Integration of Terrestrial Laser Scanning and UAS Photogrammetry in Geological Studies: Examples from Croatia

Terrestrial laser scanning (TLS) in combination with Unmanned Aircraft System (UAS) and modern computer based photogrammetry is currently the best approach for the acquisition of high-resolution 3D spatial information. Highly realistic 3D spatial data sets are becoming the basis for detailed geological studies, providing a multidisciplinary approach in the study and research of both underground and above ground sites. To emphasize the variety of possible implementations of these state-of-the-art methodologies, four characteristic and yet quite different case studies are presented where such geodetic techniques are successfully employed. The presented case studies demonstrate that TLS and UAS photogrammetry, as non-contact surveying methods, are able to reduce survey time and total project costs. As added value, they provide high-resolution data that can be analyzed in a virtual environment from a sedimentological or structural aspect. Stored digital documentation also allows future multi-temporal spatial data comparison at any timeframe and scale, thus enhancing any target geological data gathering and analyses at the studied sites

Geological and structural setting of the Vinodol Valley (NW Adriatic, Croatia): insights into its tectonic evolution based on structural investigations

The area of the Vinodol Valley and Bakar Bay represents a NW‒SE oriented valley in the NW Adriatic characterised by prominent historical and instrumentally recorded seismicity. As part of the greater geodynamic domain including the Ilirska Bistrica–Rijeka–Senj seismogenic fault zone, new geological and structural data addressing the tectonic evolution of the area were collected in order to better understand the focal mechanisms of previous earthquakes and to enable identification of potential seismogenic sources. Mapped informal lithostratigraphic units mostly correspond to the Upper Cretaceous, Palaeogene and Quaternary successions described in other parts of the External Dinarides. However, a shorter stratigraphic range of the Gornji Humac fm., the youngest Cretaceous unit in the study area, was determined and suggests that the uplifted area in the central NW part of the Adriatic Carbonate Platform already comprised several thousand km2 (from W and NW Istria to Krk and Vinodol area) at the end of the Turonian. Structural measurements of the fault planes in the study area generally correspond to the existing structural model of the tectonic evolution of the Dinarides. However, in contrast to the SW vergences typical of the Dinarides, NE-vergent reverse structures are common, especially along the SW margin of the Vinodol Valley. Cross-cutting relationships suggest that transpressional (NW–SE and NE–SW striking dextral and sinistral faults) and extensional features (NW–SE and NE–SW striking normal faults) are structurally concurrent or younger than the reverse faults, suggesting a change in the palaeostress field during the Neogene–Quaternary, with prevalent transpression and radial extension. Comparison of results of the palaeostress field analysis and the constructed synthetic focal mechanisms on one side, with available focal mechanism solutions for earthquakes within the Ilirska Bistrica–Rijeka–Senj seismogenic fault zone on the other, shows a favourable orientation of the observed NW‒SE and NE‒SW striking faults with respect to the recent compressional/transpressional stress field (N‒S oriented P-axis), indicating these as potential seismogenic sources within the study area.</p

Neotektonski i recentno aktivni rasjedi na širem području Bilogore i procjena njihovog seizmogenog potencijala : doktorska disertacija

