КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 22-27-00064

НазваниеРазрывные деформации конусов выноса и дельт на основе данных беспилотной аэрофотосъемки сверхвысокого разрешения

РуководительЛунина Оксана Викторовна, Доктор геолого-минералогических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт земной коры Сибирского отделения Российской академии наук, Иркутская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 2022 г. - 2023 г. 

Конкурс№64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-410 - Современная геодинамика, моделирование геодинамических процессов

Ключевые словаБеспилотная аэрофотосъемка, разрыв, разлом, земная поверхность, смещение, структурная геология, конус выноса, дельта, георадиолокация, геоинформационные системы

Код ГРНТИ38.17.00


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
В основе представляемого проекта лежит идея о том, что недоступные, на первый взгляд, нашему наблюдению современные разрывы, развивающиеся за счет тектонического крипа или сейсмогравитации, могут быть выявлены с помощью высокоточной аэрофотосъемки беспилотным летальным аппаратом. Такие деформации вносят существенный вклад в формирование окружающей среды, в частности ландшафта, и представляют собой определенную опасность для человеческой деятельности и экологических систем. В связи с этим картирование самых молодых нарушений земной поверхности, изучение закономерностей их распределения и развития является важнейшей задачей для решения проблемы выявления и мониторинга разрывов, не обнаруживаемых визуально на местности и спутниковых снимках. В рамках указанной проблемы настоящим проектом предусматривается поиск и изучение разрывных деформаций конусов выноса и дельт в зонах динамического влияния активных разломов Байкальского рифта на основе материалов беспилотной аэрофотосъемки сверхвысокого разрешения. Для наиболее интересных объектов будут получены высокоточные ортофотопланы и цифровые модели местности, а также выполнена их структурная и геоморфологическая интерпретация. Дополнительно используемый метод георадиолокации позволит в ключевых точках проследить геометрию разрывов на глубину до 16 м. Полученные на конкретных объектах результаты откроют пути решения проблем в регионах России и мира, где наблюдаются смещения земной поверхности неясной природы по инструментальным и даже визуальным наблюдениям. Выяснение причинно-следственных связей и источника деформаций будет способствовать выработки технологий превентивных мероприятий, направленных на снижения риска чрезвычайных ситуаций природного характера.

