Источники открытых геолого-геофизических данных

Эта страница является черновиком статьи.

Описание некоторых источников открытых геолого-геофизических данных

Введение

В настоящее время существует значительное количество открытых источников геолого-геофизических данных, как правило, курируемых соответствующими международными организациями или крупными университетами. Такие данные могут использоваться как непосредственно при решении задач изучения (моделирования) Земли, так и в качестве дополнительных материалов при моделировании систем, в которые геологическая среда входит как одна из подсистем. Значительная часть геолого-геофизических данных является пространственными, во многих случаях работа с ними может успешно осуществляться с использованием традиционного инструментария геоинформационных систем. Поскольку эффективность решения многих задач зависит от возможности привлечь различные по своей природе геолого-геофизические данные, представляется полезным составление некоего их сводного перечня. Из-за крайне высокой разнородности решаемых при изучении Земли задач, и связанной с этим разнородности накапливаемых данных, собрать вместе все их типы и все существующие источники представляется проблематичным. Данная статья представляет собой первую попытку составления подобного перечня, который, безусловно, в дальнейшем может быть существенно расширен. При составлении перечня основное внимание уделялось пространственным данным полного глобального охвата (в случае исторических данных - также и полного исторического охвата), подвергнутым, насколько это возможно, минимальной обработке и интерпретации. Единственное исключение сделано для геологических карт, являющихся, по сути, продуктом субъективной интерпретацией имеющихся полевых наблюдений, поскольку доступ к результатам самих этих наблюдений как правило отсутствует.

Аномалии магнитного поля

Магнитные свойства минералов, входящих в состав горных пород, проявляются в локальном распределении аномалий магнитного поля Земли. Таким образом, данные о магнитном поле позволяют судить о магнитных свойствах горных пород, а в отдельных случаях - и об истории их формирования. Например, полосовые магнитные аномалии океанической коры являются ценным источником данных об истории формирования океанов.

Наиболее полным источником данных о распределении аномалий магнитного поля Земли является модель WDMAM (World Digital Magnetic Anomaly Map). Наиболее актуальны две версии модели: EMAG3, всё ещё носящая статус кандидата, и предыдущая версия - EMAG2. Специфика моделируемого поля и методов получения исходных данных при его изучении не позволяет достоверно смоделировать распределение аномалий для участков с отсутствующими исходными данными, в связи с этим модель не является непрерывной, а содержит "белые пятна".

EMAG3

Страница проекта: http://geomag.org/models/wdmam.html

Общий вид модели EMAG3. Источник - http://geomag.org/models/wdmam.html

Общий вид модели EMAG3. Источник - http://geomag.org/models/wdmam.html

На странице проекта предлагается сама модель в форматах kmz и ascii (полноразмерный и заархивированный), данные, на основе которых она была получена, статья, описывающая процесс построения модели, и свёрстанный макет карты в формате pdf. Непосредственно модель представляет собой последовательность записей в формате: широта, долгота, значение. Из-за значительного количества строк в модели (более 25.9 млн.) для её открытия и выполнения каких-либо операций над ней может потребоваться применение специализированных программных средств.

EMAG2

Страница проекта: http://geomag.org/models/emag2.html

Общий вид модели EMAG2. Источник - http://geomag.org/models/emag2.html

Общий вид модели EMAG2. Источник - http://sos.noaa.gov

На странице проекта доступна как сама модель в форматах .kmz и ascii (опционально есть версия не подвергавшаяся ресемплингу), GeoTIFF и NETCDF, так и производные материалы: визуализированная карта в формате GeoTIFF с отдельно прилагаемой легендой, свёрстанный макет карты. К модели прилагается статья, описывающая процесс построения модели. Непосредственно модель представляет собой последовательность записей в формате: широта, долгота, значение. Из-за значительного количества строк в модели (более 52.6 млн.) для её открытия и выполнения каких-либо операций над ней может потребоваться применение специализированных программных средств.

Дополнительные материалы

http://geomag.org/ - глобальные модели электрического и магнитного поля

Аномалии гравитационного поля

Плотностные неоднородности строения верхних частей Земли находят своё выражение в аномалиях гравитационного поля. В связи с этим существует возможность исследования геологического строения верхних частей Земли на основе изучения его гравитационного поля. Данный тип геофизических исследований называется гравиразведкой (разведочная гравиметрия). При построении модели аномалий гравитационного поля, помимо непосредственно результатов измерения силы тяжести, учитывается также и рельеф, поэтому достоверность получаемой модели зависит не только от корректности и точности гравиметрических исследований, но и от используемой модели рельефа.

