Introducing QuickChi, a web application for near-global, exploratory, longitudinal river profile analysis

Stream profile analysis has been used extensively in the field of tectonic geomorphology. In the past, exploration of stream profiles, including χ-elevation profiles, has required downloading and processing Digital Elevation Models for specific areas, which limits the scope of exploratory analysis. Presented here is a web application designed to analyze stream profiles at 90m resolution at a near-global scale. Based on the Hydrosheds (Wickel et al., 2007) 90m drainage direction, as well as computed d8 drainage direction and void-filled DEMs, the app allows users to quickly query downstream from selected points anywhere within ±60 degrees latitude, in order to interactively analyze corresponding stream profiles in both distance and χ space, where χ is a metric that is proportional to the presumed steady-state shape of the stream profile (Perron and Royden, 2013). QuickChi is open source, and although currently it is designed as an exploratory tool, more functions can be easily added via community contributions and/or from existing toolsets.

Tectonic Geomorphology and Paleoseismology of the Sharkhai fault: a new source of seismic hazard for Ulaanbaatar (Mongolia)

We present new constraints from tectonic geomorphology and paleoseismology along the newly discovered Sharkhai fault near the capital city of Mongolia. Detailed observations from high resolution Pleiades satellite images and field investigations allowed us to map the fault in detail, describe its geometry and segmentation, characterize its kinematics, and document its recent activity and seismic behavior (cumulative displacements and paleoseismicity). The Sharkhai fault displays a surface length of ~40 km with a slightly arcuate geometry, and a strike ranging from N42° E to N72° E. It affects numerous drainages that show left-lateral cumulative displacements reaching 57 m. Paleoseismic investigations document the faulting and deposition record for the last ~3000 yr and reveal that the penultimate earthquake (PE) occurred between 1515 ± 90 BC and 945 ± 110 BC and the most recent event (MRE) occurred after 860 ± 85 AD. The resulting time interval of 2080 ± 470 years is the first constraint on the Sharkhai fault for large earthquakes. On the basis of our mapping of the surface rupture and the resulting segmentation analysis, we propose two possible scenarios for large earthquakes with likely magnitudes between 6.4 ± 0.2 and 7.1 ± 0.2. Furthermore, we apply scaling laws to infer coseismic slip values and derive preliminary estimates of long-term slip rates between 0.2 ± 0.2 and 1.0 ± 0.5 mm/y. Finally, we propose that these original observations and results from a newly discovered fault should be taken into account for the seismic hazard assessment for the city of Ulaanbaatar and help build a comprehensive model of active faults in that region.

Seismic hazard assessment and development of earthquake catastrophe model based on geological data and tectonic geomorphology