Ожидаемые результаты
Для ряда конусов выноса и дельт рек на западном побережье оз. Байкал будут получены сверхвысокоточные ортофотопланы и цифровые модели местности с точностью позиционирования 1,5–2 см. В случае обнаружения разрывов в современных отложениях будут составлены схемы их распространения с элементами геоморфологии. По итогам структурного и статистического анализа сети нарушений ожидается установить закономерности распространения и развития современных поверхностных деформаций в пределах геологических объектов, сложенных наиболее молодыми отложениями, состояние которых позволяет судить о проявлениях тектонических движений и сопутствующих процессов в настоящее время. Ожидаемые результаты будут уникальными, так как впервые для ряда объектов Байкальского рифта будут получены современные аэрофотоматериалы, выявлены и изучены разрывы, которые не могут быть обнаружены никаким другим способом, кроме как с высоты птичьего полета. В дальнейшем это откроет новое направление –исследование и мониторинг развития современных разрывов с целью понимания тектонических процессов, развиваемых в ходе короткого с геологической точки зрения периода времени на базе высокоточной аэрофотосъемки. Полученные материалы, несомненно, будут востребованы в других областях наук. Ортофотопланы и цифровые модели местности фиксируют структурную и геоморфологическую ситуацию на конкретный момент времени и, поэтому, будут использоваться следующими поколениями для изучения изменений в окружающей среде.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Для дельт рек Голоустной и Бугульдейка, а также конуса выноса р. Ото-Хушун, расположенных на западном побережье оз. Байкал, выполнена полная площадная аэрофотосъемка (АФС) сверхвысокого пространственного разрешения. Высота полета квадрокоптера DJI Phantom 4 RTK в комплекте с базовой станцией DJI D-RTK 2 составила 110–120 м. Дополнительно на локальных участках с разрывами, АФС осуществлена на высоте 30–45 м, в том числе в инфракрасном (ИК) диапазоне для фиксации параметров теплового поля и выявления потенциальных аномалий, связанных с этими нарушениями. Для ИК съемки использовался квадрокоптер DJI Matrice 210 RTK в комплекте с комбинированным подвесом DJI Zenmuse XT2. Через разрывы на местности при структурно-геологическом сопровождении георадаром ОКО-3 с антенными блоками, имеющими центральную частоту 90, 150, 400, 250 и 700 МГц, пройдены георадиолокационные профили. В камеральных условиях произведена фотограмметрическая обработка данных АФС, дешифрирование ранее полученных материалов и анализ георадарных профилей через современные разрывы, обнаруженные нами ранее в периферийной части дельты р. Риты. В результате по данным беспилотной АФС построены ортофотопланы и цифровые модели местности (ЦММ) дельт р. Голоустная, Бугульдейка и конуса выноса р. Ото-Хушун, которые представляют собой уникальные основы для детального анализа земной поверхности с целью получения новых знаний об основных закономерностях строения и развития окружающей среды, в том числе под влиянием деятельности человека. Пространственное разрешение материалов для 1-го, 2-го и 3-го районов АФС составило 2.96–3.02 см/пиксель, 2,98 см/пиксель и 3,7 см/пиксель, соответственно; максимальная площадь съемки – 15,7 кв. км. Для локальных участков площадью от 0,242 кв. км до 0,318 кв. км получено пространственное разрешение 0,824 и 1,24 см/пиксель. По результатам дешифрирования в северо-восточной части дельты р. Голоустной впервые обнаружены деформации в виде преимущественно линейных площадей пучения и поверхностных разрывов в осевых или боковых частях этих структур. Криогенный характер нарушений подтвержден тепловизионной съемкой и георадиолокационными исследованиями. Сделан предварительный вывод о том, что данные структуры относятся к буграм пучения (пальзам) по типу «прямая гряда», поверхности которых нередко пересечены открытыми трещинами. Локализация структур предопределена наличием Приморского разлома. Для конуса выноса р. Шартлай составлена структурно-геоморфологическая карта, на которой слева и справа от долины р. Шартлай откартирован деформированный предыдущий конус выноса и зона палеосейсмогенных разрывов с измеренными по ЦММ смещениями исходных поверхностей. Нарушения в настоящее время характеризуется высокой проницаемостью, о чем свидетельствует исчезновение достаточно мощной горной р. Шартлай в их зоне или сразу за ней в зависимости от водности реки. Установлено, что современные сейсмогравитационные разрывы периферийной части дельты р. Риты проникают на глубину не менее первого десятка метров и характеризуются более пологими углами падения (от 31 градусов) на северо-восточном сегменте и более крутыми (от 47 градусов) на субмеридиональном сегменте. Различия в геометрии нарушений обусловлены различными условиями деформирования, которые определяются различным количеством суглинистого материала в местах георадиолокационного профилирования и влажностью. На локальном участке в северной части дельты р. Риты путем сравнения двух разновременных ЦММ установлено, что данная площадь опустилась за год в среднем на 5-10 см, а в осевых частях субмеридиональных разрывов просадки достигли 33 см. В целом показано, что применение беспилотной аэрофотосъемки с построением ортофотопланов и ЦММ на территории площадью сотни квадратных метров – первые квадратные километры и последующее дешифрирование изображений позволяет эффективно выявлять опасные участки, потенциальные для медленных и быстрых смещений. Одним из главных факторов, определяющим место поиска видимых деформаций земной поверхности, является наличие активного разлома. Все полученные результаты обладают существенной новизной как по фактическому материалу, так и по методологическому подходу к анализу данных и особенностям проведения беспилотной аэрофотосъемки на больших площадях, в том числе на локальных участках с тепловизионной камерой.

 

Публикации

1. Бочалгин А.В., Лунина О.В. Поверхностное трещинообразование в отложениях дельты р. Голоустной на основе данных сверхвысокоточной аэрофотосъемки Вестник Иркутского университета, Выпуск 25. – С. 199–200 (год публикации - 2022)

2. Лунина О.В., Гладков А.А. Перспективы беспилотной аэрофотосъемки для изучения деформаций земной поверхности и их визуализация на геопортале «ActiveTectonics» Геоинформатика, № 4 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.47148/1609-364X-2022-4-x-x

3. Лунина О.В., Гладков А.А. Разрывные деформации конусов выноса на западном побережье оз. Байкал по данным беспилотной аэрофотосъемки Сборник XXIX Береговая конференция: Натурные и теоретические исследования - в практику берегопользования: сб. материалов Всероссийской конференции с межд. участием / под. ред. Б.В. Чубаренко, - (год публикации - 2022)

