The Vrancea Seismic Cycle Revisited: A Double-Percolation Framework and Vertical Stress Resetting at Intermediate Depths

Descriere

Andrei, Dumitru N. (2026), The Vrancea Seismic Cycle Revisited: A Double-Percolation Framework and Vertical Stress Resetting at Intermediate Depths, Cunoașterea Științifică, 5:2, 21-27, DOI: 10.58679/CS64085, https://www.cunoasterea.ro/en/the-vrancea-seismic-cycle-revisited/

Abstract

The Vrancea seismic zone represents a unique case of concentrated intermediate-depth seismicity in Europe, characterized by recurrent large earthquakes occurring within a narrow subcrustal volume between approximately 70 and 180 km depth. Observational studies indicate that seismic activity is confined to a small, nearly vertical seismogenic body, commonly interpreted as a remnant subducted slab or a delaminated lithospheric fragment. Seismic catalog analyses further reveal the presence of two depth-separated active segments, centered around 90 km and 140 km, which appear to participate alternately in the seismic cycle. In addition, independent investigations document a depth-dependent stress regime, with evidence for vertical extension in the 100-130 km depth range, as well as a correlation between intermediate-depth seismicity and dehydration reactions in hydrous minerals. This study introduces a (ANDREI, 2025) revised conceptual model for the Vrancea seismic cycle, utilizing a double-percolation framework. Within this approach, each active depth segment in the Vrancea zone is defined by a distinct threshold of internal connectivity. These thresholds are determined by the presence and evolution of microfractures, the movement and accumulation of fluids, and the development of mechanically weakened zones throughout the subcrustal volume. By recognizing the unique percolation characteristics of each segment, the model aims to explain how seismic energy is released in discrete intervals and why alternating depth segments participate in the seismic cycle. This framework emphasizes the role of internal structural changes and the connectivity of stress-affected regions in driving the patterns of intermediate-depth seismicity observed in Vrancea. Earthquake occurrence is interpreted as the manifestation of rapid volumetric stress reorganization triggered when these percolation thresholds are exceeded. Stress release is dominated by a mechanism of vertical stress resetting, reflecting both the geometry of the seismogenic volume and the depth-dependent stress regime, rather than repeated brittle rupture along a fixed fault plane. This framework provides a physically consistent explanation for the depth, recurrence, and structural persistence of Vrancea earthquakes and suggests testable hypotheses for future multidisciplinary investigations.

Keywords: Vrancea seismic zone, intermediate-depth earthquakes, seismic cycle, percolation threshold, vertical stress resetting, slab dynamics

Ciclul seismic Vrancea revizuit: Un cadru de dublă percolare și resetarea tensiunii verticale la adâncimi intermediare

Rezumat

Zona seismică Vrancea reprezintă un caz unic de seismicitate concentrată la adâncimi intermediare în Europa, caracterizată prin cutremure recurente de mari dimensiuni care au loc într-un volum subcrustal îngust, între aproximativ 70 și 180 km adâncime. Studiile observaționale indică faptul că activitatea seismică este limitată la un corp seismogenic mic, aproape vertical, interpretat în mod obișnuit ca o placă subductă remanentă sau un fragment litosferic delaminat. Analizele catalogului seismic relevă în plus prezența a două segmente active separate în adâncime, centrate în jurul a 90 km și 140 km, care par să participe alternativ la ciclul seismic. În plus, investigațiile independente documentează un regim de solicitări dependent de adâncime, cu dovezi de extensie verticală în intervalul de adâncime de 100-130 km, precum și o corelație între seismicitatea la adâncimi intermediare și reacțiile de deshidratare în mineralele hidratate. Acest studiu introduce un model conceptual revizuit (ANDREI, 2025) pentru ciclul seismic Vrancea, utilizând un cadru de dublă percolare. În cadrul acestei abordări, fiecare segment activ de adâncime din zona Vrancea este definit de un prag distinct de conectivitate internă. Aceste praguri sunt determinate de prezența și evoluția microfracturilor, de mișcarea și acumularea fluidelor și de dezvoltarea zonelor slăbite mecanic în întregul volum subcrustal. Recunoscând caracteristicile unice de percolare ale fiecărui segment, modelul își propune să explice modul în care energia seismică este eliberată în intervale discrete și de ce segmentele de adâncime alternante participă la ciclul seismic. Acest cadru subliniază rolul modificărilor structurale interne și al conectivității regiunilor afectate de solicitări în determinarea modelelor de seismicitate la adâncimi intermediare observate în Vrancea. Apariția cutremurelor este interpretată ca manifestarea unei reorganizări volumetrice rapide a tensiunilor declanșate atunci când aceste praguri de percolare sunt depășite. Eliberarea tensiunilor este dominată de un mecanism de resetare verticală a tensiunilor, reflectând atât geometria volumului seismogen, cât și regimul de solicitări dependent de adâncime, mai degrabă decât ruptura fragilă repetată de-a lungul unui plan de falie fix. Acest cadru oferă o explicație fizic consistentă pentru adâncimea, recurența și persistența structurală a cutremurelor din Vrancea și sugerează ipoteze testabile pentru viitoare investigații multidisciplinare.

Cuvinte cheie: zona seismică Vrancea, cutremure de adâncime intermediară, ciclu seismic, prag de percolare, reașezare a tensiunii verticale, dinamica plăcii

CUNOAȘTEREA ȘTIINȚIFICĂ, Volumul 5, Numărul 2, Iunie 2026, pp. 21-27
ISSN 2821 – 8086, ISSN – L 2821 – 8086, DOI: 10.58679/CS64085
URL: https://www.cunoasterea.ro/en/the-vrancea-seismic-cycle-revisited/
© 2026 Dumitru N. ANDREI. Responsabilitatea conținutului, interpretărilor și opiniilor exprimate revine exclusiv autorilor.