism of tectonic evolution of the Greater Caucasus in the neotectonic time, which can be used in the assessment of seismic hazard in the North Caucasus.
Full Text

About the authors
V. N. Tatarinov
Geophysical Center, Russian Academy of Sciences; Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Science
Author for correspondence.
Email: v.tatarinov@gcras.ru
Russian Federation, Moscow, 119296; Moscow, 123242
V. I. Kaftan
Geophysical Center, Russian Academy of Sciences
Email: v.tatarinov@gcras.ru
Russian Federation, Moscow, 119296
A. I. Manevich
Geophysical Center, Russian Academy of Sciences; National University of Science and Technology “MISIS”
Email: v.tatarinov@gcras.ru
Russian Federation, Moscow, 119296; Moscow, 119049
B. A. Dzeboev
Geophysical Center, Russian Academy of Sciences; Geophysical Institute, Vladikavkaz Scientific Center, Russian Academy of Sciences
Email: v.tatarinov@gcras.ru
Russian Federation, Moscow, 119296; Vladikavkaz, 362002
B. V. Dzeranov
Geophysical Center, Russian Academy of Sciences; Geophysical Institute, Vladikavkaz Scientific Center, Russian Academy of Sciences
Email: v.tatarinov@gcras.ru
Russian Federation, Moscow, 119296; Vladikavkaz, 362002
A. M. Avdonina
Geophysical Center, Russian Academy of Sciences
Email: v.tatarinov@gcras.ru
Russian Federation, Moscow, 119296
I. V. Losev
Geophysical Center, Russian Academy of Sciences; National University of Science and Technology “MISIS”
Email: v.tatarinov@gcras.ru
Russian Federation, Moscow, 119296; Moscow, 119049
A. A. Korol’kovaa
Geophysical Center, Russian Academy of Sciences
Email: v.tatarinov@gcras.ru
Russian Federation, Moscow, 119296
References
- Бачманов Д.М., Кожурин А.И., Трифонов В.Г. База данных активных разломов Евразии // Геодинамика и тектонофизика. 2017. Т. 8. № 4. С. 711–736. doi: 10.5800/GT-2017-8-4-0314
- Большой Кавказ в альпийскую эпоху / Ю.Г. Леонов (ред.). М.: ГЕОС. 2007. 368 с.
- Галаганов О.Н., Гусева Т.В., Розенберг Н.К., Передерин В.П. Изучение движений земной коры геодезическими методами. Актуальность идей Г.А. Гамбурцева в геофизике ХХI века. М.: Янус-К. 2013. С. 329–338.
- Гзовский М.В. Основы тектонофизики. М.: Наука. 1975. 536 с.
- Годзиховская А.А. Каталог землетрясений Кавказа с древнейших времен (-550 г.) по 2000 г. http://zeus.wdcb.ru/wdcb/sep/caucasus
- Гурбанов А.Г., Милюков В.К., Газеев В.М., Лексин А.Б., Докучаев А.Я., Гурбанова О.А. Оценка векторов скорости современных горизонтальных и вертикальных смещений литосферных блоков на территории большого Кавказа и их геодинамическая интерпретация (по данным ГНСС) // Вестник Владикавказского научного центра. 2023. № 1. С. 49–61. doi: 10.46698/VNC.2023.26.26.001
- Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов. ГКИНП (ГНТА)–03-010-. 03.2004. М.: ЦНИИГАиК. 2004. 226 с.
- Кадыров Ф.А., Мамедов С.Г., Сафаров Р.Т. Активная геодинамика Кавказа // Геофизический журнал. 2017. 39 (4). С. 98–101.
- Кадыров Ф.А., Сафаров Р.Т. Деформация земной коры Азербайджана и прилегающих территорий по данным GPS-измерений // Известия национальной академии наук Азербайджана. Науки о Земле. 2013. № 1. С. 47–55.
- Карта современных вертикальных движений Восточной Европы, м-б 1:10 000 000. М.: ГУГК СССР. 1971.
- Карта современных вертикальных движений Восточной Европы, м-б 1:2 500 000. М.: ГУГК СССР. 1973.
- Карта современных вертикальных движений земной коры на территории Болгарии, Венгрии, ГДР, Польши, Румынии, СССР (Европейская часть), Чехословакии. Масштаб 1:25 000 000. М.: ГУГК. 1986.