4. Лунина О.В., Гладков А.А. Разрывные деформации конусов выноса и перспективы поиска эндогенного тепла в зонах разломов на основе оптической и тепловизионной съемки с помощью БПЛА Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием «Геотермальная вулканология, гидрогеология, геология нефти и газа» (Geothermal Volcanology Workshop 2022), C. 81–84. (год публикации - 2022)

5. Лунина О.В., Денисенко И.А., Гладков А.А. Geometry of Recent Rupture Zone at Сape Rytyi Based on Ground Penetrating Radar (Northwestern Coast of Lake Baikal) Geodynamics & Tectonophysics, V. 13 (3), 0633 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.5800/GT-2022-13-3-0633

6. Лунина О.В., Гладков А.А. Выявление потенциально опасных участков распространения поверхностных деформаций на основе данных беспилотной аэрофотосъемки сверхвысокого разрешения Информационные технологии для наук о Земле и цифровизация в геологии и горнодобывающей промышленности. ITES-2022: Материалы VI Всероссийской конференции, С. 14–15 (год публикации - 2022)


Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Проведено дешифрирование и анализ аэрофотоматериалов для дельт р. Голоустной, р. Бугульдейки, р. Риты и конуса выноса р. Ото-Хушун, расположенных на северо-западном побережье оз. Байкал. Основное внимание в 2023 г. уделено всестороннему исследованию дельты р. Голоустной, для которой впервые на основе материалов беспилотной аэрофотосъемки и наземных наблюдений составлена подробная геоморфологическая карта. Выявлен ряд особенностей в строении дельты и ее окрестностей: шесть основных рукавов русловой сети, три из которых являются постоянно действующими в обычных условиях; байкальская терраса и погребенные конуса у обрамляющего склона юго-восточной экспозиции; линеаменты, ассоциированные по характерным изгибам русел рек и на основе георадиолокационных данных с возможными палеосейсмогенными разрывами; криогенные деформации, предопределенные тектоническим строением дельты р. Голоустной. Установлено сильное влияние человека на геоморфологию дельтовой равнины. Выявлены места расположения домов улусов, существовавших с дореволюционного времени до 1958 г. Реконструированы границы этих поселений и сельскохозяйственных угодий, принадлежащих их жителям и коллективному хозяйству в 30–50 гг. прошлого столетия. В результате дешифрирования дельт рек Голоустной и Бугульдейки совмещены уникальные возможности аэрофотосъемки сверхвысокого разрешения и исторические сведения. На земной поверхности были идентифицированы следы масштабных лесозаготовительных работ; выявлены места скопления затонувшего леса у берегов оз. Байкал и в некоторых руслах р. Голоустной. Путем сравнения речной сети дельты реки на разновременных топографических картах, космических снимках, ортофотопланах и цифровых моделях местности установлены особенности ее развития и факторы, определяющие строение дельты за последние десятки лет. Ведущими из них является климатический, антропогенный, тектонический и сейсмический. Показано, что в радиусе до 22 км умеренные землетрясения могут оказывать влияние на водность русел вплоть до исчезновения некоторых проток. Помимо дельты р. Голоустной продолжилось изучение дельты р. Риты. В ее пределах и окрестностях на основе данных беспилотной аэрофотосъемки откартированы различные геоморфологические формы и разрывы земной поверхности первичной и вторичной сейсмогенной природы. Сделана попытка реконструировать пространственно-временную последовательность развития климатических и тектонических событий с определением интервала времени, в которые могли произойти палеоземлетрясения. В результате установлено, что сильные разрывообразующие сейсмические события в прошлом произошли у дельты р. Риты между 12 и 5 тыс. лет назад и между 5–4 тыс. лет назад и 1709 г. нашей эры. На примере локальных участков дельты р. Риты показана перспективность беспилотной аэрофотосъемки для целей мониторинга путем вычисления разницы двух разновременных ЦММ. По результатам полевых работ 2023 г. получены ортофотопланы и ЦММ на конусы выноса р. Голоустная, Бугульдейка и Ото-Хушун. Эти и другие авторские материалы аэрофотосъемки загружены и готовы к просмотру на специально разработанном авторском сайте: http://demdata.activetectonics.ru/index.html. В итоге на основе всех исследований, проведенных с помощью беспилотной аэрофотосъемки сверхвысокого разрешения в дельтах и конусах выноса северо-западного побережья оз. Байкал, показана возможность идентифицировать малоамплитудные разрывные деформации (от первых сантиметров), связанные с сейсмогенными, гравитационными, криповыми и криогенными процессами. Установлено, что подобные нарушения в рыхлых отложениях проявляются в зонах динамического влияния активных разломов и имеют избирательное распространение вдоль их протяженности. Наиболее потенциально опасными могут быть участки, расположенные в первых сотнях метров от главного сместителя разлома, узлы их пересечения и периферийные части речных дельт и конусов выноса. Обобщающая статья опубликована в журнале «Remote Sensing of Environment» (https://doi.org/10.1016/j.rse.2023.113897).

