erstellt für den 1. Workshop INSPIRE Testing der Datenspezifikation Geologie und Mineralische Rohstoffe
12./13. Juli im GeoZentrum Hannover, das Dokument steht zum download verfügbar.

Aufbau des INSPIRE Geologie Modells [Application schema Geology]

Einleitung

Die Datenspezifikation für die Geologie umfasst folgende Themenbereiche: Geologie, Hydrogeologie, Geomorphologie und Geophysik.
Die Themen Geologie und Geophysik verfügen über ein Core Model (Basismodell) und ein „extension application schema" (erweitertes Anwendungsschema, auch Extension Model)
Das Core Model beinhaltet die geologischen Hauptmerkmale (Geologische Einheiten, vereinfachte Lithologie, geologische Strukturen und geomorphologische Eigenschaften).
Das Extension Model bietet die Möglichkeit einer detaillierten Beschreibung der Lithologie, Geologischer Strukturen, Bohrdaten, Stratigraphie und physikalische (petrologische) Eigenschaften.

Abbildung 1 Vereinfachte Darstellung des Geologie Core Model

Begriffe und Definitionen (aus 2.4 Terms and definitions)

Speziell für das Thema Geologie werden hier die verwendeten Begriffe definiert:
(1) GeologicFeature (Geologische Merkmale)Das GeologicFeature kann entweder eine geologische Einheit, eine geologische Struktur, eine geomorphologische oder eine hydrogeologische Einheit immer in Verbindung mit dem MappedFeature (Geometrie, siehe folgende) darstellen.
(2) MappedFeature (Kartiereinheit)Das MappedFeature kann ein Vorkommen abbilden, zum Beispiel ein Polygon auf einer geologischen Karte, welches ein Merkmal quasi symbolisch abbildet das reale Ausmaß dieser Einheit in der realen Welt kann dabei abweichen (maßstababhängiger Modellcharakter). Ein gleiches geologisches Merkmal kann in unterschiedlichen MappedFeature Instanzen in verschiedenen Maßstäben abgebildet werden. Wichtig: Jedes MappedFeature (Kartiereinheit) kann immer nur ein GeologicFeature darstellen.
(3) GeologicUnit (Geologische Einheit)Eine geologische Einheit ist eine angenommene Einheit, Schlussfolgerungen zu den vollständigen und genauen Ausdehnungen existieren. Räumliche Eigenschaften stehen nur in Verbindung mit einem MappedFeature zur Verfügung. GeologicUnits können formale Einheiten (d.h. Begriffe aus offiziellen Lexika), informelle Einheiten (d.h. Begriffe, die nicht als Fachbegriffe in Lexika unterstützt werden) und unbenannten Einheiten (d.h. ableitbar, beschreibbar und auf ein Gebiet abgrenzbare Einheit, die aber nicht formalisiert wurde) beschreiben.
(4) GeologicStructure (Geologische Structur)Eine geologische Struktur im INSPIRE Kontext beschränkt sich nur auf tektonische Störungen.
(5) HydrogeologicUnit (Hydrogeologische Einheiten)Eine Hydrogeologische Einheit beschreibt eine Teilmenge der geologischen Einheit also einer Gesteinseinheit, eines Bodens oder einer Zone, welche aufgrund ihrer Porosität und Permeabilität, einen deutlichen Einfluss auf das Speicherverhalten bzw. der Bewegung von Grundwasser hat.
(6) Aquifer (Hydrogeologische Einheiten)Ein Aquifer (Grundwasserleiter) ist eine Formation, bzw. ein Teil oder einer Gruppe von Formationen die hinreichend gesättigt und durchlässig sind, um ein erhebliches maß an Grundwasser durch Brunnen oder natürliche Quellen zu fördern. Ein Aquifer ist eine unterirdische, wasserführende Schicht aus durchlässigem Gestein oder unverfestigtem Material (Kies, Sand, Schluff oder Ton), aus dem Grundwasser sinnvoll gewonnen werden kann.