- Карта современных вертикальных движений на территорию СССР, м-б 1:5 000 000. М.: ГУГК СССР. 1989.
- Кафтан В.И. Карты современных движений земной коры: содержание и информативность // Физика Земли. 1996. Т. 32. № 1. С. 42–53.
- Кафтан В.И., Татаринов В.Н. Регистрация медленных деформационных волн по данным ГНСС-наблюдений // Докл. РАН. Науки о Земле. 2022. Т. 505. № 1. С. 95–102. doi: 10.31857/S268673972207009X
- Кафтан В.И., Кузнецов Ю.Г., Серебрякова Л.И. Верещетина А.В. Карта скоростей вертикальных движений земной поверхности Прикаспийского региона // Геодезия и картография. 1995. № 12. С. 18–21.
- Копп М.Л. Коллизионная структура Кавказского региона. Большой Кавказ в альпийскую эпоху. М.: ГЕОС. 2007. С. 285–314.
- Кочарян Г.Г. Разломная зона как нелинейная механическая система // Физическая мезомеханика. 2010. Т. 13. Спец. выпуск. С. 5–17.
- Кузнецов Ю.Г., Кафтан В.И., Бебутова В.К., Серебрякова Л.И., Верещетина А.В. Современные вертикальные движения земной поверхности Прикаспийского региона // Геодезия и картография. 1997. № 9. С. 29–34.
- Кузьмин Ю.О. Геодинамическая эволюция Центральной Азии и современная геодинамика Копетдагского региона (Туркменистан) // Физика Земли. 2021. № 1. С. 144–153.
- Лилиенберг Д.А. Общие и региональные закономерности современной геодинамики Кавказа. Современные тектонические движения земной коры. Киев: Наук. думка. 1980. С. 204–217.
- Лилиенберг Д.А., Кафтан В.И., Кузнецов Ю.А., Серебрякова А.Г. Картографические модели вариаций современных тектонических движений морфоструктур Кавказа и Закавказья для различных эпох // Геоморфология. 1997. № 4. С. 63–75.
- Лукина Н.В. Некоторые черты неотектонической структуры Большого Кавказа. Бюллетень комиссии по изучению четвертичного периода № 52. 1983. С. 29–41.
- Лукк А.А., Шевченко В.И. Сейсмичность, тектоника и GPS-геодинамика Кавказа // Физика Земли. 2019. № 4. С. 99–123. doi: 10.31857/S0002-33372019499-123
- Милановский Е.Е., Хаин В.Е. Основные черты тектонического развития альпийского Средиземноморско-Индонезийского пояса. Орогенические пояса. М.: Наука. 1968. 247 с.
- Милюков В.К., Миронов А.П., Рогожин Е.А., Стеблов Г.М. Оценки скоростей современных движений Северного Кавказа по GPS-наблюдениям // Геотектоника. 2015. № 3. С. 56–65. doi: 10.7868/S0016853X15030042
- Милюков В.К., Миронов А.П., Стеблов Г.М., Овсюченко А.Н., Рогожин Е.А., Дробышев В.Н., Кусраев А.Г., Хубаев Х.М., Торчинов Х.З. Спутниковый геодезический мониторинг зоны Владикавказского активного разлома: первые результаты // Физика Земли. 2017. № 4. C. 110–117. doi: 10.7868/S0002333717040068
- Морозов В.Н., Кафтан В.И., Татаринов В.Н., Колесников И.Ю., Маневич А.И., Мельников А.Ю. Моделирование напряженно-деформированного состояния и результаты GPS-мониторинга эпицентральной зоны землетрясения 24 августа 2014, М 6 (Napa, США) // Геотектоника. 2018. № 5. С. 90–102. doi: 10.1134/S0016853X18040069
- Мячкин В.И., Осокина Д.М., Цветкова Н.Ю. Тектонофизический анализ полей напряжений и проблемы физики очага землетрясений. Модели изменения напряженно-деформированного состояния массивов пород в приложении к прогнозу землетрясений. Апатиты: Кольск. фил. АН СССР. 1982. С. 3–24.
- Общая характеристика и история рельефа Кавказа. М.: Наука. 1977. 288 с.
- Осокина Д.Н. Об иерархических свойствах тектонических напряжений. Поля напряжений и деформаций в земной коре. М.: Наука. 1987. 184 с.