WGM2012

Страница проекта: http://bgi.omp.obs-mip.fr/data-products/Grids-and-models/wgm2012

WGM2012 представляет собой глобальную модель гравитационных аномалий (редукция Буге, изостатическая и редукция в свободном воздухе) высокого разрешения (2 угловые минуты), вычисленную на сферической геометрии. Проект был реализован Международным Бюро Гравиметрии (BGI) в рамках сотрудничества с международными организациями, такими как Комиссия по геологической карте Мира (CGMW), ЮНЕСКО, Международной ассоциации геодезии (IAG), Международного союза геодезии и геофизики (IUGG), Международного союза геологических наук (IUGS) и различными научными учреждениями. Модель WGM2012 является производной от существующих гравитационных моделей EGM2008 и DTU10 и включают поправки за рельеф 1-минутного разрешения, полученные с использованием модели рельефа ETOPO1.

Общий вид модели WGM2012, редукция Буге. Источник - http://bgi.omp.obs-mip.fr/data-products/Grids-and-models/wgm2012

Общий вид модели WGM2012, изостатическая редукция. Источник - http://bgi.omp.obs-mip.fr/data-products/Grids-and-models/wgm2012

Общий вид модели WGM2012, редукция в свободном воздухе. Источник - http://bgi.omp.obs-mip.fr/data-products/Grids-and-models/wgm2012

На странице проекта доступны как сами модели аномалий во всех трёх редукциях в форматах NetCDF и ascii, так и документация, описывающая процесс их построения.

Дополнительные материалы

Информацию о процессе построения моделей DNSC08 и DTU10 можно получить на странице глобальной модели гравитационного поля DTU10

http://topex.ucsd.edu/marine_grav/mar_grav.html - marine gravity from satellite altimetry

Тепловой поток

Результаты анализа температурного градиента по данным скважинной термометрии позволяют характеризовать процесс поступления тепловой энергии из недр Земли и характер распределения теплового потока в приповерхностной части литосферы. Эти данные могут использоваться как при моделировании геодинамических процессов, так и в смежных областях, например, сельском хозяйстве.

Основным источником подобных данных является Глобальная база данных теплового потока (Global Heat Flow Database) при Международной комиссии по тепловому потоку (International Heat Flow Commission), существующая при поддержке университета Северной Дакоты.

Global Heat Flow Database

Страница проекта: http://www.heatflow.und.edu/

Последнее обновление: 12.01.2011

Общий вид данных Global Heat Flow Database

База содержит около 60 тысяч записей, включающих координаты проведения замера, результаты замера, контекстную информацию. Предлагается как единый набор данных, так и предварительно подготовленные наборы по отдельным континентам и океанам, по странам. Имеются карты, предварительно подготовленные по этим наборам. Площадная неоднородность имеющихся данных обусловлена характером размещения точек, выбранных для проведения исследований. Процесс сбора данных и наполнения базы описан в статье

Геологические карты

Геологические карты представляют собой продукт субъективной переработки и обобщения имеющихся полевых материалов, с учётом результатов геофизических исследований и бурения опорных скважин. Геологические карты из различных источников имеют различную полноту, детальность, могут в значительной степени не стыковаться между собой по содержанию. С другой стороны, поскольку в настоящее время открытой базы данных исходных полевых материалов и результатов бурения не создано, использование геологических карт зачастую оказываются единственным доступным способом косвенно учесть эти данные. В настоящее значительная часть геологических карт, созданных государственными структурами различных стран и международными организациями, предоставляется в качестве открытых данных в рамках международного проекта OneGeology.