Reljef predstavlja polifazni proces koji je nastao kao produkt tektonskih deformacija dovodeći do stvaranja jedinstvenih krajolika na pojedinom dijelu Zemljine površine. Analiza podrijetla i evolucije određenog krajolika često podrazumijeva kvantitativni multidisciplinarni pristup koji razmatra aktivne tektonske procese u korelaciji s klimatskim i erozijskim obilježjima kroz primjenu metoda iz područja geologije, seizmologije, geokronologije, strukturne geomorfologije i dr. U istraživačkom radu ove doktorske disertacije identifikacija neotektonskih i recentno aktivnih rasjeda načinjena je morfomatrijskom analizom digitalnog elevacijskog modela te strukturnom analizom 2D seizmičkih refleksijskih profila. Ona je bila popraćena 2D pripovršinskim terenskim profiliranjem izdvojenih trasa recentno aktivnih rasjeda pomoću metode georadara. Bilogora predstavlja mladu, pliocensko-kvartarnu transpresijsku morfostrukturu koja je genetski vezana uz tektonsku evoluciju Dravske depresije te njenog jugozapadnog ogranka, Bjelovarske subdepresije. Ukupne duljine koja je veća od 90 km te širine veće od 10 km, Bilogora je pretežito izgrađena od izrazito deformiranih pliocensko-kvartarnih klastičnih sedimenata koji su tektonskom inverzijom primarno normalnog Dravskog rubnog rasjeda sjeverozapadnog pružanja deformirani u transpresijskom polju naprezanja uz horizontalni pomak od gotovo 10 km za vrijeme pliocena i kvartara. Recentna tektonska aktivnost u području istraživanja koja je umjerenog karaktera (VI°-VIII° MCS, 3.5 ≤ ML ≤ 5.6) te dostupni žarišni mehanizmi potresa upućuju na seizmogene strukture reverznog ili horizontalnog karaktera pomaka čija su pružanja sjeveroistok-jugozapad te su strmo nagnute prema jugu ili jugozapadu. U inicijalnoj fazi istraživanja neotektonske i recentne rasjedne aktivnosti Bilogorskog područja u sklopu izrade doktorske disertacije korištena je analiza reljefa i reljefnih oblika temeljena na digitalnom modelu reljefa 10 metarske rezolucije. Koristeći ESRI ArcMap 9.3.1. te Matlab softver s odgovarajućim ekstenzijama, područje istraživanja je podijeljeno na 131 morfometrijskih (slivnih) jedinica koje su bile analizirane koristeći morfometriju lokalnog reljefa, distribucije padina, hipsometrije, faktora asimetrije, statističkih parametara longitudinalnih profila tokova (maksimalna konkavnost-C max, udaljenost od izvorišta- Δl/L, faktor konkavnosti-Cf, index strmine-kste indeks konkavnosti-θ te novo definiranog morfometrijskog parametra, RTA indeksa koji predstavlja indeks relativne tektonske aktivnosti. Rezultati koji objedinjuju konveksne hipsometrijske krivulje, visoke vrijednosti hipsometrijskog integrala (Hi ≥ 0.50), izraženu asimetriju izdvojenih morfometrijskih jedinica (AF ≥ 0.25), niže vrijednosti statističkih parametara longitudinalnih profila tokova (Cf ≤ 32.16%, Cmax ≤ 0.265 vrijednosti pozicionirane bliže izvorištu, indeks konkavnosti s vrijednostima između 0.73 i 1.01) te povišene vrijednosti lokalnog reljefa, nagiba padina i RTA indeksa upućuju na nekoliko slivova koji su zahvaćeni recentnom tektonskom aktivnošću. Ti su slivovi dominantno smješteni na području između Koprivnice i Pitomače (u sjeverozapadnom dijelu Bilogore) te u području između Virovitice i Daruvara (u jugoistočnom dijelu bilogorskog područja). Korelacija između morfometrijski izdvojenih, tektonski aktivnih područja te rasjeda i struktura u podzemlju je prikazana kroz strukturnu interpretaciju refleksijskih 2D seizmičkih sekcija s pridruženim bušotinskim podacima, a uporabom programskog paketa Schlumberger Petrel Seismic to Simulation. Kao rezultat navedenog, interpretirano je ukupno šest stratigrafskih horizonata te 56 rasjednih ploha u području istraživanja. Oni su korišteni u konstrukciji 3D strukturnog dubinskog modela podzemlja, interpolaciji triju strukturnih karata (po krovini predneogenskih stijena, podini panonskih naslaga te podini plio-kvartarih naslaga) te sedam regionalnih geoloških profila (tri pravca pružanja SI-JZ te dva profila pravca pružanja SZ-JI). Rezultati strukturne interpretacije nedvojbeno ukazuju na više faznu evoluciju područja istraživanja koje je usporedivo s tektonskom evolucijom jugozapadnog dijela Panonskog bazenskog sustava. Oni ukazuju na ekstenzijsku tektonsku fazu koja lokalno započinje tijekom ranog, a dominira u srednjem miocenu. Karakterizira ju formiranje skupa normalnih rasjeda s pružanjem SZ-JI, odnosno ZSZ-IJI, koji su omogućili inicijalno otvaranje, a potom i nastavak formiranja Dravske depresije i njenog jugozapadnog dijela, Bjelovarske subdepresije. Kontinuirano normalno rasjedanje nastavlja se kroz gornji miocen u gotovo cijelom području istraživanja te je uključivala naslijeđene rasjedne strukture pružanja SZ-JI, odnosno ZSZ-IJI uz daljnje produbljivanje dijelova taložnog prostora Dravske depresije. Promjene u regionalnom polju naprezanja krajem srednjeg miocena rezultiraju zamjenom ekstenzije s kompresijom koja rezultira stvaranja skupa reverznih i reverzno reaktiviranih normalnih rasjeda pružanja SZ-JI i SI-JZ u sjeverozapadnim i jugoistočnim rubnim dijelovima Dravske depresije unutar područja istraživanja kao i boranih struktura koje su genetski vezane uz slijepe reverzne rasjede. U središnjem dijelu područja istraživanja (između Đurđevca i Virovitice), gornjomiocenska kompresijska tektonska faza i korelativne strukture nisu uočene zbog izrazitog tektonskog utiska kompresijske tektonske faze koja je započela u gornjem pontu te se nastavila kroz pliocen i kvartar. Tijekom iste dominanira tektonska inverzija i strukturna reaktivacija uz formiranje skupova reverznih i reverzno reaktiviranih rasjeda pružanja SZ-JI i SI-JZ, te niza bora i pozitivnih cvjetnih struktura. Kompresijske strukture najizraženije su u sjeverozapadnom dijelu područja istraživanja, a uz reverzne rasjede, borane