- Прилепин М.Т., Баласанян С., Баранова С.М., Гусева Т.В., Мишин А.В., Надария М., Рогожин Е.А., Розенберг Н.К., Сковородкин Ю.П., Хамбургер М., Кинг Р., Рейлингер Р. Изучение кинематики Кавказского региона с использованием GPS технологии // Физика Земли. 1997. № 6. С. 68–75.
- Расцветаев Л.М. Некоторые особенности позднеальпийской структуры орогенических областей юга СССР и тектонические напряжения новейшего времени. Новейшая тектоника, новейшие отложения и человек. М.: изд-во МГУ. 1973.С. 57–108.
- Расцветаев Л.М. О некоторых актуальных проблемах структурной геологии и тектонофизики. Тектонофизика сегодня. М.: ОИФЗ РАН. 2002. С. 333–373.
- Расцветаев Л.М., Маринин А.В. Соотношение поверхностной и глубинной структуры Северо-Западного Кавказа. Материалы четырнадцатой международной конференции. Петрозаводск: КНС РАН. 2008. С. 139–142.
- Ребецкий Ю.Л. Современное напряженное состояние коры Кавказа по данным объединенного каталога механизмов очагов землетрясений // Геодинамика и тектонофизика. 2020. Т. 11. № 1. С. 17–29. doi: 10.5800/GT-2020-11-1-0459
- Ребецкий Ю.Л. Тектонофизическое районирование сейсмогенных разломов Восточной Анатолии и Караманмарашские землетрясения 06.02.2023 г. // Физика Земли. 2023. № 6. С. 37–65. doi: 10.31857/S0002333723060170
- Рогожин Е.А., Овсюченко А.Н., Лутиков А.И., Собисевич А.Л., Собисевич Л.Е., Горбатиков А.В. Эндогенные опасности Большого Кавказа. М.: ИФЗ РАН. 2014. 256 с.
- Сафаров Р.Т., Вахабов У.Г. Геодинамика, активные разломы и механизмы очагов землетрясений в зоне псевдосубдукционного взаимодействия континентальных микроплит Южного и Северного Кавказа (южный склон Большого Кавказа, Азербайджан) // Геодинамика и тектонофизика. 2018. Т. 9. № 4. С. 1099–1126. doi: 10.5800/GT-2018-9-4-0385
- Сидоров В.А., Кузьмин Ю.О. Современные движения земной коры осадочных бассейнов. М.: Наука. 1989. 189 с.
- Сим Л.А., Гордеев Н.А. Сравнение результатов изучения тектонических напряжений Кавказа разными методами. Тектоника и геодинамика земной коры и мантии: фундаментальные проблемы. 2022. Материалы LIII Тектонического совещания. Т. 2 / К.Е. Дегтярев (отв. ред.). М.: ГЕОС. 2022. С. 175–178.
- Татаринов В.Н. Геодинамическая безопасность на объектах ядерного топливного цикла // Использование и охрана природных ресурсов в России. Бюллетень № 1 (85). 2006. С. 46–51.
- Трифонов В.Г. Неотектоника подвижных поясов. Неотектоника подвижных поясов / К.Е. Дегтярёв (ред.). М.: ГЕОС. 2017. 180 с
- Трифонов В.Г., Соболева О.В., Трифонов Р.В., Востриков Г.А. Современная геодинамика Альпийско-Гималайского коллизионного пояса. М.: ГЕОС. 2002. 225 с.
- Физические процессы в очагах землетрясений / М.А. Садовский, В.И. Мячкин (ред.). М.: Наука. 1980. 287 с.
- Хаин В.Е., Ломизе М.Г. Геотектоника с основами геодинамики. М.: Университет. Книжный дом. 2010. 560 c.
- Шевченко В.И., Гусева Т.В., Лукк А.А., Мишин А.В., Прилепин М.Т., Рейлинджер Р.Э., Хамбургер М.У., Шемпелев А.Г., Юнга С.Л. Современная геодинамика Кавказа (по результатам GPS-измерений и сейсмологическим данным) // Физика Земли. 1999. № 9. С. 3–18.