OneGeology

Страница проекта: http://www.onegeology.org/

OneGeology представляет собой международный проект, направленный на создание обновляемого набора карт мировых геоданных, доступного через Web. Проект поддерживается множеством организаций из различных стран и международными организациями. Россию в данном проекте представляет Всероссийский Научно-Исследовательский Геологический Институт им. А.П. Карпинского (ВСЕГЕИ), опубликовавший подготовленный совместно со специалистами ВНИИГеосистем набор изданных листов государственных геологических карт масштаба 1:1000000 (новая серия) в оригинальной разграфке. Информация, подготовленная в рамках проекта OneGeology доступна как на специальном портале так и напрямую по протоколу WMS. Процедура подключения WMS-слоя OneGeology в QGIS подробно рассмотрена в статье. Аналогично могут быть подключены и другие слои. Выбор необходимого покрытия удобно осуществлять на портале проекта, там же можно получить адрес для его подключения, информацию о дате последнего обновления данных, условиях использования и т.п.

Геологическое покрытие глобального охвата (CGMW)

Слой возраста отложений из геологического покрытия глобального охвата (CGMW)

Геологическое покрытие на территорию Евразии (CGMW)

Геологическое покрытие на территорию России и сопредельных государств (ВСЕГЕИ)

Геологическое покрытие на территорию Северной Америки и прилегающих областей (USGS), Бразили (BRA GSB), Великобритании (GBR BGS), Кении (KEN MGD), Восточной Азии (EASIA CCOP)

В настоящее время предлагается несколько десятков покрытий планетарного и регионального охвата, а также созданных в пределах отдельных государств. Основная часть покрытий имеет геологическое и тектоническое содержание, на отдельные участки присутствуют также покрытия других содержаний (границы ледникового покрова, линеаменты и т.п.). Различные источники во многих случаях существенно отличаются как по принципам разбивки на слои, типам содержимого, так и непосредственно по содержанию

Очаги землетрясений

Землетрясения в большинстве случаев являются проявлением тектонических процессов, которые в свою очередь, являются проявлением процессов глобальной геодинамики. Таким образом, анализ пространственного распределения очагов землетрясений позволяет как изучать характер тектонических процессов, судить о корректности тектонических моделей, так и косвенно оценивать корректность геодинамических моделей.

В настоящее время какой-то одной наиболее полной и авторитетной базы данных очагов землетрясений не существует, имеющаяся информация распределена во множестве разрозненных баз данных различной полноты, как правило, составленных на основе компиляции различных источников.

ANSS

Страница проекта: http://www.ncedc.org/anss/

ANSS (Advanced National Seismic System) - представляет собой сводный каталог данных о землетрясениях глобального охвата, поддерживаемый Северо-Калифорнийским Центром данных о землетрясениях (NCEDC) и сейсмологической лабораторией Беркли (BSL). Данные характеризуют дату землетрясения, координаты и глубину его гипоцентра, магнитуду и некоторые дополнительные параметры. База данных содержит более двух миллионов записей по землетрясениям, начиная с 1898 года по настоящее время, и постоянно обновляется вновь поступающими данными. Помимо землетрясений также содержатся записи по взрывам, которые можно отфильтровать при формировании запроса. Данные могут быть представлены как в виде карты, так в виде человекочитаемого и машиночитаемого текста, kml-файла или исходных данных. Поскольку в некоторых случаях объём получаемой выборки может быть весьма велик, предлагается как вывод данных в браузере, так и загрузка результатов по ftp.

Дополнительная информация: http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/map/doc_aboutdata.php

Общий вид данных ANSS за 2013 год. Цветом обозначена магнитуда землетрясений

Historical Earthquake Database

Страница проекта: http://tsun.sscc.ru/nh/eq_descr.html

Historical Earthquake Database - открытая база данных о землетрясениях, созданная в рамках проекта Web Encyclopedia on Natural Hazards Института Вычислительной Математики и Математической Геофизики Сибирского Отделения Российской Академии Наук (ИВМиМГ СО РАН). База содержит более двухсот пятидесяти тысяч записей по землетрясениям с 186 года до н.э. до конца 2006 года н.э. В настоящее время база не позволяет получить запрашиваемые материалы единым списком, они предоставляются в виде многостраничной выдачи, что затрудняет единовременное получение больших выборок или всего массива данных.

