База данных активных разломов Евразии (пояснительная записка)

Введение   Принципы и методы   Исходные материалы   Свойства объектов   Обосновывающие атрибуты   Оценочные атрибуты   Заключение  

Представляются методика создания и содержание новой базы данных об активных разломах Евразии (БД), интегрировавшей в едином формате материал, накопленный к настоящему времени многими исследователями, включая авторов БД. Она вмещает более 20000 географически привязанных объектов – разломов, зон разломов и связанных с ними структурных форм с признаками последних перемещений в позднем плейстоцене и голоцене.

Масштаб, в котором составлена БД – 1:500000, а базовый демонстрационный масштаб – 1:1000000. Каждый объект БД снабжён двумя видами характеристик (атрибутов) – обосновывающими и оценочными. Обосновывающие атрибуты содержат сведения об объектах – их названия, данные о морфологии и кинематике, амплитуды смещений за разные отрезки времени, рассчитанные по ним скорости движений, возраст последних зафиксированных признаков активности, проявления сейсмичности и палеосейсмичности, соотношения объектов с параметрами коровых землетрясений и другие характеристики, а также сведения об источниках информации, список которых приложен к БД.

Оценочные атрибуты – это система индексов, отражающих кинематику разломов согласно принятой в структурной геологии типизации, ранг скорости позднечетвертичных движений (три градации) и степень достоверности выделения структуры как активной (четыре градации). Индексы позволяют сопоставлять объекты по любому из атрибутов компьютерным способом между собой и с любыми другими видами оцифрованной информации с помощью любой ГИС-программы.

Таким образом, БД даёт возможность для извлечения конкретных сведений о разломах и решения более общих задач – тематического картографирования, определения параметров современных геодинамических процессов, оценки сейсмической и других геодинамических опасностей, тенденций тектонического развития на последнем, плиоцен-четвертичном, этапе развития Земли. Формат построения БД допускает её постоянное пополнение и коррекцию с появлением новых сведений.

1. Введение

Базы данных представляют важный инструмент современных научных исследований. Однозначность и однородность представления информации в форме базы данных открывает широкие и разнообразные перспективы изучения геологических феноменов (автоматизированной обработки и комплексного анализа их характеристик).

Основным содержанием предлагаемой базы данных являются активные разломы – тектонические нарушения, перемещения по которым происходили в недавнем прошлом и потому могут ожидаться в ближайшем будущем. Основанием предполагать, что подвижки в будущем возможны, являются следы движений за ближайший к современности интервал времени, отвечающий максимальному известному периоду повторяемости сильных коровых землетрясений, т.е. примерно за последние 30 тыс. лет [Кожурин и др., 2008; Трифонов, Кожурин, 2010]. Поскольку во многих областях подвижки этого времени трудно отделить геологическими и геоморфологическими методами от подвижек в более ранние стадии позднего плейстоцена, мы считаем активным разлом, по которому зарегистрированы проявления движений в течение позднего плейстоцена и голоцена, т.е. за последние ~130 тыс. лет [Trifonov, Machette, 1992]. Выраженность подвижек в смещениях молодых форм рельефа и отложений, а иногда и техногенных сооружений является главным поисковым, картировочным и оценочным признаком активного разлома. Методика таких исследований изложена в многочисленных публикациях [Wallace, 1968; Sieh, 1978; Трифонов, 1983, 1985; Active tectonics, 1986; Paleoseismology, 1996; Yeats, Sieh, Allen, 1997; Kozhurin, 2004; Трифонов, Кожурин, 2010; Кожурин, 2013; и др.].

Польза БД двойная: практическая (оценка разного рода геодинамических опасностей, прежде всего, сейсмической), и теоретическая (расширение возможностей изучения новейшего и активного тектогенеза). Последнее определяется тем, что объекты БД (активные разломы) являются по определению геологически одновозрастными структурами, отражающими синхронные тектонические движения. Это позволяет сравнивать современную геодинамику и структуру удаленных и разнообразных регионов.

В 1996 году многолетняя работа, в которой в рамках Международного проекта II-2 «Карта крупных активных разломов мира» Международной программы «Литосфера» участвовало более 70 исследователей из 50 стран, привела к созданию электронной Базы данных об активных разломах Евразии, включившей информацию о более чем 10000 разломов значительной части Евразийского континента и прилегающих акваторий. Работу по проекту для территории Евразии возглавлял В.Г. Трифонов, а в обобщении представленных исследователями материалов в виде базы данных приняли решающее участие А.И. Кожурин, Д.М. Бачманов, Г.А. Востриков, А.И. Иоффе и Р.В. Трифонов. Эта база данных (БД-96) стала выдающимся достижением геоинформатики как в отношении методики формализации геологических данных, так и по общему объему содержавшейся в ней информации. Впервые на столь обширную территорию по единой методике был собран столь объемный и детальный материал, который при этом был удобным для сопоставления с другими материалами и пригодным для всестороннего анализа с применением различных алгоритмов компьютерной обработки.