- Шевченко В.И., Гусева Т.В., Лукк А.А., Прилепин М.Т., Стеблов Г.М., Милюков В.К., Миронов А.П., Кусраев А.Г., Дробышев В.Н., Хубаев Х.М. Неплейттектоническая GPS-геодинамика Большого Кавказа. Материалы XLVIII Тектонического совещания. Т. 2. М.: Геос. 2016. С. 295–299.
- Шолпо В.Н. Альпийская геодинамика Большого Кавказа. М.: Недра. 1978. 178 с.
- Adamia Sh., Zakariadze G., Chkhotua T., Sadradze N., Tsereteli N., Chabukiani A., Gventsadze A. Geology of the Caucasus: A Review // Turkish Journal of Earth Sciences. 2011. V. 20. P. 489–544. doi: 10.3906/yer-1005-11
- Ahadov B., Jin S. Present-day kinematics in the Eastern Mediterranean and Caucasus from dense GPS observations // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 2017. V. 268. P. 54–64. doi: 10.1016/J.PEPI.2017.05.003
- Castle R.O., Simpson R.W. An early-20th-century uplift in Southern California: associations with seismicity. Proc. of China-United States Symposium on Crustal Deformation and Earthquakes. Beijing: Seismological Press. 1988. P. 44–51.
- Dragert H., Lisowski M. Crustal Deformation Measurements on Vancouver Island, British Columbia: 1976 to 1988 / Vyskocil P., Reigber C., Cross P.A. (eds.). Global and Regional Geodynamics. International Association of Geodesy Symposia. NY: Springer. 1990. V. 101. doi: 10.1007/978-1-4615-7109-4_28
- El-Fiky G., Kato T., Fujii Y. Distribution of vertical crustal movement rates in the Tohoku district, Japan, predicted by least-squares collocation // Journal of Geodesy. 1997. V. 71. P. 432–442. doi: 10.1007/s001900050111
- Fujii Y., Xia Sh. Estimation of distribution of the rates of vertical crustal movements in the Tokai District with the aid of least squares prediction // Journal of Physics of the Earth. 1993. V. 41. P. 239–256. doi: 10.4294/jpe1952.41.239
- Ibarra D.E., Dai J., Gao, Y. et al. High-elevation Tibetan Plateau before India–Eurasia collision recorded by triple oxygen isotopes // Nature Geoscience. 2023. V. 16. P. 810–815. doi: 10.1038/s41561-023-01243-x
- Ismail-Zadeh A., Adamia S., Chabukiani A., Chelidze T., Cloetingh S., Floyd M., Gorshkov A., Gvishiani A., Ismail-Zadeh T., Kaban M.K., Kadirov F., Karapetyan J., Kangarli T., Kiria J., Koulakov I., Mosar J., Mumladze T., Müller B., Sadradze N., Safarov R., Schilling F., Soloviev A. Geodynamics, seismicity, and seismic hazards of the Caucasus // Earth-Science Reviews. 2020. V. 207. P. 103222. doi: 10.1016/j.earscirev.2020.103222
- Kaban M., Gvishiani A., Sidorov R., Oshchenko A., Krasnoperov R. Structure and Density of Sedimentary Basins in the Southern Part of the East-European Platform and Surrounding Area // Applied Sciences. 2021. V. 11. № 2. doi: 10.3390/app11020512
- Kaftan V. Anomalous land uplifts and seismicity in Caucasus. XXI General Assembly of the EGS. Annales Geophysicae. 1996. Suppl. I to V. 11. P. 251.
- Karapetyan J., Sargsyan R., Kazaryan K., Dzeranov B., Dzeboev B., Karapetyan R. Current state of exploration and actual problems of tectonics, seismology and seismotectonics of Armenia // Russian Journal of Earth Sciences. 2020. V. 20. № 2. doi: 10.2205/2020ES000709
- Loskutov A.A., Shoulmin M.V., Kaftan V.I. Physical correlation of repeated geodetic measurements // Journal of Geodynamics. 1988. V. 10. P. 139–146.