strukture te pozitivne cvjetne strukture, najmlađa, tektonska faza okarakterizirana je i lokalnom pojavom ekstenzijskih struktura koje su vezane uz malobrojne pliocensko-kvartarne tektonski aktivne normalne rasjede interpretirane u sjeverozapadnom i jugoistočnom dijelu područja istraživanja. One su rezultat transtenzije lokalnog karaktera nastaloj kao posljedica mogućeg desnog pomaka duž rubnog rasjeda Dravske depresije pružanja sjeverozapad-jugoistok u kombinaciji s lijevim regionalnim rasjedima pružanja sjeveroistok-jugozapad te istok-zapad koji čine dio regionalne srednjo-mađarske rasjedne zone prema sjeveroistoku. Glavnina rasjeda struktura koje se reflektiraju u današnjem reljefu okarakterizirana je vertikalnim pomacima tijekom pliocena i kvartara u rasponu od 20 do 1600 m uz maksimalnu vrijednost relativnih pomaka od 0,33 mm/god. Rezultati morfometrijskih i strukturnih analiza testirani su na ukupno šest izabranih lokacija kroz izradu plitkih 2D refleksijskih profila pomoću Malå ProEx Georadara. Izrađeni georadar profili s interpretiranim seizmičkim refleksima te refleksijskim facijesima nedvojbeno upućuju na recentnu tektonsku aktivnost koja je obilježena “plitkim” rasjedanjem pripovršine s okomitim pomacima do 0,8 m. U završnoj fazi istraživanja, na temelju empirijskih odnosa geometrijskih parametara rasjednih ploha i momentnih magnituda potresa određen je seizmogeni potencijal interpretiranih rasjednih ploha. Isti rasjedi mogu generirati potrese magnitude do 6.8 te moguće maksimalne ko-seizmičke pomake u iznosima do 1.35 m. Kako zabilježeni povijesni i instrumentalni podaci u hrvatskom katalogu potresa o seizmičnosti Bilogorskog područja ukazuju na magnitude potresa do 5.6, procijenjene magnitude potresa u ovom istraživanju ukazuju na znatno veći seizmogeni potencijal interpretiranih rasjeda, a time i većeg mogućeg seizmičkog hazarda i rizika u istom području.Summary: The Bilogora Mt. area is a young, Pliocene-Quaternary transpressional morphostructure genetically linked to the tectonic evolution of the Drava Depression and its SW prolongation (Bjelovar Subdepression). As a more than 90 km long and 1 km wide structure, the Bilogora Mt. area is predominantly composed of highly deformed Pliocene-Quaternary clastic sediments, related to the tectonic inversion of the NW directed Drava Depression boundary fault (DDBF). DDBF was reactivated from an originally normal listric into a dextral wrench fault accommodating c. 10 km displacement during the Late Pontian-Quaternary transpression in the southern part of the Pannonian Basin System. Recent tectonic activity in the area is confirmed by moderate seismicity (VI°-VIII° MCS, 3,5≤ML≤5,6), and fault plane solutions which indicate a NE trend of greatest horizontal stress direction with NE-dipping and S-SW-dipping seismogenic structures characterized by strike-slip and reverse motions. Landscape response to neotectonic and recent fault activity has been analyzed by a digital elevation model (DEM of 10 m resolution) conducted in ESRI ArcMap 9.3.1. and Matlab software with available extensions. Divided into 131 drainage units, the study area was analyzed by means of elevation and slope distribution, hypsometry, asymmetry factor, longitudinal stream profile statistical parameters (maximal concavity, distance from the source, concavity factor, steepness index, and concavity index) and the newly introduced relative tectonic activity index (RTA index). Morphometry results indicate several drainage basins affected by recent ongoing tectonics. These drainage basins and streams are located: i) between the towns of Koprivnica and Pitomača in the NW part of study area, and ii) between the towns of Virovitica and Daruvar in the SE part of study area. Ongoing tectonics with the delineation of neotectonic and recent active faults within the study area was furthermore analyzed by a set of 2D seismic reflection sections and exploration well dataset using Schlumberger Petrel Seismic to Simulation software. As a result, a 3D structural depth mode l of the study area was constructed, which integrated six stratigraphic correlation horizons and fifty-six fault planes active during Neogene and Quaternary. Results implied the construction of three structure contour maps (the base Neogene unconformity, the base of Pannonian unconformity and the base of Pliocene-Quaternary unconformity) and seven regional geological cross-sections which indicate polyphasic evolution of the study area. These active faults correlate well as extensional and tectonic inversion structures within the study area and in the case of Late Pontian, and Pliocene and Quaternary active faults form subsurface fault-related folds in hangingwalls of reverse reactivated normal faults or newly formed reverse faults. Pliocene-Quaternary stratigraphic horizon vertical offset along these faults varies between 20 and 1600 m, indicating max. slip rates of 0.33 mm/year. Landscape response to ongoing tectonic activity and correlation between morphometric and structural analysis results was additionally tested by shallow 2D profiling with Malå ProEx Georadar at 6 selected locations. At three locations in the NW part, results confirmed a vertical displacement of very shallow stratigraphic reaching up to 0.8 m, and consequently confirmed the most recent tectonic activity by very shallow, subsurface-braking faults. The seismogenic potential for active faults was furthermore determined through the application of published empirical geometrical fault-scaling relationships. We estimate that some of the faults could generate earthquakes with magnitudes up to 6.82, significantly greater than earthquake previously reported in Croatian Earthquake Catalogue. These same faults could also generate maximal coseismic surface displacement up to 1.35 m