Application schema Geology

Der Core Model enthält:

• geologische Merkmale zu den Geologischen Einheiten, geologische Strukturen und geomorphologischen Eigenschaften. Die Geometrie dieser Daten wird in Mapped Features (sogenannten Kartiereinheiten) beschrieben, die Geometrie in geologischen Karten und Profilen kann in Form von Punkten, Linien und Polygone abgebildet werden,
• Lithologie und Zusammensetzung der Gesteinseinheiten (Haupt-, Nebenbestand, Lagerungsverhältnisse),
• Informationen zu Bohrlöchern wie Ort und Zweck,
• Geophysikalische Messungen.

Das vollständige Extension Model enthält:

• Zusätzliche Eigenschaften: z.B. Alter (Stratigraphie), und petrografischen Eigenschaften,
• Ergänzende Angaben zu geologischen Strukturen: z.B.: genauere Beschreibung von Verschiebungen und tektonischen Brüchen
• Weitere Eigenschaften zu Bohrungen: Beschreibung des Bohrloch selbst und des Bohrprofils,
• seismische Anwendungen, vor allem als Anwendung für die INSPIRE Datenspezifikation „Observation and Measurements".

Viele Angaben (Merkmale) in der Datenspezifikation Geologie bestehen aus einem kontrolliertem Vokabular (Code List). In den meisten Fällen wurde auf das bestehende Vokabular, welches für GeoSciML entwickelt wurde, aufgesetzt. Da die Codelists zum großen Teil sehr umfangreich sind wurden diese nicht in das UML Modell direkt mit eingebunden sondern über Verweise (z.B. CGI Term) angegeben.

Die Klassen MappedFeature und GeologicFeature bilden die zentralen Einheiten des Applikationsschemas. GeologicFeature repräsentiert schematisch geologische Eigenschaften. Das MappedFeature beschreibt die Räumliche Ausdehnung einer geologischen Eigenschaft.
MappedFeature hat 3 Merkmale:

• ObservationMethod: klärt wie die Daten aufgenommen worden sind.
• PositionalAccuracy: quantitative Angabe beschreibt die Distanz eines sog. Unschärfe Buffers um ein MappedFeature Element
• ResolutionScale: quantitative Beschreibung der Lageungenauigkeit

GeologicFeature besitzt zwei Merkmale:

• ObservationMethod: beschreibt die Arte und Weise der Daten/Informationsaufnahme
• Purpose: bezieht sich auf die Beabsichtigung, warum wurde diese Information aufgenommen.

Die classifier association ist eine Standardbeziehung auf die hier vorerst nicht eingegangen wird.
GeologicFeature hat drei Untergruppen: GeologicUnit, GeologicStructur und GeomorphologicFeature.
GeologicUnit: ein sogenannter Container wird benötigt um die Beziehungen zwischen geologischen Eigenschaften zum kartierten Merkmal herzustellen. Diese Klasse repräsentiert bzw. Klassifiziert den Körper, die Einheit durch geologische Merkmale, z.B. Granit, Alluvium, etc..
GeologicUnit hat 7 Merkmale:

• GeologicUnitTypeTerm: Typus der GeologicUnit, durch Codelists vorgegeben.
• Rank: klassifiziert die Einheit in einer hierarchischen Form von „mehr local" (kleinstes Volumen) bis zum „mehr regional".
• BodyMorphology: Geometrie bzw. Form der GeologicUnit (z.B. Dyke, Keil, Fächer, etc. Codelist)
• UnitComposition: Klassifizierung nach der Zusammenstezung der GeologicUnit (Codelist).
• ExposureColour: typische Farbe der GeologicUnit.
• OutcropCharacter: beschreibt die Art des Aufschlusses, z.B. Abbruchkante, Steilküste. (Codelist)
• UnitThickness: Mächtigkeit der geologischen Einheit. Zahlenangabe.