- McClusky S., Balassanian S., Barka A., Demir C., Ergintav S., Georgiev I., Gürkan O., Hamburger M., Hurst K., Kahle H., Kastens K., Kekelidze G., King R., Kotzev V., Lenk O., Mahmoud S., Mishin A., Nadariya M., Ouzounis A., Paradissis D., Peter Y., Prilepin M., Reilinger R., Sanlı I., Seeger H., Tealeb A., Toksöz M.N., Veis G. Global positioning system constraints on plate kinematics and dynamics in the eastern Mediterranean and Caucasus // Journal of Geophysical Research. 2000. V. 105. № B3. P. 5695–5719. doi: 10.1029/1999JB900351
- Mescherikov J.A. Recent crustal movements in seismic regions: Geodetic and geomorphic data // Tectonophysics. 1968. V. 6. № 1. P. 29–39.
- Meschersky I.N., Korokina T.P. Some evidence of recent vertical movements of the Earth’s surface in the USSR. Pap. of the XVI-th Gen. Ass. IAG IUGG. Grenoble. Aug. 1975. Moscow. 11 p.
- Philip H., Cisternas A., Gvishiani A., Gorshkov A. The Caucasus: an actual example of the initial stages of continental collision // Tectonophysics. 1989. V. 161. № 1–2. P. 1–21. doi: 10.1016/0040-1951(89)90297-7
- Plafker G., Ward S.N. Backarc thrust faulting and tectonic uplift along the Caribbean Sea Coast during the April 22, 1991 Costa Rica earthquake // Tectonics. 1992. V. 11. № 4. P. 709–718. https://doi.org/10.1029/92TC00609
- Plafker G. Alaskan earthquake of 1964 and Chilean earthquake of 1960: Implications for arc tectonics // Journal of Geophysical Research. 1972. V. 77. № 5. P. 901–925. doi: 10.1029/JB077i005p00901
- Reilinger R., McClusky S., Souter B., Hamburger M., Prilepin M., Mishin A., Guseva T., Balassanian S. Preliminary estimates of plate convergence in the Caucasus collision zone from global positioning system measurements // Geophysical Research Letters. 1997. V. 24. № 14. P. 1815–1818. doi: 10.1029/97GL01672
- Reilinger R., McClusky S., Vernant P., Lawrence S., Ergintav S., Cakmak R., Ozener H., Kadirov F., Guliev I., Stepanyan R., Nadariya M., Hahubia G., Mahmoud S., Sakr K., ArRajehi A., Paradissis D., Al-Aydrus A., Prilepin M., Guseva T., Evren E., Dmitrotsa A., Filikov S.V., Gomez F., Al-Ghazzi R., Karam G. GPS constraints on continental deformation in the Africa-Arabia-Eurasia continental collision zone and implications for the dynamics of plate interactions // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2006. V. 111. № B5. doi: 10.1029/2005JB004051
- Seno T. Intermediate-term precursors of great subduction zone earthquakes: An application for predicting the Tokai earthquake // Earth Planets Space. 2004. V. 56. P. 621–633.
- Tan O., Taymaz T. Active tectonics of the Caucasus: Earthquake source mechanisms and rupture histories obtained from inversion of teleseismic body waveforms / Dilek Y., Pavlides S. (eds.). Postcollisional tectonics and magmatism in the Mediterranean region and Asia // Geological Society of America. 2006. V. 409. P. 531–578. doi: 10.1130/2006.2409(25)
- Tibaldi A., Tsereteli N., Varazanashvili O., Babayev G., Barth A., Mumladze T., Bonali F.L., Russo E., Kadirov F., Yetirmishli G., Kazimova S. Active stress field and fault kinematics of the Greater Caucasus // Journal of Asian Earth Sciences. 2020. V. 188. P. 104108. doi: 10.1016/j.jseaes.2019.104108
- Trabant C., Hutko A.R., Bahavar M., Karstens R., Ahern T., Aster R. Data Products at the IRIS DMC: Stepping Stones for Research and Other Applications // Seismological Research Letters. 2012. V. 83. № 5. P. 846–854. doi: 10.1785/0220120032
- Wu Y., Han J., Yu P. Features of crustal deformation field of long- and medium-term seismic risk area // Journal of Earthquake Prediction Research. 1996. V. 5. P. 277–285.
- Zelenin E.A, Bachmanov D.M., Garipova S.T., Trifonov V.G., Kozhurin A.I. The Active Faults of Eurasia Database (AFEAD): the ontology and design behind the continental-scale dataset // Earth System Science Data. 2022. V. 14. № 10. P. 4489–4503. doi: 10.5194/essd-14-4489-2022
Supplementary files