Neotektonski i recentno aktivni rasjedi na širem području Bilogore i procjena njihovog seizmogenog potencijala : doktorska disertacija

Reljef predstavlja polifazni proces koji je nastao kao produkt tektonskih deformacija dovodeći do stvaranja jedinstvenih krajolika na pojedinom dijelu Zemljine površine. Analiza podrijetla i evolucije određenog krajolika često podrazumijeva kvantitativni multidisciplinarni pristup koji razmatra aktivne tektonske procese u korelaciji s klimatskim i erozijskim obilježjima kroz primjenu metoda iz područja geologije, seizmologije, geokronologije, strukturne geomorfologije i dr. U istraživačkom radu ove doktorske disertacije identifikacija neotektonskih i recentno aktivnih rasjeda načinjena je morfomatrijskom analizom digitalnog elevacijskog modela te strukturnom analizom 2D seizmičkih refleksijskih profila. Ona je bila popraćena 2D pripovršinskim terenskim profiliranjem izdvojenih trasa recentno aktivnih rasjeda pomoću metode georadara. Bilogora predstavlja mladu, pliocensko-kvartarnu transpresijsku morfostrukturu koja je genetski vezana uz tektonsku evoluciju Dravske depresije te njenog jugozapadnog ogranka, Bjelovarske subdepresije. Ukupne duljine koja je veća od 90 km te širine veće od 10 km, Bilogora je pretežito izgrađena od izrazito deformiranih pliocensko-kvartarnih klastičnih sedimenata koji su tektonskom inverzijom primarno normalnog Dravskog rubnog rasjeda sjeverozapadnog pružanja deformirani u transpresijskom polju naprezanja uz horizontalni pomak od gotovo 10 km za vrijeme pliocena i kvartara. Recentna tektonska aktivnost u području istraživanja koja je umjerenog karaktera (VI°-VIII° MCS, 3.5 ≤ ML ≤ 5.6) te dostupni žarišni mehanizmi potresa upućuju na seizmogene strukture reverznog ili horizontalnog karaktera pomaka čija su pružanja sjeveroistok-jugozapad te su strmo nagnute prema jugu ili jugozapadu. U inicijalnoj fazi istraživanja neotektonske i recentne rasjedne aktivnosti Bilogorskog područja u sklopu izrade doktorske disertacije korištena je analiza reljefa i reljefnih oblika temeljena na digitalnom modelu reljefa 10 metarske rezolucije. Koristeći ESRI ArcMap 9.3.1. te Matlab softver s odgovarajućim ekstenzijama, područje istraživanja je podijeljeno na 131 morfometrijskih (slivnih) jedinica koje su bile analizirane koristeći morfometriju lokalnog reljefa, distribucije padina, hipsometrije, faktora asimetrije, statističkih parametara longitudinalnih profila tokova (maksimalna konkavnost-C max, udaljenost od izvorišta- Δl/L, faktor konkavnosti-Cf, index strmine-kste indeks konkavnosti-θ te novo definiranog morfometrijskog parametra, RTA indeksa koji predstavlja indeks relativne tektonske aktivnosti. Rezultati koji objedinjuju konveksne hipsometrijske krivulje, visoke vrijednosti hipsometrijskog integrala (Hi ≥ 0.50), izraženu asimetriju izdvojenih morfometrijskih jedinica (AF ≥ 0.25), niže vrijednosti statističkih parametara longitudinalnih profila tokova (Cf ≤ 32.16%, Cmax ≤ 0.265 vrijednosti pozicionirane bliže izvorištu, indeks konkavnosti s vrijednostima između 0.73 i 1.01) te povišene vrijednosti lokalnog reljefa, nagiba padina i RTA indeksa upućuju na nekoliko slivova koji su zahvaćeni recentnom tektonskom aktivnošću. Ti su slivovi dominantno smješteni na području između Koprivnice i Pitomače (u sjeverozapadnom dijelu Bilogore) te u području između Virovitice i Daruvara (u jugoistočnom dijelu bilogorskog područja). Korelacija između morfometrijski izdvojenih, tektonski aktivnih područja te rasjeda i struktura u podzemlju je prikazana kroz strukturnu interpretaciju refleksijskih 2D seizmičkih sekcija s pridruženim bušotinskim podacima, a uporabom programskog paketa Schlumberger Petrel Seismic to Simulation. Kao rezultat navedenog, interpretirano je ukupno šest stratigrafskih horizonata te 56 rasjednih ploha u području istraživanja. Oni su korišteni u konstrukciji 3D strukturnog dubinskog modela podzemlja, interpolaciji triju strukturnih karata (po krovini predneogenskih stijena, podini panonskih naslaga te podini plio-kvartarih naslaga) te sedam regionalnih geoloških profila (tri pravca pružanja SI-JZ te dva profila pravca pružanja SZ-JI). Rezultati strukturne interpretacije nedvojbeno ukazuju na više faznu evoluciju područja istraživanja koje je usporedivo s tektonskom evolucijom jugozapadnog dijela Panonskog bazenskog sustava. Oni ukazuju na ekstenzijsku tektonsku fazu koja lokalno započinje tijekom ranog, a dominira u srednjem miocenu. Karakterizira ju formiranje skupa normalnih rasjeda s pružanjem SZ-JI, odnosno ZSZ-IJI, koji su omogućili inicijalno otvaranje, a potom i nastavak formiranja Dravske depresije i njenog jugozapadnog dijela, Bjelovarske subdepresije. Kontinuirano normalno rasjedanje nastavlja se kroz gornji miocen u gotovo cijelom području istraživanja te je uključivala naslijeđene rasjedne strukture pružanja SZ-JI, odnosno ZSZ-IJI uz daljnje produbljivanje dijelova taložnog prostora Dravske depresije. Promjene u regionalnom polju naprezanja krajem srednjeg miocena rezultiraju zamjenom ekstenzije s kompresijom koja rezultira stvaranja skupa reverznih i reverzno reaktiviranih normalnih rasjeda pružanja SZ-JI i SI-JZ u sjeverozapadnim i jugoistočnim rubnim dijelovima Dravske depresije unutar područja istraživanja kao i boranih struktura koje su genetski vezane uz slijepe reverzne rasjede. U središnjem dijelu područja istraživanja (između Đurđevca i Virovitice), gornjomiocenska kompresijska tektonska faza i korelativne strukture nisu uočene zbog izrazitog tektonskog utiska kompresijske tektonske faze koja je započela u gornjem pontu te se nastavila kroz pliocen i kvartar. Tijekom iste dominanira tektonska inverzija i strukturna reaktivacija uz formiranje skupova reverznih i reverzno reaktiviranih rasjeda pružanja SZ-JI i SI-JZ, te niza bora i pozitivnih cvjetnih struktura. Kompresijske strukture najizraženije su u