ComCat

Страница проекта: http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/map/doc_aboutdata.php

Страница проекта: http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/search/

ANSS Comprehensive Catalog

Формирование выборки, интерактивная карта, загрузка CSV, KML, QuakeML, GeoJSON

http://earthquake.usgs.gov/

Другие источники

Исторические данные по СССР и России: http://earthquake.usgs.gov/data/russia_seismicity/sourcecatalogs/

http://earthquake.usgs.gov/data/?source=sitenav

http://www.iris.edu/ieb/help/ - браузер

Вулканизм

Вулканическая активность является проявлением процессов перераспределения вещества и энергии внутри Земли. Результаты изучения вулканической активности позволяют точнее охарактеризовать характер этих процессов, могут использоваться как в качестве исходных данных, так и для проверки создаваемых геодинамических моделей.

В настоящее время какой-то одной наиболее полной и авторитетной базы данных по вулканизму не существует, имеющаяся информация распределена во множестве разрозненных баз данных различной полноты. Данные об активности вулканов как правило даются в весьма обобщённой форме, без указания дат и характеристик отдельных извержений, отсутствуют данные, пускай даже самые общие, о составе и свойствах лав. Имеющиеся данные по извержениям направлены на изучение вулканизма не как геологического процесса, а как источника природный опасностей, характеризуя в первую очередь лишь значительные или катастрофические извержения.

Volcanoes Database

Страница проекта: http://tsun.sscc.ru/nh/volcano.php

Volcanoes Database - открытая база данных о вулканизме, созданная в рамках проекта Web Encyclopedia on Natural Hazards Института Вычислительной Математики и Математической Геофизики Сибирского Отделения Российской Академии Наук (ИВМиМГ СО РАН). База содержит более полутора тысяч записей по наземному и подводному вулканизму, включающих информацию о координатах вулкана, его названии, стране, к которой он относится, относительной и абсолютной высоте вулканической постройки, типе вулканической активности.

Общий вид данных Лаборатории Цунами. Красный - активные вулканы, жёлтый - потенциально активные, синий - с неопределённой активностью

Volcano Database

Страница проекта: http://www.ngdc.noaa.gov/nndc/struts/form?t=102557&s=5&d=5

Volcano Database - открытая база данных вулканов, созданная Национальным геофизическим дата-центром (NGDC) Национального Управления по Океану и Атмосфере (NOAA) Министерства торговли США. База содержит более полутора тысяч записей по наземному и подводному вулканизму, включающих информацию о координатах вулкана, его названии, стране и региону, к которому он относится, высоте и типе вулканической постройки, типе вулканической активности, времени последнего извержения.

Общий вид данных NOAA

Significant Volcanic Eruption Database

Страница проекта: http://www.ngdc.noaa.gov/nndc/servlet/ShowDatasets?dataset=102557&search_look=50&display_look=50

Significant Volcanic Eruption Database - открытая база данных вулканов, созданная Национальным геофизическим дата-центром (NGDC) Национального Управления по Океану и Атмосфере (NOAA) Министерства торговли США. База содержит около четырёхсот записей по значительным вулканическим явлениям, включающих информацию о дате извержения, координатах вулкана, его названии, стране и региону, к которому он относится, высоте и типе вулканической постройки, типе вулкана, значении показателя вулканической эксплозивности, факторах, которые привели к человеческим жертвам, о количестве жертв, полученных травм, разрушений домов и сумме общего ущерба. Записи сопровождаются ссылками на первоисточнки, имеется форма для ограничения выборки по заданным параметрам. Данные из базы также могут быть отображены на интерактивной карте

Импактные структуры

Изучение импактных структур (ударных кратеров и их ископаемых аналогов - астроблем) представляет интерес как геологической точки зрения (в частности, для минералогии), так и с точки зрения оценки современных угроз, связанных со столкновением с различными космическими телами. Плотность размещения известных импактных структур позволяет косвенно оценивать геологическую изученность территории.

В настоящее время какой-то одной наиболее полной и авторитетной базы данных по импактным структурам не существует, имеющаяся информация распределена во множестве разрозненных баз данных различной полноты.

EDEIS

Страница проекта: http://tsun.sscc.ru/nh/edeis.html

Expert Database on Earth Impact Structures (EDEIS) - открытая база данных о импактных структурах, созданная в рамках проекта Web Encyclopedia on Natural Hazards Института Вычислительной Математики и Математической Геофизики Сибирского Отделения Российской Академии Наук (ИВМиМГ СО РАН). База содержит более тысячи записей, включающих информацию о координатах структуры, её названии, стране, к которой он относится, диаметру, возрасту, степени достоверности импактного происхождения структуры, типе структуры, её глубине, количестве структур на кратерном поле,степени эрозии, проявленности в современном рельефе, видимости из космоса, типе горных пород мишени.

