Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Сейсмогенные источники и их характеристики 11
1.1 Понятие о сейсмогенных источниках и параметры их описания 11
1.2 Интерактивные базы данных сейсмогенных источников и взаимосвязанных объектов 15
1.3 Связь между понятиями композитный сейсмогенный источник и зона возможных очагов землетрясений (зона ВОЗ)
1.4 Изученность территории Юга Восточной Сибири с точки зрения выделения сейсмически опасных территорий 23
1.5 Выводы 2
Глава 2. Методика выделения сейсмогенных источников на территории юга восточной
2.1 Обзор методов выделения сейсмогенных источников и зон ВОЗ 28
2.2 Особенности построения базы данных сейсмогенных источников Юга Восточной Сибири. 33
2.3 Выводы 41
ГЛАВА 3. Разработка интерактивной информационной системы для картирования сейсмогенных источников
3.1 Проектирование структуры информационной системы 43
3.2 Создание и развитие баз данных как информационной основы функционирования системы 48
3.3 Разработка прикладных решений информационной системы для ГИС – платформы MapInfo 3.3.1 Основные принципы организации системы 52
3.3.2 Подсистема ввода данных по сейсмогенным источникам 55
3.3.3 Подсистема визуализации и генерации отчетов 57
3.3.4 Подсистема управления приложением 59
3.3.5 Интерфейс пользователя 61
3.4 Выводы 63
ГЛАВА 4. База данных сейсмогенных источников Юга Восточной Сибири 65
4.1 Характеристика сейсмогенных источников Юга Восточной Сибири 65
4.2 Параметры и особенности пространственного распределения сейсмогенных источников 83
4.3 Сопоставление полученных результатов с известными базами данных сейсмогенных источников 88
4.4 Выводы 90
Заключение 92
Список сокращений 94
Библиографический список... 95
Приложение А. Описание модели данных
- Интерактивные базы данных сейсмогенных источников и взаимосвязанных объектов
- Изученность территории Юга Восточной Сибири с точки зрения выделения сейсмически опасных территорий
- Создание и развитие баз данных как информационной основы функционирования системы
- Сопоставление полученных результатов с известными базами данных сейсмогенных источников
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Выделение и картирование активных разломов, сейсмогенных источников и зон возможных очагов землетрясений (ВОЗ) является важнейшим этапом работ по оценке сейсмической опасности в различных странах мира. В последние десятилетия для достижения этих целей, в некоторых странах (Италии, Греции, США, Японии, Новой Зеландии и Китае) созданы и продолжают развиваться базы данных активных разломов и сейсмогенных источников, а также специализированные интерактивные геоинформационные системы для работы с этими базами данных [Basili et al., 2013; Caputo et al., 2012, 2013; U.S.G.S., 2006; A.I.S.T., 2007; GNS Science Ltd., 2004; Yu Gui-hua et al., 2012]. Разработка таких систем позволяет сделать большой объем накопленной информации доступным широкому кругу исследователей, которые могут получить детализированные html-отчеты по интересующим их объектам из базы данных.
Для территории России и бывшего СССР известны цифровые карты активных разломов и сейсмолинеаментов [Трифонов и др., 1993; Ioffe, Kozhurin, 1996; Trifonov, 2004; Кожурин, 2013; Гусев, Имаева, 2014; Имаева и др., 2015], которые распространяются только в виде файлов электронных карт. Единственная разработка, позволяющая получать информацию о разломах и косейсмических эффектах в формате html-страниц, но пока в режиме off-line, создана для Юга Восточной Сибири [Лунина, Гладков и др., 2011; Гладков и др., 2013; Гладков, Лунина, 2014; Lunina, Caputo, Gladkov et al., 2014].
Термин «сейсмогенный источник» характерен для работ, направленных на выделение потенциально сейсмически опасных территорий. Зарубежные исследователи на основе анализа региональных геолого-геофизических данных выделяют индивидуальные и композитные сейсмогенные источники, которые на картах изображаются в виде проекций трехмерной структуры активного разлома, его сегмента или системы разломов на земную поверхность и характеризуются полным набором геометрических, кинематических и сейсмологических параметров [Basili et al., 2001, 2008, 2009, 2013; Sboras, 2011; Haller, Basili, 2011; Caputo et al., 2012, 2013]. В отечественной литературе наиболее близким является широко распространенное понятие зоны ВОЗ [Уломов, 1974, 2011, 2012, 2013; Леви и др., 1996; Хромовских и др., 1996; Уломов, Шумилина 1998, 1999; Аветисов и др., 2002; Рогожин и др., 2001 и т.д.], а термины «сейсмогенный источник» или «сейсмогенная зона» используются в работах некоторых авторов при переходе к детальному сейсмическому районированию [Еманов и др., 2005, 2006; Гусяков и др., 2015].