sjeverozapadnom dijelu područja istraživanja, a uz reverzne rasjede, borane strukture te pozitivne cvjetne strukture, najmlađa, tektonska faza okarakterizirana je i lokalnom pojavom ekstenzijskih struktura koje su vezane uz malobrojne pliocensko-kvartarne tektonski aktivne normalne rasjede interpretirane u sjeverozapadnom i jugoistočnom dijelu područja istraživanja. One su rezultat transtenzije lokalnog karaktera nastaloj kao posljedica mogućeg desnog pomaka duž rubnog rasjeda Dravske depresije pružanja sjeverozapad-jugoistok u kombinaciji s lijevim regionalnim rasjedima pružanja sjeveroistok-jugozapad te istok-zapad koji čine dio regionalne srednjo-mađarske rasjedne zone prema sjeveroistoku. Glavnina rasjeda struktura koje se reflektiraju u današnjem reljefu okarakterizirana je vertikalnim pomacima tijekom pliocena i kvartara u rasponu od 20 do 1600 m uz maksimalnu vrijednost relativnih pomaka od 0,33 mm/god. Rezultati morfometrijskih i strukturnih analiza testirani su na ukupno šest izabranih lokacija kroz izradu plitkih 2D refleksijskih profila pomoću Malå ProEx Georadara. Izrađeni georadar profili s interpretiranim seizmičkim refleksima te refleksijskim facijesima nedvojbeno upućuju na recentnu tektonsku aktivnost koja je obilježena “plitkim” rasjedanjem pripovršine s okomitim pomacima do 0,8 m. U završnoj fazi istraživanja, na temelju empirijskih odnosa geometrijskih parametara rasjednih ploha i momentnih magnituda potresa određen je seizmogeni potencijal interpretiranih rasjednih ploha. Isti rasjedi mogu generirati potrese magnitude do 6.8 te moguće maksimalne ko-seizmičke pomake u iznosima do 1.35 m. Kako zabilježeni povijesni i instrumentalni podaci u hrvatskom katalogu potresa o seizmičnosti Bilogorskog područja ukazuju na magnitude potresa do 5.6, procijenjene magnitude potresa u ovom istraživanju ukazuju na znatno veći seizmogeni potencijal interpretiranih rasjeda, a time i većeg mogućeg seizmičkog hazarda i rizika u istom području.Summary: The Bilogora Mt. area is a young, Pliocene-Quaternary transpressional morphostructure genetically linked to the tectonic evolution of the Drava Depression and its SW prolongation (Bjelovar Subdepression). As a more than 90 km long and 1 km wide structure, the Bilogora Mt. area is predominantly composed of highly deformed Pliocene-Quaternary clastic sediments, related to the tectonic inversion of the NW directed Drava Depression boundary fault (DDBF). DDBF was reactivated from an originally normal listric into a dextral wrench fault accommodating c. 10 km displacement during the Late Pontian-Quaternary transpression in the southern part of the Pannonian Basin System. Recent tectonic activity in the area is confirmed by moderate seismicity (VI°-VIII° MCS, 3,5≤ML≤5,6), and fault plane solutions which indicate a NE trend of greatest horizontal stress direction with NE-dipping and S-SW-dipping seismogenic structures characterized by strike-slip and reverse motions. Landscape response to neotectonic and recent fault activity has been analyzed by a digital elevation model (DEM of 10 m resolution) conducted in ESRI ArcMap 9.3.1. and Matlab software with available extensions. Divided into 131 drainage units, the study area was analyzed by means of elevation and slope distribution, hypsometry, asymmetry factor, longitudinal stream profile statistical parameters (maximal concavity, distance from the source, concavity factor, steepness index, and concavity index) and the newly introduced relative tectonic activity index (RTA index). Morphometry results indicate several drainage basins affected by recent ongoing tectonics. These drainage basins and streams are located: i) between the towns of Koprivnica and Pitomača in the NW part of study area, and ii) between the towns of Virovitica and Daruvar in the SE part of study area. Ongoing tectonics with the delineation of neotectonic and recent active faults within the study area was furthermore analyzed by a set of 2D seismic reflection sections and exploration well dataset using Schlumberger Petrel Seismic to Simulation software. As a result, a 3D structural depth mode l of the study area was constructed, which integrated six stratigraphic correlation horizons and fifty-six fault planes active during Neogene and Quaternary. Results implied the construction of three structure contour maps (the base Neogene unconformity, the base of Pannonian unconformity and the base of Pliocene-Quaternary unconformity) and seven regional geological cross-sections which indicate polyphasic evolution of the study area. These active faults correlate well as extensional and tectonic inversion structures within the study area and in the case of Late Pontian, and Pliocene and Quaternary active faults form subsurface fault-related folds in hangingwalls of reverse reactivated normal faults or newly formed reverse faults. Pliocene-Quaternary stratigraphic horizon vertical offset along these faults varies between 20 and 1600 m, indicating max. slip rates of 0.33 mm/year. Landscape response to ongoing tectonic activity and correlation between morphometric and structural analysis results was additionally tested by shallow 2D profiling with Malå ProEx Georadar at 6 selected locations. At three locations in the NW part, results confirmed a vertical displacement of very shallow stratigraphic reaching up to 0.8 m, and consequently confirmed the most recent tectonic activity by very shallow, subsurface-braking faults. The seismogenic potential for active faults was furthermore determined through the application of published empirical geometrical fault-scaling relationships. We estimate that some of the faults could generate earthquakes with magnitudes up to 6.82, significantly greater than earthquake previously reported in Croatian Earthquake Catalogue. These same faults could also generate maximal coseismic surface displacement up to 1.35 m