Общий вид данных EDEIS

EID

Страница проекта: http://www.passc.net/EarthImpactDatabase/index.html

Earth Impact Database (EID) - открытая база данных о подтвержденных импактных структурах, развиваемая в рамках деятельности Планетарно-Космическим научным центром (PASSC) Университета Нью-Брансуика (University of New Brunswick) Канады. Первоначально база данных создавалась в рамках проекта по изучению импактных структур Канадского щита на основе анализа их аэрофотоснимков, однако в дальнейшем была дополнена данными глобального охвата. В настоящее время база содержит 184 записи. Записи сопровождаются ссылками на литературные источники и отдельными иллюстрациями (пример).

Данные включают имя кратера, страну, к которой он относится, координаты, диаметр, возраст, проявленность в современном ландшафте, разбуренность, индекс пород мишени и состава космического тела. Некоторое неудобство вызывает невозможность загрузить всю базу данных одной таблицей: чтобы собрать её, необходимо загрузить части по Африке, Азии и России, Австралии, Европе, Северной Америке и Южной Америке, и необходимость ручной доводки полученной таблицы: приведения координат к десятичному виду, удаления текстовых символов в числовых полях и т.п.

Общий вид данных EID

Сейсмология

Глубинные сейсмические разрезы по профилям ГСЗ

Электронное издание «Атлас "Опорные геолого-геофизические профили России". Глубинные сейсмические разрезы по профилям ГСЗ, отработанным в период с 1972 по 1995 год» (Роснедра, ВСЕГЕИ, 2013)

Страница проекта: http://www.vsegei.ru/ru/info/seismic/

С 1972 по 1995 год на территории СССР, а затем России выполнялись работы по глубинному сейсмическому зондированию (ГСЗ). Суть метода ГСЗ заключается в длительной трёхкомпонентной регистрации колебаний от естественных источников возбуждения (землетрясения) и искусственных источников различной мощности, в том числе и больших промышленных взрывов, и дальнейшей обработке и интерпретации полученных данных с выделением и прослеживанием находящихся на различной глубине отражающих границ. Для проведения исследований была создана Специальная опытно-методическая геофизическая экспедиция (СОМГЭ), в дальнейшем преобразованная в Специальную региональную геофизическую экспедицию (СРГЭ). Проект имел грандиозные масштабы: общая протяжённость профилей составила более 100 тысяч километров, в качестве источников колебаний на ряде профилей использовались от 1 до 4 ядерных взрывов, производимых в мирных целях. Использование ядерных взрывов позволило увеличить глубину исследований до 400-700 км. При этом проект уникален не только по своим масштабам и по информационной ценности полученных: в 2014 году результаты данных работ были опубликованы в электронной форме, став, вероятно, первым открытым материалом такого рода. По понятным причинам, имеющиеся данные характеризуют лишь территорию России и бывших союзных республик. Кроме того, отдельные профиля, в первую очередь проходящие за пределами территории современной России в опубликованное электронное издание не вошли. Стоит помнить, что результаты ГСЗ в строгом смысле не являются первичными данными, а представляют собой результаты интерпретации полевых наблюдений, интерпретация которых не всегда однозначна. В то же время, уникальность данных материалов для изучения внутреннего строения Земли требует их включения в данный обзор наравне с остальными данными.

Приведённые в «Атласе» материалы представляют собой набор свёрстанных брошюр в формате pdf, содержащих сами профили с необходимыми условными обозначениями, каждый из которых сопровождается аннотациями и геологическими картами района проведения исследований. Средняя глубина профилей составляет 50-60 км. Дополнительно приведены материалы по методике проведения работ и координатам профилей. Некоторое неудобство создаёт лишь отсутствие тех же данных в машиночитаемой форме. Дополнительная сложность связана с тем, что полноценное использование материалов ГСЗ возможно только при использовании ГИС, поддерживающих полноценную работу с трёхмерными данными, в частности вертикальными профилями.