Высокая сейсмическая активность территории Юга Восточной Сибири, а также потребность в получении доступной и обоснованной информации о возможных сейсмогенных источниках, способных инициировать ощутимые землетрясения, требует новых альтернативных подходов к их картированию и визуализации взаимосвязанной информации. Этим определяется актуальность темы настоящей работы, отвечающей современному развитию геоинформационных систем и создаваемых на их основе геологических карт и баз данных.
Объект исследования. Сеймогенные источники территории Юга Восточной Сибири, расположенной в координатах 50 - 57 северной широты и 100 - 120 во-
сточной долготы и включающей в себя часть Сибирской платформы и сейсмически более активную Байкальскую рифтовую зону (БРЗ).
Предмет исследования. Методика и технология геоинформационного моделирования и анализа структур сейсмогенных источников.
Цель работы – разработать специализированный программный пакет для геоинформационного моделирования сейсмогенных источников и создать базу данных этих объектов для территории Юга Восточной Сибири с оценкой их геометрических, кинематических и сейсмологических параметров.
Задачи исследования:
-
Разработать методику выделения и картирования сейсмогенных источников Юга Восточной Сибири, объединяющую принципы построения баз данных композитных сейсмогенных источников и зон возможных очагов землетрясений.
-
На основе предложенной методики и мирового опыта создать специализированную геоинформационную систему, включающую базу данных сейсмогенных источников и позволяющую генерировать детализированные html-отчеты по любому объекту, расположенному на интерактивной карте.
-
С использованием разработанной ГИС для Юга Восточной Сибири создать базу данных сейсмогенных источников, способных инициировать землетрясения с магнитудой 5,5 и выше, и провести анализ полученной в ней информации.
Фактический материал и методы исследований:
В работе используются геопространственные базы данных активных в плиоцен-четвертичное время разломов и мест проявления косейсмических эффектов Юга Восточной Сибири [Лунина, Гладков, 2011; Лунина, Гладков, Гладков ,2012; Гладков и др., 2013; Лунина, Андреев, Гладков, 2014; Lunina et al., 2014], цифровой каталог землетрясений региона Байкальского филиала геофизической службы СО РАН за период 1950-2015 гг., а также база данных крупнейших исторических землетрясений [Чипизубов, 2007], опубликованные карты зон возможных очагов землетрясений (ВОЗ) [Хилько и др., 1985; Леви и др., 1996; Хромовских и др., 1996; Имаева и др., 2015], цифровые карты крупных сейсмотектонических линеаментов [Гусев, Имаева, 2014]. В процессе исследования предложена методика выделения и картирования сейсмогенных источников, основанная на комплексном анализе параметров разломов, распределения плотности эпицентров и энергии землетрясений, объединяющая принципы построения баз данных композитных сейсмогенных источников и картирования зон ВОЗ. Для разработки ГИС используется объектно – ориентированный подход к программированию, современное геоинформационное программное обеспечение «MapInfo Professional», «MapBasic» и технологии разработки клиент – серверных приложений и реляционных баз данных.
Достоверность исследований
Полученные результаты являются сопоставимыми с известными зарубежными базами данных сейсмогенных источников (например, DISS 3.2 и GreDaSS), о чем свидетельствуют выделенные примерно одинаковые объемы земной коры для разных регионов, в которых зарождается сейсмичность. Результаты картирования сей-смогенных источников также хорошо соотносятся с работами по выделению зон ВОЗ и оценке сейсмической опасности исследуемого региона [Леви и др., 1996; Имаева и др., 2015].
Защищаемые положения:
1. Методика геоинформационного моделирования, включающая комплексный анализ параметров разломов, распределения плотности эпицентров и энергии землетрясений, обеспечивает обоснованное построение проекций трехмерной структуры сейсмогенных источников Юга Восточной Сибири.
2. Геоинформационная система справочного типа «ActiveTectonics», основанная на впервые созданных моделях данных и метаданных для сейсмогенных источников, активных разломов и косейсмических эффектов, автоматизирует процесс картирования сейсмогенного источника, динамически обновляет пространственную и атрибутивную информацию, предоставляет пользовательский интерфейс ее ввода и генерирует структурированный html-отчет о выбранном объекте.