Neotektonski i recentno aktivni rasjedi na širem području Bilogore i procjena njihovog seizmogenog potencijala : doktorska disertacija

Reljef predstavlja polifazni proces koji je nastao kao produkt tektonskih deformacija dovodeći do stvaranja jedinstvenih krajolika na pojedinom dijelu Zemljine površine. Analiza podrijetla i evolucije određenog krajolika često podrazumijeva kvantitativni multidisciplinarni pristup koji razmatra aktivne tektonske procese u korelaciji s klimatskim i erozijskim obilježjima kroz primjenu metoda iz područja geologije, seizmologije, geokronologije, strukturne geomorfologije i dr. U istraživačkom radu ove doktorske disertacije identifikacija neotektonskih i recentno aktivnih rasjeda načinjena je morfomatrijskom analizom digitalnog elevacijskog modela te strukturnom analizom 2D seizmičkih refleksijskih profila. Ona je bila popraćena 2D pripovršinskim terenskim profiliranjem izdvojenih trasa recentno aktivnih rasjeda pomoću metode georadara. Bilogora predstavlja mladu, pliocensko-kvartarnu transpresijsku morfostrukturu koja je genetski vezana uz tektonsku evoluciju Dravske depresije te njenog jugozapadnog ogranka, Bjelovarske subdepresije. Ukupne duljine koja je veća od 90 km te širine veće od 10 km, Bilogora je pretežito izgrađena od izrazito deformiranih pliocensko-kvartarnih klastičnih sedimenata koji su tektonskom inverzijom primarno normalnog Dravskog rubnog rasjeda sjeverozapadnog pružanja deformirani u transpresijskom polju naprezanja uz horizontalni pomak od gotovo 10 km za vrijeme pliocena i kvartara. Recentna tektonska aktivnost u području istraživanja koja je umjerenog karaktera (VI°-VIII° MCS, 3.5 ≤ ML ≤ 5.6) te dostupni žarišni mehanizmi potresa upućuju na seizmogene strukture reverznog ili horizontalnog karaktera pomaka čija su pružanja sjeveroistok-jugozapad te su strmo nagnute prema jugu ili jugozapadu. U inicijalnoj fazi istraživanja neotektonske i recentne rasjedne aktivnosti Bilogorskog područja u sklopu izrade doktorske disertacije korištena je analiza reljefa i reljefnih oblika temeljena na digitalnom modelu reljefa 10 metarske rezolucije. Koristeći ESRI ArcMap 9.3.1. te Matlab softver s odgovarajućim ekstenzijama, područje istraživanja je podijeljeno na 131 morfometrijskih (slivnih) jedinica koje su bile analizirane koristeći morfometriju lokalnog reljefa, distribucije padina, hipsometrije, faktora asimetrije, statističkih parametara longitudinalnih profila tokova (maksimalna konkavnost-C max, udaljenost od izvorišta- Δl/L, faktor konkavnosti-Cf, index strmine-kste indeks konkavnosti-θ te novo definiranog morfometrijskog parametra, RTA indeksa koji predstavlja indeks relativne tektonske aktivnosti. Rezultati koji objedinjuju konveksne hipsometrijske krivulje, visoke vrijednosti hipsometrijskog integrala (Hi ≥ 0.50), izraženu asimetriju izdvojenih morfometrijskih jedinica (AF ≥ 0.25), niže vrijednosti statističkih parametara longitudinalnih profila tokova (Cf ≤ 32.16%, Cmax ≤ 0.265 vrijednosti pozicionirane bliže izvorištu, indeks konkavnosti s vrijednostima između 0.73 i 1.01) te povišene vrijednosti lokalnog reljefa, nagiba padina i RTA indeksa upućuju na nekoliko slivova koji su zahvaćeni recentnom tektonskom aktivnošću. Ti su slivovi dominantno smješteni na području između Koprivnice i Pitomače (u sjeverozapadnom dijelu Bilogore) te u području između Virovitice i Daruvara (u jugoistočnom dijelu bilogorskog područja). Korelacija između morfometrijski izdvojenih, tektonski aktivnih područja te rasjeda i struktura u podzemlju je prikazana kroz strukturnu interpretaciju refleksijskih 2D seizmičkih sekcija s pridruženim bušotinskim podacima, a uporabom programskog paketa Schlumberger Petrel Seismic to Simulation. Kao rezultat navedenog, interpretirano je ukupno šest stratigrafskih horizonata te 56 rasjednih ploha u području istraživanja. Oni su korišteni u konstrukciji 3D strukturnog dubinskog modela podzemlja, interpolaciji triju strukturnih karata (po krovini predneogenskih stijena, podini panonskih naslaga te podini plio-kvartarih naslaga) te sedam regionalnih geoloških profila (tri pravca pružanja SI-JZ te dva profila pravca pružanja SZ-JI). Rezultati strukturne interpretacije nedvojbeno ukazuju na više faznu evoluciju područja istraživanja koje je usporedivo s tektonskom evolucijom jugozapadnog dijela Panonskog bazenskog sustava. Oni ukazuju na ekstenzijsku tektonsku fazu koja lokalno započinje tijekom ranog, a dominira u srednjem miocenu. Karakterizira ju formiranje skupa normalnih rasjeda s pružanjem SZ-JI, odnosno ZSZ-IJI, koji su omogućili inicijalno otvaranje, a potom i nastavak formiranja Dravske depresije i njenog jugozapadnog dijela, Bjelovarske subdepresije. Kontinuirano normalno rasjedanje nastavlja se kroz gornji miocen u gotovo cijelom području istraživanja te je uključivala naslijeđene rasjedne strukture pružanja SZ-JI, odnosno ZSZ-IJI uz daljnje produbljivanje dijelova taložnog prostora Dravske depresije. Promjene u regionalnom polju naprezanja krajem srednjeg miocena rezultiraju zamjenom ekstenzije s kompresijom koja rezultira stvaranja skupa reverznih i reverzno reaktiviranih normalnih rasjeda pružanja SZ-JI i SI-JZ u sjeverozapadnim i jugoistočnim rubnim dijelovima Dravske depresije unutar područja istraživanja kao i boranih struktura koje su genetski vezane uz slijepe reverzne rasjede. U središnjem dijelu područja istraživanja (između Đurđevca i Virovitice), gornjomiocenska kompresijska tektonska faza i korelativne strukture nisu uočene zbog izrazitog tektonskog utiska kompresijske tektonske faze koja je započela u gornjem pontu te se nastavila kroz pliocen i kvartar. Tijekom iste dominanira tektonska inverzija i strukturna reaktivacija uz formiranje skupova reverznih i reverzno reaktiviranih rasjeda pružanja SZ-JI i SI-JZ, te niza bora i pozitivnih cvjetnih struktura. Kompresijske strukture najizraženije su u