Forecasting sign of a "start" earthquake using a pseudo derivative based on GPS observations

Authors

UDC

539.3

EDN

FJWLFG

DOI:

10.31429/vestnik-23-3-8-13

Abstract

The paper proposes a predictive indicator of a "starting" earthquake, based on assessing the variability of time series of GPS observations by calculating a pseudo derivative. The relevance of using this parameter is due to the fact that it characterizes the speed of the lithospheric plate movement. Its decrease (slowing down of movement) is accompanied by the accumulation of elastic deformations, which are subsequently released in the form of a seismic event. The proposed algorithm for calculating the pseudo derivative is characterized by computational simplicity and ease of implementation. The effectiveness of the method has been demonstrated using a model example, as well as based on real GPS observation data obtained from the satellite geodynamic station "Gelendzhik", located in the coastal zone of the Black Sea coast of the Western Caucasus. Seismic events (15.03.2020, M=4.3), (01.09.2020, M=4.1), and (12.12.2020, M=4.1), recorded in the coastal and shelf zone, were accompanied by a bay like reduction in the pseudo derivative and may have the character of a "trigger" earthquake.

Keywords:

lithosphere movement, 'start' earthquake, variability of GPS time series, pseudo-derivative, seismic activity

Funding information

The publication was prepared within the framework of the implementation of the state assignment of the Southern Scientific Center of the Russian Academy of Sciences for 2026, project state registration number 125011200152-6.

Authors info

  • Vladimir A. Babeshko

    академик РАН, д-р физ.-мат. наук, заведующий кафедрой математического моделирования Кубанского государственного университета

  • Valerij V. Kalinchuk

    член корр. АН, д-р физ.-мат. наук, заведующий комплексным отделом механики, физики, химии и нанотехнологий Южного научного центра РАН

  • Valerij L. Shestopalov

    канд. техн. наук, ведущий специалист Южного научного центра РАН

  • Olga V. Evdokimova

    д-р физ.-мат. наук, главный научный сотрудник Южного научного центра РАН

  • Viktor V. Lozovoy

    канд. физ.-мат. наук, научный сотрудник Южного научного центра РАН

  • Ilya S. Telyatnikov

    канд. физ.-мат. наук, научный сотрудник Научно-исследовательской части Кубанского государственного университета, старший научный сотрудник Южного научного центра РАН

  • Marina V. Zaretskaya

    д-р физ.-мат. наук, профессор кафедры математического моделирования Кубанского государственного университета

  • Vladimir S. Evdokimov

    студент Кубанского государственного университета, лаборант Южного научного центра РАН

  • Pavel V. Shestopalov

    инженер Южного научного центр РАН

  • Andrey V. Pluzhnik

    младший научный сотрудник Южного научного центра РАН

References

  1. Бабешко, В.А., Шестопалов, В.Л., Юбко, В.М., Глазырин, Е.А., Характер движений поверхности земной коры по данным GPS-измерений в районе Азово-Черноморского побережья Российской Федерации. Наука Юга России, 2016, т. 12, № 4, c. 33–40. [Babeshko, V.A., Shestopalov, V.L., Yubko, V.M., Glazyrin, E.A., Description of crust movements according to GPS measurements in the Azov-Black sea coast area of the Russian Federation. Nauka Yuga Rossii, 2016, 12(4), pp. 33–40. (In Russian)]
  2. Глазырин, Е.А., Шестопалов, В.Л., Современные движения поверхности Земли Российского сегмента побережья Черного моря по данным GPS-наблюдений. В Система Черного моря. Москва, Научный мир, 2018, с. 76–83. [Glazyrin, E.A., Shestopalov, V.L., Modern crust movements of the Russian segment of the Black Sea coast according to GPS observations. In Sistema CHernogo moray = Black Sea system. Moscow, Nauchnyy mir, 2018, pp. 76–83. (In Russian)]
  3. Бабешко, В.А., Евдокимова, О.В., Бабешко, О.М., Хрипков, Д.А., Телятников, И.С., Евдокимов, В.С., Шестопалов, В.Л., О стартовых землетрясениях в прибрежной зоне. Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества, 2018, т. 15, № 3, c. 12–18. [Babeshko, V.A., Evdokimova, O.V., Babeshko, O.M., Khripkov, D.A., Telyatnikov, I.S., Evdokimov, V.S., Shestopalov, V.L., About start earthquakes in the coastal zone. Ehkologicheskij vestnik nauchnyh centrov Chernomorskogo ehkonomicheskogo sotrudnichestva, 2018, no. 3, pp. 12–18. (In Russian)] DOI: 10.31429/vestnik-15-3-12-18
  4. Касьянова, Н.А., Экологические риски и геодинамика. Москва, Научный мир, 2003. [Kasyanova, N.A., Ekologicheskie riski i geodinamika = Environmental risks and geodynamics. Moscow, Nauchnyy mir, 2003. (In Russian)]
  5. Mitchell, E.K., Fialko, Y., Brown, K.M., Frictional properties of gabbro at conditions corresponding to slow slip events in subduction zones. Geochem. Geophys. Geosyst., 2015, vol. 16, pp. 4006–4020.
  6. Любушин, А.А., Яковлев, П.В., Энтропийная мера скачкообразной составляющей временных рядов GPS. Физика Земли, 2016, № 1, c. 98–107. [Lyubushin, A.A., Yakovlev, P.V., Entropy measure of the hopping component of GPS time series. Fizika Zemli, 2016, vol. 1, pp. 98–107. (In Russian)]
  7. Euro-Mediterranean Seismological Centre. url{https://www.emsc.eu} (accessed: 03.03.2022).
  8. Бабешко, В.А., Калинчук, В.В., Шестопалов, В.Л., Интегральный признак напряженно-деформированного состояния среды по данным GNSS-наблюдений. Наука Юга России, 2020, т. 16, № 1, c. 3–10. [Babeshko, V.A., Kalinchuk, V.V., Shestopalov, V.L., Integral factor of the crust stress-strain state according to GNSS observations. Nauka YUga Rossii, 2020, vol. 16, no. 1, pp. 3–10. (In Russian)]
  9. Herring, T.A., King, R.W., Floyd, M.A., McClusky, S., GAMIT Reference Manual Release 10.7.2018. http://geoweb.mit.edu/gg/GAMIT_Ref.pdf (acessed 04.05.26).

Downloads

Download data is not yet available.

Issue

Pages

8-13

Section

Mechanics

Dates

Submitted

August 15, 2026

Accepted

September 4, 2026

Published

September 25, 2026

How to Cite

[1]
Babeshko, V.A., Kalinchuk, V.V., Shestopalov, V.L., Evdokimova, O.V., Lozovoy, V.V., Telyatnikov, I.S., Zaretskaya, M.V., Evdokimov, V.S., Shestopalov, P.V., Pluzhnik, A.V., Forecasting sign of a "start" earthquake using a pseudo derivative based on GPS observations. Ecological Bulletin of Research Centers of the Black Sea Economic Cooperation, 2026, т. 23, № 3, pp. 8–13. DOI: 10.31429/vestnik-23-3-8-13

Similar Articles

1-10 of 91

You may also start an advanced similarity search for this article.

Most read articles by the same author(s)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >>