В предыдущей статье Растровые, векторные и графовые методы геологического линеаментного анализа мы занимались теорией и инструментами линеаментного анализа и теперь перейдём к практике. Начнем с мультимасштабного анализа землетрясения — посмотрим, что происходит в недрах и на поверхности при сейсмических событиях. В то время как лишь некоторые самые опытные геологи способны представить себе в деталях происходящие процессы, мы их можем визуализировать как 4D модели и все рассмотреть.
Трехмерная многомасштабная роза диаграмма, где по вертикали слоями расположены розы диаграммы линеаментов разных масштабов, от 1000 м внизу и до 100 м вверху. Для упрощения сравнения, зелеными контурами показано состояние до землетрясения. Поскольку линеамент это отрезок (не вектор), то роза диаграмма линеаментов симметрична относительно центра. Далее в статье будет видеозапись для этой 4D модели.
Введение
Ранее мы уже построили динамическую модель этого землетрясения в статье Геология XXI века как наука данных о Земле:
Здесь слева показан фрагмент геологической карты США, а справа — 3D геологическая модель с интерферограммой на поверхности рельефа по данным радарной спутниковой съемки (на шкале Density Gradient,% является характеристикой неоднородности геологической плотности, а Band Magnitude обозначает разность фаз отраженного сигнала радара для пары разновременных снимков)
Полученную модель мы заверили с помощью спутниковой интерферометрии в статье Построение достоверных геологических моделей:
и обсудили происходящие геологические процессы. Визуально на показанной картинке прекрасно отображается показанная выше граница блоков с геологической карты США. Фазовая картина спутниковой интерферограммы определяет эпицентр землетрясения и отражающие поверхности в толще, амплитудная картина позволяет узнать значения вертикальных и горизонтальных смещений поверхности, как показано на этой карте от Геологической службы США:
На нашей 4D модели мы также видим глубинные смещения и их направления.
И все же многое осталось незамеченным — в самом деле, направления смещений мы увидели, но линии напряжений и возникающие системы трещин разглядеть практически невозможно, поскольку каждая отдельная трещина слишком мала. Нас интересует динамика возникающих и исчезающих («зарастающих») разломов и закономерности их расположения. Особенно важны выходы глубинных разломов на поверхность — с точки зрения их опасности для людей и сооружений, в том числе. Все это и позволяет изучить линеаментный анализ, особенно, если его также выполнить в виде динамической модели.
4D модель линеаментов
Моделирование выполнено согласно ранее рассмотренным принципам, за деталями обратитесь к Растровые, векторные и графовые методы геологического линеаментного анализа. Для анализа выбраны два радарных снимка — те же самые, по которым построены интерферограммы и динамическая глубинная модель, рассмотренные выше. Таким образом получены две многомасштабные модели линеаментов. Далее средствами ParaView выполнена временная интерполяция между этими моделями, то есть создана динамическая 4D модель.
Согласно статье википедии: Землетрясение:
Причиной землетрясения является быстрое смещение участка литосферы (литосферных плит) как целого в момент релаксации (разрядки) упругой деформации напряжённых пород в очаге землетрясения.
Таким образом, мы ожидаем до землетрясения увидеть накопление напряжений и сопутствующих деформаций, во время землетрясения некоторые релаксационные смещения земной поверхности и недр, а после землетрясения обнаружить уменьшение напряжений и деформаций. Как ранее показано в Пространственные спектры и фрактальность рельефа, силы тяжести и снимков, фрактальность рельефа величина постоянная, из чего следует, что исчезновение крупномасштабных деформаций и соответствующих им линеаментов должно сопровождаться появлением большего количества меньших деформаций и линеаментов. Именно многомасштабная природа сейсмических процессов и делает чрезвычайно сложным анализ линеаментов лишь одного или нескольких масштабов, как это выполняется обычно (Бондур, Зверев, 2006).
Пора посмотреть на саму динамическую модель:
Как мы здесь видим, сильно асимметричная (деформированная) до землетрясения роза диаграмма в процессе землетрясения становится более симметричной, после чего начинается рост асимметрии (деформаций) меньшего масштаба на нашей линеаментной модели. Если продолжить моделирование, то мы увидим накопление деформаций и асимметрии и их продвижение сверху вниз, то есть с увеличением масштаба, что завершится следующим землетрясением.
Заключение
И снова с помощью моделирования и динамической объемной визуализации мы показали процесс, ранее доступный для понимания лишь избранным геологам. Область применимости таких моделей гораздо больше — с их помощью можно выполнять геологоразведочные работы на нефть и газ, глубинные водные резервуары, полезные минералы,… В следующий раз мы посмотрим на другие применение метода.
Ссылки
Бондур В.Г., Зверев А.Т. Физическая природа линеаментов, регистрируемых на космических изображениях при мониторинге сейсмоопасных территорий // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. Сборник научных статей ИКИ РАН. Выпуск 3. Том II – М.: 2006. с. 177-183. http://www.aerocosmos.info/pdf/2006/zver_2006.pdf