 

Публикации

1. Бочалгин А. В., Лунина О. В. Геоморфологическая карта дельты реки Голоустной по данным беспилотной аэрофотосъемки Строение литосферы и геодинамика: Материалы XXX Всероссийской молодежной конференции. г. Иркутск, 16–21 мая 2023. – Иркутск: ИЗК СО РАН, С. 34-36 (год публикации - 2023)

2. Денисенко И.А., Лунина О.В. Применение георадиолокации при изучении морозобойных трещин в дельте реки Голоустной Строение литосферы и геодинамика: Материалы XXX Всероссийской молодежной конференции (г. Иркутск, 16-21 мая 2023). – Иркутск: ИЗК СО РАН, С.78-80 (год публикации - 2023)

3. Лунина О.В., Гладков А.А., Бочалгин А.В. Low-amplitude brittle deformations revealed by UAV surveys in alluvial fans along the northwest coast of Lake Baikal: Neotectonic significance and geological hazards Remote Sensing of Environment, V. 300 (1), 113897 (год публикации - 2024) https://doi.org/10.1016/j.rse.2023.113897

4. Лунина О.В., Гладков А.А., Денисенко И.В., Бочалгин А.В. Активные разрывообразующие процессы и возможности мониторинга побережий оз. Байкал по данным беспилотной аэрофотосъемки сверхвысокого разрешения Развитие жизни в процессе абиотических изменений на Земле. Пос. Листвянка, Иркутская область / отв. ред. Е.П. Зайцева. – Иркутск: Изд-во ИГУ, C. 195–198 (год публикации - 2023)

5. Лунина О.В., Денисенко И.А., Гладков А.А., Брага К. Enigmatic surface ruptures at Cape Rytyi and surroundings, Baikal Rift, Siberia: Seismic hazard implication Quaternary, V. 6 (1), 22 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/quat6010022

6. Лунина О.В., Чикишева А.Н., Бочалгин А.В., Гладков А.А. Выявление следов антропогенной деятельности советского периода по данным аэрофотосъемки в дельтах рек Бугульдейки и Голоустной (Байкальский регион) ИнтерКарто. ИнтерГИС, Т. 29. Ч. 1. С. 288-303. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.35595/2414-9179-2023-1-29-288-303

7. Лунина О.В., Гладков А.А. Последовательность формирования геоморфологических форм и разрывов района дельты р. Риты на основе данных аэрофотосъемки сверхвысокого разрешения (северо-западное побережье оз. Байкал) XXXVII пленум Геоморфологической комиссии Российской академии наук: Тезисы докладов Всероссийской научно-практической конференции с межд. участием (Иркутск, 5–10 сентября 2023 г.) – Иркутск: Институт земной коры СО РАН, С. 202–206 (год публикации - 2023)

8. Лунина О.В., Гладков А.А. Мониторинг деформаций земной поверхности на основе данных аэрофотосъемки Солнечно-земные связи и геодинамика Байкало-Монгольского региона: тез. докл. XIV Рос.-Монг. международной конференции / РАН, Сиб. отд-е, Ин-т земной коры, Ин-т солнечной и земной физики. – Иркутск: ИЗК СО РАН, С. 48–49 (год публикации - 2023)


Возможность практического использования результатов
Применненный подход к решению различных задач с помощью сверхвысокоточной аэрофотосъемки, может быть использован для выявления опасных участков земной коры и предупреждения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера. Методика коррекции и получения разницы двух цифровых моделей местности в отсутствии высокой растительности применима для мониторинга деформаций земной поверхности различного генезиса, а также изучения особенностей накопления и переноса отложений. Вовремя зафиксированное пересыхание проток в дельте р. Голоустной без очевидных климатических факторов, может служить косвенным прогнозным признаком возможного землетрясения. Массовое внедрение беспилотных технологий в практикку геологических исследований поднимет качество этих работ на совершненно новый уровень, способный достойно конкурировать с мировыми разработками.