sjeverozapadnom dijelu područja istraživanja, a uz reverzne rasjede, borane strukture te pozitivne cvjetne strukture, najmlađa, tektonska faza okarakterizirana je i lokalnom pojavom ekstenzijskih struktura koje su vezane uz malobrojne pliocensko-kvartarne tektonski aktivne normalne rasjede interpretirane u sjeverozapadnom i jugoistočnom dijelu područja istraživanja. One su rezultat transtenzije lokalnog karaktera nastaloj kao posljedica mogućeg desnog pomaka duž rubnog rasjeda Dravske depresije pružanja sjeverozapad-jugoistok u kombinaciji s lijevim regionalnim rasjedima pružanja sjeveroistok-jugozapad te istok-zapad koji čine dio regionalne srednjo-mađarske rasjedne zone prema sjeveroistoku. Glavnina rasjeda struktura koje se reflektiraju u današnjem reljefu okarakterizirana je vertikalnim pomacima tijekom pliocena i kvartara u rasponu od 20 do 1600 m uz maksimalnu vrijednost relativnih pomaka od 0,33 mm/god. Rezultati morfometrijskih i strukturnih analiza testirani su na ukupno šest izabranih lokacija kroz izradu plitkih 2D refleksijskih profila pomoću Malå ProEx Georadara. Izrađeni georadar profili s interpretiranim seizmičkim refleksima te refleksijskim facijesima nedvojbeno upućuju na recentnu tektonsku aktivnost koja je obilježena “plitkim” rasjedanjem pripovršine s okomitim pomacima do 0,8 m. U završnoj fazi istraživanja, na temelju empirijskih odnosa geometrijskih parametara rasjednih ploha i momentnih magnituda potresa određen je seizmogeni potencijal interpretiranih rasjednih ploha. Isti rasjedi mogu generirati potrese magnitude do 6.8 te moguće maksimalne ko-seizmičke pomake u iznosima do 1.35 m. Kako zabilježeni povijesni i instrumentalni podaci u hrvatskom katalogu potresa o seizmičnosti Bilogorskog područja ukazuju na magnitude potresa do 5.6, procijenjene magnitude potresa u ovom istraživanju ukazuju na znatno veći seizmogeni potencijal interpretiranih rasjeda, a time i većeg mogućeg seizmičkog hazarda i rizika u istom području.Summary: The Bilogora Mt. area is a young, Pliocene-Quaternary transpressional morphostructure genetically linked to the tectonic evolution of the Drava Depression and its SW prolongation (Bjelovar Subdepression). As a more than 90 km long and 1 km wide structure, the Bilogora Mt. area is predominantly composed of highly deformed Pliocene-Quaternary clastic sediments, related to the tectonic inversion of the NW directed Drava Depression boundary fault (DDBF). DDBF was reactivated from an originally normal listric into a dextral wrench fault accommodating c. 10 km displacement during the Late Pontian-Quaternary transpression in the southern part of the Pannonian Basin System. Recent tectonic activity in the area is confirmed by moderate seismicity (VI°-VIII° MCS, 3,5≤ML≤5,6), and fault plane solutions which indicate a NE trend of greatest horizontal stress direction with NE-dipping and S-SW-dipping seismogenic structures characterized by strike-slip and reverse motions. Landscape response to neotectonic and recent fault activity has been analyzed by a digital elevation model (DEM of 10 m resolution) conducted in ESRI ArcMap 9.3.1. and Matlab software with available extensions. Divided into 131 drainage units, the study area was analyzed by means of elevation and slope distribution, hypsometry, asymmetry factor, longitudinal stream profile statistical parameters (maximal concavity, distance from the source, concavity factor, steepness index, and concavity index) and the newly introduced relative tectonic activity index (RTA index). Morphometry results indicate several drainage basins affected by recent ongoing tectonics. These drainage basins and streams are located: i) between the towns of Koprivnica and Pitomača in the NW part of study area, and ii) between the towns of Virovitica and Daruvar in the SE part of study area. Ongoing tectonics with the delineation of neotectonic and recent active faults within the study area was furthermore analyzed by a set of 2D seismic reflection sections and exploration well dataset using Schlumberger Petrel Seismic to Simulation software. As a result, a 3D structural depth mode l of the study area was constructed, which integrated six stratigraphic correlation horizons and fifty-six fault planes active during Neogene and Quaternary. Results implied the construction of three structure contour maps (the base Neogene unconformity, the base of Pannonian unconformity and the base of Pliocene-Quaternary unconformity) and seven regional geological cross-sections which indicate polyphasic evolution of the study area. These active faults correlate well as extensional and tectonic inversion structures within the study area and in the case of Late Pontian, and Pliocene and Quaternary active faults form subsurface fault-related folds in hangingwalls of reverse reactivated normal faults or newly formed reverse faults. Pliocene-Quaternary stratigraphic horizon vertical offset along these faults varies between 20 and 1600 m, indicating max. slip rates of 0.33 mm/year. Landscape response to ongoing tectonic activity and correlation between morphometric and structural analysis results was additionally tested by shallow 2D profiling with Malå ProEx Georadar at 6 selected locations. At three locations in the NW part, results confirmed a vertical displacement of very shallow stratigraphic reaching up to 0.8 m, and consequently confirmed the most recent tectonic activity by very shallow, subsurface-braking faults. The seismogenic potential for active faults was furthermore determined through the application of published empirical geometrical fault-scaling relationships. We estimate that some of the faults could generate earthquakes with magnitudes up to 6.82, significantly greater than earthquake previously reported in Croatian Earthquake Catalogue. These same faults could also generate maximal coseismic surface displacement up to 1.35 m

