PREDICTION OF VELOCITIES OF MODERN VERTICAL MOVEMENTS OF THE EARTH’S CRUST FROM GEODETIC, GEOPHYSICAL AND SEISMOLOGICAL DATA

The paper presents the results of the study aimed at predicting velocities of modern vertical movements of the Earth’s crust, which used the approach developed by Professor G.I. Karataev. This approach is based on mathematical simulation of geological and geophysical phenomena and an axiomatic correlation model for predicting various parameters of the crust from the data on gravitational anomalies. We pioneer in using this approach to study the territory of Belarus on the basis of geodetic, geological, geophysical and seismological data, as well as modern models showing gravitational fields and topography. This paper presents regression equations between the modern vertical movement velocities, gravitational and magnetic fields, crust thickness, and topography data. These equations give reasonably accurate data for constructing a map of forecasted modern vertical movement velocities for the territory of Belarus. Our map proves that the approach based on a correlation model and a complex of geodetic, geological, geophysical and seismological data for predicting the modern vertical movement velocities is very promising and capable of improving the reliability of forecast mapping. It should be noted that other maps of modern vertical crustal movement velocities for territories, including the geostructural elements of different ages and different types, were constructed using the method of simple linear interpolation, which is highly likely to cause prediction errors. In such case, prediction of modern vertical crustal movement velocities should be based on established patterns and correlations between the crustal movements, geophysical fields, and development history of geological structures and their elements.

1. Aizberg R.E., 2007. Crustal Faults of Belarus. KrasikoPrint, Minsk, 372 p. (in Russian) [Айзберг Р.Е. Разломы земной коры Беларуси. Минск: Красико­Принт, 2007. 372 с.].

2. Aizberg R.E., 2013. Synrift Geodynamics of the Pripyat Trough. Belaruskaya Navuka, Minsk, 146 p. (in Russian) [Айзберг Р.Е. Синрифтовая геодинамика Припятского прогиба. Минск: Беларуская навука, 2013. 146 с.].

3. Astapenko V.N., 2012. The Crust and Mantle of the Territory of Belarus According to Magnetotelluric Data. Ekonompress, Minsk, 208 p. (in Russian) [Астапенко В.Н. Земная кора и мантия территории Беларуси по магнитотеллурическим данным. Минск: Экономпресс, 2012. 208 с.].

4. Bogdasarov M.A., 2011. Geology and Mineralogy of Quaternary Sediments of the Podlyaska-Brest Depression. Publishing House of BrSU, Brest, 167 p. (in Russian) [Богдасаров М.А. Геология и минерагения четвертичных отложений территории Подлясско­Брестской впадины. Брест: Изд­во БрГУ, 2011. 167 с.].

5. Bulatov V.V., 1990. Depth Geomechanics. Nedra, Moscow, 263 p. (in Russian) [Булатов В.В. Глубинная геомеханика. М.: Недра, 1990. 263 с.].

6. Cressie N., 1990. The Origins of Kriging. Mathematical Geology 22 (3), 239–252. https://doi.org/10.1007/BF00889887.

7. Donabedov A.T., Sidorov V.A., Timarev K.V., Torkhovskaya L.N., 1960. On the Relationship between the Velocities of Modern Vertical Crustal Movements, Geophysical Fields and Geostructural Elements. Reports of the USSR Academy of Sciences 132 (4), 810–813 (in Russian) [Донабедов А.Т., Сидоров В.А., Тимарев К.В., Торховская Л.Н. К вопросу о соотношениях между скоростями современных вертикальных движений земной коры, геофизическими полями и геоструктурными элементами // Доклады АН СССР. 1960. Т. 132. № 4. С. 810–813].

8. Fotiadi E.E., 1970. Baikal Geodynamic Polygon: Research Methodology and the First Results of the Study of Modern Movements of the Earth’s Crust. Institute of Geology and Geophysics, Siberian Branch of the USSR Acad. Sci., Novosibirsk, 175 p. (in Russian) [Фотиади Э.Э. Байкальский геодинамический полигон: Методика исследований и первые результаты изучения современных движений земной коры. Новосибирск: ИГиГ СО АН СССР, 1970. 175 с.].

9. Garetsky R.G. (Ed.), 1976. Tectonics of Belarus. Nauka i Tekhnika, Minsk, 200 p. (in Russian) [Тектоника Белоруссии / Ред. Р.Г. Гарецкий. Минск: Наука и техника, 1976. 200 с.].

10. Garetsky R.G., 1991. Deep Structure and Dynamics of the Earth’s Interior of the Territory of Belarus. Nauka i Tekhnika, Minsk, 316 p. (in Russian) [Гарецкий Р.Г. Глубинное строение и динамика земных недр территории Белоруссии. Минск: Наука и техника, 1991. 316 с.]. International Centre for Environmental Information, 2019. Available from: https://www.ngdc.noaa.gov/mgg/global (last accessed 12.06.2019).

11. International Centre for Global Earth Models (ICGEM), 2019. Available from: http://icgem.gfz-potsdam.de (last accessed 12.06.2019).