Для БД-96 был разработан формат записи данных, сочетающий возможность фиксации большого числа параметров, компактность представления информации и четкость алгоритма формализации исходных сведений. Данные о каждом объекте составляли отдельный блок текста, состоящий из серии строк со значениями его параметров и серии строк с координатами узлов линии разлома. Каждая строка параметров начиналась числовым маркером, обозначавшим то свойство объекта, значение которого приводилось в этой строке. Запись в таком формате была пригодна для программной обработки по каждому отдельному параметру. На основе БД-96 были построены карта активных разломов Евразии масштаба 1:5000000 [Trifonov, 1997, 2004] и карты и каталог активных разломов центральных сегментов Альпийско-Гималайского пояса [Трифонов и др., 2002]. БД-96 и созданные с её помощью сейсмотектонические материалы были использованы при создании Комплекта карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации ОСР-97 [Уломов, Шумилина, 1999].

Вместе с тем, у БД-96 были недостатки, обусловленные как техническими возможностями того времени, так и неравномерной изученностью активных разломов. Так, детальность отображения, точность географической привязки и общий стиль представления данных существенно различались в разных регионах, что затрудняло их сопоставление. Из-за формального наложения друг на друга материалов разных авторов местами появлялись нереалистичные соотношения и сочленения объектов, например, их взаимные пересечения. Сложная система записи атрибутики разломов требовала от пользователей знания большого числа условных маркеров и создавала проблемы при группировке объектов по нужным свойствам и программной обработке данных. Большая доля разломов не была обеспечена достоверными данными для обоснования значений ключевых параметров, а различная полнота характеристики разных регионов нередко создавала ложное впечатление об их разной тектонической активности. Возраст последних движений зачастую не был убедительно обоснован и назначался по результатам дешифрирования космических изображений невысокого разрешения. В результате в БД-96 оказались включены разломы с плиоцен-раннечетвертичными последними подвижками, и эти структуры не были четко отделены от действительно активных. Значение параметров присваивалось протяжённым объектам, хотя точные и достоверные данные имелись лишь для их коротких участков. В некоторых регионах одни и те же параметры безосновательно присваивались сериям разломов, в других чрезмерная детальность и многословность характеристик затрудняла сравнение объектов.

После создания БД-96 появилось много новых данных об активных разломах, в том числе в виде разнообразных картографических материалов. Среди них есть региональные и обобщающие работы, изданные в виде бумажных карт или электронных баз данных. Таковы карты Италии [Galadini et al., 2001], Турции [Emre et al., 2013], Сирии [Трифонов и др., 2012], Ирана [Hessami et al., 2003], Филиппин [Distribution of Active Faults, 2008], Таиланда [Kosuwan et al., 2006], а также базы данных для Южной Европы [Basili et al., 2013], Иберийского полуострова [Garcia-Mayordomo et al., 2012], Франции [Jomard et al., 2017], Афганистана [Ruleman et al., 2007], Восточной Сибири [Лунина, 2016], Тибетско-Гималайского региона [Taylor, Yin, 2009] и др.

Каждый из этих материалов содержит ценную информацию, однако они составлены по разным методикам и в разных форматах, имеют разную точность отображения объектов, разные число и смысл фиксируемых параметров, различаются пониманием термина «активный разлом» и, в результате, трудно сопоставимы. Карты и базы данных часто ограничены государственными границами или диктуемыми производственными нуждами рамками, которые секут геотектонические элементы. Это не позволяет воспринимать и оценивать их как целостные структуры в контексте более широкой геодинамической обстановки. Многие новые материалы имеют те же недостатки, что и БД-96: погрешности топографической привязки объектов; неоднородная детальность их изображения, мешающая целостному восприятию системы активных структур; неполная характеристика разломов без обоснования ключевых параметров или ссылок на источники данных, где они приводятся; присвоение сериям объектов одних и тех же параметров; неоправданная экстраполяция параметров на всю длину протяженного объекта. Всё это затрудняет сопоставление данных, создает сложности для его программной обработки.

Накопление новых сведений и представлений об активной тектонике Евразии требовало комплексного представления всего объема добытых знаний, как содержавшихся в БД-96, так и полученных позднее, т.е. создания новой базы данных об активных тектонических нарушениях (далее БД), где все имеющиеся сведения были бы переосмыслены с общих позиций и представлены в единой системе записи. Эта система должна быть удобной для пользователя и допускать возможность быстрого сопоставления данных по ключевым параметрам и их совмещение с другими видами оцифрованной информации. БД должна представлять собой непрерывно дополняемую и уточняемую геоинформационную систему, интегрирующую по единой методике все материалы, имеющие отношение к активной тектонике, независимо от того, каковы были методы, детальность и достоверность материалов и теоретические представления их авторов.

Принципами составления БД должны быть геодинамическая целостность предмета изучения; методическая однородность обработки включаемых сведений; непрерывность процесса дополнения и уточнения материала; комплексность получаемого материала на основе учета результатов всех исследований активной тектоники. БД должна стать средством накопления и регулярного уточнения данных об активных разломах, достоверность которых повышалась бы в результате последовательной интеграции в БД новых сведений; объединить в рамках единой методики отбора и представления данных разнородные и территориально разрозненные сведения по активной тектонике; создать геоинформационный материал, отражающий активную тектонику Евразийской плиты и её обрамлений как целостной системы.

БД, отвечающая вышеуказанным требованиям, создана на основе БД-96 с помощью пакета программ ArcGIS. Формат записи и система параметров БД существенно модифицированы. Разработаны методы её пополнения новыми материалами, их редактирования и интерпретации для обеспечения единства системы параметров и формата записи объектов. Выявлены дополнительные аспекты активной тектоники, позволившие более полно представить накопленный материал и определять места дальнейших исследований.

Далее: 2. Принципы и методы создания Базы данных