Primjena GIS-a za izdvajanje riječnih terasa na digitalnome modelu terena izrađenome pomoću LIDAR-a, dolina rijeke Save, SZ od Zagreba

River terraces and floodplains indicate channel-sediment dynamics and represent important landform features, which can be used to untangle the evolutionary history of climate and tectonic conditions in a certain area. With the availability of high-resolution topographic data, it has recently become feasible to apply GIS procedures for the identification of these subtle landform features. In this study, the TerEx Toolbox, a GIS extension for semiautomatic terrace extraction was applied on the LiDAR based DEM of the Sava River, west of Zagreb in Croatia. The aim of this research was to compare results obtained by TerEx to the existing geological map from the 1970s, which shows sediments of the recent flow (routinely flooded area) and two abandoned Holocene river terraces in the study area. The TerEx output was validated using hillshaded DEM, a historical map of the study area, orthophoto imagery, topographic cross sections and field investigations. TerEx has successfully extracted Holocene terraces and risers shown on the geological map but in some parts of the study area, their position and extent was different. The presented study shows that results obtained by TerEx, in particular if used in combination with other data sources, can effectively focus fieldwork and contribute to new unbiased interpretation of terrain morphology.Riječne terase i poplavne ravnice pokazatelj su dinamike korita i sedimenta te predstavljaju važne reljefne oblike koje je moguće iskoristiti za istraživanje razvoja klimatskih uvjeta i tektonskih odnosa. Dostupnost topografskih podataka visoke razlučivosti omogućila je primjenu GIS postupaka za njihovo prepoznavanje. U ovome istraživanju TerEx Toolbox, GIS aplikacija za poluautomatsko izdvajanje terasa primijenjena je na DEM izrađen pomoću LiDAR-a za područje rijeke Save u Hrvatskoj zapadno od Zagreba. Cilj je istraživanja bio usporediti osnovnu geološku kartu izrađenu sedamdesetih godina prošloga stoljeća koja pokazuje na ovome području sedimente recentnoga toka (redovito plavljen) i dvije holocenske riječne terase. Analiza rezultata TerExa provedena je korištenjem DEM-a prikazanoga kao osjenčani reljef, povijesnih karata, ortofoto snimaka, topografskih profila i terenskih istraživanja. Rezultati su pokazali da je aplikacija TerEx uspješno izdvojila obje holocenske riječne terase i njihove strmce, ali je pokazala neke razlike u njihovu protezanju i smještaju. Provedeno istraživanje pokazuje da rezultati dobiveni pomoću aplikacije TerEx posebice ako se koriste zajedno s drugim izvorima podataka mogu učinkovito usmjeriti terenski rad i doprinijeti novoj nepristranoj interpretaciju morfologije nekoga područja

Referent seismic crustal model of the Dinarides

Kriging interpolatio

Referent seismic crustal model of the Dinarides

Kriging interpolatio