3. Созданная для территории Юга Восточной Сибири интерактивная база данных сейсмогенных источников содержит их геометрические, кинематические и сейсмологические параметры, сопровождающиеся описанием качества и обоснованием. Эта информация дополнена текстовыми комментариями, иллюстрациями и ссылками на опубликованные работы и визуализируется с помощью инструмента разработанной ГИС на веб-страницах.
Научная новизна:
-
Предложена методика выделения и картирования сейсмогенных источников, основанная на комплексном анализе параметров разломов, распределения плотности эпицентров и энергии землетрясений, объединяющая принципы построения баз данных композитных сейсмогенных источников и картирования зон ВОЗ.
-
Впервые созданы модели данных и метаданных для сейсмогенных источников, активных разломов, мест проявления косейсмических эффектов, позволяющие формализовать и объединить в рамках единой информационной системы разнородную информацию, включающую параметры этих объектов, текстовые файлы с комментариями специалистов, иллюстрации, ссылки на использованные опубликованные работы с указанием качества и обоснованием информации.
-
С использованием предложенных моделей данных, а также современных методов и средств реализации геоинформационных систем, разработана и внедрена специализированная ГИС «ActiveTectonics» справочного типа, позволяющая создавать и обрабатывать экземпляры баз данных активных разломов, мест проявления косейсмических эффектов и сейсмогенных источников, а также обеспечивающая информационную поддержку исследований в области наук о Земле за счет инструмента генерации детализированных html-отчетов по любому входящему в них объекту.
-
С применением разработанной информационной системы для исследуемой территории Юга Восточной Сибири в рамках координат 50 - 57 северной широты и 100 - 120 восточной долготы впервые создана интерактивная геопространственная база данных сейсмогенных источников, способных инициировать умеренные и сильные землетрясения.
Практическая значимость:
1. Созданная информационная система «ActiveTectonics» и входящая в ее состав база данных сейсмогенных источников могут использоваться для последую-5
щего, в том числе автоматизированного, моделирования распространения сейсмического эффекта и оценки возможных последствий землетрясений, при проведении работ по сейсмическому районированию, для создания, обработки и комплексного анализа интерактивных баз данных по активной тектонике различных регионов России.
-
Внедрение разработанной ГИС в значительной мере автоматизировало процессы сбора, хранения, редактирования и обработки данных по сейсмогенным источникам, активным разломам и местам проявления косейсмических эффектов Юга Восточной Сибири, а также сделало большой объем информации по этим объектам доступным широкому кругу заинтересованных пользователей в удобном формате структурированных html-отчетов. На основе баз данных, входящий в состав ГИС, разрабатывается картографический сервис, который позволит сделать все полученные результаты доступными в сети Интернет.
-
Благодаря модульной структуре, «ActiveTectonics» может быть легко адаптирована под геопространственные базы данных других геологических объектов, что при необходимости позволит значительно расширить круг решаемых с ее помощью задач.
Личный вклад автора. Все поставленные в работе задачи выполнены лично или при непосредственном активном участии автора. Им предложена методика выделения и картирования сейсмогенных источников. Для создания и обработки баз данных активных разломов, сейсмогенных источников и косейсмических эффектов совместно с научным руководителем разработана прикладная геоинформационная система «ActiveTectonics», С использованием данной ГИС, для Юга Восточной Сибири самостоятельно создана интерактивная база данных сейсмогенных источников и проведен анализ полученной в ней информации с последующим построением тематических карт и графиков.
Публикации. По теме диссертации автором лично и в соавторстве опубликовано 17 работ, в том числе 6 статей в российских и зарубежных рецензируемых журналах, включенных в перечень ВАК Минобрнауки России. Получены 2 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ и 2 свидетельства о государственной регистрации баз данных.
Апробация работы. Основные результаты исследования докладывались и обсуждались на: XXV и XXVI Всероссийских молодежных конференциях «Строение литосферы и геодинамика» (г. Иркутск, 2013, 2015), Всероссийском совещании с участием приглашенных исследователей из других стран «Разломообразование в литосфере и сопутствующие процессы: тектонофизический анализ» (г. Иркутск, 2014), Международной конференции «Современные информационные технологии для фундаментальных научных исследований в области наук о Земле» (г. Петропавловск – Камчатский, 2014). Автором работы сделаны 2 доклада на тематических семинарах в Институте изучения Тибетского плато Китайской академии наук (г. Пекин, 2014) и в Институте динамики земной коры при Сейсмологическом бюро Китая (г. Пекин, 2014).