Die composition association (eine Beziehung) zu der Klasse CompositionPart erlaubt die lithologische Beschreibung der GeologiUnit.
CompostionPart hat drei Merkmale:

• Role: Plichtangabe zu Lagerungsverhältnissen (vein, interbedded constituent-, layers, dominant constituent, = Gang, Eingebetteter Bestandteil- Lage, Dominanter Bestandteil).
• Material: Pflichtangabe zu Lithologischen Beschreibung, siehe auch RockMaterial.
• Proportion: Quantitative Angabe des Verhältnisses der Zusammensetzung.

Die Materialeigenschaften der CompositionPart nutzt die Klasse CompoundMaterial, eine Unterklasse von EarthMaterial, welche wiederum RockMaterial als Unterklasse besitzt. EarthMaterial repräsentiert die Materialbeschreibung unabhängig quantitativer Angaben oder Lokalitäten. EarthMaterial basiert auf die strikte physikalische Beschreibung der lithologischen Eigenschaften. Geologische Begrifflichkeiten können dennoch verwendet werden.
EarthMaterial wird mit zwei Pflichtangaben beschrieben:

• Purpose: Spezifiziert den Zweck und Level der Abstraction. Werte sind: instance, typicalNorm, definingNorm.
• Colour: Farbangabe

CompoundMaterial beschreibt die Bestandteile von EarthMaterial. CompoundMaterial enthält zwei Pflichtfelder:

• CompositionCategory: Begriffe die den Charakter der Zusammensetzung klassifizieren, CGI Vokabular.
• GeneticCategory: Klassifizierung nach genetischen Kategorien, CGI Vokabular.

CompoundMaterial enthält die Klasse RockMaterial, hier kann die Lithologie über lithologische Begriffe und der Verfestigungsgrad einer GeologicUnit beschrieben werden. RockMaterial enthält also zwei Atributfelder:

• ConsolidationDegree: vorgegebene Begriffe, die den Verfestigungsgrad definieren, CGI Vokabular.
• Lithology: Plichtangabe zur Festlegung der Lithologie, vordefiniertes Vokabular.

Geologische Strukturen werden über die definingStructure association mit der Klasse GeologicStructure beschrieben, wenn die GeologicUnit als 'DeformationUnit' klassifiziert worden ist. Die einzige Untergruppe bildet ShearDisplacementStructure. ShearDisplacementStructure wird mit drei Attributen gefüllt:

• FaultType: Pflichtangabe zur Kategorisierung von tektonischen Strukturelementen unter Verwendung des CGI Vokabulars.
• DeformationStyle: Pflichtangabe zum Deformationstypus, unter Verwendung des CGI Vokabulars.
• PlaneOrientation: ist eine optionale Angabe über die Orientierung der tektonischen Flächen, Verwendung des CGI_PlanarOrientation Vokabulars.

Mit GeomorphologicalFeature werden lineare oder flächige Landformelemente an der Erdoberfläche beschrieben. Unter Verwendung der relatedUnit association kann das GeomorphologicalFeature an die GeologicUnit angebunden werden. GeomorphologicFeatureType wird in zwei Unterklassen unterteilt:

• NaturalGeomorphologicFeature: Näturlich entstandene Landformelemente.
• AnthropogenicGeomorphologicFeature: Künstlich entstandene Landformelemente.

Angaben zu Bordaten können ebenfalls im CoreModel beschrieben werden. Hier wurde die Klasse Borehole definiert. Borehole besitzt eine Unterklasse BoreholeCollar, der Startpunkt einer Bohrung. Diese hat zwei Attribute:

• Location: Pflichtfeld zu Angabe der Lage.
• Elevation: Höhenangabe des Bohransatzpunktes.

Erwähnen sollte man hier, das es die Möglichkeit generische Angaben zu einzelnen Merkmalen zu verenden. Dies geschieht mit CGI_Values, die als Qualifier fungieren und eine Unterscheidung zwischen einem Einzelwert oder einer sog. Range Angabe (Interval) zu treffen. Z.B. für die UnitThickness oder der Altersangaben (443.7+-1.5 to 359+-2.5).