Общий вид данных ГСЗ

Схема расположения профилей ГСЗ, приведённых в «Атласе»

Кинематика движения материков

ITRF

ITRF представляет собой модель Земли, полученную на основе положений измерительных станций и параметров ориентации Земли (EOP), получаемую с использованием четырёх техник космической геодезии: GPS, VLBI (Very-long-baseline Interferometry), SLR (Satellite Laser Ranging) и DORIS (Doppler Orbitography and Radio-positioning Integrated by Satellite). Актуальной версией модели в настоящее время является ITRF2008, в ближайшее время будет опубликована версия ITRF2013. На странице проекта доступны данные, описывающие положение и скорости перемещения станций GPS, VLBI, SLR и DORIS, невязки расчёта и другие параметры. Непосредственно результаты расчёта приведены в специфическом формате, не содержащем достаточных внутренних комментариев или документации на странице проекта, что делает их непосредственное использование специалистами из смежных областей проблематичным. Помимо этого непосредственное использование данных осложняется применением для их записи геоцентрической системы координат и значительностью общего объёма данных материалов, из-за чего их чтение и редактирование могут потребовать привлечения специальных программных средств.

Скорости смещения станций наблюдения согласно модели ITRF2008. Источник - http://itrf.ensg.ign.fr/ITRF_solutions/2008/ITRF2008.php

Линейная экстраполяция движения станций наблюдения ITRF2008 согласно данным модели на 10 млн. лет. Фильтрация данных не производилась. Цветом обозначено максимальное отношение значения стандартного отклонения к прогнозируемым значениям скорости. Современное положение пунктов наблюдения указано синими метками.

Линейная экстраполяция движения станций наблюдения ITRF2008 согласно данным модели на 50 млн. лет для замеров, прогнозируемые значения по которым более чем вдвое превышают максимальное стандартное отклонение. Цветом обозначено максимальное отношение значения стандартного отклонения к прогнозируемым значениям скорости. Современное положение пунктов наблюдения указано синими метками. Красными метками указано положение пунктов с максимальным стандартным отклонением прогнозных значений скоростей выше заданного порога.

Линейная экстраполяция движения станций наблюдения ITRF2008 согласно данным модели на 50 млн. лет для замеров, прогнозируемые значения по которым более чем на порядок превышают максимальное стандартное отклонение. Цветом обозначена прогнозируемая скорость движения пунктов. Современное положение пунктов наблюдения указано синими метками. Красными метками указано положение пунктов с максимальным стандартным отклонением прогнозных значений скоростей выше заданного порога.

DTRS

DTRS представляет собой независимую реализацию модели ITRF.

Скорости смещения станций наблюдения согласно модели DTRS. Источник - http://www.dgfi.badw.de/index.php?id=258

ULR

Страница проекта: http://www.sonel.org/-ULR5-113-.html

Модель ULR представляет собой модель вертикального движения пунктов наблюдения, полученную на основе анализа последовательностей замеров GPS на основе данных ITRF2008. Актуальной версией является ULR5, данная модель построена на основе замеров, производившихся с 1995 по 2010 год. Данные содержат номера, имена и координаты пунктов наблюдения, количество лет в серии замеров GPS его отношение ко всему рассматриваемому периоду в процентах, скорость вертикального смещения, неопределённость вычисления скорости и применявшуюся для её вычисления модель.

Общий вид данных ULR5

Дополнительные источники

Global Centroid-Moment-Tensor (CMT) Project

UNAVCO

CORS

International Association of Geodesy (IAG)

Global Strain Rate Map Project [1]

Модели зон субдукции

Slab1.0

Страница проекта: http://earthquake.usgs.gov/data/slab/#models

Slab1.0 представляет собой набор трёхмерных моделей зон субдукции по всем крупным зонам субдукции. Модели получены на основе исторических каталогов землетрясений, данных из CMT (Centroid Moment Tensor) каталога, результатов сейсмического профилирования, глобальных границах плит, данных батиметрии и данных по толщине осадочных отложений.

Другие данные и данные неполного глобального охвата

http://sos.noaa.gov/Datasets/index.html - огромный объём разнообразных данных и моделей. Большинство ориентировано на просмотр, есть ссылки на первоисточник. Отдельные модели можно загрузить в виде kml

http://www.bgs.ac.uk/opengeoscience/ - эталонный ресурс открытых геоданных, но только на Великобританию