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из четырех глав, введения, заключения и четырех приложений. Общий объем работы со-
Интерактивные базы данных сейсмогенных источников и взаимосвязанных объектов
В работе [Имаева и др., 2015] зоны ВОЗ определяются как области, в которых землетрясения определённой магнитуды и частоты возникали в недавнем прошлом и могут ожидаться в близком будущем.
Существует несколько разновидностей моделей зон ВОЗ, которые представляют источники землетрясений в виде точек (потенциальных очагов землетрясений), линий (активных разломов) и площадей (условно однородных сейсмогенных зон) [Уломов, 20011]. Эти представления легли в основу линеаментно – доменно – фокальной (ЛДФ) модели зон ВОЗ, предложенной В.И. Уломовым [Уломов, Шумилина, 1999; Уломов, 20011 и др.]. Эта модель на сегодняшний день является основой исследований по сейсмическому районированию и оценке сейсмической опасности в России. Согласно концепции этой модели, очаги землетрясений с магнитудой 6.0 и выше приурочены к линеаментам, которые представляют собой оси трехмерных разломных структур в генерализованном виде. Очаги сильных землетрясений располагаются по обе стороны от осей линеаментов, при этом, чем меньше магнитуда, тем сильнее очаг землетрясения может отклоняться от оси линеамента.
В свою очередь, сейсмогенные источники в европейской терминологии, как указывалось ранее, представляют собой параметризованные модели активных разломов, их сегментов или систем, которые на картах изображаются в виде проекций их трехмерной структуры на земную поверхность. Таким образом, можно сделать вывод, что в основе картирования и зон ВОЗ и сейсмогенных источников лежит выделение активных разломов и их подробная геолого-геофизическая, параметрическая и иная характеристика. При этом в большинстве работ по построению карт зон ВОЗ в качестве линеаментов учитываются оси разломных структур, под которыми обычно понимаются выходы плоскостей активных разломов на поверхность. Тогда как при построении сейсмогенных источников для учета потенциальных очагов землетрясений учитывается именно пространственное трехмерное строение дизъюнктивных нарушений.
Юг Восточной Сибири, включающий тектонически активные территории Байкальской рифтовой зоны (БРЗ) и Восточного Саяна, является одной из высокосейсмичных зон России. К примеру, согласно данным Байкальского филиала Геофизической службы СО РАН, на этой территории с 1995 по 2015 гг. включительно зафиксировано от 36 до 243 землетрясений в год с энергетическим классом К 10 (рисунок 1.7). Такая крайне высокая сейсмическая активность обуславливает большое количество работ, связанных с изучением сейсмогенерирующих разломов и выделением потенциально опасных с точки зрения возникновения сильных землетрясений территорий.
В основе таких сейсмогеологических исследований конца прошлого столетия лежат работы сотрудников Института земной коры СО РАН по картированию активных разломов в Байкальской рифтовой зоне и изучению внутренней структуры Байкальской впадины. В результате этих исследований, в 1995 году впервые была опубликована карта активных тектонических нарушений Байкальской котловины и прилегающих территорий [Леви и др., 1995], а в 1996 году – схема активных разломов Байкальской впадины [Логачев и др., 1996] и карта активных разломов Восточной Сибири и Монголии, активизированных в кайнозойское время [Хилько и др., 1985; Леви и др., 1996]. Накопленные к тому времени сейсмологические и сейсмогеологические материалы, а также упомянутые выше карты активных разломов легли в основу опубликованной в этом же году карты зон ВОЗ Восточной Сибири и Монголии (Карта зон ВОЗ Восточной Сибири и Монголии под ред. Хромовских В.С., 1996), на которой выделены зоны потенциальных источников землетрясений, ранжированные по возможной максимальной магнитуде.
Эта карта, пожалуй, является первой крупной обобщающей работой по учету зон возможного возникновения сильных сейсмических событий на территории Юга Восточной Сибири. На ее основе, в рамках работ по созданию карт общего сейсмического районирования ОСР-96, было проведено сейсмическое районирование территории Восточной Сибири и Монголии (Карта сейсмического районирования Восточной Сибири и Монголии под ред. академика Н.А. Логачева, 1996). Карты общего сейсмического районирования периодически актуализируются, для чего на региональном уровне в рамках применяемой модели зон ВОЗ были построены цифровые карты линеаментов и даны оценки возможных магнитуд землетрясений, ассоциированных с ними [Гусев, Имаева, 2014], а позже опубликована Карта Сейсмотектоники Восточной Сибири [Имаева и др., 2015], построенная с использованием современных геоинформационных технологий (ArcView, ArcInfo) и содержащая сведения о кинематике и сейсмическом потенциале основных активных разломов, зонах ВОЗ региона.
