A model of recent vertical movements of the earth’s surface in Lithuania: integration of geodetic levelling data and geological parameters

Abstract

The precise geodetic levelling reveals the recent activity of the vertical movements of the earth’s crust. However, the main shortcoming of the levelling networks is scarceness of the measurement tracks that cannot be compensated for by a high density of the levelling sites within the tracks. The pattern and trends of vertical movements between the measured lines remain unknown. A special approach has been developed to allow prediction of vertical movements within the test grounds. It is based on the multicomponent statistical correlation of the levelling data with the significant geological parameters. The correlations between among parameters were derived separately for each particular test ground and then combined into one common model. It allowed compilation of a rather detailed map of vertical movements in Lithuania during the past 30–40 years. The rate of vertical movements of the earth’s surface, obtained from the geodetic levelling, varies from –2.7 mm to 3.5 mm/y. The closest correlation of the recent movements was identified for the topography and the sub-Quaternary surface. It indicates that the major morphological features of Lithuania have a tectonic background. Furthermore, a close correlation was obtained with the gravity and in some parts with the magnetic fields which reflect the deep structure of the earth’s crust. A close correlation suggests that the heterogeneity of the crust is important for the distribution of its vertical movements. The application of the close correlation with the geoparameters allowed a considerable improvement of the map of the vertical movements in Lithuania.

Tikslūs geodeziniai matavimai leidžia nustatyti dabartinį vertikalių žemės plutos judesių aktyvumą. Nepaisant pakankamai tankaus matavimo punktų išdėstymo niveliacijos linijose, pagrindinis šių matavimų trūkumas yra dideli atstumai tarp niveliacijos linijų. Vertikalių judesių intensyvumas ir tendencijos tarp niveliacijos linijų lieka neišaiškintos. Siekiant prognozuoti vertikalius judesius poligonų viduje, buvo sukurta vertikalių judesių modeliavimo metodika, kurios esmę sudaro matavimo duomenų daugiakomponentė statistinė koreliacija su svarbiais geologiniais parametrais. Pirmiausia buvo apskaičiuoti atskirai kiekvieno poligono statistiniai regresiniai modeliai, vėliau sujungti į bendrą modelį. Tai leido sudaryti gana detalų pastarųjų 30–40 metų vertikalių judesių Lietuvoje žemėlapį. Geodezinių matavimų metu gauti vertikalių žemės paviršiaus judesių dydžiai kinta nuo –2,7 iki 3,5 mm per metus. Stipriausia vertikalių judesių koreliacija nustatyta dabartinio reljefo ir pokvartero paviršiaus. Tai rodo, kad Lietuvos paviršiaus morfologijos bruožus nulėmė tektoninės priežastys. Be to, buvo gauta glaudi koreliacija su gravitaciniu ir magnetiniu laukais, kurie atspindinti žemės plutos giluminę sandarą. Ši koreliacija rodo, kad Žemės plutos nevienalytiškumas yra svarbus vertikalių judesių pobūdžiui. Glaudi koreliacija su geoparametrais leido gerokai patobulinti vertikalių judesių Lietuvoje žemėlapį.