12. Karataev G.I., 1966. Correlation Scheme of Geological Interpretation of Gravitational and Magnetic Anomalies. Nauka, Novosibirsk, 136 p. (in Russian) [Каратаев Г.И. Корреляционная схема геологической интерпретации гравитационных и магнитных аномалий. Новосибирск: Наука, 1966. 136 с.].

13. Kashin L.A. (Ed.), 1989. Map of Modern Vertical Movements of the Earth’s Crust According to Geodetic Data of the USSR Territory. Scale 1:5000000. GUGK, Moscow (in Russian) [Карта современных вертикальных движений земной коры по геодезическим данным на территории СССР. Масштаб 1:5000000 / Ред. Л.А. Кашин. М.: ГУГК, 1989].

14. Kolmogorova P.P., Karataev G.I., 1975. Prediction of Velocities of Modern Vertical Crustal Movements Using a Correlation Model According to Static Geological and Geophysical Data. In: E.E. Fotiadi (Ed.), Methodological Problems in Studies of Modern Movements of the Earth’s Crust. Institute of Geology and Geophysics, Siberian Branch of the USSR Acad. Sci., Novosibirsk, p. 182–203 (in Russian) [Колмогорова П.П., Каратаев Г.И. Прогнозирование скоростей современных вертикальных движений земной коры с помощью корреляционной модели по статическим геолого­геофизическим данным // Методические вопросы исследования современных движений земной коры / Ред. Э.Э. Фотиади. Новосибирск: ИГиГ СО АН СССР, 1975. С. 182–203].

15. Kuznetsova V.G., 1973. The Use of Geophysical Data for Mapping Modern Vertical Crustal Movements in the Western Part of Ukraine. In: Modern Movements of the Earth’s Crust. Vol. 5. Publishing House of the Estonian SSR Acad. Sci., Tartu, p. 94–100 (in Russian) [Кузнецова В.Г. Использование геофизических данных для составления карты современных вертикальных движений земной коры западной части Украины // Современные движения земной коры. Тарту: Изд­во АН ЭССР, 1973. Вып. 5. С. 94–100].

16. Makhnach A.A., 2014. Brief Geology of Belarus and Neighbouring Territories. Belarussian Science, Minsk, 190 p. (in Russian) [Махнач А.А. Краткий очерк геологии Беларуси и смежных территорий. Минск: Беларуская навука, 2014. 190 с.].

17. Makhnach A.A., Garetsky R.G., Matveev A.V. et al. (Eds), 2001. Geology of Belarus. Institute of Geological Sciences, National Academy of Sciences of Belarus, Minsk, 815 p. (in Russian) [Геология Беларуси / Ред. А.А. Махнач, Р.Г. Гарецкий, А.В. Матвеев и др. Минск: Институт геологических наук НАН Беларуси, 2001. 815 с.].

18. Matveev A.V., 2010. Modern Crustal Movements in the Territory of Belarus. In: E.A. Vysotsky (Ed.), Problems of Regional Geology of Belarus. IV University Geological Readings Dedicated to the 15th Anniversary of the Department of Dynamic Geology and BSU. BSU, Minsk, p. 15–17 (in Russian) [Матвеев А.В. Современные движения земной коры на территории Беларуси // Проблемы региональной геологии Беларуси: IV Университетские геологические чтения, посвященные 15­летию кафедры динамической геологии и БГУ / Ред. Э.А. Высоцкий. Минск: БГУ, 2010. С. 15–17].

19. Meshcheryakov G.A., Skryl V.A., 1982. The Use of the Collocation Method for Constructing Maps of Modern Vertical Crustal Movements (Case of Sakhalin Island). In: Modern Movements of the Earth’s Crust. Abstracts of the VIII All-Union Meeting on Studies of Modern Movements of the Earth’s Crust (Kishinev, May 15–17, 1982). Shtiintsa, Kishinev, p. 88 (in Russian) [Мещеряков Г.А., Скрыль В.А. Применение метода коллокации для построения карт современных вертикальных движений земной коры (на примере острова Сахалин) // Современные движения земной коры: Тезисы докладов VIII Всесоюзного совещания по изучению современных движений земной коры (15–17 мая 1982 г., г. Кишинев). Кишинев: Штиинца, 1982. С. 88].

20. Sharoglazova G.A., 2010. Diagnostics of Modern Crustal Movements in Belarus from the Results of Geodetic, Geological and Geophysical Studies. Polotsk State University, Novopolotsk, 165 p. (in Russian) [Шароглазова Г.А. Диагностика современных движений земной коры Беларуси по результатам геодезических и геолого­геофизических исследований. Новополоцк: Полоцкий государственный университет, 2010. 165 с.].

21. Sharoglazova G.A., Korovkin V.N., Vecherskaya E.V., 2009. Comparative Analysis of Existing Maps of Modern Vertical Crustal Movements for the Territory of Belarus. Bulletin of Polotsk State University 12, 142–145 (in Russian) [Шароглазова Г.А., Коровкин В.Н., Вечерская Е.В. Сравнительный анализ существующих карт современных вертикальных движений земной коры для территории Беларуси // Вестник Полоцкого государственного университета. 2009. № 12. С. 142–145].

22. The Atlas of Belarus, 2002. Belkartografia, Minsk, 292 p. (in Belorussian) [Нацыянальны атлас Беларусі. Минск: Белкартография, 2002. 292 с.].