Οι παραδοσιακές μέθοδοι εκτίμησης σεισμικού κινδύνου βασίζονται σε σεισμικούς καταλόγους για τον υπολογισμό της ετήσιας πιθανότητας υπέρβασης καθορισμένων μεγεθών εδαφικών κινήσεων, κάτι που συνεπάγεται σημαντικούς περιορισμούς λόγω της αβεβαιότητας και της ελλειπούς πληρότητας των καταλόγων. Οι νέες μέθοδοι εκτίμησης σεισμικού κινδύνου βασίζονται στην ανάλυση ενεργών ρηγμάτων για τον καθορισμό σεισμικών πηγών, επιτυγχάνοντας την αντιμετώπιση των περιορισμών των καταλόγων, καθώς επίσης και υψηλή χωρική ανάλυση στην εκτίμηση του σεισμικού κινδύνου. Η μέθοδος αυτή εφαρμόζεται στην Ελλάδα και παρέχει για πρώτη φορά χάρτες σεισμικού κινδύνου υψηλής χωρικής ανάλυσης με βάση τα ενεργά ρήγματα για την περιοχή της Αττικής. Επιπροσθέτως, στην παρούσα διατριβή αναπτύσσεται για πρώτη φορά μοντέλο καταστροφικού σεισμού με βάση τα ενεργά ρήγματα, στην Αττική, η οποία είναι η πιο πυκνοκατοικημένη περιοχής της Ελλάδας.Σε πρώτο στάδιο, αναπτύχθηκε βάση δεδομένων ενεργών ρηγμάτων με 24 συνολικά ρήγματα, στην οποία συμπεριλαμβάνονται πληροφορίες για χαρακτηριστικά των ρηγμάτων, όπως αναμενόμενο μέγεθος (Mw 6.1 – Mw 6.7), μήκη και ρυθμοί ολίσθησης ρηγμάτων (0.1 mm/y – 2.3 mm/y). Η βάση αποτελείται από χερσαία και υποθαλάσσια ρήγματα, τα οποία βρίσκονται εντός της Περιφέρειας Αττικής, ή σε τέτοια απόσταση από τα όριά της, ώστε σε περίπτωση ενεργοποίησής τους να προκαλέσουν ζημιές εντός της Περιφέρειας. Οι πληροφορίες για τα χαρακτηριστικά των ρηγμάτων βασίζονται στην χρήση τεκτονικής γεωμορφολογίας και γεωλογικών δεδομένων. Πολλαπλά τοπογραφικά προφίλ ευρείας ζώνης (swath profiles) τόσο παράλληλα όσο και κάθετα προς το ρήγμα, σε συνδυασμό με μορφομετρικούς δείκτες όπως ο Ενισχυμένος Δείκτης Εγκάρσιας Υψομετρίας (THi*), o Δείκτης Ασυμμετρίας (Af) και ο Δείκτης Λόγου Πλάτους Κοιλάδας προς το Ύψος Κοιλάδας (Vf), χρησιμοποιήθηκαν για την επιβεβαίωση της τεκτονικής ενεργότητας σε κάθε περιοχή. Λεπτομερή τοπογραφικά προφίλ κάθετα στους κρημνούς των ρηγμάτων, γεωλογικές τομές, παλαιοσεισμικές μέθοδοι και φωτογραμμετρικές μέθοδοι (Δομή από Κίνηση – Structure from Motion) χρησιμοποιήθηκαν για την ποσοτικοποίηση του ρυθμού ολίσθησης των ρηγμάτων και των αναμενόμενων μεγεθών. Ο χαμηλός μέσος όρος ρυθμού ολίσθησης (0.35 mm/y) συνεπάγεται μεγάλες περιόδους επαναδραστηριοποίησης των ρηγμάτων στην περιοχή της Αττικής και αναδεικνύει την σημασία της χρήσης γεωλογικών δεδομένων στην εκτίμηση σεισμικού κινδύνου.Τέσσερεις χάρτες σεισμικού κινδύνου με βάση ενεργά ρήγματα δημιουργήθηκαν για την περιοχή της Αττικής, ένας για κάθε μια από τις εντάσεις VII – X της κλίμακας Modified Mercalli (MM). Κάθε ένας από τους χάρτες αυτούς απεικονίζει σε κάθε σημείο του την επαναληψιμότητα της εκάστοτε έντασης. Οι χάρτες αυτοί είναι υψηλής χωρικής ανάλυσης, διότι λαμβάνουν υπόψη την επιφανειακή γεωλογία. Η μεγαλύτερη επαναληψιμότητα της έντασης VII (151-156 φορές σε περίοδο 15 χιλιάδων ετών, ή περίοδος επαναφοράς έως 96 έτη) παρατηρείται στις κεντρικές περιοχές του Λεκανοπεδίου Αττικής. H μέγιστη επαναληψιμότητα της έντασης VIII (115 φορές σε περίοδο 15 χιλιάδων ετών, ή περίοδος επαναφοράς έως 130 έτη) παρατηρείται στο δυτικό τμήμα της Αττικής, ενώ οι μέγιστες τιμές επαναληψιμότητας για τις εντάσεις IX (73-77 φορές σε περίοδο 15 χιλιάδων ετών, ή περίοδος επαναφοράς έως 195 έτη) και Χ (25-29 φορές, ή περίοδος επαναφοράς έως 517 έτη) παρατηρούνται κοντά στην Νότια Ρηξιγενή Ζώνη των Αλκυονίδων.Τέλος, στην παρούσα διατριβή αναπτύχθηκε μέθοδος για τον υπολογισμό των απαιτήσεων αποζημιώσεων προς την ασφαλιστική αγορά, με την χρήση των χαρτών σεισμικού κινδύνου της Αττικής βάσει ενεργών ρηγμάτων. Η μέθοδος αυτή προσφέρει τον υπολογισμό των αναμενόμενων ζημιών λόγω σεισμού σε επιθυμητές περιόδους επαναφοράς. Επιπροσθέτως, αναπτύχθηκε μοντέλο καταστροφικού σεισμού, το οποίο υπολογίζει τις κεφαλαιακές απαιτήσεις φερεγγυότητας των ασφαλιστικών επιχειρήσεων με βάση την Ευρωπαϊκή Οδηγία Solvency II. Το μοντέλο αυτό αποτελείται από επιμέρους ενότητες (modules) που σχετίζονται με την εκτίμηση κινδύνου με βάση τα ενεργά ρήγματα, την τρωτότητα των κατασκευών, την έκθεση στον κίνδυνο και τον υπολογισμό του αναμενόμενου κόστους.

Three Dimensional Terrain Modeling for Tectonic Geomorphology of Chinara Anticline, Northern Iraq

Analysis of the terrain using three-dimensional models offers a deep insight view of ground surface topography and terrain representation. The Chinara anticline is one of the main structures of NW-SE trends for the highly folded zone in northeastern Iraq. The objective of this study is to understand the interrelationship between topography and morphotectonic features using three-dimensional models. This research employed fourth generates principal raster derivative products from the DEM using ArcGIS. To understand the undulating of this anticline with the morphotectonic style, the adaptive equation has been suggested to determine the direction and amount of the main tectonic forces, which can be applied to other undulated anticlines. The values of northeastern and southwestern limbs undulating index UI are 11.7 and 7.8 respectively that indicates the strong tectonic force towards the northeast. Two listric faults have been conducted via the field survey that confirmed by remotely sensed interpretation and DEM products. These listric faults had an intensive impact in comparison with concluded strike-slip faults, and then the Chinara anticline would be less structural undulating in a region of vicinity syncline to Perat undulation. The morphotectonic landscapes reveal that the listric fault has branched into two parts, the first one extending to form the anticline and the other comprises the structural dilemma.