В конце прошлого и нынешнем столетиях активно продолжаются исследования, направленные на изучение, описание и уточнение параметров активных разломов, а также следов связанных с ними сильных землетрясений на территории Юга Восточной Сибири [Ружич, 1972, 1997; Солоненко, 1965, 1979; Шерман и др., 1973, 1980, 1984, 1992; Чипизубов 1991, 2007; Саньков и др., 1991; Леви и др., 1996, 2002, Levi et al., 1997; Парфеевец, Саньков, 2006; Семинский и др., 2001, 2005; Лунина, 2002; Лунина, Гладков 2002, 2004а, 2004б, 2008а, 2008б, 2009; Чипизубов и др., 2000, 2002, 2003; Смекалин, 2008; Смекалин и др., 2010; Гладков и др., 2012; Имаев и др., 2012; Лунина и др., 2012; Lunina et al., 2014, 2015 и мн. др.]. В результате этих работ накоплено большое количество новых знаний и сведений о тектонически активных структурах региона, которые должны учитываться при построении и обновлении карт зон ВОЗ или сейсмогенных источников. Как указывалось в Главе 1.2 данной диссертации, во многих странах мира для обобщения результатов таких исследований создаются современные геопространственные реляционные и объектно-реляционные базы данных, включающие как картографическую визуализацию активных разломов и потенциально сейсмически опасных территорий, так и большие объемы знаний об этих объектах. Для территории Юга Восточной Сибири такая база данных, обобщающая результаты исследований активной тектоники на региональном уровне, создана и развивается Луниной О.В. при участии автора данной работы [Лунина, Гладков, Гладков, 2012; Lunina, Caputo, Gladkov et al., 2014]. Она является одним из модулей специализированной ГИС «ActiveTectonics», подробное описание которой будет дано в Главе 3 настоящей работы, и является основой для построения базы данных сейсмогенных источников Юга Восточной Сибири [Гладков, Лунина, 2014], которая наряду с описанными картами зон ВОЗ позволяет выявить зоны потенциальных очагов землетрясений, опираясь при этом на трехмерное строение разломных структур.
Изученность территории Юга Восточной Сибири с точки зрения выделения сейсмически опасных территорий
Для построения моделей зон ВОЗ в данном случае строилось большое количество карт суммарной выделившейся сейсмической энергии и карт эпицентров землетрясений как за весь период инструментальных наблюдений, так и за отображения геологических структур, проявляющих сейсмическую активность, эти карты строились на основе сетки с размером ячейки 0,1х 0,07; в каждой ячейке бралось общее количество событий за указанный период времени. На основе этих карт с учетом геологической и геоморфологической информации, авторами далее выделяются зоны ВОЗ и приводится их геологическое обоснование.
При проведении работ по сейсмическому районированию территории Арктического региона также использовались данные по сейсмическому режиму и информация о разломах и дизъюнктивных узлах (местах пересечения разломов) [Аветисов и др., 2001]. При данном подходе выделение зон ВОЗ производилось следующим образом: весь регион разбивался на ячейки 2x2 см в масштабе карты 1:6000000. Для каждой ячейки высчитывался комплексный показатель, который, помимо сейсмичности, учитывает данные о скоростях и амплитудах современных движений, геоморфологические и батиметрические данные, особенности поля силы тяжести, характер рельефа опорных сейсмических границ литосферы, данные по тепловому потоку и др. Совокупность этих показателей определяет так называемый сейсмический потенциал региона и характеризует способность среды накапливать потенциальную энергию.
Далее производится выделение мест возможной реализации сейсмотектонического потенциала, т.е. мест, в которых наиболее вероятно возникновение землетрясения. Такими местами чаще всего являются разломы (линеаменты), а в пределах их - дизъюнктивные узлы.
В результате, полученные карты сейсмотектонического потенциала и комплексных линеаментов являются основополагающими промежуточными материалами для построения карт зон ВОЗ, на которых вместо условных единиц показываются магнитуды возможных землетрясений. Переход реализуется на основе совместного анализа указанных промежуточных карт и данных о сейсмичности региона.
Для территории Юга Восточной Сибири известны карты зон ВОЗ [Леви и др., 1995, 1996] и сейсмолинеаментов [Гусев, Имаева, 2014]. В одной из последних работ по сейсмическому районированию территории Восточной Сибири их выделение и параметризация производится путем комплексного применения двух групп критериев: сейсмологической, включающей в себя анализ каталогов инструментальной, исторической и голоценовой сейсмичности и геолого-геофизической, основанной на выделении и параметризации активных геологических структур, в которых землетрясения определённой магнитуды и частоты возникали в недавнем прошлом и могут ожидаться в близком будущем [Имаева и др., 2015].
Приведенный анализ позволяет сделать вывод, что, в общем случае, при выделении сейсмогенных источников и зон ВОЗ для всех перечисленных территорий учитывается сейсмичность, а также геологическая и геоморфологическая информация об исследуемом регионе.
В настоящей работе под сейсмогенным источником понимается INGV – модель, как наиболее полно отражающая трехмерное строение активных разломов, входящих в ее основу. Однако наборы параметров, характеризующих сейсмогенные источники в итальянской базе данных DISS 3.2 и в предлагаемой автором информационной системе «ActiveTectonics», а также методы их выделения, различны. В данном разделе описывается предлагаемая автором методика выделения и параметризации сейсмогенных источников Юга Восточной Сибири, объединяющая некоторые принципы картирования сейсмогенных источников и зон ВОЗ, описанные выше в разделе 2.1.
В качестве фактологической основы для выделения сейсмогенных источников в работе используются: - база данных активных разломов Юга Восточной Сибири [Лунина и др., 2012], обобщающую большое количество информации по главным тектоническим нарушениям региона; - каталог землетрясений Байкальского филиала Геофизической службы СО РАН, содержащий информацию о землетрясениях, зафиксированных инструментальными методами на исследуемой территории за 1950 - 2015 года включительно; - база данных сильных исторических землетрясений региона, а также информация об известных палеосейсмодислокациях [Чипизубов, 2007; Смекалин и др., 2010]; - база данных мест проявления косейсмических эффектов землетрясений [Лунина, Андреев, Гладков 2013; Андреев, 2014].
Использование данных материалов позволяет учесть как геолого-структурные и сейсмогеологические данные, так и информацию о землетрясениях в исторический и инструментальный периоды наблюдений.
Площади сейсмогенных источников, как и зон ВОЗ, по определению характеризуются сравнительно большой плотностью умеренных и сильных сейсмических событий. Для выявления таких территорий, автором данной работы с использованием современных ГИС были построены карты общей выделившейся сейсмической энергии (рисунок 2.3) и плотности эпицентров землетрясений (рисунок 2.4).
Для построения этих карт использовался каталог землетрясений с К 10 (М 3,3) за 1950 - 2015 гг., составленный Байкальским филиалом Геофизической службы СО РАН. При подготовке к анализу, объем каталога был уменьшен за счет удаления из него событий, с энергетическим классом меньше 10. Это обусловлено более низкой точностью определения координат их эпицентров и очень большим количеством землетрясений малых классов, ежегодно происходящих на исследуемой территории, которые образуют на карте сплошное «пятно», практически полностью покрывающее ее. При попытке построения карты плотности эпицентров землетрясений с учетом сейсмических событий всех,отдельные промежутки времени [Еманов и др., 2005, 2006].
Создание и развитие баз данных как информационной основы функционирования системы
Кнопки панели инструментов имеют следующее назначение: 1) «Информация об объекте» - инструмент, используемый для выбора объекта в окне карты и предоставления пользователю подробного html – отчета об этом объекте; 2) «Редактирование» - данный инструмент позволяет пользователю внести изменения в информацию о любом объекте в базе данных. Для этого необходимо выбрать объект на интерактивной карте, внести необходимые изменения с помощью специальных экранных форм и подтвердить сохранение изменений; 3) «Активные разломы» - инструмент, используемый для подключения/отключения к информационной системе базы данных активных разломов. При включении данного инструмента на карту добавляется тематический слой, содержащий объекты из базы данных активных разломов, по умолчанию изображающиеся красными полилиниями; 4) «Косейсмические эффекты» - инструмент, позволяющий пользователю включить/отключить базу данных мест проявления косейсмических эффектов. При включении данного инструмента, на интерактивной карте изображается тематический слой мест проявления косейсмических эффектов, по умолчанию отображающихся в виде синих окружностей. Каждая окружность соответствует одной точке наблюдения, отчет по которой содержит подробную информацию о наблюдаемых в ней деформациях; 5) «Композитные сейсмогенные источники» - инструмент, используемый для подключения/отключения к информационной системе базы данных сейсмогенных источников. При включении инструмента на карту добавляется тематический слой, содержащий объекты из базы данных сейсмогенных источников, по умолчанию изображающиеся в виде оранжевых полигонов; 6 – 8) инструменты информационной системы, которые будут использоваться для подключения баз данных индивидуальных геолого – геофизических и макросейсмических сейсмогенных источников, а также геолого – структурной информацией. В настоящее время базы данных этих объектов находятся в стадии проектирования и эти инструменты недоступны, однако, в будущем планируется разработка и развитие этих модулей информационной системы с учетом мирового опыта внедрения подобных баз данных; 9) «Пересчитать значения полей» - инструмент, используемый для автоматического расчета некоторых параметров объектов в базах данных сейсмогенных источников, активных разломов и косейсмических эффектов. Позволяет рассчитать недостающие значения некоторых параметров, опираясь на общепринятые формулы и соотношения; 10) «Закрыть программу» - инструмент, позволяющий завершить выполнение прикладных приложений системы «ActiveTectonics» без завершения сеанса MapInfo Professional.
Строка меню системы добавляется к строке меню ГИС MapInfo и имеет заголовки«DataBase» и «Инструменты» (рисунок 3.14). Рисунок 3.14 – Строка меню системы ActiveTectonics.
В состав меню «DataBase» входят следующие команды: - «Создать новую базу данных» - данная команда предназначена для создания новых экземпляров баз данных активных разломов, косейсмических эффектов и сейсмогенных источников. При этом привязка к географическим координатам производится пользователем при создании карты, т.е. новая база данных может быть создана для любого региона; - «О программе» - команда вызывает окно с информацией о разработчиках системы; - «Справка» - вызывает окно справки с руководством пользователя системы; - «Закрыть программу» - данная команда предназначена для завершения работы приложения без закрытия среды ГИС MapInfo. Такая организация интерфейса системы «ActiveTectonics» делает работу с системой понятной и привычной для пользователей операционных систем семейства Windows NT и других.
Разработана и внедрена специализированная геоинформационная система «ActiveTectonics», которая автоматизирует процессы сбора, обработки, хранения и визуализации большого объема информации по сейсмогенным источникам, активным разломам и местам проявления косейсмических эффектов. Данная ГИС состоит из комплекса геопространственных баз данных и специализированного приложения для работы с ними. Главное рабочее окно системы представляет собой интерактивную карту с нанесенными на нее объектами активной тектоники. Одной из главных функциональных возможностей разработанной системы является функция генерации детализированных html – отчетов по любому выбранному объекту, благодаря которой любой заинтересованный пользователь может получить необходимую информацию. Данная система разработана с применением модульного принципа, что позволяет сравнительно легко расширять класс решаемых ею задач и добавлять новые типы исследуемых объектов. Интуитивно понятный графический интерфейс облегчает обучение новых пользователей и внедрение информационной системы.
Разработанный программный пакет применяется, в том числе, для описания и визуализации сейсмогенных источников различных территорий, которые в дальнейшем могут использоваться для последующего моделирования распространения сейсмического эффекта и оценки возможных последствий землетрясений, при проведении работ по определению сейсмической опасности и сейсмическому районированию, для создания, обработки и комплексного анализа интерактивных баз данных по активной тектонике различных регионов России.
С помощью ГИС «ActiveTectonics» автором работы создана база данных сейсмогенных источников для территории Юга Восточной Сибири, содержащая детальную информацию по 38 выделенным сейсмогенным структурам. Анализ полученной базы данных проводится в главе 4 настоящей работы.
«ActiveTectonics» является геоинформационной системой справочного типа и используется для обеспечения обоснованной информацией исследований в области наук о Земле. Ее дальнейшее внедрение и развитие путем разработки специализированного картографического веб – сервиса позволят сделать большой объем накопленной информации по активным разломам, сейсмогенным источникам и местам проявления косейсмических эффектов Юга Восточной Сибири доступным широкому кругу исследователей.
Сопоставление полученных результатов с известными базами данных сейсмогенных источников
На основе предложенной методики с использованием разработанной специализированной информационной системы, анализа литературных, картографических и сейсмологических данных для изученной территории Юга Восточной Сибири автором работы создана база данных сейсмогенных источников, способных генерировать землетрясения с магнитудой 5.5 и более. Полученная база данных содержит информацию о 38 сейсмогенных источниках, включая набор их геометрических, кинематических и сейсмологических характеристик, а также разнообразную ассоциированную с ними информацию, такую как текстовые комментарии специалистов, иллюстрации и ссылки на испольщзованные опубликованные научные работы.
Приведен анализ параметров выделенных сейсмогенных источников с определением закономерностей их пространственного распределения. Картированные источники имеют протяженность от 46 до 329 км, глубину залегания 30-50 км и преимущественные углы падения 60–79 на юг, юго-восток и реже на запад, северо-запад. Максимальный сейсмический потенциал большинства сейсмогенных источников соответствует магнитудам 6,5-7,9 при общем разбросе величин от 6 до 8.
Полученная база данных в составе информационной системы «ActiveTectonics» может использоваться для последующего моделирования распространения сейсмического эффекта и оценки возможных последствий землетрясений, предоставления информации широкому кругу заинтересованных пользователей, исследования крупномасштабных геодинамических процессов и т.д.
В результате проведенного исследования разработана специализированная ГИС «ActiveTectonics», включающая базу данных сейсмогенных источников Юга Восточной Сибири, способных инициировать землетрясения с магнитудой 5.5 и выше. Использование проекций «сейсмогенных источников» позволяет представить их трехмерное строение и выделить, по сути, сейсмогенерирующие объемы земной коры. В работе дается принятое автором определение сейсмогенных источников, и описываются характеризующие их параметры.
Автором усовершенствована методика выделения и картирования сейсмогенных источников, объединяющая принципы построения баз данных композитных сейсмогенных источников и зон возможных очагов землетрясений. Предложенная методика основана на разностороннем анализе информации об активных разломах и сейсмичности изучаемого региона. В частности, для выделения сейсмогенных источников на территории Юга Восточной Сибири, построены карты плотности эпицентров землетрясений и общей выделившейся сейсмической энергии, которые позволяют выделить наиболее опасные в сейсмическом отношении территории. Для них анализируются строение и параметры активных разломов и происходит их объединение в сейсмогенные источники, отображение которых на карте позволяет, по сути, выявить объемы земной коры, в которых зарождается сейсмичность.
На основе предложенной методики разработан специализированный программный пакет, автоматизирующий процесс построения проекций сейсмогенных источников. Созданный программный пакет является одним из модулей прикладной геоинформационной системы «ActiveTectonics».
Впервые созданные модели данных и метаданных для сейсмогенных источников, активных разломов, мест проявления косейсмических эффектов, позволили формализовать и объединить в рамках единой информационной системы разнородную информацию, включающую параметры этих объектов, текстовые файлы с комментариями специалистов, иллюстрации, ссылки на опубликованные работы с указанием качества и обоснованием информации. А внедрение разработанной ГИС позволило сделать этот большой объем информации доступным широкому кругу заинтересованных пользователей в удобном формате. Таким образом, «ActiveTectonics» является геоинформационной системой справочного типа, предоставляющей обоснованную информационную поддержку исследований в области наук о Земле. Она разработана с применением модульного принципа, что позволяет сравнительно легко расширять класс решаемых с ее помощью задач и добавлять новые типы исследуемых объектов. Интуитивно понятный графический интерфейс облегчает обучение новых пользователей и внедрение информационной системы.
С помощью ГИС «ActiveTectonics» впервые создана интерактивная база данных сейсмогенных источников для территории Юга Восточной Сибири, содержащая детальную информацию по 38 выделенным сейсмогенерирующим структурам. Анализ информации в полученной базе данных позволил выявить закономерности пространственного распределения сейсмогенных источников на исследуемой территории и оценить их геометрические, кинематические и сейсмологические параметры.
Практическая значимость полученных результатов заключается в возможности их использования для последующего, в том числе автоматизированного, моделирования распространения сейсмического эффекта и прогнозирования возможных последствий землетрясений при проведении работ по оценке сейсмической опасности, для создания, обработки и комплексного анализа баз данных по активной тектонике различных регионов России. В настоящее время на основе ГИС «ActiveTectonics» и входящих в ее состав баз данных создается картографический сервис, позволяющий получить доступ к данным через интернет.